DE3539810C2 - Gasgefüllte thermo-elastische Vorrichtung zur Druck- oder Temperaturmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gasgefüllte thermoelastische Vorrichtung zur Druck- oder Temperaturmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen thermoelastischen Vorrichtung zur Messung des in ihr herrschenden Gasdruckes.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung von sogenannten Bourdon-Rohren (Rohrfedern) wie sie als elastische Elemente bei Druck- oder Temperaturgebern verwendet werden. Das Bourdon-Rohr, wie es von E. Bourdon - US-PS 9163 - erfunden wurde, ist grundsätzlich ein flachgedrücktes und in Wendelform gebogenes Rohr. Wird dieses gebogene, flachgedrückte Rohr an einem Ende fest eingespannt und einer Änderung des Innendruckes unter­ worfen, so öffnet und schließt sich die Wendel in fast proportionaler Abhängigkeit von der Innendruckänderung. Die Auslenkung des freien Endes des Bourdon-Rohres wird als Eingangsgröße einer mechanischen, elektrischen oder elektronischen Vorrichtung zum Anzeigen und/oder Steuern von Druck- und Temperatur benutzt.

Beim Bau eines Bourdon-Rohres müssen viele Faktoren be­ rücksichtigt werden, um den Anforderungen des jeweiligen Einsatzzweckes gerecht zu werden. Solche Bourdon-Rohre beeinflussende Faktoren sind der Druckbereich, die Feder­ eigenschaften, Korrosionswiderstandsfähigkeit gegenüber dem Innenmedium, Korrosionswiderstandsfähigkeit gegen über der Außenumgebung, die Wiederholbarkeit, die Hysteresis, die Überdruckbeständigkeit und der Umgebungstemperaturein­ fluß. Es werden deshalb Gestalt, Größe und Material eines solchen Bourdon-Rohres für den jeweiligen Einsatzzweck speziell gewählt.

In mit einem Medium gefüllten Thermometern und Temperatur­ reglern werden die auch als Rohrfedern bezeichneten Bour­ don-Rohre dazu verwendet, eine Druckänderung des Innenme­ diums (Flüssigkeit, Gas oder Dampf) in eine mechanische Bewegung umzusetzen, die zum Antrieb eines Zeigers oder eines Steuermechanismus benutzt wird. Solche mediumsge­ füllten Thermometer werden in drei Typen eingeteilt:
Klasse I - flüssigkeitsgefüllt; Klasse II - dampfbetätigt und Klasse III - gasbetätigt.

Die Klasse I benutzt die volumetrische Ausdehnung einer festen Flüssigkeitsfüllung, um in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung eine Auslenkung des Bourdon-Rohres zu erzeugen. Quecksilber-, Zylen- und Silikonfluide sind typische Arbeitsfluide. Die Größe des Fühlergefäßes ändert sich im umgekehrten Verhältnis zu dem Temperaturmeßbe­ reich. Kurze Meßbereiche erfordern größere Gefäße, lange Meßbereiche kleinere Gefäße. Die in dem Fühlergefäß ent­ haltene Flüssigkeit dehnt sich mit zunehmender Temperatur aus und wird über eine feine Kapillare hydraulisch auf das Bourdon-Rohr zur Wirkung gebracht. Das Volumen der Kapil­ lare und des Bourdon-Rohres werden möglichst klein gehal­ ten, um die Umgebungstemperatureinflüsse auf die in der Kapillare und dem Bourdon-Rohr enthaltene Flüssigkeit auf ein Minimum zu reduzieren. Um diesen Umgebungstemperatur­ einfluß auszuschalten, sind verschiedene Kompensations­ arten im Gebrauch: (1) Ein Bimetall-Element an dem Ausgang des Bourdon-Rohres, durch das der "Umgebungsfehler" an einer Stelle (normalerweise in der Mitte des Meßbereiches) zu Null gemacht wird, (2) eine Doppelkapillare mit ein­ ander entgegenwirkenden Bourdon-Rohren und (3) eine mit einem sogenannten Invar-Draht gefüllte Kapillare, um damit die Ausdehnung der Kapillarflüssigkeit auszuschalten.

