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Verfahren bzw. Einrichtung zur Messung physikalischer Größen, beispielsweise
von Temperatur oder Strahlung oder Strömungsmenge oder Wärmeleitfähigkeit, mittels
temperaturabhängiger, von einem elektrischen Strom durchflossener Messwiderstände.
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Die Erfindung betrifft die Messung physikalischer Größen mittels
temperaturabhängiger vor einem elf tischen Strom durchflossener Messwiderstände
Beispielsweise kann die Temperatur einer Umgebung durch Bestimmung des Beitwer-tes
eines Messwiderstandes ermittelt werden, dessen Temperaturabhängigkeit bekannt ist.
Ferner verwendet man bekanntermaßen mit einem geschwärzten Messwiderstand ausgerüstete
Bolometer als Strahlungsmeßgeräte sowie stromdurchflossene, temperaturempfindliche
Leiter zur Warmeleitfähigkeitsmessung oder zur Messung dr Strömungsgeschwindigkeit
von Gasen. Die letztgenannte Messur wird auch bei einer bekannten Vakuumprüfeinrichtung
durchgeführt, bei welcher ein zu prüfender Behälter usa eiL Vergleichsbehälter gleichzeitig
evakuiert, dann voneinander getrennt und schließlich nach einer bestimmten Zeit
über einen trmungsweg miteinander verbunden werden, welcher den durch Stromfluß
beheizten Meßwiderstand enthält. Ein durch Undlchtigkeit im Prüfling verursacht
ter Druckunterschied zwischen den Behältern verursacht eine Ausgleichs-Gasströmung,
welche den Meßwiderstand abkühlt und dadurch den Leitwert und damit die Größe des
elektrischen Stromes durch den Meßwiderstand verändert.
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Den bekannten Meßverfahren und Meßeinrichtungen ist gemeinsam, daß
die Anzeigegeschwindigkeit bei raschen Änderungen der zu messenden, physikalischen
Größe durch die thermische Zeitkonstante des in der wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden
Umgebung befindlichen Meßwiderstandes begrenzt ist. Zwar konnte man die thermische
Zeitkonstante durch Verkleinern der Meßwiderstände bei bekannten Systemen verringern,
derart, daß sogenannte Heißleiterperlen mit einem Durchmesser von nur 0,3 mm eine
thermische Zeitkonstante gegenüber der ruhenden Luft von etwa 0,4 Sekunden aufweisen.
Eine weitere Verringerung der Abmessungen der Meßwiderstände zur Verkleinerung der
thermischen Zeitkonstante erscheint aber im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei
der Fertigung und der Handhabung nicht mehr möglich.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Anzeigegeschwindigkeit
bei der Messung physikalischer Größen mittels temperaturabhängiger Widerstände wesentlich
zu erhöhen, ohne die Fertigung und Handhabung der Meßwiderstände zu erschweren.
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Bei einem Verfahren zur Messung physikalischer Größen, beispielsweixe
von Temperatur oder Strahlung oder Strömungsmenge oder Wärmeleitfähigkeit, mittels
temperaturabhängiger, von einem elektrischen Strom durchflossener Meßwiderstände
wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Leitwert des Meßwiderstandes auf
konstanten Wert geregelt wird, derart, daß der Meßwiderstand eine konstante Temperaturdifferenz
gegenüber der Umgebung beibehält und die zur Konstanthaltung des Meßwiderstand-Leitwertes
notwendige Energie ein Maß für die gesuchte physikalische Größe ist. Unter einer
konstanten Temperaturdifferenz im obigen Sinne ist auch die Temperaturdifferenz
"O" zu verstehen.
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Während dem Meßwiderstand die zur Konstanthaltung seines Leitwertes
erforderliche Energie auch von außen her insbesondere als geregelte Strahlungsenergie
oder geregelte Peltier-Energie zugeführt werden kann, wird die Energie dem Meßwiderstand
gemäß
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch einen ihn durchfließenden, geregelten
elektrischen Strom zugeführt.
