DE813611C - Temperaturmess- und Regelgeraet - Google Patents

Temperaturmess- und Regelgeraet

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DE813611C
DE813611C DEP16549D DEP0016549D DE813611C DE 813611 C DE813611 C DE 813611C DE P16549 D DEP16549 D DE P16549D DE P0016549 D DEP0016549 D DE P0016549D DE 813611 C DE813611 C DE 813611C
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Germany
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pressure
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temperature measuring
barometer
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Expired
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DEP16549D
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English (en)
Inventor
Hermann Dr Holzmann
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/32Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a fluid contained in a hollow body having parts which are deformable or displaceable

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Description

  • Temperaturmeß- und Regelgerät Druck und Volumen eines idealen Gases sind so exakte lineare Funktionen der Temperatur, daß hierauf eine Temperaturskala aufgebaut ist. Man sollte annehmen, daß diese Eigenschaft idealer Gase bevorzugt zur Temperaturmessung oder -regelung ausgenutzt wird. Bis heute gil>t es jedoch noch kein in der Technik verovendl)ares Temperaturmeß- oder Regelgerät auf der Grundlage der Wärmeausdehnung oder Druckänderung von Gasen. Die Gründe hierfür sind die störenden Einflüsse der schwankenden Raumtemperatur und des schxvankenden atmosphärischen Luftdruckes, welche die Entwicklung eines wirklich brauchl)aren Gerätes bislang verhindert haben.
  • Gegenstand der Erfindung ist nun ein Temperaturmeß- und Regelgerät für allgemeinste Verwendung in der Technik von sehr tiefen bis zu sehr hohen Temperaturen, das auf der thermischen Ausdehllung bzw. Drucksteigerung von idealen Gasen beruht, vsobei die wesentlichen Erfindungsmerkmale in den Maßnahmen zur Korrektur des Einflusses der Barometer- und Raumtemperaturschwankungen zu erblicken ist. Es wird im wesentlichen die Druck änderung der Gase benutzt, wobei allerdings auch kleine Volumenänderungen eintreten.
  • Der Erfindungsgedanke wird am hesten an einem Beispiel erläutert. In der Zeichnung Skizze I ist a das Fühlorgan in Form eines tubenähnlichen einseitig geschlossenen Rohres mit angesetzter Kapillare c, das, je nach der Höhe der Temperatur, bis zu welcher gemessen werden soll, aus hitzebeständigen Metallen, aus Glas, Quarzglas, Porzellan eder oxydkeramischem Material besteht. An das Kapillarende der Tube ist ein Röhrenfedermanometer b angeschlossen. Beim Erwärmen der gasgefüllten Tube erhöht sich der Druck, und der Manometerzeiger steigt entsprechend an.
  • Die Drucksteigerung eines abgeschlossenen Gasvolumens ergibt sich aus der Beziehung pv = ii RT.
  • Hierin hedeuten T die absolute Temperatur, p den sich bei der Temperatur T einstellenden Druck, v das Volumen des abgeschlossenen Gases, R die Gaskonstante, n die Anzahl der Mole.
  • Ein Teil der Kapillare sowie das Röhrenfedermanometer bleiben bei der praktischen Messung außerhalb des zu messenden Raumes, werden also nicht mit erhitzt und behalten demzufolge die Zimmertemperatur bei. Da sich aus diesem Grunde nicht die gesamte Gasmenge erhitzt, ist der angezeigte Druck etwas geringer als er entsprechend der obigen Formel sein müßte, und zwar wird die Differenz mit steigender Temperatur größer. Die Druckskala des Manometers muß deshalb empirisch in Temperaturgrade umgeeicht werden.
  • Mit der Ausfüllung des Röhrenfedervolumens ist der Einfluß der Zimmertemperatur weitgehend ausgeschaltet. Da aber auch eine Flüssigkeit eine verhältnismäßig hohe thermische Ausdehnung besitzt und ein Teil der außerhalb des zu messenden Raumes befindlichen Kapillare von Flüssigkeit frei bleibt, ist noch eine gewisse Abhängigkeit vorhandeln, die sich aber durch eine einfache Maßnahme beseitigen läßt. Es genügt vollkommen, auch wenn hohe Anforderungen an die Meßgenauigkeit gestellt werden, wenn der Manometerzeiger aus Bimetall hergestellt wird, das sich bei Temperaturänderungen leicht krümmt oder streckt. Legierungszusammensetzung, Länge und Dicke des Bimetallzeigers können immer so gewählt werden, daß eine möglichst genaue Korrektur der Stellung der Zeigerspitze erreicht wird.
