DE1698293B2 - Vorrichtung zur Messung vo · Temperaturen an Oberflächen - Google Patents

Description

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²S Di ι 'icschnclu nc Wti izang>picli sich bei tieeignetei Aushiklung ilci" Vm richtung iniicihalb sehr kurzer /.eil ;:b iiml ennnuliehl daher cmc sehr i.ische \lcssunu. MishesonJere wenn gemäß cinei W eiterbildunu der F-. 11 nulling die \'·.>ι richtung so ausgebildet ist, d.iß eine Von ichiiiiig /um Messen dtM am ersten Thcnnoelement crzcuglcn Spaniuing und damit dei \on diesein gemessenen I emperatur vorgesehen ist. daß fcn<-r eine Anordnung zum Subtrahieren der \nn den beiden 1 hermoelementen erzeugten Spannungen "> oigc.ehcn ist. und da W eine Steuervorrichtung \ orgesehen isi. welche abhängig von der GmBe der algebraischcn Summe dieser Spannungen die Warmcabgäbe clei Heizvorrichtung variabel steuert. Die Wäimcabgabe der Heizvorrichtung ist bei einer solehen Vorrichtung abhängig von der Grüße der Regelabwvichung. d.h. sie ist zu Beginn der Messimg am giol.Uen. Auf diese Weise wird ein seht schneller Iemperatuiausgleich erreichi.

f liäuterungen der Hrtindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausfiihiungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische raumbildliche üarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tenipenmirmeßvorriehtung, deren raster ant eine Oberfläche aufgesetzt ist. deren wahre l'emperat'v gemessen werden .o!l,

F·' i g. 2 einen stark vergrößerten senkrechten Schnitt duieh das unlere Ende des h Fig. 1 dargestellten Tasters,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 noch stärker vcrgroßerle sehemalische Schnittdarstellung einiger in Fig. 2 dargestellter Teile,

Fig. 4 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 ein teilweise als Blockschaltbild gezeichnetes Sehaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fi g. 6 eine'".inzeldarstelkmg des bei der Schaltung nach Fig. 5 verwendeten Zerhackers, dessen bewegliehe Teile in einei Stellung gezeichnet sind, in der die beiden Temperaturfühler die Heizung steuern, Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 6, wobei sich aber die beweglichen Teile des Zerhackers in der Stellunu für die temperaturmessung befinden,

Fig. S eine schetnatische Darstellung einer Temperaturmeßvorriehtung, welche im Gegensatz zu derjenigen nach Fig. I keine äußere Stromquelle benötigt.

Fig. y ein teilweise als Blockschaltbild dargestelltes Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. K,

Fig. H) eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung, und zwar eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Ausgestaltung von Temperaturfühlern. Heizvorrichtung und angeschlossenen Geräten,

Fig. 11 eine Draufsicht von oben auf die in F i g. 10 dargestellte Vorrichtung,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, bei welcher die Anordnung nach Fig. 10 verwendet wird,

Fig. 13 eine vergrößerte raumbildliche Teilansicht eines Tasters, bei welchem eine Anordnung gemäß Fig. 10 verwendet wird, und

Fig. 14 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform eines Tasters, wobei die angeschlossenen Geräte in Form eines Blockschaltbildes dargestellt sind.

Gemäß Fig. I weist die Oberflächentcmperaturmcßvorrichtung nach der Erfindung einen dünnen, bleistiftartigen Taster 10 auf, der durch ein Kabel 11 mit einem Gerät 12 verbunden ist, welches die im folgenden erläuterten Bestandteile einschließlich eines Temperaturanzeigers 13 enthält und durch ein Kabel 14 mit Strom versorgt wird.

Der Taster 10 weist einen aus starrem Isolierstoff hergestellten länglichen zylindrischen Träger 15 auf, dessen unteres Ende bei der in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform einen ersten Temperaturfühler Tl, einen zweiten Temperaturfühler T2 und eine Heizvorrichtung // trägt. Nach Fig. 3 weist der Fühler Tl Elemente oder Drähte 16 und 17 aus ungleichen Metallen auf, die in bekannter Weise miteinander verbunden sind, um zwischen sich ein Thermoelement 18zu bilden. In ähnlicher Weise ist der Fühler T2 aus Elementen oder Drähten 19 und 20 aus ungleichen Metallen zusammengesetzt, die zwischen sich ein Thermoelement 21 bilden. Für die als Thermoelemente ausgebildeten Temperaturfühler ist jede geeignete Kombination von Mctal'en. z. B. Eiscn-Konstantan, Kupfer-Konstantan, Chromel-Alumel u.dgl. verwendbar. (C'hromel ist eine aus 90 Cf Nickel und 10 % Chrom zusammengesetzte Legierung, während es sich bei Alumel um eine Legierung handelt, die 94.5 ^r'c Nickel. 2,5 ^rf Magnesium, 2 % Aluminium und 1 % Silizium enthält.) Wie bekannt, wird bei Erwärmung der Verbindungsstelle eines Thermoelements zwischen seinen Klemmen eine Spannung erzeugt, die der gemessenen Temperatur entspricht.

