DE2722945A1

DE2722945A1 - Widerstandsthermometer

Info

Publication number: DE2722945A1
Application number: DE19772722945
Authority: DE
Inventors: Dennis C Johnson; Douglas J Mackenzie
Original assignee: ARI IND; ARI INDUSTRIES INC
Current assignee: Ari Industries Inc Addison Ill Us
Priority date: 1976-08-23
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1978-03-02
Also published as: GB1564175A; NL185587C; CA1040456A; SE7708000L; NL185587B; NL7707844A; FR2363090B1; US4087775A; FR2363090A1; DE2722945C2

Description

10. Mai 1977 IG/ge - PA-3250

AHi Industries, Inc.,

9000 King Street, Franklin Park, Illinois, 60ß1, Vereinigte Staaten von Amerika

Widerstandsthermometer (Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 71o.366 vom 23. August 1976)

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsthermometer, durch dessen äußeren Metallmantel, der einen wendeiförmigen Widerstand ad raht aufweisenden Widerstandsfühler umfasst, der Fühlerkörper über eine feuerfeste Keramik fest innerhalb des Mantels gelagert ist und die Enden der Widerstandsdrähte des Fühlers mit nach außen herausgeführten, isolierten Leiterenden des Thermometers in Verbindung stehen.

Widerstandsthermometer (englisch allgemein RTD-Gerätβ ge nannt) sind ansich bekannt. Sie nutzen den Effekt aus, daß der Widerstand der reinen Metalle sich mit steigender Tem-

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peratur vergrößert, nach der Formel R = R_Q (1+at+bt +...) Der Widerstand wird in einer angeschlossenen Brückenschaltung, z.B. nach Thomson, gemessen. Die Widerstandsfühler (RTD-Elentente) sind in einem relativ sehr kleinen Metallröhrchen aufgenommen. Sie können in einem aus rostfreiem Stahl bestehenden Hantel gelagert werden, wobei ihre Steifigkeit erhöht wird, indem der freie Raum durch eine hochdichte Keramikmasse, z.B. auf MgO-Basis, ausgefüllt wird. Ein bekanntes Widerstandsfühlerrährchen ist kapseiförmig ausgeführt, wobei der Widerstandsdraht wendelförmig auf einem isolierendem Dorn aufgewickelt und die Wendel in Crlas oder einem keramischen Isolator eingebettet ist. Dieser wird mit dem Dorn verschmolzen. Andererseits ist bekannt, daß für diese Art von Messung eine optimale Genauigkeit erforderlich ist, um die Umwandlung der Temperatur in Spannung wirksam meßtechnisch auszuwerten. Deshalb werden alle möglichen Vorkehrungen getroffen, um den Fühler gegen Erschütterung oder Schwingungen zu schützen. Die bisherigen Verfahren zur Unterbringung des Widerstandsfühlers innerhalb des Mantels des Widerstandsthermometers sind aber insofern unzureichend, als sie nicht die Schwierigkeiten voll berücksichtigen, die bei der Verdichtung von MgO (MgO-PuIver) entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Widerstandethermometer anzugeben, mit dem eine erhöhte Zuverlässigkeit des Widerstandsfühlers bei gewisser Senkung von Kosten möglich wird. Hierbei werden die

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bekannten Schwierigkeiten vermieden, wenn Widerstandsfühler mit zwei oder mehr aus dem Mantel nach außen herausgeführten Leitern zu verbinden sind und wobei in ansi ;h bekannter Weise der Widerstandafühler und die zugehörigen Verbindungsstellen von einer metallischen Umhüllung umgeben werden, welche nach folgend mit dem aus Metall bestehenden Außenmantel des Thermometers verbunden wird und wonach in bekannter Weise eine pulverförmige Keramik odgl. in den Raum zwischen Umhüllung und Außenmantel untergebracht und verdichtet wird.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß an einem Inde des Widerstandsthermometers eine Bohrung niedergebracht wird, daß danach der Widerstandsfühler in dieser Bohrung gelagert und dann in einzeln ansich bekannter Weise durch die Keramik gehalten wird, sodaß durch diese Maßnahme ein kammerförmiger Raum gebildet wird, wobei die Stirnseite des Mantels über den Pegel des isolierenden Werkstoffes hinaus erstreckt und erst danach die Anschlußleiter mit den Widerstandsdrähten innerhalb dieser Kammer verbunden und dann die Kammer am äußeren Ende verschlossen wird.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigern

Fig. 1 eine Seitenansicht des Widerstandsfühlers (RTD-Elementes), etwa in natürlicher Größe.

