DE695038C - Radiometer - Google Patents

Description

Zur Messung niedriger Gasdrucke sind Geräte nach Art der Radiometer bekanntgeworden, bei denen von zwei koaxial zueinander, angeordneten Flächensystemen eines durch Aufhängung an einen. Torsionsfaden drehbar gemacht ist. Dabei ist durch gleichmäßige, axialsymmetrische Anordnung der Systeme dafür gesorgt, daß bei jedem Ausschlag möglichst das gleiche Drehmoment herrscht. Da zur Erzielung einer großen Empfindlichkeit und eines hohen Meßbereiches die beweglichen Teile nur ein. geringes Gewicht haben, dürfen, macht es Schwierigkeiten, ,Radiometerflügel von genügend großer Fläche bei ausreichender Starrheit und geringem Gewicht herzustellen.

Die Erfindung gibt eine Konstruktion eines solchen Radiometers an, das die verschiedenen Anforderunigen, gleichzeitig erfüllt. Sie geht von dem bekannten Radiometer aus, bei dem die Flügel einen durchbrochenen, dreh-' bar laufgehängten Hohlzylinder bilden, der in radialer Richtung vom Wärmestrom eines z. B. innerhalb des Hohlzylinders 'untergebrachten Heizelementes durchsetzt wird. Erfindungsgemäß sind die Radiometerflügel zwischen zwei übereinander angeordneten. Radkränzen befestigt, von denen der eine zwecks Ausspannens. der· Flügel federbeeinflußt oder gewichtsbelastet ist. Die Erfindung, wird dadurch weiter · ausgestaltet, daß die Flügel an den Enden- dreieckige Taschen besitzen, die über abgebogenen Dreiecklappen. der Radkränze herübergehakt sind, und daß die Spitzenwinkel der Dreiecktaschen größer sind als die Spitzenwinkel der abgebogenen Dreiecklappen. Nach einer weiteren Verbesserung der Erfindung werden an den Radkränzen nachgiebige Ansätze vorgesehen, die ihrerseits die Radiometerflügel tragen. .

Als Wärmequelle dient wie bei bekannten Radiometern zweckmäßig eine innerhalb des von den Flügeln gebildeten Hohlzylinders angeordnete Zylinderfläche, die elektrisch geheizt wird. -Die kalte Fläche wird dann von der Gefäßwand selbst gebildet. Es könnte aber auch umgekehrt die den Flügelzylinder umschließende Fläche geheizt sein und die innerhalb des Flügelzylinders befindliche Fläche kalt bzw. gekühlt sein. Die Flügel erhalten zweckmäßig die Gestalt von Rechtecken, deren lange Seiten, parallel zur Achse

verlaufen. Bei einem · Winkel von 45 ° zwischen den Flügelflächen und dem Radius des Flügelzylinders wird das größte Drehmoment erhalten. Die Flügel werden zweckmäßig so breit gemacht, daß die Projektionen benachbarter Flügel, von der Achse aus gesehen, unmittelbar aneinandergrenzen und sich nicht überdecken. Der Abstand der warmen Fläche vom Flügelzylinder ist vorteilhaft so· groß, daß Moleküle, die von der. Heizfläche ausgehen, gerade nicht mehr auf die der kalten Fläche zugekehrte Seite eines Flügels gelangen können. Bei den beweglichen Teilen muß möglichst an Gewicht gespart werden, um ein geringes Trägheitsmoment zu erhalten. Zum Beispiel werden die Flügel zweckmäßig aus Aluminiümfolien von wenigen μ Stärke hergestellt.