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Die Erfindung umfasst auch eine Einrichtung zur Ausführung des vorgeschlagenen
Verfahrens, welche eine Brückenschaltung enthält, in deren einem Zweig der Meßwiderstand
liegt, an deren einer Diagonale der Steuereingang eines Spannungsreglers gelegt
ist und deren andere Diagonale an den Reglerausgang angeschlossen ist, der außerdem
mit einem Anzeigegerät verbunden ist.
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Im übrigen bilden weitere Ausgestaltungen der Erfindung Gegenstand
der anliegenden Patentansprüche.
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Wird also die Temperatur des Meßwiderstandes auf einen konstanten
Wert geregelt, so bewirken Änderungen der zu messenden physikalischen Größe keine
Temperaturänderung des Meßwiderstandes, sondern eine Änderung der Energie zur Konstanthaltung
der Temperatur des Meßwidersbndes, welhalb die Wärmekapazität des Meßwiderstandes
keinen Einfluß auf die thermische Zeitkonstante des Systemes mehr hat. Vielmehr
wird die Temperaturabhängigkeit des Meßwiderstandes nur als Istwert für die Konstantregelung
der Temperatur benutzt, so daß bei großer Verstärkung im Regelkreis außerordentlich
kleine Temperaturänderungen des Meßwiderstandes bereits den Regelvorgang auslösen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Prinzips werden am Beispiel einer
Heißleiterperle deutlich, welche beim Einsatz in herkömmlichen Meßschaltungen zur
Bestimmung physikalischer Größen eine thermische Zeitkonstante des Systemes von
0,4 Sekunden bedingt. Demgegenüber wird bei Verwendung derselben Heißleiterperle
in einer Einrichtung nach der Erfindung eine Zeitkonstante bei der Anzeige von 0,002
Sekunden erreicht.
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Diese außerordentlich geringe Zeitkonstante ist im wesentlichen nur
durch die Temperaturleitfähigkeit und die Dicke der Heißleiterperle, also durch
Ausgleichsvorgänge innerhalb des Meßwiderstandes bedingt. Dementsprechend lassen
sich die Anzeige
-Zeitkonstanten noch wesentlich verkürzen, wenn
die Abmessungen des Meßwiderstandes in Richtung der Ausgleichsvorgänge verringert
werden, wenn also beispielsweise die Dicke einer aufgedampften Widerstandsschicht
sehr gering gewählt wird.
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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben. Es stellen dar: Figur 1 ein stark
vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung, Figur 2 ein
vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei welcher die Energiezufuhr
zum Meßwiderstand durch er.en ihn durchfließenden, geregelten elektrischen Strom
erfolgt, Figur 3 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild der Einrichtung nach
Figur 2 in etwas abgewandelter Form, Figur 4 ein Schaltbild mit Blocksymbolen zur
Erläuterung einer Einrichtung zur Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases
unabhängig von der Gasart sowie zur Anzeige der von der Gasart abhängigen Wärmeleitfähigkeit
des Gases, Figur 5 ein praktisches Ausführungsbeispiel der Anordnung des Meßwiderstandes
in Form einer Heißleiterperle, Figur 6 ein praktisches Ausführungsbeispiel der Anordnung
zweier Heißleiterperlen, insbesondere für die Schaltung nach Figur 4, Figur 7 ein
praktisches Ausführungsbeispiel für die Anordnung zweier in Durchstromrichtung hintereinander
liegender Heißleiterperlen,
Figuren 8 und 9 graphische Darstellungen
zur Erläuterung des Betriebsverhaltens der Meßwiderstände nach den Figuren 5 und
6 bzw. 7, Figur 10 eine schematische Abbildung eines Vakuumprüfsystems mit einer
Meßeinrichtung nach der Erfindung, Figur 11 eine schematische Darstellung eines
Druck-Meßgerätes mit einer Meßeinrichtung nach der Erfindung, Figur 12 eine schematsche
Sbbildung der Anordung des Meßwiderstandes in einem Kolben zur Strahlungsmessung
und Figur 13 eine schematzische Abbildung einer Bildaufnahmeeinrichtung mit einer
Vielzahl von Meßwiderständen, welchen jeweils Einrichtungen nach der Erfidnung zugeordnet
sind.
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In Figur 1 ist ein Meßwiderstand 1 gezeigt, dessen Temperaturkoeffizient
des elektrischen Widerstandes entweder positiv oder negativ sein kann. Der Meßwiderstand
1 liegt in einem Stromkreis, welcher eine Spannungquelle 2 und ein Anzeigegerät
3 enthält. Wird dem Meßwiderstand 1 Wärmeenergie mit positivem oder negativem Vorzq'Ichen
entsprechend den Pfeilen 4 zugeführt, so würde sich aufgrund einer Temperaturänderung
des Meßwiderstandes 1 der diesen durchfließende Strom änders, so daß das Anzeigegerät
3 einen von der Tempaeraturänderung abhängigen Ausschlag zeigen würde. Erfidnungsgemäß
ist jedoch eine Einrichtung 5 vorgesehen, mittels welcher dem Meßwiderstand 1 von
einer Energiequelle 6 aus derart Energie zuführbar ist, daß der Leitwert des Meßwiderstandes
1 trotz der Energiezufuhr entsprechend den Pfeilen 4 konstant bleibt und folglich
der Ausschlag des Anzeigegerätes 3 unverändert bleibt. Der Energiefluß von der Energiequelle
6 zu der Einrichtung 5 wird mittels eines Meß-Anzeigegerätes 7 festgestellt.
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Das Anzeigegerät 3, eine Wirkverbindung zwischen diesem und der
Energiequelle
6, die Einrichtung 5 und der Meßwiderstand bilden also einen Regelkreis, bei welchem
das Anzeigegerät ein Meßorgan und die Einrichtung 5 zusammen mit dem Meßwiderstand
1 ein Stellglied bilden. Man erkennt, daß der AuBchlag des Meß-Anzeigegerätes 7
ein Maß für die Energiezufuhr entsprechend den Pfeilen 4 bzw. für die physikalische
Größe bildet, welche diese Energiezufuhr verursacht. Die Anzeigegeschwindigkeit
des Meß-Anzeigegerätes 7 ist nicht von der Zeit abhängig, welche der Meßwiderstand
1 benötigt, um vom Dauerzustand einer ersten Temperatur auf den Dauerzustand einer
zweiten Temperatur zu kommen, da die Temperatur des Meßwiderstandes 1 konstant geregelt
wird.
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Die Einrichtung 5 kann von einer Strahlungsquelle gebildet sein, welche
dem Meßwiderstand 1 die notwendige Energie zur Konstanthaltung seiner Temperatur
zuführt. Auch läßt sich im wesentlichen ohne zeitliche Trägheit beispielsweise durch
den Peltier-Effekt Wärme zum Meßwiderstand 1 zuführen oder von dort abführen.
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Mit einer bevorzugten, in Figur 2 gezeigten Ausführungsform wird aber
dem Meßwiderstand 1 dadurch die zur Konstanthaltung seiner Temperatur erforderliche
Energie zugeführt, daß ein ihn durchfließeXer, elektrischer Strom entsprechend geregelt
wird. Der Meßwiirstand 1 liegt hierbei in einer Brückenschaltung 8, welche über
ihre durch die Klemmen 9 und 10 bestimmte Diagonale vom Ausgang eines Reglers 11
gespeist wird, der eine Spannungsquelle enthält oder an eine Spannungsquelle angeschlossen
ist. Die Höhe der Spannung am Ausgang des Reglers 11 hängt von dem zum Eingang 12
des Reglers gelangenden Eingangssignal ab, das von der durch die Klemmen 13 und
14 bestimmten Brückendiagonalen abgegriffen wird. Die Höhe der Ausgangsspannung
des Reglers 11 wird von dem Meß-Anzeigegerät 7 angezeigt, welches mit dem Ausgang
des Reglers 11 verbunden
ist und eine Anzeige in Abhängigkeit von
der Energie liefert, welche die Temperatur des Meßwiderstandes 1 zu verändern sucht.