Zwischen den Thermoelementen Tl und TZ und in direkter Berührung mit beiden ist eine wärmedurchlässige elektrische Isolierung 22 angeordnet, und eine gleichartige Isolierschicht 23 ist zwischen dem Thermoelement Tl und der Heizvorrichtung H in direkter Berührung mit beiden angeordnet. Die fernliegenden Enden der Elemente 16 und 17 des Thermoelements 71 weisen Leitungsdrähte 24 bzw. 25 auf. In gleicher Weise sind die Elemente 19 und 20 des Thermoelements TZ mit Leitungsdrähten 26 bzw. 27 versehen. Die Heizvorrichtung H, die vorzugsweise ein elektrisches Heizelement aus entsprechendem Material ist. weist an ihrem einen Ende einen Leitungsdraht 28 und an ihrem anderen Ende einen Leitungsdraht 29 auf. Wie Fig. 2 zeigt, sind diese Drähte 24 bis 29 jeweils an entsprechende weitere Drähte angeschlossen, von denen einer als typisch mit 30 bezeichnet ist und die in Längsrichtung durch den Tasterträger 15 verlaufen. An ihrem Austritt am oberen Ende des Tasterlrägcrs 15 sind die einzelnen Leitungsdrähtc 30 zu dem biegsamen Kabel 11 zusammengefaßt.

Die aus den Thermoelementen Tl und 7'2 und der Heizvorrichtung //bestehende Einheit ist, wie Fig. 2 und 3 zeigen, vorzugsweise gewölbt oder konvex, so daß die heiße Verbindungsstelle 18 ein vorstehender Teil der Meßvorrichtung ist und mit einer Oberfläche, z.B. der in Fig. 1 dargestellten Oberfläche S, deren wahre Temperatur gemessen werden soll, in Berührung gebracht werden kann.

»5 Gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß die Thermoelemente 7"1 und TZ dadurch in leitender Wärmeaustauschbeziehung miteinander stehen, daß sie mit der wnrmedurchlässigen Zwischcnr .nicht 22 in Berührung stehen, so daß die heiße Verbindungsstelle des einen Thermoelements dazu benutzt werden kann, thermisch durch Wärmeleitung die Temperatur des anderen zu fühlen, während eines dieser Thermoelemente mit der Oberfläche, deren Temperatur gemessen wcr-

*5 den soll, in Berührung gebracht werden kann. Auch die Heizvorrichtung H ist in leitender Wärmcaustauschbczichung zu einem der Thermoelemente Tl oder T2, zum Beispiel dem Thermoelement T2 angeordnet, und zwar vermittels der wärmedurchlässigen

Z* Schicht 23, die sowohl ilirsrs Thermoelement T2 als auch den Heizer // berührt, so daß der Heizer H durch Wärmeleitung Wärme liefern kann an dieses eine Thermoelement, das seinerseits durch Wärmeleitung Wärme an das andere dieser Thermoelemente liefert. Somit stehen die Thermoelemente Tl und T2 und der Heizer H durch direkt berührende Festkörper in leitender Wärmeaustauschbeziehung miteinander. Wie dargestellt, ist das Thermoelement Tl der unterste Bauteil, dessen heiße Verbindungsstelle 18 am vorstehenden Teil der gewölbten oder konvexen Einheit angeordnet ist. Eingebettet zwischen die Thermoelemente Tl und T2 liegt eine Isolierschicht 22. Der Heizer H liegt über dem Thermoelement T2. und eine Isolierschicht 23 ist zwischen diesen beiden Teilen angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, sind die heißer Verbindungsstellen 18 und 21 etwa senkrecht aufein ander ausgerichtet. Der Heizer H erstreckt sich quei über die heiße Verbindungsstelle 21 des ihm oenach harten Thermoelements TZ.

Es ist wichtig, daß die Oberflächentemperatur Meßvorrichtung empfindlich ist und schnell anspricht Dies wird dadurch erreicht, daß die Thermoelement! Tl und T2 an den ihren jeweiligen heißen Verbin dungssteilen naheliegenden Stellen eine im Quer schnitt bandförmige Kontur haben. Sowohl di< Thermoelemente Tl und T2 wie der Heizer H um die zwei Isolierschichten 22 und 23, die jeweils eben falls im Querschnitt eine bandförmige Kontur aufwei sen. haben vorzugsweise gleiche Breite, wie Fig.

zeigt. Diese Gestaltung erlaubte es, daß die heiß Verbindungsstelle jedes Thermoelements über desse ganze Breite hinweg gleichmäßig erwärmt wird, d.t sie schafft parallelen Wärmefluß und verringert auc Wärmeverluste aus den schmalen Seitenkanten d« Thermoelemente auf ein Minimum. Das Verhältn von Breite zu Dicke des aus den Thermoelemente Tl und 7*2 und den Isolierschichten 22 und 23, au; schließlich des Heizers H, bestehenden Schichtau

haus soll mindestens zwanzig zn eins sein. F-in höheres Verhältnis wird bevorzugt. Dies kommt in der Ouersehnittsansieht nach Fiji. 4 nur ungenau zum Ausiliuek. Als typisch ist clic Dicke, in Fig. 4 also die senkrechte Dimension, jedes Thermoelements 71 und Vl in der Nähe ihrer heißen Verbindungsstellen 0.(105 ¹IiIiI oder weniger, während die Breite, in I- i g. 4 also tue waagerechte Dimension, etwa 1 /i mm heträgt.

