Titel: Saintignon's Differentialpyrometer mit Wassercirculation.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1890, Band 276 (S. 220–224)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj276/ar276032

F. de Saintignon's Differentialpyrometer mit Wassercirculation.

Mit Abbildung.

Die seither gebräuchlichen Thermometer und Pyrometer beruhen auf physikalischen und chemischen, durch direkte Einwirkung der Wärme auf die Körper hervorgerufenen Erscheinungen: das Quecksilberthermometer, das Metall- und Luftpyrometer auf der Ausdehnung, Wedgewood's Pyrometer auf der Eigenschaft des Thons, sich durch die Hitze zusammenzuziehen, Lamy's Pyrometer auf der Dissociation des kohlensauren Kalks, Becquerel's Platinpalladium-Pyrometer auf der Entstehung thermo-elektrischer Ströme u.s.w. Aber alle diese Instrumente erfüllen nur annähernd ihren Zweck, weil eben kein Körper dem störenden Einflüsse der Wärme auf seine innere molekulare Beschaffenheit, auf seinen Aggregatszustand widerstehen kann; und dieses ist der Grund, warum es seither an einem vollkommen befriedigenden Pyrometer gefehlt hat. Der Techniker steht daher bei der Untersuchung hoher Temperaturen vor dem scheinbar unlöslichen Probleme: in einen sehr heiſsen Raum ein Pyrometer zu senken, welches einen hohen Wärmegrad ohne jenen störenden Einfluſs verträgt.

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Wenn sich ein Mittel fände, das Pyrometer unter gleichen übrigen Umständen in einer niedrigeren Temperatur als die des heiſsen Raums, in welchen es getaucht ist, zu erhalten und auf diese Weise dem schädlichen Einflüsse einer übermäſsigen Wärme zu entziehen, so wäre jene Schwierigkeit beseitigt, weil zur Bestimmung der wahren Temperatur die relativen Angaben des Instrumentes hinreichen würden. Ein solches Resultat wäre um so werthvoller, da alsdann der beste unter den bekannten Wärmemessern, das Quecksilberthermometer, die Stelle des Pyrometers vertreten könnte. Angenommen, man habe ein mit Wasser gefülltes Metallgefäſs, worin sich ein Quecksilberthermometer befindet, in den heiſsen Raum gebracht, und ein gleichmäſsiger Wasserstrom von bestimmter Temperatur erneuere beständig dieses Wasser, ohne daſs eine Verdampfung zu befürchten ist, so wird das Thermometer die Temperatur des betreffenden Raumes in relativem Sinne ausdrücken. Man könnte dasselbe aber ebenso gut auch auſserhalb des Ofens in dem zurückflieſsenden Strome anbringen, dessen Temperatur genau dieselbe ist, wie in dem besagten Gefäſs. Dieses ist der leitende Gedanke, welcher Saintignon's Differentialpyrometer zu Grunde liegt. Bei nachstehender Beschreibung beziehen wir uns auf den im Génie civil, 1889 S. 327, enthaltenen Bericht. Umstehende Figur dient zur Veranschaulichung des in Rede stehenden Apparates, welcher unter Anderem seit mehreren Jahren in der nationalen Manufactur des Sévres-Porcellans in Gebrauch ist und in Porcellan-, Fayence- und Glasfabriken überhaupt, sowie beim Hochofenbetrieb u.s.w. vortheilhafte Anwendung finden soll.

