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Vorrichtung zur Ermittlung der Lufttemperatur Es ist bekannt, daß
eine zuverlässige Messung der Lufttemperatur unbeeinflußt von Strahlungsvorgängen
dadurch erzielt werden kann, daß einesteils die Strahlung durch metallische, hochglanzpolierte
oder auch weiß lackierte Flächen tunlichst von dem Thermometerkörper abgehalten
wird, daß entweder die natürlicheVentilation freien Zutritthat oder gar durch künstliche
Hilfsmittel eine Verstärkung der natürlichen Ventilation erzielt wird.
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Dieses bekannte Verfahren ist jedoch in vielen Fällen, wo es bei schwacher
Ventilation darauf ankommt, daß die natürliche Konvektion in keiner Weise gestört
wird, nicht anwendbar, z. B. bei der Erforschung der Temperaturverhältnisse in der
Nähe des Erdbodens oder innerhalb des Vegetationsinantels. Ein auch in diesen Fällen
anwendbares Mittel zur Messung der wahren Lufttemperatur besteht darin, daß Bolometer
aus außerordentlich dünnen Drähten benutzt werden, die, wie besondere Versuche gezeigt
haben, praktisch strahlungsunempfindlich sind. Diese bekannte Anordnung hat jedoch
die in manchen Fällen zwar erwünschte, in den meisten Fällen aber unerwünschte Eigenschaft,
daß infolge der geringen therrnischen Trägheit feiner Bolometer kurzperiodische,
für klimatologische Zwecke belanglose Temperaturschwankungen derartig stark zur
Anzeige kommen, daß die Erkennung der Mitteltemperatur schon über kurze Zeiträume
Schwierigkeiten bereitet. Ferner ist nach diesem Verfahren eine Registrierung der
Temperatur nur unter Zuhilfenahme verhältnismäßig umständlicher und empfindlicher
Apparaturen möglich.
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Ferner ist es auch bekannt, zwei Thermometerkörper zu benutzen, deren
Oberflächen verschiedene Absorptionskoeffizienten besitzen, und diese Thermometer
zur Ablesung zu vereinigen, wobei eine Ausschaltung des Strahlungseinflusses auf
die Weise versucht wird, daß die Differenz der beiden Therrnometereinstellungen
mit einem Korrektionsfaktor K multipliziert und von dem Stand des weniger stark
absorbierenden Thermometers abgezogen wird. Diese Vorrichtung ist jedoch praktisch
deswegen kaum brauchbar, weil bisher keine Oberflächen bekannt-,eleworden sind,
bei denen im ganzen meteoro-I logisch wirksamen Strahlungsbereich ein konstantes
Verhältnis der Absorptionskoeffizienten herrscht, was eine Vorbedingung für die
Erzielung richtiger Ergebnisse mit der bekannten Anordnung wäre.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet nun die Nachteile der bekannten
Anordnung insofern, als sie einmal eine strahlungsunbeeinflußte Messung oder Registrierung
der wahren Lufttemperatur ohne Störung der natürlichen Konvektion mit den üblichen
thermometrischen Hilfsmitteln erreicht, die eine für klimatologische Zwecke günstige
Trägheit aufweisen, anderenteils aber auch die Fehler
vermeidet,
die sich aus der mangelhaften Konstanz des Verhältnisses der Absorptionskoeffizienten
bei den bekannten Oberflächen ergeben.
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Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß an einer Vorrichtung
zur Ermittlung der Li.ifttem#p#erat-ur unabhängig vom Einfluß der Wärmestrahlung,
welche aus zwei Thermometern mit im ganzen wirksamen Spektralbereich verschiedenen
Oberflächenabsorptionskoeffizienten besteht, die Oberfläche des temperaturempfindlichen
Teiles wenigstens des einen TherrnQmeters so in Bereiche mit verschiedenem Absorptionsvermögen
aufgeteilt ist, daß die von dem einen Thermometer absorbierte Strahlungsenergie
im ganzen wirksamen Spektralbereich ein konstanter Bruchteil, vorzugsweise
50 110 der von dem anderen Thermometer absorbierten Strahlungsenergie ist.
