NO142796B - Gasstrykktermometer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer et gasstrykktermometer som omfatter en indikator-, registrerings- eller styreseksjon og en måleseksjon som er koblet til denne og er lukket, og inneholder en gass med oket initialtrykk, idet måleseksjonen omfatter en gassbeholder, et bourdonror og et kapillarror som forbinder gassbeholderen med bourdonroret.

Gasstrykktermometre av den ovennevnte type er kjent og er be-skrevet og vist f.eks. i De Ingenieur ^6 (1954), sidene 0 84 -

0 86.. En viktig del av gasstrykktermometeret utgjores av måle-seks jonen som, slik det er nevnt ovenfor, omfatter en gassbeholder, et bourdonror og et kapillarror som forbinder gassbeholderen og bourdonroret. Gassbeholderen er samtidig en varme-veksler og funksjonerer som sådann som temperaturregistrerings-element eller foler. Bourdonmanometeret eller -fjæren er som kjent en del laget av et metallror med flatt tverrsnitt, dvs.

et elliptisk eller rektangulært tverrsnitt, og er boyet til 3/4 av en sirkel eller kan være viklet i spiral- eller skrueform.

Når gasstrykket i bourdonfjæren okes, vil denne ha en tendens

til å strekke seg og til å innta et sirkulært tverrsnitt for å

gi oket volum, og ved trykkreduksjon skjer den motsatte beve-gelse. Bevegelsen av fjæren vil fore til forflytning av den frie ende av roret som ikke er forbundet med kapiIlarroret.

Denne forflytning kan utnyttes f.eks. ved å koble bourdonfjæren til en indikator, såsom en viser, i forbindelse med en skala for å bestemme storrelsen av det fenomen som gir gasstrykkforand-ringen, i det foreliggende tilfelle for måling av temperaturfor-andringer.

Kapillarrøret som forbinder gassbeholderen med bourdonroret kan ha betydelig lengde, dvs. 10 - 20 m, slik at termometeret kan

konstrueres for fjernavlesning.

Ved produksjon av gasstrykktermometre lages i det minste en del av måleseksjonen med et innhold av en gass med forhoyet trykk, idet det antas at termometerets virkning for optimal funksjon bor baseres på gassloven for en ideell gass anvendt for en spe-sifikk vekt og konstant volum, slik at folgende ligning frem-kommer : Pl _ P_2

Ti = V

Således oppnås et lineært forhold mellom temperaturforandringen og trykkforandringen. Som nevnt ovenfor, vil bourdonfjæren ved en gasstrykkforandring utsettes for en volumforandring. Derved opprettholdes ikke den forutsetning at gassystemet har konstant volum, med det resultat at målenoyaktigheten påvirkes i ugunstig retning. Dertil vil forandringer i omgivelsestemperatur også fore til forandringer i volumet av bourdonfjæren og kapillarrø-ret, og resultatet vil likeledes være dårligere målenoyaktighet. Denne negative effekt på målenoyaktigheten kan elimineres ved å gjore volumet av gassbeholderen relativt stort i forhold til kapillarrøret og bourdonfjæren. Ifolge ovennevnte artikkel fra De Ingenieur angis at kjente gasstrykktermometre som gir en målenoyaktighet på omtrent 1%, har en gassbeholder med et volum på 50 - 100 cm 3. Med utgangspunkt i kombinasjonen av gassvolum og gassmengde kan trykket av gassen i måleseksjonen velges slik at måleområdet for termometeret over en sirkelbue på 270° ikke blir mindre enn 100°C.

Den relativt store kapasitet som er nodvendig for kjente gassbeholdere for å opprettholde en onsket målenoyaktighet, er på

den annen side en ulempe ved håndtering av termometeret og be-grenser dets bruksmuligheter. Dertil gir en stor gassbeholder langsommere indikasjon som resultat av dens okte varmekapasitet.

