DE1929051C3

DE1929051C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von für Wärmeverbrauchmeßgeräte geeigneten Ampullen

Info

Publication number: DE1929051C3
Application number: DE19691929051
Authority: DE
Inventors: Jens Peter Fischer Rungsted Kyst Hansen
Original assignee: INGENIOERFIRMAET CONSTANTIN BRUN K(DURCHMESSER)BENHAVN DK AS
Current assignee: INGENIOERFIRMAET CONSTANTIN BRUN K(DURCHMESSER)BENHAVN DK AS
Priority date: 1968-06-10
Filing date: 1969-06-09
Publication date: 1981-04-30
Also published as: DK116969B; DE1929051A1; DE1929051B2

Description

H
Fi

FrI Fl

/1
Ii
/1
/i

20

25

30

35

wobei:

Fr = innere Querschnittsfläche der Steigröhre

(35) des Torricelli-Manometers,
Fl = freie Oberfläche der Flüssigkeit in der

Schale (36) des Torricelli-Manometers,
Fr 2 = innere Querschnittsfläche der Steigröhre

(26) des Differenzdruckmanometers,
F2 = freie Oberfläche der Flüssigkeit in der

Schale (27) des Differenzdruckmanometers, /; = Gesamthöhe der Ampulle und
/1 = Gesamthöhe der Ampulle abzüglich der gewünschten Füllhöhe derselben.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Vakuumbehälter mit einer Vakuumpumpe und einem Differenzdruckmanometer, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Differenzdruckmanometer ein Torricelli-Manometer angeordnet ist, das die im Anspruch 1 angegebene Bedingung erfüllt, wobei Mittel (29, 30, 31, 23) vorgesehen sind, um bei einer vom Flüssigkeitsspiegel in der Steigröhre (35) des Torricelli-Manometers abhängigen Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels in der Steigröhre (26) des Differenzdruckmanometers das Vakuum im Vakuumbehälter (16) zu steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eichkörper (37) mit unterschiedlicher Querschnittsfläche zum Eintauchen in die Schale (36) des Torricelli-Manometers (35) vorgesehen sind, um die Flächenverhältnisse nach Anspruch 1 an gewünschte K-Werte anzupassen.

55

60

b"»

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von für Wärmeverbrauchmeßgeräte geeigneten Ampullen mit einer unten geschlossenen Außenröhre und einer in diese hineinragenden Innenröhre, deren oberes offenes Ende mit der Außenröhre verschmolzen ist, bei dem die Ampulle in umgedrehter Lage in eine in einem Vakuumbehälter vorgesehene Füllflüssigkeit eingetaucht wird, wonach der Vakuumbehälter unter ein mittels eines von den im Arbeitsraum und in dem Vakuumbehälter herrschenden Drücken beaufschlagten Differenzmanometers bestimmtes Vakuum gesetzt und dann wie_der belüftet wird.

Dieses Verfahren war bisher gegen Schwankungen des Atmosphärendruckes in dem Arbeitsraum wo das Füllen der Ampullen stattfindet, mit einer gewissen Unsicherheit behaftet Da die Füll-Flüssigkeit Dämpfe abgibt, deren Einatmung in größeren Mengen gesundheitsschädlich ist, ist eine gründliche Lüftung des Arbeitsraumes erforderlich. Wegen dieser Lüftung sind Schwankungen des Atmosphärendruckes in dem Arbeitsraum aber größer als normal. Falls der im Arbeitsraum herrschende Druck als konstant angesehen werden könnte, würde es keine Schwierigkeiten bereiten, eine konstante Füllung der Ampullen zu erzielen. Man brauchte lediglich eine Reihe von Probefüllungen vorzunehmen und für jede Probefüllung die Anzeige des Differenzdruckmanometers zu notieren. Nachher könnte man durch Messen der Füllung der Ampullen feststellen, welche Füllung dit richtige ist, wonach rran den Füllvorgang bei der dieser Füllung entsprechenden Anzeige des Differenzdruckmanometers fortsetzen könnte. Wegen der Druckschwankungen im Arbeitsraum kann indessen nicht mit einer konstanten Füllung gerechnet werden, und es ist deshalb im allgemeinen erforderlich, beim Einsetzen der Ampullen in das zugehörige Gehäuse des Meßgerätes eine Einstellung der Ampullen relativ zur Ableseskala des Gehäuses vorzunehmen, und zwar so, daß der Flüssigkeitsspiegel der in der Ampulle enthaltenen Flüssigkeit mit der gewünschten Stelle der Skala übereinstimmt. Die Einstellung wird im allgemeinen so vorgenommen, daß eine die Ampulle unterstützende Schraube mehr oder weniger weit in eine Gehäusefassung eingeschraubt wird. Diese Einstellung ist aber eine zeitraubende Wartungsarbeit.