Die Dicke jeder der Isolierschichten 22 und 23 ist vorzugsweise gerade derarl. daß sie den gewünschten elektrischen Isoliereffekt bietet und Wärmedurchgang durch sie gestattet. Vorzugsweise bedecken die Isolierschichten 22 und 23 die sich gegenüberliegenden Obeiflächender I hermoelemente 7Ί und T2 und des Heizers // vollständig. Typisch ist die Dicke jeder Isolierschicht kleiner als 0,025 mm. Der von der Vorrichtung zu messende Temperaturbereich bestimmt den Typ des verwendeten Isolierstoffs. Beispielsweise können bis zu Temperaturen von 260° C übliche für Isolieriiberzüge verwendete Harze benutzt werden. Hei zu messenden Temperaturen von über 260° C können vorteilhaft auf die Oberfläche des Thermopaars aufgedampfte Silikate verwendet werden.

An den von den heißen Verbindungsstellen 18 und 21 entfernten Stellen sind die Thermoelemente 71 bzw. 72 so ausgebildet, daß ihre Querschnittsform sich für das Verbinden mit den jeweiligen Leitungsdrähten 24 bis 29 eignet.

Die Mcßvorrichtung nach der Erfindung arbeitet nachdem Prinzip,daß eine äußere Wärmequelle, z. Ii. der Heizer //. die Wärmcverlustc ausgleicht, die anderenfalls erfolgen wurden, wenn nur ein Thermoelement die Oberfläche berührte und Wärme davon abzöge Wenn die Oberfläche, deren wahre Temperatur gemessen werden soll, durch an das sie berührende Mcßelcmcnt abgegebene Wärme örtlich abgekühlt wird, wird offensichtlich eine falsche Icmpcratur gemessen. Dagegen wird erfindungsgcmäß der mit der Oberfläche in Berührung bringbare Temperaturfühler so geheizt, daß ein Wärmefluß zwischen ihm und der berührten Oberfläche ausgeschaltet wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 7 fühlt das zweite Thermoelement 7"2 die Temperatur des die Oberfläche S berührenden ersten Thermoelements Tl, und der Heizer H erwärmt das zweite Thermoelement T2 auf die Temperatur des ersten, wobei der Heizer H auf jede Differenz zwischen den von diesen beiden Thermoelementen jeweils gefühlten Temperaturen ansprechend betätigt wird. Wenn somit die Temperatur des Thermoelements TI gleich der Temperatur des Thermoelements Tl ist, so folgt, daß die Temperatur der Oberfläche S gleich der Temperatur des Thermoelements TL ist. Dies bedeutet, daß weder zwischen den Thermoelementen noch über die Grenzfläche zwischen dem Thermoelement Tl und der untersuchten Oberfläche 5 Wärme fließt.

In F i g. 5 ist mit 35 eine als Zerhacker ausgebildete Umschaltvorrichtung bezeichnet, durch welche in einer im folgenden erklärten Weise die Leitungsdrähte der Thermoelemente Tl und TZ entweder mit den Leitern 36 und 37, die die Speisung des Heizers H steuern, oder mit den Leitern 38 und 39 verbindbar sind, die einem geeigneten Temperaturmeßinstrument 40 zugeordnet sind. Die Leiter 36 und 37 sind mit einem Verstärker 41 verbunden, der seinerseits über die Leitung 42 einen entsprechend konstruierten phasenempfindficnen Gleichrichter 43 steuert, der seinerseits über die Leitung 44 mit einem Stabilisierimgsneizwerk 45 verbunden ist, dessen Ausgang über die Leitung 46 zu einem Transistor 47 geführt ist. Außer der Basis 48 weist der Transistor 47 einen mit Masse 50 verbundenen Emitter 49 und einen Kolleklor 51 auf. der über die Leitung 52 in Reihe mit dem Heizer // geschaltet ist, an ilen eine positive Spannung Ii gelegt ist.

Aufbau und Arbeitsweise der Umschaltvornchtung

35 sind in Fig. 6 \\ηΛ 7 schematisch dargestellt. In ίο Fig. 6 sind die Thermoelemente Tl und 7'2 mit den Hcizcrsicuerungsleitiingen 36 und 37 verbunden, während in Fig. 7 das Meß-Thermoelemcnt Ti mit den Meßinstrumentsleucrleitungen 38 und 39 verbunden ist. Die Umschaltvoirichtung 35 hat einen Elektromagneten mit einer Wicklung W mit Leitungen 53 und 54, die gemeinsam das in Fig. I dargestellte Netzkahel 14 bilden. Wenn die Leitung 14 an eine Wechselstromquclle von beispielsweise 400 Hz angeschlossen wird, wird der Elektromagnet W cntsprechend zyklisch betätigt; dieser weist auch einen Anker /I auf, durch den eine Anzahl Schaltarme 56, 57, 58 und 59 betätigbar sind. Der Schaltarrrn 56 ist an einem Ende drehbar an den Kontakt 60 arigclenkt und mit seinem anderen Ende zwischen zwei tm Abstand voneinander angeordneten Kontakten 61 und 62 bewegbar. Der Kontakt 60 ist über den Leiter 63 mit dem Schwenkpunktkontakt 64 des SchalKarms 58 verbunden, dessen anderes Ende abwechselnd zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Kontakten 65 und 66 bewegbar ist. Die Htizeisleuerimgslcitung 36 ist mit dem Kontakt 65 verbunden. Der Tcmperaturmeßinstrumentleiter 38 ist mit dem Kontakt 66 verbunden. Der Schaltarm 57 ist drehbar an den Kontakt 67 angelenkt und mit seinem anderen Ende zwischen zwei im Abstand voneincnader angeordneten Kontakten 68 und 69 bewegbar. Der Kontakt 69 ist tot. Der Kontakt 68 ist mit dem Leitungsdraht 27 des Thermoelements T2 verbunden, dessen anderer Leitungsdraht 26 mit dem Kontakt 61 verbundcn ist. Der Kontakt 62 ist über den Leiter 70 mit dem Schwenkpunktkontakt 67 verbunden, mit dem auch der Leitungsdraht 24 des Thermoelements Tl verbunden ist. Der andere Leitungsdraht 25 des Thermoelements Tl ist mit dem Schwcnkpuriktkon-

