DE755801C - Messverfahren an mit Gasen, z. B. atmosphaerischer Luft gefuellten Hohlraeumen - Google Patents

Description

• Meßverfahren an mit Gasen, z.B. atmosphärischer Luft gefüllten Hohlräumen Es ist bekannt, zum Untersuchen der physikalischen Eigenschaften eines Gases, bei spielsweise der Füllung eines Luftballons, einen Klangkörper zu verwenden und dessen von dem umgebenden Gas beeinflußte Tonhöhe zu messen. Dieses Verfahren hat den NachteiL, daß nur die in unmittelbarer Nachbarschaft des Klangkörpers befindliche und mit ihm gekoppelte Gasmasse erfaßt wird, so daß insbesondere der Inhalt eines Hohlraumes auf diese Weise nicht gemessen werden kann.
• Ferner ist es bekannt, zum Messen des Volumens eines Hohlraumes, z. B. des Zylinder inhaltes von Verbrennungsmotoren, das in ihm eWingeschlosEene Gas abwechsellnd zasam menzudrücken und zu entspannen. Beides erfolgt dabei durch Anblasen des Hohlraumes mit einer Pfeife, wobei die entstehende Schwingung die Eigenfrequenz des eingeschlossenen Gasvolumens ist. Dieses VerH fahren gibt nur dann richtige Meßwerte, wenn die Dimensionen des Hohlraumes klein gegen die Wellenlänge des entstehenden Tones sind.
• Die Erfindung ermöglicht demgegenüber durch Herabsetzen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems auch Hohlräume erheblich größerer Abmessungen zu untersuchen.
• Sie besteht darin, daß die Eigenfrequenz eines mechanischen Schwingungssystems beobachtet wird, dessen träge Masse neben der Masse des im Hohlraum eingeschlossenen Gases im wesentlichen aus einer mit der Masse des Gases gekoppelten, der Anzeige und Anregung der Eigenschwingung dienenden. zusätzlichen Masse besteht und dessen Direktionskrnft die Elastizität des eingeschlossenen Gases, gegebenenfalls neben der Elastizität eines Baugliedes ist. Während also bei dem bekannten Verfahren die Direktionskraft ebenso groß ist, die Masse aber nur von der Masse der im Rohransatz schwingenden Gassäule gebildet ist, ist erfindungsgemäß in dem Rohransatz beispielsweise eine Klappe gelagert, die durch die schwingende Gassäule mitgenommen wird und deren Masse sich zu der Masse der Gassäule addiert, so daß die Eigenfrequenz des aus gasförmigem und festem Körper gebildeten gesamten Schwingungssystems niedriger wird. Die Erfindung wird an zwei Aus führungsbeispielell, die in der Zeichnung dargestellt sind, beschrieben.
• Abb. I ist eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung, Abb. 2 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung; Abb. 3 zeigt eine Anordnung mit Zusatzfedern. a ist der zu prüfende Behälter, b eine Verschlußplatte, auf der das Gerät angebracht ist, c eine Schwinglilappe an sich beliebiger Art, die durch das Gewidt e ausgewuchtet und dtehbar über einer zum Innern des Behälters c führenden Öffnung oder in der Behälterwand selbst angeordnet ist. Das Gegengewicht e kann auch federnd an der Klappe c befestigt sein, so daß mit dem aus der Klappe und der Luft im Behälter bestehenden Schwingungsgebilde ein zweites, bestehend aus Gegengewicht und Feder, gekoppelt ist.
• Die \\tirliungsweise ist folgende: Die Schwinglilappe c wird so in beliebiger Weise in Schwingungen versetzt, daß die Luft im Behälter, mit der sie mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht, im Takte der Schwingung zusammengedrückt und entspannt wird.
• Die Eigenschlvingungszahl des Systems ist abhängig von der durch die Elastizität der Luftmenge im Tank gegebenen Direktionskraft und von den mitschwingenden Massen, die von der Luft, in erster Linie aber von der Klappe gebildet werden Die Eigenschwingungszahl ist also ein Maß für das Luftvolumen im Tank und damit für den Flüssigkeitsvorrat. Mit an sich bekannten Mitteln wird diese Eigenschwingungszahl angezeigt.
• Für die Direktionskraft eines Gaspolsters vom Querschnitt F und dem Volumen V gilt dP F2 d-w=X » V worin p den Druck des eingeschlossenen Gases und x den Exponenten der thermodynamischen Zustandsänderung bedeutet.
• Die Gleichung zeigt aber auch, daß man andere Aufgaben damit lösen kann. So kann z. B. bei dem bekannten Volumen auf den (mittleren) Druck der eingeschlossenen Luft geschlossen werden. Ferner kann die Zusammensetzung von Gasgemischen bezüglich des Anteils an unvollkommenen Gasen, z. B.
• Dampf, bestimmt werden, da der Exponent der Zustandsänderung und damit die elastischen Eigenschaften vollkommener und unvollkommener Gase verschieden sind. Schließlich kann auf die akustischen Eigenschaften des Raumes geschlossen werden, wenn Druck und Volumen der Luft im Raume bekannt sind, da die Elastizität und Dämpfung der Wände, Decke, Boden und Einbauten die Eigenschwingungszahl des Schwingungsgebildes beeinflußt.
