DE126742C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Ja 126742 KLASSE 42«.

eines Materials beruht.

Alle Apparate, bei welchen die Ausdehnung eines Material es (Draht, Faden, Flüssigkeit u. s. w.) gemessen oder zum Messen, Kontroliren, Schalten u. s.w. dienen soll, zeigten in ihren Angaben bisher stets eine unerwünschte Abhängigkeit von Temperaturschwankungen.

Es schien bisher nicht möglich, diese Fehler völlig zu beseitigen. Man suchte sich durch eine Vorrichtung zu helfen, mittels der man die Zeiger von aufsen leicht auf den Nullpunkt einstellen konnte. Der zweifelhafte Werth dieses Hülfsmittels ist bekannt.

Eingehende Untersuchungen liefsen die Ursachen der Fehler und ihre Wirkungen erkennen und führten zu den die Erfindung darstellenden Anordnungen, durch welche es gelingt, die Ausdehnungen aller anderen Theile eines Apparates, aufser der zum Messen dienenden, zum Theil vollkommen, den Rest mit selbst für Präcisionsmessungen zu vernachlässigenden Fehlergrenzen einflufslos zu machen. Fig. 1 zeigt schematisch einen Apparat, bei dem die Längenänderungen des Drahtes h, hervorgerufen durch Veränderungen seiner Temperatur gegen seine Umgebung, gemessen werden sollen, z. B. ein elektrisches Hitzdrahtmefsinstrument. h ist der vom Strom durchflossene Draht und k, k zwei Compensationsdrähte, deren Anwendung bekannt ist.

k, k sind einerseits mit h an einer durch Feder gezogenen Brücke bf c, andererseits auf dem Gehäuse bei α und d starr befestigt. Das andere Ende des Hitzdrahtes sitzt bei e an dem um g drehbaren Hebel e g i. Von diesem geht bei i auf bekannte Weise ein um die Zeigerachse / geschlungener Faden ab, ein Metallband, das die Hitzdrahtlängenänderung auf den Zeiger überträgt. Wären nun die Drähte auf die bisher übliche Weise, wie sie auch noch Schwinning bei seinem Hitzdrahtgalvanometer (Sch winning, Untersuchungen über Störungen durch thermische Nachwirkungen an Hitzdrahtgalvanometern, 1898, Inaugural-Dissertation) anwendet, auf dem Gehäuse befestigt, so würden Temperaturschwankungen, denen das ganze Instrument ausgesetzt ist, auf die Zeigerstellung merklich einwirken. Anders, wenn die Drähte an Klemmen sitzen, welche nur mit je einer Schraube auf dem Gehäuse befestigt sind und von _ ihnen derart abgehen, dafs die geometrische Achse dieser Befestigungsschraube durch die Abgangsstelle des Drahtes geht. Fig. 2 und 3 stellen im Grund- und Aufrifs eine Klemme dar, k ist der abgehende Draht. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dafs durch Ausdehnungen der Klemme eine Verschiebung des Drahtabgangspunktes nicht eintreten kann.

Auf dieselbe Art, mit nur einer Schraube, werden auch die Lagerböcke für Hebel, Zeigerachse u. s. w. befestigt und die Achsen der beweglichen Theile so gelagert, dafs sie je mit der geometrischen Achse der Befestigungsschraube zusammenfallen, wie Fig. 4 im Aufrifs zeigt.

Hiermit ist aber das Instrument noch nicht vollkommen; es ist noch erforderlich, bei

Temperaturä'nderungen des ganzen Instruments die Wirkung der Verschiebung der einzelnen Klemmen bezw. Drahtabgangspunkte gegen einander einflufslos zu machen.

Wenn wegen der Vereinfachung der Ausführung die Anordnung wäre, wie in Fig. ι punktirt gezeichnet ist, d. h. die Compensationsdrä'hte um die Länge α a' nach oben verschoben (der Hebel brauchte nicht gekröpft oder an Fig. 5 und 6 nicht mehrfach durchbrochen sein), so würde bei einer Temperaturänderung, z.B. -Erhöhung, die Brücke b'fc' nach oben gehen und die Entfernung e^gröfser werden. Bei der Ausdehnung der Brücke wird nun, wenn Hitz- und Compensationsdrähte ihre der höheren Temperatur entsprechende Länge erreicht haben, der Drahtabgangspunkt f nach unten rücken und damit der Hebel und Zeiger bewegt werden.

