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Verfahren zur Herstellung von Quecksilber-Thermometern und Anordnung
zu seiner Durchführung
Beim Herstellen von Quecksilber-Thermometern geht man folgendermaßen
vor: Eine Vielzahl von Thermometern, die zunächst noch an ihrem Kapillarenende offen
sind, wird mit den offenen Enden der Kapillaren nach unten in ein Vakuumgefäß eingebracht.
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Dieses Gefäß wird evakuiert. Dann läßt man Quecksilber so weit in
das Gefäß eintreten, daß die offenen Enden der Kapillaren von Quecksilber überdeckt
sind.
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Anschließend läßt man Luft in das Gefäß eintreten, und der Druck der
Atmosphäre treibt das Quecksilber in das Thermometer hinein.
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Das Evakuieren des Thermometers vor der Füllung mit Quecksilber erfolgt
also aus zwei Gründen: Zunächst braucht man den äußeren Überdruck, um das Quecksilber
in das Thermometer hineinzutreiben. Dann aber soll das Quecksilber das Ausdehnungsgefäß
möglichst vollständig ausfüllen, da ein Rest von Luft infolge ungenügenden Evakuierens
eine Luftblase im gefüllten Thermometer ergibt, die ihrerseits Anlaß zu einer erhöhten
Ausdehnung gibt.
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Eine genauere Überlegung führt zu der Feststellung, daß keiner dieser
beiden Gründe eine restlose Evakuierung des Thermometers erfordert. Da die thermische
Ausdehnung der Luft etwa zumal so groß ist wie die des Quecksilbers, so wird bei
einer Evakuierung auf llloooo des normalen Luftdruckes, also auf etwas weniger als
O, I Torr, die Ausdehnung des Quecksilbers durch die verbleibende Luftblase um etwa
0,20/0 zu groß erscheinen, und diese Abweichung wird zwangsläufig in die Eichung
des Thermometers eingehen, tritt also beim Gebrauch des Thermometers nicht in Erscheinung.
Und ebenso ist diese Restfüllung mit Luft für das Füllen praktisch ohne Belang,
denn es ist bedeutungslos, ob das Quecksilber durch die Kapillare
von
einem Überdruck getrieben wird, der 99,990/, oder aber IOOO,'0 des normalen Luftdruckes
beträgt.
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Gleichwohl macht man die Erfahrung, daß man die Evakuierung der Thermometer
sehr weit treiben muß, wenn man eine einwandfreie Füllung erzielen will. Insbesondere
gilt dies bei Thermometern mit sehr enger Kapillare, wie sie beispielsweise bei
Fieberthermometern vorliegen.
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Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß diese sorgfältige Evakuierung
der Thermometer vor der Füllung erforderlich ist, um die Kapillardepression des
Quecksilbers gegenüber der Glaswandung herabzusetzen. Es ist bekannt, daß die Kapillardepression
des Quecksilbers gegenüber einer Glaswandung weitgehend vom Oberflächenzustand der
Wandung abhängt. Es zeigt sich nun, daß das an die Glaswand gebundene Wasser in
erster Linie für die starke Kapillardepression des Quecksilbers gegenüber Glas verantwortlich
zu machen ist.
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So scheinen denn auch, nachdem man diese Erkenntnis gewonnen hat,
die bisher üblichen, auf Grund reiner Empirie aufgestellten Pumpverfahren (Forderung
nach sehr hohem Vakuum, das freilich nur im die Thermometer aufnehmenden Vakuumgefäß
gemessen wird, nach teilweise stundenlangem Erhitzen der Thermometer vor und/oder
während des Evakuierens) unbewußt darauf abzuzielen, diese Wasserhaut zu beseitigen,
nicht weil ein schlechtes Vakuum das Füllen unmöglich macht oder die Anzeige unzulässig
fälscht, sondern weil diese Wasserhaut als solche der Kapillardepression solch hohe
Werte gibt, daß der Druck der Atmosphäre das Quecksilber nicht durch die Kapillare
zu treiben vermag.
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In klarer Erkenntnis nun der Tatsache, daß es eine wesentliche Aufgabe
des Pumpprozesses ist, die Kapillardepression des Quecksilbers an der Glaswand durch
eine mehr oder minder weitgetriebene Befreiung der Oberfläche der Kapillare von
der adsorbierten Wasserhaut herabzusetzen und damit eine einwandfreie Füllung des
Thermometers zu gewährleisten, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Herstellung
von Quecksilber- Thermometern in der Weise durchgeführt, daß vor dem Füllen des
Thermometers mit Quecksilber, insbesondere während des Evakuierens, gegebenenfalls
aber auch, während der äußere Überdruck das Quecksilber bereits in die Kapillare
zu treiben bemüht ist, eine Hochfrequenzentladung durch die Kapillare geleitet wird.