Gemäß Klasse II gefüllte Systeme enthalten Fluide, die bei einer gegebenen Temperatur einen vorhersehbaren Dampfdruck erzeugen. Eine Temperaturerhöhung des Fühlergefäßes ruft eine Flüssigkeitsverdampfung in dem Fühlergefäß hervor; bei abnehmender Temperatur kondensiert gesättigter Dampf in dem Fühlergefäß. Die Kapillare und das Volumen des Bourdon-Rohres außerhalb des Fühlergefäßes sind mit Flüs­ sigkeit gefüllt, wenn die Temperatur des Fühlergefäßes oberhalb der Umgebungstemperatur liegt; weist das Füh­ lergefäß eine unterhalb der Umgebungstemperatur liegende Temperatur auf, sind sie mit überhitztem Dampf gefüllt. Wenn sich die Temperatur des Fühlergefäßes über die Umge­ bungstemperatur erhöht, gelangt Flüssigkeit von dem Füh­ lergefäß in die Kapillare und in das Bourdon-Rohr, wobei die Flüssigkeits-/Dampftrennfläche in dem Fühlergefäß verbleibt. Bei weiten Umgebungstemperaturbereichen und langen Kapillaren werden immer größere Fühlergefäße erfor­ derlich.

Systeme mit einer Füllung nach Klasse III sind gasgefüllt und reagieren auf Änderungen der Temperatur des Fühlerge­ fäßes mit einer entsprechenden Druckänderung näherungs­ weise entsprechend dem Gasgesetz pV = RT. Um den Umge­ bungstemperatureinfluß auf ein Minimum zu reduzieren, ist das Volumen des Fühlergefäßes normalerweise 20 × 30mal größer als das zusammengenommene Volumen des Kapillarröhr­ chens und des Bourdon-Rohres. Um enge Temperaturmeßberei­ che zu erzielen, sind verhältnismäßig hohe innere Be­ triebsdrücke erforderlich, wobei aber der "Umbegungstempe­ ratureffekt" bei größer werdenden Innendrücken ebenfalls größer wird. Die für Systeme der Klasse III infragekom­ menden Bereiche sind deshalb durch den elastischen Bereich des Bourdon-Rohres und den zulässigen Umgebungstemperatur­ einfluß begrenzt.

Verbesserte Gas-Temperaturmeßsysteme helfen der Notwendig­ keit, großvolumige Fühlergefäße zu benutzen dadurch ab, daß Aktivkohle in das Fühlergefäß eingebracht wird, die dort Gasmoleküle absorbiert und desorbiert, wodurch die Druckänderungen über das Maß, wie sie durch die Gasgesetze gegeben sind, hinaus verstärkt werden. Solche verbesserten Gassysteme haben den Vorteil, daß enge Temperaturmeßberei­ che mit niedrigerem Innenbetriebsdruck und damit mit einem geringeren "Umgebungseinfluß" erreicht werden können. Dies gestattet außerdem die Verwendung von kleineren Fühlerge­ fäßen. Neben Aktivkohle kommen auch noch andere Materia­ lien als Absorber in Frage. Aus der US-PS 3 992 944 ist bspw. ein Gasthermometer bekannt, bei dem bestimmte Sel­ tenerdverbindungen als Absorber in Verbindung mit Wasser­ stoff als Arbeitgas verwendet werden.

Bei elastischen Elementen für mit einer Fluidfüllung arbeitende Druck- oder Temperaturmeßsysteme kann der von Änderungen der Umgebungstemperatur herrührende Fehler 3- oder 4mal größer sein, weil die elastischen Elemente in erhöhten Druckbereichen und damit in Bereichen höherer Beanspruchungen arbeiten müssen. Bei der Herstellung eines für diese Zwecke geeigneten Bourdon-Rohres muß diesen höheren Beanspruchungen Rechnung getragen werden.