Fig. 2 einen vertikalen Mittelschnitt, vergrößert₍des

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Thermometers,um den Widerstandsfühler aufzunehmen. Pig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt naoh Linie 4-4 der Figur 5 und Fig. 5 einen Längsquerschnitt, ähnlich der Fig. 2, jedoch nach vollständiger Vereinigung der

Bauelemente.

Es wird ein handelsüblicher Widerstandsfühler 10 verwendet, mit einem festen Dorn aus isolierendem Werkstoff, auf dem der Widerstandsdraht wendelförmig aufgewickelt ist (wie dargestellt). Diese Wicklung ist in Glas oder in feuerfester Keramik eingeschmolzen und die Enden 14 des Widerstandsdrahtes jeder Windung werden mit einem geeigneten Meßkreis verbunden. Ein Widerstandsthermometer 11 weist einen AuQenmantel 16 aus z.B. rostfreiem Stahl auf. In diesem wird der Widerstandsfühler 10 wie nachfolgend beschrieben gelagert und abgestützt.

Di· nach außen abgehenden Leiter 18, beispielsweise drei

verbinden Leiter,/die Enden 14 der Widerstandsdrähte des Fühlers mit

des (nicht dargestellten) Meßkreis , wobei Leiter

18 zueinander als auch zum Außenmantel 16 abgestützt und elektrisch isoliert sind, indem eine verdichtete Masse 17 eines pulverisierten Keramikmaterials, z.B. MgO, verwendet wird. Die Anzahl der Leiter 18 kann auch zwei, ggfs. mehr als drei betragen.

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Nun werden aber erfindungsgemäß Leiter 18 und der Pegel der Keramikmasse an einem Ende des Mantels auf gleiche Höhe gebracht, z.B. durch eine Gegenbohrung auf das Niveau X-X, wobei eine Kammer 21 gebildet wird, in der die Anschlußstellen zwischen den Enden 14 der Widerstandsdrähte und ihrer Leiter 1b untergebracht sind. Die Kammer 21 ist relativ zum Mantel 11 innen gelegen, bildet also mit dem Mantel oeitenwände 22.

Eine Bohrung 31 wird axial zum Mantel 16 von solcher l'iefe und mit solchem Durchmesser niedergebracht, um den Widerstandsfühler 10 bequem aufnehmen zu können, andererseits soll die Bohrung Kaum freilassen, damit eine geeignete Zementierungsschicht 23 Platz findet. Bevor der Fühler eingesetzt wird, wird er mit diesem Zement beschichtet, z.B. mit dem im riandel bekannten "Sauereisen Nr. 8··, oder einem ähnlichen Zement. Die Beschichtung muß so ausgeführt werden, daß das Röhrchen des Fühlers nicht Spannungen unterliegt, die zu spätren Brüchen führen können (das Zement kann von der oauereisenzement Go., Pittsburgh, Pennsylvania, bezogen werden).

!Nachdem der Widerstandsfühler in die Bohrung eingeführt und das Zement ausgehärtet worden ist, werden die Leiter 18, im Aus führungs bei spiel drei, an die Enden der Widerstandsdrähte des Fühlers angelötet.

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Im Ausführungsbeispiel, vgl. i?ig. 4, kann eine Klammer, ein Verbindungsring odgl. zwischen zwei oder drei Widerstandsdrahtenden angebracht werden. Da andererseits der elektrische Meßkreis als solcher nicht Gegenstand der Erfindung ist, sind diese Teile nicht mit einer Sezugsziffer versehen.

Dann wird die Kanuner mit dem Zement, z,ü. Sauereisen Nr. c, gefüllt, das Zement ausgehärtet und somit eine feste Verbindung der elektrischen Leiter mit dem isolierenden Werkstoff erreicht. Der Pegel des Zementes wird gleichgestrichen, damit es beim Aufsetzen der Verschlußkappe 41 nicht stört. Letztere kann auch ein Stopfen oder eine Scheibe sein, welcne mit der Stirnseite des Mantels 1ö verschweißt bzw. verlötet wird, vgl. Fig. 5.

