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Temperaturmeß- und Regelgerät
Zur Ausnutzung der exakten linearen Temperaturabhängigkeit
des Druckes und des Volumens idealer Gase für die Temperaturmessung und -regelung
ist bereits ein für den Gebrauch in der Technik geeignetes Gerät in Vorschlag gebracht
worden. Bei diesem Gerät wird die Drucksteigerung eines in einem Temperaturfühler
befindlichen Gasvolumens auf ein Röhrenfedermanometer übertragen. Die in der Funktion
eines derartigen Gerätes liegenden Schwierigkeiten sind vor allem bedingt durch
die Notwendigkeit der Ausschaltung des Einflusses von Änderungen der Druck- und
Temperaturverhältnisse, unter denen das Meßgerät arbeitet. Zu diesem Zweck werden
bei dem Gerät nach dem erwähnten Vorschlag die Schwankungen der Außentemperatur
durch teilweise Füllung der Röhrenfeder mit Flüssigkeit ausgeschaltet, während zur
Korrektur von Druckschwankungen die Einstellung des Meßzeigers in Abhängigkeit vom
Druck verändert werden kann.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein nachteiliger Einfluß von Schwankungen
der Außentemperatur auf die Meß- und Regelgenauigkeit durch das Ausfüllen der Röhrenfeder
mit Flüssigkeit nicht in allen Fällen mit Sicherheit ausgeschaltet wird. Man hat
daher eine zusätzliche Korrekturmöglichkeit vorgesehen, indem der Zeiger aus Bimetall
hergestellt wurde, um auf diese ÄVeise die richtige Einstellung der Zeigerspitze
zu gewahrleisten. Diese Maßnahme hat sich jedoch ebenfalls nicht immer als genügend
wirksam erwiesen für die Erreichung einer optimalen Meßgenauigkeit.
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Es wurde nun gefunden, daß bei derartigen Meß-und Regelgcräten, bei
denen die Temperaturmessung auf die Übertragung der Änderung eines Gasvolumens durch
eine Röhrenfeder zurückgeht, die Röhrenfeder auch dann noch mit hoher Empfindlichkeit
und Genauigkeit anspricht, wenn die Verkleinerung des schädlichen Raumes unter Verzicht
auf eine Flüssigkeitsfüllung durch Ausbildung eines flachen Quer-
schnitts
der Röhrenfeder in Abweichung von der bisher in solchen Fällen üblichen Querschnittsform
bewirkt wird. Hierdurch wird das Volumen der Röhrenfeder auf den Bruchteil eines
Kubikzentimeters herabgesetzt, und es genügen schon Rauminhalte des Füllorgans von
etwa 20 ccm um zu erreichen, daß der Einfluß der Zimmertemperaturschwankungen innerhalb
der Meßgenauigkeit bleibt. Normalerweise haben Röhrenfedern im Druckbereich einiger
Atmosphären eine Form, wie sie in der Abb. I gezeigt ist. Hierin bedeutet a den
Röhrenfedersockel, b die Röhrenfeder und c die (vergrößert gezeichnete) Querschnittsform
einer gängigen Röhrenfeder. Für Drucke bis zu 6 atü besitzt eine solche ein Volumen
von etwa I3 ccm. Bei Verwendung solcher Federn müßte das Füllorgan ein Volumen von
mindestens 500 ccm, also etwa das 4ofache besitzen, wenn Schwankungen der Zimmertemperatur
in für die Meßgenauigkeit ausreichender Weise ausgeschaltet sein sollen.
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Neuartige Querschnittsformen für die Röhrenfeder des Meßgerätes nach
vorliegender Erfindung sind beispielsweise in Abb. 2 dargestellt. In der Abb. 2a
ist im Querschnitt eine Federform dargestellt, bei der die Röhre praktisch zu einem
Band verwalzt ist.
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Günstige Stabilitätsverhältnisse liefern Querschnittsformen mit Versteifungen
in Form von Rippen oder Wülsten, wie sie beispielsweise die Abb. 2 e, 2f und 2 g
zeigen. Besonders bewährt haben sich bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Meßgerätes
Röhrenfedern nach den Abb. 2h, 2i und 2k, bei denen die Versteifung durch Verstärkungsdrähte
bewirkt wird, die durch bekannte Maßnahmen, wie etwa durch Einwalzen, in der Röhrenfeder
angebracht sind.