• In Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar schwingt in einem Zylinder f, dessen Volumen bekannt ist, ein Kolben g. Steht der Zylinder f mittels eines Rohres lt in irgendeiner Form mit einem Behälter a nach Art des in Abb. I gezeigten in Verbindung, so entspricht die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Abb. I, indem die Schwingklappe hinsichtlich ihrer Aufgabe als Bauglied für die Anregung und Anzeige der Schwingung durch den Kolben g ersetzt wird.
• Die Massenwirkung der in dem Rohr lt befindlichen Luft ist in diesem Ausführungsbeispiel von wesentlichem Einfluß, da die Luft infolge des engeren Rohrquerschnittes bei der Schwingbewegung größere Wege zurückzulegen hat. Zwischen dieser Luftmasse und dem Kolben befindet sich die Luft des Raumes f, die wieder vorwiegend mit ihren elastischen Eigenschaften an dem Schwillgungsvorgang beteiligt ist. Die in lt befindliche Luft (vorwiegend Masse) stellt mit der in f befindlichen Luft, vorwiegend mit ihren elastischen Eigenschaften beteiligt, ein Schwingnngssystem dar, aus dessen Eigenfrequenz man z. B. auf die Größe der Luftmasse im Rohr h oder bei gegebenden Querschnittsabmessungen auf die Länge des Rohres lt schließen kann.
• Die Schwingklappe c oder der Kolben g kommt nach einem einmaligen Anstoßen infolge Reibung und Dämpfung nach einigen Schwingungen wieder zur Ruhe. Für die Beobachtung und Messung der Schwingungen ist dieses oft ein Nachteil, der vermieden wird, wenn die Schwingklappe c oder der Kolben g in an sich bekannter Weise selbststeuernd in Dauerschwingungen erhalten wird.
• Beim Vorhandensein von Dämpfen in dem zu messenden Behälter muß ihr Einfluß auf die Direktionskraft des Schwingungssystems kompensiert werden, wenn man auf denRauminhalt schließen will. Dies wird z. B. erreicht, wenn die Schwingungszahl nicht direkt gemessen wird, sondern mit der Schwlingunlgszahl eines Vergleichssystems verglichen wird, das in gleicher Weise von den Dämpfen beeinflußt wird. Der Vergleichsschwinger bekommt dann z. B. einen Luftraum, der so unverändert bleibt, im Gegensatz zu dem vom Vorrat abhängigen Luftraum in dem auszumessenden Behälter. Wird der Luftraum des Vergleichsschwingers mit dem Luftraum im Behälter durch ein enges Rohr oder eine kleine Bohrung verbunden, so können die Gase oder Dämpfe in den Luftraum des Vergleichsschwingers gelangen und hier die Direktionskraft genau so wie im Behälter beeinflussen, während die Größe des Luftraumes im Behälter die Direktionskraft des Vergleichsschwingers nicht beeinflußt, da ein Druckausgleich durch die enge Öffnung nur sehr langsam erfolgen kann.
• Die Direktionskraft des schwingenden Systems kann durch weitere Federn, die an der Masse angreifen, erhöht oder erniedrigt werden. Man kann dadurch beispielsweise den Frequenzbereich, in dem die Eigenschwingungszahl des Systems ja nach dem physikalischen Zustand des Hohlraumes liegt, verschieben, einengen oder erweitern, die Mittellage der schwingenden Masse stabilisieren, unerwünschte Einflüsse, denen die Direktionskraft der im Behälter befindlichen Gase unterliegt, kompensieren und anderes mehr. In Abb. 3 sorgt z. B. die Feder i dafür, daß die Mittellage, um die die Klappe c schwingt, sich unter dem Einfluß von etwa vorhandenen kleinen Druckunterschieden zwischen dem Innenraum des Behälters und der Außenluft nicht allzusehr verschiebt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRUCHE: I. Meßverfahren an mit Gasen, z. B. atmosphärischer Luft gefüllten Hohlräumen für solche physikalischen Eigenschaften des Hohlraumes und seiner Gasfüllung, die sich durch Zusammendrücken und Entspannen des eingeschlossenen Gases ermitteln lassen, insbesondere zum Messen des Gasvolumens, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz eines mechanischen Schwingungssystems beobachtet wird, dessen träge Masse neben der Masse des im Hohlraum eingeschlossenen Gases im wesentlichen aus einer mit der Masse des Gases gekoppelten, der Anzeige und Anregung der Eigenschwingung dienenden zusätzlichen Masse besteht und dessen Direktionskraft die Elastizität des eingeschlossenen Gases, gegebenenfalls neben; der Elastizität eines Bauglledes ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Masse (c) über eine Feder oder ein elastisches Gasvolumen mit einer weiteren, schwingbar gelagerten Masse (e) in Verbindung steht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dauerschwingung mit der Eigenfrequenz des Schwingungssystems durch selbststeuernde Energiezufuhr aufrechterhalten wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Messung des Gasvolumens im Behälter, gekennzeichnet durch Verwendung eines zusätzlichen mechanischen Vergleichsschwingungssystems, dessen Gasvolumen unveränderlich ist und mit dem Behältergasvolumen durch eine enge ;oeffnung in Verbindung steht.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 268 353, 390 752, 404809, 541274, 548687, 633 63I, 670 26I; Allgemeine Automobil-Zeitung, I92ß, Nr. 19, S. 27.