DE4118549A1 - Pyrometer und ein bei seiner herstellung anwendbares verfahren zum verschmelzen eines aluminiumoxidrohres hoher reinheit - Google Patents
Pyrometer und ein bei seiner herstellung anwendbares verfahren zum verschmelzen eines aluminiumoxidrohres hoher reinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Pyrometer, das für
präzise Messungen von Temperaturen von Materialien, die auf
Temperaturen über 1000°C erhitzt sind, wie geschmolzenes
Metall oder Glas verwendbar ist, sowie ein Verfahren zum Ver
schmelzen eines Abschlußendes eines Aluminiumoxidrohres
hoher Reinheit, das beispielsweise für solch ein Pyrometer
verwendet wird.
In der Vergangenheit bestand ein Schutzrohr für einen Platin
oder Platin-Rhodium-Draht, der für ein übliches Pyrometer oder
Strahlungsthermometer verwendet wurde, vorwiegend aus Aluminium
oxid mit einer Reinheit von höchstens etwa 99,7%. Im allge
meinen wird das Schutzrohr an einem Abschlußende verschmolzen,
um ein U-förmiges Rohr wie ein Testrohr zu bilden, in das
ein Temperaturmeßwiderstandselement eingesetzt wird, das
den Platin- oder Platin-Rhodium-Draht umfaßt. Solch ein
herkömmliches Aluminiumoxid-Schutzrohr ist mit Silizium
dioxid oder einem ähnlichen Bindemittel verfestigt. Beim
Erhitzen eines derartigen Rohres auf eine Temperatur über
800°C wird deshalb ein Gas von den Verunreinigungen, die in
dem Aluminiumoxid und/oder in dem Bindemittel enthalten sind,
abgegeben, das den Platin- oder Platin-Rhodium-Draht verun
reinigt, wodurch seine Temperaturcharakteristiken ver
schlechtert werden. Wenn Aluminiumoxid eine hohe Reinheit
von 99,9% oder mehr aufweist, wird kein Verunreinigungsgas
von ihm abgegeben werden, selbst wenn es auf eine Temperatur
oberhalb 800°C erhitzt wird. Wenn andererseits ein Schutzrohr
für das Temperaturmeßelement aus solch einem hoch-reinen
Aluminiumoxid hergestellt werden soll, kann das Rohr, dessen
beide Abschlußenden offengelassen sind, leicht hergestellt
werden, aber ein Rohr, dessen eines Abschlußende geschlossen
ist, kann kaum erhalten werden, weil kein Bindemittel in das
Aluminiumoxid inkorporiert ist. Wenn hier doch ein Bindemittel
in solch ein hoch-reines Aluminiumoxid inkorporiert wird, neigt
ein daraus hergestelltes Rohr dazu, daß es sich bei hohen
Temperaturen biegt, und es kann beim schnellen Erhitzen oder
Abkühlen brechen. Weiterhin kann Luft von außen in das Rohr
eindringen, so daß die Gefahr besteht, daß das Temperaturmeß
element mit Verunreinigungen, die in der Luft enthalten sind,
verschmutzt wird. Selbst wenn dieses Problem gelöst werden
könnte, indem das Verfahren unter Vakuum durchgeführt wird,
bleibt als entgegenstehender Nachteil, daß ein Rohr mit einer
gleichmäßigen Qualität, von dem beide Abschlußenden durch
Schmelzen verschlossen sind, nicht mit guter Reproduzierbarkeit
hergestellt werden kann.
Unter diesen Umständen besteht ein großer Bedarf an der
Entwicklung eines Pyrometers neuen Typs, bei dem die Nachteile
der herkömmlichen Pyrometer beseitigt sind und das unter
Verwendung eines hoch-reinen Aluminiumoxid-Schutzrohres
hergestellt wird, welches keine Gefahr der Verunreinigung
mit sich bringt.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein neues Pyrometer zu schaffen, bei dem ein Platin- oder
Platin-Rhodium-Temperaturmeßwiderstandselement verwendet
wird und bei dem die verschiedenen vorstehend beschriebenen
Nachteile ähnlicher herkömmlicher Pyrometer nicht vorhanden
sind. Die Aufgabe besteht also darin, ein Pyrometer, bei dem
ein Platin- oder Platin-Rhodium-Widerstandselement verwendet
wird, zu schaffen, bei dem Aluminiumoxid hoher Reinheit
von 99,9% oder mehr als Baumaterial verwendet wird, um
zu verhindern, daß das Element kontaminiert, um seine
Temperaturcharakteristiken bei hohen Temperaturen zu stabili
sieren.
