NL8303509A

NL8303509A - Werkwijze ter vervaardiging van een gasdrukthermometer.

Info

Publication number: NL8303509A
Application number: NL8303509A
Authority: NL
Original assignee: Stiko Holding
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1983-10-12
Publication date: 1985-05-01
Also published as: EP0141457B1; DE3469317D1; EP0141457A1; DK158164C; FI843984L; FI79758B; FI843984A0; DK481784A; JPH0262165B2; DK158164B; JPS60143730A; ATE32475T1; FI79758C; NO844076L; US4606104A; DK481784D0

Description

·> « τρ '/Ο 5192

Titel: werkwijze ter vervaardiging van e^n gasdrukthermometer

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een gasdrukthermometer waarbij men een meetstelsel, omvattende een houder voor het gas, een Bourdonbuis en een capillair van ten hoogste ongeveer 20 m, die de houder met een einde van de 5 Bourdonbuis verbindt, vult met het gas tot een bij omgevingstemperatuur heersende overdruk; het stelsel hermetisch sluit; het vrije einde van de Bourdonbuis verbindt met een temperatuuraanwijs - of - registra-tieorgaan door tussenkomst van een overbrengingsmechanisme, gevormd door een meerledig stangenstelsel, omvattende een hefboomstang, een trekstang , /met rondsel, , 10 en een tandheugelstang'waarbij de hoek α tussen de midden opgestelde trekstang en de hefboomstang en de hoek g tussen de trekstang en de tandheugel stang instelbaar zijn, waarbij men het vrije einde van de Bourdonbuis met het vrije einde van de hefboomstang respectievelijk het de tandheugel bevattende vrije einde van de tandheugel stang verbindt met 15 het temperatuuraanwljsorgaan of met het temoeratuurreqistratieornaan vla het het rondsel bevattende uiteinde daarvan en het samenstel van de*

Bourdonbuis, het overbrengingsmechanisme en het temperatuuraanwijs-orgaan of -registratieorgaan onderbrengt in een kast die bij toepassing van een temperatuuraanwijsorgaan verder wordt voorzien van een van een 20 schaalverdeling voorziene wijzerplaat.

Het is bekend dat men bij de vervaardiging van een gasdrukthermometer er naar streeft een resultaat te verkrijgen waarbij de aanwijzing door de thermometer van de gemeten temperatuurwaarden lineair evenredig met de temperatuursveranderingen verloopt. Voor het bereiken 25 van een dergelijk resultaat wordt, zoals beschreven in De Ingenieur 46 ( 1954 } blz. 0 83- 0 90, er primair voor gezorgd dat het gas waarmede de gasdrukthermometer is gevuld zich bevindt in een toestand, dat veranderingen van die toestand tengevolge van temperatuursveranderingen voldoen aan de gaswet voor een ideaal gas.

8303509 9 t - 2 -

Deze gaswet, toegepast op een bepaald gewicht aan gas waarvan het volume constant wordt gehouden, kan worden weergegeven, door de formule pi = Tl P2 T2

Hieruit blijkt dat tussen absolute temperatuur en absolute druk een 5 rechtlijnig verband bestaat zodat de gasdrukthermometer kan worden voorzien van een lineaire schaalverdeling.

In de praktijk zal echter aan de uitgangsvoorwaarde, waarop de juistheid van de toepassing van de gaswet voor een ideaal gas mede is gebaseerd, namelijk dat het volume van het in de gasdrukthermometer 10 opgesloten gas constant blijft, niet worden voldaan: bij toeneming van de gasdruk zal het volume van de zich ontrollende Bourdonbuis worden vergroot. Door nu de verhouding tussen het volume van de Bourdonbuis en het volume van de houder van het gas klein te kiezen, wordt de invloed van de volumevermeerdering van de Bourdonbuis op het totale volume auto-15 matisch verminderd, en is verwaarloosbaar als deze verhouding bij voorbeeld 1 : 100 bedraagt.

Een ander aspect bij gebruik van een gasdrukthermometer dat afbreuk doet aan het hierboven vermelde lineaire verband tussen druk en temperatuur heeft daarop betrekking, dat de temperatuur van het 20 gas dat zich buiten de houder of voeler bevindt, dus het gas dat in het capillair en de Bourdonbuis is opgesloten, een andere temperatuur heeft dan het gas in de houder. Ook de hierdoor optredende afwijking van het lineaire verband tussen druk en temperatuur kan binnen aanvaardbare grenzen worden teruggebracht door het verschil in volume en dus de volu-25 meverhouding tussen dat van de Bourdonbuis en dat van de houder van het gas te vergroten.

Samenvattend kan derhalve worden vastgesteld, dat de maatregelen die men in de techniek heeft genomen om bij de klassieke gasdrukthermometer de afwijking van het lineaire verband tussen druk en 30 temperatuur, waarvan de oorzaken verondersteld werden gelegen te zijn in de construct!evorm van de gasdrukthermometer, steeds gezocht heeft in de richting van een vergroting van het volume van de houder van het gas ten opzichte van dat van capillair en Bourdonbuis. In de praktijk heeft 8303509 -3- « % dit ertoe geleid dat de klassieke gasdrukthermometer werd voorzien van 3 een houder met een volume van 50 tot 100 cm . Praktisch is een belangrijk bezwaar van de klassieke gasdrukthermometer met een dergelijke grote houder of voeler dat de toepassing ervan veel plaats vergt en hij bovendien 5 een lange reactietijd heeft. Aangezien de inhoud van de houder van een 3 voor industrieel gebruik goed geschikte thermometer ca. 4-5 cm be-draagt, betekent een houdervol urne van 50 - 100 cm in feite een belemmering voor de industriële toepassing ervan.

In het Nederlandse octrooi schrift 161.258 is een gas-10 drukthermometer geopenbaard waarbij het probleem van de toepassing van 3 een houder van het gas met een groot volume van ca. 50 tot 100 cm is opgelost door het meetstelsel van de gasdrukthermometer te voorzien van gas onder een bij omgevingstemperatuur zeer hoge druk van 100 bar of meer. Met een dergelijke thermometer blijken temperaturen te kunnen 15 worden gemeten met een nauwkeurigheid tot minder dan 1% van de totale schaalverdeling bij een houdervol urne dat zelfs tot slechts ongeveer 3 1 cm kan bedragen. Het zal anderzijds duidelijk zijn dat de toepassing van een hoge vuldruk, dit is de druk van het gas in het meetstelsel bij omgevingstemperatuur, hoge eisen stelt aan de dichtheid van het 20 meetstelsel. Deze eis weegt des te zwaarder indien de gasdrukthermometer moet worden toegepast in meetgebieden waar de hoogste vul drukken moeten worden toegepast, dat wil zeggen bij thermometers met kleine totale meetbereiken zoals bijvoorbeeld meetbereiken van 0-60° C en -40 - +40° C.

Doel van de uitvinding is de verschaffing van een 25 werkwijze van de in de aanhef vermelde soort ter vervaardiging van een gasdrukthermometer waarbij enerzijds kan worden volstaan met een lage vuldruk van het gas van bijvoorbeeld ten minste ca. 5 bar bij omgevingstemperatuur en met anderzijds behoud van de meetnauwkeurigheid van 1!5 of beter terwijl de thermometer toch van een lineaire schaalverdeling 30 kan worden voorzien en van een houder met een voor industrieel gebruik 3 goed geschikt volume van niet meer dan bijvoorbeeld 4 3 5 cm .

Verrassenderwijze is nu gebleken, dat aan de hierboven vermelde, voor een gasdrukthermometer tegenstrijdig te achten voorwaarden kan worden voldaan, uitgaande van een Bourdonbuis met eigenschappen die 35 sterk afwijken van die van gangbare Bourdonbuizen die in het algemeen in 83 0 "503 * -4- thermometers* berustende op de uiteenzetting van gassen en vloeistoffen en de spanning van verzadigde dampen, worden toegepast.