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Während die Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 stark vereinfachte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prinzips darstellten, zeigt Figur 3 eine
praktisch zu verwertende Schaltung, bei welcher jedoch für entsprechende Teile wieder
dieselben Bezugszeichen verwendet sind, wie in den Figuren 1 und 2 Die den Meßwiderstand
1 enthaltende Brückenschaltung 8 liegt mit den die eine Brückendiagonale bestimmenden
Klemmen 9 und 10 wiederum am Ausgang einer Regeleinrichtung,-welche hier die Form
eines Operationsverstärkers 15 hat, der in einer aus Figur 3 ersichtlichen Weise
an eine Spannungsquelle 16 angeschlossen ist. Der Operationsverstärker 15 besitzt
zwei Eingänge, a und b, wobei der Eingang a dann, wenn der Meßwiderstand 1 von einem
Kaltleiter oder einem metallischen Leiter gebildet ist, der invertierende Eingang
ist, während dann, wenn der Meßwiderstand 1 von einem Heißleiter gebildet wird,
der Eingang b der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 ist.
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Zur Kompenseltion der Umgebungstemperatur dient ein Kompensationswiderstand
17, welcher in Reihenschaltung zu einem weiteren Widerstand 18 parallel zu der Bruekeniagonalenzwischen
den Klemmen 9 und 10 gelegt ist und über einen Justierwiderstand 19 Verbindung zur
Brückenklemme 14 hat. Die Brückenklemme 13 und der verschiebliche Kontakt des Justierwiderstandes
19 aind mit den Eingängen a bzw. b des Operationsverstärkers 15 verbunden.
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Das Meß-Anzeigegerät 7" liegt einerseits am Ausgang des Operationsverstärkers
15 und andererseits an einem Spannungsteiler 20, welcher von der Spannungsquelle
16 aus gespeist wird.
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Der Spannungsteiler kann so eingestellt werden, daß das Meß-Anzeigegerät
7 zunächst eine Nullanzeige liefert, wenn am Meßwiderstand 1 noch keine Veränderungen
aufgrund des Einwirkens einer zu messenden, physikalischen Größe eingetreten
sind.
Eine Veränderung der auf den Meßwiderstand 1 einwirkenden physikalischen Größe bildet
dann einen Ausschlag von der Nullanzeige aus.
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Treten mehrere zu bestimmende physikalische Größen gemeinsam auf
und sollen mittels temperaturabhängiger Meßwiderstände teils in bestimmter Kombination
und teils einzeln ermittelt werden, so können mehrere Baueinheiten entsprechend
der in Figur 3 durch strichpunktierte Linien umrandeten Einheit 21 vorgesehen werden,
von denen mindestens eine mit einem Meßwiderstand 1 ausgerüstet ist, der aufgrund
seiner besonderen Konstruktion selektiv auf eine der zusammen auftretenden physikalischen
Größen anspricht. Die gewünschten Kombinationen oder Einzelgrößen lassen sich dann
durch die bekannten schaltungstechnischen logischen Verknüpfungen der Ausgänge der
Operationsverstärker 15 erreichen. Figur 4 zeigt ein Beispiel, bei welchem die mit
21A bezeichnete Baueinheit ein Ausgangssignal liefert, welches der Einwirkung einer
einzigen physikalischen Größe auf den entsprechenden Meßwiderstand 1 entspricht,
während die Baueinheit 21B ein Ausgangssignal liefert, das dem Einfluß zweier physikalischer
Größen auf den zugehörigen Meßwiderstand 1 entspricht, wobei eine dieser Größen
dieselbe ist, welche auch den Meßwiderstand 1 der Baueinheit 21A beeinflußt.
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Während das Ausgangssignal der Baueinheit 21A unmittelbar einem AnzeigesOperationsverstärker
22 mit einem Justierkreis 23 zugeleitet werden kann und dann im Meß-Anzeigegerät
7A angezeigt wird, erreicht das Ausgangssignal der Baueinheit 21B einen Differenz
- verstärker 24, in welchem von dem Ausgangssignal der Baueinheit 21B das Ausgangssignal
der Baueinheit 21A subtrahiert wird, wonach das Subtraktionsergebnis zu dem Anzeigeverstärker
25 mit dem Justierkreis 26 gelangt und schließlich vom Meß-Anzeigegerät 7B angezeigt
wird.
