FI79758C - Saett att tillverka en med gastryck fungerande termometer. - Google Patents

Description

1 79758

Menetelmä kaasun paineella toimivan lämpömittarin valmistamiseksi - Sätt att tillverka en med gastryck-fungerande termometer

Keksintö kohdistuu menetelmään kaasun paineella toimivan lämpömittarin valmistamiseksi. Lämpömittausjärjestelmä käsittää kaasusäiliön, bourdonputken ja ka-pillaariputken, jonka enimmäismitta on n. 20 m ja jo-5 ka yhdistää kaasusäiliön bourdonputken toiseen päähän. Lämpömittausjärjestelmä on täytetty ylipaineisella kaasulla, joka on ympäristön lämpötilassa ja lämpömittausjärjestelmä on ilmatiiviisti suljettu. Bourdonputken vapaa pää on yhdistetty lämpötilan il-10 maisimeen tai rekisteröintilaitteeseen voimansiirto-koneiston välityksellä. Voimansiirtokoneisto koostuu moniosaisesta nivelsysteemistä, joka käsittää vipu-varren, välitinvivun ja hammastangon, jonka yhteydessä on hammasratas. Kulma a , keskellä olevan välitin-15 vivun ja vipuvarren välillä ja kulma fi, välitinvivun ja hammastangon välillä ovat säädettäviä. Bourdonputken vapaa pää on yhdistetty vipuvarren vapaaseen päähän ja hammastangon hammastettu vapaa pää on yhdistetty lämpötilan ilmaisimeen tai rekisteröintilait-20 teeseen tämän siitä kohdasta, jossa mainittu hammas-ratas sijaitsee. Bourdonputki, voimansiirtokoneisto ja lämpötilan ilmaisin tai rekisteröintilaite on sijoitettu koteloon tai vastaavaan, joka lämpötilan ilmaisinta käytettäessä on varustettu mitta-asteikolla. 25

On tunnettua, että kaasun paineella toimivia lämpömittareita valmistettaessa pyritään pääsemään tulokseen, jossa lämpömittarilla mitattujen lämpötila-arvojen ilmaisu vaihtelee lineaarisessa suhteessa läm-30 pötilavaihteluihin. Tällaisen tuloksen saavuttamiseksi, kuten lähteessä De-Ingenieur 4j> (1954), pp 0 83-0 90 on esitetty, on ensisijaisesti varmistuttu 2 79758 siitä, että kaasu, jolla kaasun paineella toimiva lämpömittari on täytetty, on sellaisessa tilassa, että lämpötilavaihteluista johtuvat tilan muutokset täyttävät yleisen kaasulain ihannekaasun tapauksessa. 5 Tämä yleinen kaasulaki, sovellettuna tietyn painoiseen kaasumäärään, jonka tilavuus pidetään vakiona, voidaan ilmaista kaavalla 10 Pl = Tl.

P2 T2 Tämä kaava osoittaa, että absoluuttisen lämpötilan ja absoluuttisen paineen välillä on olemassa lineaarinen 15 riippuvuus, joten kaasun paineella toimiva lämpömittari voidaan varustaa lineaarisella asteikolla.

Käytännössä kuitenkin alkuehto, johon ihannekaasuun sovelletun yleisen kaasulain käytön täsmällisyys 20 osittain perustuu, nimittäin siihen, että kaasun paineella toimivan lämpömittarin sisältämän kaasun tilavuus säilyy vakiona, ei ole täytetty. Nimittäin silloin kun kaasun paine kasvaa, aukeavan bourdonputken tilavuus lisääntyy. Kuitenkin valitsemalla bourdon-25 putken tilavuuden ja kaasusäiliön tilavuuden välinen suhde alhaiseksi, bourdonputken tilavuuden kasvun vaikutus kokonaistilavuuteen automaattisesti vähenee ja on mitätön silloin kun tämä suhde on esim. 1:100.

30 Toinen näkökohta, joka liittyy kaasun paineella toimivaan lämpömittariin ja joka samoin vaikuttaa edellä esitettyyn lineaariseen suhteeseen paineen ja lämpötilan välillä, liittyy siihen, että kaasusäiliön ja putken ulkopuolella olevan kaasun lämpötila, eli sen 3 79758 kaasun lämpötila, joka on kapillaariputkessa ja bour-donputkessa, eroaa kaasusäiliössä olevan kaasun lämpötilasta. Poikkeama lineaarisesta suhteesta paineen ja lämpötilan välillä, jonka tämä aiheuttaa, voidaan 5 myös vähentää kohtuullisiin puitteisiin lisäämällä tilavuuseroa ja siten tilavuussuhdetta bourdonputken ja kaasusäiliön välillä.

