DE1648199A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung hoher Temperaturen - Google Patents

Description

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17 770 Berlin, den 12. Januar 1967

EUROPÄISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM) .

Patentanmeldung

Verfahren und Anordnung zur Messung hoher Temperaturen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von hohen Temperaturen sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit Hilfe eines kaltverformen Stücks elektrisch leitfähigen Drahts, das zuerst in den Bereich der zu messenden Temperatur gebracht wird und dann bezüglich seiner Thermospannung untersucht wird.

Aus der französischen Patentschrift 1«^60.^58 ist ein Verfahren zur Temperaturmessung bekannt, bei dem ein Stück vorher kalt verformten metallischen Drahts in den Bereich der zu messenden Temperatur eingebracht wird, wodurch die durch die Verformung bedingten kristallinen Veränderungen teilweise "ausgeheilt" werden. Der Grad der Ausheilung

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ist in einem bestimmten, für jedes Metall oder jede Legierung spezifischen Temperaturbereich proportional der Temperatur während des Ausheilprozesses, so daß schließlich aus dem Ausheilgrad auf die Temperatur geschlossen werden kann.

Ein solches Teinperaturmeßver fahren eignet sich besonders vorteilhaft für Bestrahlungsexperimente in einem Kernreaktor, da während der Bestrahlung nur kurze Drahtstüoke, aber keine Anschlußleitungen oder komplizierte elektronische Geräte im Meßbereich vorhanden sind. Selbstverständlich kann damit keine Temperaturüberwachung im Betrieb, sondern nur eine Temperaturbestimmung (Temperaturindikation) nach. Entfernen des Experiments aus dem Meßbereich durchgeführt werden.

Das Auswerteverfahren des ,Ausheilgrads gemäß der obenerwähnten Schrift besteht in der Messung der Thermospannung des Drahtes, während ein sehr steiler Temperaturgradient mit einer maximalen Temperatur, die weit über der Meßtemperatur liegt, entlang des Drahtes erzeugt wird. Hierbei werden £ sämtliche von der Verformung herrührenden kristallinen Veränderungen · ausgeheilt, und die dabei erzeugte Thermospannung ist der restlichen Ausheilung proportional und damit im wesentlichen umgekehrt proportional der ursprünglichen zu messenden Temperatur,

Dieses Verfahren hat sich in der Praxis als umständlich herausgestellt, da die Thermospannung in der Größenordnung einiger Mikrovolt nur mit sehr empfindlichen Geräten nachgewiesen werden kann und da mit einem nuklear

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bestrahlten Drahtstück nur schwer genaue Relativbewegungen zu dem den Temperaturgradienten erzeugenden Ofen erzielt werden können.

Die Erfindung soll diese Nachteile beseitigen,- indem der Grad der Ausheilung durch r-»'-fr:tische Messung., d.h. ohne Bewegung des Indikatordrahts, festgestellt werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß das Drahtstück in einer Differential-Thermoelementschaltung untersucht wird, derart, daß .seine beiden Enden auf definierte, voneinander unterschiedene Temperaturen gebracht werden und mit zwei ausgeglühten Drahtstücken gleicher chemischer Zusammensetzung wie das erste Drahtstück j| verbunden werden, und daß die Thermospannung dieser Anordnung als Maß für die zu messende Temperatur bestimmt wird.

Vorzugsweise ist die höhere der beiden Temperaturen bei der Untersuchung so niedrig gewählt, daß kein wesentlicher Ausglüheffekt während der Untersuchung auftritt, und die niedrigere der beiden Temperaturen wird wesentlich unter Raumtemperatur gewählt»

Das Verfahren gemäß de;r Erfindung beruht also im wesentlichen auf der Messung der nach der Erwärmung auf die zu ermittelnde Temperatur eingetretenenÄnderung der absoluten Thermokraft des Drahtes in einer Diffe— rential-Thermoelementschaltung, wobei die beiden Referenzdrahtstücke der Schaltung aus ausgeglühtem Material derselben Zusammensetzung wie der Indikatordraht gewählt sind. Wählt man die beiden Referenztemperaturen hinreichend niedrig, dann entfällt der Ausglüheffekt während der abschließenden Untersuchung völlig, so daß durch die Auswertung keine .Meßfehler entstehen. . .=-■■■

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Diese und weitere die Anordnung zur Auswertung der erwärmten Drahtstücke betreffenden Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand dreier Figuren näher erläutert» Es zeigen:

Fig. 1 das prinzipielle Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig.'2 ein schematisches Ausführungsbeispiel; Fig, 3 eine Eichkurve der Anordnung gemäß Fig. 2,

Der eigentliche Meßvorgang besteht wie bei dem erwähnten bekannten Verfahren aus zwei getrennten Schritten, zwischen denen eine prinzipiell beliebig lange Zeit verstreichen kann. Der erste Schritt besteht bei dem erfindungsgemäßen wie bei dem bekannten Verfahren darin, daß der vorher kalt verformte und in seinem thermoelektrischen Verhalten bekannte Draht an dem Körper befestigt wird, dessen Temperatur er aufnehmen soll. Diese Temperatur sei mit T bezeichnet und soll hinreichend lang auf den Draht einwirken. Dabei haben sich die durch die Kaltverformung erzeugten kristallinen Veränderungen in dem Draht bis zu einem gewissen Grad ausgeheilt. Wenn zu irgendeinem späteren Zeitpunkt der Draht von dem Gegenstand gelöst wird, dann trägt er praktisch durch seinen Ausheilzustand die Angabe über die vorher vorhanden gewesene Maximaltemperatur gespeichert in sich» Diesen Ausheilgrad festzustellen dient der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wo zwei Drahtetücke in eine Auswerteschaltung ä^ß Fig. 1 durch Schweißen oder Klemmen eingefügt werden.

