DE1024266B

DE1024266B - Device for measuring or registering the smallest pressure differences in gaseous substances or in the atmosphere

Info

Publication number: DE1024266B
Application number: DEH16251A
Authority: DE
Inventors: Fritz Hoeppler
Original assignee: ASTA ANITA SCHLAUBITZ GEB HOEP; ELLY HOEPPLER GEB KOCH
Current assignee: ASTA ANITA SCHLAUBITZ GEB HOEP; ELLY HOEPPLER GEB KOCH
Priority date: 1953-04-29
Filing date: 1953-04-29
Publication date: 1958-02-13

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen bzw. Registrieren von Druckunterschieden in gasförmigen Stoffen oder in der Atmosphäre, bei dem eine mit dem den zu messenden Druck erzeugenden Stoff in Verbindung zu bringende Dose auf ihrer freien Seite durch eine bei sich änderndem Über- oder Unterdruck sich aus ihrer Ebene verbiegende Membran abgeschlossen ist, deren Ausschlag durch eine Meßanordnung festgestellt wird. Man bediente sich zu diesem Zweck in der Regel komplizierter mechanischer Meßwerke, bestehend aus Hebeln, Ritzeln, Zahnstangen und ähnlichen, die außerordentlich kleine Bewegung ίηΐϊ Große übersetzenden Mitteln. Sie erfordern eine außerordentlich genaue mechanische Arbeit, sie waren sehr empfindlich und wiesen in der Regel eine Reihe von Stellen auf, an denen Hemmungen durch Reibung od. dgl. auftreten konnten, die die Genauigkeit der Ablesung benachteiligten. Sie waren auch infolge ihres Aufbaues in hohem Maße träge. Man hat zwar die Durchbiegung einer metallischen Membran auch schon in der Weise gemessen, daß man eine dadurch veranlaßte Kapazitätsänderung feststellte. Jedoch erforderte diese Methode teure Apparaturen, wie Gleichrichter, Röhrenverstärker, Meßinstrumente f Galvanometer; und eine Kapazitätsmeßbrücke, so daß auch die Messung selbst schwierig und zeitraubend wurde, wenngleich der Einfluß der Trägheit weitgehend ausgeschaltet wurde.The invention relates to a device for measuring or registering pressure differences in gaseous Substances or in the atmosphere, in which one is in connection with the substance generating the pressure to be measured Can to be brought on its free side by a changing overpressure or underpressure membrane bending out of its plane is completed, the deflection of which is determined by a measuring arrangement is detected. Complicated mechanical measuring mechanisms were generally used for this purpose, Consisting of levers, pinions, racks and the like, the extraordinarily small movement ίηΐϊ Great translating means. They require one extremely precise mechanical work, they were very delicate and usually had a number of places where inhibitions by friction od. The like. Could occur that the accuracy of the Reading disadvantaged. Due to their structure, they were to a large extent sluggish. One has the deflection of a metallic membrane has already been measured in such a way that one thereby determined the change in capacity. However, this method required expensive equipment, such as rectifiers, tube amplifiers, measuring instruments f galvanometers; and a capacitance measuring bridge, see above that the measurement itself also became difficult and time consuming, albeit the influence of inertia was largely turned off.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät solcher Art so auszubilden, daß es einfach im Aufbau, verhältnismäßig billig in der Wahl der Mittel ist, praktisch trägheitlos arbeitet und seine Ablesbarkeit äußerst erleichtert wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein Doppelhebel mit dem einen Ende sich gegen die Membran lehnt, während das andere freie Ende einen Spiegel trägt und daß eine Lichtquelle das Bild einer lichtdurchlässigen Skala über ein Objektiv, den erwähnten Spiegel und ein Prisma auf eine ortsfeste Mattscheibe mit Nullmarke projiziert. Als mechanischer Bauteil, der durch die geringe Bewegungsänderung der Membran bei einer kleinsten Druckänderung" bewegt wird, dient also nur der Doppelhebel, der den Spiegel zur Ablenkung des Lichtstrahles trägt. Daraus wird klar, daß Reibung^- und Trägheitseinflüsse weitgehend ausgeschaltet sind. Am freien Ende des Doppelhebels kann zur Herabsetzung der Empfindlichkeit erfindungsgemäß ein Gegengewicht angebracht werden, z. B. ein ringförmiges Gewicht, welches durch einen Tragmechanismus bei Bedarf auf das etwa hakenförmig gestaltete Ende des Hebels aufgehängt wird.The invention has for its object to design a device of this type so that it is easy in Construction, is relatively cheap in the choice of means, works and its practically inertia Readability is extremely facilitated. The invention solves this problem in that a double lever with one end leans against the membrane, while the other free end carries a mirror and that a light source the image of a translucent scale through a lens, the mentioned Mirror and a prism projected onto a stationary screen with a zero mark. As a mechanical component, which "moves" with the slightest change in pressure due to the slight change in movement of the membrane is, so only the double lever that carries the mirror to deflect the light beam is used. This becomes it is clear that friction and inertia are largely influenced are turned off. The free end of the double lever can be used to reduce sensitivity according to the invention a counterweight can be attached, for. B. an annular weight, which suspended by a support mechanism if necessary on the approximately hook-shaped end of the lever will.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in den Strahlengang auch eine Schlitzblende einge-Vorrichtung zum Messen bzw. Registrieren kleinster Druckunterschiede in gasförmigen Stoffen oder in der AtmosphäreAccording to a further feature of the invention, a slit diaphragm device can also be inserted into the beam path for measuring or registering the smallest pressure differences in gaseous Substances or in the atmosphere

