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Differential-Dampfdruckthermometer
Die bekannten Differential -Dampfdrucktherm
ometer weisen im wesentlichen zwei oder mehrere temperaturempfindliche Stellen auf,
die mit einer Flüssigkeit und deren Dampf gefüllt sind. D;e Dampfräume sind durch
einen Druckmesser miteinander verbunden. In ihrer einfachsten Form bestehen die
Differential-Dampfdruckthermometer aus einem geschlossenen U-Rohr, das teilweise
mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Äther, gefüllt ist. Über dieser Flüssigkeit
muß beim Meßvorgang in jedem Schenkel ein Dampfraum vorhanden sein. Wird der eine
Dampfraum stärker erwärmt als der andere, dann drückt der stärker erwärmte Dampf
die Flüssigkeit so weit herab, daß der erhöhte Dampfdruck durch die Gegenkraft der
Niveaudifferenz kompensiert wird. Im allgemeinen wird der dampfliefernden Flüssigkeit
eine zweite Flüssigkeit eines wesentlich geringeren Dampfdruckes als Sperrflüssigkeit
unterlagert. Hierfür wird fast durchweg Quecksilber verwendet. Die Sperrflüssigkeit
trennt dann die beiden Flüssigkeitsräume; ihre Grenzflächen gegenüber denselben
dienen zur Anzeige.
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Diese bekannte Vorrichtung hat mehrere Nachteile.
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Bei einer Abkühlung des gesamten Gerätes sinkt der Innendruck auf
sehr kleine Werte. Ein geringer Innendruck bringt aber die Gefahr mit sich, daß
sich die dampfliefernde Flüssigkeit in die Säule der beispielsweise aus Quecksilber
bestehenden Sperrflüssigkeit drängt. Dies kann durch alle möglichen Zufälligkeiten,
wie
Erschütterungen, besonders beim Transport, übermäßig geneigte Lage, lokale Erwärmung
od. dgl., herbeigeführt werden. Sobald aber der Zusammenhang der Sperrflüssigkeitssäule
aufgehoben ist, lassen sich einwandfreie Messungen nicht mehr durchführen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil der
bekannten Differential-Dampfdruckthermometer zu vermeiden, und besteht darin, daß
auf deren Innenraum, gegebenenfalls vorzugsweise im Bereich der die Dampfräume trennenden
Sperrflüssigkeit, ein federnder Druck derart einwirkt, daß der Innendruck niemals
unter einen bestimmten Wert sinken kann. Demzufolge kann ein Unterbrechen des Zusammenhanges
der Sperrflüssigkeitssaule nicht eintreten. Da der Druck naturgemäß gleichmäßig
auf beide Dampfräume einwirkt, wird die Arbeitsweise des Differential-Dampfdruckthermometers
nicht gestört.
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Der federnde Druck kann auf unterschiedliche Art und Weise erzeugt
werden. So kann der Innenraum unter dem Druck einer bzw. mehrerer federnder Druckvorrichtungen,
wie Membranen, federnd belasteter Kolben od. dgl., stehen. Diese Druckvorrichtung
kann unmittelbar, beispielsweise am tiefsten Punkt des U 4örmig gestalteten Differential-Dampfdruckthermometers
oder an einem mit diesem Punkt in Verbindung stehenden gesonderten Raum angeordnet
sein.
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Der Innenraum kann auch unter dem Druck eines mit ihm verbundenen,
mit Gas und außerdem gegebenenfalls Flüssigkeit gefüllten Raumes stehen. In diesem
Falle zweigt zweckmäßig vom tiefsten Punkt des Diflerential-Dampfdruckthermometers
ein aufsteigendes, an seinem Ende geschlossenes Rohr ab, in dem die Sperrflüssigkeit
entsprechend dem Druck des im geschlossenen Ende enthaltenen Gases steigt.