Hierzu ist aus der GB-PS 672 252 ein Bourdon-Rohr zur Druckmessung bekannt, das aus zwei Metallstreifen aus einem rostfreien Stahl oder Kupferberyllium aufgebaut ist, die an ihren Längskanten verschweißt sind. Um der erwähn­ ten höheren Beanspruchung standhalten zu können sind die Metallstreifen zusätzlich durch drei von den Rändern und untereinander beabstandete Reihen von regelmäßig angeord­ neten Schweißpunkten miteinander verbunden. Auf diese Wei­ se wird sichergestellt, daß sich die Metallstreifen auf­ grund des im Inneren des Bourdon-Rohres herrschenden Druc­ kes nicht voneinander entfernen und so dessen elastischen Eigenschaften verändern. In einem weiteren Arbeitsgang werden die Stirnseiten des Bourdon-Rohres verschlossen.

Ein Nachteil dieses bekannten Bourdon-Rohres ist, daß seine Herstellung relativ aufwendig ist.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Bourdon-Rohres ist, daß wie bei allen anderen Temperatur- und Druckmeßsyste­ men, die Bourdon-Rohre aus üblichen metallischen Materia­ lien benutzen, die Genauigkeit auch dadurch beeinflußt wird, daß Änderungen der Umgebungstemperatur den Zugela­ stizitätsmodul des Bourdon-Rohres beeinflussen. Bei aus Federmessing hergestellten Bourdon-Rohren beispielsweise beträgt der Einfluß auf die Federkonstante ca. 0,02% pro °F oder 1% pro 500 F Umgebungstemperaturänderung (Mechanical Measurements, Beckwith & Buch, Seite 159).

Diesem Problem kann dadurch begegnet werden, daß man bei der Herstellung eines Bourdon-Rohres isoelastische Mate­ rialien verwendet, bspw. einer Nickellegierung Ni-Span C.

Aus der DE-OS 31 34 906 ist ein aus einem einzigen Me­ tallstreifen aus Ni-Span C Stahl gefertigtes Bourdon-Rohr bekannt. Bei der Herstellung dieses Bourdon-Rohres wird der Metallstreifen beim Durchgang durch mehrere Rollen einer Biegemaschine quer zu seiner Längserstreckung gebo­ gen, so daß ein längliches flaches Rohr entsteht. Die Längskanten des Metallstreifens begrenzen einen Schweiß­ spalt und werden im nächsten Arbeitsschritt zusammenge­ schweißt. Ein wesentliches Merkmal dieses Bourdon-Rohres ist, daß die Schweißnaht in einem bestimmten Abstand von den Längsrändern des flachen Bourdon-Rohr verläuft und zwar dort wo die mechanische Belastung des Bourdon-Rohres als Funktion des Innendruckes am geringsten ist, um es gegen hohe Drücke widerstandsfähig zu machen.

Dieses bekannte Bourdon-Rohr hat den Nachteil, daß der gebogene Metallstreifen, aus dem sie hergestellt ist, ein relativ großes Innenvolumen einschließt, so daß Umgebungs­ temperatureinflüsse zwangsläufig recht groß sind.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, Thermome­ tersysteme mit Fluidfüllung, insbesondere der Klasse III - gasbetätigt - zu schaffen, die den folgenden Anfor­ derungen entsprechen:

• 1. Material und Aufbau verfügen über den höchstmöglichen elastischen Grenzwert.
• 2. Der Aufbau ergibt das geringstmögliche Innenvolumen und die geringstmögliche volumetrische Änderung während des Betriebes.
• 3. Der Elastizitätsmodul des Materials ist möglichst unempfindlich gegenüber normalen Umgebungstemperaturände­ rungen.
• 4. Das Material zeigt in erhöhten Beanspruchungsberei­ chen minimale Hysteresis.
• 5. Material und Konstruktion gestatten einen Be­ trieb auf hohem Beanspruchungsniveau während der Lebensdauer des Instrumentes, und zwar ohne Meßwert-Driften oder Versagen.
• 6. Das Material muß widerstandsfähig gegen von dem inneren Füllmedium herrührende Korrosion sein und eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen äußere Umgebungseinflüsse aufweisen.
• 7. Materialaufbau und Herstellungskosten müssen in wirtschaftlich vernünftigem Rahmen bleiben, so daß die Produkte auf einem starkem Wettbewerb unterliegen­ dem industriellen Markt verkauft werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Vorrichtung und das Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale der kenn­ zeichnenden Teile der Patentansprüche 1 bzw. 5 gekenn­ zeichnet.

Die Erfindung hat überraschenderweise festgestellt, daß Metallstreifen, die durch Wärmebehandlung isoelastisch gemacht werden können, bspw. Metallstreifen aus einer Nickellegierung Ni-Span C der Firma Huntington Alloys Inc., mit modernen, kontinuierlich arbeitenden Kanten­ schweißmaschinen kantenverschweißt werden können, wodurch gasdichte, enge Kanäle in einem Gebilde erzeugt werden, das zu einem Bourdon-Rohr (Rohrfeder) gebogen und dann vorzugsweise in trockenem Wasserstoff zur Erzielung der Isoelastizität wärmebehandelt werden kann, ohne daß die einander unmittelbar gegenüberliegenden Flächen des Streifens aneinander festkleben. Legierungen mit einem zur Herstellung erfindungsgemäßer flacher Bourdon-Röhren geeigneten isoelastischen Potential gibt es auf dem Markt. Diese Materialien werden zum Aushärten (Alterungshärten) wärmebehandelt, um einen thermo-elastischen Koeffizienten bei oder nahe Null zu erzielen. Der thermo-elastische Koeffizient kann auf diese Weise nach der Wärmebehandlung um 10 : 1 oder mehr verkleinert werden. Beispielsweise

vor und

nach dem Aushärten.

Die größte Beanspruchung tritt bei einem Bourdon-Rohr an dessen Seitenwänden auf. Die Erfindung weist den wei­ teren unerwarteten Vorteil auf, daß die Kantenverschweißung zuverlässig genau dort Festigkeit erzeugt, wo sie erfor­ derlich ist.

Die Erfindung schafft eine Bourdon-Rohr-ähnliche Vor­ richtung aus zwei dünnen isoelastischen Streifen, die unter Ausbildung einer Druckhülle flach aufeinanderge­ legt und kantenverschweißt werden. Das Ganze wird dann in die erforderliche Gestalt gebracht; es werden Halterungs- und Anschlußmittel angebracht, und die ganze Anordnung wird einer Wärmebehandlung unterzogen, um maximale Federeigenschaften und einen isoelastischen Zugspannungsmodul zu erzielen, worauf ein geeignetes Kapillarröhrchen und ein Fühlergefäß angeschlossen werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, in Form einer C-förmigen Rohr-Feder (Bourdon-Rohr), an­ geschlossen an einen entfernt angeordneten Tem­ peraturfühler, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 das Gerät nach Fig. 1, eingerichtet zum direkten Anschluß des Temperaturmeßsystems, unter Veran­ schaulichung der Auslenkung der Rohrfeder bei zu­ nehmendem Innendruck, in einer Seitenansicht,

Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form einer spiralig gebogenen Rohrfeder (Bourdon- Rohr), in einer Draufsicht,

Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, in Gestalt einer nach Art einer Schraubenwendel gebogenen Rohrfeder (Bourdon-Rohr), in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine Druckmeßvorrichtung mit einer kantenverschweißten Rohrfeder (Bourdon-Rohr) gemäß der Erfindung, teil­ weise im Querschnitt, in einer Seitenansicht,

Fig. 6, 7 u. 8 drei verschiedene Rohrfedern (Bourdon-Rohre), ein­ schließlich der erfindungsgemäßen, jeweils im Quer­ schnitt und in perspektivischer Darstellung, und

Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Umgebungs­ temperaturfehler bei bekannten, kompensierten und erfindungsgemäß kantenverschweißten isoelastischen Rohrfedern (Bourdon-Röhre.)