Anmelder:Applicant:

ElIy Höppler, geb. Koch,ElIy Höppler, née Koch,

Medingen 65 bei Dresden,Medingen 65 near Dresden,

und Asta Anita Schlaubitz, geb. Höppler, Dresden-A 53, Kretzschmerstr. 12and Asta Anita Schlaubitz, née Höppler, Dresden-A 53, Kretzschmerstr. 12th

Fritz Höppler f, Medingen bei Dresden,
ist als Erfinder genannt wordenFritz Höppler f, Medingen near Dresden,
has been named as the inventor

schaltet und in der Mattscheibenebene eine Blende mit zwei symmetrisch zur Nullmarke gelegenen Spalten sowie in der Strahlenrichtung hinter derselben je Spalt eine Photozelle in Gemeinschaft mit einem Meß- oder Signalkreis angeordnet sein. Auf diese Weise kann man die Änderung von Druckzuständen bei wissenschaftlichen oder technischen Operationen oder auch in der Atmosphäre dauernd überwachen. Ein Druckabfall oder Druckanstieg von wenigen Torrswitches and in the ground glass plane a diaphragm with two columns symmetrically to the zero mark as well as in the beam direction behind the same one photocell per gap in common with a measuring or signal circle. In this way one can observe the change in pressure conditions scientific or technical operations or constantly monitor in the atmosphere. A pressure drop or rise of a few torr

(z. B. barometrische Druck- und Saugstöße vor Stürmen, Druckstöße durch Erregung der Atmosphäre bei Explosionen, oder sonstigen unterhalb der Schallfrequenz liegenden Schwingungen oder Drükkenj wird auf diese Weise zur Anzeige gebracht und gemessen bzw. registriert. Solange keine Druckschwankungen vorliegen, wird der Lichtstreifen auf den mittleren lichtundurchlässigen Teil der Blende projiziert und von den Photozellen ferngehalten.
Soweit es sich um die Messung von Druckunterschieden in der Atmosphäre handelt, ist erfindungsgemäß der Innenraum der Dose durch eine Rohrleitung mit einem Gefäß verbunden, dessen Innenraum von einem luftleeren, verspiegelten Hohlmantel nach Art eines Dewargefäßes umgeben ist und mit der Atmo-Sphäre nur durch eine Kapillare in Verbindung steht, die für einen kontinuierlichen Ausgleich der auftretenden Druckschwankungen sorgt.- (e.g. barometric pressure and suction surges before storms, pressure surges due to the excitation of the atmosphere during explosions, or other vibrations or pressures below the sound frequency are displayed and measured or recorded in this way. As long as there are no pressure fluctuations, the Light strips are projected onto the central opaque part of the screen and kept away from the photocells.
As far as the measurement of pressure differences in the atmosphere is concerned, according to the invention the interior of the can is connected by a pipeline to a vessel, the interior of which is surrounded by an evacuated, mirrored hollow jacket in the manner of a Dewar vessel and with the atmosphere only by one Capillary is connected, which ensures a continuous compensation of the occurring pressure fluctuations.

Zum Messen niedriger Drücke hat man Dosen verwendet, die mit einer elastischen Membran aus Glimmer, Aluminium, Glas, Quarz usw. verschlossen waren. Genaue Messungen waren mit diesen Membranen nicht möglich, weil sie aus starren und demgemäß Hysterese- und andere Nachwirkungserscheiuungen zur Folge habenden Stoffen hergestellt sind.For measuring low pressures one has used cans made with an elastic membrane Mica, aluminum, glass, quartz, etc. were sealed. Accurate measurements were made with these membranes not possible because they consist of rigid and accordingly hysteresis and other after-effects resulting substances are manufactured.