En oversikt over industrielle termometre er gitt av H. Brolsma i boken "Temperatuurmetingen, basiskennis Meeten Regeltechniek"

(temperaturmålinger, grunnleggende målings- og reguleringstek-nikk) , utgitt av Technische Uitgeverij H. Stam N.V., i samarbeid med institusjonen "Bemetel", annen utgave, februar 1969, sidene 20 ff. Ifolge denne bok er virkningen av nevnte termometre ba-

sert på et stoffs evne til å utvide seg ved en temperaturøkning og omvendt. Denne kategori omfatter gasstrykktermometrene og videre sprittermometrene som inneholder en organisk væske, såsom pentan eller kvikksolv (såkalte "kvikksolv-i-stål"-termometre). Det nevnes at med hensyn til trykket av det stoff som termometeret inneholder, vil det for kvikksolvets vedkommende,

på grunn av dette stoffs lave kompressibilitet, være mulig å benytte trykk pa omtrent 175 kp/cm ved kvikksolvtermometre av stål. Ved bruk av organiske væsker som fyllstoff må imidlertid lavere fylltrykk benyttes enn for kvikksolv, f.eks. 5-50 kp/cm 2, fordi disse væsker har storre kompressibilitet enn kvikksolv. I henhold til dette prinsipp, nemlig at bruk av fyllstoffer med storre kompressibilitet fordrer et mindre fylltrykk eller initialtrykk, benyttes et fylltrykk på maksimalt 50 kp/cm 2 når en gass benyttes som fyllstoff, slik som i gasstermometre.

Ifolge sistnevnte publikasjon vil målenoyaktigheten okes ved at forholdet mellom volumet av gassbeholderen og volumet av bour-donf jæren og kapillarrøret gjores stort, dvs. 50 : 1. Gassbeholderen kan f.eks. ha en diameter på 20 mm og en lengde på

125 mm. Det angis dertil at vanligvis er kapasiteten av behol-deren i et gasstrykktermometer storre enn i tilfelle av sprit-termometre.

I US patent nr. 3 410 141 er det gitt en oversikt over egenska-pene til vanlige gasstrykktermometre. I denne forbindelse under-strekes det at gassbeholdervolumet i forhold til volumet av bour-donf jæren bor være stort for å oppnå tilstrekkelig trykkforand-ring i bourdonfjæren til å gi tilstrekkelig forflytning av fjæren ved temperaturmålinger. Idéen bak dette trekk er naturlig-vis likeledes basert på gassloven og indikerer ganske enkelt at effekten av den forandring som gassen utsettes for også er avhengig av mengden av gass. For i gasstrykktermometre å oppnå en tilstrekkelig sterk effekt ved en temperaturforandring, sokes ifolge dette patent en okning i gassmengden i vanlige gasstermometre oppnådd ved å oke gassbeholdervolumet. Ifolge dette patent tilveiebringes et gasstrykktermometer hvor gassbeholderen inneholder et fast stoff som ved lave temperaturer absorberer gassen og ved hoyere temperaturer desorberer gassen med et bråere trykk-temperaturforhold som resultat. Derved kan mindre gassbeholdere benyttes, dvs. gassbeholdere med et volum på omtrent 3 cm 3 til sammenligning med gassbeholdervolum på omtrent 65 cm^ for kon-vensjonelle gasstrykktermometre. Gasstrykket i termometeret ifolge dette US patentet ved omtrent 15°C synes å være omtrent 1,8 - 5,6 kp/cm over atmosfæretrykk, avhengig av gasstype og absorpsjonsmateriale.

Ifolge oppfinnelsen er det tilveiebrakt et gasstrykktermometer hvor, i motsetning til den gjengse antagelse at hvor det i et termometer som stort sett er basert på ekspansjon av et stoff benyttes et fyllstoff med oket kompressibilitet må benyttes et lavere initialtrykk, det benyttes et initialtrykk med en verdi over det trykk hvor en isoterm trykkokning forårsaker en kompressibilitetsreduksjon for gassen.

I gasstermometrene ifolge foreliggende oppfinnelse kan endt initialtrykk på f.eks. 140 kp/cm 2 eller selv 175 kp/cm 2 hen-siktsmessig benyttes slik som i kvikksolv-i-stål-termometre, og enda hoyere uten å påvirke termometerets riktige funksjon, dvs. en målenoyaktighet på omtrent 1% av måleområdet slik det synes å være vanlig for gasstrykktermometre. Det endelige trykk som er tillatelig for £n temperaturmåling i måleelementet av gass-termometeret ifolge oppfinnelsen avhenger av det fenomen at fyll-gassen ved hoye temperaturer kan diffundere gjennom metallet måleelementet er laget av og videre av det praktiske hensyn at en viss overbelastning av termometeret bor være mulig uten at dette skades.