Schließlich ist es auch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Verschmelzen eines Abschlußendes
eines Aluminiumoxidrohres mit einer hohen Reinheit von 99,9%
oder mehr ohne Verwendung irgendeines Bindemittels zu schaffen.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vor
liegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden
Beschreibung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pyrometer ge
schaffen, das einen Halteabschnitt, der mit einem Temperatur
meßwiderstandselement und einem Schutzrohr, dessen eines
Abschlußende durch Verschmelzen verschlossen ist, umfaßt und
das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Temperaturmeßwider
standselement im wesentlichen aus einem Platin- oder Platin-
Rhodium-Widerstandsdraht besteht und daß der Halteabschnitt
und das Schutzrohr im wesentlichen aus Aluminiumoxid mit
einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr bestehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren
zum Verschmelzen eines Abschlußendes eines Aluminiumoxidrohres
hoher Reinheit geschaffen, das das Einstecken eines Aluminium
oxidrohres mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr,
dessen beide Enden offen sind, in einen Halter mit einem
inneren Durchmesser, der größer als der äußere Durchmesser
des Aluminiumoxidrohres ist, auf eine solche Weise, daß ein
Ende des Aluminiumoxidrohres über eine vorgegebene Länge
aus dem Halter herausragen kann, um einen verlängerten Abschnitt
zu bilden, das Erhitzen des Halters von außen, um das Aluminium
oxidrohr auf einer vorherbestimmten Temperatur zu halten,
und das nachfolgende Verschmelzen des Endes von dem heraus
ragenden Abschnitt des Aluminiumoxidrohres durch Erhitzen
desselben mit einem Brenner, während die Luft in dem Aluminium
oxidrohr von dem anderen Ende des Aluminiumoxidrohres abge
saugt wird, umfaßt.
Es ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß der
als Temperaturmeßwiderstandselement verwendete Platin- oder
Platin-Rhodium-Widerstandsdraht nicht kontaminiert wird und
seine Temperaturcharakteristiken bei einer hohen Temperatur
stabil beibehält, da die Baumaterialien für ein derartiges
Pyrometer nach der Erfindung aus Aluminiumoxid mit einer
hohen Reinheit von wenigstens 99,9% bestehen.
Es ist auch ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein
Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder
mehr an seinem Endabschnitt verschlossen wird, ohne daß irgendein
Bindemittel verwendet wird, indem der Endabschnitt lokal ver
schmolzen wird, während die Luft aus dem Rohr abgesaugt wird.
Das Verfahren zum Verschmelzen des Abschlußendes eines
Aluminiumoxidrohres hoher Reinheit ohne Verwendung eines
Bindemittels ist anwendbar zum Beispiel auf die Herstellung
eines Schutzrohres für ein Pyrometer, in das ein Temperatur
meßwiderstandselement eingesetzt wird.
