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Die Erfindung betrifft ein Hypsometer zur Messung des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheizten Behälter, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht, wobei in dem Behälter ein mit einem Ende bis auf den Behälterboden reichender, aus saugfähigem Material bestehender Docht angeordnet ist, der an seinem andern, der Luft ausgesetzten Ende mit einem zylinderförmigen Thermistor, der vom Docht umhüllt ist, versehen ist, wobei vorzugsweise der Docht im Mittelteil eine Umhüllung aufweist.
Hypsometer sind Einrichtungen zur Messung des Luftdruckes. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass sich die Siedetemperatur einer Flüssigkeit mit dem Umgebungsdruck ändert.
Es kann daher, wenn die Dampfdruckkurve der Hypsometerflüssigkeit bekannt ist und die Siedetemperatur mit ausreichender Genauigkeit gemessen wird, der Umgebungsdruck, insbesondere Luftdruck, berechnet werden.
Mit Hilfe des Hypsometers wird also die Druckmessung auf eine Temperaturmessung zurückgeführt, und diese wieder, wenn als Temperatursensor z. B. ein Thermistor verwendet wird, auf eine Widerstandsmessung.
In meteorologischen Radiosonden ist die Verwendung des Hypsometers bereits seit längerer Zeit gebräuchlich. Hier wirkt sich besonders der Umstand günstig aus, dass der Widerstand der als Temperatursensoren verwendeten Thermistoren bei abnehmender Temperatur, einer in etwa logarithmischen Funktion folgend, immer grösser wird.
Die Auflösung der Druckmessung wird daher in grossen Höhen, also bei niedrigem Druck und damit auch tiefer Siedetemperatur, besser als in Bodennähe. Höhenbestimmungen aus dem gemessenen Luftdruck lassen deshalb bei Verwendung des Hypsometers eine hohe Genauigkeit erwarten, wogegen die Höhenbestimmung bei Verwendung einer Aneroiddose mit zunehmender Höhe immer problematischer wird, weil die Dose Druckänderungen annähernd linear registriert und die Höhendifferenz pro Druckeinheit mit der Höhe etwa logaritmisch zunimmt.
Um die genannten Eigenschaften eines Hypsometers ausnutzen zu können, ist aber sowohl beim Aufbau wie auch beim Betrieb einigen Fakten Rechnung zu tragen.
Es versteht sich von selbst, dass der Thermistor nur dann die Siedetemperatur annehmen kann, wenn er sich zur Gänze im siedenden Bereich der Hypsometerflüssigkeit (niedrigsiedende Flüssigkeiten der Frigen- oder Freongruppe) befindet und jeder Einfluss der Umgebungstemperatur ausgeschaltet ist.
Ausserdem ist sicherzustellen, dass die Flüssigkeit auch wirklich siedet. Dazu ist entweder durch eine Heizung oder aus der Umgebungswärme der Flüssigkeit Energie zuzuführen. Bei ständig abnehmendem Druck, wie das während eines Radiosondenaufstieges normalerweise der Fall ist, wird, infolge der ständig tiefer werdenden Siedetemperatur, ein Grossteil der Siedeenergie aus der in der Flüssigkeit vorhandenen latenten Wärme entnommen. Der Rest kann aus der Umgebungswärme zugeführt werden.
Aus der AT-PS Nr. 354785 ist ein Hypsometer bekannt, bei dem sich der Thermistor in einem Docht aus saugfähigem Material, wie Baumwolle, Löschpapier od. dgl. befindet, welcher mit seinem unteren Ende bis auf den Boden des Behälters reicht. Die hochgesaugte Flüssigkeit siedet im Docht und bringt so den Thermistor auf die Siedetemperatur. Der Teil des Dochtes, welcher sich unterhalb des Thermistors befindet, wird manchmal mit einer Umhüllung versehen, welche ausser der Siedezone nur das Unterstehende des Dochtes freilässt. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit nicht schon auf ihrem Weg vom unteren Ende des Dochtes zum Thermistor verdampft.
Die Grösse der als Siedefläche zur Verfügung stehenden freien Oberfläche des Dochtes ist nicht ohne Einfluss auf die Messgenauigkeit. Bei grosser Oberfläche und relativ hoher Umgebungstemperatur kann unter Umständen die Flüssigkeit schneller verdampfen als sie durch den Docht nachgesaugt wird, dadurch wäre aber ein Teil der Siedefläche nicht von der siedenden Flüssigkeit benetzt und es wird damit umgewiss, ob sich der Thermistor zur Gänze in der siedenden Flüssigkeit befindet.
In diesem Fall würde der Thermistor eine höhere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit registrieren. Bei niedriger Umgebungstemperatur und ungenügender Heizung kann es hingegen geschehen, dass der Siedevorgang die Flüssigkeit zu sehr abkühlt und sich dadurch selbst stoppt.