takt 71 des Schallarms 59 verbunden, dessen anderes Ende zwischen einem Paar fester Kontakte 72 und 73 bewegbar ist. Der Kontakt 72 ist mit dem Heizersteucrungslcitcr 37 verbunden. Der Leiter 39 zum Temperaturmeßinstrument 40 ist mit dem Kontakt 73 verbunden.

Wie Fig. 6 zeigt, legen die Schaltarme 56 und 58 die Leitung 26 zum Thermopaar Tl in Reihe mit dem Heizersteuerungsleiter 36. Der Schaltarm 59 legt die Leitung 25 zum Thermoelement Tl in Reihe mit dem anderen Heizersteuerungsleiter 37. Der Schaltarm 57 verbindet die Kontakte 67 und 68, wodurch die Leitung 24 zum Thermoelement Tl in Reihe mit der Leitung 27 zum Thermoelement Γ2 gelegt wind. Die Thermoelemente Γ1 und 7"2 sind entgegengesetzt in

Reihe geschaltet, so daß die Spannung des einen sich von der Spannung des anderen subtrahiert. Somit ist die Spannung zwischen den Heizersteuenmgsleitern

36 und 37 die algebraische Summe der von den Thermoelementen Tl und T2 getrennt erzeugten Spannungen. Dementsprechend erzeugen die Thermoelemente Tl und 7*2 bei ihrer Anordnung in entgegengesetzter Reihe ein Heizersteueruiigssignal, das proportional ist der Differenz, sofern ein« solche

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besteht, /.wischen den von diesen Thermoelementen jeweils gemessenen Temperaturen. Wenn die Thermoelemente die gleiche Temperatur fühlen, wird kein Heizerstcucrungssignal erzeugt. Wenn jedoch eine Differenz besteht /wischen den von den Thermoelementen einzeln gefühlten Temperaluren, wird ein 1 lei/crstei erungssignal erzeugt. Durch die angeschlossene Schallung wird dieses Signal verstärkt und stabilisiert und zur Steuerung des Transistors 47 verwendet, der seinerseits die Speisung des Heizers // steuert. Der phasenempfindliche Gleichrichter 43 dient zur Bestimmung der Polarität des Signals.

Wenn die Umschallvorriehtung 35 die Schallarme 56 bis 59 in die in Fig. 7 dargestellte andere Stellung bewegt, ist die elektrische Verbindung der Thermoelemente 71 und 72 mit den Heizersteucrungsleiiern 36 und 37 unterbrochen. Stall dessen ist das Thermoelement 71 für sieh mil den Leitern 38 und 39 zum Temperaturmeßinstrument 40 verbunden, da die Schiiltarmc 56 und 58 die Leitung 24 des Thermoelements 7*1 mit dem Leiter 38, und der Schaltarm 59 die andere Leitung 25 des Thermoelements 71 mit dem anderen Leiter 39 verbinden.

Aus obigem ist zu ersehen, daß während der einen I lalftc der Periode ein Heizerstcuerungssignal erzeugt wiru uiiü wahrend der anderen Hälfte der Periode das durch das Meßthermoelement 71 erzeugte Signal gemessen wird. Das Temperaturmeßinstrument 40 wird zwar wegen der Zerhackerschaltung komplizierter, doch läßt sich diese Meßart erfolgreich durchführen durch Verwendung eines koiTspurütiven bekannten Signals, wie es dem Fachmann bekannt ist.

Fig. S und 9 zeigen eine einfachere Ausführung der Oherflächcntcmperaturmcßvorrichtung, bei der drei Thermoelemente 73, 74 und 75 verwendet werden. Die Leitungen 80 und 81 des Thermoelements 73 sind ständig mit einem Tcmpcraturmcßinstrumenl 82 verbunden, das ein einfaches Potentiometer sein kann. Das Thermoelement '74 weist Leitungen 83 und 84, und dasThermoele.iient 75 Leitungen 85 und 86 auf. Die Leitungen 84 und 85 sind in Reihe verbunden, um die Thermoelemente 74 und 75 entgegengesetzt in Reihe zu sehal'cn. Die Leitungen 83 und 86 sind mit einem Verstärker 87 verbunden, der seinerseits über die Leitung 88 mit einem entsprechenden Slabilisierungsnctzwcrk 89 verbunden ist. Das Stabilisicrungsnetzwcrk 89 ist durch die Steucrlcitung 90 mit einem Transistor 91 verbunden, der seinerseits mit Masse und dem Heizer //' verbunden ist.