Weitere Möglichkeiten der Anwendbarkeit der vorliegenden
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nun folgenden
detaillierten Beschreibung. Es sei jedoch bemerkt, daß die
Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung angeben. Verschiedene
Änderungen und Abwandlungen ergeben sich für den Fachmann
als im Rahmen der Erfindung liegend.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Zeichnungen be
schrieben.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Längsquerschnittsansicht, die ein Beispiel des
Pyrometers dieser Erfindung zeigt, wobei das
Teil für die Anzeige der Messung weggelassen ist,
Fig. 2(a)-2(c) schematische Ansichten des Temperaturmeßwider
standselementes, das in dem Pyrometer von Fig. 1
verwendet wird, wobei Fig. 2(a) die Vorderansicht
des Elementes zeigt, wie man sie von der linken
Seite sieht, Fig. 2(b) eine perspektivische
Ansicht des Elementes zeigt, wenn man von der linken
Seite schaut, und Fig. 2(c) eine Vorderansicht
des Elementes zeigt, wie man es von der rechten
Seite sieht,
Fig. 3(a)-3(b) Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Bildung
eines geschlossenen Abschnittes an dem Abschluß
ende eines Schutzrohres zeigen, das aus einem
Aluminiumoxid hoher Reinheit, welches kein Binde
mittel enthält, hergestellt ist, wie es in Fig. 1
gezeigt ist,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Verfahren
zur Bildung eines geschlossenen Abschnittes an dem
Abschlußende eines Schutzrohres zeigt, welches aus
einem Aluminiumoxid hoher Reinheit, das kein Binde
mittel enthält, hergestellt ist, und
Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen
dem Widerstand und der Temperatur zeigt, die je
weils in den experimentellen Beispielen 1 bis 3
erhalten worden ist, wobei der Temperaturkoeffizient
mit einem Platindraht in einem Schutzrohr, das
aus Aluminiumoxid mit verschiedenen Reinheiten her
gestellt worden ist, gemessen worden ist.
Das Meßgerät und der Anzeigeabschnitt des Pyrometers und der
Meßmechanismus des Pyrometers dieser Erfindung sind herkömmlicher
Art, aber der Temperaturmeßabschnitt, an dem der Platin- oder
Platin-Rhodium-Draht eingebaut ist, ist bei der vorliegenden
Erfindung besonders ausgelegt, und zwar so, daß dieser Ab
schnitt aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9%
oder mehr hergestellt ist.
Es kann irgendein Typ Aluminiumoxid, zum Beispiel α-Aluminium
oxid, β-Aluminiumoxid und/oder γ-Aluminiumoxid als Baumaterialien
für das Pyrometer dieser Erfindung verwendet werden, solange
dessen Reinheit wenigstens 99,9% beträgt. Es besteht keine
Einschränkung für die Teilchengröße des Aluminiumoxids.
Derartiges Aluminiumoxid ist kommerziell erhältlich.
Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden aus
der folgenden Beschreibung, bei der auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 zeigt vollständig ein Beispiel des Temperaturmeßab
schnittes des Pyrometers dieser Erfindung. Das Bezugszeichen 1
ist ein Temperaturmeßabschnitt des Pyrometers, 2 ist ein
Temperaturmeßwiderstandselement, 3 ist ein Temperaturmeßwider
standsdraht, zum Beispiel ein Platin- oder PlatinRhodium-Draht
mit einem Durchmesser von 0,15 mm, 4 bezeichnet einen Zuleitungs
draht, 5 ist ein Halterungsteil, das vorwiegend aus Aluminium
oxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr hergestellt
ist, 6 ist ein Schutzrohr, das vorwiegend aus Aluminiumoxid
mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% hergestellt ist,
7 bezeichnet einen geschlossenen Abschnitt, der an einem
Abschlußende des Schutzrohres 6 durch Schmelzen ausgebildet
worden ist, und 8 ist ein pulverförmiges Material, das
in den Raum zwischen dem Schutzrohr 6 und dem Temperaturmeß
element 2 gepackt ist zum Fixieren des Elementes 2 in dem
Rohr 6 und besteht normalerweise vorwiegend aus Aluminiumoxid
mit einer Reinheit von wenigstens 99,9%. Der (nicht gezeigte)
Meß- und Anzeigeabschnitt des Pyrometers ist mit dem Temperatur
meßabschnitt 1 durch den Zuleitungsdraht 4 verbunden.