Kann nun genügend Aussenluft an die Siedefläche herankommen, so wird auf der Oberfläche des Siedebereiches die Flüssigkeit zwar nicht mehr sieden, aber verdunsten und sich, wie auch den
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Thermistor, noch weiter abkühlen. Je schneller die Flüssigkeit verdunstet und je mehr verdunstet, umso kälter wird es dabei.
In diesem Fall registriert der Thermistor eine tiefere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit, daraus folgt, dass die Siedefläche des Dochtes möglichst klein sein soll, und dass die Umgebungstemperatur sowie die Aussenluft von der Siedezone weitgehend ferngehalten werden müssen.
Die Grösse der Siedefläche wird aber weitgehend von der Art und Form des Dochtes, sowie von der Grösse des Thermistors bestimmt. Bei einem ideal an den Thermistor angepassten Docht be- stimmt nur mehr der Thermistor die Grösse der Siedefläche.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Siedetemperaturen, wie sie in Bodennähe auftreten, die Auflö- sung der Druckmessung ungenügend machen. Durch geeignete Materialzusammensetzung des Thermistors lässt sich zwar der Widerstand erhöhen, doch leidet darunter wieder die exakte Berechenbarkeit des Thermistors. Eine weitere Schwierigkeit ist die Unmöglichkeit, den Luftzutritt zur Siede- fläche gänzlich zu unterbinden, da ja nur bei einem völligen Druckausgleich die Druckmessung überhaupt möglich wird. Die Auswirkungen des Luftzutritts beeinträchtigen vor allem Messungen in Bodennähe. Bei der geringen Luftdichte in grösserer Höhe erfolgt nur eine geringe Verdunstung des Frigens und die Abkühlung bleibt vernachlässigbar klein.
Aus diesen Gründen wird heute fast allgemein auf die hypsometrische Druckmessung in bodennahen Luftschichten verzichtet und erst nach Überschreiten einer bestimmten Druckhöhe mit dem Hypsometer gemessen. Vom Boden weg wird nach wie vor mit der Aneroiddose gemessen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden und die Genauigkeit der hypsometrischen Druckmessung in Bodennähe weitgehendst zu verbessern.
Gemäss der Erfindung wird dies bei einem Hypsometer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der zylinderförmige Thermistor mit seiner Längsachse senkrecht zur Längsachse des Dochtes angeordnet ist.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Druckmessung auch in Bodennähe durchzuführen.
Wenn der Thermistor wie bei den bekannten Hypsometern axial in den Docht eingebaut ist, so erhält man zwangsläufig eine sehr grosse Siedefläche. Bei höheren Umgebungstemperaturen wird die Flüssigkeit schneller verdampfen und es kann der Fall eintreten, dass die Kapillarwirkung des Dochtes nicht mehr ausreicht genug Flüssigkeit in die Siedezone zu transportieren. Dazu kommt noch, dass die Flüssigkeit auch innerhalb der Siedezone senkrecht, also entgegen der Schwerkraft, hochgesaugt werden muss. Alle diese Umstände können dazu führen, dass der obere Teil der Siedezone mehr oder weniger austrocknet. Der Thermistor befindet sich dann nicht mehr zur Gänze im siedenden Bereich und liefert zu hohe Temperaturwerte. Das erfindungsgemässe Hypsometer weist diesen Nachteil nicht auf.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist ein Teil des Dochtes durch einen Hilfsdocht gebildet, der mit dem übrigen Teil des Dochtes in einer den Flüssigkeitstransport unter Kapillarwirkung ermöglichenden Verbindung steht, wobei der Thermistor von dem Hilfsdocht vollkommen umhüllt ist.
Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es sicher gewährleistet, dass der Thermistor zur Gänze von der Flüssigkeit umgeben ist.
Der Behälter kann mit einer aus wärmedämmendem Material bestehenden Umhüllung oder Kappe versehen sein. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass praktisch keine Umgebungsluft in die Siedezone kommt. Der Druckausgleich muss allerdings trotz der Wärmedämmung gewährleistet bleiben, doch soll die Ausgleichsöffnung nur so gross sein wie unbedingt nötig. Damit wird gleichzeitig der Luftzutritt zum Siedebereich erschwert und damit die Unterkühlung bei niedriger Umgebungstemperatur verringert. Eine Kappe aus wärmedämmendem Material bewirkt bereits eine deutliche Verbesserung beim statischen Betrieb, d. h. bei konstantem Umgebungsdruck, wenn die Siedeenergie durch eine Heizung im Vorratsbehälter zugeführt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der Thermistor-l-wird eng von einem Hilfsdocht --2-- umschlossen und so in einer Schlaufe des übrigen Teiles --3-- des Dochtes --2, 3-- befestigt, dass er quer zu diesem liegt.