Radiometer mit zwei koaxial zueinander angeordneten Flächensystemen können sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Drucken benutzt werden. Bei niedrigen Drucken zeigen sie einen mit dem Druck wachsenden. Ausschlag, der bei etwa icr² mm Quecksilbersäule seinen Höchstwert erreicht. Unter dem Einfluß der Gasströmung (Gleitung·), die eine Folge der verschiedenen Erwärmung der der warmen und der kalten Fläche zugekehrten Flügelkanten ist und in entgegen-gesetzter Richtung wirkt wie der reine Radiometereffekt, nimmt der Ausschlag dann ab und wird schließlich negativ. Je nach den besonderen Bedürfnissen des Einzelfalles kann es wünschenswert sein, die genaueren Meßergebnisse bei niedrigeren oder bei höheren Drucken zu erhalten. Wenn vorzugsweise bei niedrigen Drucken gemessen werden soll, muß die Gleitung herabgesetzt werden. Hierzu ist es erforderlich, den Temperaturunterschied zwischen den Flügelkanten gering zu halten. Das geschieht entweder durch Wahl starkwandiger Flügel, die allerdings gleichzeitig durch ihr großes Gewicht das Trägheitsmoment heraufsetzen, oder durch Wahl eines gut wärmeleitenden Werkstoffes, wie z.B. Silber oder Kupfer,-für. die Flügel. Wenn andererseits hauptsächlich bei höheren Drucken gemessen wird, so- braucht man große Temperaturunterschiede zwischen den beiden Flügelkanten. Um diese zu erreichen, nimmt man z.B. dünne Folien für die Radiometerflügel oder macht diese Folien aus Metallen geringer Wärmeleitfähigkeit. Die Folien können z.B. aus Nickel.'oder Eisen-Nickel-Legierungen bestehen. Es ist aber auch möglich, sie aus Isolierstoff herzustellen, z. B. Glimmer oder Zellstoff. Isolierstoff flügel wird man im allgemeinen mit einem leitenden Überzug versehen, z.B. durch Auf- . dampfen von Metall, um elektrische' Störungen zu vermeiden. Zu demselben Zweck wer den die beweglichen Teile vorteilhaft an ein bestimmtes Potential angeschlossen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung in ⁶S Abb', r im Aufriß und in Abb. 2 im Schnitt nach Linie A-B dargestellt. Die

Abb. 3 zeigt eine Einzelheit im Schnitt nach Linie C-D der Abb. 2.

Von einem Glasfuß 1 wird ein aus zwei Streben 2 und 3 bestehendes Gerüst getragen. An dem oberen Ende dieses Gerüstes ist ein Querbalken. 4 befestigt, der über eine Drehbolzenvorrichtung 5 einen Torsionsfaden 6 trägt, der z. B. aus Wolfram bestehen kann. Der Torsionsfaden 6 trägt über einen Stab 7 und eine Spannfeder 8 einem. Balken 9, an dem mit Hilfe von vier starren Drähten 10 ein Radkranz 11 befestigt ist. Am unteren Ende ist der Stab 7 in einer Führung 12 geführt und trägt dort einen zweiten Tragebalken 13, an dem mittels der starren Drähte 14 ein zweiter Radkranz 15 befestigt ist. Zwischen den Radkränzen 11 und 15 sind die zweckmäßig aus Metallfolien bestehenden Radiometerflügel 16 ausgespannt. Während der untere Balken 13 an der Stange 7 starr befestigt ist, ist der obere Balken 9 auf der Stange 7 verschiebbar geführt. 9» Durch Wirkung der Feder 8 wird der Balken 9 und damit der Radkranz 11 angehoben, so daß die Radiometerflügel 16 ständig unter Spannung stehen. Der von den Radiometerflügeln gebildete Zylinder wird von der Gefäßwand 17 umschlossen, die als kalte Fläche dient und beispielsweise aus Glas bestehen kann. An Stelle des Glases können natürlich auch andere isolierende Stoffe benutzt werden, und es ist auch möglieh, wenigstens den Teil der Gefäßwand, der die Radiometerflügel unmittelbar umschließt, aus Metall herzustellen. Innerhalb der Radiometerflügel ist die heiße Fläche 18 angeordnet. Diese heiße Fläche besteht im vor-Hegenden Falle aus .„ dicht nebeneinanderliegenden, stromdurchflossenen Heizdrahtwendeln, die teilweise in Reihe und teilweise parallel geschaltet sind. Die Parallelschaltung· wird zweckmäßig angewandt, um mit geringeren Heizspannungen auszukommen und um auf diese Weise die Störungen durch elektrostatische Kräfte herabzusetzen. An Stelle der Heizdrahtwendeln können natürlich auch stromdurchflossene glatte Heizdrähte oder Heizbänder benutzt werden. Ebenso ist es möglich, einen Heizkörper zu verwenden, der durch heiße Flüssigkeit oder Gas erhitzt wird. Wie insbesondere die Abb. 2 erkennen läßt, ist· der Abstand zwischen dem Heizkörper 18 und den Radiometerflügeln so auf den Winkel zwischen den Radiometerflügeln

und dem Radius der Anordnung abgestimmt, daß Gasmoleküle, die von der heißen Fläche gegen die Radiometerflügel fliegen (s. Pfeile in Abb. 2), nicht auf die "Außenseite b der Flügel gelangen können. Die kalte Fläche 17 kann sehr nahe an die Radiometerflügel herangedrückt werden.

Am Balken 9 ist ein Zeiger 22 angebracht, der sich über eine Skala bewegt und ein unmittelbares Ablesen ermöglicht.