In diesem Sonderfall wird unabhängig von den herrschenden Ventilations- und Strahlungseinflüssen
die Temperaturerhöhung des einen Thermometers gegenüber der wahren Lufttemperatur
doppelt so groß sein wie die des anderen, so daß zur Ermittlung der wahren Lufttemperatur
nichts weiter zu tun ist, als die Differenz der beiden Thermometerangaben von der
Anzeige des schwächer absorbierenden Thermometers abzuziehen. Als Beispiel möge
die Aufteilung der einen Thermometeroberfläche in schwarze und weiße Bereiche dienen,
während die Oberfläche des anderen Thermometers in metallblanke und weiße Bereiche
aufgeteilt ist. In Fig.5 ist zur näheren Erklärung der Wirksamkeit einer solchen
Anordnung die ungefähre spektrale Verteilung des Absorptionsvermögens einer weißen
FarbeW, einer schwarzen, S, sowie -einer metallblanken, M, dargestellt. Die
gestrichelte, mit MW bezeichnete Kurve gibt das mittlere Absärptionsvermögen
einer Thermometeroberfläche wieder, die aus gleich breiten metallenen und weißen
Ringen entsprechenden AbsQrptionsvermögens besteht, während die mit SW bezeichnete
strichpunktierte Kurve das mittlere Absorptionsvermögen einer ähnlichen, in Ringen
aufgeteilten Thermometeroberfläche wiedergibt, wobei jedoch schwarze und weiße Ringe
verwendet werden, von denen die schwarzen Ringe dreimal so breit sind als die weißen.
Es ergibt sich dann, daß fast im ganzen in Frage kommenden Spektralbereich die gestrichelte
Kurve MW ungefähr das halbe Absorptionsvermögen kennzeichnet wie die strichpunk-tierte.
Aufgezeichnet ist der Bereich von etwa o,# bis 15 ß, wobei zu beachten ist,
daß der durch zwei senkrechte Striche eingegrenzte Bereich zwischen etwa 1,5 und
4,5 u praktisch ohne Bedeutung ist, wenn die Anordnung für meteorologische Messungen
benutzt werden soll. Das Energiemaximum der Sonnenstrahlung liegt so weit im kurzwelligen,
dasjenige der Wärmestrahlung irdischer Körper so weit im langwelligen, daß der abgegrdnzte
Bereich als praktisch strahlungsfrei gelten kann. Auf den Verlauf der Spektralkurven
in diesem Gebiet kommt es alsiweniger an.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wird in seiner Wirksamkeit
natürlich nicht geändert, wenn statt der Aufteilung in schwarze und weiße Bereiche
eine graue Oberfläche des einen Thermometers gewählt wird. Werden zur Erzielung
der Metallblankheit verchromte Oberflächen verwendet, so kann zum Ausgleich der
nicht ganz gleichmäßigen Absorption des Chroms im sichtbaren Spektralgebiet der
weißen Farbe etwas Gelb zugernischt werden.
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Eine weitere Abänderung des Erfindungsgedankens wäre z. B. die Verwendung
einer völlig schwarzen Hülse bei dem stark absorbierenden Thermometer und die Verwendung
von grauen und inetallblanken Bereichen bei dem anderen.
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In Fig. 3 ist schematisch die Verteilung schwarzer, blanker
und grauer Oberflächen angedeutet. In Fig.4 ist eine mögliche Ausführungsart der
Anordnung von erfindungsg#mäß ausgebildeten Absorptionshülsen bei Quecksilberthermometern
dargestellt, von denen die eine abwechselnd weiße und blanke Ringe trägt, während
die andere grau gefärbt ist.
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Überhaupt ist es für die Erfindung nicht wesentlich, welche Farben
zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens des konstanten Ab-
sorptionsverhältnisses
im ganzen wirksamen Spektralbereich herangezogen und in welcher Weise sie im einzelnen
auf die beiden Thermometer verteilt werden. Wesentlich ist nur, daß die Kombination
der verschiedenen Farben in dem jeweils rechnerisch und auch praktisch leicht nachprüfbaren
richtigen Verhältnis erfolgt. "
Die bisher beschriebenen Anordnungen sind
besonders bequem, wenn, wie schon erwähnt, die Absorption des einen Thermometers
möglichst genau 50 % der des anderen beträgt. jedoch ist natürlich jedes
andere konstante Verhältnis ebenso brauchbar, wobei nur die Differenz der Thermometerangaben
mit einem erfahrungsmäßig oder rechnerisch zu ermittelnden Korrektionsfaktor multipliziert
werden muß, ehe sie von der Anzeige des weniger stralilungsempfindlichen Thermometers
abgezogen wird. Bei überwiegender Ausstrahlung ist natürlich der entsprechende Betrag
zu der höhefen Therniorneteranzeige hinzuzuzählen.
Statt bei 5o'/,iger
Absorption die Differenz der Thermometerangaben zur Subtraktion zu bringen, kann
man gemäß weiterer Erfindung die Empfindlichkeit des schwächer absorbierenden Thermometers
verdoppeln, so daß, wenn T, die von diesem Thermometer wirklich angenommene Temperatur
bedeutet, der Betrag 2 T, zur Ablesung gelangt. In diesem Fall wird die wahre
Lufttemperatur TL durch die Differenz .2 T, - T# = TL dargestellt,
wo nun T. die Anzeige des mit gewöhnlicher Empfindlichkeit arbeitenden, stärker
absorbierenden Thermometers darstellt.