En foretrukket utforelse av termometeret ifolge oppfinnelsen inneholder nitrogen i måleseksjonen med et initialtrykk oket til minst 175 kp/cm 2 og har et måleområde som tilsvarer et endelig

2

trykk på 400 kp/cm .

På grunn av det meget hoye gasstrykk i gasstrykktermometeret ifolge oppfinnelsen, vil en gassbeholder med mye mindre kapasitet være tilstrekkelig. Dette gir ingen påtagelig ulempe for bour-bonfjærens funksjon, men gir derimot slik forbedret funksjon at et betydelig mindre måleområde kan oppnås på indikatorskalaen av gasstrykktermometeret enn det minste måleområde på 100°C som må opprettholdes for allerede kjente gasstermometre.

Termometre med lite, minste måleområde er fortrinnsvis av be-tydning ved bruk under slike betingelser som foreligger ved tilberedelse og lagring av forbruksvarer, såsom matvarer og luksusartikler, drikkevarer etc. Selv en relativt liten tem-peraturokning kan for slike artikler forårsake kvalitetsfor-ringelse eller en reduksjon av smaksstyrken.

Tidligere har kvikksolv-i-stål-termometre vært benyttet for å kontrollere temperaturen i de tilfeller hvor det dreier seg om ovennevnte produkttyper, fordi kun disse kvikksolv-i-stål-termometre kan fremstilles med tilstrekkelig lite minimumsmåleområde til å gi tilstrekkelig noyaktig temperaturkontro 11 innen et sne-vert temperaturområde. Imidlertid er det svært lite onskelig å benytte termometre inneholdende kvikksolv for matvarer og lign-ende på grunn av den latente fare for kvikksolvforurensning.

I en foretrukket utforelse av gasstrykktermometeret ifolge oppfinnelsen, for bruk i forbindelse med forbruksvarer som beskre-vet ovenfor, har initialtrykket av gassen en verdi ved hvilken måleområdet av termometeret er 40 °C over en skalabue på 270°. Slikt et gasstrykktermometer er meget vel egnet som erstatning for kvikksolv-i-stål-termometre, spesielt for anvendelse i forbindelse med ovennevnte forbruksvarer, noe som tidligere ikke var mulig.

Det er overraskende at det til tross for bruk av meget hoye initialtrykk på minst 175 kp/cm 2 eller hoyere i måoleseksjonen, ved hvilke trykk det må forventes at gassen avgjort ikke kan be-traktes som en ideell gass med derav folgende store avvik fra gassloven som gasstrykktermometrene er basert på, har lykkedes oppfinnelsen å tilveiebringe gasstermometre som har fullstendig pålitelig og reproduserbar funksjon med en målenoyaktighet på mindre enn 1% av måleområdet, noe som skal demonstreres i det folgende.

Bruk av hoyt gasstrykk gir også betydelig justeringskraft for bourdonfjæren, slik at gasstrykktermometeret ifolge oppfinnelsen, i tillegg til å være et direkte angivende termometer, også kan konstrueres som et termometer med fjernavlesning og dertil er egnet til å konstrueres som et registreringstermometer eller som et styrende termometer.

Konstruksjonen av gasstrykktermometeret og det tilhorende måle-element ifolge oppfinnelsen tilsvarer den tidligere kjente, f.eks. som angitt i ovennevnte publikasjon De Ingenieur 46 (1954), 0 84 - 0 86, til hvilken det refereres av plasshensyn.

Det samme gjelder for de gassene som benyttes som fyllgass. Vanligvis benyttes nitrogen på grunn av dens tilgjengelighet, fyllingsmåte, justering og kalibrering av gasstermometrene, og om onskelig av hensyn til målenoyaktigheten, bruk av ytterligere kompensasjon av bourdonfjæren for volumforandring ved oppvarming eller avkjoling under måling eller ved varmeveksling med omgi-velsene, ved hjelp av et bimetall.