Das der inneren Ofenhitze direkt ausgesetzte Organ ist ein kleiner, wenige Centimeter langer, dünnwandiger, an seinem Ende geschlossener kupferner Hohlcylinder E, von dem zwei dünne Kupferröhren sich nach Auſsen erstrecken. Im Ofenraume selbst sind diese Röhren von einem metallenen Mantel S umgeben, auf den wir weiter unten zurückkommen werden- auſserhalb des Ofens schlieſsen sie sich an die Kautschukröhren D1 und H1, wovon die erstere dem Cylinder E kaltes Wasser aus dem Glasgefäſs D zuführt, die letztere das zurückströmende warme Wasser in ein zweites Glasgefäſs H leitet. In jedem dieser Gläser befindet sich ein Quecksilberthermometer, um die Temperaturen beider Wasserströme zu jeder Zeit bequem ablesen zu können. Von dem Reservoir A, dessen Wasserspiegel mittels eines Ueberfallrohres oder Schwimmerhahnes auf constanter Höhe erhalten wird, nimmt das kalte Wasser seinen Weg nach dem Cylinder E zunächst durch ein mit Kohle, Filz oder Cellulose gefülltes Filter B, worin die dem Wasser etwa beigemengten Unreinigkeiten zurückgehalten werden. Von da flieſst es durch den Hahn C nach dem Thermometer D und durch die Kautschukröhre D1 nach E, nimmt dann erwärmt seinen Rückweg durch die Kautschukröhre H1 nach dem Thermometer H, von diesem |222| nach dem Manometer I, und findet schlieſslich durch den Hahn K seinen Abfluſs. Der aus dem Stande beider Thermometer sich ergebende Wärmeunterschied zwischen dem warmen und dem kalten Wasser ist der relative Ausdruck der gesuchten Temperatur. Der neueste in der Raffinerie Say eingeführte Apparat verzeichnet auf der Trommel P des registrirenden Thermometers der Gebrüder Richard (vgl. D. p. J. 1883 247 * 487) die pyrometrische Curve als Funktion der Zeit. Ueber die Art der Verbindung dieses Instrumentes mit dem Pyrometer gibt indessen der Bericht des Génie civil keinen Aufschluſs.

Textabbildung Bd. 276, S. 222

Die Frage, welche Wirkung die veränderliche Wärme eines erhitzten Raumes durch die Wände einer Metallröhre auf einen ununterbrochen und gleichmäſsig sie durchflieſsenden Wasserstrom ausübt, hat Saintignon zu Versuchen veranlaſst, welche ihn zu der Entdeckung führten, daſs die von dem Wasser aufgenommene Wärmemenge dem Temperaturüberschuſs der Feuerstätte über die Temperatur des Wassers bei seinem Eintritt proportional ist, und daſs einer und derselbe Pyrometergrad für einen bestimmten Wasserverbrauch einen unveränderlichen, von der Temperatur jener Stätte unabhängigen Werth besitzt.

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Dieses Prinzip gestattet die Regulirung jedes Pyrometers mit Hilfe eines einzigen Versuchs.

Die Angaben des Differentialpyrometers würden keinen Werth haben, wenn nicht in sicherer Weise für die Unveränderlichkeit der durchflieſsenden Wassermenge gesorgt wäre. Hierzu dient das erwähnte Manometer I, d.h. eine oben offene und unten durch einen Hahn K verschlieſsbare Glasröhre. Schlieſst man den Hahn, so kommt das Wasser am oberen Röhrenende zum Ausfluſs, wogegen man es mittels einer leichten Drehung des Hahns bis zu einer beliebigen Stelle, die als Nullpunkt bezeichnet werden mag, steigen lassen kann. So lange nun die Wassersäule auf Null seht, wird die Durchfluſsmenge sich nicht ändern und dem Producte aus dem Querschnitt der Ausfluſsöffnung und der Geschwindigkeit gleich sein, wobei h die Druckhöhe vom Nullpunkte des Manometers bis zur Oeffnung bezeichnet. Sollte sie nicht mehr auf Null stehen, so würde man durch Drehung des den Durchfluſs regelnden Hahns diesen Stand, und somit die unveränderliche, einer genauen Temperaturbestimmung entsprechende Wassercirculation wiederherstellen. Der Erfinder hat sich indessen mit diesem Mittel, die Temperatur im Falle veränderlichen Wasserverbrauchs zu berichtigen, nicht begnügt. Er hat am Manometer oberhalb und unterhalb des Nullpunktes die Wasserstände für Durchfluſsmengen von mehr oder weniger als 5, 10, 15 Proc. des normalen Verbrauchs mit den Ziffern 5, 10, 15 markirt. Diese Wasserstände ergeben sich aus der Gleichung

