Titel: Codazza's Luftpyrometer mit Luftcompressionsmanometer.
Autor: Codazza, Giovanni
Fundstelle: 1873, Band 210, Nr. XLII. (S. 255–259)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj210/ar210042

XLII. Luftpyrometer mit Luftcompressionsmanometer; von Giovanni Codazza.

Auszug aus den Atti della Reale Academie delle Scienze di Torino vol. VIII. Sitzung vom 2. März 1873.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Die Messung hoher Temperaturen bietet große Schwierigkeiten dar. Eine der besseren seitherigen Methoden gründet sich auf das Eintauchen eines bis zur Temperatur des zu untersuchenden Raumes erhitzten Versuchskörpers, in Wasser, aus dessen Temperaturerhöhung man die Temperatur des ersteren berechnet. Behufs der Anwendung dieser Methode ließ ich einen Apparat construiren, bei welchem jeder Anlaß zu einem Irrthum hinwegfiel, und der genaue Indicationen darbot. Aber die Art, mit diesem Apparate zu experimentiren, erfordert große Vorsicht.

Da mir die mit der Messung einer sehr hohen Temperatur verbundenen Schwierigkeiten nicht entgingen und ich erkannte, wie schlecht in dieser Hinsicht die auf die Dissociation der Körper sich gründenden Pyrometer mit freien Luftmanometern sich bewähren, so sah ich mich genöthigt, zu einem Manometer mit comprimirter Luft meine Zuflucht zu nehmen. Bei dieser Gelegenheit drängte sich mir unwillkürlich der Gedanke auf, als pyrometrischen Körper ein Gas und zwar Luft anzuwenden, welche durch die ganze Temperaturscala, innerhalb deren man experimentirt, eines und dasselbe Gesetz der Ausdehnung beibehält. Für Pyrometer dagegen, welche sich auf die Dissociation gründen,129) ist es nöthig, mit der Aenderung der Temperaturgrenze einen anderen pyrometrischen Körper zu nehmen, und um die Beziehung zwischen der Spannung der dissociirten Gase und der Temperatur aufzustellen, bedarf es einer Messung der letzteren mittelst eines sehr exacten Pyrometers. Das Luftthermometer in Verbindung mit dem freien Luftmanometer ist bekannt.

Dem Elasticitätsgesetz der Gase läßt sich folgende Fassung geben: Die Producte aus dem Volumen und dem Drucke einer und derselben Gasmasse in zwei verschiedenen Zuständen verhalten sich, wie ihre absoluten Temperaturen in diesen Zuständen.

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Indem man daher entweder den Druck oder das Volumen auf ein constantes Maaß reducirt, erhält man eine einfache Relation als Maaß der Temperatur. Regnault construirte sein Thermometer, indem er bei jedem Versuche das Volumen auf ein constantes Maaß reducirte und den Druck beobachtete, welchen ein freies Luftmanometer anzeigte.

Auch das von mir vorgeschlagene Pyrometer ist ein solches von constantem Volumen. Wenn aber die Temperatur eine gewisse Grenze überschreitet, und mit ihr der Druck noch um einige Atmosphären steigt, so ist ein freies Luftmanometer nicht mehr praktisch anwendbar; daher die Nothwendigkeit, dem Apparat ein Manometer mit comprimirter Luft beizugeben. Dieses ist der einzige principielle Unterschied zwischen meinem Pyrometer und Regnault's Luftthermometer. Gegen das meinem Apparate zu Grunde liegende Princip läßt sich nichts einwenden; um aber mit dem Apparate genaue Indicationen zu erzielen und ihn zugleich praktisch bequem einzurichten, hatte ich noch verschiedene Schwierigkeiten zu überwinden.

