DE3022942C2 - Widerstandsthermometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsthermometer für Temperaturen unterhalb 400 K, bestehend aus zwei verschiedenen Widerstandsmaterialien als umschaltbare Meßelemente, die in einer Meßeinheit zusammengefaßt sind.

Die Verwendung von Widerstandsthermometern zur Temperaturmessung gehört seit langem zum Stand der Technik. Dabei werden je nach gewünschtem Temperaturbereich verschiedene Widerstandsmaterialien verwendet. Aus diesem Grunde müssen, wenn ein größerer Temperaturbereich überdeckt werden soll, im allgemeinen mehrere Widerstandsthermometer benützt werden.

Für sehr hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit der Temperaturfühler, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 1,5 bis 40 K eignen sich beispielsweise Kohle C 10 für Temperaturen von 1 bis 9 K und Platin Pt 100 spektralrein für Temperaturen über 9 K. Soll nun eine Verwendung dieser Materialien während eines Meßvorgangs die Temperatur beispielsweise von 1 bis 400 K kontinuierlich ansteigen, so mußten zwei Thermometer, eines mit dem Meßelement C 10 und ein weiteres mit dem Meßelement Pt 100 eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bestehende Möglichkeit zur Temperaturmessung zu verbessern und den Arbeitsaufwand bei der Herstellung und Kalibrierung herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Widerstandsmaterialien der Meßelemente (2, 3) Platin Pt 100 spektralrein und Kohle C 10 sind.

Durch das erfindungsgemäße Widerstandsthermometer wird es möglich, nur noch eine Meßeinheit zu verwenden. Dadurch verringern sich die Thermometerfertigungskosten wie auch die Kalibrierkosten erheblich, da ein gemeinsames Kalibrieren der beiden Meßelemente möglich wird. Nachdem nur ein Thermometer zu montieren ist, halbieren sich die Montagekosten. Außerdem ist der Platzbedarf am Meßort und im Meßobjekt (z.B. Kryostat) wesentlich geringer.

Vorzugsweise werden die Meßelemente Kohle C 10 und Platin Pt 100 in einem als Schutzrohr ausgebildeten Widerstandsthermometermeßeinsatz eingebaut.

Bei einer speziellen Meßgeberschaltung aus fünf Meßleitungen an zwei Meßelementen, die ein Umschalten für Messung in Vier-Leiter-Meßschaltung je Meßelement erlaubt, werden zusätzliche Fehlerquellen durch mehr, üblicherweise acht, Meßleitungen vermieden. Als Material für die Drähte eignet sich besonders Chromnickel, Konstantan oder Manganin. Sind diese fünf Meßleitungen durch eingepreßte pulverförmige Oxidkeramik voneinander isoliert und in einem biegbaren Mantelkabel untergebracht, das mit dem Schutzrohr dicht verschweißt ist, so kann das Mantelkabel erheblich gebogen und sogar im Querschnitt verformt werden, ohne daß dadurch die Isolation zusammenbricht oder die Funktion beeinträchtigt wird. Zur Messung von Temperaturen unterhalb einer Umschalttemperatur von ca. 9 K wird der Meßstrom an das Kohleelement C 10 und für Temperaturen oberhalb von 9 K an das Platinelement Pt 100 spektralrein angelegt, die Meßspannung wird aber immer über beide Meßelemente abgenommen.

Die Applikation der beiden Meßelemente in einem Schutzrohr kann mit großem Gewinn bei Kryostaten, insbesondere mit geringem Platzangebot, eingesetzt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren schematisch dargestellt und anhand einer Tabelle erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Widerstandsthermometer. Fig. 2 stellt ein elektrisches Anschlußbild für eine Meßgeberschaltung dar. Schließlich werden in der Tabelle verschiedene technische Daten zusammengefaßt.

Fig. 1 zeigt ein Schutzrohr 1, in dem die beiden Meßelemente 2 und 3 aus Platin Pt 100 spektralrein (Platin 100 großes Omega bei 273 K) und Kohle C 10 (Kohle 10 großes Omega bei 273 K), mit einer Glasseideisolierung, die nicht eingezeichnet ist, eingebettet sind. Das Schutzrohr 1 ist mit einem biegbaren Mantelkabel 4 dicht verschweißt 5. Das Mantelkabel 4 ist mit verschiebbaren Einlötnippeln 6 und 7 für Hart- oder Weichlötungen zur vakuumdichten Montage versehen. Der elektrische Anschluß erfolgt über einen Steckereinsatz 8, der das Mantelkabelende dicht verschweißt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Meßleitungen, die von den beiden Meßelementen ausgehen und voneinander isoliert in dem Mantelkabel liegen, nicht eingezeichnet.