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Die zuletzt beschriebene Ausführungsform hat auch den Vorteil, daß
die Krümmungsradien der Längskanten der Röhrenfeder wesentlich größer gehalten werden
können, so daß die Gefahr der Rißbildung bei der Herstellung solcher Federn vermieden
wird.
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Es ist im allgemeinen zweckmäßig, die Verstärkungsdrähte aus dem gleichen
Material herzustellen wie die Federn selbst, da sonst Bimetallwirkungen auftreten,
die sich bei Veränderung der Zimmertemperatur in einer Verschiebung der Zeigerstellung
auswirken. Umgekehrt kann man aber auch die Wirkung von Drähten abweichender Materialzusammensetzung
dazu benutzen, gegebenenfalls den Einfluß von Schwankungen in der Außentemperatur
zu kompensieren.
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Um bei derartigen Meß- und Regelgeräten den Einfluß der Luftdruckschwankungen
zu kompensieren, ist bereits vorgeschlagen worden, den Meßzeiger außer mit der Röhrenfeder
noch mit einem druckempfindlichen Organ, z. B. einer Barometerdose, durch Hebelübertragung
oder durch eine Hilfszeigerwirkung zu koppeln.
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Gemäß der Erfindung kann zwecks Korrektur der Luftdruckschwankungen
auch eine Ausführungsform gewählt werden, bei der der Luftdruckeinfluß nicht auf
den Zeiger, sondern auf die Meßskala übertragen wird, so daß der Zeiger nur durch
die Röhrenfeder bewegt wird, der sich in diesem Falle keine andere Bewegung überlagert.
Diese Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 3 beispielsweise dargestellt.
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Die Verschiebung der Meßskala wird auch hier durch eine Barometerdose
bewirkt. In der Abbildung bedeutet t die Temperaturskala, die mittels der Achse
x gelagert ist. Die Barometerdose m ist über den Hebel r und den Kegel s mit dem
Skalenkörper t an der Stelle sl beweglich verbunden. Bei Schwankungen des Luftdruckes
bewegt sich der Kegel s nach oben oder-unten und verschiebt hierdurch die Skala
t in seitlicher Richtung, so daß sich die Stellung des Zeigers p relativ zur Skala
ändert. Die Feder q bewirkt die ständige Berührung zwischen dem Kegels und der Skala
t. Die Röhrenfeder mit erfindungsgemäß flachem Querschnitt ist mit der Bezeichnung
1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, bei Verwendung des
Gerätes für Regelzwecke den Maximal- und Minimalkontakt gleichzeitig mit der Skala
zu verschieben. Das geschieht mit Vorteil derart, daß die Kontakte nach der Einstellung
auf den Regelbereich mit der Skala fest verbunden werden.
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Selbstverständlich kann bei dem Gerät gemäß der Erfindung die Übertragung
der Bewegung der Barometerdose auf die Skala abweichend von dem gegebenen Ausführungsbeispiel
auch auf andere Weise, wie z. B. mittels Zahnrad und Zahnstange oder durch eine
Hebelübertragung, vorgenommen werden.
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PAT-ENTANSPROCHE: I. Temperaturmeß- und Regelgerät, bei dem die Volumenänderung
einer in einem Temperaturfühler befindlichen Gasmenge über eine Röhrenfeder unter
Ausschaltung des Einflusses von Schwankungen der Außentemperatur und des Luftdruckes
übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Röhrenfeder durch Anwendung
einer flachen, von der üblichen Form abweichenden Querschnittsausbildung klein gehalten
ist und die Röhrenfeder vorzugsweise die Form eines zusammengewalzten Bandes aufweist.
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2. Temperaturmeß- und Regelgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die Röhrenfeder Verstärkungsrippen oder Wülste aufweist.
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3. Temperaturmeß- und Regelgerät nach Ansprüchen I und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Röhrenfeder durch eingewalzte Drähte aus dem gleichen Werkstoff
wie die Röhrenfeder versteift ist.
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4. Temperaturmeß- und Regelgerät nach Anspeichen I bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die eingewalzten Drähte aus einem anderen als dem Röhrenfederwerkstoff
bestehen und daß die verschiedene Ausdehnung der beiden Werkstoffarten die durch
Schwankungen der Außentemperatur hervorgerufene Abweichung der Zeigerstellung ausgleicht.