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei ca. 0,41 mm dicke und 14,3 mm breite, aus einer Nickellegierung bestehende Streifen dicht aufeinandergelegt und an ihren Kanten 11, 12 in ge­ eigneter Weise (Wolfram-Inertgas- (WIG-) -Schweißen, Elektronenstrahl-Schweißen, Laserstrahl-Schweißen etc.) miteinander verschweißt und dann auf eine Länge von 91,4 mm abgeschnitten. Ein Ende ist bei 13 zur Aufnahme eines Kapillarröhrchens aufge­ schnitten. Die beiden Enden sind bis auf die Kapillarröhrchenöffnung vorzugsweise WIG-ver­ schweißt, um damit eine einstückige, hermetisch abgedichtete Druckhülle zu schaffen. Das Streifen­ gebilde 1 ist zu einer C-förmigen Rohrfeder (Bourdon- Rohr) verformt. Ein Anschlußstück 2 ist an einem Ende angeschweißt; es dient zur Verbindung mit einer Bewegungsübertragungseinrichtung, wie einem Meßwerk oder einer elektronischen Meßeinrichtung. Das die Kapillarrörchenöffnung 13 aufweisende Ende ist ge­ rade belassen und an einem Halter 3 festgeschweißt. Der Halter gestattet, die Befestigung der Bewegungs­ übertragungseinrichtung eines Niederhalters oder Verbindungsstückes 5 für das Kapillarröhrchen, sowie dazu die ganze Anordnung in einem Gehäuse zu haltern.

Das aus der Rohrfeder, dem Verbindungsstück und dem Halter bestehende Gebilde wird in der üblichen Weise wärmebehandelt, um optimale Federeigenschaften und einen thermoelastischen "Null" -Koeffizienten der Rohrfeder zu erzielen.

Bei 13 ist eine kurze Länge eines Kapillarröhrchens 4 mit einem Außendurchmesser von 1,2 mm und einem Innendurchmesser von 0,23 mm (kleines Innenvolumen) in die Rohrfeder eingefügt und mit dieser abgedichtet hart verlötet. Dieses Kapillarröhrchen dient dazu, die ganze Anordnung einer Leck- und einer Überdruck­ prüfung zu unterziehen und wird schlußendlich über das Verbindungsstück 5 an ein kolbenförmiges Gefäß und dessen Kapillarröhrchen angeschlossen.

Beim Anschluß an ein (Klasse III)-Gastemperaturmeß­ system bildet das Verbindungsstück 5 eine Verbindungs­ stelle des Zuleitungs-Kapillarröhrchens 6 und eines Füll-Kapillarröhrchens 8. Beide Kapillarröhrchen weisen einen kleinen Bohrungsdurchmesser (0,13- 0,25 mm) auf, um ihr Innenvolumen minimal klein
zu halten. Das Zuleitungs-Kapillarröhrchen 6 kann mit einer geeigneten Schutzumhüllung versehen sein. An das Zuleitungs-Kapillarröhrchen 6 ist ein geeignetes Fühlergefäß 7 angeschlossen, das eine abgemessene Menge Kohlenstoff 14 enthält.

Die ganze Anordnung wird über das Füll-Kapillar­ röhrchen 8 evakuiert und mit einem Inertgas, wie trockenem Stickstoff, gefüllt.

Bei auf einer geeigneten Temperatur gehaltenem Fühler­ gefäß 7 wird der Gasinnendruck auf einem solchen Wert einreguliert, daß sich der jeweils gewünschte Tempe­ raturbereich des ganzen Systems ergibt. Sodann wird das Füll-Kapillarröhrchen 8 verschlossen und abge­ dichtet. Eine Veränderung der Fühlertemperatur ruft nunmehr eine entsprechende Änderung des Innendrucks des ganzen Systems und eine Auslenkung des freien Endes der Rohrfeder hervor, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Auslenkung wird über ein Räderwerk abgenommen, umgesetzt und einem über einer kreisförmigen Skala drehbar angeordneten Zeiger zugeleitet. Bei einem elektronischen System wird die Auslenkung von einem Stellungsgeber, etwa einem Dehnungsmesser, einem Linearbewegungsmesser oder einem mit einer fotoelektrischen Schaltung zusammenwirkenden Blenden­ element abgetastet.