Die Thermoelemente 73, 74 und 75 und der Heizer H' werden mit Zwischenlagen aus wärmedurchlässigem elektrisch isolierenden Stoff versehen und bilden so eine Sandwichkonstruktion ähnlich der in Zusammenhang mit Fig. 1 bis 7 beschriebenen. Vorzugsweise int die heiße Verbindungsstelle des Thermoelements 73 das unterste Element, das freiliegt zur Berührung mit der Oberfläche, deren Temperatur gemessen werden soll. Vorzugsweise werden die Thermoelemente 74 und 75 übereinanderliegend zwischen dem untersten Thermoelement 73 und dem Heizer H' angeordnet.

Bei der in Fig. 8 und 9 gezeigten Form dei Erfindung ist der Schaltungsaufbau einschließlich einer Batterie als elektrischer Energiequelle vorzugsweise in einem Gehäuse 92 untergebracht, das als Kopf ausgebildet ist am oberen Ende eines bleistiftartigen Tasters 93, dessen unteres Ende die Thermoelementengruppe trägt u.id in Berührung gebracht werden kann mil der Ohe ."fläche .V₁ deren 'Temperatur gemessen werden soll.

Die Foim der in I^-"ig. K) bis 13 gezeigten Oberflächentemperalurmeßvoirichtung eignet sicli zur Messung von 'Temperaturen im Bereich von etwa 540 C bis etwa S20" C. während die Vorrichtungen nach I· i g. I bis 7, und S bis 9 nur /ur Messung von 'Temperaturen his etwa 540" C geeignet sind.

Nach Fig. I l weist der Taster 99 einen länglichen

■ⁿ zylindrischen Keramikkörper 100 auf, dessen eines Ende verjüngt ist. um eine Spitze oder Plattform 101 zu bilden, die einen Heizer 102 trägt, der seinerseits einen insgesamt mit 103 bezeichneten Fühler trägt.

•5 Der Fülilcrträger hat vorzugsweise nahe der Spitze 101 einen Hals 104, um den Fühler 103 so stark wie möglieh gegen den Keramikkörper 100 zu isolieren. Der Körper 100 isl mit ringsum in Absländen angeordneten Löchern 105 versehen, die in Längsrichtung in den Körper hineingehen und die im folgenden erläuterten elektrischen Leitungen aufnehmen. In Fig. 13 sind drei Löcher 105 zu sehen. Drei weitere Löcher 105 befinden sich auf der anderen Seite.
Die Spitze 101 wird bedeckt von einem 0.0254 mm

³S dicken. 1.1)16 mm breiten und etwa K mm langen PIalinfoliesireifen, der das Heizelement 102 bildet. Die Bilden dieses Streifens 102 sind /.. H. durch Punktschweißen und Glühen mit den Enden von Platindrähten 106 und 108 verbunden, von denen einer,

106. in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Drähte gehen einzeln durch 'Airi düinwinilp 1 öi-hor 105 und sind am Körper 100 mit keramischem Zement befestigt. Danach wird ein gebrannter keramischer Überzug über dem Heizer 1(12 und seinen Drähten 106 und 108 gebildet.

Dci Fühler 103 wird vor seiner Anbringung auf dem Korper 100 getrennt hergestellt. Ein Stuck 0,13 mm dicker PI FE-umhülllcr Alumeldraht 109 wird an einem Ende isoliert und ausgeflacht und dann so gebogen, daß er einen hochstehenden Teil 110 mit einem horizontalen Endflansch 111 bildet. Der Teil 110 durchdringt ein Loch 112 in einem keramischen Distanzstück 113 von etwa 1,067 mm Durchmesser und etwa 0.254 mm Dicke, wobei das Luch etwa 0,330 mm im Durchmesser mißt. Ein Stück 0,13 mm starker PTFE-umhüllter Chromcldrahl 114 wird an einem Ende isoliert und auf eine Dicke von etwa 0,0254 mm ausgeflacht. Dieses ausgeflachte Ende des Chromeldrahtcs 114 liegt unter dem ausgemachten

So Ende des Alumeldrahtes 109 nahe dem hochstehenden Teil 110, und die beiden Drähte werden durch Punktschweißung verbunden und bilden eine heiße Verbindungsstelle eines Thermoelements Ti»

Ein Stück 0,03 mm starker PTFE-umhülltci Chro meldraht 115 wird in seiner Mitte auf etwa 3,2 mrr Länge abisoliert und dann auf etwa 0,2 mm Dicke ausgeflacht, so daß in der Mitte des Drahtes ein flachei Abschnitt 116 von etwa 0,4 mm Breite und etwi 11,4 mm Länge entsteht. Der flache Abschnitt IK ist etwa in seiner Mitte durch Punktschweißen Hi an den Flansch 111 geschweißt (Fig. 11), um eint heiße Verbindungsstelle eines zweiten Thermoele ments 77 zu bilden.

Dann wird der Fühler 103 durch Einschieben de freien Enden der Drähte 109,114 und 115 in die ver bleibenden vi· Löcher 105 auf dem Körper 100 befe stigt. Der Fühler ist so angeordnet, daß· der flache Ab schnitt 116 des Chromeldrahtes 115 von der Spitzt

1 A

101 entfern! liegt und das Thermoelement 77 das am weitesten außen gelegene Thermoelement ist. Die Leilurgsleile der Drähte 109, 114 und 113 werden so gebogen, daß sie der Kontur des i'asterkürpers folgen.