Es soll hier kurz erläutert werden, warum für Ampullen der hier in Frage stehenden Art vorzugsweise das Prinzip des Vakuumfüllens benutzt werden soll. Bei Ampullen einer einfacheren Bauart in der Form von reagenzglasähnlichen Röhren ist es verhältnismäßig einfach, eine richtige Füllung zu erzielen. Man kann nämlich die Röhren so abschneiden, daß sie alle genau die gleiche Höhe haben. Danach kann man die Röhren übermäßig füllen und mittels einer Pipette den Überschuß absaugen, bis in der Ampulle die gewünschte Flüssigkeitshöhe erhalten wird. Diese Füllmethode kann aber nicht für Ampullen der in Rede stehenden Art verwendet werden, weil in der Innenröhre ein Docht vorgesehen ist, der nach dem Füllen 2-3 mm über die Flüssigkeitsoberfläche hinausragen soll. Es ist auch nicht möglich, die in Rede stehenden Ampullen in der Weise zu füllen, daß man eine im voraus abgemessene Flüssigkeitsmenge einfüllt, weil diese Ampullen nur mit verhältnismäßig groben Toleranzen hergestellt werden können. Dies ergibt sich daraus, daß die Außenröhre durch einen Schmelzvorgang mit dem oberen Rand der Innenröhre verbunden ist. Beim Vakuumfüllen kann man die Längenschwankungen teilweise und die Dürchinesserschwankungen vollständig kompensieren. Setzt man voraus, daß der Druck im Arbeitsraum konstant ist, und daß man eine Füllung von neun

Zehnteln wünscht, dann wird diese Füllung erreicht, falls man den Vakuumbehälter bis zu einem Druck von einem Zehntel des Atmosphärendruckes evakuiert und sodann belüftet. Jetzt sind neun Zehntel der Ampulle gefüllt, und nachdem die Ampulle wieder in die aufrechte Lage gebracht wurde, ist dii oberste Zehntel derselben leer. Falls der Ausgangsdruck und der Vakuumdruck konstant bleiben, dann entspricht einer Schwankung von ±2 mm bezogen auf die Länge der Ampulle einer Schwankung von ±0,2 mm bezogen auf den leeren obersten Teil der Ampulle. Es ist also unter den genannten idealen Bedingungen möglich, durch Vakuumfüllen zu einem brauchbaren Ergebnis zu kommen, jedoch können in der Praxis diese idealen Bedingungen nicht eingehalten werden.

Bei Untersuchungen, die der vorliegenden Erfindung vorausgingen, hat man versucht, durch die Kombination eines Differenzdruckmanometers und eines Torricelli-Manometers ein brauchbares Ergebnis zu erzielen, indem der Höhenunterschied zwischen den Oberflächen in den beiden Manometerschalen in Übereinstimmung mit dem im Vakuumbehälter gewünschten Vakuum eingestellt wurde. Wünschte man z. B. einen Füllungsgrad von neun Zehntel, dann wurde der Höhenunterschied zwischen den Oberflächen in den Manometerschalen auf ein Zehntel von einer Atmosphäre, also auf 76 mm Quecksilber (Hg), eingestellt Danach wurde eine Probefüllung in der Weise durchgeführt, daß aus dem Vakuumbehälter Luft abgesaugt wurde, bis die Flüssigkeitsspiegel in den Steigröhren in den beiden Manometern sich in gleicher Höhenlage befanden. Wenn der Druck im Arbeitsraum genau eine Atmosphäre beträgt, dann wird die Füllung der Ampulle richtig, indem neun Zehntel derselben gefüllt werden. Ändert sich nun der Druck im Arbeitsraum z. B. um + 60 mm Hg, dann wird die Füllung falsch, weil das Verhältnis zwischen dem Druck im Vakuumbehälter und dem Druck im Arbeitsraum jetzt 76 mm Hg/760 + 60 mm Hg beträgt und somit von dem gewünschten Wert von ¹Ao abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren dahingehend zu verbessern, daß selbst bei den zu erwartenden Schwankungen des Atmosphärendruckes eine praktisch konstante Füllung der Ampulle erzielt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.

Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von Schwankungen des Atmosphärendruckes eine konstante Füllung der Ampulle erzielt wird, kann diese in ein mit festen Auflagern versehenes Gehäuse eingesetzt werden, so daß zeitraubende Einstellarbeiten entfallen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des er.'indungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine für Wärmeverbrauchmeßgeräte geeignete Ampulle und

Fig. 2 schematisch eine "'orrkhtung zum Füllen der in F i g. 1 gezeigten Ampulle mit einer Flüssigkeit.

Die in F i g. 1 gezeigte, an sich bekannte Ampulle besteht aus einer oben offenen Innenröhre 1 und einer Außenröhre 2, die beide aus Glas hergestellt sind. Der obere Rand der Außenröhre 2 ist mit dem oberen offenen Ende der Innenröhre 1 verschmolzen, wie bei 3 angedeutet, und der Innenraum der Innenröhre 1 steht über eine kleine öffnung 4 mit dem Zwischenraum zwischen der Außenröhre und der Innenröhre in Verbindung. Die Ampulle enthält einen Metalldocht 5, der in die Innenröhre eingesetzt ist Eine in die Ampulle eingefüllte Flüssigkeit hat einen Flüssigkeitsspiegel 6. Dieser Flüssigkeitsspiegel befindet sich unterhalb des oberen Endes des Dochtes 5, so daß das Verdampfen der Flüssigkeit aus der Ampulle mit Sicherheit am oberen Ende des Dochtes erfolgt Dadurch wird erreicht, daß bei einer gegebenen Temperatur die Verdampfungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant bleibt unabhängig davon, auf welcher Höhe sich der Flüssigkeitsspiegel 6 in der Ampulle befindet. Man kann deshalb für das Gehäuse des WärmeverbrauchmeOgerätes eine lineare Skala verwenden.

Eine solche Ampulle kann nur mit verhältnismäßig groben Längentoleranzen von ±2 mm hergestellt werden, und man kann nicht immer damit rechnen, daß das obere Ende der Innenröhre 1 mit dem verschmolzenen oberen Rand der Außenröhre 2 fluchtet, wie das in F i g. 1 gezeigt ist da das obere Ende der Innenröhre etwas nach oben hinausragen kann.

Die in Fig.2 gezeigte Vorrichtung wird zum Füllen von Ampullen der in F i g. 1 gezeigten Art verwendet.

Die Vorrichtung hat einen Deckel 8, der mittels zweier Lager 9 und 10 auf einem Arm 11 verschwenkbar angebracht ist. Der Arm 11 sitzt an einem Halter 12, der an einer Hülse 13 befestigt ist, die auf einer Säule 14 nach oben und nach unten verschoben werden kann.

Der Deckel 8 trägt einen Käfig 15 aus Drahtgewebe. Der Käfig ist mit einer seitlichen öffnung versehen, so daß Ampullen der in F i g. 1 gezeigten Art in den Käfig eingesetzt werden können. Dabei sind die Ampullen vorzugsweise in Kassetten angebracht, was jedoch nicht dargestellt ist.

Nachdem der Käfig 15 mit Ampullen gefüllt worden ist, wird der Deckel 8 um 180° um den Arm 11 verdreht, so daß die Ampullen auf dem Kopf stehen. Danach wird der Arm 11 abgesenkt, bis der Deckel 8 am oberen Rand 17 eines Vakuumbehälters 16 anliegt, wie dies in F i g. 2 unten dargestellt ist. Am oberen Rand 17 des Vakuumbehälters 16 ist eine Dichtung angebracht. Der Behälter 16 ist mit einer Speiseleitung 18 verbunden, in der eine Pumpe 19 angeordnet ist, die den Vakuumbehälter 16 aus einem (nicht gezeigten) Vorratsbehälter bis zu einem bestimmten Flüssigkeitsspiegel füllen kann, der durch das obere Ende einer Überlaufleitung 20 bestimmt ist. In der Überlaufleitung 20 ist ein Rückschlagventil 21 angeordnet Der Vakkumbehälter 16 ist oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit einer Absaugleitung 22 versehen, die zu einer Vakuumpumpe

