DK158164B - Fremgangsmaade til fremstilling af et gastryktermometer - Google Patents

Description

DK 158164B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af et gastryktermometer, i hvilket et målesystem omfattende en beholder for gassen, et Bourdonrør og et kapillarrør på højst 20 m, som forbinder nævnte beholder til den ene ende af Bour-5 donrøret, fyldes med gassen til et tryk, der ved den omgivende temperatur er et overtryk, systemet lukkes hermetisk, den frie ende af Bourdonrøret forbindes med en temperaturindikator eller registreringsapparat via en transmissionsmekanisme udformet af en flerdelt ledforbindelse ind-10 befattende en vægtarm, et træk-tryk-led og en tandstangsarm med et tandhjul med indstillelige vinkler α og β mellem træk-tryk-leddet og tandstangsarmen, hvor den frie ende af Bourdonrøret er forbundet med den frie ende af vægtarmen, og den fortandede, frie ende af tandstangarmen er forbundet.til tempera-15 turindikatoren eller registreringsapparatet via sin ende, som indeholder tandhjulet, og det sammensatte Bourdonrør, transmissionsmekanisme og temperaturindikator eller registreringsapparat er anbragt i et kabinet, som, når en temperaturindikator anvendes, desuden er forsynet med en gradinddelt skala.

20 Det er velkendt, at man ved fremstilling af et gastryktermometer vil tilstræbe at opnå et resultat, hvor termometrets indikation af de målte temperaturværdier varierer lineært med temperaturvariationerne. For at opnå et sådant resultat som beskrevet i De Ingenieur £6 (1954), pp. 0 83 - 0 90, sikres 25 det først og fremmest, at gassen, med hvilken gastryktermometret fyldes, er i en sådan tilstand, at forandringer i nævnte tilstand som resultat af temperaturændringer opfylder gasloven for en idealluftart.

Denne gaslov, anvendt på en given gasvægt, hvis volumen holdes 30 konstant, kan udtrykkes ved formlen; P1 T1 P2 ~ T2 som viser, at der er et lineært forhold mellem absolut temperatur og absolut tryk, således at gastryktermometret kan for-

DK 158164 B

2 synes med en lineær skala.

I praksis vil imidlertid den udgangsbetingelse, på hvilken korrektheden af brugen af gasloven for en idealluftart delvis er baseret, nemlig, at volumenet af den gas, der er indeslut-5 tet i gastermometeret, forbliver konstant, ikke opfyldes: Når gastrykket stiger, vil volumenet af det sig opviklende Bour-donrør forøges. Ved nu at udvælge et lavt forhold mellem Bourdonrørets volumen og gasbeholderens volumen, nedbringes automatisk effekten af Bourdonrørets volumenforøgelse på det 10 totale volumen og kan helt negligeres, når forholdet f.eks. er 1:100.

Et andet aspekt i sammenhæng med brugen af et gastryktermometer, og som ugunstigt påvirker ovennævnte lineære forhold mellem tryk og temperatur, hænger sammen med det faktum, at 15 temperaturen af gassen udenfor beholderen eller sonden, d.v.s. gassen, der er indsluttet i kapillarrøret og Bourdonrøret, har en temperatur, der er forskellig fra gassens i beholderen. Afvigelsen fra det lineære forhold mellem tryk og temperatur forårsaget heraf kan altså reduceres til et tolerabelt område 20 ved forøgelse af forskellen i volumen og følgelig volumenforholdet mellem Bourdonrøret og gassens beholder.·

Sammenfattende kan det derfor konkluderes, at de foranstaltninger, som teknikken har truffet til reduktion af afvigelsen fra det lineære forhold mellem tryk og temperatur i det klas-25 siske gastryktermometer, og de grunde, af hvilke disse formodedes at eksistere i gastryktermometerets konstruktion, altid har' været i retning af at øge gasbeholderens volumen i forhold til kapillarrørets, og Bourdonrørets volumen. I praksis har dette ført til det klassiske gastryktermometer, der er for- 3 30 synet med en beholder med et volumen på 50-100 cm . En væsentlig praktisk ulempe ved det klassiske gastryktermometer med en sådan stor beholder eller sonde er, at brugen deraf kræver megen plads, og at den endvidere har en lang reaktionstid.

