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Einrichtung zur Beseitigung der Temperaturabhängigkeit der Anzeige
bei Variometern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beseitigung der Temperaturabhängigkeit
der Anzeige bei Variometern, bei denen die Steig- und Sinkgeschwindigkeit durch
die Messung der Druckdifferenz zwischen der freien Atmosphäre und einem abgeschlossenen
Luftvolumen (Thermosflasche) bestimmt wird, das mit der freien Atmosphäre durch
einen Strömungswiderstand (Kapillare) in Verbindung steht.
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Es ist bekannt, daß ein Variometer eine Anzeige liefert, die im wesentlichen
allein von der Änderungsgeschwindigkeit des Luftdruckes abhängt, wenn die Temperatur
der freien Atmosphäre, des abgeschlossenen Luftvolumens und des Strömungswiderstandes
auf einem konstanten Wert gehalten wird, daß sich die Anzeige jedoch ändert, wenn
während der Druckänderung eine Temperaturänderung eintritt.
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Man hat bereits versucht, die Temperaturabhängigkeit der Variometeranzeige
dadurch zu beseitiglen, daß man die Kapillare im Innern des Varicimetergchäuses
anbrachte und vor der Auslaßöffnung der Kapillare einen Kegelstift anordnete, der,
von einem Bimetallstreifen gesteuert, den Strömungswiderstand der Kapillare in der
Weise ändert, daß mit abnehmender Temperatur, d. h. also bei abnehmender Zähigkeit
der Luft, der Strömungswiderstand zunimmt. Dieser Versuch führte nicht zum Ziel,
da hierbei lediglich die e Temperatur der Kapillare und des Variometergehäuses eine
Berücksichtigung lerfährt.
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Aus einem ähnlichen Grunde mußte auch der Versuch ergebnislos bleiben,
die Temp eraturabhängigkeit dadurch zu beseitigen, daß man die Kapillare innerhalb
des abgeschlossenen Luftvolumens, d. h. innerhalb der Thermosflasche, unterbrachte
und die Änderung des Strömungswiderstandes der Kapillare mit Hilfe einer mit Gasfüllung
versehenen Aneroiddose bewirkte, da in diesem Fall zwar Kapillare und Thermosflasche
wie auch sonst
bei Variometern die gleiche Temperatur aufweisen,
während die Änderungen der Temperatur des Variometergehäuses ebenso wie die der
Temperatur der freien Atmosphäre sich nach wie vor schädlich auswirken liönnen.
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Erfindungsgemäß wird in Beseitigung der vorerwähnten Mängel vorgeschlagen,
die Beeinflussung der Instrumentenanzeige mit Hilfe zweier Temperaturfühler zu bewirken,
deren einer der Temperatur des abgeschlossenen Luftvolumens, deren anderen der Temperatur
der freien Atmosphäre unterworfen ist. Auf diese Weise läßt sich der Einfluß einer
Temperaturändcrung der freien Atmosphäre, des abgeschlossenen Luftvolumens und des
Strömungswiderstandes auf die Variometeranzeige stark herabsetzen. Beispielsweise
ist die Ausführungsform die, daü der eine der vorzugsweise aus mehreren hintereinander
undjoder parallel geschalteten Widerständen bestehende Temperaturfühler in an sich
für solche Widerstände bekannter Weise auf stets gleiche Temperatur mit dem abgeschlossenen
Luftvolumen und der andere auf stets gleiche Temperatur mit der Außenluft gehalten
ist.
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Es empfiehlt sich, jedem Temperaturfühler einen Wärmeaustauscher
vorzuschalten, welcher die strömende Luft bereits vor Eintritt in den Strömungswiderstand
auf dessen Temperatur bringt. Hierzu kann dem in einer Thermosflasche untergebrachten
Temperaturfühler ein als Wärmeaustauscher dienendes Stück einer Luftzuführungsleitung
vorgeschaltet sein. Weiterhin kann dem unter der unmittelbaren Einwirkung der Temperatur
der freien Atmosphäre stehenden Temperaturfühler beiderseits je ein als Wärmeaustauscher
dienendes Stück einer Luftzuführungsleitung vorgeschaltet sein, das ebenfalls unter
der unmittelbaren Einwirkung der Temperatur der Außenluft steht. Dadurch ist bei
einer Strömung der Luft sowohl in Richtung auf die Thermosflasche als auch in Richtung
von der Thermosflasche gewährleistet, daß die strömende Luft bereits vor Eintritt
in den Strömungswiderstand dessen Temperatur angenommen hat.