Besondere Sorgfalt ist beim Aufbau den Radiometerflügeln zu widmen, da von ihrer genauen Stellung· die Wirksamkeit der ganzen Anordnung im weitesten Maße abhängt. Zur Herstellung der Radiometerflügel können die Radkränze 11 und 15 mit nach außen vorstehenden, zahnartigen Ansätzen 19 versehen sein, von denen Dreiecklappen 20 bei dem Kranz 11 nach oben und bei dem Kranz 15

ao nach - unten abgebogen sind, und zwar um mehr als 90⁰, so daß sie schräg nach hinten kippen, wie in Abb. 3 gezeigt. Die Biegungskanten 21 sind mit großer Sorgfalt ' auszurichten. Die Folien 16, die die Radiometerflügel bilden sollen, werden an beiden Enden zu Dreiecktaschen zusammengebogen, deren Spitzenwinkel etwas größer ist ,als der Spitzenwinkel ' der abgebogenen Dreiecklappen 20. Die Dreiecktaschen der Folien werden dann über die Dreiecklappen 20 der Radkränze 11 und 15 herübergehakt, und die Flügel werden gespannt. ' Dabei geben die Ansätze 19 etwas nach, so daß geringfügige Unterschiede in der Länge der einzelnen Flügel ausgeglichen werden. Da der Spitzenwinkel der Dreieck-■ lappen 20 etwas kleiner ist als der Spitzenwinkel der Folientaschen, bewirkt das Nachgeben der zahnartigen Ansätze 19 kein Verkanten der Radiometerflügel. Die Radiorüeterflügel bleiben vielmehr glatt über die Umbiegekanten 21 gespannt. Als Spannkraft dient entweder, wie schon vorbeschrieben, * die Feder 8 oder auch das Gewicht des unteren Radkranzes, der alsdann. lose auf der Stange 7 befestigt werden müßte.

Der Heizkörper und insbesondere alle be-

- weglichen Teile können aus unmagnetischen Werkstoffen hergestellt werden, um Störungen durch benachbarte magnetische Felder, durch den Heizstrom oder durch das Erdfeld zu vermeiden. Es ist vorteilhaft, sowohl die Flügel als auch den Heizkörper aus solchen Stoffen herzustellen, deren Oberfläche sich beim Erhitzen in den benutzten Gasen nicht verändert, also* insbesondere aus nicht oder nur schwer oxydierenden Stoffen, wie z.B. Chrom-Nickel-Legierungen.

Die Empfindlichkeit des Radiometers ist von. dem Durchmesser 'des Flügelzylinders im allgemeinen in der Weise abhängig, daß bei abnehmendem Durchmesser und gleichbleibender Schwingungsdauer die Empfindlichkeit wächst. Das gilt insbesondere, wenn die Oberfläche und die Temperatur des Heizkörpers und die Kühlung der 'entsprechend verkleinerten äußeren . Gefäßwand dieselben bleiben. Die Betrachtung ist unabhängig davon, ob bei abnehmendem Radius die Zahl der Radioimeterflügel gleich groß bleibt und die Breite jedes einzelnen Flügels entsprechend verringert wird· oder bei gleichbleibender Breite der Radiometerflügel die Zahl der Flügel herabgesetzt wird. Es gilt sogar unabhängig· davon, ob mit der Verkleinerung des Radius gleichzeitig die Masse der ganzen Anordnung herabgesetzt wird oder unverändert bleibt. Da es natürlich möglich ist, bei abnehmendem Radius die Masse gleich-. zeitig herabzusetzen,, so· kann dadurch eine zusätzliche Vergrößerung des Ausschlages bei gleicher Schwingungsdauer erreicht werden. Eine Grenze erhält man im allgemeinen durch die Schwierigkeit, ein sehr kleines Flügelrad herzustellen. Eine Vergrößerung der Wirkung kann aber leicht dadurch erzielt werden, daß, der Zylinder verlängert) wird, da durch die Verlängerung des Zylinders im allgemeinen keine wesentliche Vergrößerung der Maße eintritt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Radiometer, dessen Flügel einen durchbrochenen, drehbar aufgehängten Hoihlzylinder bilden, der in. radialer Riehtung vom Wärmestrom durchsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiometerflügel zwischen zwei übereinander ,angeordneten Radkränzen befestigt sandy von denen der eine zwecks Ausspannens der Flügel federbeeinflußt oder gewichts-

, belastet ist.

2. Radiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel an den Enden dreieckige Taschen besitzen, die über abgebogenen Dreiecklappen (20) der Radkränze herübergehakt sind, und daß die Spitzenwinkel der Dreieckstaschen größer sind als die Spitzenwinkel der abgebogenen Dreiecklappen.

3. Radiometer nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radio-

- meterflügel von den Radkränzen mittels nachgiebiger Ansätze (19) getragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen