DE1698114A1

DE1698114A1 - Kompressionsmanometer

Info

Publication number: DE1698114A1
Application number: DE19681698114
Authority: DE
Inventors: Johann Wagner
Original assignee: BRAND FA RUDOLF
Current assignee: BRAND FA RUDOLF
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1968-01-25
Publication date: 1971-10-28

Description

DlPL.-INQ. H. STEHMANN

85 NÜRNBERG 2

DIPL.-PHYS. DR. K. SCH WEINZER essenweinstrasse<-«

NTANWÄLTE TEL.: KANZLEI »11/203727 PRIVAT: 77« N

N-rANWALTE TElEO R A M M-ADR E 8 S E: STEH P ATE NT

1698 ι ι A ^TELEX °*²³¹³⁵

BANKKONTEN:

DEUTSCHE BANK AG. NÜRNBERG NR. 34TU4

POSTSCHECKKONTO: NÜRNBERG «7011

Nürnberg, den 2o/26

Firma Rudolf Brand Glasinstrumenten- und Thermometerfabrik 698 Wertheim/Main Glashütte

"Kompressionsmanometer"

Die Erfindung betrifft Manometer zur Messung von niederen Gasdrucken in der sog. "ßrob"- bzw. "Feinvakuumtechnik". Die Messung erfolgt dabei so, dass ein bestimmtes Volumen eines unter dem zu messenden Druck stehenden Gases durch eine Flüssigkeit abgesperrt und in einem bestimmten Volumenverhältnis, bzw. bis zu einem bestimmten Druck, komprimiert wird.

Zur Messung von GaSrucken bis herab zu etwa 5 torr wurden bisher FlUssigkeits-Manoraeter benutzt, deren Meßeinrichtung aus einem U-förmig gebogenen, einseitig verschlossenen Glasrohr besteht. Der verschlossene eine Schenkel sowie der Bogen des U-Rohrpe ist mit Manometer-Flüssigkeit, in der Regel mit Quecksilber, gefüllt. Ist dieser Schenkel kürzer als die dem Normaldruck entsprechende Flüssigkeitssäule, dann werden solche Geräte als "verkürzte U-Rohrmanometer" bezeichnet. Der andere Schenkel eines solchen Gerätes ist dann meist über einen weiteren Rohrbogen mit der Niederdruckseite bzw. mit der Apparatur verbunden. Die Höhendifferena ^; in Millimetern - zwischen dem Niveau der Quecksilbersäulen in den Uden Rohrschenkeln ^gW_z ^den anliegenden Druck, in Torr.

der großen Rohrlängen sind solche Manometer sehr sperrig und bruehempfindlich. Sie werden daher in der Regel an Holzrahmen befestigt und über Schlauchverbindungen, meist im Nebenschluss zur Evakuierungsleitung, mit der Apparatur verbunden. Vor allem bei stärkeren plötzlichen Druckschwankungen, wie z.B. beim Auftreten eines Lecks, wird die Quecksilbersäule über größere Strecken beschleunigt. Ihre Wucht kann dadurch so groß werden, dass die Meßröhre zerschlagen wird. Zum Schütze solcher Manometer wird daher in deren Anschlußleitung ein Kückenhahn dazwischen geschaltet, durch den sie abgetrennt und jeweils zur Messung wieder mit der Apparatur verbunden werden können. Die Hähne werden jedoch leicht undicht und verursachen dann erhebliehe Meßfehler.

Besonders bei sehr niederen Drucken wird die Leistung der mit der Apparatur verbundenen Vakuumpumpe so gering, dass der zu messende Druck erheblich von den durch Undichtigkeiten wieder eindringenden, oder innerhalb der Apparatur sich entwickelnden Gasen beeinflusst wird. Unter solchen, d.h. nichtstatischen Bedingungen weicht-der im Manometer angezeigte Druck, mit zunehmender Länge der Leitung zwischen Apparatur und Manometer steigend, oft erheblieh von dem wahren in der Apparatur herrschenden Druck ab. Zur Ermittlung der wahren Druckverhältnisse wäre es dann erforderlich, das Manometer nach Möglichkeit direkt an die Apparatur, bzw. möglichst nahe der zu messenden Stelle anzubringen. Dazu sind jedoch die bisher üblichen U-Rohr-Manometer zu sperrig.

