DE2807794A1 - Anordnung von thermoelementen zum messen des mittelwertes mehrerer temperaturen - Google Patents
Anordnung von thermoelementen zum messen des mittelwertes mehrerer temperaturenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Messung von Temperaturen
mittels Thermoelementen.
Dieses System ist ganz besonders dem Problem des Messens der Temperatur von Gasen angepaßt, die Turbotriebwerken von Plugzeugen
entströmen. Diese Temperaturen sollen zur Überwachung des ordnungsgemäßen Betriebes der Triebwerke tatsächlich genau
bestimmt sein; es ist besser, wenn die Gase heißer sind, um den Schub und den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern, aber
es ist nötig, daß ihre Temperatur unterhalb eines Wertes bleibt, bei dem sie zu gefährlich werden, als daß sie von den
verschiedenen Organen des Motors (insbesondere den feststehenden und beweglichen Schaufeln der Turbinen) ohne Schaden ertragen
werden können.
Man mißt gegenwärtig die mittlere Temperatur in dem Gasring hoher Geschwindigkeit, welcher am Auslaß der Turbinen gebildet
wird, mit Hilfe von Anordnungen kreisförmig im Ring verteilter Thermoelemente, die parallel geschaltet sind, damit die gemeinsame
Spannung am Verbindungspunkt aller Thermoelemente im wesentlichen ein Maß des Mittelwertes der Temperaturen im Gasring darstellt.
Gemäß den Motortypen kennt man ungefähr die räumliche Verteilung (Kartographie) der Temperaturen im Innern des Motorgehäuses am
Ort des Auslasses der Turbinen und man setzt infolgedessen an gewünschte Stellen,ganz besonders am Ort der heißen Punkte der
geschätzten räumlichen Verteilung, Sonden, die ein oder mehrere Thermoelemente enthalten. Die Zahl der Sonden liegt im allgemeinen
zwischen zwei und zwölf, je nach der gewünschten Genauigkeit und dem zugelassenen Selbstkostenpreis für jeden Einzelfall.
Die Parallelschaltungen der Thermoelemente erlauben eine Messung der mittleren Temperatur im heißen Teil des Gasringes, aber
mit einem Fehler, der darauf zurückzuführen ist, daß die Verbindungen, welche die Thermoelemente an einen gemeinsamen Meßpunkt
anschließen, voneinander abweichende Widerstände haben, die außerdem stark gilt der Umgebungstemperatur veränderlich
sind, welche um diese Verbindungen herum herrscht.
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Man versucht beispielsweise, die Temperaturen der heißen Punkte
von +
des gasförmigen Ringes/Ungefähr 1223 - 5OK zu messen. Diese
letztere Schwankung wirkt sich stark auf die Widerstände der Verbindungen aus, denn diese sind herkömmlich aus den gleichen
Materialien wie die genannten Thermoelemente hergestellt; gelegentlich kann es sich um die unter den Warenzeichen Chromel
und Alumel vertriebenen Nickellegierungen der Hoskins Manufacturing Company, Detroit/Michigan (USA) mit 80% Ni, 20% Cr bzw. 94% Mi,
4% Al oder 2% Al und 2,5% Mn handeln, also um Materialien, die einen sich stark mit der Temperatur ändernden spezifischen
Leitungswiderstand .haben.
Zwei natürliche Erscheinungen, die zu einem Verlust an Genauigkeit
der Messung der mittleren Temperatur beitragen, überlagern sich jedoch, wenn man die Thermoelemente parallelschaltet.
Einerseits mitteln sich die von den parallelen Thermoelementen erzeugten elektromotorischen Kräfte (EMK) nur bei derjenigen
Messung arithmetisch, bei der die Widerstände ihrer Verbindungen gleich sind, was im allgemeinen nicht der Fall ist, wenn man die
wegen der verschiedenen räumlichen (geographischen) Lagen der Thermoelemente in Bezug auf den Punkt, wo man die resultierende
elektromotorische Kraft mißt, verschiedenen Längen der Verbindungen bedenkt.
Andererseits verursachen die Temperaturschwankungen am Ort der Verbindungen gezwungenermaßen Schwankungen des Widerstandes derselben.