Diesem Fehler wirkt allerdings die gleichzeitig erfolgende Ausdehnung der Grundplatte in der Länge α a' = b b' entgegen, aber einmal wird das Grundgestell meist aus anderem Material wie die Brücke hergestellt (Gufseisen, Zink, Schiefer u. s. w.), so dafs hier doch ein Fehler entsprechend der Differenz der Ausdehnungscoefficienten entstände, hauptsächlich aber wird bei den sehr verschiedenen Abmessungen der Drähte, Brücke, Klemmen, Böcke und des Gestelles der Ausgleich zeitlich sehr verschieden erfolgen.

Es können Tage vergehen, ehe ein völliger Ausgleich erfolgt ist, ja es scheint, dafs selbst bei gleichmäfsiger und langsamer Temperaturänderung im Thermostaten eine Art Pendeln um den Gleichgewichtszustand, ehe dieser erreicht ist, stattfindet.

Noch störender wird der Fehler, wie leicht ersichtlich, wenn die Compensationsdrähte eine andere Länge als der Hitzdraht erhielten, was bisher mehrfach geschehen und aus anderem Stoff wie dieser mit einem entsprechenden Ausdehnungscoefficienten gewählt wurden, z. B. k = a' b und h = ef.

Diese Fehler sind sehr schwer berechenbar und bei der an empfindlichen Instrumenten verwendeten Uebersetzung der Hitzdrahtlängenänderung auf das sechshundert- und mehrfache äufserst störend.

Eine vollkommene Compensation dieser Verschiebungen wäre sehr umständlich.

Es zeigt sich aber, dafs der Einfiufs der Verschiebungen verschwindend klein gemacht wird, wenn die Abgangspunkte der Drähte mit den Drehungsachsen der Hebel u. s. w. an jeder Seite des Systems in einer Ebene liegen (Fig. ι, αϊ und ic), d. h. wenn die Achse g z. B. senkrecht auf der Zeichnungsfläche steht, so geht diese Ebene durch die geometrische Achse von g und die Linie von α i. Zweckmäfsig liegen die Drähte von k, h und k ebenfalls in einer Ebene, also die Abgangspunkte, z. B. a, e und d, in einer Linie.

Ebenso liegen die Drahtabgangspunkte b, f und c an der Brücke sowie ihre Drehungsachse bei f ebenfalls in einer Ebene. Die Brücke mufs z.B. drehbar sein, wenn eine Nullpunktsjustirung, wie Fig. 5 und 6 zeigt, angewendet wird. Bei dieser Justirung, wie auch bei der Ausdehnung des Hitzdrahtes allein, drehen sich die Abgangspunkte α und e ein wenig nach der einen oder anderen Seite aus der Ebene heraus.

Unter Drahtabgangspunkt ist etwa ein Querschnitt des Drahtes (oder Bandes) zu verstehen, den man durch letzteren dicht an der Klemme u. s. w., von wo aus also die Drahtausdehnung wirksam wird, legen würde. In der Klemme kann die Klemmung des Drahtes so fest und doch elastisch genug sein bei guter Ausführung, dafs, wenn Klemme und Draht auch aus verschiedenem Material bestehen , ein Lockerwerden und Herausziehen nicht eintritt. Eine Temperaturänderung des Gehäuses erzeugt eine Entfernungsänderung zwischen a, g und d, aber in derselben Ebene, in der Längsrichtung des Hebelendes zwischen Drehpunkt und Befestigung des Hitzdrahtes, abgesehen von Spannungen durch inhomogenes Material u. s. w., die auf besondere Weise herauszubringen sind. Ebenso ändert sich gleichzeitig die Entfernung b c in demselben Sinne in derselben Ebene.

Es ist rechnerisch leicht ersichtlich, dafs bei dem grofsen Verhältnifs zwischen den Drahtlä'ngen und der Entfernungsänderung ein wahrnehmbarer Fehler nicht entstehen kann.

Dabei ist nicht nöthig, dafs α i parallel bc ist, selbst eine Neigung von 45 ° erzeugt keinen merkbaren Fehler, ebensowenig wenn die drei Drähte geneigt zu a i liegen.

