DE1247044B - Elektrischer rotationssymmetrischer Festkondensator zur Druck- bzw. Meerestiefenmessung - Google Patents

Description

• Elektrischer rotationssymmetrischer Festkondensator zur Druck- bzw.
• Meerestiefenmessung Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetri schen Festkondensator zur Druck- bzw. Meerestiefenmessung über die Druckabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten von Gasen oder Flüssigkeiten mit einem Füllraum für flüssiges oder gasförmiges Dielektrikum zwischen den zusammenhängend geschliffenen Elektroden.
• Bei dem Studium der Vorgänge im Meer wird das Seewasser durch Kenngrößen charakterisiert. Zu diesen gehört vor allem die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Salzgehalt und die Temperatur. Diese Größen müssen in Abhängigkeit vom Ort und das ist insbesondere von der Tiefe durch Messungen festgestellt werden. Durch die Entwicklung der Meßgeräte für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur kann eine so große Meßgenauigkeit erzielt werden, daß die Hauptungenauigkeiten bei der Auswertung der Meßdaten durch die unzureichende Bestimmung der Meerestiefe bedingt sind.
• Das hat seinen Grund darin, daß für die Tiefenmessung Druckmesser herangezogen werden mit verformbaren Membranen oder festen elastischen Körpern. Es sind bislang jedoch noch keine festen Stoffe bekanntgeworden, die bei elastischen Verformungen nicht auch plastische Veränderungen erfahren, so daß derartige Meßgeräte keine ausreichende Langzeitkonstanz aufweisen und keine ausreichend genaue Tiefenbestimmung zulassen.
• Aus diesem Grund ist der Vorschlag gemacht worden, nichtfeste Körper, wie Flüssigkeiten und insbesondere gasförmige Medien, die keine solche Mängel wie Festkörper aufweisen, für die Druckmessung heranzuziehen. Nach einem Vorschlag kommt hierfür insbesondere die Druckabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten der Meßmedien als Meßgröße in Frage. Und zwar hier insbesondere die Verwendung von Gasen als kcmpressible Medien da bei ihnen die Änderung der Dielektrizitätskonstante im wesentlichen druckproportional verläuft. Durch bekannte Schaltungen kann dann die durch die Änderung der Dielektrizitätskonstanten bedingte Änderung der Kapazität eines Kondensators in bekannter Weise zur Frequenzänderung eines Wechselspannungsgenerators oder zur Phasenänderung eines Vierpols od. dgl. verwendet werden. Die Druckmessung erfolgt dann über die Frequenz des benutzten Generators oder über die Phasenverschiebung zweier in der Frequenz fester Wechselspannungen.
• Nun ist die Dielektrizitätskonstante von Gasen und Flüssigkeiten vom Druck nur sehr geringfügig abhängig. Dadurch wird es nötig, Kondensatoren mit sehr großer Kapazität und dann für sie eine Schaltung zu verwenden, in der nur die Kapazitätsänderung als Meßgröße eingeht, wie das z. B. bei Brükkenschaltungen der Fall ist. Die Herstellung möglichst großer Kapazitäten muß andererseits auf möglichst geringem Raum erfolgen, so daß die Lösung der Aufgabe nur mit extrem kleinen Abständen der Plattenbelegungen eines Kondensators zu erreichen ist. Dies stellt daher an die den Abstand der Plattenbelegung des Kondensators fixierenden Isolatoren so hohe Anforderungen, daß Druckmessungen auf dem angegebenen Weg bislang nur in der Laboratoriumspraxis durchgeführt werden konnten.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ausreichend exakte Fixierung der Belegungen eines Meßkondensators bei geringsten Plattenabständen zu erreichen.
• Des weiteren ist daran zu denken, daß bei der Verwendung von Gasen als Dielektrikum bei Wassertiefen bis zu 10 000 m sehr große Volumenänderungen auftreten. Um daher das Vorratsgefäß, aus dem das druckabhängige gasförmige Medium in den Kondensator eintritt, nicht zu groß werden zu lassen, ist auch aus diesem Grund ein extrem kleines Gesamtvolumen des Kondensators erforderlich.
• Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß bei dem eingangs genannten Festkondensator die eine teilweise kegelförmige Elektrode so in einem kegelförmigen Schliff der Gegenelektrode eingesetzt ist, daß bei großer Kondensatoroberfläche ein extrem Kleiner Abstand der Elektroden erreicht wird und daß der Füllraum mit einem genügend großen Vorratsvolumen, in dem sich ebenfalls das verwendete Dielektrikum befindet, in Verbindung steht, aus dem das Dielektrikum im Füllraum dem Außendruck entsprechend unter Druck gesetzt wird.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• Das relativ große Volumen 1 ist mit dem zur Messung dienenden kompressiblen Gas angefüllt. Es ist zweckmäßig, aber nicht notwendig, durch einen Stempel 2, der über das Rohr 3 und den Zylinderstutzen 4 in dem Rohr 5 bei Druckänderungen verschoben wird, gegenüber einer druckübertragenden Flüssigkeit 6 abgetrennt. Die Abtrennung kann auch durch eine plastisch verformbare Membran oder auf sonst eine Weise erfolgen. Der äußere Druck P wirkt über die Öffnung 7 des Gefäßes 8 auf einen verformbaren Druckausgleichbehälter 9, der über den Schlauch 10 und die Öffnung 15 mit dem Raumgebiet der Flüssigkeit 6 verbunden ist. Durch diese Bauweise ist der Zylinder 5 allseitig gleichem Druck ausgesetzt, so daß er bis auf seine geringe Volumenkompressibilität keinen verformenden Kräften unterworfen ist. Dieser ringförmige Zylinder 5 bildet die äußere Belegung des elektrischen rotationssymmetrischen Meßkondensators nach dem Erfindungsgedanken. Diese Belegung sitzt auf einem sorgfältig eingeschliffenen Schliff des Vollkörpers 11, der die innere Belegung des Meßkondensators bildet.
• Zwischen beiden Körpern im Schliff befindet sich ein miteingeschliffenes Isoliermaterial 12. Die Kondensatorzuführungen erfolgen über 13 und 14, die z. B. in ein über dem Gefäß 5 angebrachtes, nicht mitgezeichnetes Raumgebiet führen können, in dem die elektronische Schaltung drucksicher untergebracht ist.
• Der zylindrische Ansatz des Vollkörpers 11 wird nun auf einen um die Größe 2 <3 8 kleineren Durchmesser sorgfältig geschliffen, wie dem Innendurchmesser des Rohres 5 entspricht. Dadurch entsteht zwischen dem für den Meßkondensator wirksamen dielektrischen Raumgebiet zwischen 11 und 5 ein sehr kleines Volumen A V. Dieses Volumen steht mit seiner Gasfüllung unter dem Druck des Volumens 1, der über den Stempel 2 auf 1 ausgeübt wird. Bei einer Wahl von ß von nur wenigen Ft ist ilV ein so kleines Volumen, das selbst bei Volumenänderungen im Raum 1 im Verhältnis 1:1000, wie sie bei Druckänderungen im Meer bis zu 10 000 m Wassertiefe vorkommen können, für normalen Atmosphärendruck nur wenige Kubikzentimeter zu betragen braucht.
• Zur Kompensation von Temperatureinflüssen kann der Meßkondensator in dem Gefäß 8 durch Thermostaten auf konstanter Temperatur festgehalten werden.
• Für Meßkondensatoren mit mehreren Belegungen läßt sich das Raumgebiet des Vollkörpers 11 als Zylinder 5 ausführen, in den ein weiterer Vollkörper eingesetzt werden kann. Auf diese Weise sind Kon- densatoren mit mehreren Belegungen nach dem gleichen Grundgedanken zu realisieren.
• Die gleiche Kondensatorkonstruktion läßt sich verwenden, wenn an Stelle des Gases als kompressibles Medium eine Flüssigkeit zur Anwendung kommt.
• In diesem Fall ist es jedoch notwendig, bestimmte Temperaturbereiche einzuhalten bzw. die bei Druckänderungen eintretende Erwärmung des Mediums im Volumen 1 durch äußere bekannte Mittel ab- oder zuzuführen zur Erhaltung einer konstanten Meßtemperatur des kompressiblen Mediums.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Elektrischer rotationssymmetrischer Festkondensator zur Druck- bzw. Meerestiefenmessung über die Druckabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten von Gasen oder Flüssigkeiten mit einem Füllraum für flüssiges oder gasförmiges Dielektrikum zwischen den zusammenhängend geschliffenen Elektroden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die eine teilweise kegelförmige Elektrode (11) so in einem kegelförmigen Schliff der Gegenelektrode (5) eingesetzt ist, daß bei großer Kondensatoroberfläche ein extrem kleiner Abstand der Elektroden erreicht wird und daß der Füllraum (1) mit einem genügend großen Vorratsvolumen, in dem sich ebenfalls das verwendete Dielektrikum befindet, in Verbindung steht, aus dem das Dielektrikum im Füllraum dem Außendruck entsprechend unter Druck gesetzt wird.
2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren Belegungen (12) hergestellt ist, die durch ineinandersteckende Schliffe genau auf extrem kleine Abstände justiert sind.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum im Vorratsvolumen (1) über einen Kolben (2) oder eine Membran vom Außendruck beaufschlagt wird.
4. 4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübertragung auf das Vorratsvolumen (1) über eine spezielle Druckübertragungsflüssigkeit in einem nach außen abgeschlossenen veränderlichen Volumen erfolgt.
5. 5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Dielektrikum durch elektrische Heizung auf konstanter Temperatur gehalten wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 327 719; USA.-Patentschrift Nr. 2944199.