Man kann tatsächlich hochleitfähige Verbindungen wie Kupferdraht nicht benutzen, weil es unumgänglich ist, daß die
Verbindungen aus den gleichen Materialien wie das Thermoelement (meistens Chromel und Alumel) hergestellt werden, damit zusätzliche
elektromotorische Kräfte nicht durch Lötstellen mit verschiedenen Temperaturen zwischen unterschiedlichen Materialien
erzeugt werden, welche schwierig zu beherrschende parasitäre Thermoelemente bilden würden.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind verschiedene Schaltbilder zur Parallelverbindung von Thermoelementen mit Ausgleichswiderständen
vorgeschlagen worden, die in einem gewissen Maß die Fehler der Mittelung im Vergleich zu jenen Fehlern verkleinern,
welche bei Abwesenheit dieser Widerstände auftreten würden.
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Die übernommenen prinzipiellen Schaltbilder sind folgende:
1) Parallelanschluß jedes Thermoelementes an eine alle Sonden verbindende Doppelleitung(bifilare Leitung), mit einem
zwischen die Leitung und einen der Drähte des Thermoelementes eingefügten Kompensationswidarstand (Fig. 1a); die Thermoelemente
sind auf einer geraden Linie angeordnet dargestellt, aber sie können beispielsweise zum Messen der Temperatur
eines Auspuffgasringes kreisförmig angeordnet sein. Der Kompensationswiderstand wird umso höher gewählt, je näher das
Thermoelement dem Punkt zur Messung der gemittelten Potentialdifferenz
ist, so daß der vom Meßpunkt aus gesehene Gesamtwiderstand jedes Thermoelementes, d.h. mit seiner Verbindung
und seinem Koiapensationswiderstand, für alle Thermoelemente der gleiche ist.
2) Anschluß jedes Thermoelementes direkt an den Meßpunkt durch
Doppelleitungen, die von jedem der Thermoelemente zum Meßpunkt laufen, und mit einem zwischen einem Draht des Thermoelementes
und einer Ader der ihm zugeordneten bifilaren Leitung eingesetzten Kompensationswiderstand (Fig. 1b).
3) Kopplung der Thermoelemente parallel zwei und zwei (oder drei und drei) und Verkopplung der Verbindungspunkte der Zweier-(oder
Dreier- usw.)Gruppen bis zum Anschluß des Ganzen an die Meßpunkte. Zwischen einen der Drähte des Thermoelementes und
seine Verbindung mit einem anderen Thermoelement können ebenso wie in einen der Drähte der Verbindung zwischen einer Gruppe
von Thermoelementen und einer anderen Kompensationswiderstände eingefügt werden (Fig. 1c).
Der Erfinder hat festgestellt, daß diese verschiedenen Zusammenschaltungen
die Mifcbelungsfehler, von denen oben die Rede war,
nicht vollständig beseitigen. Berechnungen und statistische Messungen, welche die ungewisse Verteilung der Temperaturen in dem
oben bezeichneten Bereich sowohl am Ort der Thermoelemente als auch am Ort der sie miteinander verbindenden Verbindungsdrahte
berücksichtigen, haben gezeigt, daß die zur bisherigen Technik gehörenden Schaltungen einen Mittelungsfehler von einigen Zehnteln
bis einigen Temperaturgraden ergeben.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf abf die Genauigkeit der
Messung einer mittleren Temperatur zu verbessern und dazu wird vorgeschlagen, ein Schaltungsschema paralleler Thermoelemente
zu schaffen, bei dem die Kompensationswiderstände durch eine geeignete Wahl der Querschnitte jedes der Verbindungsdrähte der
Doppelleitungen gebildet sind, welche die Thermoelemente untereinander oder mit einem Spannungsmeßpunkt verbinden. Wenn die Thermoelemente
beispielsweise aus einer Verlötung eines Chromel-Drahtes und eines Alumel-Drahtes bestehen, werden die Verbindungsdrähte
der parallelgeschalteten Thermoelemente gleichfalls aus Chromel bzw. Alumel- hergestellt -und man wird-den-Querschnitt jedes der —*
Teilstücke der Verbindungsdrahte unter Berücksichtigung ihrer
Länge und ihres spezifischen Leitungswiderstandes so wählen, daß ein vom Meßpunkt zu den Verbindungen gegen jedes der Thermoelemente
gesehener gemeinsamer Gesamtwiderstand gegeben ist= Man verteilt so den Kompensationswiderstand in jedem der Verbindungsdrähte
(Chromel und Alumel) und über die ganze Länge dieser Drähte und Berechnungen sowie statistische Messungen haben gezeigt,
daß die Genauigkeit des gemessenen Mittelwertes viel besser ist als bei den bekannten, gegenwärtig benutzten Schaltungen.
