DE2732984A1 - SOLDERING ELEMENT FOR A THERMOCOUPLE AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION - Google Patents

SOLDERING ELEMENT FOR A THERMOCOUPLE AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION

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DE2732984A1 DE19772732984 DE2732984A DE2732984A1 DE 2732984 A1 DE2732984 A1 DE 2732984A1 DE 19772732984 DE19772732984 DE 19772732984 DE 2732984 A DE2732984 A DE 2732984A DE 2732984 A1 DE2732984 A1 DE 2732984A1
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    • 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

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizlötstellenelement für einen Hochtemperatur-Thermoelementmeßkreis. Es ist bekannt, daß sich die Temperaturen von Metallschmelzenbädern mit einem Thermoeleroent-Meßkreis bestimmt werden können, der ein in das Bad eingetauchtes Heizlötstellenelement, das verschiedene, sich an der Verbindungsstelle treffende Thermoelementdrähte enthält, sowie Kontaktteile aufweist, mit denen die Thermoelementdrähte elektrisch mit dem übrigen Meßkreis verbunden sind. Üblicherweise werden derartige Verbindungselement so billig wie möglich hergestellt, da ihre Lebensdauer unter den extremen Betriebsbedingungen normalerweise nicht größer als ein paar Eintauchvorgänge ist, und häufig wird ein Verbindungselement dieser Art nur für einen Eintauchvorgang verwendet und dann außer Gebrauch gesetzt.The invention relates to a solder joint element for a high temperature thermocouple measuring circuit. It is known that the temperatures of molten metal baths can be determined with a thermocouple measuring circuit which has a soldering element immersed in the bath and containing various thermocouple wires that meet at the junction, as well as contact parts with which the thermocouple wires are electrically connected to the rest Measuring circuit are connected. Usually such fasteners are manufactured as cheaply as possible, since their life under the extreme operating conditions is normally no longer than a few dips, and often a fastener of this type is only used for one dip and then put out of use.

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Heizlötstellenelement, dessen bevorzugte Ausführungsformen es ermöglichen, geringere Mengen an Thermoelementdrähten zu verwenden, und da diese normalerweise aus sehr teueren Metallen bestehen, kann eine geringe Ersparnis in der verwendeten Menge bereits die Kosten eines solchen Elementes beträchtlich beeinflußen; ferner ist beim erfindungsgemäßen Heizlötstellenelement die Widerstandsfähigkeit des Elementes verbessert, so daß sich die Kosten pro Eintauchen durch Erhöhung der Lebensdauer des Elementes reduzieren lassen.The invention relates to an improved solder joint element, the preferred embodiments thereof allow lesser amounts of thermocouple wires to be used, and because these Usually made of very expensive metals, a small saving in the amount used can already reduce the cost of one influence such an element considerably; is also in the invention Solder joint element improves the resistance of the element, thus reducing the cost per immersion Increase in the service life of the element can be reduced.

In der GB-PS 1 022 172 ist ein Heizlötstellenelement für ein Hochtemperatur-Thermoelement beschrieben, das ein hohles Rohr aus glasartigem Silicamaterial aufweist, wobei ein Paar von verschiedenen Thermoelementdrähten eine in dem Rohr eingeschlossene Thermoelementverbindung bildet und jeder der Thermoelementdrähte an ein anderes Kontaktteil angeschlossen ist, die sich von einem Ende des Rohres erstrecken.GB-PS 1 022 172 discloses a soldering element for a high-temperature thermocouple described comprising a hollow tube of vitreous silica, a pair of different Thermocouple wires form a thermocouple connection enclosed in the tube and each of the thermocouple wires to one other contact part is connected, which extend from one end of the tube.