24 führt und in welche ein Ventil 23 eingeschaltet ist. Der Vakuumbehälter 16 ist ferner über eine Leitung

25 mit dem oberen Ende einer Glasrohre 26 verbunden, die als Steigröhre eines Differenzdruckmanometers dient, indem ihr unteres Ende in eine Schale 27 mit Quecksilber hineinragt. Auf der Röhre 26 ist ein Halter 28 auf und ab verschiebbar angeordnet. Dieser Halter trägt eine Lichtquelle 29 und eine Photozelle 30 zur Steuerung eines an die Leitung 25 angeschlossenen Belüftungsventils 31 sowie zur Steuerung des Ventils 23.

Der Halter 28 trägt ferner einen Zeiger 32, der durch eine kleine senkrechte Stange 33 mit dem Halter 28 verbunden ist. Parallel zur Steigröhre 26 des Differenzdruckmanometers ist die Steigröhre 35 eines Torricelli-Manometers angeordnet, deren unteres Ende in eine Schale 36 hineinragt, die ebenfalls mit Quecksilber gefüllt ist. Zur Schale 36 gehört eine Eichstange 37, die

an einem Halter 38 befestigt ist.

Zur Erläuterung der Meßeinrichtung 26—35 wird im folgenden das Verhältnis zwischen der Gesamtlänge der Ampulle abzüglich der gewünschten Füllhöhe einerseits und der Gesamtlänge der Ampulle andererseits, also das Verhältnis zwischen h und /,(siehe Fig. 1) als K-Wert bezeichnet.

Die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung wird so verwendet, daß nach dem Schließen des Deckels 8 und nach dem Einfüllen der Füllflüssigkeit in den Vakuumbehälter 16 dieser mittels der Pumpe 24 bei offenem Ventil 23 und geschlossenem Ventil 31 evakuiert wird, bis die Flüssigkeitsspiegel in der Steigröhre 26 des Differenzdruckmanometers und der Steigröhre 35 des Torricelli-Manometers auf gleicher Höhe sind. Die Flüssigkeits- I^ säule im Steigrohr 26 des Differenzdruckmanometers unterbricht jetzt den Lichtstrahl zur Photozelle 30, woraufhin diese einen Impuls an die Ventile 31 und 23 abgibt, wodurch der Behälter 16 belüftet wird und seine Verbindung mit der Vakuumpumpe 24 unterbrochen wird. Jetzt füllen sich die Ampullen mit der Füllflüssigkeit entsprechend dem Verhältnis zwischen dem Evakuierungsdruck Pv und dem Druck im Arbeitsraum, hier als Patm bezeichnet.

Dies kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Pv

Patm

Ii

= const.

(D

Wie ersichtlich, ist dieses Verhältnis genau gleich dem oben definierten K-Wert, so daß die Bedingung, die erfüllt werden muß, damit ein bestimmter K-Wert aufrechterhalten werden kann, die folgende ist:

K =

Pv

Patm

(2)

hieraus erhält man

Patm · dPv - Pr · dPatm

dK =

Patm

Falls die Bedingung dK = 0, d.h. Konstanz des Füllungsgrades, erfüllt sein soll, erhält man

Patm · dPr = Pr · dPatm
und damit, indem
Pr

rv = — · α/τ = λ. ■ circuit

Patm

K =

dPr
dPatm '

Aus dieser Gleichung erhält man
dPatm - dPr = dPatm (1 - K)

(3)

(4)

_ d.Patm—dPv, ausgedrückt in mm Hg, gibt die Änderung der Anzeige des Differenzdruckmanometers besi einer Änderung des Barometerstandes von dPatm an. Die innere Querschnittsfläche der Steigröhre 26 des Differenzdruckmanometers ist Fr2, und die freie Oberfläche des Quecksilbers in der Schale 27 des Differenzdruckmanometers ist F2. Wenn der Flüssigkeitsstand in der Steigröhre 26 um den Wert * geändert wird, dann ist χ durch folgende Gleichung bestimmt:

χ +

FrI Fl

χ = dPatm - dPu .

