DE2104092B2 - Pendelsystem - Google Patents

Description

Es ist möglich, die Schwingungsdauer dadurch zu erhöhen, daß die Temperatur der Flüssigkeit durch

! einen Thermostaten konstant gehalten wird. Wird die

j Temperatur der Flüssigkeit innerhalb von 0,5 C kon-

! 50 stant gehalten, so sind Schwingungsdauern von 30

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pendelsystem bis 60 Sekunden erreichbar.

! mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter und einem Die Erfindung zielt daraul ab. ein Pendelsystern zu

darin aufgehängten Körper, dessen Gewicht gering- schaffen, mit dem Schwingungsdaucrn von 75 bis fügig vom Gewicht der vom Körper verdrängten 150 Sekunden ohne einen Thermostaten erzielt v\er-Flüssigkeitsmenge abweicht. 55 den können, bei dessen Herstellung nur normale

! Ein Pcndclsystcm dieser Art ist in der USA.-Pa- Toleranzen beachtet werden müssen, und bei dem

tentschrift 3 294 467 von P. J. Radcmakers beschrie- das Abgleichen und Justieren mit Rücksicht auf die ben. Pendclstcifheit nicht erforderlich ist.

j Derartige Pcndelsystemc besitzen, gemessen an ih- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge-

• ren Abmessungen, äußerst lange Schwingungsdauern, 60 löst, daß der Körper aus synthetischem Material be-

j weil die Rückstellkraft des Pendels der Differenz steht, dessen Dichte um ein geringes Maß von 1 gern³

zwischen dem Gewicht des Körpers und dem Ge- abweicht, und daß die Flüssigkeit Wasser und darin

wicht der von ihm verdrängten Flüssigkeitsmenge gelöste Substanzen enthalt, wobei die Dichteunter-

proportional ist, während die Masse dem Gewicht schiede zwischen der Flüssigkeil und dem syntheti-

; des Körpers und dem Flüssigkeitsvolumen, das sich 65 sehen Material im Temperaturbereich zwischen

mit dem Körper bewegt, entspricht. Wenn bei sol- —5 C und +35 C kleiner als 1%, vorzugsweise

j chen Systemen Metallkörper verwendet werden, de- kleiner als 0,5¹Vo der Dichte der Flüssigkeit sind

ren Auftrieb mittels Gaskammern vergrößert wird. Beim Erfindungsgegenstand ist eine verhältnismä-

ßig große Toleranz zulässig, die nur eine kleine und damit zulässige Gleichgewichtsabweichung des Körpers, zur Folge hat.

Es hat sich gezeigt, daß es synthetische Materialien gibt, welche die Erfordernisse einfacher Verarbeitbarkeit, zufriedenstellender konstruktiver Steifheit (Elastizitätsmodul) mit einer Dichte, die nur wenig von 1,0 abweicht, und eine gute Dichtestabilität beim Eintauchen in einer wasserhaltigen Flüssigkeit bei sehr kleiner Absorption während einer langen Zeit verbinden.

Für die Flüssigkeit, die dieselbe Dichte und denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das synthetische Material hat, ist Wasser eine notwendige Kom ponente, weil der Ausdehnungskoeffizient, ausgehend vom Dichtemaximum bei 4~ C, in erster Näherung demjenigen des synthetischen Materials entspricht. Es sei noch darauf hingewiesen, daß Flüssig-Kci'icn generell größere Ausdehnungskoeffizienten als k-.te Substanzen haben, so daß der kleine Ausdehnungskoeffizient des Wassers in der Gegend um 4 C" nützlich ist.

Andererseits ist es bei Anwendung der Erfindung , Meßinstrumenten, insbesondere in elektrischen Meßinstrumenten, wichtig, daß die Flüssigkeit sehr svenig leitfähig ist. Wenn dies nicht der Fall ist. wird ■ las Meßergebnis durch Isolationsverluste verfälscht. aus sehr nachteilig ist. weil ein wichtiges Anwendungsgebiet der Γ rfindung in der Messung von Ge selnvindigkeiten im Wasser liegt. Beschleunigungsmesser, die hierfür geeignet sind, haben sehr häufig einen sehr hochohmigen Ausgang.

Die weiteren Komponenten der Flüssigkeit müssen deshalb nicht nur das Erfordernis einer guten Mischbarkeit mit Wasser erfüllen und zusammen mit Wasser eine Dichte und einen Ausdehnungskoeffizienten ergeben, die den Weiten des synthetischen Materials entsprechen, sondern sie dürfen darüber hinaus nicht oder nur schlecht elektrisch leitend sein. Für diesen Zweck sind Zuckeralkohole, insbesondere Glyzerin und oder Sorbit, gegebenenfalls kombiniert mit GIykol, geeignet.

Die Abhängigkeit zwischen der Dichte und der Temperatur des Wassers im Bereich /wischen 5 C und 35 C weist, abgesehen von einem linearen Anteil, auch Anteile höherer Ordnung auf. Diese Anteile höherer Ordnung bilden die Grenze der Parallelität zwischen dem Verlauf der Dichte des Wassers und der Dichte des syn'hclischen Materials, welche erreicht werden kann.

