DE755801C

DE755801C - Measurement method with gases, e.g. B. atmospheric air-filled cavities

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Publication number: DE755801C
Application number: DED72035D
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1936-02-06
Filing date: 1936-02-06
Publication date: 1953-04-27

Description

Meßverfahren an mit Gasen, z.B. atmosphärischer Luft gefüllten Hohlräumen Es ist bekannt, zum Untersuchen der physikalischen Eigenschaften eines Gases, bei spielsweise der Füllung eines Luftballons, einen Klangkörper zu verwenden und dessen von dem umgebenden Gas beeinflußte Tonhöhe zu messen. Dieses Verfahren hat den NachteiL, daß nur die in unmittelbarer Nachbarschaft des Klangkörpers befindliche und mit ihm gekoppelte Gasmasse erfaßt wird, so daß insbesondere der Inhalt eines Hohlraumes auf diese Weise nicht gemessen werden kann. Measurement method on cavities filled with gases, e.g. atmospheric air It is known to study the physical properties of a gas for example the filling of a balloon, to use a sound body and its measure the pitch influenced by the surrounding gas. This procedure has the disadvantage that only those in the immediate vicinity of the orchestra and with gas mass coupled to it is detected, so that in particular the content of a cavity cannot be measured this way.

Ferner ist es bekannt, zum Messen des Volumens eines Hohlraumes, z. B. des Zylinder inhaltes von Verbrennungsmotoren, das in ihm eWingeschlosEene Gas abwechsellnd zasam menzudrücken und zu entspannen. Beides erfolgt dabei durch Anblasen des Hohlraumes mit einer Pfeife, wobei die entstehende Schwingung die Eigenfrequenz des eingeschlossenen Gasvolumens ist. Dieses VerH fahren gibt nur dann richtige Meßwerte, wenn die Dimensionen des Hohlraumes klein gegen die Wellenlänge des entstehenden Tones sind.It is also known to measure the volume of a cavity, e.g. B. the cylinder content of internal combustion engines, the eWingeschlosEene gas in it alternately squeezing and relaxing. Both are done by blowing of the cavity with a whistle, the resulting oscillation being the natural frequency of the enclosed gas volume. Doing this is only correct Readings when the dimensions of the cavity are small compared to the wavelength of the emerging Tones are.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber durch Herabsetzen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems auch Hohlräume erheblich größerer Abmessungen zu untersuchen. In contrast, the invention enables the natural frequency to be reduced of the oscillation system to examine cavities of considerably larger dimensions.

Sie besteht darin, daß die Eigenfrequenz eines mechanischen Schwingungssystems beobachtet wird, dessen träge Masse neben der Masse des im Hohlraum eingeschlossenen Gases im wesentlichen aus einer mit der Masse des Gases gekoppelten, der Anzeige und Anregung der Eigenschwingung dienenden. zusätzlichen Masse besteht und dessen Direktionskrnft die Elastizität des eingeschlossenen Gases, gegebenenfalls neben der Elastizität eines Baugliedes ist. Während also bei dem bekannten Verfahren die Direktionskraft ebenso groß ist, die Masse aber nur von der Masse der im Rohransatz schwingenden Gassäule gebildet ist, ist erfindungsgemäß in dem Rohransatz beispielsweise eine Klappe gelagert, die durch die schwingende Gassäule mitgenommen wird und deren Masse sich zu der Masse der Gassäule addiert, so daß die Eigenfrequenz des aus gasförmigem und festem Körper gebildeten gesamten Schwingungssystems niedriger wird. Die Erfindung wird an zwei Aus führungsbeispielell, die in der Zeichnung dargestellt sind, beschrieben.It consists in the natural frequency of a mechanical vibration system observed whose inertial mass is next to the mass of the in the cavity enclosed gas essentially from a gas coupled with the mass of the gas, serving to display and excite the natural oscillation. additional mass and its directional power is the elasticity of the enclosed gas, if applicable next to the elasticity of a member. So while with the known method the directional force is just as great, but the mass only depends on the mass of the pipe socket vibrating gas column is formed according to the invention in the pipe socket for example a flap mounted, which is carried along by the oscillating gas column and its Mass is added to the mass of the gas column, so that the natural frequency of the gas and solid body formed overall vibration system becomes lower. The invention is based on two exemplary embodiments from which are shown in the drawing, described.