Dies gilt in gleicher Weise auch für die bisher zur Messung von Drucken von etwa 5 - lo" ^Torr bekannten Kompressionsmanometer, denen das Messprinzip von McLeod zugrunde liegt. Der zu messende

109844/ 03 10 "³"

BAD ORIGINAL

Druck wird bei diesen Manometern von dem Restvolumen einer bekannten Gasmenge angezeigt, die durch eine Quecksilbersäule bekannter Höhe komprimiert wird. Die Meßeinrichtung dieser Manometer enthält ebenfalls ein kurzes U-fömig gebogenes und einseitig verschlossenes Glasrohr. Dieses ist jedoch mit einer quadratischen Graduierung und einer Ringmarke versehen und in seinen Rohz'bogen mündet eine Leitung für das Quecksilber. Das Heben oder Senken der Quecksilbersäule erfolgt durch Drehen des jeweiligen aus einem sperrigen Röhrensystem und einem großen Quecksilbervorratsgefäß bestehenden Gerätes. Seine drehbare Verbindung zur Apparatur besteht aus einer gefetteten Schliffverbindung. Das Fett quetscht sich aber sehr rasch aus dem Schliff, so dass dieser häufig schon nach wenigen Messungen undicht wird oder sich verklemmt. Die Bedienung solcher Geräte erfordert ein hohes Maß an Geschicklichkeit, zudem sind sie sehr bruchempfindlich. Es kann auch leicht vorkommen, dass beim Meßvorgang Quecksilber- bzw. Manometerflüssigkeit in die Apparatur gelangt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Manometer zu schaffen, das alle diese Mangel vermeidet. Es soll insbesondere klein und handlich sein und somit direkt an der Apperatur, mögliehst in dem Bereich angebracht werden können, dessen Druck zu bestimmen ist. Dazu muss es weiterhin leicht zu bedienen sein und ohne Störanfälligkeit die mit den bisher üblichen Geräten erzielbare Meßgenauigkeit gewährleisten.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Meßeinrichtung eines U-Rohr-Kompressionsmanometers aus einem Kapillarrohr

-4-109844/0318

BAD ORKälNAfc. ...

16981U

besteht, das in einem durch Trennwände abgeteilten Raum eines vertikalen Glasrohres so angeordnet ist, dass der offene Rohrschenkel durch die obere Trennwand führt und mit dem Anschluss an die Niederdruckseite in Verbindung steht, während der Rohrboden durch die untere Trennwand über die Leitung für die Manometer-Flüssigkeit mit einem Vorratsraum in Verbindung steht, dessen Rauminhalt veränerbar ist.

Zur Messung von Drucken bis herab zu etwa 1 Torr wird erfindungsgemäss ein konstantes Kompressionsverhältnis benutzt. Dazu ist das erfindungsgemasse Manometer so gestaltet, dass der offene eine Rohrschenkel mit einer auf Druckeinheiten bezogenen linearen Graüuierung versehen ist und der geschlossene andere Rohrschenkel in Höhe des den Druck 0 anzeigenden unteren Endes der Graduierung eine Ringmarke trägt.

Zur Messung von Drucken von etwa 1 Torr bis herab zu etwa lo"^Torr besitzt das erfindungsgemasse Manometer die Anordnung, dass zur Messung in an sich bekannter Weise ein druckabhängiges Kompressionsverhältnis benutzt wird und die Kompression durch eine Flüssigkeitssäule bestimmter Höhe erfolgt. Dazu weist der geschlossene eine Rohrschenkel eine quadratische, auf Druckeinheiten bezogene Graduierung auf und der offene andere Rohrschenkel trägt in Höhe des oberen den Druck 0 anzeigenden Eindes der Graduierung eine . Ringmarke.

In einer zweckmässigen Ausführungsform des erfindungsgemassen Manomea?ters ist der Vorratsraum für die Manometer-Flüssigkeit durch einen von einem Gewinde gehaltenen axial verschiebbaren Kolben abgeschlossen. Besonders vorteilhaft kann dieser so gests

109844/0318 -5-

BAD O

tet sein, dass er zugleich Teil einer übergreifenden Schraubkappe aus thermoplastischem Kunststoff ist, die durch ein GIasinnengewinde gehalten, mittels Drehung axial verschiebbar ist.

Das eri'iadungsgemässe Manometer ist so klein und kompakt, dass es direkt, z.B. in Glasapparaturen, eingebaut werden kann. Dazu ist der Anschluß an die Niederdruckseite als Konus einer Normschliffverbindung ausgebildet.

