FI74141C - Hypsometer. - Google Patents

Description

1 74141

Hypsometri

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.

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.

Hypsometrian avulla palautuu painemittaus siis läm-20 pötilanmittaukseksi, ja tämä taasen vastusmittaukseksi, jos käytetään lämpötilananturia, esimerkiksi termistoria.

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.

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.

2 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

4 741 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.

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.

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.

Piirustuksessa esitetään keksinnön eräs suoritusesi-merkki.

35 Termistoria 1 verhoaa tiiviisti sydän 2.

Termistorin 1 kosketinpäät ulkonevat sydämen 2 läpi.

; Sydäntä 2 ympäröi suojaputki 3. Sydämestä 2 sen kapillaa- I.

5 74141 rivaikutuksen avulla varastosäiliöstä 4 ylöspäinimeyty-nyt neste 5 siirtyy ylös ja termistoria 1 ympäröi kokonaan kiehuva neste.

Sen jälkeen voidaan säiliö 4 sulkea lämpöäeristä-5 väliä suojuksella 7, jossa on paineentasausaukko 8.

Riippuen suojaputken 3 sijainnista tulee enää vain vähäinen pituus 9, joka käytännössä voi olla myös nolla, kosketukseen ympäröivän ilman kanssa.

Claims (1)

1. 6 74141 Patenttivaatimus Hypsometri ilmanpaineen mittaamista varten, joka hypsometri käsittää osittain nesteellä täytetyn, mahdol-5 lisesti lämmitetyn säiliön (4), jolloin säiliöön on sijoitettu toisesta päästään säiliön pohjaan saakka ulottuva, vaipalla (3), erikoisesti vaippaputkella varustettu, imukykyisestä materiaalista tehty sydän (2), jonka toinen, ilman ympäröimä pää on varustettu termistorilla (1), jota 10 sydän ympäröi, jolloin sydämen säiliön pohjaan saakka ulottuvassa päässä ei ole vaippaa, tunnettu siitä, että sydämen (2) ulkopintaa ympäröi sen termistorilla (1) varustetun pään alueella edullisesti sydämen yläreunaan saakka ulottuva vaippa (3), ja että vaippa (3) on tehty 15 lämpöä huonosti johtavasta materiaalista. l·