In den Fig. 2(a)- 2(c), die das Temperaturmeßwiderstands
element 2 zeigen, wobei die verwendeten Bezugszeichen die
gleichen Bedeutungen wie in Fig. 1 besitzen, sind der
Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 und der Zuleitungsdraht 4
in Serie verbunden, um einen einzigen Draht zu bilden. Der
Verbindungspunkt beider Drähte ist als ein schwarzer Punkt
dargestellt. Das Bezugszeichen 9 ist ein durchgehendes Loch,
das in Längsrichtung des Halteabschnitts 5 ausgeformt ist,
um ihn mit dem Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 und dem
Zuleitungsdraht 4 zu versehen. Dieses Temperaturmeßwider
standselement 2 wird hergestellt durch Einstecken des Platin
oder Platin-Rhodium-Drahtes 3 und des Zuleitungsdrahtes 4,
die etwas länger als der Halteabschnitt 5 sind, in die jeweiligen
Durchgangslöcher 9 und durch Verschweißen jedes Paares aus dem
Draht 3 und dem Draht 4, die aus den Löchern 9 jeweils vor
stehen, um einen einziges Draht zu bilden, wie es in den
Fig. 2(a)-2(c) gezeigt ist.
Das auf diese Weise hergestellte Temperaturmeßwiderstands
element 2 wird in das Schutzrohr 6 gesteckt und das pulver
förmige Material 8 wird dann in das Rohr gegeben, um das
Element zu fixieren, wodurch der Temperaturmeßabschnitt 1
des Pyrometers hergestellt ist.
Entsprechend dem Temperaturmeßabschnitt 1 dieses Aufbaues
sind all die Materialien, die den Platin- oder Platin-Rhodium-
Draht 3 haltern, Aluminiumoxid mit einer so hohen Reinheit
wie 99,9% oder höher, so daß keine schädliche gasförmige
Substanz abgegeben wird, selbst wenn die Temperatur hoch ist,
und die Charakteristiken des Drahtes 3 werden deshalb nicht
verändert oder schwanken. Der Raum zwischen dem Schutzrohr 6
und dem Element 2 kann auch nicht mit pulverförmigem Material
8 ausgefüllt werden. In diesem Falle kann das Element 2 inner
halb des Rohres 6 durch einen oder mehrere O-Ringe gehalten
werden, die aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens
99,9% hergestellt sind.
Das Schutzrohr 6, d. h. ein Aluminiumoxidrohr hoher Reinheit,
das in dem Temperaturmeßabschnitt 1 verwendet wird, kann her
gestellt werden durch Schließen des Aluminiumoxidrohres an seinem
einen Abschlußende durch Verschmelzen nach einem spezifischen
Verfahren, das nachfolgend beschrieben wird, ohne daß irgendein
Bindemittel zu Hilfe genommen werden muß.
In Fig. 3(a), die ein Verfahren zum Bilden des geschlossenen
Abschnittes an einem Abschlußende des Schutzrohres 6 durch
Schmelzen erläutert, hat das Bezugszeichen 6 die gleiche Be
deutung wie in Fig. 1, 6a ist ein Abschlußende des Rohres 6,
dessen beide Enden offengelassen sind, 6b ist das andere
Abschlußende des Rohres 6 und ist mit einem Halterungsteil 11
für das Rohr 6 verbunden, 6c ist ein Teil des Rohres 6,
das um eine vorgegebene Länge von einem Halter 12 vorsteht,
wobei der Halter 12 das Rohr 6 in einem gewissen Abstand ab
deckt, 13 ist ein Brenner zum Erhitzen des Halters 12 und
14 ein Brenner zum Erhitzen des Abschlußendes 6a. Es wird
eine Vielzahl von Brennern 13 verwendet zum Erhitzen des
Halters 12 von außen, um das Rohr 6 indirekt zu erhitzen, um
dadurch zu verhindern, daß es reißt. Der Brenner 14 wird zum
Erhitzen des Abschlußendes 6a des Rohres 6 verwendet, um
einen geschlossenen Abschnitt durch Schmelzen zu bilden. Im
allgemeinen wird ein übliches Aluminiumoxidrohr für den
Halter 12 und für das Halterungsteil 11 verwendet, aber für
das Halterungsteil 11 kann ein Rohr verwendet werden, das aus
einem anderen Material hergestellt ist.