DK 158164 B

3

Medens beholdervolumenet til et termometer, der er velegnet 3 til industriel brug, er ca. 4-5 cm , betyder et beholdervolu- 3 men på 50-100 cm i praksis en hindring for dets brug i industrien.

5 Hollandsk patent. nr. 161.258 angår et gastryktermome ter, hvor problemet omkring brugen af en gasbeholder med stort 3 volumen på ca. 50-100 cm løses ved tilvejebringelse af målesystemet på gastryktermometeret med gas under meget højt tryk på 100 bar eller mere ved omgivelsernes temperatur. Det har 10 vist sig, at et sådant termometer tillader måling af temperaturer nied en så høj nøjagtighed som mindre end 1% af den totale gradinddeling ved et beholdervolumen, der kan være så lille som ca. 1 cm . På den anden side vil det ses, at brugen af højt påfyldningstryk, d.v.s. gassens tryk i målesystemet 15 ved omgivelsernes temperatur, stiller store krav til målesystemets tæthed. Dette krav bliver desto større, hvis gastryktermometeret skal anvendes i måleområder, hvor de højeste påfyldningstryk anvendes, d.v.s. i termometre med små totale måleområder som f.eks. måleområder på 0-60°C og 20 -40 - +40°C.

Det er et formål med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde af den beskrevne art til fremstilling af et gastryktermometer, hvor på den ene side et lavt påfyldningstryk af gassen på f.eks. i det mindste ca. 5 bar ved omgivelsernes 25 temperatur er tilstrækkeligt, og på den anden side målenøjag-tigheden på 1% eller bedre bibeholdes, medens termometeret alligevel kan forsynes med en lineær skala og med en beholder med et volumen, der er velegnet til brug i industrien, på 3 højst f.eks. 4 til 5 cm .

30 Det har overraskende vist sig, at ovennævnte betingelser, som kunne anses for modstridende for et gastryktermometer, kan opfyldes, når der udgås fra et Bourdonrør med egenskaber, der er markant forskellige fra egenskaberne hos de Bourdonrør, der generelt anvendes i termometre baseret på ekspansion af

DK 158164 B

4 gasser og væsker og mættede dampes tryk.

Ifølge opfindelsen og med henvisning til det foregående afsnit er fremgangsmåden den, at der til brug i målesystemet vælges et Bourdonrør med en lang, samlet fjedervandring på mindst 5 22 mm og en effektiv fjedervandring på 11 mm, at målesystemet fyldes med gassen til et tryk på mindst ca. 5 bar ved den omgivende temperatur, og at den ulineære visning, der optræder under Bourdonrørets opvikling eller krumningsformindskelse, kompenseres ved indstilling af vinklerne α og β.

10 I en videreudvikling af fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes et Bourdonrør med en fjedervandring på ca. 40-22 mm og med en effektiv fjedervandring på ca. 11 mm.

Bourdonrørets lange fjedervandring, der skal iagttages i fremgangsmåden ifølge opfindelsen, opnås ved fremstilling af røret 15 af et rørmateriale med relativt lille vægtykkelse og ved at give røret en større bredde. Delvis fordi rørmaterialet er mindre fladt, er volumenet af det Bourdonrør, der skal anvendes indenfor opfindelsens rammer, betydelig og kan være omkring det dobbelte af det klassiske gastryktermometers volumen.

20 i praksis vælges ved den effektive fjedervandring på Bourdon-røret på ca. 11 mm en total fjedervandring på ca. 40-22 mm.

På grund af brugen ifølge opfindelsen af et Bourdonrør med en effektiv fjedervandring på ca. 11 mm kan der anvendes en transmissionsmekanisme med mindre forstærkningsfaktor, end det 25 er tilfældet med klassiske gastryktermometre.