Yhteenvetona voidaan siten todeta, että toimenpiteet, 10 jotka aikaisempi tekniikka on valinnut perinteisen kaasun paineella toimivan lämpömittarin paineen ja lämpötilan välillä vaikuttavan lineaarisen suhteen poikkeamien vähentämiseksi ja perusteet, jotka on oletettu kaasun paineella toimivan lämpömittarin 15 suunnittelun lähtökohdaksi, ovat aina kohdistuneet kaasusäiliön tilavuuden kasvattamisen suuntaan suhteessa kapillaariputken ja bourdonputken tilavuuteen. Käytännössä tämä on johtanut siihen, että perinteinen kaasun paineella toimiva lämpömittari on varustettu 20 kaasusäiliöllä, jonka tilavuus on 50-100 cm3 .Suurin käytännön epäkohta tällaisissa suurella kaasusäiliöllä tai vastaavalla varustetuissa perinteisissä kaasun paineella toimivissa lämpömittareissa on se, että tällaisen lämpömittarin käyttö vaatii suurta tilaa ja 25 lisäksi sillä on pitkä reagointiaika. Koska hyvin teolliseen käyttöön soveltuvan lämpömittarin kaasu-säiliön tilavuus on n. 4-5 cm3, kaasusäiliön tilavuus 50-100 cm3 tarkoittaa tosiasiassa estettä tällaisen .j lämpömittarin teolliselle käytölle.

30

Hollantilaisessa patentissa 161 258 on esitetty kaasun paineella toimiva lämpömittari, jossa kaasusäi-: liön suuren tilavuuden n. 50-100 cm3 aiheuttama on gelma on ratkaistu varustamalla kaasun paineella toi-35 mivan lämpömittarin mittausjärjestelmä kaasulla, joka 4 79758 on hyvin korkeassa paineessa ympäristön lämpötilassa, esim. 100 bar tai enemmän. On havaittu, että tällainen lämpömittari mahdollistaa lämpötilojen mittaamisen alle 1% virheellä kokonaisasteikosta käyttäen 5 kaasusäiliötä, jonka tilavuus voi olla jopa niin pieni kuin 1 cm3. Toisaalta on selvää, että korkea täyt-töpaine eli ympäristön lämpötilassa oleva kaasun paine mittausjärjestelmässä asettaa ankaria vaatimuksia mittausjärjestelmän tiiviydelle. Tämä vaatimus on 10 vielä painavampi mikäli kaasun paineella toimivaa lämpömittaria aiotaan käyttää sellaisissa mittausolo-suhteissa, joissa on käytettävä korkeimpia täyttöpai-neita eli lämpömittareissa, joissa on kapea kokonais-mittausalue kuten esim. mittausalueet 0 - 60°C ja 15 -40 - +40°C.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä kaasun paineella toimivan lämpömittarin valmistamiseksi, jossa toisaalta matala kaasun täyttöpaine, 20 vähintään n. 5 bar'ia ympäristön lämpötilassa, on riittävä ja jossa toisaalta mittaustarkkuus on 1% tai parempi, lämpömittarin ollessa edelleen varustettu lineaarisella asteikolla ja kaasusäiliöllä, jonka tilavuus sopii hyvin teolliseen käyttöön eikä ylitä 25 esim. 4-5 cm3.

On yllättäen havaittu, että edellä esitetyt ehdot, jotka saattavat näyttää ristiriitaisilta sovellettuina kaasun paineella toimivaan lämpömittariin, voi-30 daan saada aikaan bourdonputken avulla, jonka ominaisuudet merkittävästi eroavat nykyisin käytössä olevista bourdonputkista, joita yleisesti käytetään lämpömittareissa, jotka perustuvat kaasujen tai nesteiden laajenemiseen tai kylläisten höyryjen paineen-35 vaihteluihin.

Il 5 79758

Keksinnön mukaisesti edellä esitettyyn kappaleeseen viitaten menetelmä perustuu siihen, että mittausjärjestelmässä käytettävä bourdonputki valitaan siten, että sen pitkä kimmoisa kokonaispoikkeama on vähin-5 tään 22 mm ja tehollinen kimmoisa poikkeama on n. 11 mm, mittausjärjestelmä täytetään kaasulla ympäristön lämpötilassa paineeseen, joka on vähintään n. 5 bar ja että epälineaarinen ilmaisu, joka esiintyy bour-donputken avautuessa, kompensoidaan kulmia a ja β 10 säätämällä.