Gemäß dem Verfahren, das durch Fig. 3(a) erläutert wird,
wird das Rohr 6 an dem Ende 6b durch das Halterungsteil 11
gehaltert und dann in einen Halter 12 mit einem Durchmesser,
der größer als der des Rohres 6 ist, auf solch eine Weise
eingesteckt, daß ein Abschnitt, der das Ende 6a umfaßt,
um eine vorgegebene Länge von dem Halter 12 vorstehen kann,
um den Abschnitt 6c zu bilden. Das Ende 6a wird durch den
Brenner 14 erhitzt und zur gleichen Zeit wird die Luft in
dem Rohr 6 in der Richtung A, die durch den Pfeil markiert
ist, abgesaugt, während der Halter 12 von außen mit mehreren
Brennern 13 erhitzt wird, um das Rohr 6 indirekt zu erhitzen,
wodurch sein Reißen oder Brechen verhindert wird.
Fig. 3(b) zeigt das Ende 6a in diesem Zustand. Durch Erhitzen
des Endes 6a des Rohres 6 mit dem Brenner 14 unter Absaugung
der Luft aus dem Rohr wird das Aluminiumoxid an dem Ende 6a
ringförmig geschmolzen und nach innen gezogen, um einen ge
schlossenen Abschnitt 7 ohne Verwendung irgendeines Binde
mittels zu bilden.
Fig. 4 zeigt ein anderes Verfahren zum Bilden des geschlossenen
Abschnitts 7, wobei das Ende 6a des Rohres 6 mit einer
Aluminiumoxidkappe 15 mit einer hohen Reinheit von wenigstens
99,9% bedeckt ist, und das Ende 6a wird mit dem Brenner 14
erhitzt, während die Luft aus dem Rohr 6 in der Richtung A,
die durch den Pfeil angegeben ist, abgesaugt wird. Die Kappe
15 wird mit dem Ende 6a durch Schweißen auf diese Weise ver
schmolzen, um den geschlossenen Abschnitt 7 an dem Ende des
Rohres zu bilden.
Wenn das Verschweißen des Rohres 6 an dem Ende 6a ohne Absaugen
von Luft aus dem Rohr durchgeführt wird, schlägt sich das
geschmolzene Aluminiumoxid auf der Außenseite des Rohres 6 so
nieder, daß das Schließen des Rohres 6 an dem Ende 6a unmöglich
wird. Wenn andererseits das Verschweißen der Kappe 15 ohne
Absaugung der Luft aus dem Rohr 6 durchgeführt wird, wird nur
ein oberflächlicher Teil der Kappe 15 verschweißt werden, so
daß das Verschweißen der Kappe 15 in seiner Gesamtheit unmöglich
wird und Risse eventuell während der Verwendung sich bilden
können.
Wenn aber das Schweißen durchgeführt wird, während die
Luft aus dem Rohr 6 bei dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren
abgesaugt wird, wird die Saugkraft auf den Raum zwischen
dem Ende 6a und der Kappe 15 so ausgeübt, daß die Hitze
von dem extern erhitzten Halter 12 und die Flamme des
Brenners 14 durch den Raum zwischen dem Ende 6a und der
Kappe 15 angesaugt werden, um die Hitze an die Innenseite
der Kappe zu übertragen, und deshalb kann das Verschweißen
mit guter Wirkung und schnell durchgeführt werden, um das
Rohr 6 zu schließen, indem der geschlossene Abschnitt 7
an dem Ende 6a gebildet wird. Dieses Absaugen dient weiterhin
dazu, die Außenseite des Rohres 6 gegen jegliches Nieder
schlagen des geschmolzenen Aluminiumoxids zu schützen und
kann auf diese Weise jegliche Nachbehandlung nach dem
Schweißen entbehrlich machen.
Unter Verwendung des Temperaturmeßabschnittes 1 des so herge
stellten Pyrometers wurde eine Reihe von Experimenten durch
geführt, um die Temperaturcharakteristiken eines Temperatur
meßwiderstandsdrahtes zu prüfen. Die Ergebnisse der Experimente
sind in den folgenden experimentellen Beispielen 1-3 ange
geben, wobei ein Platindraht mit einem Durchmesser von 0,15 mm
und einem Anfangswiderstandswert von 100,000Ω/0°C als
Temperaturmeßwiderstandsdraht verwendet wurde.
