DE897490C - Elektrische Widerstandsringwaage und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Elektrische Widerstandsringwaage und Verfahren zu ihrer Herstellung Bei elektrischer Messung kontinuierlich veränderlicher Größen, beispielsweise der Höhe von Flüssigkeitsspiegeln, Winkeländerungen u. dgl., wo eine Fernanzeige gewünscht wird, hat man sich schon sogenannter elektrischer Ringwaagen in Verbindung mit einer Wheatstoneschen Brücke bedient. Gegenüber der gröberen Meßanordnung mit Schleifdraht und Schleifkontakten, welche durch Veränderung der zu messenden Größe bewegt werden, besitzen diese elektrischen Widerstandsringwaagen den Vorteil, daß sie der Verschmutzung, chemischen Veränderungen der metallischen Schleifdrähte und den daraus resultierenden irreversiblen Widerstandsänderungen nicht ausgesetzt sind.
• Diese bisher bekannten elektrischen Ringwaagen bestehen in der Hauptsache aus einem ringförmigen, allseits geschlossenen Glasrohr, wobei die Ringebene in Meßstellung eine genau vertikale Lage haben muß. Das Ringrohr ist durch geeignete Befestigungsmittel mit einer durch seinen Mittelpunkt gehenden, durch die Veränderung der Meßgröße drehbaren Welle verbunden. An der inneren Wandung des Ringrohres liegt ein elektrischer Widerstandsdraht längs des größten Teiles des Rohrumfanges, und zwar im unteren Ringteil. Er endet beiderseits in zwei vakuumdicht in die beiden oberen Ringhälften eingeschmolzenen Elektroden. Die untere Hälfte des Ringes ist mit Quecksilber gefüllt und besitzt eine weitere vakuumdicht eingeschmolzene Elektrode als Kontakt für das Quecksilber. Wird diese Anordnung in leichtverständlicher Weise in einer Wheätstonebrücke derart geschaltet, daß die beiden vom Quecksilber überbrückten und vom Metalldraht gebildeten Widerstandshälften zwei nebeneinanderliegende Wider- " standszweige bilden, während der Brückenzweig, in dem irgendein anzeigendes oder steuerndes Meßgerät liegt, an der Quecksilberkontaktelektrode endet, so macht sich bei Stromzuführung jede Veränderung der Winkellage des Ringrohres durch Änderung des Brückenstromes bemerkbar. Diese Anordnung kann daher zur Messung oder Regelung einer Größe angewandt werden.
• Bei den bisher bekannten, durch Anwendung nichtgewendelter Widerstandsdrähte gekennzeichneten elektrischen Ringwaagen besteht nun der Mangel, daß die hierfür verwandten Metalle keine genügende Adhäsion zur Glaswandung aufweisen, wodurch ihre Lage nicht festgehalten ist und Fehlermöglichkeiten gegeben sind.
• Eine Ringwaage mit neuer Anordnung des Widerstandsdrahtes, die den geschilderten Mängel nicht mehr aufweist, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung betrifft ferner das Verfahren zur Herstellung der neuen Ringwaage.
• Erfindungsgemäß ist bei der neuen Ringwaage der Widerstandsdraht nicht in gestreckter Form, sondern vielmehr wendelförmig an der Innenseite der Glaswandung angebracht. Durch die innere Spannung .der Wendel legt sich nämlich die Drahtwicklung fest an die Wandung des Rohres an, ohne Rücksicht darauf, ob die natürliche Adhäsion klein oder groß ist. Es wird weiter vorgeschlagen, die Drahtwendel in schraubenförmigen Windungen an der Innenwandung des Rohres anstatt auf die glatte Glaswandung zu legen.
• Die Aufgabe, die Widerstandsdrahtwendel in schraubenförmigen Windungen an der Innenseite eines Glasrohres einzulegen, barg beträchtliche Fertigungsschwierigkeiten in sich, die jedoch durch folgendes neue, nach der Erfindung vorgeschlagene Verfahren gemeistert werden konnten.