Die nichtlinearen Anteile verursachen nach einer linearen Kompensation eine zumeist quadratische Änderung der Dichte des Wassers in Abhängigkeil von der Temperatur in Form einer Parabel, deren Scheitel bei einer Dichtedifferenz von Null und um die DurchschniUslcmpcratur von 15 C liegt. Zwischen den Grenzen des Temperaturbereichs von

5 C bis ^: 35 C ist bei der obenerwähnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dichte der Flüssigkeit etwa 0,1"" kleiner als die Dichte des synthetischen Materials.

Da der Schwimmabglcich weit einfacher ist als der Abgleich eines Dichteuntcrsehicds, wird das genaue Mischungsverhältnis der Flüssigkeitskomponenlen über den gewünschten Grad des Schwimmens ermittelt. Wenn jedoch der Schwerpunkt und das Auftriebszentrum des Körpers völlig zusammentaten, hat das System überhaupt keine Pendelsteifigkeil mehr. Wenn der Aufhängungspunkt mit dem Schwerp'inkt zusammenfällt, weist das System ebenfalls keine Pendelsteifigkeit mehr auf, auch wenn eine Dichtedifferenz zwischen der Flüssigkeit und dem synthetischen Material vorhanden ist.

Eine kleine, aber kontrollierbare Pendelsteifigkeit kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden, wenn der Körper mit einem Massendipol versehen ist, der in seiner Gesamtheit in

ίο der Flüssigkeit mit einem Auftrieb liegt, welcher mit hoher Näherung gleich seinem Gewicht ist, und wenn der Massendipol aus einem synthetischen Material, das eine Dichte besitzt, die kleiner als die Dichte der Flüssigkeit ist. und aus einer verhältnismäßig kleinen Metallmenge besteht, wobei der Schwerpunkt der Masse aus synthetischem Material und der Schwer punkt des Metalls in vertikaler Richtung voneinander getrennt liegen. Die Verbindungslinie der Schwerpunkte des leichteren synthetischen Materials und des Metalls gibt dabei die Richtung des Dipols an.

Das synthetische Material des Dipols hat z. B. eine Dichte, die 10°/» kleiner als die Dichte des synthetischen Materials ist. welches für den Körper benutzt ist.

Wenn auf diese Weise eine kontrollierbare Pendelsteifigkeit (welche klein ist und einer sehr langen Schwingungsdauer entspricht) erzeugt worden ist, ist es erwünscht, den Körper in seinem Schwerpunkt aufzuhängen, um Veränderungen der Schwingungsperiodc zu verhindern, wenn Temperaturschw anklingen auftreten.

Die Erfindung ist nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in der ein Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Mit 1 ist ein geschlossenes kugelförmiges Gefäß bezeichnet, mit dem eine in radialer Richtung liegende Stange 2 fest verbunden ist. Am unteren Ende 5 der Stange 2 ist ein Faden 3 befestigt, welcher

bei der Stelle 6 mit einem Körper verbunden ist, der aus einer Platte 4 aus synthetischem Material und einem Beschleunigungsmesser 7 bestellt. Der Beschleunigungsmesser 7 ist im wesentlichen aus demselben synthetischen Material gefertigt wie die

Platte 4. Dieses synthetische Material kann z. B. Polykarbonat oder Polystyren mit einer Dichte, die geringfügig voii 1 g cm^s abweicht, sein. Ferner ist das synthetische Material so gewählt, daß sein Gewicht in der Flüssigkeit nicht durch Flüssigkeitsabsorption

beeinflußt wird. Da der Aufhängepunkt 6 sehr nahe beim Schwerpunkt der Platte 4 liegt, ist die Pendelsteil'iukeil der Platte 4 in bezug auf den Punkt 6 sehr klein! Um der Platte ein·.· bestimmte Richtung zu geben, ist auf ihr ein Dipol ¹J angeordnet, welcher aus

einem größeren Körper 10 aus s\ nthetischem Material und einem kleinen Metallkörper U besteht. Die Körpei 10 und 11 haben zusammen eine Dichte, die gleich der Dichte des synthetischen Materials der Platte 4 ist. Der Dipol 9 kann von Teilen des Besehleunigungsmessers 7 gebildet sein.

Da der Dipol 9 selbst bereits in hoher Annäherung die Dichte des synthetischen Materials der Platte 4 aufweist, ist die Anordnung des Dipols 9 auf der Plattform nicht kritisch. Eine Vorrichtung der beschriebenen Art kann mit normalen Herstellungstoleranzen hergestellt werden, wobei die Schwimmfähigkeit mittels Glyzerin und/oder Sorbit, gegebenenfalls kombiniert "mit zusätzlichem Glykol, weiche

dem Wasser im Gefäß 1 zugefügt werden, eingestellt werden kann. Dabei hat eine Platte mit einem Durchmesser von 0,3 m ohne weitere Einstellung eine Schwingungsdauer im Bereich zwischen 75 und 150 Sekunden, während sich ihre horizontale Richtung während einer langen Zeit um nicht mehr als 1° im gesamten Temperaturbereich zwischen -5° C und +35⁰C ändert. Dieser Temperaturbereich ist ausreichend, um zufriedenstellende Messungen im Meer oder in einem anderen Wasser vornehmen zu können, z. B. für Wellenuntersuchungen. Die sehr lange Schwingungsdauer hat zur Folge, daß die horizontalen Beschleunigungen der Wellen die Platte nicht verschwenken, wodurch eine sehr hohe Meßgenauigkeit von z.B. vertikalen Beschleunigungen erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

erfordert die Justierung des Systems einen großen Patentansprüche: Arbeitsaufwand, weil bei der Einwirkung des Schwe refelds auf den Körper der volumenmäßige Schwer-