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Die kontaktierten Enden des Thermistors-l-befinden sich dann, umhüllt vom Hilfsdocht - -2--, zu beiden Seiten des Teiles --3--. Die vom Teil --3-- durch seine Kapillarwirkung aus dem Vorratsbehälter --5-- hochgesaugte Flüssigkeit tritt nach Übersteigen des aus schlecht wärmeleitendem Material bestehenden Hüllrohres --4-- in die beiden Enden des Hilfsdochtes-2-über.
Der in diesem befindliche Thermistor wird daher zur Gänze von der Flüssigkeit umgeben.
Durch diese Anordnung wird eine unnötige Vergrösserung der Siedefläche vermieden. Der Docht - 2, 3-liegt an jeder Stelle des Thermistors dicht an diesem an. Ausserdem wird die Entfernung, die die siedende Flüssigkeit bis zu den beiden Thermistorenden zurückzulegen hat, drastisch verkürzt. Die beiden Enden des Hilfsdochtes --2--, welche allenfalls austrocknen könnten, umhüllen
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beginnt, bis zum Erreichen der Enden des Thermistors nur mehr einen Bruchteil der Höhe wie bei der senkrechten Thermistorposition.
Die ideale Thermistorform wäre eine Perle. Der angewandte Kompromiss ist die kurze Zylinderform mit quadratischem, oder unterquadratischem Längsschnitt und axialen Anschlussdrähten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hypsometer zur Messung des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheizten Behälter, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht, wobei in dem Behälter ein mit einem Ende bis auf den Behälterboden reichender, aus saugfähigem Material bestehender Docht angeordnet ist, der an seinem andern, der Luft ausgesetzten Ende mit einem zylinderförmigen Thermistor, der vom Docht umhüllt ist, versehen ist, wobei vorzugsweise der Docht im Mittelteil eine Umhüllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Thermistor (1) mit seiner Längsachse senkrecht zur Längsachse des Dochtes (2,3) angeordnet ist.
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The invention relates to a hypsometer for measuring the air pressure, which consists of an optionally heated container, which is partially filled with liquid, wherein in the container is arranged with one end reaching to the bottom of the container, consisting of absorbent material, the on the other end, which is exposed to air, is provided with a cylindrical thermistor which is enveloped by the wick, the wick preferably having an envelope in the middle part.
Hypsometers are devices for measuring air pressure. Use is made of the fact that the boiling point of a liquid changes with the ambient pressure.
If the vapor pressure curve of the hypsometer liquid is known and the boiling temperature is measured with sufficient accuracy, the ambient pressure, in particular air pressure, can therefore be calculated.
With the help of the hypsometer, the pressure measurement is thus traced back to a temperature measurement, and this again if, for example, as a temperature sensor. B. a thermistor is used on a resistance measurement.
The use of the hypsometer has been in use in meteorological radio probes for a long time. The fact that the resistance of the thermistors used as temperature sensors increases with decreasing temperature, following an approximately logarithmic function, has a particularly favorable effect here.
The resolution of the pressure measurement is therefore better at high altitudes, i.e. at low pressure and thus also lower boiling temperature, than near the ground. Height determinations from the measured air pressure therefore lead to high accuracy when using the hypsometer, whereas height determination with the use of an aneroid can becomes more and more problematic with increasing height because the can registers pressure changes almost linearly and the height difference per pressure unit increases logaritmically with the height.
In order to be able to take advantage of the properties of a hypsometer mentioned, some facts must be taken into account both when setting up and during operation.
It goes without saying that the thermistor can only reach the boiling temperature if it is completely in the boiling range of the hypsometer liquid (low-boiling liquids of the Frigen or Freon group) and any influence of the ambient temperature is switched off.
In addition, it must be ensured that the liquid really boils. For this purpose, energy is to be supplied to the liquid either by heating or from the ambient heat. With constantly decreasing pressure, as is normally the case during a radio probe ascent, a large part of the boiling energy is drawn from the latent heat in the liquid due to the constantly lower boiling temperature. The rest can be supplied from the ambient heat.
From AT-PS No. 354785 a hypsometer is known in which the thermistor is located in a wick made of absorbent material such as cotton, blotting paper or the like, which extends with its lower end to the bottom of the container. The liquid that is sucked up boils in the wick, bringing the thermistor to the boiling point. The part of the wick which is below the thermistor is sometimes provided with a covering which, apart from the boiling zone, only leaves the bottom of the wick exposed. This ensures that the liquid does not evaporate on its way from the lower end of the wick to the thermistor.
The size of the free surface of the wick available as a boiling surface is not without an influence on the measuring accuracy. If the surface area is large and the ambient temperature is relatively high, the liquid may evaporate faster than it is sucked through the wick, but this would mean that part of the boiling surface would not be wetted by the boiling liquid and it will be determined whether the thermistor is completely boiling Liquid.