Da die Verbindungsdrähte Widerstände haben, die sich gemäß für jedes der Materialien unterschiedlichen Koeffizienten mit der
Temperatur ändern, wird man sich bei der Berechnung der Querschnitte dieser Drähte darauf einrichten, um zwei Drähten desselben
Teils-ückes für die geschätzte ungefähre Temperatur in dem
umgebenden Milieu, in dem sie sich befinden werden, einen gleichen Widerstand je Längeneinheit zu geben» Man kann auch anstreben,
zwei Drähten desselben Teilstückes verschiedene Widerstände je Längeneinheit zu geben, aber so, daß die Schwankungen des Widerstands
der zwei Drähte in Abhängigkeit von der Temperatur trotz der verschiedenen Koeffizienten der Widerstandsänderungen der
beiden Drähte im wesentlichen gleich sind.
Da die am Ort der Verbindungen herrschende Umgebungstemperatur hoch ist, schützt man die Verbindungsdrähte, indem sie in ein
hohen Temperaturen widerstehendes Metallrohr (beispielsweise aus der unter dem Warenzeichen Inconel vertriebenen Nickellegierung
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der International Nickel Co. mit 78,5 - 80% Ni, 14% Cr und
6 - 6,5% Fe) eingeführt werden, welches mit stark verdichteter Magnesia gefüllt ist, um die Isolation dieser Drähte bei der
Betriebstemperatur zu gewährleisten.
Die praktische Ausführung der Thermoelementeanordnungen besteht darin, daß,nachdem man die notwendigen Querschnitte der Drahtteilstücke
zwischen Thermoelementen unter Berücksichtigung der Entfernung der Thermoelemente von der Anordnung berechnet hat,
mehradrige, abgeschirmte Kabel mit mineralischem Isolator (verdichtete Magnesia beispielsweise oder lELne Tonerde oder Zirkonerde)
hergestellt werden, deren Leiter (zwei, vier oder sechs im allgemeinen) die gewollten Durchmesser haben, und daß dann
Teilstücke der so realisierten Kabel miteinander verlötet werden, um so die Anordnung von Thermoelementen zu bilden (Verlöten
der Drähte miteinander oder mit den Thermoelementen selbst und Verschweißender
Schutzrohre miteinander oder mit dem Thermoelemente enthaltenden Gehäuse der Sonden).
Die abgeschirmten Vielleiterkabel mit mineralischer Isolierung können ebenso wie die Thermoelementesonden durch Verbinder abgeschlossen
sein, um Anordnungen verwirklichen zu können, deren Sonden viel leichter austauschbar sind.
Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung werden sich beim Lesen der ins einzelne gehenden Beschreibung zeigen, die
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt worden ist, von denen:
- die Fig. 1a, 1b und 1c Pläne für Parallelschaltungen von Thermoelementen gemäß der bekannten Technik zeigen,
- Fig. 2 einen Schaltplan einer kreisförmigen Anordnung von Thermoelementen nach der Erfindung zeigt,
- Fig. 3 einen detaillierten Schnitt durch eine Sonde, mit
einem KaSben zur Verbindung mit abgeschirmten Kabelstücken
zeigt, die zu einem gemeinsamen Punkt der Messung des Mittelwertes der elektromotorischen Kräfte der Thermoelemente
der Anordnung laufen,
- Fig. 4 einen seitlichen Schnitt durch die Sond=nach Fig. 3
zeigt,
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- Fig. 5 eine Ansicht der Sondenach Fig= 3 und 4 von unten bei geöffnetem K^.en zeigt =
Die Fig. 1a bis 1c stellen die bisherige Technik der Parallelschaltung
von Thermoelementen dar; sie sind zuvor erläutert worden.
Figo 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung ganz besonders für
den Fall der Messung der Temperaturen eines Gasringes, der einem Turbotriebwerk eines Flugzeuges entströmt, wobei wohlgemerkt
andere Anwendungen in Betracht gezogen werden können=
Im Hinblick auf diese Messung sind Sonden 10a, 10b, 10c, 1öd, 1Oe, 1Of,die Thermoelemente 12a, 12b, 12c, 12d, 12e,
12f enthalten, um ein Gehäuse für den Austritt der Gase verteilt, das in Fig= 2 nicht dargestellt ist« Die Sonden dringen
ins Innere dieses Gehäuses vor, damit sich die heißen Lötstellen der Thermoelemente in der gewünschten radialen Höhe im Gasring
befinden.
