146872. lajstromszámú szabadalom • Termoelektromos mérőműszer
Megjelent: 1960. május 31. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.872. SZÁM 42. i. OSZTÁLY — FA—384. ALAPSZÁM Termoelektromos mérőműszer Faludy Lajos oki. elektromérnök és Katona Zoltán oki. gépészmérnök, Budapest A bejelentés napja: 1958. december 15. Termoelektromos hőmérsékletmérésnél az áramkörben levő két forrasztási hely közül az egyiket a hőérzékelésre alkalmas hőelemként képezik ki, míg a másikat, az úgynevezett vonatkozási hőu elemet, vagy fix hőmérsékleten (pl. olvadó jégben) tartják, vagy pedig szabadon hagyjak, amikor is az a környezet hőmérsékletét veszi át. Utóbbi esetben kompenzáló kapcsolást kell alkalmazni abból a célból, hogy a vonatkozási hőelem hőmérsékletének a környezeti hőmérsékletváltozás miatti változása a mérés pontosságát ne befolyásolja. Az egyik ismert kompenzáló kapcsolást az 1. ábra mutatja be. A G galvanométer sorba van kötve az „a" (pl. vörösréz) és a „b" (pl. konstantán) féimből képzett vonatkozási V hőelemmel, és az ugyancsak „a" és ,,b" fémből készült M hőérzékelő hőelemmel. Az áramkörhöz tartozik még egy W Wheatstone-híd, amelynek három eleme (Rí, R2 és R 3 ) hőfokfüggetien (pl. manganin), míg az R4 eleme hőfokfüggő anyagból (pl. nikkelből) készül. A Wheatstone-hidat Us stabilizált egyenfeszültség táplálja. A kompenzáló áramkör működése értelmében a V vonatkozási hőelemnek és az R4 hőfokfüggő ellenállásnak mindig azonos hőmérsékleten kell lennie, mert csak így biztosítható, hogy amilyen arányban változik a termoelektromos feszültség nagysága a vonatkozási hőelem hőimérsékletváltozása következtében, ugyanolyan arányban változzék a Wheatstone-híd ellenkező előjelű kimenő feszültsége az R4 ellenállás hőmérsékletváltozás miatti ellenállásvéltozása következtében. A működés elvéből következik, hogy a mérési pontosság alakulását a környezeti hőmérsékletváltozás, valamint, főleg a fénymutatós műszereknél el nem hanyagolható belső melegfejlődés függvényében elsősorban az a körülmény határozza meg, hogy mennyire sikerül biztosítani a V vonatkozási hőelem és az R4 hőfokfüggő ellenállás hőmérsékletének azonosságát. Ha ± 0,5 C°-nál nagyobb pontosságú hőmérsékletmérést akarnak elérni, akkor a két elem hőmérsékletkülönbsége nem haladhatja meg a 0,1 C°-ot, akárhogy változzék is a környezeti hőmérséklet az idő függvényében. Az: ismert megoldásoknál a minél kisebb hőmérsékletkülönbséget úgy igyekeznek biztosítani, hogy mind a vonatkozási hőelemet, mind pedig az R4 hőfokfüggő ellenállást minél nagyobb tömegűre készítik, nagy hővezetőképességű anyagból. Ezt abból a megfontolásból teszik, hogy a vonatkozási hőelem és a kompenzáló elem, a nagy hőkapacitású kivitel következtében a környezeti hőtnérsékletváltozásra csak lassan reagáljon. Azonban az ilyen megoldás egyúttal azt is eredményezi, hogy a nagy fém tömegekben nagy lesz a hőmérsékleti gradiens, tehát a hőmérséklet a fémtöme^ gek különböző pontjain más és más lesz, vagyis a kitűzött célt éppen nem érik el. Különösen alkalmatlan ez a megoldás arra, hogy a változó környezeti hőmérséklet hatása alatt a kompenzáló elemek hőmérsékletének együtt történő változását biztosítsa. Az ismert megoldásokban továbbá a vonatkozási hőelemet és az R4 hőfokfüggő' elemet a műszer szellőztetett terében helyezik el azért, hogy azok hőmérsékletét a műszer belső terében egyéb okból keletkezett meleg ne befolyásolja, valamint hogy könnyebben vegye át a vonatkozási hőelem és az R4 koanpenzálóelem a műszert körülvevő tér hőmérsékletét. Ez a megoldás még inkább odavezet, hogy a két elem hőmérséklete jelentősen eltér egymástól. A találmány termoelektromos mérőműszer a vonatkozási hőelem és a hőfokfüggő tulajdonságú kompenzálóelem minél kisebb (pl. a mérési pontosság számértékének ötöd részével megegyező nagyságú) hőmérséklet eltérésének biztosítására szolgáló fémhordozóra feltekercselt fémhuzalból készített kivitellel; a találmány szerint továbbá a vonatkozási hőelem és a kompenzáló elem kis hőkapacitású, jó hővezető tulajdonságú csőre van feltekercselve, és ahol a vonatkozási hőelem és a hőfokfüggő tulajdonságú koimpenzálóelem jó hőszigetelő képességű anyagból készült burával van lefedve. A találmány szerint a fent ismertetett hibákat kiküszöbüljük, amikor magát a vonatkozási hő^ elemet és az R4 hőfokfüggő ellenállást kis tömegűre készítjük, és olyan alkalmasan megválasztott