Falls erforderlich, kann es aber auch in dieser Ausführungsform, z.B. durch Zwischenschalten einer Schliffhülse mit Schlaucholive, über Schlauchleitungen mit der Apparatur verbunden werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemasses Kompressions-Manometer für

den Druckbereich bis herab zu etwa 1 Torr und Fig. 2 ein erfindungsgemasses Kompressions-Manometer für

den Druckbereich von etwa 1 Torr bis herab zu

etwa lo"·^ Torr.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Meßeinrichtung aus einem U-förmig gebogenen Kapillarrohr, das in einem durch Trennwände 1 und 2 abgeteilten Raum eines Glasrohres 3 angeordnet ist. Ein Schenkel 4 des Kapillarrohres ist an seinem oberen Ende verschlossen und durch einen angeschmolzenen Stab 5 mit der Trennwand 1 fest verbunden. Ein anderer Schenkel 6 des Kapillarrohres ist ebenfalls an der Trennwand 1 befestigt, sein offenes Ende steht jedoch durch diese mit einem Anschluss 7 für die Miederdruckseite in Verbindung. Der offene Schenkel 6 ist mit einer

109844/0318 ,-

BAOOWGiNAi.

16981U

Graduierung 8 in Millimeter-Teilung versehen. Der verschlossene ,Schenkel 4 trägt in gleicher Höhe mit dem unteren Ende der Graduierung ο eine Ringmarke 9· Der Bogen des Kapillarrohres weist unterhalb der Ringmarke 9 eine kugelförmige Erweiterung Io auf und ist über eine Leitung 11 mit einem Vorratsraum 12 für die Manometer-Flüssigkeit verbunden. Das untere Ende des Vorratsraumes 12 wird von einem mit einer Dichtung 14 versehenen Koloen 13 abgeschlossen. Der Kolben Ij5 ist Teil einer übergreifenden Schraubkappe I5 und mit dieser durch ein zylindrisches , ein Aussengewinde aufweisendes Teil 16 verbunden. Durch das Aussengewinde des Teiles l6 und das Glasinnengewinde 17 ist die Schraubkappe 15 am Glasrohr 3 gehalten. Sie kann mittels Drehung axial verschoben werden und verändert dabei den Rauminhalt des Vorratsraumes 12.

Vor der Messung hat sich innerhalb des Kapillarrohres der in der Apparatur herrschende Druck eingestellt. Durch Drehung der Schraubkappe 15 wird Manometer-Flüssigkeit durch die Leitung 11 nach oben gedrückt, Sobald der Flüssigkeitsspiegel die Verbindungsstelle zwischen dem Bogen des Kapillarrohres und der Zuleitung 11 ausfüllt, ist die Verbindung des abgeschlossenen Schenkels 4 zur Apparatur unterbrochen. Das dadurch abgeschlossene Gas wird durch weiteres Emporheben der Manometer-Flüssigkeit komprimiert, bis der Flüssigkeitsspiegel der Manometer-Flüssigkeit die Ringmarke 9 erreicht hat. Es wird also erfindungsgemäss beim jeweiligen Meßvorgang immer in einem bestimmten konstanten Volumenverhältnis komprimiert. Die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem offenen Schenkel 6 zeigt dann den Druck in der Apparatur, bei Quecksilberfüllung in Torr, an.

109844/0318
BAD ORIGINAL

16981U

— τ —

Das in Pig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass der abgeschlossene Schenkel 4 mit einer Graduierung 8' versehen ist die eine quadratische Teilung aufweist und am oberen verschlossenen Ende dieses Schenkels mit dem Teilstrich i'ür den Druck 0 endet. Der offene Schenkel 6 trägt in Höhe dieses den Druck 0 anzeigenden oberen Endes der Graduierung 8' eine Ringmarke 9.

Vor der Messung ist durch Drehen der Kappe 15 die Manometer-Flüssigkeit soweit abgesenkt worden, dass sie das Kapillarrohr völlig freigibt. Im Kaipillarrohr stellt sich nun der in der Apparatur herrschende Druck ein. Zur Messung wird die Schraubkappe 15 dann in entgegengesetzter Richtung gedreht und dadurch die Manometer-Flüssigkeit wieder in das Kapillarrohr gehoben. Sobald der Flüssigkeitsspiegel die Mündung der Leitung 11 im Kapillarrohrbogen erreicht hat, ist die Verbindung zwischen dem Gas im abgeschlossenen Schenkel 4 und der Apparatur unterbrochen. Durch weitere Betätigung eier Schraubkappe I5 wird Manometer-Flüssigkeit nun soweit in das Kapillarrohr eingedrückt, bis der Flüssigkeitsspiegel 4m offenen Schenkel 6 die Höhe der Ringmarke 9 erreicht hat, Das Gas im abgeschlossenen Schenkel 4 steht dann jeweils unter dem gleichen Druck, der durch die Höhe der Flüssigkeitssäule im offenen Schenkel 6 gegeben ist. Das Restvolumen des Gases im abgeschlossenen Schenkel 4 ist abhängig von dem vor Beginn der Messung herrschenden Druck. Die Graduierung 8¹ des abgeschlossenen Schenkels 4 ist; so berechnet, dass die Höhe der Flüssigkeitssäule in diesem Schenkel den jeweils vor der Messung herrschenden Druck in Torr anzeigt.