Einem Durchschnittsfachmann ist verständlich, daß die Längsabmessungen des Widerstandsthermometers sich nach dem Einzelfall der Anwendung oder Zweckbestimmung ergeben und daß die Verbindung der Leiter an den MeßKreis in ansich bekannter Weise erfolgt. Es kann aber darauf hingewiesen werden, daß die Widerstandselemente (RTD-Elemente) etwa drei Millimeter Durchmesser und eine Länge von etwa 30 mm haben und den üblichen pharmazeutischen Kapseln insoweit entsprechen.

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ORIGINAL INSPECTED

L e e r s e i t u

Claims

10. Mai 1977 IG/ge - PA-3250 ARi Industries, Inc.

Patentansprüche

11. Verfahren zur Herstellung eines Widerstandsthermometers, bei welchem der Widerstandsfühler in einen äußeren mantel des Thermometers eingesetzt, die Enden der Widerstandsdrähte mit nach außen zum Meßkreis abgehenden Leitungen verlötet und eine isolierende Keramik zwischen den Leitern und dem Außenmantel eingebracht und verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite des Thermometers ein Teil der Keramik und/oder der Leiter bis zur Bildung einer kammerförmigen Vertiefung entfernt wird bzw. werden, wobei der Boden der Ausnehmung quer zur Achse des Thermometers liegt, daß danach in diesen Boden eine längliche Vertiefung angebracht, z.B. eingebohrt wird, derart, daß der Durchmesser der

Bohrung den Durohmesser des Widerstandsfühlers übersteigt,

in danach der Fühler die längliche Bohrung so eingesetzt

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wird, daß die Enden der Widerstandsdrähte sich in die Kammer erstrecken, dann der Abstandsraum zwischen Bohrungswänden und Fühler mit feuerfester Keramik ausgefüllt, diese ausgehärtet, die Enden der Widerstandsdrähte an die Leiter angelötet, der restliche Hohlraum mit feuerfester Keramik ausgefüllt, ggfs. verdichtet und zuletzt die Kammer durch eine Kappe odgl. fest verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennezichnet, daß vor Einbringen des Widerstandsfühlers das keramische und isolierende Material zwischen Außenmantel bzw. zwischen den Leitern verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen herausgeführten Leiter mit den anderen Enden bis etwa in bündige Stellung mit der Stirnseite des Außenmantels gelagert werden, der Außenmantel mit der feuerfesten Keramik aufgefüllt, und dann verdichtet wird, während diese Leiter und Mantel in vorbestimmter Stellung zueinander gehalten werden, dann ein Teil des Mantels, der Leiter und der Keramik quer zur Achse des Thermometers abgeschnitten werden und danach die kammerförmige öffnung lediglich durch Entfernen der Keramik und Teilen der Leiter gebildet wird.

4. Nach einem der vorstehenden Verfahren hergestellter Widerstandsthermometer, dadurch gekennzeichnet, dad seine

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obere, an einer Stirnseite durch einen Stöpsel, eine Kappe oder einen Deckel (41) verschlossene Kammer (21) aufweist, deren Seiten-wände (22) Teile des AuQenmantels (16) sind, wobei der Boden der Kammer etwa quer zur Längsachse des Thermometers verlHuft und eine längliche Öffnung, z.B. Bohrung (31) aufweist, in welcher der Widerstandsfühler (10) über eine schichtförmige aushärtbare Zementmasse odgl. (23) mit der Isoliermasse (17) und/oder Leitern (18) fest in Verbindung steht bzw. abgestützt ist und die Lötstellen zwischen den Leitern (18) und den Enden (14) der Widerstandsdrähte in dieser Kammer vorhanden sind.

5. Widerstandsthermometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kammer (21) mit elektrisch isolierendem Werkstoff, vorzugsweise feuerfester pulverisierter und verdichteter Keramik, ausgefüllt ist.

6. Widerstandsthermometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine aushärtbare Zementschicht (23) zwischen Fühler (10) und den Wänden der länglichen Bohrung (31) vorhanden ist.

7. Widerstandsthermometer nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (31) eine Sackbohrung im Boden der Kammer (21) ist.

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