Bei dem Heizlötstellenelement nach der GB-PS 1 022 172 bleibt die Verbindung der Thermoelementdrähte ungeschützt, und die Thermoelementdrähte sind innerhalb des Rohres gespannt, um sie innerhalb des Rohres getrennt voneinander zu halten. Eine derartige BauartWith the Heizlötstelleelement according to GB-PS 1 022 172, the connection of the thermocouple wires remains unprotected, and the thermocouple wires are stretched inside the pipe in order to keep them separate from one another within the pipe. Such a design

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eignet sich nicht für automatische Herstellungstechniken, da die Herstellung schwierig ist und zu einem hohen Anteil von unverkaufbaren Verbindungselementen bzw. Heizlötstellenelementes führt, wobei diese Kosten zu den Einheitskosten für die verkaufbaren Elemente hinzukommen.is not suitable for automatic manufacturing techniques, as the manufacturing is difficult and a high proportion of unsalable Connecting elements or Heizlötstelleelementes leads, these costs to the unit costs for the sellable Elements are added.

Die Erfindung bezieht sich daher auf ein verbessertes Heizlötstellenelement, bei dem die Thermoelementdrähte lose innerhalb des Rohres angeordnet, aber zwischen der Thermoelementverbindung und den Kontaktelementen durch eine von der Rohrwand gebildete Trennoder Abstandseinrichtung voneinander getrennt sind.The invention therefore relates to an improved solder joint element, in which the thermocouple wires are loosely arranged within the tube but between the thermocouple connection and the contact elements are separated from one another by a separating or spacing device formed by the pipe wall.

Die verschiedenen Thermoelementdrähte sind zweckmäßigerweise sehr feine Drähte aus Metallen oder Legierungen aus Nickel, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Platin, Rhodium oder Platin-Rhodium-Legierungen, die zur Herstellung der Thermoelementverbindung zusammengedreht oder miteinander verschweißt sein können. Auch die Verwendung einer leitfähigen Verbindungsbrücke zwischen den Enden der Thermoelementdrähte an der Thermoelementverbindung wird keinesfalls ausgeschlossen.The various thermocouple wires are expediently very fine wires made of metals or alloys made of nickel, chromium, Aluminum, tungsten, molybdenum, platinum, rhodium or platinum-rhodium alloys twisted together to make the thermocouple connection or can be welded together. Also the use of a conductive connecting bridge between the ends the thermocouple wires on the thermocouple connection is by no means excluded.

Die Kontaktteile können im Abstand angeordnete Zapfen oder Stifte sein, die durch das Ende des Rohres vorstehen und an die die jeweiligen Enden der geeigneten Thermoelementdrähte angeschlossen sind, beispielsweise durch Klemmungen oder Schweißungen. Die Kontaktelemente können ebenfalls aus verschiedenen Metallen bestehen, z.B. aus Kupfer und Kupfer-Nickel, damit sie als an sich bekannte Kompensationszuleitungen arbeiten. Ferner können die Kontaktelemente physikalisch-körperlich unterschiedlich voneinander sein, beispielsweise durch ihre Länge oder Querschnittsfläche, um den richtigen Polaritätsanschluß an den übrigen Meßkreis zu gewährleisten. The contact parts may be spaced-apart tenons or pins which protrude through the end of the tube and to which the respective Ends of the appropriate thermocouple wires are connected, for example by clamping or welding. The contact elements can also consist of different metals, e.g. copper and cupro-nickel, so that they are known per se Compensation lines work. Furthermore, the contact elements can be physically and physically different from one another, for example by their length or cross-sectional area, in order to ensure the correct polarity connection to the rest of the measuring circuit.