Abb. I ist eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung, Abb. 2 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung; Abb. 3 zeigt eine Anordnung mit Zusatzfedern. a ist der zu prüfende Behälter, b eine Verschlußplatte, auf der das Gerät angebracht ist, c eine Schwinglilappe an sich beliebiger Art, die durch das Gewidt e ausgewuchtet und dtehbar über einer zum Innern des Behälters c führenden Öffnung oder in der Behälterwand selbst angeordnet ist. Das Gegengewicht e kann auch federnd an der Klappe c befestigt sein, so daß mit dem aus der Klappe und der Luft im Behälter bestehenden Schwingungsgebilde ein zweites, bestehend aus Gegengewicht und Feder, gekoppelt ist. Fig. I is a pictorial representation of the device, Fig. 2 shows a section through a further exemplary embodiment of the device; Fig. 3 shows an arrangement with additional springs. a is the container to be tested, b a closure plate, on which the device is attached, c a flap of any kind, which is balanced by the Gewidt e and stretchable over one to the inside of the container c leading opening or is arranged in the container wall itself. The counterweight e can also be resiliently attached to the flap c, so that with the out of the flap and the air in the container a second vibration structure consisting of Counterweight and spring, is coupled.

Die \\tirliungsweise ist folgende: Die Schwinglilappe c wird so in beliebiger Weise in Schwingungen versetzt, daß die Luft im Behälter, mit der sie mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht, im Takte der Schwingung zusammengedrückt und entspannt wird. The way of doing this is as follows: The vibrating lobe c is thus in any way that the air in the container with which it vibrates is directly or indirectly connected, compressed in the cycle of the oscillation and is relaxed.

Die Eigenschlvingungszahl des Systems ist abhängig von der durch die Elastizität der Luftmenge im Tank gegebenen Direktionskraft und von den mitschwingenden Massen, die von der Luft, in erster Linie aber von der Klappe gebildet werden Die Eigenschwingungszahl ist also ein Maß für das Luftvolumen im Tank und damit für den Flüssigkeitsvorrat. Mit an sich bekannten Mitteln wird diese Eigenschwingungszahl angezeigt.The intrinsic number of the system depends on the Elasticity of the amount of air in the tank given directional force and from the resonant Masses formed by the air, but primarily by the valve The natural frequency of oscillation is therefore a measure of the volume of air in the tank and thus of the liquid supply. This natural frequency is determined by means known per se displayed.

Für die Direktionskraft eines Gaspolsters vom Querschnitt F und dem Volumen V gilt dP F2 d-w=X » V worin p den Druck des eingeschlossenen Gases und x den Exponenten der thermodynamischen Zustandsänderung bedeutet. For the directional force of a gas cushion of cross-section F and the Volume V applies dP F2 d-w = X »V where p is the pressure of the enclosed gas and x means the exponent of the thermodynamic change of state.

Die Gleichung zeigt aber auch, daß man andere Aufgaben damit lösen kann. So kann z. B. bei dem bekannten Volumen auf den (mittleren) Druck der eingeschlossenen Luft geschlossen werden. Ferner kann die Zusammensetzung von Gasgemischen bezüglich des Anteils an unvollkommenen Gasen, z. B. But the equation also shows that you can solve other problems with it can. So z. B. at the known volume to the (mean) pressure of the enclosed Air closed. Furthermore, the composition of gas mixtures can be related to the proportion of imperfect gases, e.g. B.