Erään keksinnön suoritusmuodon mukaisesti bourdonput-ken kimmoisaksi poikkeamaksi valitaan n. 40-22 mm tehollisen kimmoisan poikkeaman ollessa n. 11 mm.

15

Bourdonputken pitkä kimmoisa poikkeama, joka on keksinnön mukaisen menetelmän kohteena, saadaan aikaan tekemällä putki putkimateriaalista, jolla on suhteellisen ohut seinämävahvuus ja mitoittamalla putki le-20 veydeltään suureksi. Osittain johtuen siitä, että putkimateriaali on vähemmän litistynyt, tämän keksinnön puitteissa käytettävän bourdonputken tilavuus on huomattava ja saattaa olla n. kaksi kertaa niin suuri, kuin perinteisessä kaasun paineella toimivassa 25 lämpömittarissa.

Edullisesti silloin kun bourdonputken tehollinen poikkeama on n. 11 mm, valitaan kimmoisaksi kokonais-poikkeamaksi n. 40-22 mm.

30 Käytettäessä keksinnön mukaista bourdonputkea, jonka tehollinen kimmoisa poikkeama on n. 11 mm, voidaan käyttää voimansiirtokoneistoa, jolla on pienempi suu-rennussuhde kuin perinteisellä kaasun paineella toi-35 mivilla lämpömittareilla.

6 79758

On selvää, että tämä antaa lisäedun mittaustarkkuuden edistämisessä, koska tosiasiassa lämpömittausjärjestelmän todelliset virheet kasvavat voimansiirtoko-neistossa. Perinteisessä kaasun paineella toimivassa 5 lämpömittarissa voimansiirtokoneiston suurennussuhde on 1:16 - 1:18. Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä on valittu edullisesti sellainen voimansiirto-koneisto, jonka suurennussuhde on enintään n. 1:8,5.

10 Keksinnössä käytettävän bourdonputken suuremmasta tilavuudesta johtuen suhteessa perinteiseen kaasun paineella toimivan lämpömittarin tavallisesti käytettävän bourdonputken tilavuuteen eri kaasumääriä käytetään näiden kahden eri tapauksen lämpömittausjärjes-15 telmissä.

On hyvin tunnettua, että tarkasteltaessa mittausten tarkkuutta ulkoisen lämpötilan vaikutus lämpömittarin laatikkoon tai vastaavaan ja kaasun paineella toimi-20 van lämpömittarin osiin, jotka on sijoitettu siihen, kuten bourdonputken, voimansiirtokoneiston ja osoit-* timen asteikkoineen, ei voida jättää huomiotta. Tästä syystä kuten on hyvin tunnettua, kaasun paineella toimiva lämpömittari on varustettu lämpötilan kompen-25 sointijärjestelmällä, joka on saatu aikaan valmista malla vipuvarsi kaksoismetallista.

Aikaisemmin tunnetuissa kaasun paineella toimivissa lämpömittareissa tämä kompensointi voi olla oleelli-30 sesti sama kaikilla mittausalueilla. Tämän keksinnön mukaisessa kaasun paineella toimivassa lämpömittarissa on havaittu, että yksi ainoa kompensointitapa ei ole riittävä vaan tämä kompensointi on sovellettava erilaisten mittausalueiden mukaan. Näin ollen sen 35 kaksoismetallin rakenne, josta vipuvarsi on tehty, on

II

7 79758 valittu kaasun paineella toimivan lämpömittarin mittausalueen ja vastaavasti kaasun täyttöpaineen eli ympäristön lämpötilassa olevan kaasun paineen mukaisesti.

5

Keksinnön mukaisen bourdonputken käytön on käytännössä havaittu nostavan suuressa määrin bourdonputken avautumisen epälineaarisuutta, joka saattaisi johtaa siihen, että tällaista bourdonputkea ei voida käyttää 10 lineaarisella asteikolla. Tämä vaikutus lisääntyy edelleen käyttämällä keksinnön yhteydessä suhteellisen pientä kaasusäiliötä. On yllättäen havaittu, että tämä keksinnön mukaisesti valitun bourdonputken ominaisuus, joka sinällänsä on epäedullinen, voidaan 15 poistaa ja kaasun paineella toimivassa lämpömittarissa voidaan edelleen käyttää lineaarista asteikkoa ja voidaan saavuttaa yhden prosentin tai parempi mittaustarkkuus kokonaisasteikosta, mikä vaaditaan teollisessa käytössä, sopivalla valitsinvivun ja vipuvar-20 ren sekä vastaavasti vipuvarren ja hammastangon välisten kulmien a ja/tai β säädöllä. Perinteisesti nämä kulmat a ja β ovat olleet molemmat 90°. Nyt esillä olevan keksinnön puitteissa niillä voi olla eri arvot aina, esim. 135° ja 50°, kuten yksityiskoh-25 taisemmin myöhemmin on selvitetty.