  • Ein besonderer Vorteil der Ausfüllung des Röhrenfedervolumens mit einer Flüssigkeit besteht noch darin, daß durch die Verkleinerung von v2 die tatsächlich sich einstellendenDrücke nur noch wenig von den theoretischen Drücken abweichen.
  • Den Einfluß der Barometerschwankungen könnte man vollständig beseitigen, wenn man das Gehäuse des Manometers gasdicht ausbildet und evakuiert.
  • Bei reinen Temperaturmeßgeräten läßt sich diese Maßnahme durchführen. Sobald aber nicht nur gemessen, sondern auch geregelt werden soll, treten Schwierigkeiten auf. Der Mechanismus zur Einstellung der Ein- und Ausschaltkontakte auf den zu regelnden Temperaturbereich müßte vakuumdicht durch das Gehäuse hindurchgeführt werden oder elektromagnetisch erfolgen. Bei jeder Auswechslung eines elektrischen Kontaktes würde eine erneute Evakuierung des Gehäuses erforderlich sein. Aus diesem Grunde ist die allgemeine Verwendung von Geräten mit evakuiertem Manometergehäuse kaum möglich.
  • Um diesen Schwierigkeiten zu entgehen, wurde eine mechanische Vorrichtung entwickelt, die den Einfluß des schwankenden Barometerstandes korrigiert. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß an Stelle des Zeigers auf der Drehachse des Manometers, d. h. fest mit dieser verbunden, ein Organ sitzt, das bei eintretenden Anderungen des atmosphärischen Luftdruckes reversible mechanische Formänderungen erleidet, die zur Korrektur der Zeigerstellung ausgenutzt werden. Der Zeiger selbst sitzt hierbei nur lose auf der Drehachse und wird durch eine Hebelübertragung von dem vorgenannten Organ bei der Drehung der Achse mitgeführt. Dieses Organ kann beispielsweise eine evakuierte Röhrenfeder oder eine Barometerdose sein, die auf Luftdruckschwankungen ansprechen.
  • In dem schon erwähnten Ausführungsbeispiel der Zeichnung Skizze 2 ist c die mit Flüssigkeit gefüllte Röhrenfeder, welche den in der Tube a bei der zu messenden Temperatur sich einsteilenden Druck aufnimmt. Auf der Achse des Manometers sitzt die Dose d. Der Manometerzeiger e sitzt auf einer ge sonderten Achse, die sich jedoch genau in der Verlängerung der Manometerachse befindet. Bei Anderungen des Luftdruckes ändert sich die Höhe der Dose d, wodurch sich der Mittelpunkt f des Dosendeckels auf- oder abbewegt. Diese Bewegung wird über das Hebelsystem g auf den frei beweglichen Zeiger e übertragen und dadurch die Zeigerstellung verändert.
  • Ein Steigen oder Fallen der Zimmertemperatur ruft eine entsprechende Temperaturänderung und damit Druckänderung des Gasvolumens in der Röhrenfeder und in einem Teil der Kapillare hervor, wodurch eine Änderung des Zeigerstandes eintritt. Die Größe der hierdurch bedingten Fehlmessung hängt von dem Verhältnis des Gasvolumens V1 im Fühlorgan zum Gasvolumen V2 in Kapillare und Röhrenfeder ab und wird außerdem von der Temperaturdifferenz zwischen Vt und V2 beeinflußt, wie folgende Überlegung zeigt. Da im gesamten System der gleiche Druck, herrscht, ergibt sich die Beziehung wobei nu und n2 die Anzahl der Mole in den Volumen v1 und v2 und T1 und T2 die dazugehörigen absoluten Temperaturen bedeuten. Die Molzahlen n1 und n2 sind daher veränderlich. Mit steigender Differenz T1 und T2 wächst n2, d. h. ein Teil der Moleküle wandert von der Tube nach der Röhrenfeder.
  • Die Druckänderung, die das Gasvolumen v2 erfährt, wenn die Zimmertemperatur T2 sich ändert, ist selbstverständlich entsprechend der Beziehung R R rt, T um so größer, je größer np, d. h. also v-2 je größer T-T2 ist. Dadurch wird die Verschiebung der Zeigerstellung, d. h. also der Meßfehler infolge Anderung der Zimmertemperatur um so größer, je höher die zu messende Temperatur ist. Wäre dies nicht der Fall, so könnte man den Einfluß der schwankenden Zimmertemperatur vernachlässigen, sobald man nur das Volumen v2 sehr klein wählt im Verhältnis zu dem Volumen v1.
  • Ein Verhältnis von I: : IO wäre dann im allgemei nen ausreichend, da Änderungen der Zimmer temperatur nur mit Io°!0 in die Messungen eingingen. So aber sind besondere Maßnahmen er- forderlich, um den bei höherer Temperatur stärker ins Gewicht fallenden Einfluß der Zimmertemperaturschwankungen zu kompensieren.
