CH181850A

CH181850A - Messgerät zur Bestimmung von Änderungen der Schwerebeschleunigung.

Info

Publication number: CH181850A
Authority: CH
Inventors: Von Thyssen-Bornemisza S Baron
Original assignee: Von Thyssen Bornemisza Stephan
Priority date: 1934-01-17
Filing date: 1935-01-14
Publication date: 1936-01-15

Description

iMessgerät zur Bestimmung von Änderungen der Schwerebeschleunigung. Genaue Bestimmungen der Änderung der Schwerebeschleunigung sind für - die Erd erforschung, insbesondere zum Zwecke der Bestimmung von Lagerstätten, von grosser Bedeutung. Man hat sich bisher zu diesem Zwecke meist des Sterneckpendels bedient. Die mit diesem Gerät durchgeführten Mes sungen besitzen jedoch den Nachteil, lang wierig, umständlich und verhältnismässig un genau zu sein.

Gegenstand der Erfindung ist ein Mess gerät zur Bestimmung von Änderungen der Schwerebeschleunigung,welches sich gegen über den bekannten Einrichtungen durch Einfachheit und Genauigkeit auszeichnet, rasch arbeitet und leicht zu bedienen ist. Das Gerät eignet sich aus diesem Grunde für die Verwendung durch sogenannte Mess- trupps im freien Gelände besonders gut.

Das Gerät weist einen mindestens eineu Hebel umfassenden, unter der Einwirkung wenigstens einer Feder und einer Masse stehenden beweglichen Geräteteil auf, wel- eher eine Änderung der Schwerebeschleuni- gung durch Ausschlagen anzeigt, wobei Vor kehren getroffen sind, um diesen Ausschlag zu verstärken.

Zur Ausschlagsverstärkung sind vorteilhaft die Masse und die Feder so an dem beweglichen Geräteteil angeordnet, dass eine Änderung der Schwerebeschleuni- gung eine Änderung des Hebelarmes der Masse oder der Feder hervorruft. Erfolgt also beispielsweise eine Vergrösserung der Sch-,verebeschleunigung, so wird beim Aus schlagen des beweglichen Geräteteils der Hebelarm der Masse vergrössert oder der Hebelarm der Feder verkleinert, was - in beiden Fällen eine Verstärkung des Aus schlages bedingt.

Eine Verkleinerung des Hebelärmes würde natürlich eintreten, wenn sich die Schwerebeschleunigung verringern würde.

Zur weiteren Steigerung der Messgenauig- keit kann auf die Änderungen Rücksicht ge nommen sein, welche die Länge der in dem Gerät verwendeten Feder unter dem Einfluss von Temperaturänderungen erfährt. Auch Federn aus bestem Werkstoff (Edelstahl, Quarz, Wolfram) haben im allgemeinen einen Temperaturkoeffizienten der Spannung von -5 bis -15.10-6.

Diese Koeffizienten sind zwar erheblich geringer als die vor kurzer Zeit noch als unvermeidlich an gesehenen Koeffizienten von -100 bis -200.10-6 (vergl. Kohlrausch, Tabelle 20). Trotz der Anwendung derartiger Werkstoffe ist aber der Einfluss der Temperatur bei einer vorgeschriebenen Messgenauigkeit von 1. 10-6 nicht vernachlässigbar.

Diese Fehlerquelle lässt sich beseitigen, indem das die Feder bezw. den beweglichen Geräteteil tragende Gestell aus einem Werk stoff hergestellt wird, dessen Ausdehnungs koeffizient
EMI0002.0016
die gleiche Grösse, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzt wie der Spannungskoeffizient
EMI0002.0018
der Feder. Es ist zwar im allgemeinen nicht möglich, eine Kompensation der Temperatureinflüsse durch Gleichheit des Temperaturkoeffizienten der Spannung und des Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung zu erzielen.

Im besonderen Falle der Verwendung einer Schraubenfeder ist diese Möglichkeit aber gegeben, da die Spannungsänderung der Feder ihrer Längen änderung proportional ist. Bei einer Blatt feder oder einer flachen Spiralfeder wäre eine solche Kompensation nicht möglich, da bei diesen Federn eine temperaturbedingte Änderung der Spannung auch Winkelände- rungen hervorruft.

