FI74141B

FI74141B - HYPSOMETER.

Info

Publication number: FI74141B
Application number: FI834427A
Authority: FI
Inventors: Franz Aigner
Original assignee: Elin Union Ag
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1987-08-31
Also published as: EP0110872A3; FI74141C; AT381170B; FI834427A; EP0110872B1; DE3376584D1; ATA441982A; FI834427A0; EP0110872A2

Description

1 741411 74141

Hypsometrihypsometer

Keksintö liittyy ympäristön paineen, erityisesti ilmanpaineen, mittaamista varten tarkoitettuun hypsometriin, 5 joka käsittää osittain nesteellä täytetyn, mahdollisesti lämmitetyn säiliön, jolloin säiliöön on sijoitettu toisesta päästään säiliön pohjaan saakka ulottuva, vaipalla, erikoisesti vaippaputkella varustettu, imykykyisestä materiaalista tehty sydän, jonka toinen, ilman ympäröimä pää 10 on varustettu termistorilla, jota sydän ympäröi, jolloin sydämen säiliön pohjaan saakka ulottuvassa päässä ei ole vaippaa.The invention relates to a hypsometer for measuring ambient pressure, in particular atmospheric pressure, comprising a partially liquid-filled, possibly heated container, the container being provided with a core made of absorbent material with a jacket, in particular a jacket tube, extending from one end to the bottom of the container. the surrounded end 10 is provided with a thermistor surrounded by a core, so that there is no jacket at the end extending to the bottom of the core container.

Hypsometrit ovat ilmanpaineen mittaamiseen tarkoitettuja kojeita. Tällöin käytetään hyväksi sitä fysikaalista tosiasiaa, että jonkin nesteen kiehumapiste muuttuu ympä-15 röivän paineen mukana. Sen vuoksi voidaan, jos hypsometri-nesteen höyrynpainekäyrä tunnetaan ja jos kiehumapiste mitataan riittävällä tarkkuudella, laskea ympäröivä paine, erityisesti ilmanpaine.Hypsometers are instruments for measuring air pressure. In this case, the physical fact is exploited that the boiling point of a liquid changes with the ambient pressure. Therefore, if the vapor pressure curve of the hypsometer liquid is known and if the boiling point is measured with sufficient accuracy, the ambient pressure, in particular the atmospheric pressure, can be calculated.

Hypsometrian avulla palautuu painemittaus siis läm-20 pötilanmittaukseksi, ja tämä taasen vastusmittaukseksi, jos käytetään lämpötilananturia, esimerkiksi termistoria.Hypsometry thus returns the pressure measurement to a temperature measurement, and this in turn to a resistance measurement if a temperature sensor, such as a thermistor, is used.

Meteorologisissa radiosondeissa on hypsometrejä käytetty jo pitkään. Tällöin vaikuttaa suotuisasti erityisesti se seikka, että lämpötilanantureina käytettyjen termis-25 toreiden vastus kasvaa suunnilleen logaritmifunktiota seuraten, kun lämpötila alenee.Hypsometers have been used in meteorological radiosondes for a long time. In this case, the fact that the resistance of the thermistors used as temperature sensors increases approximately following the logarithmic function has a favorable effect.

Paineenmittaus voidaan sen vuoksi ratkaista paremmin suurissa korkeuksissa, siis alhaisessa paineessa ja siten myös alhaisella kiehumapisteellä, kuin lähellä maanpintaa. 30 Korkeudenmäärittelyt mitatusta ilmanpaineesta ovat sen vuoksi todennäköisesti tarkempia, kun käytetään hypsomet-riä, mitä vastoin tulevat korkeudenmääritykset aneroidi-rasiaa käyttäen korkeuden kasvaessa yhä ongelmallisemmiksi, koska rasia rekisteröi paineenmuutokset lähes lineaari-35 sesti ja korkeusero paineyksikköä kohti kasvaa korkeuden mukana melkein logaritmisesti.The pressure measurement can therefore be solved better at high altitudes, i.e. at low pressure and thus also at a low boiling point, than near the ground. 30 Altitude measurements of measured barometric pressure are therefore likely to be more accurate when using a hypsometer, whereas altitude determinations using an aneroid box become more and more problematic as the box registers pressure changes almost linearly and the altitude difference per unit pressure increases almost logarithmically with altitude.