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Eine entsprechende Differenzbildung kann sinngemäß auch dann stattfinden,
wenn das Verhältnis der Strahlungsabsorption nicht i : 2 beträgt, sondern
einen anderen Wert besitzt, wobei dann natürlich auch das Verhältnis der Thermometerempfindlichkeiten
ein entsprechend anderes sein muß.
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Die Verwendung von Thermometern verschiedener Empfindlichkeit, ii;sbesondere
vorn Empfindlichkeitsverhältnis 1 :2 und dem entsprechendenVerhältnis der Strahlungsabsorption,
hat den großen Vorteil, daß die Differeilzbildung zur Ermittlung der wahren Lufttemperatur
leicht selbsttätig erfolgen kann. Gemäß weiterer Erfindung können (Fig. i) Widerstandstherrnometer
i und 2 von verschiedener Empfindlichkeit und entsprechend verschiedener Strahlungsabsorption
in die beiden einander entsprechenden Zweige einer Wheatstoneschen Brücke
ge-
schaltet werden, so daß die Differenz 2 T, - 7# dein Ausschlag
des Galvanorneters G direkt proportional ist und dessen Skala direkt nach
wahrer Lufttemperatur geteilt werden kann. Hierbei werden die Widerstandsdrähte
am besten isoliert in besondere Hülsen eingeschlossen deren Oberflächen die notwendigen
Färbungen erhalten. Hierbei kann erfindungsgemäß auch noch eine Unschädlichmachung
des erwärmenden Einflusses des Brückenmeßstromes dadurch erzielt werden, daß in
die stärker strahlungsabsorbierende Hülse außer dem entsprechenden Widerstandsthermorneter
auch ein temperaturunabhängiger Brückenzweig 3 oder 4 (Fig. i) miteingeschaltet
wird. Die verschiedene Empfindlichkeit der beiden Widerstandstliermometer in dieser
Anordnung wird am besten dadurch erzielt, daß man dem weniger empfindlichen Thermometer
einen kleineren Widerstand gibt und zur Erzielung des vollen Zweigwiderstandes in
Serie mit dem ternperaturempfindlichen Widerstand noch einen ternperaturunabhängigen
Zusatzwiderstand W' schaltet, der ebenfalls in dieselbe Hülse eingesetzt wird. Ist
z. B. das Verhältnis der .Strahlungsabsorption 1 ::2 und ist der Widerstand aller
vier Brückenzweige einander gleich, so ist offensichtlich das Verhältnis der in
den beiden Hülsen erzeugten Stromwärmen ebenfalls I : 2. Es wird also der
Einfluß der Strornwärme auf- die Ermittlung der Lufttemperatur in genau der gleichen
Weise und gleichzeitig mit dem Strahlungseinfluß durch die Differenzbildung der
Wheatstoneschen Brücke ausgeschaltet.
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Eine besonders einfache Möglichkeit der Registrierung ergibt sich,
wenn als Thermometer Bimetallstreifen Verwendung finden, von denen der eine, i,
entweder doppelt so empfindlich ist wie der andere, -2, was durch entsprechende
Bemessungen der Dicke des Streifens erreicht werden kann, oder-wo die Ausschläge
der beiden gleich empfindlichen Streifen nach verschiedener mechanischer Vergrößerung
durch ein Mechanisches Hebelsystern bekannter Art voneinander abgezogen werden.
Statt zweier Streifen können auch deren drei oder mehr Verwendung finden, z. B.
ist in, Fig. 2 eine derartige Anordnung schematisch dargestellt, bei der drei Streifen
Verwendung finden. Die beiden Mit 2 bezeichneten Streifen haben dieselbe Dicke und
damit aieselbe Empfindlichkeit. Der mit i bezeichnete Streifen dagegen ist doppelt
so empfindlich, seine Oberfläche besitzt die halbe Strahlungsabsorption wie die
Oberflädhen der Mit 2 bezeichneten Streifen. Die Krümmung aller drei Streifen bei
Temperaturerhöhung erfolgt nach derselben Seite, z. B. nach unten. Alle drei Streifen
sind an den Enden E fest miteinander verbunden. Der Ausschlag des freien
Endes E' des mittleren Streifens ist durch die Krümmungs,-differenz der Streifen
2 und i bedingt. Der auf der Drehachse befestigte Zeiger Z bringt daher die wahre
Lufttemperatur zur unmittelbaren Anzeige. Auf diese Weise kann auch ein sehr robustes
und in ungeübten Händen verwendbares Registriergerät für die wahre Lufttemperatur
erzielt werden, das bei vergrößerter Trägheit sonst die gleichen Vorteile wie die
vorher beschriebenen mechanisch empfindlicheren Anordnungen besitzt.
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Indessen können in Ausführung des Erfindungsgedankens auch andere
als die hier dargestellten Beispiele der mechanischen, elektrischen oder anderweitigen
selbsttätigen Subtraktion der Thermometerangaben zur Erzielung einer unmittelbaren
Anzeige oder Regi,strierung der wahren Lufttern'peratur angewandt werden.