Nachfolgend werden einige Beispiele ge geben, in welchen die Kompensation bei Schraubenfedern möglich ist, deren Tempe raturkoeffizienten diejenige Grösse besitzen, die man bei guten Federn erreichen kann. In der Tabelle sind die Temperaturkoeffi zienten der Spannung von Federn den Tem peraturkoeffizienten der Ausdehnung von Werkstoffen gegenübergestellt, die für das Gestell Verwendung finden können.

EMI0002.0033

_dE <SEP> Verwendeter <SEP> dZ
<tb> der <SEP> Feder
<tb> Werkstoff <SEP> des <SEP> Gestelles
<tb> dt <SEP> des <SEP> Gestelles <SEP> dt
<tb> 24,0.10-6 <SEP> Aluminium <SEP> +23,8.10-6
<tb> -16,5.10-6 <SEP> Kupfer <SEP> +l6,5.10-6
<tb> -12,0.10-6 <SEP> Eisen <SEP> +l2,0.10-6
<tb> - <SEP> 4,5.10-6 <SEP> Osram <SEP> + <SEP> 4,5.10-6
<tb> - <SEP> 3,0.10-6 <SEP> Porzellan <SEP> + <SEP> 3,0.10-6 Man erkennt, wie bei sehr verschiedenen Temperaturkoeffizienten der Federn eine Anpassung des Werkstoffes des Gestelles möglich ist.

Die Kompensation besitzt ganz besondere Bedeutung in solchen Fällen, in denen der Temperaturkoeffizient der Feder einen auch für heutige Verhältnisse äusserst niedrigen Wert besitzt. Es sind beispielsweise Federn bekannt geworden, deren Temperaturkoeffi zient der Spannung etwa -2,0.10-6 und weniger beträgt (Federn aus Guilleaume- schen Spezialuhrenstählen)

. Um nun die Messgenauigkeit mit derartigen Federn nicht zu beeinträchtigen, kann das Gestell aus Me tallen sein, deren Temperaturkoeffizienten der Länge von derselben Grössenordnung sind. Als solche Metalle kommen die so genannten invariablen Nickel-Eisenlegierun- gen (z. B.. Invar, Indilatan u. a. mit meistens 36 % Nickel) in Betracht.

Bei Federn mit einem Koeffizienten von -0,6.l0-6 hat sich Quarzglas als besonders geeigneter Werkstoff erwiesen.

U m die Genauigkeit der Kompensation auf ihren Höchstwert zu bringen, kann da für gesorgt sein, dass zwischen der Feder und dem Gestell keine Temperaturdiffe renzen auftreten. Um das Auftreten solcher Differenzen zu verhindern, empfiehlt es sich, die Feder und das Gestell in demselben iso lierenden Gehäuse unterzubringen.

In der beigefügten Zeichnung sind meh rere Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes dargestellt.

Die Fig. 1 bis 5 sind schematische Dar stellungen von fünf verschiedenen Ausfüh rungsformen des Gerätes; die Fig. 6 bis 9 zeigen in Seitenansicht und Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Gerätes in Ausgangslage und in Mess- lage; Fig. 10 zeigt eine besondere Ausfüh rungsform des Gerätes nach Fig. 5 ;

Fig. 11 zeigt eine abgeänderte Ausfüh rungsform des Gerätes nach Fig. 1, und Fig. 12 zeigt eine weitere Abänderungs- form des Gerätes nach Fig. 5.

Nach Fig. 1 weist das Gerät einen Hebel L auf, an dessen einem Ende eine Masse M aufgehängt ist und dessen anderes Ende mit einer Blattfeder E in Verbindung steht, die in der Unterlage U befestigt ist und den Hebel in geneigter Lage hält. Tritt eine Er höhung der Schwerebeschleunigung ein, so wird das Gleichgewicht des Hebels so ge stört, dass der Hebel L eine stärker geneigte Lage einnimmt. Hierdurch vergrössert sich der Hebelarm.