Der Platindraht mit dem oben angegebenen Standard wurde
3 Stunden auf 1100°C erhitzt und dann auf 0°C abgekühlt, wobei
der Widerstandswert des Drahtes als 138,5Ω gemessen wurde.
Der Platindraht, der der vorstehenden Erhitzungs- und Kühlbe
handlung unterworfen war, wurde in drei Stücke geschnitten,
in drei Aluminiumoxidrohre mit entsprechenden Reinheiten von
99,9%, 99,7% bzw. 99,5% eingesteckt, auf 1100°C erhitzt und
dann auf 100°C abgekühlt, und die Widerstandswerte der so
behandelten Drähte wurden gemessen, aus denen die Temperatur
koeffizienten berechnet wurden.
Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit
von 99,5% wurde der Platindraht auf 1100°C über 3 Stunden er
hitzt und die Widerstandswerte wurden beim ersten Mal bei
0°C und 100°C auf die vorstehend beschriebene Weise gemessen.
Ein Ergebnis der Messung ist in Tabelle 1 angegeben.
Die dem vorstehenden Experiment unterworfenen Proben wurden
wiederum 3 Stunden auf 1100°C erhitzt, auf 100°C abgekühlt
und der Messung der Widerstandswerte beim zweiten Mal unter
worfen, wobei die Messung in jeder Probe unmöglich war.
Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit
von 99,7% wurde der Platindraht 3 Stunden auf 1100°C erhitzt
und die Widerstandswerte wurden beim ersten Mal bei 0°C und
100°C auf die vorstehend geschilderte Weise gemessen. Ein
Ergebnis der Messungen ist in Tabelle 2 angegeben.
Die dem vorgenannten Experiment unterworfenen Proben wurden
wieder 3 Stunden auf 1100°C erhitzt, auf 100°C abgekühlt
und der Messung der Widerstandswerte zum zweiten Mal unter
worfen, wobei die Messung in jeder Probe unstabil war.
Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit
von wenigstens 99,9% wurde der Platindraht 3 Stunden auf
1100°C erhitzt und die Widerstandswerte wurden zum ersten
Mal bei 0°C und 100°C auf die oben beschriebene Weise ge
messen. Ein Ergebnis der Messung ist in Tabelle 3 angegeben.
Die dem vorgenannten Experiment unterworfenen Proben wurden
wiederum 3 Stunden auf 1100°C erhitzt und auf 0°C abgekühlt,
und dieser Betrieb wurde wiederholt. Beim Messen der Wider
standswerte nach dem wiederholten Heiz- und Kühl-Betrieb wurde
bestätigt, daß der Anfangswiderstandswert und der Widerstands
wert bei hohen Temperaturen stabil waren und die Änderungen
in den Werten schwankten nur innerhalb des Bereiches zwischen
0,0001 Ω und 0,0005 Ω.
Bei den vorstehenden Experimenten wurde ein Platindraht, der
den JIS-Standard erfüllte, als Temperaturmeßwiderstandsdraht
verwendet. Es wurde jedoch ein ähnliches Ergebnis auch in
dem Fall der Verwendung eines Platin-Rhodium-Drahtes erhalten,
der den JIS-Standard erfüllte.
Als ein Ergebnis der vorstehenden Experimente zeigt sich
offensichtlich, daß ein Aluminiumoxidrohr mit einer Reinheit
von 99,5% oder 99,7% überhaupt nicht als ein Schutzrohr
für ein Pyrometer verwendet werden kann, da die Temperatur
charakteristiken signifikant während des tatsächlichen
Gebrauchs variieren. Im allgemeinen beginnt Verunreinigung
von Platin bei einer Temperatur von etwa 600°C, und der Grad
der Verunreinigung wird stärker, wenn die Temperatur höher
wird. Wenn deshalb die Temperatur wiederholt erhöht oder
gesenkt wird, werden sich die Eigenschaften von Platin
allmählich ändern, bis der Fall eintritt, daß die Messung
des Widerstandswertes unmöglich wird oder daß irgendein
Unfall wie ein Zerbrechen des Drahtes auftritt.