Bei Anwendungsfällen mit direkter Anordnung der Meßvorrichtung entsprechend Fig. 2 wird das Zuleitungs- Kapillarröhrchen weggelassen, wobei ein Anschluß- Fitting 15 das Fühlergefäß unmittelbar mit dem Gehäuse 16 und dem Rohrfedersystem verbindet.

Bei Anwendungsfällen, die eine große Kraft und eine große Auslenkung erfordern, bspw. bei Steuer- oder Aufzeichnungseinrichtungen, bietet eine spiralförmige Rohrfederausbildung entsprechend Fig. 3 konstruktive Vorteile. Die kantenverschweißte Rohrfeder 31 ist zu einer Spirale geformt und an einem zur Befestigung dienenden Halter 33 festgeschweißt, während an ihrem freien Ende ein Anschlußstück 38 angeschweißt ist.

Der Halter 33 ist auf einer Platte in dem Instrumenten­ gehäuse befestigt, wobei ein mittiger Schwenkzapfen 35 und eine in einen Halterschlitz 37 eingreifende Klemmschraube 36 es gestatten, die Lage des Anschluß­ stückes für Vielfachmeßbereiche zu verstellen. In ähnlicher Weise kann auch eine schraubenförmig ge­ wendelte Rohrfeder 39 (Fig. 4) verwendet werden.

Fig. 5 veranschaulicht den Einsatz der neuen Rohr­ feder in einem Druckmesser. Das gehäusefeste Fitting 51 bildet den Meßanschluß. Die besonderen Vorteile bei der Verwendung dieser Rohrfeder als Druckfühler liegen in der hohen Überlastbarkeit, der linearen Ausgangsgröße und dem geringen Umgebungstemperatur­ einfluß. Eine Membrandichtung 52 kann dazu verwendet werden, das Meßgerät von einem "schmutzigen" oder korrosiven Meßmedium zu trennen. Das Volumen des Rohrfedersystems und der oberhalb der Dichtmembrane 53 liegende Raum sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, um auf diese Weise die Auslenkung der Membran auf die Rohrfeder zu übertragen. Wegen seines kleinen Volumens und seiner kleinen volu­ metrischen Änderungen gestattet dieses Rohrfeder­ system die Verwendung einer kleineren Membrane (damit kleinere Auslenkung); es ist außerdem gegen Umgebungstemperatureinflüsse weniger empfindlich.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen im Vergleich der darge­ stellten stirnseitigen Querschnittsdarstellungen, daß in Fig. 8 entsprechend der Erfindung das Innenvolumen auf ein Minimum reduziert ist. Bekannte Rohrfedern, wie sie in Fig. 6 veranschaulicht sind, weisen ein für Gasthermometer übermäßig großes Innenvolumen auf. Ein "Abflachen" der Rohrfeder, wie es in Fig. 7 dar­ gestellt ist, verringert zwar das Innenvolumen, kann es aber nicht auf den Minimalwert reduzieren, und zwar insbesondere wegen der unvermeidbaren hantel­ förmigen Aufwölbungen 65 und der rückfedernden Eigenschaften des Metalls. Dieses Flachlegen oder Flachdrücken ruft auch hohe Restspannungen und Riß­ bildungen in den Kantenradien hervor, wenn die Rohrfeder nicht anschließend ordnungsgemäß spannungsfrei gemacht wird.

Das Diagramm der Fig. 9 veranschaulicht die Auswirkung einer Umgebungstemperaturänderung von ca. 14°C (25°F) bei gasgefüllten Thermometern der Klasse III als Funktion der Fühlergefäßtemperatur. Zwei dieser Thermo­ meter, nämlich C und D, sind mit Rohrfedersystemen ausgerüstet, wie sie anhand der oben erläuterten Ausführungsform beschrieben wurden. Jedes System weist ein Fühlergefäß mit einem Durchmesser von 9,5 mm und einer Länge von ca. 76 mm auf und ist mit Ausnahme der für den Direktanschluß eingerichteten Type mit einem Zuleitungs-Kapillarröhrchen von ca. 9,1 m versehen.

Die Kurve A zeigt den typischen Fehler, wie er bei einer gebräuchlichen Rohrfeder ohne Umgebungstemperatur­ kompensation bei einem Gas-Meßsystem auftritt.