Dampf, bestimmt werden, da der Exponent der Zustandsänderung und damit die elastischen Eigenschaften vollkommener und unvollkommener Gase verschieden sind. Schließlich kann auf die akustischen Eigenschaften des Raumes geschlossen werden, wenn Druck und Volumen der Luft im Raume bekannt sind, da die Elastizität und Dämpfung der Wände, Decke, Boden und Einbauten die Eigenschwingungszahl des Schwingungsgebildes beeinflußt.Steam, to be determined as the exponent of the change of state and thus the elastic properties of perfect and imperfect gases are different. Finally, conclusions can be drawn about the acoustic properties of the room, if the pressure and volume of the air in space are known, there is elasticity and damping of the walls, ceiling, floor and built-in components, the natural frequency of the oscillation structure influenced.

In Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar schwingt in einem Zylinder f, dessen Volumen bekannt ist, ein Kolben g. Steht der Zylinder f mittels eines Rohres lt in irgendeiner Form mit einem Behälter a nach Art des in Abb. I gezeigten in Verbindung, so entspricht die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Abb. I, indem die Schwingklappe hinsichtlich ihrer Aufgabe als Bauglied für die Anregung und Anzeige der Schwingung durch den Kolben g ersetzt wird. In Fig. 2, a further embodiment is shown, namely a piston g oscillates in a cylinder f, the volume of which is known. Is the Cylinder f by means of a tube lt in some form with a container a after In connection with the type shown in Fig. I, the mode of operation corresponds to the embodiment according to Fig. I, by the swing flap with regard to its task as a component for the excitation and display of the oscillation is replaced by the piston g.

Die Massenwirkung der in dem Rohr lt befindlichen Luft ist in diesem Ausführungsbeispiel von wesentlichem Einfluß, da die Luft infolge des engeren Rohrquerschnittes bei der Schwingbewegung größere Wege zurückzulegen hat. Zwischen dieser Luftmasse und dem Kolben befindet sich die Luft des Raumes f, die wieder vorwiegend mit ihren elastischen Eigenschaften an dem Schwillgungsvorgang beteiligt ist. Die in lt befindliche Luft (vorwiegend Masse) stellt mit der in f befindlichen Luft, vorwiegend mit ihren elastischen Eigenschaften beteiligt, ein Schwingnngssystem dar, aus dessen Eigenfrequenz man z. B. auf die Größe der Luftmasse im Rohr h oder bei gegebenden Querschnittsabmessungen auf die Länge des Rohres lt schließen kann.The mass effect of the air in the pipe is in this Embodiment of considerable influence, since the air as a result of the narrower pipe cross-section has to cover greater distances during the swinging movement. Between this air mass and the piston is the air of space f, which again predominantly with their elastic properties is involved in the oscillation process. The in lt Air (predominantly mass) represents the air in f, predominantly its involved in elastic properties, a vibration system from its natural frequency one z. B. on the size of the air mass in the pipe h or given cross-sectional dimensions can infer the length of the pipe lt.

Die Schwingklappe c oder der Kolben g kommt nach einem einmaligen Anstoßen infolge Reibung und Dämpfung nach einigen Schwingungen wieder zur Ruhe. Für die Beobachtung und Messung der Schwingungen ist dieses oft ein Nachteil, der vermieden wird, wenn die Schwingklappe c oder der Kolben g in an sich bekannter Weise selbststeuernd in Dauerschwingungen erhalten wird. The swing flap c or the piston g comes after a one-off Impact due to friction and damping to rest after a few oscillations. This is often a disadvantage for the observation and measurement of the vibrations is avoided if the swing flap c or the piston g is known per se Way is obtained self-regulating in continuous oscillations.