Es ist deshalb ganz überraschend, daß die Differenz in der
Reinheit des Aluminiumoxidrohres von nur 0,2% eine uner
wartet bemerkenswerte technische Wirkung bei der Messung
des Widerstandswertes des Platindrahtes hervorbringt und
Verunreinigung des Platindrahtes verhindert, wodurch seine
Temperaturcharakteristiken stabilisiert werden.
Fig. 5 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung
zwischen dem Widerstandswert und der in den experimentellen
Beispielen 1-3 erhaltenen Temperaturen zeigt, wobei die
Abszisse die Temperatur in Werten von Grad Celsius angibt,
während die Ordinate die Widerstandswerte in Ohm angibt.
Die drei Linien für den Fall der Verwendung eines Aluminium
oxidrohres mit einer Reinheit von 99,5% bzw. 99,7% stehen
jeweils für die drei Proben (Proben Nr. 1-3). Nur eine
Linie im Falle der Verwendung des Aluminiumoxidrohres mit
einer Reinheit von wenigstens 99,9% bedeutet, daß die ge
messenen Werte der drei Proben im wesentlichen identisch
waren.
Beim Stand der Technik zum Herstellen eines Hochpräzisions-
Platin-Temperaturmeßwiderstandselementes ist es verboten,
daß ein Widerstandsdraht und ein anderer Widerstandsdraht
durch Schweißen verbunden werden, um einen Kreis mit einem
gegebenen Widerstandswert zu bilden, aus dem Grund, weil die
Charakteristiken von Platin signifikant verändert werden
können. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist jedoch ein
Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von wenigstens
99,9% gut kompatibel mit Platindraht und gestattet keine
Abgabe von Verunreinigungsgas beim Schweißen. Gemäß dieser
Erfindung wird es nun zum ersten Mal möglich, ein Hoch
präzisions-Platin-Temperaturmeßwiderstandselement herzu
stellen, ohne daß Platin verunreinigt wird und ohne daß die
Charakteristiken des Platins verändert werden.
Um ein Hochpräzisionspyrometer zu erhalten, darf dieses keinen
Fehler in der Temperatur haben, oder wenn es einen Fehler
hat, muß dieser Fehler so klein wie möglich sein. Weiterhin
muß es genau bleiben bei wiederholtem Einsatz. Demzufolge
ist ein Stabilitätstest unerläßlich um diese Erfordernisse
zu erfüllen. In einem Beispiel für den Stabilitätstest, der
für zehn Proben der Platin-Temperaturmeßwiderstandselemente
durchgeführt wurde, lag der Fehler in der Temperatur innerhalb
des Bereiches von 0,0000°C bis 0,0003°C, als die Proben auf
1200°C über 6 Stunden erhitzt wurden, und die Messung wurde
bei einem Tripelpunkt von Wasser (0,01°C) durchgeführt.
Was die Stabilität in Übereinstimmung mit JIS-Standard anbe
langt, da wird beschrieben, daß "der Temperaturmeßteil des
Temperaturmeßwiderstandselementes, das getestet werden soll,
bei einer maximalen Temperatur in dem Temperaturbereich
für tatsächlichen Gebrauch gehalten wird, und vor oder nach
diesem Test wird der Temperaturmeßteil in einem Gefrierpunkt-
Tester getestet, um irgendeine Veränderung im Fehler bei
0°C zu erhalten". Die Werte in diesem Falle sind definiert
als 0,15°C für die Klasse A der Stabilität und als 0,3°C
für die Klasse B der Stabilität. Im Vergleich mit den Werten,
die in JIS-Standard definiert sind, ist die Stabilität des
Platin-Temperaturmeßwiderstandselementes dieser Erfindung
in der Tat exzellent. Demzufolge kann behauptet werden,
daß das Element dieser Erfindung ein Hochpräzisions-Platin-
Temperaturmeßwiderstandselement ist.