Die Trenn- oder Abstandseinrichtung besteht aus einem deformierten Bereich der Rohrwand, und der deformierte Bereich ist zweckmäßigerweise groß genug, damit geschmolzenes Metall, in welches das Heiz-The separating or spacing device consists of a deformed one Area of the pipe wall, and the deformed area is expediently large enough to allow molten metal into which the heating

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lötstellenelement eingetaucht wird, dicht genug an die Thermoelementverbindung herankommen kann. Auf diese Weise wird die Ansprechzeit des Heizlötstellenelementes reduziert. Vorzugsweise bildet der deformierte Bereich einen Schmelzendurchfluß durch die Bohrung des Rohres.solder joint element is immersed, close enough to the thermocouple connection can approach. In this way, the response time of the soldering element is reduced. Preferably the deformed area forms a melt flow through the bore of the tube.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Heizlötstellenelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elementes anhand eines Ausführungsbeispieles und anhand der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt inThe following is intended to describe the soldering joint element according to the invention and a method for producing such an element will be explained in more detail using an exemplary embodiment and using the associated drawing. The drawing shows in

Fig. 1 eine Seitenansicht der elektrischen BauteileFig. 1 is a side view of the electrical components

des Elementes vor dem Einsetzen in das Quarzglasrohr, of the element before inserting it into the quartz glass tube,

Fig. 2 und 3 eine Seitenansicht bzw. eine Endansicht des Quarzglasrohres, das zur Bildung eines vollständigen Elementes zusammen mit den Bauteilen nach Fig. verwendet wird; und in2 and 3 a side view and an end view of the quartz glass tube, to form a complete element together with the components according to Fig. is used; and in

Fig. 4 einen Schnitt durch das vollständige Thermoelement.4 shows a section through the complete thermocouple.

Wie aus Fig. 4 erkennbar weist das vollständige Element ein Rohri aus transparentem Quarzglas auf, das durch einen Quetschfuß oder eine Klemmeinrichtung bei 2 abgeschlossen und am anderen Ende um Kompensationsstifte 3 und 4 herumgeklemmt oder gequetscht ist. Die Stifte 3 und 4 sind in den Bereichen 3a und 4a leicht abgeflacht um ihre Befestigung in dem eingeklemmten Rohr zu verbessern.As can be seen from FIG. 4, the complete element has a tube made of transparent quartz glass, which is closed by a pinch foot or a clamping device at 2 and at the other end around Compensation pins 3 and 4 are jammed or squashed. The pins 3 and 4 are slightly flattened in the areas 3a and 4a to improve their fixation in the clamped pipe.

Thermoelementdrähte 5 und6 verbinden die Stifte 3 und 4 mit einer Thermoelementverbindung 7, die sich in der Nähe des Quetschfußes (Pinch) 2, aber im Inneren des Rohres 1 befindet. Unter Verwendung eines Schweißvorganges werden die Drähte miteinander an der Verbindungsstelle 7 verbunden und jeweils an ihren Stift angebondet. Die Stifte besitzen unterschiedliche Abmessungen, um zu gewährleisten, daß das Element nur in einer Stellung in seinenThermocouple wires 5 and 6 connect pins 3 and 4 to a thermocouple connector 7 located near the pinch foot (Pinch) 2, but located inside the tube 1. Under use During a welding process, the wires are connected to one another at the connection point 7 and are each bonded to their pins. The pins have different dimensions to ensure that the element is only in one position in its

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Aufnahmesockel hineingesteckt und auf diese Weise mit dem übrigen Teil des Meßkreises verbunden werden kann. Ein feuerfester Zement 8 füllt das untere Ende des Rohres 1 in sichererer Weise, um die Stifte mit dem Rohr zu verbinden und die Verbindungen zwischen den Drähten und den Stiften thermisch zu isolieren.Receiving base inserted and can be connected in this way with the rest of the measuring circuit. A refractory cement 8 fills the lower end of the tube 1 in a more secure manner to connect the pins to the tube and the connections between the Thermally isolate wires and pins.

Um die Drähte 5 und 6 in dem Bereich zwischen den Stiften undder Verbindung 7 im Abstand voneinander zu halten, ist ein Loch 9 durch das Rohr 1 vorgesehen, das eine isolierende Trenneinrichtung oder Barriere 9a zwischen den Drähten 5 und 6 bildet.Around the wires 5 and 6 in the area between the pins and the To keep connection 7 at a distance from each other, a hole 9 is provided through the tube 1, which is an insulating separating device or forms barrier 9a between wires 5 and 6.