worin d den neuen, D den normalen Wasserverbrauch, X und h die entsprechenden Gefälle oder Druckhöhen bezeichnen. Nachdem auf experimentellem Wege nachgewiesen ist, daſs der Temperaturunterschied zwischen dem warmen und kalten Wasser, wenigstens innerhalb der bezeichneten Grenzen, dem Wasserverbrauch proportional ist, so läſst sich die Correction sehr einfach berechnen: man braucht nur zur angedeuteten Temperatur 5, 10, 15 Proc. ihres Werthes hinzuzufügen oder diesen Betrag abzuziehen. Man hat also zwei Mittel, den Wasserverbrauch auf das richtige Maſs zurückzuführen: entweder das Wasser auf den Nullpunkt des Manometers zu bringen und die neue Temperatur abzulesen, oder die Correction auf die eben erwähnte Weise zu berechnen. Zur Erzielung einer dauernd gleichmäſsigen Strömung muſs der Querschnitt der Durchfluſsöffnung des Hahnes C beständig frei und die Druckhöhe sich gleich bleiben; auſserdem darf sich, wenn die Angaben des Manometers genau sein sollen, der Querschnitt des Ausflusses bei K nicht ändern und muſs vollkommen frei bleiben. Da der Wasserbedarf ein relativ geringer und die Druckhöhe eine beträchtliche ist, so darf die Oeffnung des Hahnes C nur einen kleinen Querschnitt besitzen. |224| Letzterer bildet daher ein Rechteck von nur 8mm Breite und 2mm Höhe. Die Oeffnung des Hahnes K ist wegen der geringeren Druckhöhe gröſser, als die des Hahnes C. Auf Grund besonderer Versuche empfiehlt der Erfinder, die Druckhöhe so zu wählen, daſs, wenn sich der Wasserspiegel des Reservoirs A nicht tiefer als 0m,20 senkt, die der Quadratwurzel aus der Druckhöhe proportionale Durchfluſsmenge sich nicht mehr als um 5 Proc. ändert. Letzteres würde bei einer Druckhöhe von 20m und einer Senkung des Wasserspiegels um 0m,40 der Fall sein.

Was den Einfluſs der äuſseren Temperatur auf diejenige des Wassers während seiner Bewegung aus dem heiſsen Raum bis zum Thermometer H betrifft, so hat sich bei einer 7m betragenden Entfernung und einer Temperatur des warmen Wassers von 25°, während diejenige der äuſseren Luft 6° betrug, ein Verlust von nur ¼° herausgestellt. Gegen den Einfluſs der strahlenden Wärme des Ofenmantels oder der kalten Zugluft läſst sich die Kautschukröhre schützen, indem man sie mit irgend einer anderen Röhre als Mantel umschlieſst, und das circulirende Wasser auf diese Weise mit Luft als schlechtem Wärmeleiter umgibt. Ebenso würde ohne den oben erwähnten Mantel S das die beiden dünnen Röhren des Cylinders E durchflieſsende Wasser dem Einflüsse der strahlenden Wärme des Ofengemäuers ausgesetzt sein. Wäre die Temperatur des letzteren derjenigen des inneren Raumes beständig proportional, so würde die Angabe des Pyrometers der Wirklichkeit entsprechen. Allein es verhält sich nicht so. Das Innere des Ofens ist anfangs heiſs, während der Mantel desselben noch kalt ist. Dieser aber erhitzt sich nach und nach zu einer sehr hohen Temperatur. Lieſse man nun seinen Einfluſs auf das circulirende Wasser unberücksichtigt, so würde das Pyrometer eine zu hohe Temperatur andeuten. Diesen störenden Einfluſs verhütet der von dem Erfinder „Isolateur“ genannte Mantel S, indem der von diesem umschlossene Raum durch die Röhre R mit Kühlwasser gespeist wird, welches durch die Röhre T abflieſst.

Am Schlusse seines Berichtes bringt Génie civil als Ausdruck für die Ofentemperatur T die einfache Formel T = t + (t' – t) d, worin t die Temperatur bedeutet, womit das Wasser nach seinem Austritte aus dem Filter B das Gefäſs D durchflieſst, t' seine höhere Temperatur im Gefäſse H, und d die Zahl der Wärmegrade des Ofens, welche auf 1° der Differenz t' – t zu rechnen sind.

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