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Aus der Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten sei zur weiteren Erläuterung
de Messung einer Gasströmung nach Durchflußmenge
bzw. nach Durchflußmenge
und Wärmeleitfähigkeit beschrieben. Es versteht sich, daß die nachfolgend vorgeschlagenen
Einrichtungen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und, wenn der Durchstrom bekannt
ist und konstant gehalten werden kann, auch die Einrichtungen zur Bestimmung des
Durchstromes für die Gasanalyse geeignet sind.
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Figur 5 zeigt eine beidseitig mit Kontaktschichten versehene Blendplatte
27, welche von einer Blendöffnung 28 druchdrunen ist. In der Blendeöffnung 28 ist
eine den Meßwiderstand 1 bildende Heißleierperle 29 mittels der an die Kontaktschichten
angeschlossenen Zuführungsdrähte gehaltert. Die Blendenöffnung 28 ist beidseitig
mittels Anschlußkappen 30 bzw. 31 überdeckt, welche an die Blendenplatte 27 angeflanscht
sind und Verbindung mit einer Gaszuleitung 32 bzw. einer Gasableitung 33 naben.
Die gezeigte Anordnung des Heißleiters oder des Meßwiderstandes hat sich als sehr
vorteilhaft erwiesen, da bei lflel Abmesung der Meßleiterperle von beispielsweise
0,3 mm Durchmesser die Anordnung i einem Druckbereich von kleiner Bruchteilen von
1 mm Wassersäule bis zu mehreren A+mospw ren brauchbar I&:;--t An die Anschlußkappen
30 bzw. 31 oder an die Blendenplatte 27 kann noch der In Figur 3 eingezeichnete
Kompensationswiderstand 17 angesetzt sein.
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Die Wärmezufuhr oder die Wärmeabfuhr vom Meßwiderstand 29 aufgrund
des über die Zuleitung 32 zugeführten und die Blendenöffnung 28 durchströmender
gass hängt von dessen Strömungsgeschwindigkeit, jedoch auch von dessen Wärmeleitfähigkeit
ab, da der Wärmeübergang zwischen dem Meßwiderstand und dem umgebenden Gas teilweise
auf Wärmeleitung und teilweise auf KonvektIon beruht.
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Auch bezüglich der Figur 5 entsprechenden, beren Hälfte der Anordnung
nach Figur 6 ist festzustellen, daß die Heißleiterperle 29, wenn sie als Meßwiderstand
1 in die
Schaltung nach Figur 3 eingeschaltet ist, ein Ausgangssignal
an dem Meß-Anzeigegerät liefert, welches sowohl durch die Strömungsgeschwindigkeit
als auch die Wärmeleitung des die Blendenöffnung 28 durchströmenden Gases verursacht
ist.
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Demgegenüber vermag die Heißleiterperle 34 als Meßwiderstand 1 in
der Schaltung nach Figur 3 an dem Meß-Anzeigegerät eine Anzeige hervorzubringen,
die ausschließlich auf der Wärmeleitfähigkeit des durch die zugehörige Blendenöffnung
35 geleiteten Gases beruht. Solches wird durch beidseitige Abdeckungen 36 der Blendenöffnung
35 erreicht, welche die Blendenöffnung 35 bis auf feine Durchtrittsöffnungen überdecken,
so daß in dem von der Blendenöffnung 35 und den Abdeckungen 36 umschlossenen, die
Heißleiterperle 34 enthaltenden Raum nur ein allmählicher, von der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases in der Zuleitung im wesentlichen unabhängiger Gasaustausch stattfindet
und der Wärmeübergang zur Heißleiterperle 34 oder von ihr weg praktisch nur auf
Wärmeleitung beruht. Es sei hier nur kurz angemerkt, daß die Anschlüsse zu den Heißleiterperlen
29 und 34 durch entsprechende Kontaktbeläge der Blendenplatte erfolge, welche zumindest
teilweise als Schaltungsträgerplatte ausgebildet sein kann. An die Blendenplatte
sind wiederum Anschlußkappen entsprechend den Teilen 30 und 31 gemäß Figur 5 angeflanscht.
