DE1648199A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung hoher Temperaturen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Messung hoher TemperaturenInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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Description
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Bi?I.-li:g. •Hii-.rj-tL.nricJ V/ay
Berlia-Daiilem, iväbielsidu^e 68'
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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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16Λ8199
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. . .=-■■■
-if. -
eur/c/43/67 d ~ 1035 109820/0327
BAD ORIGINAL
*» if <M
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
äß 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
■ ■ ■ ■ — 5 .-
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;ftiA· ν ί BADORIGiNAL
_ 5 — -
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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BADORfQlNAL
ί 64 8199
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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EUR/C/if3/6? d - 1035
109820/0327
' *K BADORfGlNAL
Claims (1)
- Pat ent ansprüche1« 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.EUR/C/W6? d - 103510982070327- ;λα BAD ORIGINAL6481994-· 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·EÜB/CA3/67 d - 1035109820/0327ORIGINAL
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