Keksinnön mukainen menetelmä on kannattava käytettäväksi tarkkojen kaasun paineella toimivien lämpömittareiden valmistuksessa. Niillä on hyvä suorituskyky 30 ja laajasti vaihtelevat mittausalueet, jolloin alhaisin lämpötila voi olla esim. -245°C ja korkein lämpötila niinkin korkea kuin esim. 800°C.

8 79758

Keksinnön mukaisen kaasun paineella toimivan lämpömittarin hyvä toiminta voidaan saada aikaan riippumatta käytettävän kaasun laadusta niin, että esim. heliumia tai argonia voidaan käyttää mutta myös esim.

5 typpeä.

Keksintöä on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä samalla viitaten oheisiin piirustuksiin. Piirustuksissa 10 kuva 1 esittää kaaviollisesti bourdonputken, siihen kytketyn voimansiirtokoneiston muodostamaa yhdistelmää perinteisessä kaasun paineella toimivassa lämpömittarissa, jonka 15 mittausalue on 0-60°C ja 0-600°C, kulmien o ja B ollessa perinteisesti molemmilla mittausalueilla samansuuruiset ja suurudeltaan 90°C, 20 kuva 2 esittää kuvan 1 tapaista yhdistelmää, jota kuitenkin käytetään keksinnön mukaisessa kaasun paineella toimivassa lämpömittarissa mittausalueella 0-600°C ja 25 kuva 3 esittää kuvan 2 mukaista yhdistelmää, jota käytetään keksinnön mukaisessa kaasun paineella toimivassa lämpömittarissa mittausalueella 0-60°C.

30 Kuvissa 1-3 vastaavat viitenumerot viittaavat vastaa-viin osiin.

Bourdonputki 1 (kuva 1) tai 1' (kuva 2 ja 3) on molemmissa tapauksissa kiinnitetty toisesta päästään li 9 79758 vipuvarteen 3, joka muodostaa osan voimansiirtoko-neistosta 2, joka edelleen käsittää välitinvivun 4 ja hammastangon 5. Välitinvipu 4 on toisaalta toisesta päästään kytketty vipuvarteen 3 ja toisaalta toisesta 5 päästään hammastankoon 5 siten, että kulmat a ja 6, jotka ovat välitinvivun 4 ja vipuvarren 3 sekä vastaavasti välitinvivun 4 ja hammastangon 5 välillä, ovat säädettävät.

10 Hammastanko on asennettu akselin 10 ympäri pyöriväksi ja varustettu hammastuksella 6, joka on yhteistoiminnassa hammasrattaan 7 kanssa, joka on yhdistetty osoittimeen 8. Hammasrattaan ja osoittimen muodostama yhdistelmä on kiinnitetty pyörivän akselin 12 ympäri 15 kiertyväksi ja kiertymisen aikana osoittimen kärki liikkuu pitkin asteikkoa 9 asemaan, joka vastaa mitattavaa lämpötilaa.

Bourdonputken 1 tai 1' pää 11 on yhdistety (ei esi-i 20 tetty kuvissa) kapillaariputkella kaasusäiliöön, kuten kaasun paineella toimivissa lämpömittareissa on tavanomaista.

Kuvissa 1-3 osoitin on jokaisessa tapauksessa asen-25 nossa, jossa se osoittaa asteikon keskustaan.

Koko kuvan 1 mukainen bourdonputken 1 ja voimansiir-tokoneiston muodostama yhdistelmä kohdistuu näiden osien käyttöön perinteisessä kaasun paineella toimi-30 vassa lämpömittarissa. Bourdonputken kokonaispoik-keama on tällöin 13 mm bourdonputken tilavuuden ollessa 0,14 cm3 . Kaasusäiliön (ei esitetty) tilavuus on 100 cm3 . Osoittimen osoittaessa asteikon keskustaan kulmat o ja B ovat 90°.

