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Thermoelement Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement,
dessen wesentlichstes Merkmal darin besteht, daß als positive Elektrode Tellursulfiid
und als negative Elektrode chemisch reiner Wismutdraht verwendet wird.
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In der thermoelektrischen Spannungsreihe liegen diese beiden Elektroden
außergewöhnlich weit auseinander. Andere bis jetzt bekannte Metallsulfide stehen
in der Spannungsreihe wesentlich niedriger. Außerdem besitzen derartige Metallsulfide,
wenn dieselben eine höhere Spannung geben sollen, einen verhältnismäßig hohen inneren
Widerstand, was bei Verwendung von dem gewählten Tellursulfid nicht der Fall ist.
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Ein weiterer Vorteil für die angegebene Herstellungsmethode des Thermoelementes
besteht darin, daß der Schmelzpunkt des Tellursulfides gegenüber anderen Metallsulfiden
wesentlich geringer -ist und dadurch die direkte Einschmelzung in ein Glasröhrchen
ermöglicht.
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Als besonders vorteilhaft von Tellursulfidelektroden ist zu erwähnen,
daß die elektromotorische Kraft sowie der innere Widerstand bei Massenherstellung
keinen derartig großen Schwankungen wie bei anderen Metallsulfiden unterliegt.
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Weiterhin ist noch hervorzuheben, daß die Kombination »Tellursulfid
chemisch reiner Wismutdraht« besonders bei niedrigen Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen
besonders leicht anspricht und eine ziemlich geradlinige Kurve besitzt. Ein Verfahren
zur Herstellung der thermoelektrischen Lötstelle der Warmseite des Elementes auf
elektrolytischem Wege besteht darin, daß als Zwischenleiter zwischen Tellursulfid
und der negativen Elektrode, z. B. Wismutdraht, eine elektrisch leitende Paste aus
einem leitenden Pulver, wie Graphit, Kupferpulver o. dgl., einem Lösungsmittel,
wie Alkohol, und einem Bindemittel, wie Zapon, verwendet wird, worauf alsdann nach
Trocknung der Paste diese Kontaktstelle mit elektrolytisch niedergeschlagenem Kupfer
überzogen wird, worauf alsdann noch eine das Kupfer schwarz färbende Lösung aufgetragen
werden kann.
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Die das Kupfer schwarz färbende Lösung besteht zweckmäßig aus mit
Wasser verdünntem Platinchlorid.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Thermoelementen
besteht vorteilhaft darin, daß das Thermoelement in einer wärmewiderstandsfähigen
Materialhülle, z. B. Quarzglas, eingelagert -ist, welche zweckmäßig aus zwei ineinandergefügten,
mit gemeinsamem einseitigem Abschluß versehenen Zylindern besteht, wobei das zu
schmelzende Material der einen, z. B. positiven Elektrode in den zwischen den beiden
Zylindern des Behälters entstehenden Ringhohlraum eingebracht ist. Es hat sich nämlich
herausgestellt, daß zu schmelzendes pulverförmiges Material, wie die im Ausführungsbeispiel
verwendete Kombination :aus Tellur und Schwefel, auch bei gleichmäßiger Erhitzung
des sie
umschließenden Behälters undichtes Gußmaterial liefert,
wenn nicht der ganze Schmelz-und der daran anschließende Abkühlungsprozeß nicht
in einem ringförmig ausgestalteten Materialzylinder, wie solcher hier aus den Abbildungen
ersichtlich ist, durchgeführt wird. Praktische Versuche haben ergeben, daß in jedem
anderen Falle die Luftblasen, die sich beim Schmelzen bilden, nicht aus der Masse
genügend entweichen, sondern dieselbe zu einem inhomogenen Material umbilden.
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D;ie Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,
und zwar zeigt Abb. i das Ouarzglasdoppelrohr mit den beiden Wolframeinschmelzdrähten,
jedoch ohne Füllungen, Abb.2 ein Quarzglasdoppelrohr mit der positiven TeS-Schmelze
und der Wolframeinschmelzdrahtverbindung, Abb. 3 das fertige Th.ermoelement mit
den beiden Elektroden.
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Die Abbildungen sind vergrößert dargestellt.