Für einen konstanten K-Wert erhält man durch Einsetzen von (4)

χ = dPatm —⁽-^fV

Fl

Um die Flüssigkeitssäule in der Steigröhre 35 des Torricelli-Manometers für die Steuerung verwenden zu können, so daß immer die richtige Füllung der Ampullen erhalten wird, soll der Flüssigkeitsspiegel in dieser Steigröhre bei einer Änderung von Palm um dPatm entsprechend ansteigen.

Dies wird bei der gezeigten Vorrichtung dadurch erreicht, daß das Verhältnis zwischen der inneren Querschnittsfläche Fr der Steigröhre 35 des Torricelli-Manometers und der freien Oberfläche Fl des Quecksilbers in der Schale 36 so gewählt ist, daß

dPatm = χ +

Fr
JV

30 erfüllt ist.

Aus (5) und (6) ergibt sich

35

K=- El EiL

FX "Fl

1 +

Fr Fl

Fr

Jl²L IL

Fl Ji_

HT

IT

1 -

Sind die Flächenverhältnisse so gewählt, daß (7)

erfüllt ist, dann ergibt sich aus (6), daß eine Änderung des Barometerstandes um dPatm gerade die gewünschte Änderung der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels in der Steigröhre 35 des Torricelli-Manometers hervorruft Dies bedeutet, daß der gewünschte Füllungsgrad der Ampullen ungeachtet etwaiger Schwankungen des Druckes im Arbeitsraum stets aufrechterhalten wird, wenn man nur dafür sorgt, daß die Zeiger 32 in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Steigröhre 35 steht, wenn der Vakuumbehälter 16 unter Vakuum gesetzt wird. Die Ampullen können deshalb in den Gehäusen an feste Auflager angelegt werden. Diese Auflager sind mit einem Loch versehen, das so groß ist, daß ein etwaiges überstehendes Ende der Innenröhre 1 darin aufgenommen werden kann, so daß die Lage der Ampulle im Gehäuse durch das abgerundete obere Ende der Außenröhre 2 festgelegt wird.

Falls eine Füllung gewünscht wird, die einem geänderten K-Wert entspricht, z. B. weil die Ampullen lange Zeit vor dem Beginn der Heizsaison gefüllt werden sollen, so daß man mit einem gewissen Verdampfungsverlust rechnen muß, dann braucht man, um bei dem geänderten K-Wert den Einfluß von Schwankungen des Atmosphärendruckes zu eliminieren, lediglich die Eichstange 37 gegen eine Stange anderen Durchmessers auszuwechseln, wodurch das Verhältnis zwischen der inneren Querschnittsfläche der Steigröhre 35 des Torricelli-Manometers und der freien Oberfläche des Quecksilbers in der Schale 36 des

Torricelli-Manometers geändert wird. Gleichzeitig muß eine neue Einstellung der beiden Manometer zueinander vorgenommen werden, was dadurch erfolgen kann, daß die Stange 33 mit einer Stange anderer Länge ausgewechselt wird. Die Belüftung des Vakuumbehälters findet dann nicht mehr bei gleicher Höhe der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Steigröhren 26 und 35,

sondern bei einem bestimmten Höhenunterschied der beiden Flüssigkeitsspiegel statt. Dies ist jedoch für die Gültigkeit der obigen Berechnungen belanglos. In der Tat ist die Belüftung bei gleicher Höhe der beiden Flüssigkeitsspiegel ein Sonderfall, der nur der Einfachheit halber zur Erläuterung der Erfindung benutzt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Füllen von für Wärmeverbrauchmeßgeräte geeigneten Ampullen mit einer unten geschlossenen Außeuröhre und einer in diese hineinragenden Innenröhre, deren oberes offenes Ende mit der Außenröhre verschmolzen ist, bei dem die Ampulle in umgedrehter Lage in eine in einem Vakuumbehälter vorgesehene Füllflüssigkeit eingetaucht wird, wonach der Vakuumbehälter unter ein mittels eines von den im Arbeitsraum und in dem Vakuumbehälter herrschenden Drücken beaufschlagten Differenzmanometers bestimmtes Vakuum gesetzt und dann wieder belüftet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Füllungsgrad der Ampulle maßgebende Höhe des Vakuums durch Vergleich der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels in der Steigröhre (26) des Differenzdruckmanometers und der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels in der Steigröhre (35) eines Torricelli-Manometers ermittelt wird, mit der Bedingung, daß