2 741412 74141

Jotta hypsometrin mainittuja ominaisuuksia voitaisiin käyttää hyväksi, on kuitenkin sekä rakenteessa että käytössä otettava huomioon muutamia tosiasioita. On selvää, että termistori voi ottaa kiehumispisteen vain, jos 5 se on kokonaan hypsometrinesteen, kuten matalallakiehu- vien frigen- tai freonryhmien, kiehuma-alueella, eikä ympäristön lämpötilan anneta vaikuttaa.However, in order to take advantage of these features of the hypsometer, a few facts need to be considered in both design and operation. It is clear that the thermistor can only take the boiling point if it is completely in the boiling range of a hypsometer liquid, such as low-boiling frigen or freon groups, and the ambient temperature is not allowed to affect.

Lisäksi on varmistauduttava siitä, että neste todella kiehuu. Sitä varten on nesteeseen johdettava energiaa 10 joko lämmityksellä tai ympäristön lämmöstä. Paineen jatkuvasti laskiessa, kuten radiosondin noustessa normaalisti tapahtuu, poistuu, johtuen jatkuvasti laskevasta kiehuma-pisteestä, suuri osa kiehumaenergiasta nesteessä olevasta sidotusta lämmöstä.In addition, make sure that the liquid actually boils. To do this, energy 10 must be introduced into the liquid, either by heating or from ambient heat. As the pressure continuously decreases, as normally happens when the radiosonde rises, due to the continuously decreasing boiling point, much of the boiling energy from the bound heat in the liquid is removed.

15 Loppu voidaan johtaa ympäröivästä lämmöstä. Myös ra- diosondeilta toivotaan kuitenkin, ainakin ajoittain, luotettavaa staattista toimintaa, jotta nimittäin voitaisiin ennen nousua verrata hypsometriä maanpinnan paineeseen sen tarkistamiseksi.15 The rest can be derived from the ambient heat. However, reliable static operation is also desired from the radiosondes, at least occasionally, so that the hypsometer can be compared with the ground pressure to check it before rising.

20 Tavallisesti on termistori imykykyisestä materiaalis ta, kuten puuvillasta, imupaperista tms., tehdyssä sydämessä, jonka alapää ulottuu säiliön pohjaan saakka. Ylös-imey.tynyt neste kiehuu sydämessä ja saattaa siten termis-torin kiehumislämpötilaan. Termistorin alapuolella oleva 25 osa sydäntä on tavallisesti varustettu vaipalla, joka kie-humisvyöhykettä lukuunottamatta jättää avoimeksi vain sydämen alapään. Tällä saavutetaan se, että neste ei höyrysty jo matkallaan sydämen alapäästä termistoriin.20 The thermistor is usually in a core made of an absorbent material, such as cotton, absorbent paper, etc., the lower end of which extends to the bottom of the container. The absorbed liquid boils in the heart and thus brings the thermistor to boiling point. The portion 25 of the core below the thermistor is usually provided with a sheath which, with the exception of the boiling zone, leaves only the lower end of the core open. This ensures that the liquid does not evaporate on its way from the lower end of the heart to the thermistor.

Kiehumispintana käytettävissä olevan sydämen pinnan 30 suuruus ei ole vailla merkitystä mittaustarkkuuden kannalta. Jos pinta on suuri ja ympäröivä lämpötila suhteellisen korkea, voi neste tietyissä olosuhteissa höyrystyä nopeammin kuin sydän sitä tilalle imee, jolloin osa kiehu-mispinnasta ei olisi kiehuvan nesteen kostuttamaa, niin 35 että olisi epävarmaa, onko termistori kokonaisuudessaan kiehuvassa nesteessä. Tässä tapauksessa rekisteröisi termistori nesteen kiehumispistettä korkeamman lämpötilan.The size of the core surface 30 available as a boiling surface is not irrelevant to the measurement accuracy. If the surface is large and the ambient temperature is relatively high, the liquid may, under certain conditions, evaporate faster than the heart absorbs it, so that part of the boiling surface is not wetted by the boiling liquid, so that it is uncertain whether the thermistor is entirely in the boiling liquid. In this case, the thermistor would register a temperature higher than the boiling point of the liquid.