Fig. 18 stellt mein Pyrometer in der Seitenansicht dar; die Figuren 19, 20 und 21 repräsentiren einige Details desselben. Seine Haupttheile sind: das zwiebel- oder flaschenförmige Porzellangefäß A, welches den thermometrischen Körper enthält; das Manometer mit comprimirter Luft, welches so construirt ist, daß die in dem Apparat enthaltene Luft immer auf ein constantes Volumen reducirt werden kann; endlich das eiserne Rohr, welches das Gefäß A mit dem Manometer verbindet. Der Umstand, daß dieses Rohr zum Theil selbst in den Raum, dessen Temperatur ermittelt werden soll, hineinragen, daß es jenes Porzellangefäß tragen und dem Industriellen stets zur Hand seyn muß, läßt es rathsam erscheinen, ein eisernes Rohr von hinreichender Stärke anzuwenden.

Auf dieses Rohr ist zunächst das Hauptaugenmerk zu richten. Die darin enthaltene Luft hat eine Temperatur, welche von dem Gefäß gegen das Manometer hin abnimmt. Es war daher nöthig, das Volumen dieser Luft so weit zu vermindern, daß es im Vergleich mit dem Volumen der in dem Porzellangefäß befindlichen Luft ohne bemerkbaren Fehler vernachlässigt werden darf. Die Form des Gefäßes A ist die eines von zwei Halbkugeln begrenzten Cylinders. Die eine dieser Halbkugeln geht in einen cylindrischen Hals B aus, wodurch das Gefäß ein flaschenähnliches Aussehen erhält. Der Hals ist an seinem Ende durch eine Flantsche verstärkt. Der innere Rauminhalt des Gefäßes nebst Hals beträgt circa 290 Kubikcentimeter. Dem eisernen Rohr wurde eine Länge von 1,5 Met. gegeben, welche für die meisten Fälle genügend erscheint, |257| seine Bohrung hatte 1/2 Millimeter Durchmesser. Man verschafft sich diese capillare Bohrung, indem man in ein eisernes Rohr einen genau anschließenden Cylinder treibt, in dessen Oberfläche vorher, parallel zur Achse, eine Furche, welche die fragliche Bohrung abgeben soll, geschnitten worden ist. Der Rauminhalt der letzteren betrug demnach ungefähr 1,2 Kubikcentimeter,130) ein Volumen welches ohne Zweifel bei der praktischen Messung außer Acht gelassen werden darf, wodurch die Formel, durch deren numerische Berechnung man die Temperatur erhält, sehr vereinfacht wird. Man kann eine Tabelle entwerfen, welche unmittelbar die Temperatur als Function des beobachteten manometrischen Druckes darstellt.

Fig. 21 zeigt die Verbindung zwischen der Porzellanstasche A und dem Rohre. Letzteres besitzt an seinem Ende eine Erweiterung mit einem hohlen Raum, der dazu bestimmt ist, den Hals der Flasche aufzunehmen. Dieser Hals endigt sich in eine Flantsche, gegen welche ein kleiner eiserner Ring mittelst einer Schraube angepreßt wird. Letztere besteht aus zwei Hälften, welche besagten Hals umfassen. Zwischen die ebene Endfläche des Halses und den Boden des hohlen Raumes der Rohrerweiterung, und eben so zwischen die Flantsche des Halses und die eiserne Schraube kommt eine Asbestpackung zu liegen, so daß also auf diese Weise eine vollkommen luftdichte Verbindung hergestellt ist.

Die Verbindung des eisernen Rohres mit dem Manometer wird, wie bei dem Thermometer von Regnault mittelst eines doppelten Kegels bewerkstelligt. Fig. 19 stellt diese Anordnung dar. Die mit dem besagten Rohr in Verbindung stehende Manometerröhre ist von einem Glascylinder F umhüllt, welcher mit Wasser von der Temperatur der Umgebung gefüllt ist, um jedem möglichen Einflusse der Wärmetransmission von dem Eisenrohr nach der Luft der Manometerröhre, von dieser nach dem Quecksilber, und vermöge der Leitungsfähigkeit des letzteren nach der Luft in der geschlossenen Manometerröhre vorzubeugen. Beide Manometerröhren stehen mit einander und mit einem kleinen, Quecksilber enthaltenden Röhrenansatz H (Fig. 18 und 20) in Verbindung. Diese Verbindung läßt sich mit Hülfe eines Dreiweghahnes verändern.