Eine solche Hochfrequenzentladung kann beispielsweise mit Hilfe eines der üblichen
Hochfrequenzvakuumprüfer erzeugt werden. Will man diese Hochfrequenzentladung bereits
während des Pumpvorganges durch die Kapillare leiten, so wird man zweckmäßig von
den bisher üblichen Pumpanordnungen abgehen. Anordnungen, wie sie zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignet sind, werden im folgenden beschrieben und sind gleichfalls
Gegenstand der Erfindung : In vielen Fällen genügt es jedoch, die Hochfrequenzentladung
unter Beibehaltung des bisherigen Pumpverfahrens erst anschließend an den Pumpprozeß
durchzuführen, wenn also der äußere Luftdruck das Quecksilber bereits in das Quecksilbervorratsgefäß
hineingetrieben hat, welches sich am offenen Ende der Kapillare befindet und welches
nach beendeter Füllung von Kapillare und Ausdehnungsgefäß meist beim Zuschmelzen
des Thermometers entfernt wird, während der äußere Luftdruck noch nicht vermocht
hat, die Kapillardepression zu überwinden.
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Leitet man jetzt eine Hochfrequenzentladung durch die Kapillare,
so bemerkt man sofort, wie der Luftdruck das Quecksilber in die Kapillare hineintreibt.
Da die Wirkung dieser Hochfrequenzentladung darin besteht, Wasser und gegebenenfalls
sonstige an der Wandung adsorbierte Stoffe freizusetzen, so besteht in diesem Fall
die Wirkung der Hochfrequenzentladung zweifellos nicht darin, das Vakuum zu verbessern,
im Gegenteil, das Vakuum wird durch die frei gemachten Gase bzw. durch den Wasserdampf
verschlechtert, sondern einzig in der Verminderung der Kapillardepression durch
die Reinigung der Oberfläche.
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Es zeigt sich, daß das Zünden der Hodlfrequenzentladung in vielen
Fällen erleichtert wird, wenn man das Ausdehnungsgefäß, gegebenen falls auch die
Kapillare, vor oder während des nurchleitens der Hochfrequenzentladung erwärmt.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, insbesondere
zur Durchführung der Hochfrequenzbehandlung während des Pumpens, erweist sich eine
Pumpanordnung als vorteilhaft, bei der eine Vielzahl von Thermometern mit ihren
offenen Enden vakuumdicht in geeignete Bohrungen bzw. Öffnungen eingeführt ist,
so daß die Außenwandungen der Thermometer während des Evakuierens dem äußeren Luftdruck
ausgesetzt sind, insbesondere in der Weise, daß die offenen Enden der Thermometer
in eine entsprechende Anzahl von Bohrungen einer Gummiplatte eingeführt werden,
wobei diese Gummiplatte ihrerseits auf einer mit den gleichen Bohrungen versehenen
festen Platte, vorzugsweise Stahlplatte, aufliegt. Dabei wird man zweckmäßig diese
Gümmiplatte an ihrem Rand vakuumdicht auf die feste Platte aufpressen.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer
Anordnung, wie sie gleichfalls Gegenstand der Erfindung ist, wird im folgenden an
Hand der schematischen Zeichnung beispielsweise beschrieben: Eine Gummiplatte a
wird von einer Stahlplatte b getragen. Beide Platten sind mit einer Vielzahl korrespondierender
Löcher c, d versehen, in die die zu pumpenden und zu füllenden Thermometer e so
weit eingeführt werden, daß sich das Quecksilbervorratsgefäß f vakuumdicht auf den
Rand des Loches c in der Gummiplatte a aufsetzt. Eine vakuumdichte Verbindung zwischen
Gummiplatte a und Stahlplatte b an ihrem gemeinsamen Rand wird durch einen Stahlring
g herbeigeführt, der mittels Schrauben h beide Platten fest aneinanderpreßt.
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Die Stahlplatte b ist ihrerseits vakuumdicht, abgedichtet durch den
in einer entsprechenden Nut liegenden Gummiringi, aufgesetzt auf die Grundplattek.
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Diese Grundplatte ist mit einer Ausnehmung versehen, in die die offenen
Enden der zu pumpenden Thermometer hineinragen. Diese Ausnehmung bildet also den
eigentlichen Vakuumraum. Die Zeichnung läßt erkennen, daß der Vakuumraum einer solchen
Anordnung nur einen geringen Bruchteil jenes Volumens beträgt, das bei den bisher
üblichen Anordnungen zu
evakuieren war. Somit kann man eine solche
Anordnung wesentlich rascher evakuieren bzw. die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit
der Pumpen beträchtlich reduzieren.
