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Ausdehnungsthermometer Ausdehnungsthermometer für Fernmessung, bei
denen bekanntlich der Temperaturfühler mit der ein Anzeige- oder Schreibwerk betätigenden
druckempfindlichen Meßfeder durch eine Kapillarleitung verbunden ist, weisen im
allgemeinen den Fehler auf, daß die Anzeige außer von der Temperatur des Fühlers
in einem gewissen Grade auch von der Temperatur der Kapillarleitung und der Meßfeder
abhängt. Dieser Temperaturfehler ist dadurch bedingt, daß sich die in der Kapillarleitung
und der Meßfeder befindliche Ausdehnungsflüssigkeit bei Temperaturände rungen ausdehnt
bzw. zusammenzieht und dadurch die Anzeige des Thermometers mehr oder weniger beeinflußt.
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Es sind verschiedene Verfahren bekannt, diese Abhängigkeit der Anzeige
von der Kapillarieitungs. bzw. Meßfedertemperatur teilweise oder auch ganz zu beseitigen.
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So wird der durch die Meßfeder bedingte Temperaturfehler vielfach
durch eine Bimetallspirale kompensiert, die als Kupplungsglied zwischen Meßfeder
und Zeiger liegt und deren Ausschlagsrichtung entgegengesetzt der der Meßfeder ist.
Zur Kompensation des Temperaturfehlers der Kapillarleitung verwendet man vielfach
Æapillarrohre mit eingezogenem Draht von sehr kleinem Ausdehnungskoeffizienten,
während die Kapillarleitung (Eisen) einen sehr großen Ausdehnungskoeffizienten hat.
Durch entsprechende Bemessung des Durchmessers dieses Drahtes und der Kapillare
läßt sich erreichen, daß das Volumen der Kapillarleitung bei Temperaturänderungen
in dem gleichen Maße zunimmt, wie das in der Kapillarleitung befindliche Quecksilber
(Flüssigkeit), so daß Temperaturänderungen der Kapillarleitung die Anzeige des Thermometers
nicht beeinflussen.
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Zur Kompensation des Kapillarle.itungs-und des Meßfederfehlers verwendet
man auch eine zweite Meßfeder mit einer zweiten Kapillarleitung, die zusammen mit
der Leitung der ersten Meßfeder verlegt wird und -am Fühler blind endet. Durch entsprechende
Kupplung der beiden meßfedern läßt sich, falls die Volumen der beiden Kapillarleitungen
und der beiden Meßfedern gleich groß sind, der Temperaturfehier genau kompensieren.
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Diese Verfahren zur teiliveisen bzw. vollkommenen Kompensation des
Temperaturfehlers werden im allgemeinen nur bei Ausdehnungsthermometern mit Quecksilberfüllung
angewendet. Bei Thermometern mit anderer Flüssigkeitsfüllung, bei denen der Temperaturfehler
infolge der großen Ausdehnungskoeffizienten der als Füllflüssigkeit in Frage kommenden
Flüssigkeiten sehr- hoch liegt, reicht eine teilweise Kompensation des Temperaturfehlers,
z. B. der Meßfeder oder der Kapillarleitung, nicht aus. Bei Anwendung der Vollkompensation
durch eine zweite Feder und zweite Kapillarleitung wird der Temperaturfehler solcher
Flüssigkeitsthermometer zwar genügend klein, doch stellt sich der Herstellungspreis
eines solchen Thermometers infolge dererfiorderlichenigrolRien Gleichheit der beiden
Kapillarleitu.ngs- und Meßfedervolumen und der sehr genauen Abgleichung der beiden
Meßfedern unverhältnismäßig hoch, so daß die Anwendung der Flüssigkeitsausdehnungsthermometer
im allgemeinen sehr beschränkt ist.