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Die vorher geschilderten Maßnahmen haben zur Voraussetzung. daß das
eingeschlossene Luftvolumen vor raschen Temperaturänderungen geschützt ist. Dies
läßt sich durch eine gute Wärmeisolation und gegebenenfalls durch Vergrößerung der
Wärmekapazität des abgeschlossenen Luftvolumens erreichen, was jedoch nicht den
Gegenstand der Erfindung bildet. Die Wärmeisolierung des Hauptteils des abgeschlossenen
Luftvolumens erfolgt am zlieckmäßigsten in bekannter Weise durch Verwendung eines
Gefäßes mit Vakuummantel ¢Thermosflasche). Die Vergrößerung der Wärmekapazität kann
durch Einbau von Material großer Wärmekapazität, z. E. durch Einlegen von zerknitterter
Metallfolie, erreicht werden. Dadurch kann diesem Teil des abgeschlossenen Luftvolumens
eine solche Wärmeträgheit gegeben werden, daß die durch die unvermeidliche Wärmezu-
und -abfuhr herbeigeführte Temperaturänderung es eingeschlossenen Luftvolumens und
die dadurch bedingte Druckänderung zu vernachlässigen bleibt gegenüber der zu messenden
Luftdruckdifferenz. Der Temperaturausgleich innerhalb der Thermosflasche verläuft
dabei schneller, als wenn dieser nur gegen den leitenden Belag der Flaschemvandung
stattfindet.
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Ebenso wie für den Hauptteil des abgeschlossenen Luftvolumens gilt
es für den noch verbleibenden Rest des Luftvolumens in den Zuführungsleitungen,
als weiche in der Regel Gummileitungen in Frage kommen, und im Anzeigegerät eine
möglichst gute Wärmeisolierung zu erreichen.
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Durch die Wandungen dieser Teile vermag nämlich Wärme sich von außen
dem in diesen Teilen eingeschlossenen Luftvolumen mitzuteilen. Infolge davon könnte
durch Konvektion ein Wärmeeaustausch zwischen dem in der Thermosflasche eingeschlossenen
Hauptteil des Luftvolumens und dem übrigen Teil des eingeschlossenen Luftvolumens
auf. treten. Der dadurch bedingte Anzeigefehler läßt sich dadurch beträchtlich verringern,
daß die aullerhaib der Thermosflasche befindlichen eingeschlossenen Luftvolumina
möglichst klein gehalten werden. Außerdem empfiehlt es sich, diese Volumina so gut
wie möglich zu isolieren. Eine besonders gute Wärmelsolation der Verbindungsleitungen
läßt sich erfin. dungsgemäß dadurch erreichen, daß die Verbindun gsleitungen in
doppehvandige evakuierte Gefäße oder Röhren eingebaut ind.
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Der Wärmeaustausch läßt sich weiterhin selbstverständlich noch dadurch
erschweren, daß die Verbindungsleitungen der beiden auf verschiedenen Temperaturen
befindlichen Strömungssviderstände sowie der Verbindung der Thermosflasche mit dem
Anzeigegerät so eng gehalten werden, als es ohne wesentliche Beeinflussung der Anzeige
möglich ist. Die untere Grenze für die lichte Weite der Verbindungslehungen ist
dadurch gegeben, daß der Strömungswiderstand der Verbindungsleitungen klein sein
muß gegenüber dem Strömungswiderstand der Kapillaren. Als vorteilhaft hat sich erwiesen,
die lichte Weite der Zuführungen so klein zu wählen, daß der Strömungswiderstand
dieser Zuleitungen innerhalb der Grenzen von 0,1 Wo bis 10 Wo des kapilhren Widerstandes
liegt.
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Um den Wärmeübergang von der Luft in den Verbindungsleitungen zu
der Luft in der rhermosflasche bei Gleichheit der Drücke
des Inneren
der Thermosflasche und der freien Atmosphäre, also bei Horizontalflug des Luftfahrzeuges,
zu hemmen, können in den Verbindungsleitungen erflndungsgemäß siphonartige Rohrstücke
leingebaut sein.
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Der Erfindungsgegenstand sei an Hand der Abbildungen näher lerläutert.
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Abb. I zeigt ein Variometer mit zwei parallel geschalteten und Abb.
