Kraft im Kondensator <-> Gewichtskraft?

[Manf]

Eine sehr leichtgängige Kolben- Zylinder Anordnung, die gleichzeitig völlig dicht ist habe ich zum Test gebaut und in diesem Film dargestellt.
http://www.youtube.com/watch?v=21WzdjqAG0s&

Bild hier  

[Besserwessi]

Ein Beispiel für die Druckmessung mit Kolben (geht auch zum Konstanthalten) ist hier:
http://lr-cal.de/produkte/cpb_5000.htm

Wenn es nur ums Konstant halten geht, kann man etwas ähnliches auch für einen kleineren Druckbereich (großerer Kolben) anpassen. Eventuell wäre ja sogar eine recht große Membrane geeigent, dann hätte man keine Reibung mehr, dafür aber keinen direkt berechenbaren Durck mehr.

Die Strömung direkt unter der zu stützenden Probe sollte ein Problem sein, denn da hat man keinen gleichmäßigen Druck. Eine 2 te Platte nur um den Druck stabil zu halten, könnte funtionieren. Der Luftstrom könnte es aber schwer machen eine stabile Temperatur zu erhalten.

[Megana]

Super, Manf, gutes Video!
Die Technik wenn man jetzt einbauen könnte in so ein Druckmeßgerät...

Das Gerät auf dem Link von Dir, Besserwessi, gefällt mir gut. Nur die Stabilität über "ein paar Minuten" könnte ein Problem werden - das ist ein bisserl kurz... wie gesagt, Manfs Technik könnte es lösen!

Nur: wenn ich da jetzt selber das Basteln anfange, wie kann ich dann den Druck so genau einstellen? Da müßte ich ja die genauen Reibwerte, Gewicht des Kolbens etc. etc. wissen...

[Besserwessi]

Wenn man mit dem Ferrofluid arbeitet, sollte die Reibung zu vernachlässigen sein. Das einzige was man genau messen muss, sind der Zylinderdurchmesser und und das Gewicht des Kolbens. Wobei das Gewicht allerdings mit der Flüssigkeit ein Problem wird. Ohne Dichtung muß man halt die Leckagen dynamisch ausgleichen und man müßte sich überlegen welcher Durchmesser (Kolben oder Zylinder) zählt. Bei einem eher großen Druchmesser (z.B. 20 cm) sollte das aber nicht so krietisch sein. Am wiegen sollte es ja nicht scheitern.

Mit einer Membrane, müßte man den Druck wohl noch mal unabhängig messen und die Membrane nur zum konstant halten nutzen.

[Megana]

Hmm, das mit der Membran stell ich mir auch eher schwierig vor. Die Sache mit dem Kolben fängt allerdings an, mir zu gefallen.

Die käuflich erwerblichen Kolbenmanometer sind allesamt für viel höhere Drücke ausgelegt. Lediglich eins hab ich gefunden, was fast hinkommt (Anhang): Meßbereich 20 Pa bis 25 kPa für Überdruck. Schade. Es steht allerdings dabei, daß man Differenzdrücke schon ab 5 Pa messen kann. Wie ist das gemeint - ich hab doch im Prinzip einen Differenzdruck, verglichen mit dem Außendruck? Krieg ich das Ding doch so hin, daß ich's benutzen kann?

Ansonsten muß ich eben selbst basteln. Ich hab mal eben kurz gerechnet: wenn ich einen Kolben von 20 cm Durchmesser nehmen möchte, dann sollte der ein Gewicht von ca. 42,5 g haben. Das halte ich für machbar.

Dann stellt sich aber die Frage: pneumatisch oder hydraulisch? Pneumatisch würde mir besser gefallen, da ich das Spiegelglas nicht unbedingt in Wasser tunken möchte. Mit Luft habe ich aber wieder den Nachteil, daß sich das Luftvolumen mit der Temperatur zu stark ändert.

Oder eben doch wieder: Wasser bis kurz unter die Scheibe, aber statt der Wassersäule auf der anderen Seite eben mit dem Kolben arbeiten? Das sollte doch klappen?

Wie verträgt sich so ein Ferrofluid mit Wasser? Oder muß ich da auch noch ein Luftpolster drin lassen?

[Megana]

Hmm, den Anhang mag er nicht.
Zu finden auf http://europascal.de/ unter Druck, Druckwaagen pneumatisch, Kolbenmanometer V-505-I.

[ranke]

Mit Luft habe ich aber wieder den Nachteil, daß sich das Luftvolumen mit der Temperatur zu stark ändert.