  • Die einfachste Maßnahme ist die weitestgehende Verkleinerung des Gasvolumens v2 durch Ausfüllen des Hohlraumes der Röhrenfeder und evtl. eines Teils der Kapillare mit einer Flüssigkeit. Es hat sich gezeigt, daß die Druckübertragung einwandfrei erfolgt, wenn eine nicht allzu schwer bewegliche Flüssigkeit gewählt wird. Außerdem darf die Flüssigkeit nur einen sehr geringen Dampfdruck aufweisen; besonders geeignet hierfür sind siliciumorganische Verbindungen. Aber auch Stoffe wie Äthylenglykol oder Glycerin sind verwendbar. Für den Fall, daß Bimetall Verwendung findet, wird nur der der Zeigerspitze zugekehrte Teil des Zeigers aus diesem Werkstoff hergestellt, so daß der Mitnehmer 11, der sich zweckmäßigerweise in Achsennähe befindet, nicht den Bimetallteil des Zeigers berührt.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine automatische Korrektur der Zeigerstellung bei Luftdruckschwankungen ist in Skizze 3 dargestellt. Abweichend von dem vorherigen Beispiel ist die Barometerdose d nicht mit der Zeigerachse fest verbunden, sondern befindet sich an beliebiger Stelle innerhalb des Manometergehäuses. Die Bewegungen der Barometerdose werden vergrößert von dem Hebel i aufgenommen, an dessen Ende eine Scheibe k drehbar gelagert ist. Der Drehpunkt der Scheibe befindet sich genau in der Verlängerung der Zeigerachse. Der an der Scheibe befestigte kegelförmige Stift 1 bewegt sich entsprechend den Bewegungen der Barometerdose zwischen dem fest mit der Achse verbundenen kurzen Hilfszeiger m und dem lose auf der Achse sitzenden Zeiger n und verschiebt dadurch den Zeiger in der gewünschten Weise. Die Feder o bewirkt, daß der Zeiger stets an dem Stift anliegt. Der Hilfszeiger m nimmt den Stift bei seiner Bewegung stets mit, so daß die Bewegungen der Barometerdose in jeder Zeigerstellung übertragen werden.
  • Bei dem beschriebenen Gerät handelt es sich, wie gesagt, um ein Ausführungsbeispiel, daß den folgenden allgemeinen Erfindungsgedanken erläutert.
  • Durch Ausfüllen des Hohlraumes eines Druckanzeigegerätes wie Röhrenfedermanometer, Dosenmanometer, Membranmanometer usw. mit einer Flüssigkeit und evtl. zusätzliche Verwendung von Bimetall als Zeigerwerkstoff wird der Einfluß der schwankenden Zimmertemperatur und durch die Koppelung des Manometerzeigers mit einem auf Schwankungen des Barometerstandes mit Formänderung reagierenden Organs der Einfluß schwankenden atmosphärischen Luftdrucks ausgeschaltet.
  • PATENTANSPROCHE: I. Temperaturmeß- und Regelgerät auf der Grundlage der thermischen Ausdehnung von Gasen, bestehend aus einem das Gasvolumen einschließenden Gefäß, an welches über eine Kapillare ein Manometer angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des den Druck aufnehmenden Organs zur Vermeidung des störenden Einflusses der schwankenden Zimmertemperatur mit einer Flüssigkeit ausgefüllt und evtl. zusätzlich der Manometerzeiger aus Bimetall hergestellt ist und daß zur Ausschaltung der störenden Einflüsse des schwankenden Barometerstandes das Manometergehäuse evakuiert oder der Manometerzeiger mit einem Organ gekoppelt ist, das auf Änderungen des Barometerstandes anspricht und dadurch die Zeigerstellung korrigiert.

Claims (1)

  1. 2. Temperaturmeß- und Regelgerät gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit organische Siliciumverbindungen oder mehrwertige Alkohole Verwendung finden.
DEP16549D 1948-10-02 1948-10-02 Temperaturmess- und Regelgeraet Expired DE813611C (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP16549D DE813611C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Temperaturmess- und Regelgeraet

Applications Claiming Priority (1)

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DEP16549D DE813611C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Temperaturmess- und Regelgeraet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE813611C true DE813611C (de) 1951-09-13

Family

ID=7366094

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DEP16549D Expired DE813611C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Temperaturmess- und Regelgeraet

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