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Auch biegt sich eine starre Membran bei Druckbeanspruchung nicht sphärisch, sondern polyedrisch oder terrassenförmig aus. Selbst feinste Methoden der Registrierung der Membranausbiegung., wie die Messung einer durch sie veranlaßten Kapazitätsänderung. konnten aus diesen Gründen keine eindeutigen und reproduzierbaren Meßergebnisse vermitteln.A rigid membrane also does not bend spherically when subjected to pressure, but rather polyhedral or terraced. Even the finest methods of registering membrane deflection, such as measurement a change in capacitance caused by them. for these reasons could not be unambiguous and convey reproducible measurement results.

Erfindungsgemäß besteht daher die Membran zur Erhöhung ihrer Meßempfindlichkeit aus weniger als 1 μ dicken Hochpolymeren, z. B. Kautschukaustauschprodukten von hoher Sauerstoffestigkeit. und sie ist auf der Außen- oder Innenseite oder gegebenenfalls auf beiden Seiten metallisch verspiegelt.According to the invention, therefore, the membrane to increase its measurement sensitivity consists of less than 1 μ thick high polymers, e.g. B. Rubber exchange products of high oxygen resistance. And she is Metallic mirrored on the outside or inside or, if necessary, on both sides.

Mit einem solchen Gerät ist es möglich, Druckunterschiede bis zu 10—³ Torr festzustellen. Schon eine Niveauänderung" des Gerätes um nur 1 cm bewirkt infolge der damit einhergehenden Änderung des Luftdruckes bereits einen deutlichen Ausschlag.With such a device it is possible to determine pressure differences of up to 10 ^-3 Torr. Even a change in "level" of the device by only 1 cm causes a clear deflection due to the associated change in air pressure.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem schematischen Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Aufriß, und Fig. 2 stellt die Ansicht der Mattscheibe dar. Die Membrandose 1, die ortsfest im Räume angebracht ist, trägt an ihrer offenen Seite die Membran 2. Ihr Innenraum steht durch das mit dem Dreiwegehahn 3 ausgestattete Rohr 4 entweder mit dem Gas, dessen Druck gemessen werden soll, oder über ein Gefäß 5 durch eine Kapillare 6 von etwa 5 cm Länge und 0,005 cm lichter Weite mit der Atmosphäre in Verbindung. Das Gefäß 5 hat einen luftleeren verspiegelten Hohlmantel 5 α nach Art einer Thermosflasche. Unterhalb· der Membran 2 ist ein Doppelhebel 7 gelagert, der mit wenigen mg Übergewicht durch den Tastkörper 7 α gegen die Membran drängt. Er schwenkt um das Lager 7 b. Sein längeres Ende 7c trägt einen Planspiegel 8. Auf das freie hakenförmige Ende 7 d kann mittels einer Tragvorrichtung 9 zur Minderung der Empfindlichkeit ein ringförmiges Gewicht 10 bei Bedarf aufgehängt werden. Die Bemessung dieses Gewichtes 10 erfolgt zweckmäßigerweise so, daß die Veränderung der Skalenanzeige um eine Zehnerpotenz bewirkt werden kann.In the drawing, the subject matter of the invention is shown in a schematic embodiment. 1 shows an elevation, and FIG. 2 shows the view of the ground glass. The membrane box 1, which is fixedly mounted in the room, carries the membrane 2 on its open side either with the gas, the pressure of which is to be measured, or in connection with the atmosphere via a vessel 5 through a capillary 6 approximately 5 cm long and 0.005 cm clear width. The vessel 5 has an evacuated, mirrored hollow jacket 5 α in the manner of a thermos flask. A double lever 7 is mounted underneath the membrane 2, which pushes against the membrane with a few mg excess weight through the probe body 7 a. It swivels around the bearing 7 b. Its longer end 7 c carries a plane mirror 8. If necessary, an annular weight 10 can be hung on the free hook-shaped end 7 d by means of a support device 9 to reduce sensitivity. This weight 10 is expediently dimensioned in such a way that the scale display can be changed by a power of ten.

