DE291116C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Niedrige Gasdrucke können gemessen werden durch die abstoßende Kraft, die eine erhitzte Fläche auf eine in ihrer Nähe befindliche Fläche ausübt. Die abstoßende Kraft ist abhängig von der Temperatur der erhitzten Fläche, von dem gegenseitigen Abstand der beiden Flächen; von ihrer Größe und ferner von dem Gasdruck. Kennt man alle anderen AVerte und mißt die abstoßende Kraft, so kann

ίο man daraus den Gasdruck berechnen. Man kann Geräte bauen, die unter Voraussetzung einer bestimmten Temperatur der erhitzten Fläche unmittelbar auf einer Skala den Gasdruck abzulesen gestatten.

' Gemäß vorliegender Erfindung wird nun die Anordnung eines Meßgerätes, das besonders für genaue Messungen und für sehr niedrige Drucke sehr geeignet ist, derart getroffen, daß zwei Flächensysteme einander gegenüber-

ao stehend koachsial zueinander angeordnet werden, so daß das eine Flächensystem, wenn es erhitzt wird, auf das andere abstoßend wirken . kann in dem Sinne, daß ein Drehmoment entsteht, das die beiden Flächensysteme in entgegengesetztem Sinne zu drehen strebt. Mindestens eines der beiden Flächensysteme ist dabei drehbar um die Achse gelagert. Es wird sich also beim Auftreten des Drehmomentes um die Achse bewegen. Wirkt auf die Achse gleichzeitig eine bekannte Gegenkraft, deren Größe von dem Grad der Verdrehung des beweglichen Systems abhängt, so kann aus dem Grad der Verdrehung unmittelbar die Größe des wirksamen Drehmomentes entnommen werden, die dann das Maß für den Gasdruck abgibt. Um aber die Größe des Drehmomentes von der jeweiligen Drehlage des beweglichen Systems möglichst unabhängig zu machen und eine möglichst gleichmäßige und eindeutige Skalenteilung zu ermöglichen, wird eines der beiden wirksamen Flächensysteme so gleichmäßig um die Achse herum verteilt, daß das Drehmoment unter sonst gleichen Verhältnissen in jeder beliebigen Drehlage möglichst genau dasselbe ist. Hierdurch wird zugleich der Vorteil erzielt, daß man keine Nullage des beweglichen Systems hat. Man kann von jeder Lage des beweglichen Systems ausgehend den Ausschlag messen und findet unter sonst gleichen Verhältnissen immer für gleiche Ausschlage gleiche Werte des Drehmomentes.

Als Gegenkraft für das bewegliche System, die zur Messung des Drehmomentes durch die Größe des Ausschlages dienen soll, kann man jede der bekannten Anordnungen benutzen, ζ B. Federkraft oder Bifilaraufhängung oder Torsionsfäden oder -bänder. Letztere haben den Vorzug, daß man eine sehr einfache Abhängigkeit der Größe des Ausschlages von dem Drehmoment bekommt und ferner, daß man Ausschläge von mehreren vollen Umdrehungen des beweglichen Systems erhalten und für die Messung verwerten kann.

Eine Anordnung besonders einfacher Art ist in Fig. ι in Ansicht, und in Fig. 2 im Schnitt schematisiert dargestellt, α und ϋ sind die beiden Flächensysteme. α ist als zylindrischer Körper gedacht und durch den Torsion's-

faden oder das Torsionsband c so aufgehängt, daß die Zylinderachse in die Achse der Aufhängung fällt. Das System b ist als aus einer einzigen ebenen Fläche bestehend gedacht, die parallel zu der Zylinderachse liegt. Sie ist an 'eine elektrische Stromquelle angeschlossen, derart, daß sie bei Stromdurchgang erhitzt wird. Von der erhitzten Fläche werden nach allen Seiten Gasmoleküle mit erhöhten Geschwindigkeiten abgeschleudert. Wegen der verschiedenen Ausdehnung der Fläche nach verschiedenen Richtungen ist die Wirkung in der Richtung des Pfeiles und in der entgegengesetzten Richtung am größten. Bei der dargestellten Anordnung der Fläche b entsteht also durch das einseitige schiefe Auftreffen der Gasmoleküle auf die Zylinderfläche ein Drehmoment. Der Zylinder wird sich also um seine Achse drehen. Bei dieser Drehung wird sich aber das Drehmoment nicht ändern, weil die Zylinderfläche gleichmäßig zur Drehachse verteilt ist und daher in jeder Drehlage wieder dieselben Bedingungen für die Entstehung des Drehmomentes darbietet.

Die Zahl der Flächen b kann natürlich beliebig vermehrt werden, so daß ein größeres Drehmoment entsteht. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Man kann auch statt einer Zylinderfläche eine Mehrzahl von geeignet angeordneten Flächen d symmetrisch und gleichmäßig zur Drehachse verteilt anbringen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Man muß dann aber beachten, daß durch die unvermeidlichen Änderungen der gegenseitigen Lage und des gegenseitigen Abstandes der Flächen b von den Flächen d eine periodische Schwankung des Drehmomentes bei der Drehung des drehbaren Systems eintritt. Durch Verwendung einer genügenden Anzahl von Flächen b und d sowie durch geeignete Verteilung der Flächen b und d kann man diese periodische Schwankung des Drehmomentes indessen praktisch fast Vollständig ausgleichen.