Jos ympäröivä lämpötila on alhainen ja jos lämmitys on 741 41 3 riittämätöntä, voi sitävastoin sattua, että kiehuminen jäähdyttää nestettä liikaa ja loppuu siten itsestään. Jos kiemumapinnalle nyt pääsee riittävästi ulkoilmaa, ei neste enää kiehu kiehuma-alueen pinnalla, vaan haihtuu, jol-5 loin se ja termistori edelleen jäähtyvät. Mitä nopeammin neste haihtuu ja mitä enemmän sitä haihtuu, sitä kylmem-mäksi se tällöin tulee. Tässä tapauksessa rekisteröi termistori alhaisemman lämpötilan kuin nesteen kiehumapiste, mistä on seurauksena, että sydämen kiehumispinnan tulee 10 olla mahdollisimman pienen ja että ympäröivä lämpötila sekä ulkoilma on pidettävä tehokkaasti erossa kiehumisvyö-hykkeestä. Kiehumispinnan suuruuden määräävät kuitenkin pitkälti sydämen laji ja muoto samoin kuin termistorin koko. Ihanteellisessa, termistoriin sovitetussa, sydämessä 15 määrää enää vain termistori kiehumispinnan suuruuden.If, on the other hand, the ambient temperature is low and the heating is insufficient, the boiling may cool the liquid too much and thus run out on its own. If enough outdoor air now enters the vortex surface, the liquid will no longer boil on the surface of the boiling zone, but will evaporate, causing it and the thermistor to continue to cool. The faster the liquid evaporates and the more it evaporates, the colder it becomes. In this case, the thermistor registers a lower temperature than the boiling point of the liquid, with the result that the boiling surface of the core must be as small as possible and that the ambient temperature and the outside air must be effectively kept out of the boiling zone. However, the size of the boiling surface is largely determined by the type and shape of the core as well as the size of the thermistor. In an ideal thermistor-fitted core 15, only the size of the boiling surface of the thermistor is determined.

Eräs toinen varjopuoli on, että maanpinnalla esiintyvät kiehumislämpötilat tekevät painemittauksen riittämättömäksi. Jos termistorin materiaalikoostumus on sopiva, voidaan vastusta tosin suurentaa, mutta siitä taas kärsii 20 termistorin tarkka arvioitavuus. Lisävaikeutena on, että on mahdotonta estää kokonaan ilman pääsyä kiehumispintaan, koska paineenmittaus on ylimalkaan mahdollinen vain täydellisessä paineentasauksessa. Ilmanpääsyn seurauksena vaikuttavat ennen kaikkea mittauksiin lähellä maanpintaa. Joh-25 tuen korkealla vallitsevasta ohuesta ilmasta haihtuu fri-genistä vain vähäinen osa ja jäähtyminen jää mitättömän vähäiseksi.Another downside is that boiling temperatures on the ground make the pressure measurement insufficient. If the material composition of the thermistor is suitable, the resistance can be increased, but again the exact evaluability of the 20 thermistors suffers. An additional difficulty is that it is impossible to completely prevent air from entering the boiling surface, because pressure measurement is only possible at full pressure equalization. As a result of the air intake, the measurements near the ground are affected above all. From the thin air prevailing at the height of the Joh-25 support, only a small part evaporates from the fri-gen and the cooling remains negligible.

Sinänsä tunnetun suojaputken sijoitus estää kuitenkin sen, että suurin osa nesteestä höyrystyy jo ennen kuin 30 se on noussut termistorin korkeudelle, eikä tähän liittyvä parannus vielä riitä. Myöskään lämpöäeristävän suojuksen asentaminen hypsometrin höyrystymisalueen ympärille ei enää riitä.However, the arrangement of the protective tube known per se prevents most of the liquid from evaporating even before it has risen to the height of the thermistor, and the related improvement is not yet sufficient. Also, installing a heat insulating cover around the evaporation area of the hypsometer is no longer enough.

Keksinnön päämääränä on välttää edellä mainitut 35 varjopuolet ja parantaa hypsometrin tarkkuutta staattisella alueella siinä määrin, että jäljelle jäävät virheet voidaan radiosondeja käytettäessä jättää vaille huomiota.The object of the invention is to avoid the above-mentioned drawbacks and to improve the accuracy of the hypsometer in the static range to such an extent that the remaining errors can be ignored when using radiosondes.

4 741 414,741 41

Keksinnön mukaan on alussa esitetty hypsometri tunnettu siitä, että sydämen ulkopintaa ympäröi sen termis-torilla varustetun pään alueella edullisesti sydämen yläreunaan saakka ulottuva vaippa, ja että vaippa on tehty 5 lämpöä huonosti johtavasta materiaalista.According to the invention, the hypsometer shown at the beginning is characterized in that the outer surface of the core is surrounded by a jacket, preferably extending to the upper edge of the core, in the region of its thermistor head, and that the jacket is made of a material with poor thermal conductivity.

Keksinnön avulla on ensinnäkin mahdollista ratkaista myös paineenmittauksen suoritus maanpinnalla. Keksinnön edullisuus perustuu siihen, että suojaputkesta ulkonevan lyhyen sydänosan kiehumapinta pienenee. Kun vaippa-10 putki päättyy sydämen yläpäässä, jää kiehumispisteeksi vain enää vaippaputken sisäpoikkipinta. Höyrystyneen nesteen määrä pienenee siten ja sydän voi jälleen imeä riittävästi nestettä.Firstly, with the aid of the invention, it is also possible to solve the performance of pressure measurement on the ground. The advantage of the invention is based on the fact that the boiling surface of the short core part projecting from the protective tube is reduced. When the jacket-10 tube terminates at the upper end of the heart, only the inner cross-section of the jacket tube remains at the boiling point. The amount of vaporized fluid thus decreases and the heart can again absorb enough fluid.