Kurve B zeigt die Auswirkung auf das System A, wenn ein Bimetall-Kompensator zugefügt wird. Der Bimetall- Kompensator kompensiert lediglich Umgebungstemperatur­ änderungen in der Nähe des Gehäuses und außerdem nur bei einer Fühlergefäß-Temperatur, die gewöhnlich in der Mitte des Meßbereichs liegt.

Die Kurve C veranschaulicht ein Gas-Thermometer, das mit der bevorzugten Ausführungsform des Rohrfeder- Meßsystems (vergl. Fig. 1) und einem ca. 9,1 m langen Kapillarröhrchen ausgerüstet ist. Zu beachten ist die deutliche Verringerung des Umgebungstemperatur- Fehlers im Vergleich zu den Systemen A, B.

Kurve D ist ein zum Direktanschluß eingerichtetes Thermometer mit einem der bevorzugten Ausführungs­ form entsprechenden Aufbau (vergl. Fig. 2). Der Umgebungseinfluß des Kapillarröhrchens ist vernach­ lässigbar.

Die Kurven C und D zeigen, daß Thermometer, die ent­ sprechend der bevorzugten Ausführungsform ausgebildet sind, einen wesentlich geringeren Umgebungstemperatur- Fehler aufweisen und damit die Möglichkeit von Mehrfach- Meßbereichen beinhalten. Ein normaler (Nenn-)Temperatur­ bereich wird nach oben über höhere Bereiche ausgedehnt, womit sich kürzere (Nenn-)Meßbereiche ergeben und/oder kleinere Fühlergefäße verwendet werden können.

Der kleinste (Nenn-)Temperaturmeßbereich eines gebräuch­ lichen Gasthermometers beträgt etwa 170°C (300°F). Bei einem Gasmeßsystem höherer Genauigkeit liegt er bei ca. 67°C (120°F). Bei Verwendung eines Aufbaus ent­ sprechend der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann ein solches genaues Gasthermometer leicht einen Temperaturmeßbereich von ca. 22°C(40°F) erreichen.

Ein Vorteil der Erfindung liegt auch in der Möglichkeit, ein kleines "Fühlergefäß" zu verwenden, das in die nor­ malen Wärme-Abnahmebohrungen paßt, wie sie bei Thermo­ elementen, RTD-Sonden und Bimetall-Thermometern gebräuch­ lich sind.

Die Darstellungen der bevorzugten Ausführungsform wurden so ausgewählt, daß sie die erzielte grundlegende Ver­ besserung gegenüber bekannten Verfahren demonstrieren. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Fälle beschränkt. Jedes Temperatur- oder Druckmeßsystem kann Gebrauch machen von der vergrößerten Möglichkeit der Wahl von Meßbereichen, den wesentlich verringerten Umgebungstemperatureinflüssen und der großen Über­ lastbarkeit, die sich durch die Verwendung der kantenverschweißten isoelastischen neuen Rohrfeder ergeben.

WIG-Schweißen ist die normale Bezeichnung für Lichtbogenschweißen unter Inertgas mit einer Wolfram-Elektrode zur Erzeugung des Lichtbogens, die aber der Schweißstelle kein Metall hinzufügt. Unter der Möglichkeit der Wahl des Meßbereichs ist die Möglichkeit verstanden, den gesamten Meßbereich des Instrumentes über einen weiten Bereich zu verschieben.

Claims (12)