Im gezeigten Äusführungsbeispiel hat man sechs Sonden eingeführt, von denen jede ein Thermoelement enthält, das aus einem dünnen
Chromel-Draht und einem dünnen Alumel-Draht besteht, die an
ihrem Ende verlötet sind. Wohlgemerkt können Sonden mit mehreren Thermoelementen, deren heiße Lötstellen einander benachbart
oder an verschiedenen Stellen der Länge der Sonde angeordnet sind, und andere Materialien als Chromel und Alumel benutzt werden.
Wie es erklärt worden ist, wird das Verbinden der Thermoelemente zu einer Parallelanordnung gewünscht,und zwar durch Verbindungen,
die aus den gleichen Materialien wie die Thermoelemente gemacht sind, d.h. durch Chromel-Drähte zum Anschließen der Chromel-Adern
jedes der Thermoelemente und durch Alumel-Drähte zum Anschließen der Alumel-Adern jedes der Thermoelemente=
Die Verbindungen gehen auf der Außenseite des Gehäuses vorbei, das die Gase mit hoher Temperatur enthältf sie befinden sich
jedoch in einer Umgebung mit einer Temperatur von ungdähr 423K
(beispielsweise) und sie sollen dennoch geschützt sein= Zu diesem Zweck sind sie in schematisch in Fig.2 dargestellten Schutzrohren
eingeschlossen: Ein Rohr 14ab verbindet die Sonden 10a
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und 1Ob1- ein Rohr 14bc verbindet die Sonden 10b und 10c usw.,
wobei schließlich ein Rohr 14ef die Sonden 10e und 10f verbindet. Diese Rohre bestehen aus einem hohen Temperaturen widerstehenden
Material f beispielsweise aus Inconel (Legierung aus
Eisen und Nickel mit guten Fließeigenschaften bei hoher Temperatur) . Sie sind an Anschlußkästen aus gleichem Material angeschweißt,
die selbst mit Thermoelementsonden verschweißt sind, um eine dichte Umhüllung um alle die Chromel- und Alumel-Drähte
der Anordnung herum und ebensogut entlang ihres Weges bis zum Ort ihrer Verbindungen miteinander zu erreichen.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellten Kästen"sind durch die Bezugszeichen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f bezeichnet.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Verbindungskasten 16c gleichzeitig als Kasten zum gemeinsamen
Anschluß eines nicht gezeigten Spannungsmeßkreises an die Gesamtheit der Thermoelemente. Vom Verbindungs- und Anschlußkasten 16c
gehen zwei Meßdrähte 18 und 19 aus, die mit der Gesamtheit der parallel-geschalteten Thermoelemente verbunden sind und an denen
man die von der Gesamtheit der Thermoelemente erzeugte mittlere elektromotorische Kraft mißt, um davon die mittlere Temperatur
im Gasring am Ort der heißen Lötstellen der Thermoelemente abzuleiten.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Parallelschaltung ist jedes der Thermoelemente
durch eine bifilare oder Doppel-Leitung mit dem besonderen Verteiler- und Anschlußkasten 16c (und mit den zum Meßpunkt
führenden Drähten 18 und 19) verbunden, so daß die als Teilstücke ausgebildeten Rohre 14ab, 14bc usw. voneinander abweichende
Anzahlen von Verbindungsdrähten enthalten. Die Rohrstücke 14ab und 14ef enthalten nur die zu den Thermoelementsonden
10a und 10f führenden Drähte, die Rohrstücke 14bc und 14de enthalten ebenso-wie die zu den Thermoelementsonden 1Oa
und 1Of führenden Drähte die zu den Thermoelementsonden 10b
und 10c führenden Drähte; das Rohrstück 14cd enthält sechs
Drähte, die zu den drei Thermoelementsonden 1Od, 1Oe und 1Of führen.
Die Rohrstücke, die eine variable Drähtezahl (zwei, vier oder
Die Rohrstücke, die eine variable Drähtezahl (zwei, vier oder
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sechs oder mehr, wenn mehr Thermoelemente vorhanden sind) umfassen
, sind hergestellt worden, bevor sie aneinander und an Verbindungskasten
mit den Sonden geschweißt worden sind,. Diese Rohrstücke sind in'Wirklichkeit mehradrige, abgeschirmte
Kabel mit mineralischem Isolator (um erhöhten Umgebungstemperaturen zu widerstehen). Sie bestehen aus Chromel- und Alumel-Drähten,
die in stark verdichtete Magnesia eingebettet sind, welche das Schutzrohr vollständig erfüllt.