Fig. 2 macht die Meßgeberschaltung deutlich. Das Meßelement 2 ist über die Meßleitungen 10 und 11 und einem Umschalter 9 mit einer Stromquelle 12 verbunden, und das Meßelement 3 ist über die Meßleitungen 11 und 13 und demselben Umschalter 9 ebenfalls mit der Stromquelle 12 verbunden. Beide Meßelemente 2 und 3 sind über die Meßleitungen 14 und 15 mit einem Meßverstärker 16 verbunden. Als Material für die Meßleitungen (10, 11, 13, 14, 15) eignen sich besonders Chromnickel wie auch Konstantan und Manganin wegen ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit.

Zur Temperaturmessung wird der Meßeinsatz 1 mit den beiden Meßelementen 2 und 3 Platin Pt 100 spektralrein und Kohle C 10 in ein Medium (Flüssigkeit, Gas) eingetaucht. Für Temperaturen größer als die Umschalttemperatur von 9 K schließt der Umschalter 9 den Stromkreis über Meßleitung 10, das Meßelement 2 Platin 100 spektralrein und die Meßleitung 11 mit einer konstanten Stromquelle 12. Bei Temperaturen unterhalb 9 K schließt der Umschalter 9 den Stromkreis über Meßleitung 11, das Meßelement 3 Kohle C 10 und die Meßleitung 13 mit der konstanten Stromquelle 12. Die Meßspannung wird bei allen Temperaturen immer von außen abgenommen, d.h. über die Meßleitungen 14 und 15, und in dem Meßverstärker 16 verstärkt. Der Vorteil dieser Vier-Leiter-Meßschaltung besteht in der Unabhängigkeit von Zuleitungswiderstand der Meßleitungen.

In der Tabelle sind einige technische Daten des erfindungsgemäßen Widerstandsthermometers, wie Meßbereich, Anschlußart, Eigenerwärmung, Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit zusammengefaßt.

Tabelle

Meßbereich

1,5 - 400 K

Meßelemente

Pt 100 spektralrein (Platin 100 großes Omega bei 273 K);

C 10 (Kohle 10 großes Omega bei 273 K)

Anschlußart

5-Leiterschaltung

(wechselweise 4-Leiter-Meßschaltung)

Eigenerwärmung

bei Meßspannung </= 3 mV großes Delta T --> 0 K

Ansprechempfindlichkeit

bei 300 K --> 4 K t[tief]100% ungefähr 60 s (C 10: ungefähr 20 s)

Genauigkeit (normal)

________________________________________________________________________________

Bereich in K mit +/- ... K

________________________________________________________________________________

1,5 - 2,5 C 10 0,02

2,5 - 4 C 10 0,05

4 - 6 C 10 0,1

6 - 12 C 10/Pt 100 0,5

12 - 30 Pt 100 0,2

30 - 60 Pt 100 0,5

- 400 Pt 100 ungefähr DIN

Claims (7)

1. Widerstandsthermometer für Temperaturen unterhalb 400 K, bestehend aus zwei verschiedenen Widerstandsmaterialien als umschaltbare Meßelemente, die in einer Meßeinheit zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmaterialien der Meßelemente (2, 3) Platin Pt 100 spektralrein und Kohle C 10 sind.

2. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente (2, 3) gemeinsam in einem Meßeinsatz (1) eingebaut sind.

3. Widerstandsthermometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) aus Platin Pt spektralrein um einen Glaskern einfach, doppelt oder dreifach gewickelt ist.

4. Widerstandsthermometer nach einem oder Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Meßgeberschaltung mit fünf Meßleitungen (10, 11, 13, 14, 15), die zu den beiden Meßelementen (2, 3) führen.

5. Widerstandsthermometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fünf Meßleitungen (10, 11, 13, 14, 15) Drähte aus Chromnickel, Konstantan oder Manganin sind.

6. Widerstandsthermometer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Meßleitungen (11, 13, 14, 15) durch eingepreßte pulverförmige Oxidkeramik voneinander isoliert und in einem biegbaren Mantelkabel (4) untergebracht sind, welches selbst als fünfte Meßleitung (10) verwendet wird.

7. Widerstandsthermometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das biegbare Mantelkabel (4) mit dem Schutzrohr (1) dicht verschweißt ist.