DE3719760A1

DE3719760A1 - Keramikmantel - thermoelement

Info

Publication number: DE3719760A1
Application number: DE19873719760
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl Phys Koertvelyessy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-06-13
Filing date: 1987-06-13
Publication date: 1988-12-22

Description

Diese Erfindung zielt auf das Erreichen der schnellen Reaktion, die Elastizität und Thermoschockbeständigkeit eines Metallmantel-Thermo elementes, aber mit einem Keramikmantel. Somit sichert das erfindungs gemäße Thermoelement eine hohe Temperatur-Meßgrenze von 1800-2200°C im Gegensatz zu etwa 800-1200°C bei den bekannten Mantel-Thermo elementen. Das neue Thermoelement wird in aufkohlenden oder anderen agressiven Medien nicht angegriffen. Es hat einen hohen elektrischen Isolierwiderstand zur Umgebung, dadurch ist es zur störungsfreien Regelung sehr gut geeignet.

Stand der Technik sind Keramik-Thermoelemente, deren positiver und negativer Thermodraht voneinander und von der Umgebung durch ein keramisches Isolierrohr oder durch Isolierperlen elektrisch iso liert sind. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der hohen Temperaturmeßgrenze sowie in dem lockeren Aufbau, der elektrischen Störspannungen wenig Durchleitung bietet. Ein keramisches Schutz rohr ermöglicht den Einsatz in agressiven Medien.

Nachteil dieser Ausführung ist jedoch die zu späte Reaktion auf Temperaturänderungen. Selbstverständlich leitet ein keramisches Schutzrohr die Temperatur langsamer zur Meßstelle durch, als ein Metallschutzrohr. Selbst Metallschutzrohre in der oben geschilderten Ausführung ermöglichen eine schnelle Reaktion nicht. Für den Einsatz von schnellen Öfen (z.B. Vakuum-Öfen) eignet sich diese Ausführung kaum. Bei vielen gasbeheizten Öfen verursacht das Thermoelement selber eine Temperaturschwingung, die die Energiekosten um 30% erhöht. Nach Messungen des Erfinders überträgt dieses Thermoelement Temperaturänderungen etwa 1 Minute später, wenn der Durchmesser des Schutzrohres 21 mm beträgt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Ausführung ist die Bruch- und Haar rißneigung beim Thermoschock.

Die metallischen Mantelthermoelemente wurden später entwickelt.

Hierbei sind die Thermodrähte mit Keramikpulver isoliert. Der metallische Mantel ist meist dünn. Durch die starke Pressung im Inneren des Thermo elementes bleiben die Thermodrähte auch bei Biegung in Ihrer Position, berühren die Schutzrohrwand sowie einander nicht. Die innige Berührung verursacht aber bei einer Temperatur von lediglich 1000°C eine inten sive Überleitung von Störspannungen. Selbst die Thermospannung wird ab 1100°C merkbar von einem Thermodraht zum anderen hinübergeleitet. Dadurch ist die Meßstelle bei hoher Temperatur unsicher.

Die kompakte, dünne Ausführung sichert eine kurze Totzeit, manchmal von Bruchteilen einer Sekunde.

Da die keramische Isolation bereits in Pulverform vorhanden ist, kann sie bei einem Thermoschock nicht brechen.

Bei der Verbreitung der schnellen elektronischen Temperaturregler wurden neue Varianten entwickelt, die eine schnellere Reaktion des Thermoelementes ermöglichten. Vor allen war die Verkleinerung der Masse des Thermoelementes erfolgreich. Besonders viel bedeutet die Vermin derung der Masse bei der Meßstelle. Es wurden sogar Thermoelemente hergestellt, in denen die zwei Thermodrähte mit sehr kleinen oder gar ohne Schweißperlen verbunden waren.

Die Idee der Erfindung liegt in der überraschenden Tatsache, daß eine besonders große Schweißperle eine sehr kurze Totzeit von 0,2 Sekunden ermöglicht. Diese erfindungsgemäßen Schweißperlen sind etwa 3-4 Mal größer als die gewohnten und haben eine besondere Form. Der Erfinder suchte also die Lösung in einer Richtung, wo sie zuerst nicht zu erwarten war.

Die neuen Schweißperlen sind relativ einfach herstellbar: man hält nicht zwei Thermodrähte, sondern 3 in den Lichtbogen. Der dritte Thermo draht kann ganz kurz sein und soll zwischen dem positiven und negativen Thermodraht liegen. Nach der Schweißung der erfindungsgemäß großen Schweißperle, kann man den dritten Thermodraht aus dieser entfernen. Man kann diesen ausbiegen und abschneiden, noch vorteilhafter ist es jedoch ihn auszustechen.

Es kann sein, daß für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schweiß perle eine andere Methode angewendet wird.

Wenn diese neue große Schweißperle an die Innenoberfläche der Schutz rohrkuppe an und für sich bekannterweise angedrückt wird, entsteht eine kurze Totzeit von 0,5-0,2 Sekunden. Die Erfindung ist in Fig. 1 skizzenhaft dargestellt.

1) ist die große Schweißperle

2) ist der z.B. positive Thermodraht mit einem Durchmesser von D ₂ und

3) ist der z.B. negative Thermodraht mit einem Durchmesser von D ₃

D ist der erfindungsgemäße Abstand zwischen den Thermodrähten 2 und 3, wo der dritte Thermodraht bereits entfernt wurde. Erfindungsgemäß soll D größer sein, als D ₂ oder D ₃.