Die Vergrösserung des Hebel armes ruft ein weiteres Neigen des Hebels hervor. Dieser kommt erst dann zur Ruhe, wenn das durch die vergrösserte Durchbie- gung der Blattfeder gesteigerte elastische Gegenmoment dem durch die vereinigte Wirkung der Schwereerhöhung und der Ver grösserung des Hebelarmes von Li auf L2 ge steigerten Lastmoment das Gleichgewicht hält.

Nach Fig. 2 weist das Gerät einen Hebel L mit einem wenigstens annähernd horizon- talen Teil auf, an dessen einem Ende eine von der Feder E getragene Masse M befestigt ist und dessen anderes Ende mit einer Schneide auf der Unterlage U ruht. Von dem Hebel L ragt eine Stütze auf, an welcher eine Hilfsmasse M' starr befestigt ist. Tritt ein Neigen des Hebels L ein, so entsteht eine Vergrösserung des Hebelarmes der Hilfs masse M' von Li = 0 auf L2 auf.

Durch diesen Vorgang wird wiederum der Aus schlag des Hebels verstärkt.

Nach Fig. 3 ist ein Hebel L verwendet, an dessen einem Ende eine Masse M be festigt ist und dessen anderes Ende mit einer Blattfeder E in Verbindung steht, die in der Unterlage U befestigt ist und den Hebel in wenigstens annähernd horizontaler Lage hält. Auf dem Hebel L ruht eine Libelle J. Tritt eine Erhöhung der Schwerebeschleunigung ein, so wird das Gleichgewicht des Hebels so gestört, dass der Hebel L eine stärker ge neigte Lage einnimmt. Hierdurch wandert die Blase der Libelle entsprechend Fig. 3 nach links und der Schwerpunkt S der Li belle nach rechts.

Der Hebelarm des Schwer punktes der Libelle wird hierdurch von Li auf L2 vergrössert. Die Wirkung ist dieselbe wie bei den andern Ausführungsformen.

Nach Fig. 4 ist die Libelle J durch eine Schale S mit darin befindlicher Kugel K ersetzt. Bei einer Neigungsänderung des Hebels L rollt die .Kugel entsprechend Fig. 4 nach rechts und der Hebelarm der Kugel vergrössert sich von Li auf L2: Nach Fig. 5 besitzt das Gerät einen Hebel L, bei welchem der Hebelarm der Masse bei Neigungsänderungen gleich bleibt, während der Hebelarm der Feder E sich än dert.

Bei einer Vergrösserung der Schwer kraft verkleinert sich der Hebelarm der Feder von L1 auf L2 und veranlasst dadurch ein weiteres Neigen des Hebels.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 bis 9 trägt der auf, einer Schneide W wenig stens annähernd horizontal gelagerte Hebel L an der einen Seite eine Masse M und ist an der andern Seite mit einer Schrauben feder E verbunden. Oberhalb der Schneide W befindet sich auf dem Hebel ein Horizon talpendel P, welches den Ausschlag des Hebels .verstärkt. Die Feder kann aus zwei Teilen von entgegengesetztem Drall zusam mengesetzt sein, um die durch Temperatur änderungen hervorgerufenen Verdrehungs kräfte zu kompensieren.

Beim Gerät nach Fig. 10 ist die Feder in einem rohrförmigen Gestell R unter gebracht, das aus einem Werkstoff besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient wenigstens annähernd die gleiche Grösse besitzt wie der Spannungskoeffizient der Feder, wobei die Vorzeichen beider Koeffizienten entgegen gesetzt sind. Gestell und Feder sind dabei von einem gemeinsamen isolierenden Ge häuse G umschlossen.

Die Fig. 11 und 12 stellen Geräte dar, welche jedes zwei Messhebel der anhand der Fig. 1 und 5 beschriebenen Art aufweist. In beiden Fällen ist die Anordnung der einzel nen Teile symmetrisch getroffen. Sie sind auf einer gemeinsamen Unterlage angeord net. Die Horizontierung braucht mit weniger als '/1o der bisherigen Genauigkeit durch geführt zu sein.