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Flüssigkeitsthermometer mit anderer Flüssigkeit als Quecksilber haben
jedoch andererseits -gegenüber den bisher fast ausschließlich verwendeten Quecksilberthermometern
fabrikationstechnisch wesentliche Vorteile. Während bei Quecksilberthermometern
alle Teile aus Eisen bestehen müssen und Verbindungsstellen zu verschweißen sind,
können die Teile eines solchen Flüssigkeitsthermometers aus Nichteisenmetallen hergfestellt
und miteinander weich verlötet sein. Weiterhin haben solche Flüssigkeitsthermometer
den Vorteil, daß sie auch noch bei Temperaturen, die unter dem Erstarrungspunkt
des Quecksilbers liegen, zu verwenden sind.
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Der Temperaturfehler dieser Flüssigkeitsthermometer ist deshalb so
groß, weil infolge des großen Ausdehnungskoeffizienten der in Frage kommenden Flüssigkeiten
und der gegebenen verhältnismäßig geringen Volumenänderung der Meßfeder für Vollausschlag
das Fühlervolumen sehr klein sein muß, so daß unter Umständen die Menge der Flüssigkeit
in der Kapillarleitung und der Meßfeder größer ist als die im Fühler selbst. Die
Temperaturänderungen der Kapillarleitung und der Thermometers stärker als die Temperaturänderungen
des Fühlers.
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Hier greift nun die Erfindung verbessernd ein und ermöglicht die
Konstruktion eines Ausdehnungsthermometers, das selbst bei langen Kapillarleitungen
und großen Temperaturänderungen in der Umgebung der Kapillarleitung und der Meßfeder
einen für alle praktischen Fälle hinreichend kleinen Temperaturfehler aufweist.
Das wird dadurch erreicht, daß bei einem Ausdehnungsthermometer, das aus Temperaturfühler,
kapillare und einem die Anzeige bewirkenden Ausdehnungsglied besteht und bei dem
alle diese Teile mit dem gleichen Ausdehnungsmedium - ( Flüssigkeit oder Gas) gefüllt
sind, - bei relativ großem Fühlervolumen - dem Temperaturfühler ein zusätzlicher
Ausdehnungskörper zugeordnet ist, der einen Teil der infolge Temperaturänderung
auftretenden Volumenänderung des Ausdehnungsmediums bezüglich der Wirkung auf den
Anzeigekörper kompensiert. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, das Volumen des
Fühlers so groß gegenüber dem der Kapillare leitung zu machen, daß die Temperaturfehler
hinreichend klein werden, selbst bei langen ~ Kapillarleitungen.
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Die erfindungsgemäßen Ausdehnungsthermometer bieten weiterhin den
Vorteil, daß eine Nachkontrolle bzw. Korrektion der Thermometereichung nach der
Verlegung der Kapillarleitung nicht erforderlich ist, da die sich bei der Verlegung
ergebenden Volumenänderungen der Kapillare im Verhältnis zum Volumen des FühTers
so gering sind, daß sie die Eichung des Thermometers nicht merklich beeinflussen.
Bei allen bisher bekannten Flüssigkeitsthermometern mit längerer Sapillarleitung
war bisher nämlich nach der Verlegung der Kapillarleitung unbedingt eine Korrektion
der Eichung erforderlich.
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Dies trifft auch auf zwei bekannte Thermometer zu, die auf den ersten
Blick dem neuen Thermometer zu entsprechen scheinen, jedoch sein kennzeichnendes
Merkmal und damit seine Vorteile nicht aufweisen. Beide Thermometer besitzen zwar
Ausdehnungskörper; bei dem einen ist aber der Ausdehnungskörper nicht dem Fühler
zugeordnet, sondern befindet sich, durch eine Rohrleitung mit ihm verbunden, an
beliebiger Stelle und dient somit lediglich zur Sicherung des Thermometers gegen
Zerstörungen bei zu hohen Temperaturen; bei dem anderen, bei dem es sich im übrigen
um ein Dampfdrucktbermometer handelt, ist - der Ausdehnungskörper zwar im Fühler
angeordnet, hat hier aber den Zweck, das Dampfdruckmedium von einer zur Druckübertragung
dienenden Flüssigkeit zu trennen.