Det vil ses, at dette giver den yderligere fordel at fremme rrålenøjagtigheden, eftersom et målesystems egenfejl i virkeligheden forøges af transmissionsmekanismen. I klassiske gastryktermometre er transmissionsmekanismens forstærkningsfaktor 30 1:16 til 1:18. I fremgangsmåden ifølge opfindelsen vælges fortrinsvis en transmissionsmekanisme, hvis forstærkningsfaktor

DK 15816 4 B

5 højst er 1:8,5.

På grund af det større volumen af det Bourdonrør, der skal anvendes i den foreliggende opfindelse i forhold til volumenet af det Bourdonrør, der normalt anvendes i det klassiske gas-5 tryktermometer, vil der forbruges forskellige mængder gas i målesystemerne i de to tilfælde.

Det er kendt, at den omgivende temperaturs effekt i lyset af målenøjagtigheden på termometerkabinettet og gastryktermometrets dele indesluttet deri, såsom Bourdonrøret, transmis-10 sionsmekånisme og viseren med skala, ikke kan negligeres. Af denne grund er et gastryktermometer som bekendt forsynet med et temperaturkompensationssystem, der opnås ved at fremstille vægtarmen af et bimetal.

I tidligere kendte gastryktermometre kan denne kompensation 15 være i det væsentlige ens for alle måleområder. I gastryktermometret ifølge den foreliggende opfindelse har det vist sig, at en enkelt kompensationsforanstaltning ikke er tilstrækkelig, men denne foranstaltning skal tilpasses forskellige måleområder, d.v.s. at den type bimetal, af hvilke vægt-20 armen er fremstillet, vælges i afhængighed af gastryktermometrets måleområde, og følgelig af gassens påfyldningstryk, d.v.s. gassens tryk ved den omgivende temperatur.

Brugen af Bourdonrøret ifølge den foreliggende opfindelse har i praksis vist sig at fremme en i vid udstrækning ulineær 25 opvikling af Bourdonrøret, som ville gøre det umuligt at anvende en lineær gradinddeling. Denne effekt forøges yderligere ved ifølge opfindelsen at anvende en relativt lille gasbeholder. Det har overraskende vist sig, at denne effekt af Bourdonrøret udvalgt ifølge opfindelsen, som i sig selv er 30 en ufordelagtig effekt, kan elimineres, og en lineær gradinddeling kan alligevel anvendes i gastryktermometeret, og målenøjagtigheden på 1% af den totale gradinddeling eller

DK 158164 B

6 bedre, der forlanges til industrielt brug, kan opnås ved passende justering af vinklerne α og/eller 3 mellem henholdsvis træk-tryk-leddet og vægtarmen og mellem træk-tryk-leddet og tandstangsarmen. Konventionelt er disse vinkler α og 3 90° 5 og 90°, men indenfor den foreliggende opfindelses rammer kan disse værdier ændres til f.eks. 135° og 50°, hvilket vil blive nærmere beskrevet herefter.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen frembringer nøjagtige gastryktermometre af god udførelse og med bredt varierede måle-10 områder med en laveste temperatur på f.eks. -245°C og en højeste temperatur så høj som f.eks. 800°C.

Den tilfredsstillende operation for gastryktermometret ifølge opfindelsen kan opnås uanset gassens natur, således at f.eks. helium eller argon kan anvendes, men f.eks. også nitrogen.

15 Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser det sammensatte Bourdonrør forbundet med transmissionsmekanismen inde i et klassisk gastryktermometer med et måleområde på fra 0 til 60°C og fra 20 0 til 600°C, hvor vinklerne α og 3, som normalt, er ens for begge måleområder og beløbende sig til 90°, fig. 2 viser en sammensætning som den i fig. 1 viste, men til brug i et gastryktermometer ifølge den. foreliggende opfindelse med et måleområde på fra 0 til 600°C, og 25 fig. 3 den i fig. 2 viste sammensætning anvendt i et gastryktermometer ifølge den foreliggende opfindelse med et måleområde på fra 0 til 60°C.

I fig. 1-3 henviser samme henvisningsnumre til tilsvarende dele.