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Zur Evakuierung dient das Glasrohr, das vakuumdicht in den Boden
der Grundplatte k eingekittet ist. Dabei ist der Durchmesser dieses Rohres derart
eng gewählt, daß das beim Füllen der Thermometer in dieses Rohr eintretende Quecksilber
beim Unterdrucksetzen durch den Luftzug wieder herausgerissen wird. Zur Zuführung
des Quecksilbers und zu seiner Ableitung nach erfolgter Füllung ist weiterhin das
Glasrohr vakuumdicht in die Grundplatte k eingekittet.
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Das Pumpen und Füllen geht nunmehr in folgender Weise vor sich: Eine
entsprechende Anzahl von Thermometern wird in die Löcher c vakuumdicht eingesetzt.
Alsdann wird das Vakuumgefäß mitsamt den Thermometern durch das Pumprohr m evakuiert.
Sobald das Vakuum einen hinreichend hohen Wert erreicht hat, daß sich mit dem Hochfrequenzvakuumprüfer
oder einem ähnlichen Gerät in dem jetzt oben befindlichen Ausdehnungsgefäß der Thermometer
eine Hochfrequenzentladung zünden läßt, werden die Kapillaren sämtlicher Thermometer
nacheinander mit der Hochfrequenzentladung gereinigt, indem man nacheinander die
einzelnen Ausdehnungsgefäße der Thermometer mit der Elektrode des Hochfrequenzvakuumprüfers
ahstreicht. Dabei genügt es, die Hochfrequenzentladung wenige Sekunden lang durch
die einzelne Kapillare fließen zu lassen. Gegebenenfalls unterstützt man das Zünden
der Entladung durch ein kurzzeitiges Anwärmen der Ausdehnungsgefäße, etwa mit einem
kleinen Flämmchen. Sobald man in sämtlichen Thermometern die Hochfrequenzentladung
hat brennen lassen, kann man die Evakuierung abbrechen (die Entladung läßt sich
nur bei hinreichendem Vakuum im Ausdehnungsgefäß zünden) und die Füllung beginnen.
Hierbei läßt man zunächst Quecksilber durch das Rohrn in das Vakuumgefäß eintreten,bis
dieses restlos gefüllt ist und bereits einige Zentimeter hoch im Rohrm steht. Alsdann
schließt man den (nicht dargestellten) Hahn in derQuecksilberleitung undläßtAtmosphärendruck
in die Apparatur eintreten. Sofort füllen sich die Vorratsgefäße f der einzelnen
Thermometer und anschließend steigt das Quecksilber durch die Kapillaren in die
Ausdehnungsgefäße. Wenn auch das restlose Füllen der Ausdehnungsgefäße eine geraume
Zeit dauert, so erkennt man doch sehr rasch, ob die einzelnen Thermometer vollaufen.
Sollte bei dem einen oder anderen Thermometer das Quecksilber keine Neigung zeigen,
die Kapillare zu füllen, so kann man durch nochmalige Hochfrequenzentladung, gegebenenfalls
nach Erwärmung des Ausdehnungsgefäßes, nachhelfen. Sobald das Quecksilber beginnt,
aus den Vorratsgefäßen in die Kapillaren zu steigen, kann man bereits die einzelnen
Thermometer von der Apparatur abnehmen, umkehren und an gesonderter Stelle restlos
vollaufen lassen. Die Anordnung selbst kann dann gleich aufs neue beschickt werden.
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Die im vorstehenden beschriebene Pumpanordnung ist speziell im Hinblick
auf das Pumpen von Quecksilber-Thermometern unter Anwendung einer Hochfrequenzentladung
zum Reinigen der Kapillare entwickelt worden. Diese Anordnung bietet jedoch vakuumtechnisch
solche Vorteile gegenüber den bisher üblichen Anordnungen, daß man sie auch mit
Vorteil zum Pumpen sonstiger Flüssigkeitsthermometer verwenden kann, die ein Pumpen
mit Hochfrequenzentladung nicht erforderlich machen, weil es hier nicht gilt, die
Kapillardepression in der Kapillare herabzusetzen. Bemerkt sei ferner noch, daß
es mit Hilfe der Erfindung gelingt, die Kapillardepression so weit herabzusetzen,
daß man bei Quecksilber-Thermometern zu engeren Kapillaren übergehen kann, als sie
die bisherige Fülltechnik zuläßt.