D <D ₂ oder D <D ₃

Vorteile der Erfindung sind die günstigen Eigenschaften der traditionel len, oben geschilderten Thermoelemente und der Mantel-Thermoelemente, praktisch ohne deren Nachteile. Das neue Thermoelement ist vor allem sehr schnell. Die Versuche zeigen, daß die große Schweißperle (1) sich an die eventuellen Unebenheiten der Schutzrohrkuppe anschmiegt, sogar anschweißt. Die bisher kürzeste gemessene Totzeit war 0,2 Sekunden.

Kein bisher hergestelltes Thermoelement mit Keramikschutzrohr reagierte innerhalb so kurzer Zeit. Damit erreicht das erfindungsgemäße Thermo element mit Keramikschutzrohr die Reaktionszeit eines dünnen Mantel- Thermoelementes.

Die Thermodrähte 2 und/oder 3 können mit dünnem Einloch-Keramikiso lierrohr versehen werden, um einen Kurzschluß zu verhindern. Dieses Einloch-Isolierrohr hat erfindungsgemäß eine Länge von 5-225 D. Die Versuche zeigen, daß die Einloch-Isolierröhrchen trotz eines Druckes die Thermodrähte oder die Schweißperle nicht zerstören. Auch bei einer so hohen Temperatur nicht, die diese Materialien relativ weich macht. Bei sehr hohen Temperaturen müssen längere Isolierrohre isolieren. Die oben erwähnten Einloch-Isolierrohre machen die Verwendung des traditionellen Schlitzes nicht überflüssig. Er ist bei dem erfindungs gemäßen Thermoelement nicht an der Meßstelle, sondern im Kopf, wo er mit einer Feder angedrückt wird.

Wie in Fig. 1 können unterschiedlich dicke Thermodrähte in der erfin dungsgemäßen Schweißperle verbunden werden. Der sonst schneller alternde (z.B. Platin-) Thermodraht kann einen größeren Durchmesser (z.B. D ₃) haben, als der sonst stabilere (z.B. Platinrhodium-) Thermodraht (z.B. D ₂):

Vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäß große Schweißperle auch in einem ungewöhnlich dünnen Keramikschutzrohr hineinpaßt. Das Schutzrohr kann dünner als 10 mm sein, optimalerweise 5 mm. Zwei davon können in einem Kopf eingebaut sein. Ein Schutzrohr davon optimalerweise leer, für die Prüfung (P 30 32 010.6).

Im Gegensatz zu den metallischen Schutzrohren kann die Spitze eines Keramikschutzrohres mit Graphit oder mit einer anderen Farbe geschwärzt bzw. dunkelfarbig gemacht werden. Eine Reaktion findet bei sorgfältig ausgewählter Farbe nicht statt und dadurch wird das Thermoelement noch schneller.

Die bisherigen Versuche liefen mit einer Schweißperle aus Edelmetall. Sehr wahrscheinlich ist die Lösung auf Nichtedelmetall-Thermodrähte übertragbar, eventuell so, daß die letzteren mit einer Schweißperle aus Edelmetall verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Schweißperle (1) läßt sich dann einfach so herstellen, daß man als dritten Thermodraht ein Edelmetall z.B. einen Platin-Thermodraht nimmt. Er läßt sich nach der Schweißung einfach entfernen, weil er viel weicher ist, als die z.B. Nickelchrom- Thermodrähte.

Die erfindungsgemäße Schweißperle (1) lässt sich also unterschiedlich herstellen; ihre Andrückung an die Schutzrohrkuppe ist auch neu. Bisher waren nur Metallmantel-Thermoelemente in einem massiven Schutzrohr an dessen Ende mit Feder angedrückt. Diese bekannte Aus führung hat allerdings eine Totzeit weit über der erfindungsgemäßen Lösung. Diese Tatsache untermauert den unerwarteten Vorteil der Erfindung.

Claims

1. Thermoelement, bestehend aus (Edelmetall-) Thermodrähten, Meßstelle, Zweiloch- oder Mehrfach-Isolierrohr, nichtmetallischem Schutzrohr und Anschlußkopf, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßstelle aus einer großen Schweißperle (1) besteht, in die die Thermodrähte (2 und 3 mit einem Durchmesser von D ₂ bzw. D ₃) mit einem so großen Abstand einlaufen, daß noch ein dritter Thermodraht (mit einem Durchmesser D) zwischen den anderen (2 und 3) Platz nehmen könnte: D D ₂ oder D D ₃ und
das diese Schweißperle an die Innenfläche der Schutzrohrkuppe z.B. mit einer Feder angedrückt wird.

2. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide Thermodrähte mit einem kurzen Einloch-Isolier rohr überzogen ist, dessen Länge wenigstens 5 D, maximal 225 D ist.

3. Thermoelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr einen Schlitz nicht an der Meßstelle sondern im Kopf hat, dort mit einer Feder angedrückt.

4. Thermoelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sonst schneller alternde (z.B. Platin-) Thermodraht einen größeren Durchmesser (z.B. D ₃) hat, als der sonst stabilere (z.B. Platinrhodium-) Thermodraht (z.B. D ₂): D₃<D₂

5. Thermoelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische (z.B. Keramik-) Schutzrohr, dünner als 10 mm ist, und wenigstens 2 davon in einem Kopf getrennt eingebaut sind, einer davon optimalerweise leer für die Prüfung.

6. Thermoelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des nichtmetallischen Schutzrohres mit Graphit oder anders geschwärzt ist.

7. Thermoelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermodrähte (2 und 3) aus Nichtedelmetall, die Schweißperle (1) aber aus Edelmetall ist.