Bourdonrøret 1, fig. 1, eller 11, fig. 2 og 3, har i hvert til-30 fælde den ene ende forbundet med en vægtarm 3, der danner en

DK 158164 B

7 del af en transmissionsmekanisme 2, som endvidere omfatter et træk-tryk-led 4 og en tandstangsarm 5, hvor træk-tryk-leddet 4 dels har sin ene ende forbundet til vægtarmen 3 og sin anden ende til tandstangsarmen 5 på en sådan måde/ at vinkler α og β 5 mellem henholdsvis træk-tryk-leddet 4 og vægtarmen 3 og mellem træk-tryk-leddet 4 og tandstangsarmen 5 kan indstilles.

Tandstangen 5 er anbragt til drejning omkring akslen 10 og er forsynet med en tandstang 6, der samvirker med et tandhjul 7 forbundet med en viser 8. Sammensætningen af tandhjul 7 og 10 viser 8 er anbragt til drejning om akslen 12, og ved drejning bevæges spidsen af viseren langs skalaen 9 til en stilling, der svarer til den målte temperatur.

Enden 11 af Bourdonrøret 1 eller 1' er på ikke vist måde forbundet via et kapillarrør til gasbeholderen, som det er nor-15 malt ved gastryktermometre.

Fig. 1-3 viser viseren i hvert tilfælde i en position, hvor den peger på skalaens midte.

Hele sammensætningen af Bourdonrør 1 og transmissionsmekanisme 2 som vist i fig. 1 vedrører brugen deraf i et klassisk gas-20 tryktermometer: Bourdonrørets totale vandring heri er 13 mm 3 med et Bourdonrør-volumen på 0,14 cm ; volumenet af den ikke 3 viste gasbeholder er 100 cm . I den position, hvor viseren peger mod skalaens midte, er vinklerne α og β ens og 90°.

Fig. 2 og 3 viser lignende opbyggede sammensætninger af Bour-25 donrør 1' og transmissionsmekanisme 2 ifølge den foreliggende opfindelse, hver anvendt i et gastryktermometer fremstillet ifølge den foreliggende opfindelse med forskellige måleområder, d.v.s. på fra 0 til 600°C, fig. 2, og fra 0 til 60°C, fig. 3. Bourdonrørets totale vandring for måleområdet på fra 0-60 C 30 er 38,5 mm og for måleområdet på fra 0-600°C 22 mm med ens Bourdonrør-volumener på 0,23 cm .

DK 158164 B

8 I begge tilfælde er volumenet af den ikke viste gasbeholder 4/5 cm^.

Transmissionsmekanismen 2 har i begge tilfælde en forstærkningsfaktor på 1:8,2. Vægtarmen 3, der udgør en del af trans-5 missionsmekanismen, er fremstillet af et bimetal, som imidlertid i dette tilfælde er forskelligt for de forskellige måleområder.

I kombinationen vist i fig. 3 som anvendt i et gastryktermometer med et måleområde på fra 0-60°C er det gastryk, ved hvil-10 ket målesystemet fyldes, 50 bar ved en temperatur på 20°C, og i kombinationen vist i fig. 2 til brug i et gastryktermome-ter med et måleområde på fra 0-600°C er trykket 9 bar.

For at fuldføre et lineært udsving af viseren som en funktion af de målte temperaturer, indstilles vinklerne mellem vægt-15 armen 3 og træk-tryk-leddet 4 og mellem træk-tryk-leddet 4 og tandstangsarmen 5 som følger:

Gas tryk termometer Vinkele*, mellem vægtarm Vinkel (2> mellem med måleområde og træk-tryk-led i bue- træk-tryk-led og grader tandstang i bue grader 0-60°C 112 75 0-600°C 135 50

Gastryktermometrene ifølge den foreliggende opfindelse forsynet med de i fig. 2-3 viste sammensætninger indstilledes og 20 kalibreredes som følger:

Indstillingen og kalibreringen udførtes i henseende til temperaturer op til 200°C i termostatiske kalibreringsbade fra Instrumentenfabriek Tamson N.V., hvor temperaturerne automatisk og nøjagtigt holdtes konstant på - 0,01°C. Disse tempe-25 raturer overvågedes konstant med digitale præcisionstermometre, hvis sikre funktion igen regelmæssigt kontrolleredes med

DK 158164 B

9

ArnoAmrel, OHG højpræcisionsstangtermometre forsynet med et kalibreringscertifikat. I Tamson's termostatiske kalibrerings- o bade var opvarmningsmediet for temperaturer på op til 100 C vand, og for temperaturer på fra 100-200°C Tamson Silicone 5 olie 47V 100.