• An Hand deriAbbildungen seien das Herstellungsverfahren (Abb. i) sowie die nach der Erfindung ausgebildete Ringwaage (Abb.2) und die Meßschaltung der Ringwaage (Abb. 3) beschrieben. Auf dem Mantel eines Metallrohres g (s. Abb. i), das beispielsweise aus Kupfer besteht und einen Durchmesser besitzt, der etwa dem größten Gewindedurchmesser des fertigen Ringrohres entspricht, wird ein Schraubengewinde io nach Maßgabe der gewünschten Ganghöhe der Widerstandsdrahtwicklung eingefräst oder eingeschnitten. Die Kanten i i des Gewindes sollen dabei entweder abgeflacht sein oder eine geringe konkave Form besitzen, damit der Widerstandsdraht 5 darauf aufgewickelt werden kann und dieser nicht in den Gewindeeinschnitten, sondern auf den Gewindekanten liegt. Über das gerade Kupferrohr mit aufgewickeltem Draht wird ein weites Glasrohr geschoben, letzteres bis zum Erweichen erwärmt und dann eines seiner Enden zusammengeschmolzen, während das andere Ende an eine Vakuumpumpe angeschlossen wird. Nach Evakuieren des Glasrohres wird durch den äußeren Luftdruck das erweichte Glasrohr zusammengepreßt, wobei es sich fest um das innere Kupferrohr legt und sogar in die Gewindeeinschnitte io des Kupferrohres eingepreßt wird. Dadurch kommen dann die beim Kupferrohr auf den Gewindekanten i i liegenden Wicklungen des Widerstandsdrahtes 5 in die an der Wandung des Glasrohres entstehenden Gewindeeinschnitte zu liegen. Mittels einer Säure wird nun das innere Kupferrohr aus dem Glasrohr i herausgelöst, während der Widerstandsdraht, der deshalb aus säurebeständigem Metall bestehen muß, zurückbleibt. Nach Einschmelzen der Metallelektroden 2 für den Widerstandsdraht und der Anschlußelektrode 3 für den Quecksilberkontakt in der Glaswandung wird dann das erwärmte und weiche Glasrohr i zu einem Ring gebogen und die zusammengebogenen Enden des Rohres bis auf einen kleinen, zum Auspumpen und Einfüllen dienenden Stutzen verschmolzen (s. Abb. 2). Nun wird Quecksilber q. in das Ringrohr in einer Menge eingefüllt, die etwa dem halben Volumen des Rohrinnenraumes entspricht.
• Die Ringwaage kann nun noch evakuiert und auch mit einem Schutzgas, wie Wasserstoff, gefüllt werden, damit oxydierende Einflüsse auf den Widerstandsdraht und das OOuecksilber vermieden werden. Danach wird der Stutzen 6 zugeschmolzen. Zur Verbindung der Ringwaage mit dem die Meßwerte gebenden Fühlorgan wird erstere am besten mittels einer Speiche 8 auf einer Welle 7 gelagert, die in irgendeiner Weise durch das Fühlorgan gedreht wird.
• Für das Ringrohr können die gebräuchlichen Gläser, auch Spezialgläser, verwandt werden. Der Widerstandsdraht muß aus Metallen gefertigt sein, die mit Quecksilber kein Amalgam bilden und in bezug auf Alterungsbeständigkeit und Konstanthaltung ihres Widerstandes günstige Eigenschaften besitzen. Insbesondere eine Legierung von 8o °/o Platin und 2o°/o Iridium hat sich als Widerstandsmaterial bewährt. Die Elektroden 2 für den Widerstandsdraht 5 und für den Quecksilberkontakt 3 bestehen vorteilhaft aus Platin und müssen vakuumdicht in das Glasrohr eingeschmolzen sein.
• Der durch die neue Ringwaage gegebene Fortschritt besteht vor allen Dingen darin, daß wegen der Wendelform des Widerstandsdrahtes und Lagerung in einem Gewinde an der Innenseite des Glasrohres seine Lage unverrückbar festgehalten wird, so daß auch bei starken Erschütterungen der Widerstandsdraht sich nicht ändert, sein innerer Spannungszustand und damit auch sein Widerstand konstant bleibt.
• Die wendelförmige Ausbildung der Metalldrähte bei Präzisionswiderständen und Lagerung derselben auf mit Schraubengewinden versehenen keramischen Trägern ist zwar an sich bei Außenwicklung schon bekannt. Die Innenwicklung ist aber neu und bringt die beschriebenen Vorzüge mit sich. Die Empfindlichkeit des neuen Gerätes ist auf jeden Fall bedeutend besser als bei den bisher bekannten Ringwaagen mit nichtgewendeltem Widerstandsdraht.