Das in Fig. 4 dargestellte Element wird aus den in den Fig. 1 und wiedergegebenen Teilen hergestellt, in-dem man die Stifte 3 und 4 von oben in das Rohr 1 absenkt, bis die Verbindung 7 sich unmittelbar über der Barriere 9a befindet oder sogar auf ihr ruht, das Rohr leicht um die Bereiche 3a und 4a herumklemmt, Zement 8 in das untere Ende des Rohres injiziert und schließlich das Ende 2 zum Schließen des Rohres zusammenklemmt. Das in Fig. 4 dargestellte Element ist für Temperaturmessungen im Bereich zwischen 5000C und 1 8000C konzipiert. Der Stift 3 hat einen Durchmesser von 1,42 mm und besteht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, der Stift 4 hat einen Durchmesser von 1,63 mm und besteht aus Kupfer, der Draht 5 hat einen Durchmesser von 0,075 mm und besteht aus Platin, währendder Draht 6 einen Durchmesser von 0,075 mm Durchmesser aufweist und aus einer Legierung aus 13 % Rhodium und 87 % Platin besteht. Die Gesamtlänge des Rohres 1 mit elüpsenförmigera Querschnitt beträgt 45 mm, während die unverzerrte Bohrung Abmessungen von 8 bis 9 mm in Richtung der großen Achse und 2 bis 3 nun in Richtung der kleinen Achse aufweist. Das Loch 9 hat eine Bohrung von ungefähr 3 mm, und der Zement, beispielsweise gebrannter Gips, erstreckt sich 3 mm über das obere Ende der Stifte 3 und 4 hinaus. Anstelle des Loches 9 kann auch eine längliche Aussparung vorgesehen sein, wie sie strichliert bei 10 in Fig. 4 angedeutet ist. Das Loch bzw. die Aussparung ermöglicht es dem geschmolzenen Metall, dicht an die Verbindung 7 heranzukommen, und reduziert auf diese Weise die Zeit, die das Element braucht, um die wahre Tempe-The element shown in FIG. 4 is produced from the parts shown in FIGS. 1 and 4 by lowering the pins 3 and 4 from above into the tube 1 until the connection 7 is located directly above the barrier 9a or even rests on it, clamp the pipe lightly around areas 3a and 4a, inject cement 8 into the lower end of the pipe and finally clamp end 2 together to close the pipe. The element shown in FIG. 4 is designed for temperature measurements in the range between 500 ° C. and 1,800 ° C. The pin 3 has a diameter of 1.42 mm and consists of a copper-nickel alloy, the pin 4 has a diameter of 1.63 mm and consists of copper, the wire 5 has a diameter of 0.075 mm and consists of platinum , while the wire 6 has a diameter of 0.075 mm and is made of an alloy of 13% rhodium and 87% platinum. The total length of the tube 1 with an elüpsenförmigera cross section is 45 mm, while the undistorted bore has dimensions of 8 to 9 mm in the direction of the major axis and 2 to 3 now in the direction of the minor axis. The hole 9 has a bore of approximately 3 mm and the cement, e.g. plaster of paris, extends 3 mm beyond the upper end of the pins 3 and 4. Instead of the hole 9, an elongated recess can also be provided, as is indicated by dashed lines at 10 in FIG. 4. The hole or recess allows the molten metal to come close to the connection 7 and in this way reduces the time it takes for the element to reach the true temperature.

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ratur einer Schmelze anzunehmen, sobald es zum ersten Mal in die Schmelze hineingetaucht wird.temperature of a melt as soon as it is immersed in the melt for the first time.

Das Volumen innerhalb des Rohres kann abgeschlossen sein, es kann aber auch ein kleiner Gasauslaß vorgesehen sein, um einen Druckanstieg beim Eintauchen zu reduzieren, wobei diese Einrichtung in den Zement 8 eingebaut sein kann.The volume inside the tube can be closed off, but a small gas outlet can also be provided in order to increase the pressure to reduce when immersed, it being possible for this device to be built into the cement 8.