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Es sind bezeichnet mit a äußeres Rohr für die TeS-Elektrode, b inneres
Rohr für die Bi-Elektrode, c positive Wolframdrahtableitung, d negative Wolframdräahtableitung,
e angelötete Kupferdrahtaableitungen, f Bi-Weichlotverbindung, g Bi-Drahtelektrode,
h Isolation, i Graphitverbindungsbrücke, k Elektrolytkupferniederschlag,
l Kupferschwarzfärbüng.
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Die Elektroden des Thermoelementes bestehen im wesentlichen aus Tellursülfidwismutdraht.
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Die positive Elektrode wird dadurch gebildet, daß man 79,9 °/o Tellur
mit 2o,1 °/o Schwefel innig vermischt und diese Mischung in ein weiter unten beschriebenes
Quarzglasröhrchen füllt. In dem Röhrchen wird die Mischung geschmolzen. Durch die
Schmelzung wird Tellursulfid (TeS) gebildet, welches in der thermo,elektrischen
Spannungsreihe noch über dem metallischen Tellur steht, also wirksamer ist. Diese
eben beschriebene Elektrode ist in ihrer Zusammensetzung vollkommen neu in der Thermoelektrizität.
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Die negative Elektrode besteht aus chemisch reinem Wismutdraht. Dieser
Draht wird aus elektrolytisch niedergeschlagenem Wismut hergestellt. Wismutdraht
steht in der thermoelektrischen Spannungsreihe weit über Constantan (Cu/Ni-Legierung)
sowie noch über kristallinischem Wismut, i.st also ebenfalls wirksamer.
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Die sogenannte thermoelektrisch.e Lötstelle der Warmseite wird auf
elektrolytischem Wege hergestellt. Als Verbindungsbrücke zwischen Tellursulfid und
Wismutdraht wird eine elektrisch leitende Paste verwendet, welche aus Graphit, Kupferpulver
o. dgl., Lösungsmittel, wie Alkohol, und einem Bindemittel, wie Zapon, besteht.
Alkohol und Zapon werden gleichteilig vermischt und damit der Graphit nicht zu dünn
angerührt. Nachdem die Paste trocken ist, wird auf diese und den noch überstehenden
'Metallteilen Kupfer elektrolytisch als hauchdünner Überzug niedergeschlagen. Diese
sogenannte Lötstelle ist somit auf kaltem Wege erzeugt worden.
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Der hauchdünne Kupferüberzug wird nunmehr noch mit einer Lösung von
17 °/o Platinchlorid und 83 % Wasser überpinselt. Nach Eintrocknung der Lösung
ist das Kupfer mattschwarz gefärbt und nimmt somit alle Wärmestrahlen vollkommen
auf.
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Die Zuleitungen zu den Kaltkontaktstellen des Thermoelementes werden
wie folgt ausgeführt: Das Quarzglasröhrchen, in welchem die TeS-Mischung geschmolzen
wurde, hatte am unteren und geschlossenen Ende einen Wolfram:draht eingeschmolzen
erhalten, mit welchem sich die Tellursulfidschmelze innig verbunden hat. Das Innenröhrchen,
in welchem sich der Wismutdraht befindet, hat ebenfalls eine Wolfr,amdrahteinschmelzung.
Bevor jedoch der Wismutdraht in das Innenröhrchen eingeführt wird, kommt eine geringe
Menge Wismutweichlot mit niedrigem Schmelzpunkt um die Wolframdrahteinschmelzung
im Inneren des Röhrchens. Nunmehr kann der Wismutdraht eingeführt werden. Das Ganze,
d. h. das Quarzglasdoppelrohr mit den verschiedenen Inhalten, wird nun leicht erwärmt,
bis das Wismutweichlot geschmolzen ist. Damit ist ebenfalls eine innige Verbindung
zwischen Wolfram- und Wismutdraht gebildet.
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Wolfram als Einschmelzdraht mußte wegen der hohen Erweichungstemperatur
des Quarzes verwendet werden. Quarz wiederum mußte gewählt werden, damit bei der
T:eS-Bildung keine Glasspringungen vorkamen.
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Zuletzt werden noch an den beiden am unteren Ende aus dem Quarzglasröhrchen
herausragenden Wolfrawdrähten Kupf erdrähtchen als Zuleitungen angelötet. Damit
ist das Thermoel.ement in dem Quarzglasdoppelrohr für den Einbau in die Armatur
fertig.