Volgens de uitvinding gaat men onder verwijzing naar het in de vorige alinea vermelde aldus te werk, dat men voor toepassing 5 in het meetstelsel een Bourdonbuis met een lange totale veerweg van ten minste 22 mm en een nuttige veerweg van ongeveer 11 ran kiest, het meetstelsel vult met het gas tot een bij omgevingstemperatuur heersende druk van ten minste ongeveer 5 bar en de bij ontrolling van de Bourdonbuis optredende niet-lineaire aanwijzing compenseert door instelling van de 10 hoeken a en β.

Volgens een nadere uitwerking van de werkwijze volgens de uitvinding past men een Bourdonbuis toe met een veerweg van ongeveer 40-22 mm bij de nuttige veerweg van ongeveer 11 ran.

De in het kader van de werkwijze volgens de uitvinding 15 aan te houden lange veerweg van de Bourdonbuis wordt bereikt door deze buis te vervaardigen uit een buismateriaal met relatief geringe wanddikte en door de buis een grotere breedte te geven. Mede door een mindere pletting van het buismateriaal is de inhoud van de in het kader van de uitvinding toe te passen Bourdonbuis aanmerkelijk en kan ongeveer 20 het tweevoudige bedragen van die van de klassieke gasdrukthermometers.

Doelmatig kiest men bij de nuttige veerweg van de Bourdonbuis van ongeveer 11 mm een - totale - veerweg van ongeveer 40 -22 mm.

Door toepassing volgens de uitvinding van een Bourdonbuis met een nuttige veerweg van ongeveer 11 mm kan met een overbrengings-25 mechanisme met kleinere vergrotingsfactor worden volstaan dar. het geval is bij de klassieke gasdrukthermometer.

Het zal duidelijk zijn dat men hierdoor het extra voordeel /daar heeft van een bevordering van de meetnauwkeurigheid/ immers de intrinsieke fouten van het meetsysteem door het overbrengingsmechanisme eveneens worden 30 vergroot. Bij de klassieke gasdrukthermometers bedraagt de vergrotingsfactor van het overbrengingsmechanisme 1 : 16 tot 1 : 18. In het kader van de werkwijze volgens de uitvinding kiest men bij voorkeur een overbrengingsmechanisme waarvan de vergrotingsfactor ten hoogste ongeveer 1 : 8,5 bedraagt.

8503309 * "· -5-

Door de grotere inhoud van de volgens de uitvinding toe te passen Bourdonbuis ten opzichte van de inhoud van de Bourdonbuis, die in de klassieke gasdrukthermometer normaliter wordt toegepast, zal voor beide gevallen de hoeveelheid gas in het meetstelsel onderling afwijken.

5 Het is algemeen bekend dat de invloed van de omgevings temperatuur op de thermometerkast en de daarin ondergebrachte onderdelen van een gasdrukthermometer zoals de Bourdonbuis, het overbrengingsmechanisme en de wijzer met wijzerplaat, in verband met de meetnauw-keurigheid niet kan worden verwaarloosd. Daarom wordt zoals bekend 10 een gasdrukthermometer voorzien van een temperatuurcompensatiesysteem dat wordt verkregen door de hefboomstang te vervaardigen uit een bimetaal.

Bij de bekende gasdrukthermometer blijkt deze compensatie voor alle meetbereiken nagenoeg gelijk te kunnen zijn. Bij de gasdrukthermometer volgens de uitvinding blijkt niet te kunnen worden 15 volstaan met een enkele compensatiemaatregel, maar dient deze maatregel te worden aangepast aan de verschillende meetbereiken, dat wil zeggen dat het tyoe bimetaal, waaruit de hefboomstang wordt vervaardigd, wordt gekozen afhankelijk van het meetbereik van de gasdrukthermometer en derhalve van de vuldruk van het gas, dit is de druk van het gas bij omgevings-20 temoeratuur.