Sie werden auf folgende Weise hergestellt? Man fädelt vorgesinterte
Magnesiaperlen auf jeden der Drähte des herzustellenden Kabels auf, man schiebt das Ganze in ein Rohr aus Inconel hinein
und man reduziert das Ganze, wobei die Magnesia in Pulver umgewandelt und stark wiederverdichtet wird und alle kleinen Zwischenräume
(Spalte) erfüllt. Die geschützten Kabel sind in Teilstücke der gewollten Länge zerschnitten.
Gemäß einem sehr wichtigen Kennzeichen der Erfindung richtet man es so ein, daß der elektrische Widerstand der Drähte der Verbindung
zwischen dem Meßpunkt (Drähte 18, 20) und einem Thermoelement für alle Thermoelemente der gleiche ist, indem den in
den verschiedenen Rohrstücken enthaltenen Verbindungsdrähten unterschiedliche Querschnitte gegeben werden, die so berechnet
sind, daß diese Gleichheit verwirklicht ist.
Man sieht in Fig. 2 beispielsweise, daß die Wege zwischen dem Meßpunkt und den Thermoelementsonden 10a und 1Of langer sind
als zwischen dem Meßpunkt und den Thermoelementsonden 10b und 10c oder 10c und 1Od. Die Verbindungsdrähte werden für längere
Wege dicker oder stärker sein, d.h. für Verbindungen zu weiter entfernt vom Meßpunkt liegenden Thermoelementen»
Die Berechnung der Querschnitte ist sehr einfach und geschieht unter Zugrundelegung der Längen der Wege, die für eine bestimmte
Anwendung bekannt sind: Die Querschnitte sind nämlich umgekehrt proportional zu den Längen. Die Längen sind durch die geometrische
Form der Anordnung und durch die Lagen der Thermoelemente entlang der Anordnung festgelegt: Falls die Anordnung
eine kreisförmige Gestalt hat, sind die Weglängen jene von Kreisbögen zwischen den Thermoelementen.
1-09835/0773.
Es kann vorzuziehen sein, den bifilaren Verbindungen nicht über
ihre ganze Länge zwischen einem Thermoelement und dem Meßpunkt konstante Querschnitte zu geben, sondern von Teilstück zu Teilstück
konstante Querschnitte, weil es die mehradrigen Rohrstücke sind, die miteinander verschweißt sind.
So können der den Meßpunkt an das Thermoelement 12a anschließende Chromel- und Alumel-Draht im Rohrstück 14ab einen ersten Querschnitt
und im Rohrstück 14bc einen zweiten Querschnitt haben. Dies schafft einen Spielraum bei der Berechnung der Querschnitte
der verschiedenen Drähte, weil man dann zusätzliche Veränderliche zur Verfügung iiat.
Das erlaubt es vielleicht,gewisse Teilstücke mit ganz gleichen
Drahtquerschnitten (wenigstens für die Drähte aus gleichem Material) zu schaffen, was die Herstellung der mehradrigen Kabel
mit mineralischem Isolator erleichtert, welche die Teilstücke bilden.
Die Wahl der verschiedenen Drahtquerschnitte wird bei jedem abgeschirmten
Rohrstück sowohl für die Chromel-Drähte als auch für
die Alumel-Drähte durchgeführt, so daß nicht nur für einen
einzigen, sondern für jeden Verbindungsdraht Kompensation der Widerstände eintritt.
Es kann außerdem vorzuziehen sein, daß jeder der Drähte (Chromel und Alumel) einer gegebenen bifilaren Verbindung den gleichen
Widerstand hat, so daß die Kompensation gleichmäßig über die beiden Drähte verteilt ist. Dieser für die beiden Drähte im
wesentlichen gleiche Gesamtwiderstand soll für die geschätzte mittlere Temperatur der Umgebung, in der sich die Drähte befinden,
berechnet werden. Da die Wege der beiden Drähte (Chromel und Alumel) eines Teilstückes die gleichen sind, richtet man es
so ein, daß die Widerstände je Längeneinheit der zwei Drähte bei der mittleren Umgebungstemperatur auch die gleichen sind.
Man kann auch vorsehen, diesen beiden Drähten bei jener mittleren Temperatur Gesamtwiderstände zu geben,· die nicht
gleich sind, sondern im umgekehrten Verhältnis der Koeffizienten der Widerstandsänderung der beiden Materialien in Abhängigkeit
von der Temperatur stehen, so daß sich der Einfluß der Temperaturschwankungen gleich auf die zwei Verbindungsdrähte verteilt.