Videre vedrører oppfinnelsen et gasstrykktermometer hvor målesek-sjonene omfatter en gassbeholder, et bourdonrør og et kapillarrør som forbinder gassbeholderen med bourdonrøret, idet bourdonrøret på grunn av det høye gasstrykk som opptrer i måleseksjonen, er laget av et herdet krom-molybden-stål som inneholder 0,25-0,30% C, 0,15-0,35% Si, 0,50-0,70% Mn, mindre enn 0,030% P, mindre enn 0,020% S, o,9-l,2% Cr og 1,15-0,25% Mo.

Herding av dette materiale kan skje ved kjoling i olje fra omtrent 850°C eller fra omtrent 830°C i vann, idet materialet hol-des minst 15 minutter på herdetemperaturen, hvoretter det varme-behandles ved oppvarming i minst 1/2 time til en temperatur på omtrent 400°C. Fortrinnsvis skjer herding ved oppvarming i 20 minutter ved 88o°C i en noytral atmosfære, kjoling i olje og varmebehandling i 60 minutter ved 350°C i en noytral atmosfære.

1 en bourdonfjær laget av nevnte materiale kan en fjærslaglengde på omtrent 50 mm oppnås for et gasstrykktermometer med et måleområde på 40 kp/cm^ over en bueskala på 270° og et initialtrykk på omtrent 33C kp/cm 2. Videre kan en slik bourdonfjær være fullstendig tilfredsstillende ved et gasstrykk på omtrent 600 kp/cm 2. Det er funnet at ved bruk av et hoyt gasstrykk og ovennevnte materiale f or bourdonfjæren kan det oppnås et tilfredsstillende funksjonerende gasstrykktermometer med et gassbeholdervolum på mindre enn 1 cm . På grunn av slike' små gassbeholdere er bruks-området for gasstrykktermometre rent generelt blitt betydelig utvidet, samtidig som slike små beholdere gir termometeret betydelig hurtigere respons.

Til ytterligere belysning av oppfinnelsen skal det beskrives temperaturmålinger utfort ved hjelp av det nedenfor angitte gasstrykktermometer ifolge oppfinnelsen. De tekniske data for gasstrykktermometeret var:

utforelse som viserskivetermometer med fjernavlesning:

rustfritt stål av ovennevnte type, herdet ved oppvarming i 20 minutter ved 880°C i noytral atmosfære, avkjoling i olje og varmebehandling i 60 minutter ved 350°C i noytral atmosfære.

Ved hjelp av denne måler ble temperaturmålinger foretatt i et vannbad hvor temperaturen ble gradvis oket til 100°C og deretter redusert igjen. Måleverdiene som ble funnet er vist i nedenfor-stående tabell.

Disse målinger viser at instrumentets nøyaktighet holder seg innen-for - 1%.

Claims (4)

1. Gasstrykktermometer, omfattende en indikator-, registrerings- eller en styreseksjon og en måleseksjon som er koblet til denne og lukket, inneholdende en gass med initialt overtrykk, hvilken måleseksjon omfatter en gassbeholder, et bourdonror og. et kapillarror som forbinder gassbeholderen med bourdonroret, karakterisert ved at initialover-trykket har en verdi over det trykk hvor gassen gjennomgår en kompressibilitetsreduksjon ved en isoterm trykkokning.

2. Gasstrykktermometer ifolge krav 1, hvor måleseksjonen inneholder nitrogen med initialt overtrykk, karakterisert ved at initialtrykket er minst 175 kp/cm 2 og at måleområdet tilsvarer et endelig trykk på 400 kp/cm 2.

3. Gasstrykktermometer ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at initialtrykket av gassen har en verdi som gir termometeret et måleområde på 40°C over en skalabue på 270°.

4. Gasstrykktermometer ifølge krav 1, hvor måleseksjonen omfatter en gassbeholder, et bourdonrør og et kapillarrør som forbinder gassbeholderen med bourdonrøret, karakterisert ved at bourdonrøret er laget av herdet krom-molybden-legert stål inneholdende 0,25 - 0,30% C, 0,15 - 035% Si, 0,50 - 0,70% Mn, mindre enn 0,030% P, mindre enn 0,020% S, 0,9 - 1,2% Cr og 0,15 - 0,25% Mo.