Wenn die Drähte 5 und 6 sehr fein sind, so kann ihr Anschweißen an die robusteren und gröberen Stifte 3 und 4 Probleme aufwerfen. Das Anquetschen ist ein weiteres Befestigungsmittel, das sich verwenden läßt.If the wires 5 and 6 are very fine, welding them to the sturdier and coarser pins 3 and 4 can pose problems. Crimping is another fastener that can be used.

Obwohl beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Rohr 1 mit ellipsenförmigem bzw. ovalem Querschnitt als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist dies nicht wesentlich, und es können auch andere Querschnittsformen Verwendung finden.Although in the embodiment described above, a tube 1 with an elliptical or oval cross-section as the starting material is used, this is not essential and other cross-sectional shapes can be used.

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Le e rs e i t eRead more

Claims (5)

Hern· 1, 8000 MOnchcn 40,Hern · 1, 8000 MOnchcn 40, FrelllgrathstraS· It _, , . DUBV Elsenacher StraBe 17FrelllgrathstraS It _,,. DUBV Elsenacher Strasse 17 Posnarf..i4o Dlpl.-lng. H. H. Banr ρ·ι.-Αη*. B.in.r Posnarf..i4o Dlpl.-lng. HH Banr ρ · ι.-Αη *. B.in.r Dlpl..Phys. Eduard Betzier f.Dlpl..Phys. Eduard Betzier f. 81014 Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl **>" 81014 Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl **>" Teleerammanschrlft: Telegrammenschrift:Telegram address: Telegram writing: Dahrpalanta H.rne PATENTANWÄLTE Babetipat MünchenDahrpalanta H.rne PATENTANWÄLTE Babetipat Munich Tale« 0«229·βΙ T.lax 5215360 Tale «0« 229 · βΙ T.lax 5215360 Γ ^ "/ J £ υ ö 4 Bankkonten:Γ ^ "/ J £ υ ö 4 bank accounts: Bayerische Vereinsbank München SS2 2e7 Dresdner Bank AQ Herna 7-420 49t Postscheckkonto Dortmund SS8 68-467Bayerische Vereinsbank Munich SS2 2e7 Dresdner Bank AQ Herna 7-420 49t Postscheckkonto Dortmund SS8 68-467 21. Juli 1977July 21, 1977 ΠβΙ: Μ 06 021 B-ag ΠβΙ: Μ 06 021 B-ag In dor Antwort bitte angebenPlease indicate in the answer Zuschrift bitte nach:Please send a letter to: MünchenMunich Thermal Syndicate Limited, P.O. Box 6, Neptune Road, Wallsend, Tyne & Hear Ne28 6DG / EnglandThermal Syndicate Limited, P.O. Box 6, Neptune Road, Wallsend, Tyne & Hear Ne28 6DG / England Heizlötstellenelement für ein Thermoelement und Verfahren zu seiner HerstellungHeat solder joint element for a thermocouple and method for its manufacture PatentansprücheClaims f 1.jHeizlötstellenelement für ein Hochtemperatur-Thermoelement, mit einem hohlen Rohr aus Quarzglas, bei dem ein Paar von verschiedenen Thermoelementdrähten eine innerhalb des Rohres abgeschlossene Thermoelementverbindung bildet und bei dem die jeweiligen Thermoelementdrähte an verschiedene Kontaktelemente angeschlossen sind, die sich von einem Ende des Rohres erstrecker dadurch gekennzeichnet , daß die Thermoelementdrähte (5, 6) lose innerhalb des Rohres (1) angeordnet und zwischen der Verbindung (7) und den Kontaktelementen (3, 4) durch eine von der Rohrwand gebildete Trenneinrichtung (9a) voneinander getrennt sind. f 1.jHeating solder joint element for a high-temperature thermocouple, with a hollow tube made of quartz glass, in which a pair of different thermocouple wires form a thermocouple connection closed within the tube and in which the respective thermocouple wires are connected to different contact elements that extend from one end of the tube extender, characterized in that the thermocouple wires (5, 6) are loosely arranged within the tube (1) and separated from each other between the connection (7) and the contact elements (3, 4) by a separating device (9a) formed by the tube wall. 2. Heizlötstellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Trenneinrichtung von der Wand eines durch das Rohr (1) hindurchgehenden Loches (9) gebildet ist.2. Heizlötstelleelement according to claim 1, characterized in that the separating device from the wall of a through the tube (1) through hole (9) is formed. 