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In den Fig» 3„ 4 und 5 ist ganz beispielhaft eine einzelne Sonde
der erfindungsgemäßen Anordnung gedrängt dargestellt, beispielsweise
die Sonde 10b von Fig-2 mit ihrem Thermoelement 12b, ihrem
Verbindungskasten 16b und den von diesem Kasten ausgehenden, abgeschirmten Verbindungskabelstücken, die mit den Rohrstücken
14ab und 14bc identisch sind.,
Die Sonde weist einen Träger 22 auf, in dem das genannte Thermoelement
befestigt ist, das durch einen Chromel-Draht CR und einen Alumel-Draht AL, die an ihrem Ende verlötet sind, gebildet
und in einer schützenden Mantelhülse 23 aus Inconel gelagert ist. Die Lötstelle ist am Grund der Hülse-23,-nämlich-an ihrem—
geschlossenen Ende 27, angeordnet«
Der Träger 22 ist in einen halternden Verbindungskasten 16b
eingeschweißt, der es erlaubt, die Sonde an der Wand 26 eines Gehäuses am Auslaß des Turbotriebwerkes zu befestigen» Das gelochte
Gehäuse ist mit einer Öffnung für den Durchtritt des Sondenträgers versehen, so daß das Ende (27) des Thermoelementes
ins Innere des Gehäuses gelangt=
Das Ende 27 der Hülse 23, welche die Verlötung des Chromel- und
des Alumel-Drahtes des Thermoelementes enthält, ist somit an einer gewünschten Stelle des Gasringes positioniert, deren
Temperatur man studieren will. Diese Stelle ist ein heißer Punkt der geschätzten räumlichen Verteilung (Kartographie) der Temperaturen
des Gasringes ο
Der Kasten 16b ist mit der Sonde dicht verschweißt. Er weist einen
Flansch 24, der an der äußeren Wand 26 des Gehäuses zur Anlage kommt, und Mittel zur Befestigung an dieser Wand auf. Er weist
gleichfalls Öffnungen auf, in die Rohrstücke 14ab bzw. 14bc der
abgeschirmten, mehradrigen Verbindung mit mineralischem Isolator eingreifen, welche dicht mit dem Kasten 16b verschweißt sind
(Schweißung 28) »
Der Kasten 16b ist durch einen Deckel 30 dicht geschlossen, der angeschweißt worden ist, nachdem die Verbindungen der inneren
Drähte zu den Rohrabschnitten 14ab und 14bc sowie zur Sonde 10b
nach Maßgabe der gewünschten Verbindungen unter sich verlötet worden sind.
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— 11 —
Wendet man sich dem Thermoelement 12b in Fig.2 zu, dann sieht
man in den Fig. 3 bis 5, daß das Teilstück 14ab nur einen Chromel-Draht
32 und einen Alumel-Draht 34 aufweist, die mit einem
Chromel-Draht 36 bzw. einem Alumel-Draht 38 des Teilstückes
14bc verlötet sind, wobei die Verlötung im Innern des Verbindungskaasns
ausgeführt ist.
Was das Teilstück 14bc betrifft, so weist es vier Drähte auf, nämlich einerseits die Drähte 36 und 38 und andererseits einen
anderen Chromel-Draht 40 sowie einen anderen Älumel-Draht 42,
die im Innern des Köscens 16b mit den Drähten CR bzw. AL verlötet
sind, welche das genannte Thermoelement bilden (die Enden der Adern CR und AL münden im Inneren des Kastens 16b).
Wie in den Fig. 3 bis 5 zu sehen ist, sind die Querschnitte der in den Rohrstücken 14ab und 14bc enthaltenen verschiedenen
Verbindungsdrähte unterschiedlich, um damit das Kriterium der Gleichheit der Gesamtwiderstände der Doppel-Leitungen zu erfüllen,
die vom Meßpunkt zu jedem Thermoelement laufen. Deshalb haben die vom Thermoelement 12a kommenden Drähte 36 und 38 nicht
notwendig den gleichen Querschnitt wie die Drähte 32 und 34, mit denen sie verlötet sind, oder wie die vom Thermoelement 12b
kommenden Drähte 40 und 42.
Man kann beispielsweise folgende Querschnitte bei einer kreisförmigen
Anordnung von sechs entlang der Anordnung verteilten Thermoelementen benutzen, die nach dem Schema von Fig. 2
parallelgeschaltet sind.
Zur Vereinfachung ist die Berechnung für eine Temperatur von 293,16K gemacht worden.