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Der Innenraum des Differential-Dampfdruckthermometers kann auch durch
die federnde Druckvorrichtung in zwei Kammern geteilt sein. Auf diese Art und Weise
wird unter allen Umständen unterbunden, daß die dampfliefernde Flüssigkeit von dem
einen Dampfraum in den anderen übertreten kann. In diesem Falle ersetzt die die
Dampfräume trennende federnde Druckvorrichtung die Sperrflüssigkeit. Diese erübrigt
sich dann.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ändert sich naturgemäß der
Stand der Sperrflüssigkeit, der zur Messung abgelesen wird, mit der mittleren Temperatur
der beiden Thermometerdampfräume, da die Sperrflüssigkeit mit steigender allgemeiner
Temperatur und mit entsprechend steigendem Druck in den Dampfräumen in immer stärkerem
Maße in den Raum gedrückt wird, der beim Ausweichen der federnden Druckvorrichtung
gebildet wird. Um diese Verschiebung des Meßniveaus zu vermeiden, kann zur Begrenzung
der Bewegung der federnden Druckvorrichtung ein vorzugsweise verstellbarer Anschlag
vorgesehen sein. Dieser verstellbare Anschlag kann zweckmäßig aus einer Stellschraube
gebildet werden, gegen die sich die ausweichende federnde Druckvorrichtung, wie
beispielsweise eine Membran oder ein federnd belastet er Kolben, legt.
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Steht der Innenraum unter dem Druck eines mit ihm verbundenen, mit
Gas und außerdem gegebenenfalls Flüssigkeit gefüllten Raumes, so kann zur Begrenzung
der Bewegung der Gasraum sehr klein gewählt werden.
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Das erfindungsgemäße Differential-Dampfdruckthermometer kann,mit
einem absoluten Druckmesser verbunden sein, der das Mittel der von den beiden Dampfräumen
des Thermometers gemessenen Temperatur anzeigt. Dieser Druck- und Temperaturmesser
wird bei den Ausführungsformen, bei denen der Innenraum des Differential-Dampfdruckthermometers
unter dem Druck eines mit ihm verbundenen, mit Gas und außerdem gegebenenfalls Flüssigkeit
gefüllten Raumes steht, beispielsweise durch die zu diesem Raum führende Sperrflüssigkeitssäule
gebildet. Steht der Innenraum unter dem Druck einer federnden Druckvorrichtung bzw.
wird der Innenraum durch die federnde Druckvorrichtung in zwei Kammern unterteilt,
so kann diese Druckvorrichtung mit einem Druckanzeiger verbunden sein und bildet
dann den absoluten Druck-bzw. Temperaturmesser.
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Die mittlere Temperatur kann im übrigen am mittleren Stand der Sperrflüssigkeit
in den Meßkapillaren abgelesen werden.
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Im Interesse einer möglichst hohen Empfindlichkeit wird das Differential-Dampfdruckthermometer
mit dampfliefernden Flüssigkeiten beschickt, die frei von Beimischungen, deren Dampfdruck
nicht wesentlich unter dem ihrigen liegt, insbesondere gasfrei sind. Denn durch
die Überlagerung von Einzeldampfdrucken, wie sie bei Stoffmischungen vorliegen könnte,
würde der Temperaturkoeffizient des Gesamtdruckes Unstetigkeiten aufweisen und demzufolge
die Anzeige des Thermometers unberechenbar werden. Insbesondere setzen eingeschlossene
Gase die Empfindlichkeit der Anzeige sehr stark herab.
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Vornehmlich bei der Verwendung von reinen, dampfliefernden Flüssigkeiten
erfolgt im Falle, daß bei einer vorhergehenden stärkeren Abkühlung des Thermometers
die Dampfphase verschwindet und nurmehr Flüssigkeit in den Dampfräumen enthalten
ist, bei der nachfolgenden Erwärmung die. erste Dampfbildung nahezu explosionsartig.
Um zu vermeiden, daß hierdurch die Säule der Sperrflüssigkeit in mehrere Teile zerreißt,
werden vorzugsweise an den Grenzflächen der Sperrflüssigkeit deren Bewegung hemmende
Vorrichtungen, wie insbesondere eine kapillare Ausbildung des Innenraumes, vorgesehen.