Es handelt sich hier um eine Differential-Thermoelementschaltung mit dem Indikatordrahtstück. Ί als zentralem Schaltungsteil. Die beiden freien Enden dieses Drahtstücks sind mit je einem Referenzdrahtstück 2 und 3 Ter.«· bundenj die Verbindungsstellen befinden sieh auf zwei definierten, möglichst

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welt auseinanderliegenden Temperaturen T,, und T-. Die höhere der beiden Temperaturen ist aber immer noch so niedrig gewählt, daß kein wesentlicher weiterer Ausheilprozess in dem Indikatordraht 1 stattfindet* Die beiden restlichen Enden der Referenzdrahtstücke 2 und 3 sind in einem gemeinsamen Temperatur feld der Temperatur T, mit den Zuleitungsdrähten eines Galvanometers k- verbunden. Die Spannung, welche in dem Galvanometer ge- · messen wird, ist demnach bei konstanten Temperaturen T₁ und T„ ^{nur a}*>hängig von dem Unterschied in der Kristallstruktur des Indikatordrahtes und der Referenzdrähte. Glüht man die Referenzdrähte vorher gut aus, dann g gibt das Galvanometer allein ein Maß für den Ausheilungsgrad des Indikatordrahts an.

Figur 3 zeigt eine typische Eichkurve für Platindraht. Man erkennt daraus, daß mit einem solchen Draht Messungen zwischen 200 und 500°C durchgeführt werden können. Es empfiehlt sich, stets eine größere Charge Drahts gemein*? sam in einem Arbeitsgang vorzuverformen und dann aus der Charge einzelne Stücke zur Bestimmung der Eichkurve zu entnehmen· Der Rest der Charge kann in kleine Stücke zerschnitten dann für die eigentliche Messung verwendet werden* -

Fig« Z zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung gemäß der Schaltung in Figur 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Länge des Indikatordrantatueks 1 muß so gewählt werden, daß die beiden Enden sicher in die Bäder mit den Temperaturen T. und T₂ hineinreichen. Der Draht sollte jedoch nicht länger als nötig sein, damit sichergestellt ist, daß er sich auf seiner ganaen Länge gleichmäßig auf

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die zu ermittelnde Temperatur erwärmt hat, da ja nur ein Mittelwert des Ausheilgrads über die gesamte Drahtlänge feststellbar ist» Für die praktische Realisierung der Temperaturbäder wurde im Laboratorium eine Kältemischung von CO^-Schnee mit Azeton von -8O°C für die Temperatur T₁ und kochendes Wasser von 100⁰C für die Temperatur T_ gewählt. Die Temperatur T-. ist unkritisch für die Messung, da es nur darauf ankommt, daß die beiden Übergänge der Heferenzplatindrähte auf die Galvanometerzuleitungen dieselbe Temperatur aufweisen. Das Bad mit der · Temperatur T, besteht daher aus einem Isolationsöl bei Raumtemperatur.·

Wie mehrfach im Lauf der Beschreibung betont stellt das dargestellte Ausführungsbeispiel nur eine mögliche Realisierungsform der Erfindung dar» Insbesondere ist es für die Erfindung völlig unerheblich, auf welche Art und Weise die Temperaturen T₁, T₂ und T-, erzeugt werden und welcher metallischen Zusammensetzung die Referenzdrähte und der Indikatordraht sind. Die geeignete Wahl des Drahtmaterials wird allein durch den gewünschten Meßbereich bestimmt. Die Zuleitungen des Galvanometers können aus demselben oder irgendeinem anderen Leitermaterial W bestehen. Üblicherweise sind sie aus Kupfer»

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Claims (1)

1. Pat ent ansprüche

   1« Verfahren zur Messung von hohen Temperaturen mit Hilfe eines kalt verformten Stücks elektrisch leitfähigen Drahts, das zuerst in den Bereich der zu messenden Temperatur gebracht wird und dann bezüglich seiner Thermo spannung untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (1) in einer Differential-Thermoelementschaltung untersucht wird, derart, daß seine beiden Enden auf definierte, voneinander unterschiedene Temperaturen (T₁ und Tp) gebracht ^ werden und mit zwei ausgeglühten Drahtstücken (2, 3) gleicher chemischer Zusammensetzung wie das erate Drahtstück verbunden werden, und daß die Thermospannung dieser Anordnung als Maß für die zu messende Temperatur bestimmt wird,

   2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere der beiden Temperaturen (T₂) bei der Untersuchung so niedrig gewählt ist, daß kein wesentlicher Ausglüheffekt während der Untersuchung auftrittt und daß die niedrigere der beiden Temperaturen (T^) - g wesentlich unter Kaumtemperatur gewählt wird·

   3« Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfeld für die beiden Drahtenden zwei Behälter vorhanden sind, deren einer eine Kältemischung, beispielsweise CO--Schnee mit Azeton von -80 C enthält, wahrend in dem anderen e.ine Flüssigkeit wie z„Br Wasser am Sieden gehalten wird.

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   4-· Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Behälter mit einer vorzugsweise auf Räumteperatur (T,) gehaltenen elektrisch isolierenden Flüssigkeit vorgesehen ist, in den die Verbindungsstellen zwischen den ausgeglühten Drahtstücken. (2, 3) und einem Galvanometer (*f) eintauchen·

   5» Anordnung nach Anspruch 3 oder *t, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtstücke (1_? 2, 3) aus Platin bestehen und daß der Heßtemperaturbereich zwischen 200 und 500°C gewählt ist·

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