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Die Erfindung betrifft ein Hypsometer zur Messung des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheizten Behälter, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht, wobei in dem Behälter ein mit einem Ende bis auf den Behälterboden reichender, aus saugfähigem Material bestehender Docht angeordnet ist, der an seinem andern, der Luft ausgesetzten Ende mit einem zylinderförmigen Thermistor, der vom Docht umhüllt ist, versehen ist, wobei vorzugsweise der Docht im Mittelteil eine Umhüllung aufweist.
Hypsometer sind Einrichtungen zur Messung des Luftdruckes. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass sich die Siedetemperatur einer Flüssigkeit mit dem Umgebungsdruck ändert.
Es kann daher, wenn die Dampfdruckkurve der Hypsometerflüssigkeit bekannt ist und die Siedetemperatur mit ausreichender Genauigkeit gemessen wird, der Umgebungsdruck, insbesondere Luftdruck, berechnet werden.
Mit Hilfe des Hypsometers wird also die Druckmessung auf eine Temperaturmessung zurückgeführt, und diese wieder, wenn als Temperatursensor z. B. ein Thermistor verwendet wird, auf eine Widerstandsmessung.
In meteorologischen Radiosonden ist die Verwendung des Hypsometers bereits seit längerer Zeit gebräuchlich. Hier wirkt sich besonders der Umstand günstig aus, dass der Widerstand der als Temperatursensoren verwendeten Thermistoren bei abnehmender Temperatur, einer in etwa logarithmischen Funktion folgend, immer grösser wird.
Die Auflösung der Druckmessung wird daher in grossen Höhen, also bei niedrigem Druck und damit auch tiefer Siedetemperatur, besser als in Bodennähe. Höhenbestimmungen aus dem gemessenen Luftdruck lassen deshalb bei Verwendung des Hypsometers eine hohe Genauigkeit erwarten, wogegen die Höhenbestimmung bei Verwendung einer Aneroiddose mit zunehmender Höhe immer problematischer wird, weil die Dose Druckänderungen annähernd linear registriert und die Höhendifferenz pro Druckeinheit mit der Höhe etwa logaritmisch zunimmt.
Um die genannten Eigenschaften eines Hypsometers ausnutzen zu können, ist aber sowohl beim Aufbau wie auch beim Betrieb einigen Fakten Rechnung zu tragen.
Es versteht sich von selbst, dass der Thermistor nur dann die Siedetemperatur annehmen kann, wenn er sich zur Gänze im siedenden Bereich der Hypsometerflüssigkeit (niedrigsiedende Flüssigkeiten der Frigen- oder Freongruppe) befindet und jeder Einfluss der Umgebungstemperatur ausgeschaltet ist.
Ausserdem ist sicherzustellen, dass die Flüssigkeit auch wirklich siedet. Dazu ist entweder durch eine Heizung oder aus der Umgebungswärme der Flüssigkeit Energie zuzuführen. Bei ständig abnehmendem Druck, wie das während eines Radiosondenaufstieges normalerweise der Fall ist, wird, infolge der ständig tiefer werdenden Siedetemperatur, ein Grossteil der Siedeenergie aus der in der Flüssigkeit vorhandenen latenten Wärme entnommen. Der Rest kann aus der Umgebungswärme zugeführt werden.
Aus der AT-PS Nr. 354785 ist ein Hypsometer bekannt, bei dem sich der Thermistor in einem Docht aus saugfähigem Material, wie Baumwolle, Löschpapier od. dgl. befindet, welcher mit seinem unteren Ende bis auf den Boden des Behälters reicht. Die hochgesaugte Flüssigkeit siedet im Docht und bringt so den Thermistor auf die Siedetemperatur. Der Teil des Dochtes, welcher sich unterhalb des Thermistors befindet, wird manchmal mit einer Umhüllung versehen, welche ausser der Siedezone nur das Unterstehende des Dochtes freilässt. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit nicht schon auf ihrem Weg vom unteren Ende des Dochtes zum Thermistor verdampft.
Die Grösse der als Siedefläche zur Verfügung stehenden freien Oberfläche des Dochtes ist nicht ohne Einfluss auf die Messgenauigkeit. Bei grosser Oberfläche und relativ hoher Umgebungstemperatur kann unter Umständen die Flüssigkeit schneller verdampfen als sie durch den Docht nachgesaugt wird, dadurch wäre aber ein Teil der Siedefläche nicht von der siedenden Flüssigkeit benetzt und es wird damit umgewiss, ob sich der Thermistor zur Gänze in der siedenden Flüssigkeit befindet.
In diesem Fall würde der Thermistor eine höhere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit registrieren. Bei niedriger Umgebungstemperatur und ungenügender Heizung kann es hingegen geschehen, dass der Siedevorgang die Flüssigkeit zu sehr abkühlt und sich dadurch selbst stoppt.
Kann nun genügend Aussenluft an die Siedefläche herankommen, so wird auf der Oberfläche des Siedebereiches die Flüssigkeit zwar nicht mehr sieden, aber verdunsten und sich, wie auch den
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Thermistor, noch weiter abkühlen. Je schneller die Flüssigkeit verdunstet und je mehr verdunstet, umso kälter wird es dabei.
In diesem Fall registriert der Thermistor eine tiefere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit, daraus folgt, dass die Siedefläche des Dochtes möglichst klein sein soll, und dass die Umgebungstemperatur sowie die Aussenluft von der Siedezone weitgehend ferngehalten werden müssen.