Koska vaippaputki on ylhäältä avoin, on paine sen 15 sisällä sama kuin ulkona. Siten ei nesteen lämpötila voi koskaan olla korkeampi kuin painetta vastaava kiehumis-lämpötila. Se alkaisi muutoin heti kiehua ja jäähtyisi täten kiehumislämpötilaan. Tällöin kehittyvä höyry kondensoituu noustessaan vaipaputkessa uudelleen jo korkeammal-20 le imetyn kylmemmän nesteen vaikutuksesta, niin että kie-humislämpötila kaiken kaikkiaan asettuu samalle tasolle. Koska vaippaputki on tehty lämpöä huonosti johtavasta ma-; teriaalista, ei putken seinän kautta tapahdu käytännölli sesti katsoen juuri mitään lämmönvaihtoa. Tämä vaikuttaa ; 25 suotuisasti myös alhaisilla lämpötiloilla, koska neste ; tulee termistoriin kiehumapisteessä ja pinnat, joihin ilma sydämeen pääsee ja voi nestettä haihduttaa, ovat erit-täin pienet ja sen vuoksi vielä paljon termistorin yläpuolella nesteen liikesuunnassa. Sillä tavoin johdetaan 30 termistoriin oikea lämpötila nopeammin uudelleenimetyllä nesteellä kuin tapahtuisi lämmönpoistolla haihdutuspinto-jen kautta.Since the jacket tube is open at the top, the pressure inside it 15 is the same as outside. Thus, the temperature of the liquid can never be higher than the boiling temperature corresponding to the pressure. Otherwise, it would immediately start to boil and thus cool to boiling temperature. In this case, the steam generated condenses as it rises again in the jacket tube under the influence of the colder liquid already sucked in at a higher temperature, so that the boiling temperature as a whole settles to the same level. Because the jacket tube is made of poorly conductive ma-; material, virtually no heat exchange takes place through the pipe wall. This affects; 25 also favorably at low temperatures because of the liquid; enters the thermistor at the boiling point and the surfaces to which the air enters the core and can evaporate the liquid are very small and therefore still much above the thermistor in the direction of movement of the liquid. In this way, the correct temperature is passed to the thermistor 30 more quickly with the resuspended liquid than would be done by heat removal through the evaporation surfaces.

Piirustuksessa esitetään keksinnön eräs suoritusesi-merkki.The drawing shows an embodiment of the invention.

35 Termistoria 1 verhoaa tiiviisti sydän 2.35 Thermistor 1 tightly envelops the heart 2.

Termistorin 1 kosketinpäät ulkonevat sydämen 2 läpi.The contact ends of the thermistor 1 protrude through the core 2.

; Sydäntä 2 ympäröi suojaputki 3. Sydämestä 2 sen kapillaa- I.; The core 2 is surrounded by a protective tube 3. From the heart 2 its capillary- I.

5 74141 rivaikutuksen avulla varastosäiliöstä 4 ylöspäinimeyty-nyt neste 5 siirtyy ylös ja termistoria 1 ympäröi kokonaan kiehuva neste.5 74141, the liquid 5 absorbed from the storage tank 4 is moved upwards and the thermistor 1 is completely surrounded by the boiling liquid.

Sen jälkeen voidaan säiliö 4 sulkea lämpöäeristä-5 väliä suojuksella 7, jossa on paineentasausaukko 8.Thereafter, the container 4 can be closed from the heat insulators-5 by a cover 7 with a pressure equalization opening 8.

Riippuen suojaputken 3 sijainnista tulee enää vain vähäinen pituus 9, joka käytännössä voi olla myös nolla, kosketukseen ympäröivän ilman kanssa.Depending on the location of the protective tube 3, only a small length 9, which can be practically zero, comes into contact with the surrounding air.

Claims

A hypsometer for measuring air pressure, which hypsometer comprises a partially liquid-filled container (4), optionally heated, wherein the container is provided with a core made of absorbent material with a jacket (3), in particular a jacket tube, extending from one end to the bottom of the container. 2), the other end of which, surrounded by air, is provided with a thermistor (1) surrounded by a core, the core extending to the bottom of the container without a jacket, characterized in that the outer surface of the core (2) is surrounded by its thermistor (1) end preferably a sheath (3) extending to the upper edge of the heart, and that the sheath (3) is made of a material with poor thermal conductivity. l ·