Auch steht mit der Anordnung wieder der Temperatur-Kompensationswiderstand 17 in
wärmeleitender Verbindung.
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Verwendet man nun die Heißleiterperle 34 als Meßwiderstand 1 in der
Baueinheit 21A gemäß Figur 4 und verwendet man die Heißleiterperle 29 als Meßwiderstand
1 der Baueinheit 21B nach Figur 4, so liefert das Meß-Anzeigegerät 7A eine Anzeige
in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des durchgeleiteten Gases und das Meß-Anzeigegerät
7B liefert eine Anzeige entsprechend der Durchstromgeschwindigkeit oder Strömungsmenge
des betreffenden Gases unabhängig von der Art des Gases. Es sei hier kurz daran
erinnert, daß die Meßanzeigen auch hier mit außerordentlich niedriger Zeitkonstante
von beispielsweise
2 Millisekunden erhalten werden.
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Figur 8 zeigt ein Diagramm, in welchem die Spannung am Ausgang des
Operationsverstärkers 15 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit eines
Gases aufgetragen ist, welches beispielsweise in der Anordnung nach Figur 5 die
Blendenöffnung 28 durchströmt. In einem durch eine gestrichelte Vertikallinie angedeuteten
Bereich steigt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 15 nicht proportional
zur Strömungsgeschwindigkeit an, da im Bereich sehr niedriger Strömungsgeschwindigkeiten,
beispielsweise bei 1 Milliliter je Minute die Diffusionsgeschwindigkeit der an der
Heißleiterperle erhitzten Gas teilchen mit der Strömungsgeschwindigkeit vergleichbar
ist, so daß sich die Heißleiterperle bei diesen niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten
praktisch eine verhältnismäßig stärker erwärmte Izmgebung scharfen kann. Fällt der
gewünschte Meßbereich mit diesem als Anlaufgebiet zu bezeichnenden Bereich zusammen,
so ist die Anzeige am Meß-Anzeigegerat ve-rfälscht und bedarf einer gewissen Korrektur.
Eine Möglichkeit der Vermeidung des Anlaufgebietes besteht darin, daß gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsfoflfl dem durch die Blendenöffnung 28 geleiteten, zu untorsuchnden
Gasstrom ein Gas-Gleichstrom überlagert wird, welcher groß genug Rist, um die Gesamtströmung
durch die Blendenöffnung 28 auch bei den Minimalwerten des zu untersuchenden Gasstromes
außerhalb des Änlaufgebietes nach Figur 8 zu halten.
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Eine andere Möglichkeit ist in Figur 7 gezeigt. Die Anordnung nach
Figur 7 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 5 dadurch, daß in der Blendenöffnung
37 zwei Heißleiterperlen 38 und 39 fluchtend in Strömungsrichtung hintereinander
angeordnet sind. Wird die Heißleiterperle 38 als Meßwiderstand 1 in der Baueinheit
21A und die Heißleiterperle 39 als Meßwiderstand 1 in der Baueinheit 21B nach Figur
4 verwendet, so verhält man am Ausgang des Differenz - verstärkers 24 ein.
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Spannungssignal entsprechend der durchgehend eingezeichneten Kennlinie
nach Figur 9, wobei diese Kennlinie den Illpunkt mit einer Steigung durchläuft,
welche doppelt so groß ist, wie
die Steigung des geraden Teiles
der Kennlinie nach Figur 8.
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Die außerordentlich niedrige Anzeige-Zeitkonstante, welche erfindungsgemäß
erreichbar ist, ermöglicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtungen für
die Messung sich sehr rasch ändernder Strömungsvorgänge, beispielsweise beim Füllen
von Zylinderräumen, bei der Verfolgung und Abtastung von Turbulnezen an umströmten
Körpern, bei Schwingungsvorgängen in Gasen und dergleichen. Als medizinische Anwendungsgebiete
seien trägheitslose Stethoskopaufzeichnungen und gleichzeitige unabhändige Bestimmung
des Atemvolumens und des C02-Gehaltes der 4atemluft genannt.