109044/0318 '⁸~

BAD ORfGiNAL

16981U

Das erfindungsgemässe Manometer bietet den Vorteil, dass seine Meßeinrichtung durch den Einbau in das starkwandige Glasrohr J3 weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt ist. Weiterhin kann das Lumen der Meßeinrichtung sehr eng gehalten sein« Diese besteht daher aus einem starkwandigen Kapillarrohr, das somit an den Trennwänden 1, 2 in einer kräftigen Verbindung angeschmolzen ist. Zu dem kann nun auch das Ende des abgeschlossenen Schenkels 4, z.B. durch den Stab 5, über die Trennwand 1 starr verankert sein. Da nun darüberhinaus auch die Masse der bewegten Flüssigkeitssäule sehr gering ist, ist ein Bruch des Gerätes infolge Bedienungsfehler oder plötzlicher Druckänderung fast völlig ausgeschlossen.

Das erfindungsgemässe Manometer benötigt sowohl für den Einbau, wie für die Bedienung erheblich weniger Raum als vergleichbare Manometer ifiit gleichem Meßbereich und gleicher Meßgenauigkeit. Es kann daher auch bei kleineren Anlagen mit nichtstatischen Druckverhältnissen näher an der zu messenden Stelle in der Apparatur angeordnet bzw. in diese/ mit eingebaut werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst auch fachmännische Abwandlungen sowie alle Teil- und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale. ·

-Ansprüche-

10984 4/0318
BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Kompressionsmanometer für niedrige Drucke mit einer Meßeinrichtung aus einem u-förmig gebogenen einseitig verschlossenen und mit einer Graduierunfe und einer Ringmarke versehenen Glasrohr, in dessen Rohrbogen eine Leitung für die Manometer-Flüssigkeit mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung aus einem Kapillarrohr besteht, das in einem durch Trennwände (1,2) abgeteilten Raum eines vertikalen Glasrohres (5) so angeordnet ist, dass der offene Rohrschenkel (6) durch die obere Trennwand

(I) führt und mit der Niederdruckseite in Verbindung steht, während der Rohrbogen durch die untere Trennwand (2) über die Leitung

(II) für die Manometer-Flüssigkeit mit einem Vorratsraum (12) in Verbindung steht, dessen Rauminhalt veränderbar ist.

2. Kompressions-Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung ein konstantes Kompressionsverhältnis benutzt wird.

5. Kompressions-Manometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der offene eine Rohrschenkel (6) mit einer auf Druckeinheiten bezogenen linearen Graduierung (8) versehen ist und der geschlossene andere Rohrschenkel (4) in Höhe des den Druck 0 anzeigenden unteren Endes der Graduierung (8) eine Ringmarke (9) trägt.

4. Kompressions-Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung in an sich bekannter Weise ein druckabhängiges Kompressionsverhältnis benutzt wird und die Kompression durch eine Flüssigkeitssäule bestimmter Höhe erfolgt.

-2-109844/0318

~4o~

5. Kompressions-Manometer nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene eine Rohrschenkel (4) eine quadratische auf Druckeinheiten bezogene Graduierung (8*) aufweist und der offene andere Schenkel (6) in Höhe des oberen den Druck 0 anzeigenden Endes der Graduierung (8) eine Ringmarke (9) trägt.

6. Kompressionsmanometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum (12) durch einen axial verschiebbaren, durch ein Gewinde gehaltenen H Kolben (l?) abgeschlossen ist.

7. Kompressionsmanometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben Teil einer übergreifenden Schraubkappe (15) aus thermoplastischem Kunststoff ist, die durch ein Glasinnengewinde (17) gehalten, mittels Drehung axial verschiebbar ist.

8. FlUssigkeits-Manometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (7) des Manometers an die Niederdruckseite als Konus einer Normschliffverbindung ausgebildet ist.

Patentanwälte
Stehmann - Dr. Schweizer

109844/0318