In this case the thermistor would register a temperature higher than the boiling point of the liquid. If the ambient temperature is low and the heating is insufficient, however, the boiling process can cool the liquid too much and thus stop itself.
If enough outside air can now get to the boiling surface, the liquid on the boiling area will no longer boil, but will evaporate and evaporate, as will it
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Thermistor, cool even further. The faster the liquid evaporates and the more it evaporates, the colder it gets.
In this case, the thermistor registers a lower temperature than the boiling point of the liquid, which means that the boiling area of the wick should be as small as possible, and that the ambient temperature and the outside air must be kept far away from the boiling zone.
The size of the boiling surface is largely determined by the type and shape of the wick and the size of the thermistor. With a wick that is ideally adapted to the thermistor, only the thermistor determines the size of the boiling surface.
Another disadvantage is that boiling temperatures, as they occur near the bottom, make the resolution of the pressure measurement insufficient. The resistance can be increased by a suitable material composition of the thermistor, but the exact predictability of the thermistor suffers again. Another difficulty is the impossibility of completely preventing air from entering the boiling surface, since pressure measurement is only possible if the pressure is completely equalized. The effects of air access mainly affect measurements near the ground. With the low air density at a higher altitude, there is only a slight evaporation of the frigens and the cooling remains negligibly small.
For these reasons, the hypsometric pressure measurement in air layers near the ground is almost completely dispensed with and is only measured with the hypsometer after a certain pressure level has been exceeded. The aneroid can is still used to measure from the ground.
The object of the invention is to avoid the above disadvantages and to largely improve the accuracy of the hypsometric pressure measurement near the ground.
According to the invention, this is achieved in a hypsometer of the type mentioned at the outset in that the cylindrical thermistor is arranged with its longitudinal axis perpendicular to the longitudinal axis of the wick.
With the invention, it is possible for the first time to carry out the pressure measurement near the ground.
If the thermistor is installed axially in the wick, as in the known hypsometers, you will inevitably get a very large boiling surface. At higher ambient temperatures, the liquid will evaporate faster and it can happen that the capillary action of the wick is no longer sufficient to transport enough liquid into the boiling zone. In addition, the liquid also has to be sucked up vertically within the boiling zone, i.e. against gravity. All of these circumstances can lead to the upper part of the boiling zone drying out more or less. The thermistor is then no longer completely in the boiling range and supplies excessively high temperature values. The hypsometer according to the invention does not have this disadvantage.
According to a feature of the invention, part of the wick is formed by an auxiliary wick, which is connected to the remaining part of the wick in a connection which enables liquid transport under capillary action, the thermistor being completely enveloped by the auxiliary wick.
This configuration of the invention ensures that the thermistor is completely surrounded by the liquid.
The container can be provided with a covering or cap made of heat-insulating material. These measures ensure that practically no ambient air enters the boiling zone. However, pressure equalization must remain guaranteed despite the thermal insulation, but the equalization opening should only be as large as is absolutely necessary. At the same time, air access to the boiling area is made more difficult and subcooling at low ambient temperatures is reduced. A cap made of heat-insulating material already brings about a significant improvement in static operation, i. H. at constant ambient pressure when the boiling energy is supplied by a heater in the storage tank.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown.
The thermistor-l-is tightly enclosed by an auxiliary wick --2-- and fastened in a loop of the rest of the part --3-- of the wick --2, 3-- in such a way that it lies transversely to it.
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The contacted ends of the thermistor-l-are then, enveloped by the auxiliary wick - -2--, on both sides of the part --3--. The liquid sucked up from part --3-- by its capillary action from the storage container --5-- passes after the cladding tube --4--, which is made of poorly heat-conducting material, passes into the two ends of the auxiliary wick-2-.
The thermistor in this is therefore completely surrounded by the liquid.
This arrangement avoids an unnecessary enlargement of the boiling area. The wick - 2, 3 - lies close to the thermistor at every point. In addition, the distance that the boiling liquid has to travel to the two thermistor ends is drastically shortened. Cover the two ends of the auxiliary wick --2--, which could dry out if necessary
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begins until the ends of the thermistor are only a fraction of the height of the vertical thermistor position.
The ideal thermistor shape would be a pearl. The compromise used is the short cylindrical shape with a square or under-square longitudinal section and axial connecting wires.
PATENT CLAIMS:
1. Hypsometer for measuring the air pressure, which consists of an optionally heated container, which is partially filled with liquid, wherein in the container is arranged with one end reaching to the bottom of the container, consisting of absorbent material, the other , the end exposed to air is provided with a cylindrical thermistor, which is enveloped by the wick, the wick preferably having a covering in the central part, characterized in that the cylindrical thermistor (1) has a longitudinal axis perpendicular to the longitudinal axis of the wick (2, 3) is arranged.