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Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ausdehniingsthermometers,
das sich als Ausdehnungsmedium einer Flüssigkeit bedient, sind in der Zeichnung
dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 die äußere Wandung des Fühlers bezeichnet, mit
2 die zur Meßfeder führende Kapillarleitung. Das Volumen des Fühlers ist relativ
groß gewählt.
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In seinem Innern befindet sich lose oder einseitig betestigt eine
Wellrohrmembran 3, die gasdicht abgeschlossen ist und in deren Innern sich Gas,
vorzugsweise unter Atmosphärendruck, befindet. Um die Beanspruchung der Wellrohrmembran
niedrig zu halten, ist diese zweckmäßig nicht viel kürzer als der Fühler selbst
auszuführen.. Um bei großen Temperaturänderungen des Fühlers ein Durchbiegen der
Membran zu verhindern, ist es zweckmäßig, sie innen oder außen mit einem Führungsrohr
auszurüsten, das mit 4 bezeichnet ist. Die Ausdehnungsflüssigkeit 5 befindet sichim
Fühler im Raum zwischen der Wandung des Fühlers und der Wellrohrmembran.
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In Fig. 2 ist ein abweichendes Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier
ist das Innene der Wellrohrmembran 3 mit der Ausdehnungsflüssigkeit 5 gefüllt; die
Membran selbst wird zweckmäßig mit einem Schutzgehäuse 6 umgeben.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Steifigkeit
der Wellrohrmembran 3 durch eine Feder 7 erhöht ist. Sie liegt in diesem Ausführungsbeispiel
außerhalb der Membran selbst, und zwar ist sie über ein Führungsrohr 4 geschoben
und stützt sich gegen die Endverschlußstücke 8 der Wellrohrmembran, die dementsprechend
einen größeren Dürchmesser als die Membran selbst aufweisen. Die Anwendung einer
Gegen£eder hat den Vorteil, daß der Meßdruck erhöht und die Hysterese der Wellrohrmembran
herabgesetzt- wird. Außerdem hat mall es dann in der Hand, durch Wahl einer entsprechenden
Feder oder durch Änderung der auf die Membran wirkenden Federkraft der Membran die
jeweils gewünschte Steifigkeit zu geben.
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Die als zusätzliche Mittel verwendeten Wellrohre sind zweckmäßig
so auszubilden, daß sich ihre Druckausbiegungscharakteristik bei den auftretenden
Volumenänderungen der Ausdehnungsflüssigkeit mit ändert, da die Eichung des Thermometers
von dieser Charakteristik abhängt.
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Das beschriebene Flüssigkeitsthermometer kann selbstverständlich
auch als Temperaturregler verwendet werden. Zu diesem Zweck ist nun in bekannter
Weise die Meßfeder mit einem elektrischen, einstellbaren Kontakt auszurüsten. Statt
einer Meßfeder kann auch, wie es Fig,4 zeigt, eine Wellrohrmembran 9 v'envendet
werden, die sich bei Änderung des Flüssigkeitsvolumens ausdehnt oder zusammenzieht
und so einen Regelkontakt rc schließt oder,öffnet. In' dieser Wellrohrmembran ist
zur Verringerung des von ihr eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens zweckmäßig ein
zylindrischer Körper angeordnet, um so den Temperaturfehler, der durch die Flüssigkeit
in der Wellrohrmembran bedingt ist, klein zu halten.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt. Sie kann beispielsweise selbstverständlich auch bei Thermometern statthaben,
die eine Gasfüllung besitzen.
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PATENTANSPRtSCHE: 1. Ausdehnungsthermometer, das aus Temperaturfühler,
Kapillare und einem die Anzeige bewirkenden Ausdehnungsglied (Anzeigekörper) besteht
und bei dem alle diese Teile mit dem gleichen Ausdehnungsmedium (Flüssigkeit oder
Gas) gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Temperaturfühler ein zusätzlicher
Ausdehnungskörper zugeordnet ist, der einen Teil der infolge Temperaturänderung
auftretenden Volumenänderung des Ausdehnungsmediums bezüglich der Wirkung auf den
Anzeigekörper kompensiert.