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Figur 10 zeigt eine Vakuum-Prüfanlage, bei welcher eine Anordnung
gemäß Figur 5 als Teil einer Schaltung nach Figur 3 durch das Blocksymbol 40 bezeichnet
ist. Zweckmäßig kann in diesem Falle das Meß-Anzeigegerät 7" von einem schreibenden
Registriergerät gebildet sein. Ein zu prüfender Behälter 41 und ein Vergleichsbehälter
42 sind über ein Absperrventil 43 miteinander und über ein weiteres Absperrventil
44 mit einer Vakuumpumpe 45 verbunden. Außerdem stehen die Behälter 41 und 42 über
eine Ausgleichsleitung 46 miteinander in Verbindung, in welcher außer dem Pühlerelement
40 ein Ventil 47 liegt.
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Zur Durchführung der Prüfung wird zunächst das Ventil 47 geschlossen,
die Ventile 43 und 44 werden geöffnet und die beiden Behälter 41 und 42 werden auf
ein bestimmtes Vakuum evakuiert. Hiernach werden die Ventile 43 und 44 abgesperrt
und das Ventil 47 wird nach einer vorbestimmten Zeit rasch geöffnet. Hat der zu
prüfende Behälter 41 ein Leck, so kommt nach Öffnen des Ventiles 47 ein Druckausgleich
unter Ausbildung einer Impulsartigen Strömung in der Ausgleichsleitung 46 zustande,
welche von dem registrierenden Anzeigegerät aufgrund der niedrigen Anzeige-Zeitkonstante
der erfindungsgemäßen Einrichtung festgehalten werden kann. Da die Höhe des Impulses
ein Maß für die Undichtigkeit des zu prüfenden Behälters bildet, erhält man eine
sehr genaue Anzeige, nachdem die Anzeige dem zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit
im
wesentlichen folgen kann. Statt eines Vakuums kann selbstverständlich
auch ein Überdruck zur Anwendung kommen.
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Figur 11 zeigt eine Anordnung zur Bestimmung des Druckes auf der
Innenseite einer gekrümmten Membrane 48, beispielsweise des Augen-Vorkammerdruckes.
An einer Sondenstirnfläche 49 mündet eine Vielzahl zueinander parallel laufender
Kanäle 50 aus, die von einer Sammelkammer 51 as sämtlich laminare Teilgasströme
zur Sondenstirnfläche 49 führen In einer Zuleitung 52 zu der Sammelkammer 51 befindet
sich eine Anordnung beispielsweise gemäß Figur 5 der Zeichnungens wobei die hier
gezeigte Heißleiterperle 29 den Meßwiderstand 1 In der Baueinheit 21 gemäß Figur
3 bildet. Das Ausgangssignal der Baueinheit 21 bildet das Eingangssignal iür einen
Regler 53, welcher den Strom durch eine mit dem hinteren Erde der Sanimelkammer
51 zusammenwirkende Solenoidspule 54 so einreguliert, daß die Ausströmungsmenge
durch die Sondenstirnfläche 49 und damit der Zustrom durch die Zuleitung 52 auf
einem bestimmten Wert gehalten werden. Hierzu muß das Solenoid 54 die Sondenstirnfläche
49 so stark an die Membran 48 1pressen, daß sich ein Gleichgewichtszustand zwischen
der Kraftwirkung auf der Innerseite der Membran 48 und der durch das Solenoid 54
erzeugten Kraft einstellt, bei welchem die Bedingung bezüglich des gleichbleibenden
Abstroms durch die Sonde-nstirnfläche -49 erfüllt ist. Die Größe des elektrischen
stromes durch das Soleoid 54, welche mittels des Anzeigegerätes 55 angezeigt wird,
bildet dann ein Maß für die durch das Solenold 54 aufzuwendende Kraft und damit
ein Maß für den Innendruck auf der Innenseite der Membran 48. Die Druckmessung erfolgt
Falle eIne Volumenverschiebung auf der Membran-Innenseite.