Von einer Lichtquelle 11 geht ein Lichtstrahlenbiindel über den Kondensator 12, durchdringt eine lichtdurchlässige Scheibe 13 als Träger einer Skalenteilung sowie eine Blende 14 zur Erhöhung der Alibildungsschärfe. Das nunmehr vom Strahlenbündel durchtretene Objektiv 15 entwirft ein entsprechend vergrößertes Bild der Skala 13 durch Reflexion am Spiegel 8 und einem Prisma 16 auf der Mattscheibe 17; die eine feststehende Strichmarke VTa aufweist. Bei einer Aus- oder Einbiegung der Membran 2 unter dem Einfluß einer Druckänderung ändert sich die Winkelstellung des Spiegels 8, und die Abbildung 17/' der Strichplatte 13 wandert gegenüber der Marke 17σ. so daß die Zustandsänderung sofort in Millibar oder Millitorr abgelesen werden kann.From a light source 11 a bundle of light rays goes over the condenser 12, penetrates a translucent disk 13 as a carrier of a scale division and a diaphragm 14 to increase the sharpness of the alibi. The objective 15 now penetrated by the bundle of rays creates a correspondingly enlarged image of the scale 13 by reflection on the mirror 8 and a prism 16 on the focusing screen 17; which has a fixed line mark VTa . When the membrane 2 bends out or in under the influence of a change in pressure, the angular position of the mirror 8 changes, and the image 17 / 'of the reticle 13 moves with respect to the mark 17σ. so that the change in state can be read off immediately in millibars or millitorr.

Man kann zwischen dem Kondensator 12 und dem Objektiv 15 eine Schlitzblende 18, vorzugsweise mit veränderbarer Schlitzbreite, anordnen, die nur einem kleinen Ausschnitt der Skala 13 einen Lichtdurchlaß gestattet. Im Bereich der Mattscheibe 17 ist eine Blende 19 mit zwei Spalten 19 a, 19 & symmetrisch zur Nullmarke 17a angeordnet und in der Strahlenrichtung dahinter je Spalt eine Photozelle 20 0, 20 b, deren Ableitungen zu einem Drehspulrelais oder ■hinein elektronischen Relais führen, welches eine Signaleinrichtung oder ein Registrierinstrument betätigt, das Art, Zeit und Dauer der Druckschwankung anzeigt. Liegt eine solche nicht vor. so wird der Licht-■trahl durch den zwischen den Spalten 19a und 19^ gelegenen Teil der Blende 19 von den Photozellen ferngehalten. Ist beispielsweise durch das Gerät eine entsprechende Druckänderung durch eni Signal angezeigt worden, so kann man diese Einrichtung bequem zur Seite schieben, um den angezeigten Druckänderungsvorgang zu beobachten.A slit diaphragm 18, preferably with a variable slit width, can be arranged between the condenser 12 and the lens 15, which allows light to pass through only a small section of the scale 13. In the area of the ground glass 17 a diaphragm 19 with two gaps 19 a, 19 & is arranged symmetrically to the zero mark 17 a and in the beam direction behind each gap a photocell 20 0, 20 b, the derivatives of which lead to a moving coil relay or ■ into electronic relay, which actuates a signaling device or a recording instrument that displays the type, time and duration of the pressure fluctuation. If there is no such thing. so the light beam is kept away from the photocells by the part of the diaphragm 19 located between the gaps 19a and 19 ^. If, for example, a corresponding pressure change has been indicated by a signal by the device, this device can be conveniently pushed to the side in order to observe the indicated pressure change process.

Claims

P A T E NT TO SPK VCHE:

1. Device for measuring or registering the smallest pressure differences in gaseous Substances or in the atmosphere, in the case of the one with the substance generating the pressure to be measured to be brought into connection on its free side by a changing over or Suppress itself from its plane bending membrane completes its rash acts on the measuring elements, characterized in that a double lever (7) with the one End (7a) leans against the membrane (2), while the other end (7c) has a mirror (8) carries and that a light source (11) the image of a translucent scale (13) through a lens (15), the mirror (8) and a prism (16) on a stationary ground glass (17) with zero mark (17σ) projected.

2. Device according to claim 1, characterized in that in the beam path near the light source (11) a slit diaphragm (18) and on the focusing screen (17), preferably laterally displaceable, an opaque wall (19) with two symmetrical to the zero mark (17a) lying .Spalten (19 c-, 19 h) and in the beam path behind each gap a photocell (20a, 2Qb) are arranged in community with a measuring or signal circle.

3. Apparatus according to claim 1 for measuring pressure differences in the atmosphere, thereby characterized in that the can (1, 2) is connected to a vessel (5) by a pipe (4). the interior of which is surrounded by an evacuated, mirrored hollow jacket (5a) and with the Has atmosphere through a capillary (6) connection.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that at the free end of the double lever (7) a counterweight can be attached to reduce the sensitivity, e.g. ß. in shape a ring (10), which by a support mechanism (9) if necessary on the approximately hook-shaped The end (7d) of the lever is suspended.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the membrane (2) at a Thickness of less than 1μ made of high polymers, e.g. B. Rubber exchange products of high Resistance to oxygen, exists and on the outside or inside or optionally on both The sides are metallically mirrored.

Publications considered: German Patent No. 858 131.

1 sheet of drawings