709884/104S- 2 -709884 / 104S- 2 - INSPECT»INSPECT » 3. Heizlötstellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung durch das Zusammenklemmen lokalisierter Bereiche der Rohrwand gebildet wird, welche eine Aussparung (10) bilden, in die das schmelzflüssige Metall zur Annäherung an die Thermoelementverbindung fließen kann.3. Heizlötstelleelement according to claim 1, characterized in that the separating device by clamping localized areas of the pipe wall is formed, which form a recess (10) into which the molten Metal can flow to approach the thermocouple junction. 4. Verfahren zur Herstellung eines Heizlötstellenelementes für einen Hochtemperatur-Thermoelementkreis, bei dem ein Quarzglasrohr mit einer sich von einem Ende des Rohres zunanderen erstreckenden Durchführung hergestellt und innerhalb der Durchführung eine Anordnung aus Kompensationsstiften und zwei Thermoelementdrähten angebracht wird, deren Drähte elektrisch an eine sich in der Nähe des einen Endes befindliche Verbindung sowie an entsprechenden Stifte am gegenüberliegenden Ende angeschlossen werden, und bei dem die Stifte innerhalb des Rohres derart befestigt sind, daß entfernt von den Drähten liegende Bereiche der Stifte von dem Rohr vorstehen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bereich des Rohres zur Bildung von zwei Durchgängen deformiert wird, die sich zu beiden Seiten dieses Bereiches von einem Ende des Rohres zum anderen erstrecken, daß die Anordnung mit den Stiften zuerst in die Durchgänge eingesetzt wird, so daß die entfernt von den Drähten liegenden Enden der Stifte von einem Ende des Rohres vorstehen und die zwischen der Verbindung und den Stiften liegenden Drähte innerhalb des Rohres durch den deformierten Bereich voneinander getrennt sind, daß die Stifte innerhalb des Rohres in der Nähe des einen Rohrendes befestigt und das gegenüberliegende Ende des Rohres zur Vervollständigung des Elementes geschlossen wird.4. Process for the production of a Heizlötstelleelementes for a high temperature thermocouple circuit in which a quartz glass tube with one moving from one end of the tube to the other made extending implementation and within the implementation an arrangement of compensation pins and two Thermocouple wires are attached, the wires of which are electrically connected to a connection located near one end as well as corresponding pins on the opposite end and in which the pins are secured within the tube so that they are removed from the wires lying areas of the pins protrude from the tube, characterized in that a region of the tube for Formation of two passages is deformed, extending on either side of this area from one end of the pipe to the others extend that the assembly is inserted with the pins first in the passages so that the removed from the ends of the pins lying between the wires protrude from one end of the tube and those lying between the connection and the pins Wires within the tube are separated from each other by the deformed area that the pins inside the tube attached near one end of the pipe and the opposite The end of the tube is closed to complete the element. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verfahrensschrittes zur Herstellung eines deformierten Bereiches in dem Rohr ein Durchgang für die Schmelze geschaffen wird, der sich durch die Bohrung des Rohres erstreckt.5. The method according to claim 4, characterized in that that during the process step for producing a deformed area in the pipe a passage for the Melt is created, which extends through the bore of the tube. 70988^/104670988 ^ / 1046
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