Beim Vorhandensein von Dämpfen in dem zu messenden Behälter muß ihr Einfluß auf die Direktionskraft des Schwingungssystems kompensiert werden, wenn man auf denRauminhalt schließen will. Dies wird z. B. erreicht, wenn die Schwingungszahl nicht direkt gemessen wird, sondern mit der Schwlingunlgszahl eines Vergleichssystems verglichen wird, das in gleicher Weise von den Dämpfen beeinflußt wird. Der Vergleichsschwinger bekommt dann z. B. einen Luftraum, der so unverändert bleibt, im Gegensatz zu dem vom Vorrat abhängigen Luftraum in dem auszumessenden Behälter. Wird der Luftraum des Vergleichsschwingers mit dem Luftraum im Behälter durch ein enges Rohr oder eine kleine Bohrung verbunden, so können die Gase oder Dämpfe in den Luftraum des Vergleichsschwingers gelangen und hier die Direktionskraft genau so wie im Behälter beeinflussen, während die Größe des Luftraumes im Behälter die Direktionskraft des Vergleichsschwingers nicht beeinflußt, da ein Druckausgleich durch die enge Öffnung nur sehr langsam erfolgen kann. If there are vapors in the container to be measured, you must Influence on the directional force of the vibration system compensated if one wants to infer the contents of the room. This is z. B. achieved when the number of vibrations is not measured directly, but with the number of vibrations a comparison system is compared, which is influenced in the same way by the vapors will. The comparison oscillator then gets z. B. an airspace that is so unchanged remains in the area to be measured, in contrast to the airspace that is dependent on the supply Container. Becomes the air space of the comparison transducer with the air space in the container connected by a narrow pipe or a small hole, so the gases or Vapors get into the air space of the comparison transducer and this is where the directional force is exactly as in the container, while affecting the size of the air space in the container does not affect the directional force of the comparison oscillator, since a pressure equalization can only be done very slowly through the narrow opening.

Die Direktionskraft des schwingenden Systems kann durch weitere Federn, die an der Masse angreifen, erhöht oder erniedrigt werden. Man kann dadurch beispielsweise den Frequenzbereich, in dem die Eigenschwingungszahl des Systems ja nach dem physikalischen Zustand des Hohlraumes liegt, verschieben, einengen oder erweitern, die Mittellage der schwingenden Masse stabilisieren, unerwünschte Einflüsse, denen die Direktionskraft der im Behälter befindlichen Gase unterliegt, kompensieren und anderes mehr. In Abb. 3 sorgt z. B. die Feder i dafür, daß die Mittellage, um die die Klappe c schwingt, sich unter dem Einfluß von etwa vorhandenen kleinen Druckunterschieden zwischen dem Innenraum des Behälters und der Außenluft nicht allzusehr verschiebt. The directional force of the oscillating system can be increased by additional springs, which attack the crowd, are raised or lowered. You can for example the frequency range in which the natural frequency of the system depends on the physical State of the cavity lies, shifting, narrowing or expanding the central position stabilize the vibrating mass, undesirable influences which the directional force subject to the gases in the container, compensate and more. In Fig. 3 provides z. B. the spring i ensures that the central position around which the flap c swings, under the influence of any small pressure differences that may exist between the interior of the container and the outside air does not move too much.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Measurement methods with gases, e.g. B. more atmospheric Air-filled cavities for such physical properties of the cavity and its gas filling, which is achieved by compressing and releasing the enclosed Let the gas be determined, in particular for measuring the gas volume, characterized in that that the natural frequency of a mechanical vibration system is observed, its inert mass in addition to the mass of the gas enclosed in the cavity essentially from a display and excitation of the natural oscillation coupled with the mass of the gas serving additional mass and its directional force the elasticity of the enclosed gas, optionally in addition to; the elasticity of a construction leather is.

2. The method according to claim I, characterized in that the additional Mass (c) via a spring or an elastic gas volume with another, oscillatable stored mass (s) in connection.

3. The method according to claim I or 2, characterized in that a continuous oscillation with the natural frequency of the oscillation system through self-regulating Energy supply is maintained.

4. The method according to claims 1 to 3 for measuring the gas volume in the container, characterized by the use of an additional mechanical comparison oscillation system, whose gas volume is invariable and with the container gas volume by a narrow ; opening is in communication.

To differentiate the subject matter of the invention from the prior art are The following publications were considered in the granting procedure: German Patent Nos. 268 353, 390 752, 404809, 541274, 548687, 633 63I, 670 26I; Allgemeine Automobil-Zeitung, 192ß, No. 19, p. 27.