Wenn Du das druckgeregelte Volumen ständig durchströmst, kannst Du die (temperuaturbedingte) Volumenänderung und auch kleine Undichtigkeiten ausregeln. Ich denke mir, dass man über eine kalibrierte Düse von einem konstanten, höherem Druckniveau eine definierte Einströmung herstellt. Die Ausströmung in die Atmosphäre erfolgt (abgesehen von Undichtigkeiten) über ein Stellorgan, das über die Stellung des Meßkolbens so angesteuert wird, so dass sich ein stationärer Zustand einstellt.

[Megana]

Wie genau läßt sich das denn machen? Ich brauche ja einen sehr kleinen Druck: 13,3 Pa. Ich würde jetzt gefühlsmäßig sagen, daß über so eine Ein-/Ausströmung doch eher große Unsicherheiten reinkommen...

[ranke]

Wie genau läßt sich das denn machen? Ich brauche ja einen sehr kleinen Druck: 13,3 Pa. Ich würde jetzt gefühlsmäßig sagen, daß über so eine Ein-/Ausströmung doch eher große Unsicherheiten reinkommen...

Einströmung:
Die Druckdifferenz zum höheren Druckniveau wird man vermutlich recht genau einstellen können. Dann ist der Durchfluß hauptsächlich von der Düse abhängig, hier sollte man laminare Strömung anstreben (entweder lange Kapillare oder Fritte). Soweit ich weiß, wird bei Vakuum- Batchprozessen (Plasmabehandlung, Sputtern, CVD,...), die bestimmte Gaskonzentrationen benötigen über solche Kapillaren und einem zeitgesteuertes Magnetventil die Gase in den evakuierten Rezipienten eindosiert. Düsengeometrie und Viskosität des Gases sollten nur einen leichten Temperaturgang haben. Ich könnte mir vorstellen, dass man da gut reproduzierbare bzw. zeitkonstante Werte hinbekommt (zumal langsame Änderungen bei der vorgeschlagenen Variante ausgeregelt werden).

Ausströmung:
Hier braucht man ein Stellglied (Klappe/Ventil(Schieber) das schon einen vergleichsweise großen Querschnitt bei relativ kleiner Durchströmung haben dürfte. Die Druckdifferenz ist ja klein. Das macht die Sache wieder einigermaßen handhabbar und robust.

Es stellt sich noch die Frage nach dem Meßglied (Kolben, 20cm Durchmesser, 42,5 Gramm schwer?). oder doch zwei kommunizierende Gefäße mit Sperrflüssigkeit (lieber Öl als Wasser, wegen Benetzbarkeit, Dichte, Dampfdruck, Korrosion), die Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel wäre dann mit großer Genauigkeit zu erfassen. Vorgeschlagen wurde ja auch eine Membran. Ein rotierender Kolben, dessen Dichtspalt mit Öl gefüllt ist, dürfte sowohl ausreichend dicht, als auch frei von Haftreibung sein.
So ein Kolben kann auch als Stufenkolben ausgeführt werden und damit als Druckübersetzung zu einem höheren, besser erfassbaren Druckniveau verwendet werden.

[Megana]

Bekommt man aber über die Strömung nicht wieder eine Veränderung der effektiven Druckes? Ich denke da an Verwirbelungen etc. unter der Scheibe. Da muß ich mich aber mal informieren.

Das Meßglied ist eine Glasscheibe, deren Gewichtskraft mit einem Druck von 13,3 Pa ausgeglichen werden muß.

Die Sache mit den kommunizierenden Gefäßen hab ich die letzten Wochen detailliert durchdacht, aber da gibt es mehrere Probleme, angefangen von der Messung der Höhendifferenz. 1,3 mm Wassersäule sind nicht viel, und wenn ich das per Auge pi mal Daumen ablesen will, komm ich sofort in Teufels Küche. Abgesehen von Kapillarkräften etc., die mir das Ablesen noch zusätzlich erschweren.
Hinzu kommt eben die große Empfindlichkeit der Luftblase unter dem Glas gegenüber Temperaturschwankungen: hier haben wir sofort einen Überdruck, wenn sich T erhöht, und zwar einen durchaus signifikanten.

Das mit der Membran funktioniert sicher auch, allerdings kann man da eben gar nicht mehr einschätzen, wie viel Druck erzeugt wird und man muß zusätzlich messen. Wie ich dann die Membran regle, um den Druck konstant zu halten, ist mir auch nicht nicht klar.

Alles nicht so einfach...