Die infolgedessen bedingten Neigungsfehler werden jedoch mehr als kom pensiert, weil sie an beiden Hebeln gleicher Empfindlichkeit des Gerätes in gleicher Grösse, aber in entgegengesetzter Richtung auftreten. Es ist also möglich, mit derarti gen Geräten die Genauigkeit und insbeson dere auch die Messgeschwindigkeit erheblich zu. steigern.

Claims

PATENTANSPRUCH: Messgerät zur Bestimmung von Ände rungen der Schwerebeschleunigung, gekenn zeichnet durch einen mindestens einen Hebel umfassenden, unter der Einwirkung wenig stens einer Feder und einer Masse stehenden beweglichen Geräteteil, welcher eine Ände rung der Schwerebeschleunigung durch Aus schlagen anzeigt, wobei Vorkehren getroffen sind, um diesen Ausschlag zu verstärken. UNTERANSPRüCHE 1.

Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse so an dem beweglichen Geräteteil angeordnet ist, dass eine Änderung der Schwerebeschleu- nigung eine Änderung des Hebelarmes ' der Masse hervorruft. 2. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder so an dem beweglichen Geräteteil angeordnet ist, dass eine Änderung der Schwerebeschleu- nigung eine Änderung des Hebelarmes der Feder hervorruft.

3.% Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel an einem Ende mit einer Feder in Verbindung steht, die den Hebel in geneigter Lage hält. 4. Messgerät nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem freien Ende des Hebels eine Masse aufgehängt ist. 5.

Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel an einem Ende mit einer Feder in Verbindung steht, die den Hebel in wenigstens an nähernd horizontaler Lage hält, wobei zur Ausschlagsverstärkung eine Hilfs einrichtung vorhanden ist, die beweg liche Teile enthält, und auf dem Hebel angeordnet ist. 6. Messgerät nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Hilfsein richtung aus einer Libelle besteht. 7. Messgerät nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Hilfsein richtung aus einer Schale besteht, in der sich eine Kugel befindet. B.

Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Ge räteteil einen wenigstens annähernd hori zontalen, auf einer Schneidkante abge stützten Hebel aufweist, welcher zur Ausschlagsverstärkung ein Horizontal pendel trägt. 9. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Ge räteteil einen auf einer Schneidkante ab gestützten Hebel aufweist, der aus zu einander winkelförmig liegenden Teilen besteht, von denen einer wenigstens an- nähernd horizontal liegt und mit einer Masse verbunden ist. 10. Messgerät nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass an einer von dem Hebel aufragenden Stütze eine Hilfsmasse befestigt ist.

11. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder mit einem Gestell verbunden ist, das aus einem Werkstoff besteht, dessen Temperatur koeffizient der Ausdehnung dem Tem peraturkoeffizienten der Spannung der Feder in der Grösse wenigstens an nähernd gleich, aber im Vorzeichen ent gegengesetzt ist. 12. Messgerät nach Unteranspruch 11, mit einer Feder mit einem Temperaturkoef fizienten von etwa - 2,0 . 10-6, dadurch gekennzeichnet, dass invariable Nickel- Eisenlegierungen für das Gestell ver wendet sind. 13.

Messgerät nach Unteranspruch 11, mit einer Feder mit einem Temperaturkoef- fizienten von etwa -0,6 .10-6, dadurch gekennzeichnet, dass Quarzglas für das Gestell verwendet ist. 14. Messgerät nach Unteranspruch 11, da durch gekennzeichnet, dass die Feder in demselben Gehäuse wie das Gestell un tergebracht ist. 15. Messgerät nach Unteranspruch 11, da durch gekennzeichnet, dass das Gestell Rohrform besitzt und die Feder auf nimmt. 16.

Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Ge räteteil zwei Hebel gleicher Schwere änderungsempfindlichkeit aufweist, die bei Schwereänderungen in entgegen gesetzter Richtung ausschlagen. 17. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder aus zwei Teilen von entgegengesetztem Drall be steht.