Hin kleines quadratisches (ilimmerstüek 119 von 1.27 mm Kantenlänge und 0.127 mm Dicke ist /wischen dem Fühler 103 und dem 1 lei/slreifen 102 angeordnet. Dieser Fühler ist übei der Mitte dieses Hei/streilens zentriert.

Auf den !'aster, mit Ausnahme des Fühlers 103, wird eine gebrannte keramische Glasur aufgebracht.

Da die Thermoelemente Td und 77 durch ilen hochstehenden Teil 110 physikalisch miteinaiK'er verbunden sind und die Unterseite des ausgeflachten H ml teils des Drahtes 114 die Oberseite des Glimmerpliittehens 119 berührt, dessen IJniciseite die Oberseite des Hei/sireifens 102 berührt, ergibt sich, daß diese Thermoelemente und der Heizer durch direkt berühr Mule Festkörper miteinander in leitender Wärnieausiausehheziehuiig stehen.

Wie Fig. 10 zeigt, ist das rechte Leilimgsende des C'hmmeldrahles 115 und das Leitungsende des Alumeldrahtes 109 mit einem entsprechenden Ternpcraturablesegcrät 120 verbunden, das ein übliches Anzeige- oder Auf/eiolinungsiiistrument sein kann. Das linke Leitungscnde des Chromeldrahtes 115 und das I.eitungsendc des C'hromeldrahtes 114 sind mit einer entsprechenden Hei/ersteucrung 121 verbunden, mit der aueh die Heiverleiier 106 und 108 verbunden sind.

Die Heizei steuerung ΐ 2ϊ kann in !><_·! ie-Tiigef μο.ίν:- iieicr Weise so konstruiert sein, daß sie propotional ansprechend auf die von den Thermoelementen 7"6 und 77 gefühlte Diffcrenlialiemperat'ir Energie in den Hei/er 102 schickt.

Nach Fig. 12 weist die Hei/erstcuerung 121 eine Gleichstromquelle 122, einen Leistungsverstärker 123 und einen Gleichstromverstärker 124 auf In dem in Fig. 12 schematised dargestellten vollständigen Svstem ist der Hingang /ur Hei/ersteuerung 121 vom Taster 99 durch die Leitung 125. und der Ausgang von der Uei/ersteuerung 121 /um Taster 99 durch die Leitung 126 dargestellt, während die Leitung 128 das Ablcsesignal vom lasier 99 zur Temperaturablesevorrichtung 120 darstellt. Hs stellen also dar: die Drähte 114 und 115 in Fig. 10 die Leitung 125 in Fig. 12: die Drähte 106 und 108 in Fig. K) die Leitung 126 in Fig. 12; und die Drähte 109 und 115 in Fig. IO die Leitung 128 in Fig. 12.

Im Betrieb wird der Taster 99 so gehantlhabt. daß der Abschnitt 116 des Fühlers 103 die warme Oberfläche berührt. Das Thermoelement 77 fühlt eine höhere Temperatur als das Thermoelement T6, was Wärmefluß an der Herührungsstelle anzeigt. Dies erzeugt ein Ungleichheit anzeigendes Signal, das, durch den Gleichstromverstärker 124 verstärkt, /um Leistungsverstärker 123 geht. Dieser ruft Leistung \on der Gleichstromquelle 122 ab. Diese Leistung ist in jedem Augenblick proportional ^ter Größe der Ungleichheit am Fühler. Die Leistung speist den Heizer 102. der den Fühler erwärmt, um die Ungleichheit auszugleichen. In dem Maße, in dem die Ungleichheit sich Null nähert, verringert der Leistungsverstärker 123 die Energiezufuhr zum Heizer 102, bis am Fühler ein gleichbleibender Zustand ohne Wärmefluß besteht. Die wahre Oberflächentemperatur am Thermoelement 77 wird dann an der Vorrichtung 120 abgelesen. Falls gewünscht, kann diese Temperatu. auch am Thermoelement 7'6 abgelesen werden, falls dies operativ mit eier Vorrichtung ι 20 \erbunden wäre.
Die in F i g. 14 dargestellte Form der Oberflächcntemperalurmeß\ori iehtung eignet sich zum Messen höherer Temperaturen bis zu el.va 1650" C.

Der'Taster 130 enthält einen vorzugsweise aus reiner Toneide hergestellten längliehen zylindrischen Keramikkörper von etwa 4,X mm Durchmesser mit einem rohiförmigen biulteil 131, der spiralförmig umwunden ist mit einem Heizdraht 132, der vorzugsweise aus Platin mit 13','r· Rhodium besteht.