2 ein solches mit zwei hintereinandergeschalteten Kapillaren a, b.
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Abb. 3 zeigt einen mit einer Kapillaren zu einer Einheit zusammengeschlossenen
Wärmeaustauschere in Form eines Rohrstückes mit verhältnismäßig großer lichter Weite,
wiXe er für den Einbau in einer den größten Teil des abgeschlossenen Luftvolumens
aufnehmenden Thermosflasche gedacht ist. Der Wärmeaus tauscher hat die Temperatur
des Inneren der Thermosflasche. Die Luft, welche der Thermosflasche zufließt, nimmt
beim Durchströmen des Rohrstückes die Temperatur des Inneren der Thermosflasche
an.
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Abb. 4 zeigt die Kapillare a, der beiderseits je tein als Wärmeaustauscher
dienendes Rohrstückf, g vorgeschaltet ist. Die zu einer Einheit zusammengeschlossenen
Teile stehen unter der unmittelbaren Einwirkung der Temperatur der freien Atmosphäre
und nehmen daher diese Temperatur an. Bei einem Flugzeug z. B. sind sie aus dem
Flugzeugrumpf herausgeführt. An die Wärmeaustauscher f, g sind die Verbindungsleitungen,
z. B. vorzugsweise Gummileitungen, angeschlossen, von der die eine zu der Stelle
Ides Luftfahrzeuges hinführt, von der der statische, äußere Luftdruck abgenommen.
wird, und Ideren andere dem Inneren der Thermosflasche zugeführt wird.
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Hat die der Kapillare a von der Stelle, an der der statische Luftdruck
herrscht, zufließende Luft eine andere Temperatur als die Außentemperatur, so wird
sie beim Durchströmen des Rohrstückes/ auf die Temperatur der Kapillare a gebracht.
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Strömt Luft von der Thermosflasche der Kapillare a zu, so wird auch
diese Luft vor Durchströmen der Kapillare a durch das ebenfalls als Wärmeaustauscher
dienende Rohrstückig auf die Temperatur der Kapillare gebracht.
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Die Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsart der Ausbildung des der
Kapillarea beiderseits vorgeschalteten Wärmeaustauschers. In einem abgeschlossenen
metallischen Kastens befindet sich ein mit dem Gehäuse metallisch verbundenes Kapillarröhrchen
a. Das leine Ende dieser Kapillare mündet in das Innere des Kastens, während das'
andere Ende der Kapillare aus dem Gehäuse h herausgeführt ist. Ebenso ist das Innere
des G, ehäuses h herausgeführt. An die beiden Stutzen sind wieder, wie vorher, die
Gummileitungen angeschlossen, deren eine der Stelle zugeführt wird, an der der statische
Luftdruck herrscht, und deren andere mit dem Inneren der Thermosflasche in Verbindung
steht.
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Abb. 6 zeigt die Einschaltung von siphonartigen Rohrstücken i zwischen
den beiden Kapillaren a und b und zwischen dem Druckmesser und dem Inneren der Thermosflasche.
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Dieser Siphon hemmt den Wärmeübergang von der Luft in den einzelnen
Teilen der Verbindungen zu der Luft in der Thermosflasche, bei Gleichheit der Drücke
im Inneren der Thermosflasche und der freien Atmosphäre.
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Hierdurch wird vermieden, daß bieim Durchfliegen verschieden temperierter
Luftschichten im Horizontalfing, also bei statischem Druckzustand der Thermosflasche,
eine Temperaturänderung und damit eine Druckänderung in der Thermosflasche erfolgt.
Auch auf dieser Abbildung sind die den beiden Kapillaren vorgeschalteten Wärmeaustauscher
e bzw. f, g dargestellt. Die Rohrstücke i sind von einem doppelwandigen, levakuierten
Rohr k umgeben, um eine gute Wärmeisolierung der Verbindungsleitungen zu erreichen.
In gleicher Weise können auch die Verbindungsleitungen gegen Temperatureinflüsse
geschützt sein. Die Verbindungsleitungen sollen so eng wie irgendmöglich ausgebildet
slein. Wählt man z. B. die lichte Weite der Verbindungsleitungen (Gummischläuche)
zu 2 mm, so hat 1 m eines solchen Schlauches nur 0,2 010 des Widerstandes einer
Kapillare von 0,2 mm Durchmesser und 5 cm Länge.