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Figur 12 zeigt in stark vereinfachter und schematisierter Form einen
auf Strahlung ansprechenden Meßwibrstand 56, welcher beispielsweise ähnlich dem
Glühfaden einer Glühlampe in einem strahlungsdurchlässigen Kolben 57 angeordnet
ist, um den Einfluß durch die Strömung eines umgebenden Gases auszuschalten. Der
Leiter 56 kann wieder den Meßwiderstand 1 der in Figur 3 gezeigten Schaltung bilden
und das Meß-Anzeigegerät 7" liefert mit außerordentlich niedriger Anzeige-Zeitkonstante
eine Anzeige, die ein Maß fiir die Einwirkung von Strahlung entsprechend
den
in Figur 12 angedeuteten Pfeilen 58 auf den Leiter 56 ist. Die gesamte Anordnung
bildet also ein sehr rasch arbeitendes Bolometer. Die hier kurz beschriebene, grundsätzliche
Bauform läßt sich in verschiedener Weise abwandeln.
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Ist beispielsweise der Leiter 56 im Frequenzbereich der zu untersuchenden
Strahlung reflektierend ausgebildet und befindet sich innerhalb des strahlungsdurchlässigen
Kolbens 57 eine Gasfüllung, welche eine ganz bestimmte Strahlungswellenlänge absorbiert,
80 erfolgt die Energiezufuhr zum Leiter 56 im wesentlichen nur durch Wärmeleitung
von dem die betreffende Wsllenlänge absorbierenden und dadurch erwärmten Gas innerhalb
des Kolbens 57. Die Anordnung arbeitet daher als Detektor mit Bezug auf eine bestimmte
Wellenlänge innerhalb der Strahlung 58.
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Hat ferner die Strahlung 58 nur eine einzige, bestimmte Wellenlänge
und ist durch den von dem Kolben 57 umschlossenen Raum ein zu untersuchendes Gas
hindurchleitbar, so wird die Wärmezufuhr zum Leiter 56 aufgrund der Strahlung 58
stark verändert, wenn das zu untersuchende Gas gerade diejenige Wellenlänge absorbiert,
welche die Strahlung 58 aufweist. In diesem Falle ist der Leiter 56 in einem breiten
Bandbereich der auftretenden Frequenzen absorcierend ausgebildet. Die Anordnung
arbeitet dann als Gasdetektoreinrichtung oder Gasanalyseeinrichtung.
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Wird mittels einer geeigneten Optik ein Strahlung abgebender Gegenstand,
beispielsweise ein heißes Gußteil auf den in einem breiten Frequenzbereich absorbierenden
Leiter 56 abgebildet, so kann die Anordnung auch als-Gesamtstrahlungspyrometer rascher
Ansprechzeit arbeiten, um beispielsweise kleine Gegenstände, wie heiße Guß-Kleinteile
auf einem rasch laufenden Förderband abzutasten, wobei die kurze Ansprechzeit vorteilhaft
ausgenützt werden kann. Figur 13 zeigt schließlich die Anwendung des erfindungsgemäßen
Prinzips auf die Aufnahme von Strahlungsbildern, wozu auf eine Isolationsträgerplatte
59 rasterartig Bereich eines temperaturabhängigen Widerstandsmaterials
60
aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt oder aufgedampft sind. Jeder dieser Bereiche
60 bildet einen Meßwiderstand 1 einer Baueinheit 21 gemäß Figur 3, derart, daß die
Ausgangssignale der den einzelnen Bereichen 60 zugeordneten Operationsverstärker
15 zur Steuenuig einer Bild-Anzeigeröhre 61 verwendbar sind, die gemäß Figur 13
mit einer die Baueinheiten 21 enthaltenden Einrichtung 62 verbunden ist. Nachdem
die einzelnen Widerstandsbereiche 50 aufgrund des der Erfindung zugrundeliegenden
Gedankens keine wesentlichen emperaturunterschiede aufweisen, obwohl sie durch einwirkende
Strahlung unterschiedliche Energiezufuhr erfahren, spielt die thermische Kopplung
über die Isolations-Trägerplatte 59 keine Rolle und an der Bildröhre 61 wird trotz
dieser thermischen Kopplung ein scharfes Bild der einfallenden Strahlung erhalten.