De toepassing van de Bourdonbuis volgens de uitvinding blijkt in de praktijk aanleiding te geven tot een in sterke mate niet-lineaire ontrol!ing van de Bourdonbuis die het niet mogelijk zou maken om een lineaire schaalverdeling toe te passen. Dit verschijnsel wordt 25 daarbij nog verder versterkt door volgens de uitvinding een relatief kleine houder van het gas toe te passen. Verrassenderwijze is gebleken, dat dit op zichzelf nadelige effect van de volgens de uitvinding gekozen Bourdonbuis kan worden opgeheven en in de gasdrukthermometer toch van een lineaire schaalverdeling gebruik kan worden gemaakt resp. de voor 30 industriële toepassing verlangde meetnauwkeurigheid van 1% van de totale schaalverdeling of beter kan worden bereikt door een afwijkende instelling van de hoeken α en/of s tussen de trekstang en de hefboomstang resp. de trekstang en de tandheugel stang. Deze hoeken α en s bedragen gebruike-lijkerwijze 90° en 90° maar kunnen in het kader van de uitvinding afWij- 8305509 V * -β- kende waarden bezitten tot bijvoorbeeld 135° respectievelijk 50°, zoals later nader zal worden toegelicht.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen nauw-keurige en goed functionerende gasdrukthermometers worden verkregen met 5 zeer uiteenlopende meetbereiken met een laagste temperatuur van bijvoorbeeld -245° en met een hoogste temperatuur tot zelfs bijvoorbeeld 800°C.

De goede werking van de gasdrukthermometer volgens de uitvinding kan worden verkregen ongeacht de aard van het gas zodat als 10 gas evenzeer gebruik kan worden gemaakt van bijvoorbeeld helium of argon als ook van bijvoorbeeld stikstof.

De uitvinding wordt aan de hand van de tekening nader toegelicht. In de tekening toont figuur 1 schematisch de combinatie van een Bourdonbuis, 15 verbonden met het overbrengingsmechanisme binnen een klassieke gasdrukthermometer met een meetbereik van 0 tot 60° C en van 0 tot 600° C, en waarbij de hoeken α en s, zoals daarbij gebruikelijk is, voor beide meetbereiken gelijk zijn en 90° bedragen; figuur 2 een combinatie als in figuur 1, echter voor toe-20 passing in een gasdrukthermometer volgens de uitvinding met een meetbereik van 0 tot 600° C, en figuur 3 de combinatie volgens figuur 2, toegepast in een gasdrukthermometer volgens de uitvinding met een meetbereik van 0 tot 60° C.

25 In de figuren 1 t/m 3 hebben dezelfde verwijzingcijfers betrekking op overeenkomstige organen.

De Bourdonbuis 1 (fig. 1) of 1 (fig. 2 en fig. 3) is steeds met een uiteinde verbonden met de hefboomstang 3, die behoort tot het overbrengingsmechanisme 2, dat verder omvat de trekstang 4 en de 30 tandheugel stang 5 waarbij de trekstang 4 met de uiteinden daarvan verbonden is met enerzijds de hefboomstang 3, anderzijds met de tandheugel-stang 5 op een wijze, waarbij de hoeken α enS tussen de trekstang 4 en de tandheugel stang 5 instelbaar zijn.

De tandheugel stang 5 is door tussenkomst van de as 10 35 roteerbaar opgesteld en is voorzien van de tandheugel 6 die samenwerkt 8303509 -7- met rondsel 7 dat verbonden is met de wijzernaald 8. Het samenstel van rondsel en wijzernaald is via de as 12 roteerbaar opgesteld terwijl bij de rotatie de punt van de wijzernaald langs de schaalverdeling 9 wordt bewogen tot de stand die in overeenstemming is met de gemeten 5 temperatuur.