1. Pendelsystem mit einem flüssigkeitsgefüllten punkt des Körpers in derselben Vertikalen liegen Behälter und einem darin aufgehängten Körper, 5 muß wie der Massenschwerpunkt und der Aufhängedessen Gewicht geringfügig vom Gewicht der punkt Dies erfordert eine Justierung in zwei voneinvom Körper verdrängten Flüssigkeitsmenge ab- ander abhängigen, senkrechten Richtungen- Der Körweicht, dadurch gekennzeichnet, daß per kann sich um seinen Aufhängepunkt Verschwender Körper (4) aus synthetischem Material be- ken. Die sich hieraus ergebende Schwingung ist in steht, dessen Dichte um ein sehr geringes Maß io der Praxis von großer Wichtigkeit Um eine lange von 1 g/cm³ abweicht, und daß die Flüssigkeit Schwingungsdauer zu erhalten, ist es erforderlich, aus Wasser und darin gelösten Substanzen be- daß der Auftrieb und/oder das Gewicht so eingestellt steht, wobei die Dichteunterschiode zwischen der werden, daß unter dem Einfluß der Schwerkraft die Flüssigkeil und dem synthetischen Material im gewünschte Pendelsteifigkeit erzielt wird. Temperaturbereich zwischen —5° C und 15 Zur Begrenzung der Justierarbeit dürfen wegen

1-35 C kleiner als l°/o, vorzugsweise kleiner als der großen Dichteunterschiede von Metallen und 0,5". 0 der Dichte der Flüssigkeit sind. Flüssigkeiten bei der Herstellung des Metallkörpers

2. Pendelsystern nach Anspruch 1, dadurch ge- nur sehr geringe Toleranzen zugelassen werden,
kennzeichnet, daß die gelösten Substanzen nicht Da Luft und Metall des aufgehängten Metallkör- oder schwer ionisierbar sind. 20 pers ohne jeden Unterschied abgeglichen worden

3. Pendelsystern nach Anspruch 1, dadurch ge- sind, verändert sich der Abgleich mit den Verändekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Glyzerin und/ rungen der Dichte der Flüssigkeit als Funktion der oder Sorbit und/oder Glykol enthält. Temperatur, wobei vorausgesetzt wird, daß die Dich-

4. Pendelsystem nach einem oder mehreren der teänderung von Metall im Vergleich zu der Flüssigvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 25 keit vernachlässigt werden kann. Wenn ein Körper zeichnet, daß der Körper (4) mit einem Massen- aus zwei Substanzen mit verschiedenen Dichten (in dipol (9) versehen ist, der in seiner Gesamtheit in diesem Fall Luft und Metall) besteht, muß jede der der Flüssigkeit mit einem Auftrieb liegt, welcher beiden Substanzen für sich im Gleichgewicht in Iu-mit hoher Näherung gleich seinem Gewicht ist, zug auf den Aufhängepunkt sein, damit das Gleich- und daß der Massendipol (9) aus einem syntheti· 30 gewicht erhalten bleibt, wenn Änderungen der sehen Material (10), das eine Dichte besitzt, die Dichte der umgebenden Flüssigkeit auftreten. Dies kleiner als die Dichte der Flüssigkeit ist, und aus erfordert jedoch neue Justierungen, und die Pendeleiner verhältnismäßig kleinen Metallmenge (11) steifigkeit muß in diesem Fall für mindestens zwei besteht. Dichten der Flüssigkeit eingestellt werden. Da im all-

5. Pendelsystem nach Anspruch 4, dadurch ge- 35 gemeinen der Abgleich bei einer Flüssigkeitsdichle kennzeichnet, daß das Metall (11) des Massendi- nicht erfolgen kann, ohne daß er bei einer anderen pols (9) ganz oder teilweise von dem Metall eines Dichte wieder verändert wird, muß der Abgleich

: Beschleunigungsmessers oder eines anderen Meß- mehrmals wiederholt werden. In der Praxis werden

Instruments gebildet ist. solche Systeme aber nur bei einer Dichte abgegli-

]

6. Pendelsystem nach einem der vorhergehen- 40 chen.

den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus diesem Grund werden mit solchen Systemen

: Körper (4) in seinem Schwerpunkt aufgehängt ist. bei einer Abmessung von 0,3 m in einem Temperaturbereich von 5 C bis ' 35 C und einer räumlichen Ablenkung von 1 Schwingungsdauern zwi- ^: 45 sehen 5 und 10 see erhalten.