10 79758

Kuvat 2 ja 3 esittävät keksinnön mukaisia samantapaisesti konstruoituja bourdonputken 1' ja voimansiirto-koneiston 2 muodostamia yhdistelmiä, joita käytetään kaasun paineella toimivissa lämpömittareissa, jotka 5 ovat keksinnön mukaisia. Mittausalueet ovat erisuuria eli 0-600 °C (Fig. 2) ja 0-60°C (Fig. 3). Bourdonputken kokonaispoikkeama mittausalueella 0-60°C on 38,5 mm ja vastaavasti 0-600°C 22,5 mm. Bourdonputkien tilavuus on molemmissa tapauksissa sama 0,23 cm3.

10

Molemmissa tapauksissa kaasusäiliön tilavuus on 4,5 cm3 .

Voimansiirtokoneiston 2 suurennussuhde on molemmissa 15 tapauksissa 1:8,2. Välitinvipu 3, joka muodostaa voimansiirtokoneiston osan, on tehty kaksoismetallista, joka tässä tapauksessa on kuitenkin eri eri mittaus-alueille.

20 Kuvan 3 mukaisessa yhdistelmässä, jota käytetään lämpömittarin mittausalueella 0-60°C kaasun paine, jolla lämpömittausjärjestelmä on täytetty, on 50 bar 20°C lämpötilassa ja kuvan 2 mukaisessa yhdistelmässä mittausalueella 0-600°C paine on 9 bar.

25

Osoittimen lineaarisen poikkeaman, joka on mitatun lämpötilan funktio, aikaansaamiseksi vipuvarren 3 ja välitinvivun 4 ja vastaavasti välitinvivun 4 ja ham-mastangon 5 väliset kulmat on asetettu seuraavasti.

li 11 79758

Kaasun paineella Kulina ° Kulina β toimivan lärrpömit- (vipuvarren ja (välitinvivun ja rin mittausalue välitinvivun hanmastangon väli- välinen) asteita nen) asteita 5 _ 0 - 60°C 112 75 0 - 600°C 135 50 10 _

Keksinnön mukainen kaasun paineella toimiva lämpömittari, jossa on kuvien 2 ja 3 mukaiset yhdistelmät asetettiin ja kalibroitiin seuraavasti: 15

Asetus ja kalibrointi suoritettiin tarkkailun alaisena 200°C lämpötiloihin Instrumentenfabrick Tomson N.V. valmistamassa kalibrointikylvyssä, jonka lämpötilat automaattisesti ja tarkasti pidettiin + 0,01°C 20 asteen tarkkuudella vakiona. Näitä lämpötiloja tarkkailtiin jatkuvasti digitaalisilla tarkkuuslämpömit-tareilla, joiden toimivuus vuorostaan säännöllisesti tarkastettiin Arno Amrel, OHG, erikoistarkkuuslämpö-mittareilla, joiden toiminnasta oli kalibrointitodis-25 tus. Tamson lämpökalibrointikylvyssä kuumentava aine oli vesi aina 100°C lämpötiloihin ja lämpötiloissa 100°C - 200°C Tamson silikoniöljy 47 V100.

Asetus ja kalibrointi yli 200°C lämpötiloja varten 30 suoritettiin kalibointikylvyssä "Schwing Thermocal Eich- und Priifbad, tyyppi TH050, jonka lämpötilat 12 79758 automaattisesti ja tarkasti pidettiin + 0,15°C tarkkuudella vakiona. Myös näitä lämpötiloja tarkkailtiin jatkuvasti digitaalisilla erikoistarkkuuslämpömitta-reilla, joiden toimivuus vuorostaan säännöllisesti 5 tarkastettiin Arno Amrel OHG erikoistarkkuuslämpömit-tareilla, joiden toiminnasta oli kalibrointitodistus. Schwing-kalibrointikylvyssä, lämmönsiirtoneste oli nesteytetty alumiinioksidi, jonka partikkelikoko vastaa 180 mesh.

10

Kalibrointitulokset, jotka saatiin kaasun paineella toimivalle lämpömittarille on koottu seuraavaan taulukkoon: 15

Kalibrointitulokset

Kaasun paineella toimiva lämpömittari (mittausalue 0-60°C) 20

Kalibrointilämpötila Osoitin 0 0 20 19,9 25 40 39,8 60 60

II

13 79758

Kaasun paineella toimiva lämpömittari (mittausalue 0-600°C)

Kalibrointilämpötila Osoitin 5 0 0 100 , 99,5 200 199,3 300 300,0 10 400 397,5 500 498,8 600 599,0 15 Kalibrointitulokset osoittavat, että jokaisella mittausalueella kaasun paineella toimivat lämpömittarit, jotka on valmistettu keksinnön mukaisesti, mahdollistavat lämpötilan mittaukset, ja joissa poikkeama on jopa vähemmän kuin 1% asteikosta.

Claims (3)

14 79758