An der Spitze des Körpers des Tasters 130 ist ein Fühler 133 angebracht, der ein vorzugsweise aus PIa-

'5 tin hergestelltes, als Kopfstück dienendes T-förmigcs Teil 134 aufweist, das einen scheibenförriigen Kopf 135 hat, von dessen nicht freiliegender Seite ein mit dem Kopf 135 ein Stück bildender Fortsatz 136 ausgeht. Der Fonsat/. 136 ragt mittig in die Bohrung des

»o rohrförmigen Teils 131 längs der Achse der Heizspirale 132 An dem T-förmigen Kopfstück 134 sind drei Drähte 138. 139 und 140 angeschlossen, wobei die beiden Drähte 138 und 139 vorzugsweise aus Platin mil 13 'V Rhodium und der Draht 140 aus Platin her-

»5 gestellt sind. Die Hnden der Drähte 138 und 140 sind mit dem Kopf 135 an dessen innerer oder nicht freiliegender Seite verbunden. Diese Verbindung zwischen dem aus Platin mil IVr Rhodium bestehenden Draht

138 und dom Platinkopf 135 bildet die heiße Verbindungssteile eines Thermoelements 78. Das Hnde des aus Platin mit l.~! '.', Rhodium bestehenden Drahtes

139 is! mi! dem innen.¹!! ">·.1ι·ι· ftvion l-'.iulr des Platin-

Fortsat/es 136 verbunden und bildet die heiße Verbindungsslelle eines Thermoelements 7*9.

Die entgegengesetzten oder Leilungsenden der Drähte laufen durch im Tasterkörper vorgesehene in dessen Längsrichtung verlaufende Löcher. Guter thermischer Kontakt sowie Adhäsion zwischen allen Teilen weiden erzielt durch Thoriumoxydzement 141,

to der Hei/spule 132. Forlsatz 136 und braille 138 bis 140 einbettet.

Somit stehen die Thermoelement'¹ /'8 und 7*9 und die Hei/spule 132 durch direkt berührende Festkörper in leitender Wärmeaustausehbeziehung mileinander.

Die Hinfühniiigseiulen der Heizspule 132 sind durch Leitungen 142 und 143 mit einer Hei/ersteuerung 121n verbunden, mit der auch die Draht«; 13S und 139 verbunden sind. Diese Heizersteuerung illa ist ähnlich der in Fig. K) dargestellte:! Heizersteuerung 121.

Die Einführungsenden der Drähte 138 und 14( sind durch die Drähte 144 bzw. 145 mit einer Tempe raturablesevorrichtung 120« verbunden, die der ir Fig. 10 dargestellten Vorrichtung 120 ähnlich ist Zum Ablesen könnte statt des Drahtes 140 ein (nich dargestellter) besonderer, mit dem Kopf 135 verbun dener Draht verwendet werden. Falls gewünscht könnte die Temperaturablesung unter Vervvcnduni des Thermoelements Γ9 statt des Thermoelements Ti erfolgen.

Der in Fig. 14 gezeigte Fühler 133 arbeitet in de gleichen Weise wie der zuvor beschriebene, in Fig. Il dargestellte Fühler 103, wobei die Thermoelement Tl und TS einander ebenso entsprechen wie di Thermoelemente T6 und T9. Der Kopf 135 ist derje nige Teil des Fühlers 133, der die zu untersuchend warme Oberfläche berührt.

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Hier/u I Hkiu / ri

Claims (1)

1. I 698

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   14. Γ5: 76 /9) direkt über berührende Fcstkor per in \\ iirriiv. !eilendem kontakt miieiiiander und mil dem ersten 1 cmpet.iluifuhlcr (7"1: 73. 77) ^2a stehen, um let/!erem durch Wai meleiiuni; Warme /u/ululiren. dadurch einen Warmefluß /mischen dem ersten I emperatutfuhlei und der Oberfläche I .S ) auszuschalten und deren wahre Temperatur zu mes 11. wenn der eiste I emperaturfuhler ge- ²S ilen diese Oberfl.ielie (.S) anliegt.

   2 Vorrichtung naeli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste I emperaturfuhler in an sieh hekai-'uei Weise als Thermoelement ausgebildet ist, das Bestandteile 1 16. 17) aus imgleidien Metaller, und einen t'heigang (IS) zwischen diesen Metallen aufweist, daß die an den Übergang ( 18) angrenzenden Bestandteile eine Breite aufweisen, die größer ist als ihre Dicke, und daß eine Breitseite des Obergangs mit der Oberfläche [S) in Berührung bringbar ist. deren Temperatur gemessen werden soll.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß an der gegenüberliegenden Breitseite des Übergangs (18) der ebenfalls a₍s Thermoelement ausgebildete zweite Temperaturfühler und die Heizvorrichtung vorgesehen sind, um den Übergang (18) auf seine ganze Lunge mindestens nahezu gleichförmig zu erwärmen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Thermoelement ( 71). eine erste Isolierschicht (22), das zweite Thermoelement ( Γ2), eine zweite Isolierschicht (23). und die Heizvorrichtung (/■/) miteinander in wärmeleitender Verbindung stehend, übereinander in der genannten Reihenfolge ungeordnet sind (Fig. 3).

