146371. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hőelemek szabad végeinek hőfokváltozásból eredő feszültségkülönbségek kompenzálására

Megjelent: 1960. március 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.371. SZÁM 42. i. 3—20. OSZTÁLY — PA-576. ALAPSZÁM Eljárás hőelemek szabad végeinek hőfokváltozásából eredő feszültségkülönbségek kompenzálására Paulusz Ede technikus, Budapest A bejelentés napja: 1958. április 3. Hőelammel történő hőmérséklet mérésnél a mérés azon alapszik, hogyha a hő elem összeforrasztott vége és szagad végei különböző hőmérsékleten vannak, úgy a hőelem a hőmérséklet különbségektől függő elektromotoros erőt ad. A hőelem által szolgáltatott e. m. e. a választott hőelemanyagtól függően más és más, de ugyanazon anyagoknál azonos, reprodukálható értékeket ad. Mindezek mellett a hőmérséklet mérésnek elengedhetetlen feltétele, hogy a szabad végek hőmérséklete állandó, vagy legalábbis ismert legyen. Gyakorlatilag a hőelemes méréshez az szükséges, hogy a szabad végek hőmérséklete állandó legyen, mert ezen állandó értéket a leolvasó műszer kalibrálásánál tekintetbe lehet venni és a műszert hőfokban lehet skálázni. Az iparban alkalmazott hőelemek a hőmérséklet különbséggel közel arányos elektromotoros erőt szolgáltatnak, de kis hőmérséklet különbségnél (kb. + 50 Cc

) a lineáris összefüggéstől való eltérés meglehetősen nagy. A hőfok és elektromotoros erők közötti összefüggés jellegét az alacsony hőmérsékletnél általában használt réz-konstantán hőelemre vonatkoztatva az 1. ábra mutatja; itt fontos megjegyezni, hogy a görbe meredeksége emelkedő jellegű. Az 1. ábra olyan esetet mutat, melyben a szabad végek hőfoka — a vonatkozási hőfok 0 C°. A .szabad végek stabilizálása tekintetében gyakorlati kívánalom, hogy az automatikusan történjék. Az eddigi megoldások közül ismeretes pl. az a megoldás, amely szerint a hőelem két szabad végét egy Wheatstone híd középső ágába a leolvasó műszerrel sorba kapcsolják. A híd olyan, hogy egyik ágába egy hőmérsékletfüggő, míg há^rom másik ágába egy-egy, a hőmérséklettől gyagyakorlatilag' nem függő ellenállás van kapcsolva. A hidat, külső áramforrásból táplálják, mely a pontossági kívánalmak szerint külön stabilizált, vagy pedig csak közel állandó feszültségű lehet. A 2. ábra egy példát mutat be, ahol Rí, R2, R3, hőmérsékletfüggetlen ellenállások, R4 hőmérsékletfüggő ellenállás, M leolvasóműszer, H hőelem, E áramforrás. A 2. ábra szerinti kapcsolásnál a hőelem szabad végeit és a hőmérséklettől függő ellenállást úgy helyezzük el, hogy gyakorlatilag azonos hőmérsékleten legyenek. Tételezzük fel, hogy a hőelem forrasztott végének hőmérséklete változatlan marad. A híd ellenállásai úgy vannak megválasztva, hogy ebben az esetben a műszeren nem folyik áram. Ha a szabad végek hőmérséklete, ,a környező hőmérséklet megváltozik, a hőelem szabad végein a változástól függő feszültség keletkezik, de ugyanakkor a híd egyensúlya is felborul, mert a hőmérsékletfüggő ellenállás értéke is megváltozik. Ha a hídra adott feszültség nagyságát, polaritását és az alkalmazott ellenállások értékét megfelelően választják, a hőelem feszültsége és a hőmérsékletfüggő ellenállás okozta feszültség egymást kompenzálják. A hidat úgy lehet méretezni, hogy a kompenzálás egy előre meghatározott hőmérsékletnél történjék; e hőmérséklet figyelembevételével a leolvasó műszer kalibrálható. A leírt módszer alkalmas a stabilizálásra akkor, ha a berendezéssel magasabb (több 100 C°) hőmérsékletet akarunk mérni és, ha a szabad végek hőmérséklet változása nem jelentékeny. A módszer hibája ugyanis, hogy míg a hőelem az 1. ábra szerint emelkedő görbét szolgáltat, addig a hídban alkalmazott hőmérsékletfüggő ellenállás leszálló görbét ad. Így a viszonyok (erősen torzítva) a 3. ábra szerint alakulnak. A 3. ábránál E a hőmérsékletfüggő ellenállás okozta feszültséget, H a hőelem által szolgáltatott feszültséget jelenti. A 3. ábra mutatja, hogy a két görbe eltérő karaktere miatt a szükséges követelmény csak