Het einde 11 van de Bourdonbuis 1 of 1 is op niet nader weergegeven wijze via een capillaire buis verbonden met de houder van het gas, zoals voor gasdrukthermometers gebruikelijk is.

In de figuren 1 t/m 3 is de wijzernaald steeds weerge-10 geven in een stand, wijzend naar het midden van de schaalverdeling.

Het gehele in figuur 1 getoonde samenstel van de Bourdonbuis 1 en het overbrengingsmechanisme 2 heeft betrekking op de toepassing daarvan in een klassieke gasdrukthermometer: de totale veerweg van de Bourdonbuis bedraagt daarbij 13 mm bij een inhoud van de 3 15 Bourdonbuis van 0,14 cm ; de inhoud van de niet-getoonde houder van 3 het gas is 100 cm . De grootte van de hoeken α en ff bij de stand van de wijzernaald, wijzend naar het midden van de schaalverdeling, is voor · beide hoeken gelijk en bedraagt 90°.

In figuur 2 en figuur 3 zijn op dezelfde wijze uitge- i 20 voerde samenstellen van de Bourdonbuis 1 en het overbrengingsmechanisme 2 volgens de uitvinding weergegeven, elk toegepast in een volgens de uitvinding vervaardigde gasdrukthermometer met verschillende meet-bereiken, te weten van 0-600° C (fig.2) en 0-60° C (fig. 3). De totale veerweg van de Bourdonbuis voor het meetbereik van 0-60° C bedraagt 25 38,5 mm resp. voor het meetbereik van 0-600° C 22 ran bij een gelijke 3 veerinhoud van de beide Bourdonbtnzen van Q,23 cm ,

De inhoud van de niet getoonde houder van het gas be- 3 draagt in beide gevallen 4,5 cm .

Het overbrengingsmechanisme 2 bezit eveneens in beide 30 gevallen een vergrotingsfactor 1 : 8,2. De tot het overbrengingsmechanisme behorende hefboom 3 is vervaardigd uit een bimetaal, dat in dit geval echter verschillend is voor de verschillende meetbereiken.

De druk van het gas, waarmee het meetstelsel gevuld is, bedraagt voor het in figuur 3 getoonde samenstel, toegepast in een gas-35 drukthermometer met het meetbereik van 0-60° C, 50 bar bij een temperatuur 8303505 w ·> -8- van 20°C en voor het in figuur 2 getoonde samenstel voor toepassing in een gasdrukthermometer met het meetbereik van 0-600° C, 9 bar.

Teneinde als functie van de te meten temperaturen een lineaire verplaatsing van de wijzernaald te bewerkstelligen, zijn de 5 hoeken tussen hefboomstang 3 en trekstang 4, respectievelijk trekstang 4 en tandheugel stang 5 als volgt ingesteld; gasdrukthermometer hoek α tussen hefboom- ! hoek g tussen trekstang en met meetbereik: en trekstang in boog- tandheugel stang in boog- _ graden___graden 10 0 - 60° C 112 75 0 - 600° C__135__50_

De gasdrukthermometers volgens de uitvinding, voorzien van de in figuur 2 en figuur 3 getoonde samensteller werden afgesteld respectievelijk geijkt als volgt.

15 De afstelling respectievelijk ijking, vond voor wat betreft de temperaturen t/ra 200° C plaats in thermostaat!jkbaden van Instrumentenfabriek Tamson N.V. waarvan de temperaturen op +/- 0,01° C nauwkeurig automatisch constant worden gehouden. Deze temperaturen worden constant gecontroleerd met digitaal afleesbare precisiethermometers, 20 waarvan op hun beurt de goede werking regelmatig wordt gecontroleerd met precisie staafthermometers van het fabrikaat Arno Amrell, 0HG, geleverd met ijkcertificaat. In de thermostaatijkbaden van Tamson werd als ver-warmingsmedium voor temperaturen tot 100° C water gebruikt, voor temperaturen van 100° - 200° C siliconenolie 47 V 100 van Tamson.