Da das Pyrometer dieser Erfindung als Merkmal die Verwendung
eines Halteabschnitts und eines Schutzrohres, das aus
Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9%
hergestellt ist, aufweist, kann das Pyrometer wiederholt
zum Messen hoher Temperaturen eingesetzt werden, ohne daß
irgendeine Verunreinigung des Platin- oder Platin-Rhodium-
Drahtes gestattet wird. Bei dem Pyrometer dieser Erfindung
wurde Schwankung im Widerstandswert niemals beobachtet, die
durch Verunreinigung oder Kontamination des Temperaturmeß
widerstandselementes verursacht wird. Demzufolge sind die
bei hohen Temperaturen gemessenen Widerstandswerte stabil.
Es ist auch ein technischer Vorteil dieser Erfindung, daß
das Pyrometer dieser Erfindung beständig gegen Verschlechterung
aufgrund schnellen Erhitzens und Kühlens ist und den Einsatz
über eine ausgedehnte Zeitdauer toleriert. Es ist ein weiterer
Vorteil, daß das Pyrometer dieser Erfindung zu niedrigeren
Kosten als ein Platin-Thermoelement hergestellt werden kann.
Schließlich ist es von Vorteil, daß ein Aluminiumoxidrohr mit
einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9% ohne Hilfe irgend
eines Bindemittels fest verschmolzen werden kann, insbesondere
im Hinblick auf die Tatsache, daß ein Aluminiumoxidrohr mit
solch einer hohen Reinheit niemals bisher gemäß dem Stand der
Technik in Abwesenheit eines Bindemittels verschmolzen werden
konnte. Das Verfahren dieser Erfindung kann zusätzlich zu der
Anwendung auf die Herstellung eines Schutzrohres für ein
Pyrometer dazu verwendet werden, um ein Abschlußende eines
Aluminiumoxidrohres für verschiedene andere Zwecke zu verschließen.
Claims (4)
1. Pyrometer, das ein mit einem Temperaturmeßwider
standselement (2) versehenes Halterungsteil (5) und
ein Schutzrohr (6), dessen eines Abschlußende (6a; 7)
durch Verschmelzen verschlossen ist, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Temperaturmeßwiderstandselement (2) im wesent
lichen aus einem Platin- oder Platin-Rhodium-
Widerstandsdraht besteht und daß das Halterungsteil
(5) und das Schutzrohr (6) im wesentlichen aus
Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr
bestehen.
2. Pyrometer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Raum
zwischen dem Temperaturmeßwiderstandselement
(2) und dem Schutzrohr (6) mit einem pulverför
migen Material ausgefüllt ist, das vorwiegend
aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenig
stens 99,9% besteht.
3. Verfahren zum Verschmelzen eines Abschlußendes
eines Aluminiumoxidrohres mit einer hohen Rein
heit, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Rein
heit von 99,9% oder mehr, dessen beide Enden
offen sind, in ein Halterungsteil mit einem
inneren Durchmesser, der größer als der äußere
Durchmesser des Aluminiumoxidrohres ist, auf
solch eine Weise eingesteckt wird, daß ein Ende
des Aluminiumoxidrohres mit einer vorgegebenen
Länge aus dem Halterungsteil hervorsteht, das
Halterungsteil von außen erhitzt wird, um das
Aluminiumoxidrohr auf einer vorherbestimmten Tem
peratur zu halten, und danach das Ende des heraus
ragenden Abschnitts des Aluminiumoxidrohres ver
schmolzen wird, indem es mit einem Brenner erhitzt
wird, während die Luft in dem Aluminiumoxidrohr
von dem anderen Ende des Aluminiumoxidrohres
herausgesaugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ende
des herausragenden Abschnitts des Aluminiumoxid
rohres mit einer Aluminiumoxidkappe bedeckt wird,
die eine Reinheit von wenigstens 99,9% aufweist,
und mit einem Brenner verschweißt wird, während
die Luft in dem Aluminiumoxidrohr von dem anderen
Ende des Aluminiumoxidrohres abgesaugt wird.
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