Die Länge des Teilstückes 14ab beträgt 56,2cm jene des Teilstückes 14bc beträgt 73,5cm jene des Teilstückes 14cd beträgt 60,5cm jene des Teilstückes 14de beträgt 47,5cm jene des Teilstückes 14ef beträgt 33,5cm
Die Länge des Teilstückes 14ab beträgt 56,2cm jene des Teilstückes 14bc beträgt 73,5cm jene des Teilstückes 14cd beträgt 60,5cm jene des Teilstückes 14de beträgt 47,5cm jene des Teilstückes 14ef beträgt 33,5cm
Der spezifische Widerstand von Chromel beträgt 70,6 10 /l/m,
jener von Alumel 29,4 10 Jl/m.
Eine empirische Berechnung,bei der berücksichtigt vjorden ist,
daß es vorzuziehen ist, Chromel- und Alumel-Drähte mit Durchmessern zu benutzen, die aus einem relativ engen Bereich
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(ungefähr 0,25 bis 1mm) ausgewählt sind, hat gezeigt, daß die
folgenden Querschnitte übernommen werden können;
- Verbindung zum Thermoelement 12a
Teilstück 14ab ein Chromel-Draht Durchmesser 1,02mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 1,02mm
Teilstück 14bc ein Chromel-Draht Durchmesser 0,51mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 0,51mm Gesamtwiderstand 4,280/2.
- Verbindung zum Thermoelement 12b
Teilstück 14bc ein Chromel-Draht Durchmesser 0,64mm ein Alumel-Draht Durchmesser 0,32mm
Gesamtwiderstand 4,278/2
- Verbindung zum Thermoelement 12d
Teilstück 14cd ein Chromel-Draht Durchmesser 0,51mm ein Alumel-Draht Durchmesser 0,32mm
Gesamtwiderstand 4,2 83jO,
- Verbindung zum Thermoelement 12e
Teilstück 14de ein Chromel-Draht Durchmesser 0,81mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 0,51mm
Teilstück 14cd ein Chromel-Draht Durchmesser 0,51mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 0,51mm
Gesamtwider stand 4,282fX
-Verbindung zum Thermoelement 12f
Teilstück 14ef ein Chromel-Draht Durchmesser 1,02mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 1 j,02mm
Teilstück 14de ein Chromel-Draht Durchmesser 0,81mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 0,81mm
Teilstück 14cd ein Chromel-Draht Durchmesser 0,51mm
ein Alumel-Draht Durchmesser 0,51mm
Gesamtwiderstand 4,282/X
- Zusätzliche Verbindung zwischen dem Thermoelement 12c und dem Meßpunkt im Innern des Meßgehäuses zum Ausgleich des Verbindungswiderstandes
dieses letzteren Thermoelementes; Ein Chromel-Draht und ein Alumel-Draht mit Durchmesser 0,25mm und Länge
21,7cm? Gesamtwiderstand 4,28OiXo
Diese Ergebnisse zeigen, daß man die Drahtquerschnitte so wählen kann, daß eine vortreffliche Gleichheit' der Verbindungs-Gesamtwiderstände
verwirklicht ist, wobei bestimmte zusätzliche
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Erfordernisse wie die Wahl der gängigen Durchmesser des Verbindungsdrahtes
durchaus berücksichtigt werden. Ausführungsvarianten der Erfindung sind wohlgemerkt möglich,
insbesondere was die gegenständliche Ausführung der Anordnungen anbetrifft; im einzelnen ist es nicht notwendig, daß die Anordnungen
durch Verschweißen von mehradrigen, abgeschirmten Kabeln und Verbindungskasten hergestellt sind, denn diese
Kabel können ebenso wie die Kästen und die Thermoelemente mit Steckverbindern versehen sein, die den Austausch der Sonden
erleichtern.
Es ist möglich, durchaus unter Beachtung des Prinzips der Erfindung,
ebenfalls eine Parallelschaltung der Thermoelemente auf andere Weise als mittels bifilarer oder Doppel-Leitungen
vorzusehen, die von jedem Thermoelement zu einem gemeinsamen Meßpunkt führen: Beispielsweise kann man die Thermoelemente
zwei und zwei oder drei und drei durch Chromel- und Alumel-Drähte verbinden, die berechnete Querschnitte haben, um die von
ihrem gemeinsamen Punkt aus gesehenen Widerstände auszugleichen und um diese Widerstände auf die zwei Verbindungsdrähte zu verteilen.
Auf die gleiche Weise sind die Gruppen von zwei oder drei Thermoelementen unter sich mit Drähten berechneten Querschnitts
verbunden, um die Verbindungswiderstände gleichzugewichten und auf die zwei Drähte zu verteilen.