25 De afstelling respectievelijk ijking voor temperaturen boven 200° C vond plaats in een Schwing Thermocal Eich- und Prüfbad, type TH050, waarvan de temperaturen op +/- 0,15° C nauwkeurig automatisch constant worden gehouden. Ook deze temperaturen worden constant gecontroleerd met een digitaal afleesbare precisiethermometer, waarvan op zijn 30 beurt de goede werking regelmatig wordt gecontroleerd met precisie staafthermometers van het fabrikaat Arno Amrell 0HG, geleverd met ijkcertificaat. In het Schwing ijkbad wordt als temperatuuroverbrengingsme-dium gefluTdiseerd aluminiumoxyde gebruikt dat een korrelgrootte bezit, overeenkomende met 180 mesh.

8303509 ï * -9-

Oe ijkresultaten van de gasdrukthermometers zijn in onderstaande tabel weergegeven:

Ijkresultaten in °C

gasdrukthermometer met meetbereik 0 - 60° C 5 ijktemperatuur aanwijzing 0 0 20 19,9 40 39,8 60 60 10 gasdrukthermometer met meetbereik 0 - 600° C 0 0 100 99,5 200 199,3 300 300,0 15 400 397,5 500 498,8 600 599,0

De ijkresultaten laten zien dat voor elk van de meet-bereiken met de volgens de uitvinding vervaardigde gasdrukthermometers 20 temperatuursmetingen kunnen worden verricht met een nauwkeurigheid van zelfs minder dan 1% van de schaalverdeling.

33 0 3 ~ 0 3

Claims

1. Werkwijze ter vervaardiging van een gasdrukthermometer waarbij men een meetstelsel, omvattende een houder voor het gas, een Bourdonbuis en een capillair van ten hoogste ongeveer 20 m, die de houder met een einde van de Bourdonbuis verbindt, vult met het gas tot 5 een bij omgevingstemperatuur heersende overdruk; het stelsel hermetisch sluit; het vrije einde van de Bourdonbuis verbindt met een temperatuur-aanwijs- of registratieorgaan door tussenkomst van een overbrengingsmechanisme, gevormd door een meerledig stangenstelsel, omvattende een .met rondsel hefboomstang, een trekstang en een tandheugel stang/waarbij de hoek α 10 tussen de midden opnestelde trekstang en de hefboomstaiig en de hoek e tussen de trekstang en de tandheugel stang instelbaar zijn, waarbij men het vrije einde van de Bourdonbuis met het vrije einde van de hefboomstang respectievelijk het de tandheugel bevattende vrije einde van de tandheugel stang verbindt met het temperatuuraanwijsorgaan of met het 15 temperatuurregistratieorqaan via het het rondsel bevattende uiteinde daarvan en het samenstel van de Bourdonbuis, het overbrengingsmechanisme en het temperatuuraanwijs- of registratieorgaan onderbrengt in een kast, die bij toepassing van een temperatuuraanwijsorgaan verder wordt voorzien van een van een schaalverdeling voorziene wijzerplaat, met 20 het k e n m e r k, dat men voor toepassing in het meetstelsel een Bourdonbuis met een lange totale veerweg van ten minste 22 mm en een nuttige veerweg van ongeveer 11 mm kiest, het meetstelsel vult met het gas tot een bij omgevingstemperatuur heersende druk van ten minste ongeveer 5 bar en de bij ontrol!ing van de Bourdonbuis optredende niet-25 lineaire aanwijzing compenseert door instelling van de hoeken α en e.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men bij de nuttige veerweg van de Bourdonbuis van ongeveer 11 mm een veerweg kiest van ongeveer 40 -22 mm. 8303309 -11- ♦

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, m e t het kenmerk, dat men een overbrengingsmechanisme kiest waarvan de vergrotingsfactor ten hoogste ongeveer 1 : 8,5 bedraagt. 83 0 3 5 OS