Die Grösse der Siedefläche wird aber weitgehend von der Art und Form des Dochtes, sowie von der Grösse des Thermistors bestimmt. Bei einem ideal an den Thermistor angepassten Docht be- stimmt nur mehr der Thermistor die Grösse der Siedefläche.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Siedetemperaturen, wie sie in Bodennähe auftreten, die Auflö- sung der Druckmessung ungenügend machen. Durch geeignete Materialzusammensetzung des Thermistors lässt sich zwar der Widerstand erhöhen, doch leidet darunter wieder die exakte Berechenbarkeit des Thermistors. Eine weitere Schwierigkeit ist die Unmöglichkeit, den Luftzutritt zur Siede- fläche gänzlich zu unterbinden, da ja nur bei einem völligen Druckausgleich die Druckmessung überhaupt möglich wird. Die Auswirkungen des Luftzutritts beeinträchtigen vor allem Messungen in Bodennähe. Bei der geringen Luftdichte in grösserer Höhe erfolgt nur eine geringe Verdunstung des Frigens und die Abkühlung bleibt vernachlässigbar klein.
Aus diesen Gründen wird heute fast allgemein auf die hypsometrische Druckmessung in bodennahen Luftschichten verzichtet und erst nach Überschreiten einer bestimmten Druckhöhe mit dem Hypsometer gemessen. Vom Boden weg wird nach wie vor mit der Aneroiddose gemessen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden und die Genauigkeit der hypsometrischen Druckmessung in Bodennähe weitgehendst zu verbessern.
Gemäss der Erfindung wird dies bei einem Hypsometer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der zylinderförmige Thermistor mit seiner Längsachse senkrecht zur Längsachse des Dochtes angeordnet ist.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Druckmessung auch in Bodennähe durchzuführen.
Wenn der Thermistor wie bei den bekannten Hypsometern axial in den Docht eingebaut ist, so erhält man zwangsläufig eine sehr grosse Siedefläche. Bei höheren Umgebungstemperaturen wird die Flüssigkeit schneller verdampfen und es kann der Fall eintreten, dass die Kapillarwirkung des Dochtes nicht mehr ausreicht genug Flüssigkeit in die Siedezone zu transportieren. Dazu kommt noch, dass die Flüssigkeit auch innerhalb der Siedezone senkrecht, also entgegen der Schwerkraft, hochgesaugt werden muss. Alle diese Umstände können dazu führen, dass der obere Teil der Siedezone mehr oder weniger austrocknet. Der Thermistor befindet sich dann nicht mehr zur Gänze im siedenden Bereich und liefert zu hohe Temperaturwerte. Das erfindungsgemässe Hypsometer weist diesen Nachteil nicht auf.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist ein Teil des Dochtes durch einen Hilfsdocht gebildet, der mit dem übrigen Teil des Dochtes in einer den Flüssigkeitstransport unter Kapillarwirkung ermöglichenden Verbindung steht, wobei der Thermistor von dem Hilfsdocht vollkommen umhüllt ist.
Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es sicher gewährleistet, dass der Thermistor zur Gänze von der Flüssigkeit umgeben ist.
Der Behälter kann mit einer aus wärmedämmendem Material bestehenden Umhüllung oder Kappe versehen sein. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass praktisch keine Umgebungsluft in die Siedezone kommt. Der Druckausgleich muss allerdings trotz der Wärmedämmung gewährleistet bleiben, doch soll die Ausgleichsöffnung nur so gross sein wie unbedingt nötig. Damit wird gleichzeitig der Luftzutritt zum Siedebereich erschwert und damit die Unterkühlung bei niedriger Umgebungstemperatur verringert. Eine Kappe aus wärmedämmendem Material bewirkt bereits eine deutliche Verbesserung beim statischen Betrieb, d. h. bei konstantem Umgebungsdruck, wenn die Siedeenergie durch eine Heizung im Vorratsbehälter zugeführt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der Thermistor-l-wird eng von einem Hilfsdocht --2-- umschlossen und so in einer Schlaufe des übrigen Teiles --3-- des Dochtes --2, 3-- befestigt, dass er quer zu diesem liegt.
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Die kontaktierten Enden des Thermistors-l-befinden sich dann, umhüllt vom Hilfsdocht - -2--, zu beiden Seiten des Teiles --3--. Die vom Teil --3-- durch seine Kapillarwirkung aus dem Vorratsbehälter --5-- hochgesaugte Flüssigkeit tritt nach Übersteigen des aus schlecht wärmeleitendem Material bestehenden Hüllrohres --4-- in die beiden Enden des Hilfsdochtes-2-über.
Der in diesem befindliche Thermistor wird daher zur Gänze von der Flüssigkeit umgeben.
Durch diese Anordnung wird eine unnötige Vergrösserung der Siedefläche vermieden. Der Docht - 2, 3-liegt an jeder Stelle des Thermistors dicht an diesem an. Ausserdem wird die Entfernung, die die siedende Flüssigkeit bis zu den beiden Thermistorenden zurückzulegen hat, drastisch verkürzt. Die beiden Enden des Hilfsdochtes --2--, welche allenfalls austrocknen könnten, umhüllen
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beginnt, bis zum Erreichen der Enden des Thermistors nur mehr einen Bruchteil der Höhe wie bei der senkrechten Thermistorposition.
Die ideale Thermistorform wäre eine Perle. Der angewandte Kompromiss ist die kurze Zylinderform mit quadratischem, oder unterquadratischem Längsschnitt und axialen Anschlussdrähten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hypsometer zur Messung des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheizten Behälter, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht, wobei in dem Behälter ein mit einem Ende bis auf den Behälterboden reichender, aus saugfähigem Material bestehender Docht angeordnet ist, der an seinem andern, der Luft ausgesetzten Ende mit einem zylinderförmigen Thermistor, der vom Docht umhüllt ist, versehen ist, wobei vorzugsweise der Docht im Mittelteil eine Umhüllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Thermistor (1) mit seiner Längsachse senkrecht zur Längsachse des Dochtes (2,3) angeordnet ist.