• Die zur Messung und auch zur Regelung übliche Wheatstonebrückenschaltung der Ringwaage ist in Abb. 3 schematisch dargestellt. Es bilden die durch die Quecksilberfüllung 4 getrennten beiden Teile 13 und 14 des Widerstandsdrahtes 5 zwei hintereinanderliegende Zweige der Wheatstoneschen Brücke. Die weiteren zwei Widerstände 15 und 16 können entweder konstant oder auch einstellbar sein. Im Brückenzweig liegt irgendein zur Anzeige oder auch zur Regelgebung geeignetes Gerät 18, beispielsweise ein Amperemeter, Fallbügelregler od. dgl. Der Meßstrom wird von einer Gleichstromquelle 17 geliefert. Je nach dem vom Fühlorgan ausgehenden Meßimpuls wird die auf der Welle 7 gelagerte Ringwaage i gedreht, wobei jedoch in den von den beiden Ringhälften gebildeten kommunizierenden Röhren die O_uecksilberspiegel auf gleiches Niveau sich einstellen und dabei das Verhältnis der Teilwiderstände 13 und 14 des Widerstandsdrahtes verändern. Die dadurch bedingte Veränderung des Brückenstromes kann gemessen oder zur Regelgebung benutzt werden. Das Gerät i8 kann bei Fernanzeige in beliebiger Entfernung von den Meßstellen liegen.
• Zur trägheitslosen und genau gleichen Einstellung der beiden Quecksilberspiegel hat es sich noch bewährt, darüber in den beiden Ringhälften jeweils noch eine kleine gleich große Menge einer chemisch indifferenten, nicht leitenden Flüssigkeit geringer Oberflächenspannung zu füllen, wie z. B. destilliertes Wasser. Diese bewirkt, daß die Glaswand von dem Quecksilber ohne Unterbrechung benetzt wird und der Meniskus sich immer gleichmäßig ausbildet. Gemäß einem weiteren Vorschlag wird anstatt eines glatten Drahtes für die Widerstandswicklung ein bereits feingewendelter Draht angewandt, so daß also bei der fertigen Ringwaage der Widerstand in Form einer Doppelwendel an der Rohrinnenseite liegt. Beim Aufpressen des erweichten Glasrohres dringt dann nämlich das Glas sogar zwischen die feinere Wicklung der primären Wendel ein und füllt diese teilweise aus, wodurch eine weitere Verbesserung .der Haftung des Drahtes am Glas erzielt wird.
• Die nach der Erfindung ausgebildete Ringwaage hat sich wegen ihrer größeren Genauigkeit, Konstanthaltung ihres Widerstandes und großer Lebensdauer in der Praxis gut bewährt und zeigt sich den bisherigen Ausführungsformen überlegen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Widerstandsringwaage mit einem in vertikaler Ebene liegenden und in dieser Ebene drehbaren ringförmigen Glasrohr, einem darin eingeschmolzenen Widerstandsdraht und einer etwa die Hälfte des Rohrvolumens ausmachenden Quecksilberfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht Wendelform besitzt. a. Elektrische Widerstandsringwaage nach .Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gewendelte Widerstandsdraht in schraubenförmigen Gewindeeinschnitten an der Innenwandung des Ringrohres liegt. 3. Elektrische Widerstandsringwaage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht aus einer Platin-Iridium-Legierung mit vorzugsweise 8o % Platin und 2o °lo Iridium besteht. 4. Elektrische Widerstandsringwaage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht als Doppelwendel ausgebildet ist. 5. Elektrische Widerstandsringwaage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß über beiden Quecksilberspiegeln in den Rohrhälften noch je ein kleines gleiches Volumen einer chemisch indifferenten, nicht leitenden Flüssigkeit geringer Oberflächenspannung liegt. 6. Elektrische Widerstandsringwaage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwaage eine neutrale Atmosphäre enthält, beispielsweise evakuiert oder mit einem Schutzgas gefüllt ist. 7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Widerstandsringwaage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasrohr über ein mit dem Widerstandsdraht bewickeltes Metallrohr, insbesondere aus Kupfer, geschoben wird und nach Zuschmelzen eines der Enden, Evakuierung und Erwärmung des Glasrohres letzteres unter Wirkung des Luftdruckes auf das Kupferrohr aufgeschrumpft wird und nach Herauslösen des Kupfers mittels einer Säure die Weiterbildung des Glasrohres zur fertigen Ringwaage in an sich bekannter Weise vor sich geht. B. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Widerstandsringwaage nach Anspruch7, dadurch gekennzeichnet, daß in das benutzte Kupferrohr ein Schraubengewinde eingeschnitten und der Widerstandsdraht auf den erhabenen Windungskanten aufgewickelt ist.