Unzulässig wäre beispielsweise eine Anordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, wobei sowohl in dem beweglichen wie in dem ruhenden System nur je zwei wirksame Flächen verwendet sind. Hier würde z. B. bei einer Drehlage des Systems, wie dies punktiert in Fig. 5 dargestellt ist, das Drehmoment fast ganz verschwinden. Dagegen wäre es bei gleichmäßiger Verteilung von Flächen b, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, möglich, als bewegliches System lediglich eine einfache Platte zu verwenden, die etwa einer Schnittebene des in Fig. 3 dargestellten Zylinders α entsprechen würde.

Es ist selbstverständlich nicht notwendig, J5o die koachsiale Anordnung der wirksamen Flächen so zu treffen, daß die Flächen parallel zur -Achse liegen. Es sind vielmehr auch andere Anordnungen denkbar, z. B. die Anordnung der wirksamen Fläche in zwei zur Drehachse senkrechten Ebenen. Eine Anordnung dieser Art ist in Fig. 7 dargestellt, worin b die Fläche des ruhenden Systems, d die Fläche des beweglichen Systems, und c den Torsionsfaden bedeutet.

Es ist an und für sich gleichgültig, ob die Flächen des ruhenden oder die des bewegten Systems erhitzt werden. Vorteilhafter aber ist es, aus baulichen Gründen die Flächen des ruhenden Systems als geheizte Flächen auszubilden. Die Rückseite der geheizten Flächen wird zweckmäßig durch wärmeisolierendc Stoffe oder in anderer Weise an der Wärmeausstrahlung behindert. Die Heizung geschieht am besten elektrisch, weil sie dann am genauesten in ihrer Stärke und in ihrer räumliehen Verteilung geregelt werden kann und außerdem die Zuführung der Wärme durch die Gefäßwände hindurch in einfachster Weise möglich ist. Es ist aber zweckmäßig, noch eine Kühlung des ganzen Apparates vorzusehen, um die besonders für längere Messungen notwendigen, genau definierten Temperaturverhältnisse in allen Teilen des Apparates zu erhalten.

An sich ist es möglich, beide Flächensysteme drehbar zu machen. Sie würden sich dann beim Auftreten von Drehmomenten in entgegengesetzter Richtung bewegen. Zumeist aber wird diese Verdoppelung der Drehbewegung zu wenig Vorteil bieten, als daß man die damit verbundenen baulichen Erschwerungen in Kauf nehmen würde.

Um eine rasche Einstellung des beweglichen Systems herbeizuführen, wird zweckmäßig eine magnetische Dämpfung angebracht.

Über die baulichen Einzelheiten eines Gerätes der geschilderten Art sei bemerkt, daß die Flächensysteme am besten aus Metall hergestellt werden. Der Zylinder α in Fig. 3 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen, das an seinen Oberflächen geschwärzt ist. Man bekommt dann einen sehr leichten Drehkörper, der ein schnelles und sicheres Messen gestattet. Der Torsionsfaden oder das Torsionsband kann z. B. aus Siliziumbronze bestehen.

Zum Messen der Ausschläge wird beispielsweise mit dem Zylinder α ein Zeiger verbunden, der auf einer kreisförmigen ruhenden Skala spielt.

Der ganze Apparat wird zweckmäßig in ein Glasgefäß eingeschlossen, das durch Anschlußhähne mit dem Raum in Verbindung gesetzt werden kann, dessen Gasdruck zu messen ist.

Eines der Flächensysteme kann man an und für sich auch ersetzen durch die Wand des den Apparat einschließenden Glasgefäßes oder durch die zwischen der Gefäßwand und dem

beweglichen System befindliche Gasschicht. Es ist dabei aber immer die Voraussetzung die, daß die ganze Anordnung so getroffen ist. daß in jeder Drehlage des beweglichen Systems infolge der symmetrischen Verteilung um die Drehachse herum möglichst genau dasselbe Drehmoment herrscht.

Für die Erhitzung des einen Flächensystems kann außer der elektrischen Erhitzung unter

ίο Umständen mit großem Vorteil auch eine Erhitzung durch Bestrahlung eingeführt werden. Man erspart dann vor allen Dingen die Stromzuführungen und kann durch Verwendung gut regelbarer Wärmestrahlungscjuellen sehr genau definierte Verhältnisse bekommen. ..

In den Fällen, in denen eine Wirkung der erhitzten Flächen nach einer bestimmten Richtung hin störend wirken würde, wird man die Fläche nach diesen Richtungen hin abdecken, sei es durch Anordnung kühlerer Flächen oder sei es durch Bedeckung mit wärmeisolierenden Mitteln. In dieser Weise'wird man z. B. in der Regel die nicht für die Erzeugung des Drehmomentes in Betracht kommende Rückseite der geheizten Flächen abdecken.

Die besonderen Vorteile des ganzen Gerätes liegen in der Möglichkeit der Messung selbst sehr geringer Drucke, in der Erzielung beliebig großer Ausschläge, die gegebenenfalls mehrere Umdrehungen umfassen können, ferner'in der fast vollständigen Proportionalität der Ausschläge, in der Möglichkeit, eine einfache Dämpfung anzuwenden, in der leichten Herstellbarkeit und in der weitgehenden Vermeidung elektrostatischer Störungen desDrehmomentes.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vakuummesser, beruhend auf der abstoßenden Wirkung zweier Flächen, von denen die eine erhitzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flächensysteme koachsial zueinander angeordnet sind und eines der Systeme um die gemeinsame Achse drehbar ist und ferner eines der Systerne so symmetrisch und gleichmäßig um die Achse herum verteilt angeordnet ist, daß in jeder Drehlage des beweglichen Systems gegen das andere System möglichst angenähert dasselbe Drehmoment herrscht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.