Das Quecksilber des Röhrenansatzes H kann mit Hülfe eines Kolbens, der sich auf- und niederschrauben läßt und mit einer quecksilberdichten Packung versehen ist, in die Röhren gedrückt werden. Zwei Hähne gestatten |258| beide Röhren mit der äußeren Luft in Verbindung zu setzen. Einer dieser Hähne kann zum Trocknen der in dem Gefäße A enthaltenen Luft nach Regnault's Methode benutzt worden.

Oeffnet man die Röhren, so läßt sich in beiden das Quecksilber auf den Nullpunkt bringen. Schließt man sie nachher und setzt den Apparat in Thätigkeit, so wird man immer, indem man den Kolben bei zunehmendem Drucke allmählich in die Höhe schraubt, das Quecksilber in der mit der Flasche A communicirenden Röhre auf Null halten und auf der anderen Röhre die Manometerhöhe ablesen können. Soll der Apparat transportirt werden, so läßt man alles Quecksilber in den Behälter hinablaufen und sperrt dann die Verbindung zwischen dem Behälter und den Röhren durch einen geeigneten Hahn ab. Auf diese Weise befindet sich der Apparat stets in gebrauchsbereitem Zustande. Die Säule zwischen beiden Manometerröhren ist in Millimeter getheilt. Durch die Reduction des Luftvolumens in der geschlossenen Röhre wird der Druck angezeigt.

Bezeichnet V den Rauminhalt der Flasche A nebst Hals bei 0°, x die Temperatur, auf welche sie über die Temperatur der Umgebung erhitzt wird, K den kubischen Ausdehnungscoefficienten des Porzellans, dessen Werth als Mittel aus mehreren Bestimmungen = 0,00004 angenommen werden kann, T die absolute Temperatur der Umgebung, P den barometrischen Druck und P¹ den manometrischen Druck, so hat man, indem man den Einfluß des eisernen Rohres unberücksichtigt läßt, dem Elasticitätsgesetz der Gase gemäß

Textabbildung Bd. 210, S. 258

woraus

Textabbildung Bd. 210, S. 258

Würde man T = 300° annehmen und den in Atmosphären ausgedrückten Werth P¹ = 7 setzen, ein Werth, der einer Temperatur von circa 2000° entspricht, so hätte der Ausdruck KP¹T den numerischen Werth 0,084, während P = 1 ist oder der Einheit möglichst nahe kommt. Daher kann man mit einem Fehler, der kleiner als 1/10 ist, der obigen Formel folgende äußerst einfache substituiren:

Textabbildung Bd. 210, S. 258

Bezeichnet man unter Zugrundelegung der 100theiligen Scale mit |259| X die zu ermittelnde Temperatur, mit t diejenige der Umgebung, und mit α den Ausdehnungscoefficienten des Gases, so ist

Textabbildung Bd. 210, S. 259
|255|

Man s. die Mittheilung ihres Erfinders (Lamy) im polytechn. Journal, 1870, Bd. CXCV S. 525.

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Dieser Rauminhalt würde bei 1,5 Met. Länge einer cylindrischen Bohrung nicht von 1/2, sondern von 1 Millimeter Durchmesser entsprechen.

A. P.

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Dieser Ausdruck läßt sich leicht aus der bekannten Fundamentalformel

Textabbildung Bd. 210, S. 259

welche die Beziehung zwischen den Voluminen V und V¹ eines und desselben Gases, ihren bezüglichen Temperaturen t und t¹ und den Drücken P und P¹ darstellt, ableiten. Indem man nämlich, wie es der vorliegende Fall verlangt, V¹ = V setzt, geht diese Formel zunächst in die einfachere Relation

Textabbildung Bd. 210, S. 259

über. Durch Transformation dieser Verhältnisse erhält man

Textabbildung Bd. 210, S. 259

und hieraus ergibt sich, indem man X statt t¹ setzt:

Textabbildung Bd. 210, S. 259

A. P.

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