Indstillingen og kalibreringen for temperaturer over 200°C udførtes i et Schwing Thermocal Eich- und Priifbad, type TH050, hvis temperaturer automatisk og nøjagtigt holdtes konstant på - 0,15°C.. Disse temperaturer overvågedes også konstant Ί0 med et digitalt hø j præcis ionstermometer, hvis sikre funktion igen regelmæssigt kontrolleredes med Arno Amrel OHG højpræcisionsstangtermometre forsynet med et kalibreringscertifikat.

I Schwing-kalibreringsbadet var det anvendte temperaturtransmissionsmedium fluidiseret aluminiumoxid med en partikelstør-15 relse svarende til 180 mesh.

Kalibreringsresultaterne af gastryktermometrene opregnes på følgende tabel:

Kalibreringsresultater i °C Gastryktermometer med måleområde på 0-60°C Kalibreringstemperatur Visning 0 0 20 19,9 40 39,8 60 60

Gastryktermometer med måleområde på 0-600°C

0 0 100 99,5 200 199,3 300 300,0 400 397,5 500 498,8 600 599,0

DK 158164 B

10

Kalibreringsresultaterne viste, at for hvert af måleområderne tillod gastryktermometrene fremstillet i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse at foretage temperaturmålinger med en afvigelse på endda mindre end 1% af skalaen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et gastryktermometer, hvori et målesystem omfattende en beholder til 5 gas, et Bourdonrør og et kapillarrør på højst ca. 20 m, som forbinder nævnte holder til den ene ende af Bourdon-røret, fyldes med gas til et tryk, der ved den omgivende temperatur er et overtryk, systemet lukkes hermetisk, den frie ende af Bourdonrøret forbindes med en tempera-10 turindikator eller et registreringsapparat via en transmissionsmekanisme (2), som består af en flerdelt ledforbindelse indbefattende en vægtarm (3), et træk-tryk-led (4) og en tandstangsarm (5) med et tandhjul (7) med indstillelige vinkler ( og ) mellem henholdsvis det cen-15 trale træk-tryk-led (4) og nævnte vægtarm (3) og mellem nævnte træk-tryk-led (4) og tandstangsarmen (5), hvor den frie ende af Bourdonrøret (1) forbindes med den frie ende af vægtarmen (3), og den fortandede frie ende af tandstangsarmen (5) forbindes til temperaturindikatoren 20 (8,9) eller registreringsapparatet via sin ende, som indeholder nævnte tandhjul (7), og det sammensatte Bourdonrør (1), transmissionsmekanisme (2) og temperaturindikator (8,9) eller registreringsapparat anbringes i et kabinet, som, når der anvendes en temperaturindikator, 25 endvidere er forsynet med en gradinddelt skala (9), kendetegnet ved, at et Bourdonrør (1') til brug i målesystemet vælges med en lang total fjedervandring på mindst 22 mm og en effektiv fjedervandring på ca. 11 mm, at målesystemet fyldes med gas til et tryk, 30 der ved den omgivende temperatur er mindst ca. 5 bar, og at der kompenseres for den ulineære visning, der optræder, når Bourdonrørets (1') spiralkrumning reduceres, ved indstilling af vinklerne og .

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der med en effektiv fjedervandring for Bourdon- DK 158164 B røret (1#) på ca. 11 ram vælges en fjedervandring på ca. 40-22 mm.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1-2, kendete g-5 net ved udvælgelse af transmissionsmekanismen med en forstærkningsfaktor på højst ca. 1:8,5.