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile jeweils etwa gleich breit sind, daß die Breite eines Teils jeweils größer ist als die in Richtung der Übereinanderanordnung gemessene Dicke, und daß das Verhältnis der Breite zu dieser Dicke bei diesen Teilen, die Heizvorrichtung (H) ausgenommen, mindestens 20: 1 beträgt.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Thermoelement ( /7) zwei miteinander verbundene Teile (110, 115) aus verschiedenen Metallen aufweist, daß ein zweites Thermoelement (7'6) ein drittes Teil (114) aufweist, das mit einem (110) der beiden erstgenannten Teile verbunden ist und das aus einem von den Metallen der beiden ersten

   I. lie I I IO I15l wisciucdeiien Me¹,.· :n.si-.-li! .i.:i· emc- Jiesei ! liei'il'n 'dem llle I /7' ;:u^: evn.! ι >i >_k ! 1 i.icl.e hi Ii. : i:!i! 11 hu. briiiLibar i-.i. ilei - :. ■■ .lüh. 1 ein]^{1 1}Kt! if L'eme-sv .! ". ^ rde η so!! und .!..'' .1^¹ Hei.". 1 ;ikii!iiih: ., 102i -.iber em1.1i π: J.n-r.'-Tn Κ--.ι! in·..-;·. L iid; ü ic-.'.körper ' 1 IM ί :ΐι v. ..mi ic Il ; leu. ie 1 \ ci'l'.. . i ι Γ Li mil ι Vm anderen I he run 'dc

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   I iic! moelcmenic cm ianglidicr kei .ΐ;ιυ··ν. hei i'w ·ί pci ι llHi'l voice se he U i-.l. ;iuC dessen SpiLV :.:!'cl cinaiidci die Hei/von lehtung (102) und die beiden 1 liermoelemente (7 6. 77) angeordnet sind (1 ig. K bis 13).

   S. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß sieh das beiden Thermoelementen gemeinsame Teil (110) etwa in der Längsrichtung des keramischen Körpers (100) /w lse.iicn den beit.en i ι ermoelementen erstreckt und von einem keramischen Dislanzstuck (S 13) umgeben ist. so daß dieses Distan/.slück (113) zwischen den beiden Thermoelementen ( T6, 77) lieut (F i«. Id bis 13).

   ¹J. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der beiden 1 hcrmoelcmente ein länglicher, mit einer Spitze versehener keramischer Körper (131) vorgesehen ist. daß die Heizvorrichtung als ringförmige Heizspule (132) ausgebildet und nahe der Spitze iii den Körper eingebettet ist, wobei vorzugsweise ihre Längsachse parallel zu der des Korpers (1311) verlauft, daß ein erstes Thermoelemententeil (T8) als auf der genannten Spitze angeordnetes Kopfstück (134) mit einem sich in Richtung zum Korper (131) erstreckenden Fortsatz (136) ausgebildet ist, daß ein zweites 'Thermoelemententeil (138), das aus anderem Metall besteht als das erste Teil, in den Körper eingebettet und auf der dem Körper (131) zugewandten Seite mit dem Kopfstück (134) verbunden ist, um ein erstes Thermoelement ( T8) zu bilden, und daß ein drittes, aus einem anderen Metali als das erste Teil bestehendes Thermoelemeiitenteil (139) in den Körper (131) eingebettet Lind mit dem Fortsalz (136) verbunden ist, um ein zweites Thermoelement ('D) zu bilden (Fig. 14).

   K). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis ^l), dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (40) zum Messen der am eisten Thermoelement (Tl) erzeugten Spannung und damit der von ihm gemessenen 'Temperatur vorgesehen ist. daß ferner eine Anordnung (35) zum Subtrahieren der von den beiden Thermoelementen (Tl, T2) erzeugten Spannungen vorgesehen ist, und daß eine Steuervorrichtung (43, 45, 47) vorgesehen ist, welche abhängig von der Größe der algebraischen Summe dieser Spannungen die Wärmeabgabe der Heizvorrichtung (H) variabel steuert.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (35) vorgesehen ist, welche das erste Thermoelement (Tl) abwechselnd einmal mit der Tempera-

   698 293

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   I-"ei Her kennt man aus der deutschen Patcnt.schi ii't M^,S5(-ieine cbeiitalls mit einer Heizung versehene T einperaiiirmeLivorrichtiing. bei weklier zwei I hcrmoelenienie gegeneinander iiiid gegen die Heiz- \orrichlui α durch eiiu :i guten W armeisolatoi. naui lieh Luft, isoliert sind. Auch hier kann also keine weseiitliehe Wärmemenge zu dem Objekt gelangen. desseii lemperalLii gemessen weiden soll.

   Ferner kennt man Tempcratuimcßxorrichtungen, bei welchen ein Tbermofühlei direkt auf die Oberlläehe aufgesetzt wird, deren Temperatui gemessen werden voll. z. K die Oberfläche eines Elektromotor·». Bei der Messung ändert aber der Thermoiühlc -ofern er nicht gerade zufällig dieselbe Ί emperatur hat wie diese Oberfläche - die Temperatur an der /u messenilen Stelle und verfälscht dadurch das Meßergebnis.

   Es i.it deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturmeßvornchtungzuschaffcn, welche es eiinöglicht, die wahre remperalur liner Oberfläche zu ermitteln.

   Frfinduiigsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch erreicht, daß der erste 1 emperaturfiihler zui Berührung mit der Oberfläche ausgebildet ist, deren Temperatur zu messen ist, und daß die Heizvorrichtung und der /weite Ί emperaturfühler direkt über berührende Festkörper in wärmeleitendem Kontakt miteinander und mit dem ersten I emperaturfiihler stehen, um letzterem durch Warumleitung Wärme zuzuführen, dadurch einen Warniefluß zwischen dem ersten Temperaturfühler und der Oberfläche aus/i:·,ehalten und deren wahre lernperatur zu messen, wen:i der erste Temperaturfühler gegen diese Oberfläche anliegt.

   Sobald dereislc Te . oeralu:lühler die zu messende Oberfläche berührt, fließt zunächst auch hier Wärme

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