HYPSOMETER

Abstract: 1. Hypsometer for measuring the ambient pressure, in particular the atmospheric pressure, which consists of a container (4), which may be heated, is partially filled with liquid (5) and contains a wick (2), which extends as far as the container base, consists of an absorbent material and is provided at the end which is surrounded by the air with a thermistor (1) enveloped by the wick (2), the wick (2) being surrounded by an encasing tube (3), the lower end of which is provided with an opening, characterized in that the end of the wick (2) which projects into the liquid (5) is free of the encasing tube (3), and that the encasing tube (3) consists of a material with poor heat-conducting properties.

Description: Die Erfindung betrifft ein Hypsometer zur Messung des Umgebungsdruckes, insbesondere des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheizten Behälter, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht, undin dem Behälter ein bis auf den Behälterboden reichender aus saugfähigem Material bestehender Docht angeordnet ist, der an dem mit Luft umgebenen Ende mit einem vom Docht umhüllten Thermistor versehen ist. Hypsometer sind Einrichtungen zur Messung des Luftdruckes. Dabei wird von der physikalisch bedingten Tatsache Gebrauch gemachta dass sich die Siedetemperatur einer Flüssigkeit mit dem Umgebungsdruck ändert. Es kann daher, wenn die Dampfdruckkurve der Hypsometerflüssigkeit bekannt ist und die Siedetemperatur mit ausreichender Genauigkeit gemessen wird, der Umgebungsdruck, insbesondere Luftdruck berechnet werden. Mit Hilfe des Hypsometers wird also die Druckmessung auf eine Temperaturmessung zurückgeführt, und diese wiederum, wenn als Temperatursensor z.B. ein Thermistor verwendet wird, auf eine Widerstandsmessung. In meteorologischen Radiosonden ist die Verwendung des Hypsometers bereits seit längerer Zeit gebräuchlich. Hier wirkt sich besonders der Umstand günstig aus, dass der Widerstand der als Temperatursensoren verwendeten Thermistoren bei abnehmender Temperatur, einer in etwa logarithmischen Funktion folgend, immer grösser wird. Die Auflösung der Druckmessung wird daher in grossen Höhen, also bei niedrigem Druck und damit auch tiefer Siedetemperatur, besser als in Bodennähe. Höhenbestimmungen aus dem gemessenen Luftdruck lassen deshalb bei Verwendung des Hypsometers eine hohe Genauigkeit erwarten, wogegen die Höhenbestimmung bei Verwendung einer Aneroiddose mit zunehmender Höhe immer problematischer wird, weil die Dose Druckänderungen annähernd linear registriert und die Höhendifferenz pro Druckeinheit mit der Höhe etwa logarithmisch zunimmt. Um die genannten Eigenschaften eines Hypsometers ausnützen zu können ist aber sowohl beim Aufbau wie auch beim Betrieb einigen Fakten Rechnung zu tragen. Es versteht sich von selbst, dass der Thermistor nur dann die Siedetemperatur annehmen kann, wenn er sich zur Gänze im siedenden Bereich der Hypsometerf1üssi#keit niedrigsiedender Flüssigkeiten der Frigen- oder Freongruppe befindet und jeder Einfluss der Umgebungstemperatur ausgeschaltet ist. Ausserdem ist sicherzustellen, dass die Flüssigkeit auch wirklich siedet. Dazu ist entweder durch eine Heizung oder aus der Umgebungswärme der Flüssigkeit Energie zuzuführen. Bei ständig abnehmenden Druck, wie das während eines Radiosondenaufstieges normalerweise der Fall ist, wird, infolge der ständig tiefer werdenden Siedetemperatur, ein Grossteil der Siedeenergie aus der in der Flüssigkeit vorhandenen latenten Wärme entnommen. Der Rest kann aus der Umgebungswärme zugeführt werden. Aber auch bei Radiosonden ist, zumindest zeitweise, zuverlässiger statischer Betrieb erwünscht, um nämlich vor dem Aufstieg das Hypsometer mit dem Bodendruck vergleichen und damit überprüfen zu können. Überlicherweise befindet sich der Thermistor in einem Docht aus saugfähigem Material, wie Baumwolle, Löschpapier oder dgl., welcher mit seinem unteren Ende bis auf den Boden des Behälters reicht. Die hochgesaugte Flüssigkeit siedet im Docht und bringt so den Thermistor auf die Siedetemperatur. Der Teil des Dochtes, welcher sich unterhalb des Thermistors befindet, wird manchmal mit einer Umhüllung versehen, welche ausser der Siedezone nur das Unterstehende des Dochtes freilässt. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit nicht schon auf ihrem Weg vom unteren Ende des Dochtes zum Thermistor verdampft. Die Grösse der als Siedefläche zur Verfügung stehenden freien Oberfläche des Dochtes ist nicht ohne Einfluss auf die Messgenauigkeit. Bei grosser Oberfläche und relativ hoher Umgebungstemperatur kann u. U. die Flüssigkeit schneller verdampfen als sich durch den Docht nachgesaugt wird, dadurch wäre aber ein Teil der Siedefläche nicht von der siedenden Flüssigkeit benetzt und es wird damit ungewiss, ob sich der Thermistor zur Gänze in der siedenden Flüssigkeit befindet. In diesem Fall würde der Thermistor eine höhere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit regi strieren. Bei niedriger Umgebungstemperatur und ungenügender Heizung kann es hingegen geschehen, dass der Siedevorgang der Flüssigkeit zu sehr abkühlt und sich dadurch selbst stoppt. Kann nun genügend Aussenluft an die Siedefläche herankommen so wird auf der Oberfläche des Siedebereiches die Flüssigkeit zwar nicht mehr sieden, aber verdunsten und sich, wie auch den Thermistor noch weiter abkühlen. Je schneller die Flüssigkeit ve#rdunstet und je mehr verdunstet umso kälter wird es dabei. In diesem Fall registriert der Thermistor eine tiefere Temperatur als die Siedetemperatur der Flüssigkeit, daraus folgt, dass die Siedefläche des Dochtes möglichst klein sein soll und dass die Umgebungstemperatur sowie die Aussenluft von der Siedezone weitgehend ferngehalten werden müssen. Die Grösse der Siedefläche wird aber weitgehend von der Art und Form des Dochtes, sowie von der Grösse des Thermistors bestimmt. Bei einem ideal an den Thermistor angepassten Docht bestimmt nur mehr der Thermistor die Grösse der Siedefläche. Ein weiterer Nachteil ist, dass Siedetemperatur wie sie in Bodennähe auftreten, die Auflösung der Druckmessung ungenügend machen. Durch geeignete Materialzusammensetzung des Thermistors lässt sich zwar der Widerstand erhöhen, doch leidet darunter wiederum die exakte Berechenbarkeit des Thermistors. Eine weitere Schwierigkeit ist die Unmöglichkeit, den Luftzutritt zur Siedefläche gänzlich zu unterbinden, da ja nur bei einem völligen Druckausgleich die Druckmessung überhaupt möglich wird. Die Auswirkungen des Luftzutritts beeinträchtigen vor allem Messungen in Bodennähe. Bei der geringen Luftdichte in grösserer Höhe erfolgt nur eine geringe Verdunstung des Frigens und die Abkühlung bleibt vernachlässigbar klein. Die Anordnung des an sich bekannten Hüllrohres verhindert zwar, dass der grösste Teil der Flüssigkeit schon verdampft bevor er noch die Höhe des Thermistors erreicht hat, doch ist die damit verbundene Verbesserung noch nicht ausreichend. Auch das Anbringen einer wärmedämmenden Kappe um den Yerdampfungsbereich des Hypso- meters genügt nicht. Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden und die Genauigkeit des Hypsometers im statischen Bereich soweit zu erhöhen, dass der verbleibende Restfehler bei der Verwendung in Radiosonden vernachlässigt werden kann. Gemäss der Erfindung ist das eingangs aufgezeigte Hypsometer dadurch gekennzeichent, dass der Docht mit einer Umhüllung, insbesondere mit einem Hüllrohr umgeben ist, wobei-das in die Flüssigkeit ragende Ende des Dochtes frei von der Umhüllung ist und das mit dem Thermistor versehene Ende des Dochtes vorzugsweise bis zur Dochtoberkante umhüllt ist, und dass die Umhüllung bzw. das Hüllrohr aus schlecht wärmeleitendem Material besteht. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich auch die Auflösung der Druckmessung in Bodennähe durchzuführen. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Siedefläche auf die Oberfläche des kurzen aus dem Hüllrohr herausragenden Dochtstückes reduziert wird. Wenn das Hüllrohr mit dem oberen Ende des Dochtes abschliess#, verbleibt nur mehr der lichte Querschnitt des Hüllrohres als Siedefläche. Die Menge der verdampfenden Flüssigkeit wird dadurch verringert und der Docht kann immer genügend Flüssigkeit nachsaugen. r Da. das Hüllrohr oben offen ist, herrscht in seinem Inneren der gleiche Druck wie aussen. Die Flüssigkeit kann daher niemals wärmer sein als die dem Druck entsprechende Siedetemperatur. Sie würde ansonsten sofort zu sieden beginnen und sich damit bis zur Siedetemperatur abkühlen. Dabei entstehender Dampf wird beim Hochsteigen im Hüllrohr durch die bereits höher gesaugte kältere Flüssigkeit wieder kondensiert, sodass sich im gesamten die genaue Siedetemperatur einstellt Da das Hüllrohr aus schlecht wärmeleitendem Material besteht, findet auch praktisch kein Temperaturaustausch durch die Rohrwand statt. Das wirkt sich auch bei niedrigen Temperaturen günstig aus, weil die Flüssigkeit den Thermistor mit der Siedetemperatur erreicht und die Fläche, an der Luft zum Docht zutreten und Flüssigkeit verdunsten kann, sehr klein und dazu noch hoch über dem Thermistor, in der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit liegt. Dadurch wird dem Thermistor die richtige Temperatur durch die nachgesaugte Flüssigkeit schneller zugeführt als der Wärmeentzug durch die Verdunstungsfläche erfolgt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die freie Länge des mit dem Thermistor versehene Ende des Dochtes in gewissen Grenzen veränderbar, wobei der Bereich des Thermistors zum vorwiegenden Teil umhüllt ist. Dadurch kann das Hypsometer an bestimmte Aufgaben besser angepasst werden. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Thermistor 1 wird eng von einem Docht 2 umschlossen. Die kontaktierten Enden 6 des Thermistors 1 treten durch den Docht 2 aus. Der Docht 2 ist vom Hüll- rohr 3 umgeben. Die vom Docht 2 durch seine Kapillarwirkung aus dem Vorratsbehälter 4 hochgesaugte Flüs sigkeit 5 tritt nach oben und der Thermistor 1 wird daher zur Gänze von der siedenden Flüssigkeit umgeben. Darüberhinaus kann der Behälter 4 mit einer wärmedämmenden Kappe 7 die eine Druckausgleichsöffnung 8 aufweist, verschlossen sein. Durch die Anordnung des Hüllrohres 3 kommt nur mehr eine ganz kleine Länge 9, die praktisch auch null sein kann, mit der Umgebungsluft in Berührung.

Claims: Patent ansprüche 1. Hypsometer zur Messung des Umgebungsdruckes, insbesondere des Luftdruckes, das aus einem gegebenenfalls geheitzten Behälter, der teil weise mit Flüssigkeit gefüllt ist, besteht und in dem Behälter ein bis auf den Behälter boden reichender aus saugfähigen Material be stehender Docht angeordnet ist, der an dem mit Luft umgebenen Ende mit einem vom Docht umhüllten Thermistor versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Docht mit einer Um hüllung, insbesondere mit einem Hüllrohr um geben ist, wobei das in die Flüssigkeit ragende Ende des Dochtes frei von der Umhüllung ist und das mit dem Thermistor versehene Ende des Dochtes vorzugsweise bis zur Dochtoberkante umhüllt ist, und dass die Umhüllung bzw. das Hüllrohr aus schlecht wärmeleitenden Material besteht. 2. Hypsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Länge des mit dem Thermistor ver sehene Ende des Dochtes in gewissen Grenzen ver änderbar ist, wobei der Bereich des Thermistors zum vorwiegenden Teil umhüllt ist.

Inventors: AIGNER, FRANZ
Applicants: ELIN-UNION AKTIENGESELLSCHAFT FUR ELEKTRISCHE INDUSTRIE
Application year: 1983
Main classification: G01L11
IPC codes: G01L11