1. Fluidgefüllte, insbesondere gasgefüllte thermo-ela­ stische Vorrichtung zur Druck- oder Temperaturmes­ sung,
mit einer länglichen, elastischen Fluiddruckkammer, die an einem ersten Ende eine Fluideinlaßöffnung und an ihrem zweiten Ende eine zur Verbindung mit einer auf die Auslenkung des zweiten Endes ansprechenden Anzeigevorrichtung dienende Anschlußeinrichtung auf­ weist, sowie im Bereiche ihres ersten Endes lagefest gehaltert ist,
wobei mit der Anschlußeinrichtung am zweiten Ende der Kammer eine auf die Auslenkung dieses Endes anspre­ chende Anzeigevorrichtung verbunden ist,
wobei die elastische fluid- oder gasgefüllte Kammer durch zwei Metallstreifen gebildet ist, die lediglich an ihren Kanten (11, 12) einschließlich der Stirnkan­ ten bis auf die Fluideinlaßöffnung (13) miteinander verschweißt sind und die in ihrer Breitenerstreckung flach ausgebildet sowie in ihrer Längserstreckung bogenförmig gekrümmt sind,
wobei das Metall der Metallstreifen einen thermoela­ stischen Koeffizienten aufweist, der nicht stärker negativ ist als und wobei an die Fluideinlaßöffnung ein zur Messung der Temperatur oder des in ihm herrschenden Druckes dienendes Fluidgefäß (7) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fluidgefäß (7) und der Fluideinlaß­ öffnung (13) eine eine Verbindung herstellende läng­ liche Kapillarleitung (6) vorgesehen ist, über die eine eine Temperaturmessung an einem von der elasti­ schen Fluiddruckkammer entfernten Ort gestattende Fluidströmung möglich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidgefäß (7) ein starres Gefäß zur Messung der Fluidtemperatur ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidgefäß (7) ein zusammendrückbares Gefäß zur Druckmessung ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer fluid-, insbesondere gasgefüllten, thermoelastischen Vorrichtung zur Mes­ sung des in ihr herrschenden Druckes, bei dem
zwei längliche, flache Metallstreifen lediglich an ihren Kanten einschließlich der Stirnkanten unter Herstellung eines streifenförmigen, verschweißten Gebildes miteinander verschweißt werden, wobei die Metallstreifen aus einer in dem normalisierten (wei­ chen) Zustand befindlichen Legierung bestehen, die zum Aushärten wärmebehandelt werden kann, und dabei einen thermoelastischen Koeffizienten erhalten, der so klein ist, daß er für thermometrische Zwecke ver­ nachlässigbar ist;
zwischen den Kanten des streifenförmigen, ver­ schweißten Gebildes an einem ersten Streifenende eine Öffnung hergestellt wird, die einen Zugang zu dem zwischen den unverschweißten Bereichen der einander gegenüberliegenden Flächen der kantenverschweißten Metallstreifen befindlichen engen Spalt ergibt;
das streifenförmige, verschweißte Gebilde zu einer verschweißten, streifenförmigen Rohrfeder (Bourdon-Rohr) bogenförmig gebogen wird;
die Rohrfeder zur Minimalisierung ihres thermoelasti­ schen Koeffizienten wärmebehandelt wird;
an die Öffnung ein Gefäß angeschlossen wird und das von dem ersten Ende entfernt liegende Ende der Rohr­ feder mit einer Anzeigevorrichtung gekuppelt wird und
die Rohrfeder, das Gefäß und die zwischen diesen vorhandene Verbindungsleitung zur Ausbildung eines Thermometers mit thermometrischem Fluid von vorbe­ stimmtem Druck und vorbestimmter Temperatur gefüllt werden, worauf die so eingebrachte Füllung in diesem Thermometer abgedichtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung der Rohrfeder eine kontrollierte, reduzierende Atmosphäre in die Rohrfe­ der eingelassen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Atmosphäre eine Atmosphäre aus trockenem Wasserstoff ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung durch einen Aufweitvorgang erzeugt wird, bei dem ein Stift zwischen die Metallstreifen eingedrückt und dadurch auf der Außenseite zumindest eines der Metallstreifen eine Ausbeulung erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Öffnung enthaltende Ende der verschweiß­ ten, streifenförmigen Rohrfeder auf einem Träger ein­ gespannt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige, verschweißte Gebilde in Ge­ stalt eines kreisförmigen Bogens von mehr als 180° gebogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegen des streifenförmigen, verschweißten Gebildes in der Weise geschieht, daß es zu einer spi­ ralförmigen Anordnung gebogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegen des streifenförmigen, verschweißten Gebildes in der Weise geschieht, daß es zu einer schrauben- oder wendelförmigen Anordnung gebogen wird.