Hierdurch wird vermieden, daß der bei einer Überhitzung auftretende Verdampfungsstoß
sich unmittelbar auf die Sperrflüssigkeit fortpflanzt. Vielmehr wird dieser Gasstoß
gebremst, so daß die Bewegung der Sperrflüssigkeit genügend langsam erfolgt. Außer
durch eine kapillare Ausbildung des Innenraumes kann die die Bewegung hemmende Vorrichtung
auch aus einer Fritte, einem beschränkt durchlässigen Rückschlagventil od. dgl.
gebildet werden.
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Zweckmäßig werden die Dampfräume aus Metall gebildet bzw. mit einem
Metallüberzug versehen. Dadurch wird nicht nur die Anzeige beschleunigt, sondern
auch insbesondere bei lokal begrenzter Temperatureinwirkung im Bereich der temperaturempfindlichen
Stellen des Thermometers die dort auftretenden Temperaturen gemittelt angegeben.
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Das erfindungsgemäße Differential-Dampdruck-
thermometer
kann mit elektrischen Kontaktgebern ausgerüstet sein, die in üblicher Art und Weise
in den Stromkreis einer Anzeige- oder Reglervorrichtung eingeschaltet sein können.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Differential-Dampfdruckthermometers dargestellt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 sind die beiden Schenkel des
U-förmig gestalteten Differential-Dampfdruckthermometers mit I und 2 bezeichnet.
Von dem tiefsten Punkt des Thermometers ist ein an seinem freien Ende geschlossenes
Rohr 3 abgezweigt, das im wesentlichen parallel zu den Rohren I und 2 liegt. In
den Dampfräumen 4 und 5 befindet sich flüssiger bzw. gasförmiger Äther. Als Sperrflüssigkeit
dient das Quecksilber 6, dessen Höhe in dem Rohr 3 unter anderem durch den Druck
des Luftpolsters 7 bestimmt wird. Der Stand des Quecksilbers in dem Rohr gibt unmittelbar
die mittlere an den Dampfräumen 4 und 5 herrschende Temperatur an. Sinkt die Temperatur
in den Dampfräumen 4 und 5 so stark ab, daß der dort befindliche Äther kondensiert
und die Dampfräume schließlich nur noch mit Ätherflüssigkeit gefüllt sind, so herrscht
immer noch in dem Differential-Dampfdruckthermometer ein durch den Druck des Gases
7 bestimmter Mindestdruck.
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Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von
der in Abb. I dargestellten nur dadurch, daß der Raum 8 zwischen den temperaturempfindlichen
Stellen und der Sperrflüssigkeit 6 nicht mit Flüssigkeit, sondern mit Dampf gefüllt
ist. Diese Abart dient insbesondere für Messungen bei tiefen Temperaturen.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform, die derjenigen der
Abb. I im wesentlichen gleicht, ist der Innenraum des Thermometers an den Grenzflächen
g der Sperrflüssigkeit 6 als Kapillaren 10 und II ausgebildet.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 ist an die beiden Schenkel I
und 2 eine Membrankammer 12 angeschlossen, die mit der Sperrflüssigkeit 6 gefüllt
ist.
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Die Membran I3 wird in ihrer Bewegung durch die Stellschraube 14 begrenzt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 ist der Innenraum des Differential-Dampfdruckthermometers
unterteilt, indem an den beiden Schenkeln I und 2 Membrankammern 15 und I6 angeschlossen
sind, deren Membranen I7 und I8 durch eine Feder 19 fest miteinander verbunden sind.
An dieser ist der Zeiger 20, der in der Achse 2I gelagert ist, angelenkt. Der Druckunterschied
zwischen den beiden Dampfräumen 4 und 5 kann an der Skala 22 abgelesen werden. Bei
dieser Ausführungsform braucht keine Spenflüssigkeit vorhanden zu sein.
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PATENTANSPROCHE: I. Differential-Dampfdruckthermometer, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dessen Innenraum, im gegebenen Falle vorzugsweise im Bereich der die Dampfräume
trennenden Sperrflüssigkeit, ein federnder Druck einwirkt.