Liegt die Zeigerachse / nicht in der Ebene α i, sondern etwa wie Fig. 1 zeigt, wobei man i I möglichst klein macht, so wirkt die Differenz der Ausdehnungen zwischen Band i I und der Gehäusestücklänge il auf die Zeigerachse ein, abgesehen von der Zeit, nur absolut, nicht durch den Hebel vergröfsert.

Dafs die Praxis den Werth dieser theoretischen Erwägungen bestätigt, zeigt ein nach den beschriebenen Principien gebautes Hitzdrahtvoltmeter, das, wie ein Gutachten der Physikalisch - Technischen Reichsanstalt zeigt, eine bisher unerreichte Empfindlichkeit, Genauigkeit und Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen besitzt.

Es kann zweckmäfsiger sein, die Klemmen, Böcke u. s. w. auf einer Seite des Systems, soweit möglich, wie Fig. 5 und 6 im Grund- und Aufrifs zeigen, auf ein besonderes Stück aufzusetzen oder aus einem Stück zu fertigen. Dann wird dieses ebenfalls nur mit einer

Schraube befestigt und gegen Drehung durch einen Stellstift s gesichert, der in der Ebene α i liegt und sich in der Richtung a i verschieben kann. Für die erste Nulleinstellung zeigen Fig. 3 und 6 eine Justirung derart angebracht, dafs ein Compensationsdraht k an einer durch Schraube u um 0 drehbaren Klemme befestigt ist, wobei die Drehungsachse dieser Klemme, die Anlage der Schraube u mit den Abgangspunkten der Drähte u. s. w. und der Achse der Befestigungsschraube in der Ebene a i liegt.

Fig. 7 zeigt die Anordnung eines Instruments, bei dem die Ausdehnung des Drahtes h gemessen wird, mit nur einem Compensationsdraht k. Hier geht die Drahtabgangsebene der einen Seite des Systems in einen Punkt über. Hierbei ist der Hebel ein einarmiger und auch die Zeigerachse in die Ebene a g gelegt. Letzteres hat, abgesehen von der für manche Fälle zweckmäfsigeren Anordnung, gegen die Anordnung in Fig. 1 einen gewissen Vortheil, da das Verhältnifs der Massen von Hebel zum Zeigerachsenband ein kleineres ist, als das (Fig. 1) zwischen Gestell in der Länge i I und Bande il.

Zur Verwendung der Anordnung z. B. Fig. 1 als Hygrometer denke man sich die Drähte k, h und k aus gleichem hygroskopischen Material und k und k von trockener Luft umspült, so würde der Zeiger die Feuchtigkeitsänderung unabhängig von Temperaturschwankungen angeben. Zur Bestimmung des Ausdehnungscoefficienten von Materialien wäre das System (Fig. 1) etwa geeignet, wenn der zu untersuchende Draht h aus demselben Material wie k und k, in einem Wärme isolirenden Gefäfs mit Flüssigkeit, deren Temperatur geändert und gegen die äufsere bestimmt werden kann, sich befände.

Claims (2)

Pate nt-Ansprüche:

1. Instrument zum Messen, Kontroliren, Schalten u. s. w., dessen Wirksamkeit auf Ausdehnung eines Materials beruht, dadurch gekennzeichnet, dafs die Befestigung der einzelnen Theile, Klemmen, Böcke u. s. w. auf dem Gestell durch nur je eine Schraube geschieht, von deren geometrischen Achsen die Drähte u. s. w. abgehen, oder deren geometrische Achsen mit den Achsen von drehbaren Theilen zusammenfallen, oder aber in einer Ebene mit den Abgangspunkten der Drähte u. s. w. der Drehachsen u. s. w. liegen, zum Zwecke, Ausdehnungen aller Theile, aufser der zum Messen u. s. w. dienenden, einflufslos zu machen.

2. Eine Ausführungsform der unter 1. angegebenen Anordnung, bei der die Klemmen, Böcke u. s. w. auf einem Stück sitzen, wobei dieses Stück mit nur einer Schraube und gegebenenfalls mit verschiebbaren Stellstiften gegen Drehung gesichert auf dem Gestell befestigt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.