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Claims (8)
- PATENTANWÄLTEReg.-Nr. 125 572 Dr.-Ing. Wolff t9 © fj 7 7 Q A H. Bartels/.OU/ I OH Dipl.-Chem. Dr. BrandesDr.-Ing. Held Dipl.-Phys. WolffFirma MATERIEL ET AUXILIAIRE DE SIGNALISATIONET DE CONTROLE POUR L'AÜTOMATION D-7 Stuttgart 1, Lange Straße- AUXITROL -, Courbevoie (Frankreich) Tel. (O7ii)29 63iou.29 72Telex 07 22312 (patwod)Telegrammadresse:tlx 07 22312 wolff StuttgartPA Dr. Brandes: Sitz MünchenAnordnung von Thermoelementen zum Messen des postscheckkto. Stuttgart 7211-700Mittelwertes mehrerer Temperaturen BLZ6O010070Deutsche Bank AG, 14/28630BLZ 600 700 70Bürozeit:9-11.30 Uhr, 13.30-16 Uhraußer samstagsAnsprüche 21.02.78/84 09Anordnung von Thermoelementen zum Messen des Mittelwertes mehrerer Temperaturen in einem vorgegebenen Volumen, mit mehreren in diesem Raum verteilten Thermoelementen und Verbindungsdrähten aus dem gleichen Material wie die die Thermoelemente bildenden Drähte, zwischen diesen Thermoelementen und einem gemeinsamen Meßpunkt, zum Parallelschalten der verschiedenen Thermoelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrähte durch Kabelstücke gebildet sind,die je nach dem Platz der Thermoelemente,, zu denen sie führen, so gewählte Querschnitte aufweisen, daß der ganze elektrische Widerstand zwischen einem Thermoelement und dem Meßpunkt mit dem Widerstand zwischen jedem der anderen Thermoelemente und dem Meßpunkt im wesentlichen übereinstimmt, unabhängig von der Entfernung der Thermoelemente vom Meßpunkt.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Thermoelement durch zwei Verbindungsdrähte an den Meßpunkt angeschlossen ist, wobei die anderen Thermoelemente durch von den genannten getrennte Verbindungsdrähte angeschlossen sind.AL INSPECTEDTelefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrähte in Abschnitte von Schutzrohren eingeführt sind, die zwischen den aufeinanderfolgenden Thermoelementen angeordnet sind, ausgehend von einem Anschlußkasten, auf dessen Höhe sich der Meßpunkt befindet und von wo aus Drähte für diese Messung ausgehen.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schutzrohrabschnitt alle Verbindungsdrähte enthält, die vom Anschlußkasten zu den jenseits dieses Rohrabschnittes gelegenen Thermoelementen laufen.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte in Höhe jedes Thermoelementes mittels eines Anschlußkastens miteinander verschweißt sind und daß die in die Rohrabschnitte eingefügten Drähte im Innern dieser Anschlußkästen miteinander und mit den das Thermoelement bildenden Drähten verlötet sind.
- 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Verbindungsdrähte im Hinblick auf den spezifischen Leitungswiderstand der sie bildenden Materialien und auf die mittlere Temperatur gewählt sind, der sie ausgesetzt werden, damit der Widerstand je Längeneinheit der zum gleichen Thermoelement laufenden zwei Drähte bei dieser Temperatur und auf einem vorgegebenen Wegabschnitt für diese beiden Drähte im wesentlichen der gleiche ist.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Verbindungsdrähte im Hinblick auf den spezifischen Leitungswiderstand der sie bildenden Materialien und auf die mittlere Temperatur gewählt sind, der sie ausgesetzt werden, damit die Widerstände je,Längeneinheit der zum gleichen Thermoelement laufenden zwei Drähte bei dieser Temperatur und auf einem vorgegebenen Wegabschnitt umgekehrt proportional zum Koeffizienten der Änderung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur dieser beiden Drähte sind.809835/0773
- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis T1 dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente durch abgedichtete, mehradrige r abgeschirmte und der Einwirkung einer hohen Temperatur widerstehende Kabel miteinander verbunden sind, die Drähte aus dem gleichen Material wie die Thermoelemente aufweisen, und daß diese Drähte in stark verdichtete Magnesia und eine Metallhülle, vorzugsweise aus einer Legierung mit ungefähr 78,5-80%Ni, 14%Cr und 6-6,5% Fe (Inconel @) , eingebettet sind, die hohen Temperaturen widersteht.-4/Beschreibung-809835/0773
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