DE1498180A1

DE1498180A1 - Optisches Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Lage von beweglichen Objekten,insbesondere von Fluessigkeitsspiegeln

Info

Publication number: DE1498180A1
Application number: DE19651498180
Authority: DE
Inventors: Andre Fortier; Peube Jean Laurent
Original assignee: PEUBE JEAN LAURENT
Current assignee: PEUBE JEAN LAURENT
Priority date: 1964-10-29
Filing date: 1965-10-26
Publication date: 1969-02-06
Also published as: CH449981A; GB1111859A; BE670977A; ES319003A1; FR1422196A; US3511572A; NL6514042A

Description

Dipl.-lng. DIpL o*c publ. M-_n/<i £fi n|»t 1QRB TRiCi LEWINSKY MuruW* Okt. 1965

PAl Li41 Λ. ί WALT 1498180

Pmicg, Agius Eenituer-Stroie 202 ™

Telefon 1t139

3731

Jean Laurent PBUHE und Andrl P0RTI3R, beide aus Clamart (Seine), Frankreich

Optisches Verfuhren und Vorrichtung zur Messung der Lage von beweglichen Objekten, insbesondere von Flüssigkeitsspiegel!!

Französische Priorität vom 29« Oktober 1964 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 933

Diese Erfindung bezieht sich auf die Priizisionsmeseung von Positionen durch optische Mit-el und ihre hauptsächliche, jedoch nicht ausschliessliohe Anwendung liegt auf dem Gebiet der Messung von FlUssigkeitsspiegeln*

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Die genaue absolute Messung von Flüssigkeitsapiegeln ist von beträchtlicher Wichtigkeit unter vielen Umstunden, beispielsweise bei der Druckmessung mittels Flüsaigkeltssäulen-Druckpegeln. Eine Beschränkung der mit herkömmlichen Druckmessinstrumenten erzielbaren Genauigkeit ist durch die Genauigkeit gegeben, lait welcher die Ablesung des Spiegels der Flüssigkeitssäule im U-Rohr oder einer ähnlichen Einrichtung durchgeführt werden kann. Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Methode und Mittel zur Durchfuhrung solcher Ablesungen innerhalb eines Genauigkeitsgrades zu schaffen, welcher eine oder mehrere Grössenordnungen höher ist als dies bisher möglich war, und demzufolge Druckmesser und analoge Instrumente weit höherer Empfindlichkeit als üblicher weise, sowie eines breiten Bereiches zu konstruieren. Ein breiteres Ziel ist die LJchaffung von Mitteln zur genauen Bestimmung der Lage eines beweglichen Objektes, ohne auf dieses irgendeine störende Kraft auszuüben_s welche eine Verschleierung der Messung nach sich ziehen würde, wie dies der Fall wäre, wenn man das Objekt mit dem Finger oder einer mechanischen Vergleichsvorrichtung berühren würde.

Für die präzise Messung von Verschiebungen, einschliesslich der Messung von Flüssigkeitsspiegeln, sind bereits optische

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Vorrichtungen vorgeschlagen worden und zu solchen früheren Vorrichtungen zählten Interferoneter. Bei liner Interferometereinriohtung sind Mittel für die SehaffU&g VOA Inter- _ '· ferenzetreifen «wie ehe η zwei partiellen LichtbUmleln vorgesehen, wobei ein Liontbündel £ewo*hnlioh vom verschiebbaren Objekt reflektiert wird und die 8treifeaVoreohiel>uttg wird als eine genaue Anzeigt 4er. Obj#ktv#r6chi*bung ^nii». V/enn auch die Genauigkeit solafcer Binriohtuntfen hoch let, bo sind doch die sbut £rseugun^ der Interferemetreiien erforderlichen Mittel kompliziert und empfindlich, wae die Kosten der Instrumente steigert und ihre VerlUssllohlceit herabsetzt. Der stfeifenerzeugende Mechaniemus nlotat Raum ein und in vielen Fällen steht der notwendige Kaum nicht zur Verfügung. Darüberninaua ist die Genauigkeit solcher bioheriger Einrichtungen oft durch winzige Schwankungen des FlÜssigkeitespiegela (besonders la Fall· niedrigviekoser Flüssigkeiten) begrenzt und ·■ mueeten ausgedehnte Vorkehrungen getroffen werden» um zu vorhindern, ., dass die Ablesungen durch'Erschütterungen, welch· normalerweise in jedem Industrie- oder Luboratoriumsaufbau vorhanden sind, üestört werden. Auch iet bei j^edef interferometrisoheft Messmethode das Messergebnis eine Funktion der Wellenlänge des angewendeten Lichtes, was daher im allgemeinen die Anwendung genau geeichter monocxiroraatiscner Lichtbündel er-

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fordert. Zu den Erfindungezielen ζ aiii t die Schaffung optischer Mittel zur Messung von Plüsrtlgkeitsepiigeln und Qbjektrerachiebungen, wobei diese Mittel beträchtlich einfacher und robuster ale herkömmliche Interferöaetfreinrlohtungon sind und keine speziellen Mao.inahmen zur Sohaffung τοη Interferenzstreifen erfordern; die optischen. Mittel in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gegen Erschütterungen und Schwankungen des Flüssigkeitsepiegels wirklich unempfindlich sind; die Messung von der Wellenlänge unabhängig ist, und die optischen Mittel mit gewöhnlichen, nichtmonochromatischen Lichtquellen betrieben werden können· Ander· Ziele und Vorteile ergeben aioh au· dem Xaohstehenden.

Sie Erfindung gründet sich auf die praktische Ausnutzung einer bekannten optischen Erscheinung bei der Lichtatrahlenreflektion von stark gekrümmten, reflektionefüliigen Oberflächen, beispielsweise der Oberfläche eines Meniskus der Art, wie er durch Oberfluchenspannung an der Orenzsteile einer Flüseigkeitsoberflüche und der Wandungsoberflache eines Behulters wie einem Rohr, in welchem die Flüssigkeit enthalten ist, gebildet wird, Es wurde gefunden, dass benachbarte reflektierte Strahlen von einer solchen Oberflüche unter Bildung von wohl definierten Interferenzstreifens&tsen miteinander interferieren, und dass unter solchen Interferenz-

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streifen geeignet ausgewählte streifen durch die Anwendung einer geeigneten Vorrichtung als extrem eupfindliche Markierungen dienen, um die Lage der reflektionsfähi^en Oberfläche) beispielsweise des Spiegele der vorerwähnten Flüssigkeit, anzuzeigen«

Die Erfindung sei nunmehr eingehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 1st eine vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemässen Instruments zur Messung eines FlUsaigkeitsspiegelSo

Fig» 2 ist eine vergrösserte Ansicht eines typischen Satzes von Interferenzetreifen, wie sie vom Beobachter des Instrument ι gesehen werden.

Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Aneicht, wobei daa Messrohr gegen die Vertikale geneigt ißt.

Fig. 4 ist eine Teilansicht, welche die allgemeine Anordnung eines erfindungsgemüssen Instruments zur Messung eines Spiegele veranschaulicht, wobei die Flüssigkeit in dem Rohr «inen konvexen Meniskus bildet«

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Pig. 5 ist eine schematische Ansicht eines erfindunge^eaäeeen FlüsBigkeitsspiegelraesaers unter Verwendung einer featatthenden Lichtquelle im Falle ein.ee konkaven Meniskus·

Fig. 6 zeigt in ähnlicher v/ein· eine Aueftlhrungifora unter Verwendung einer feststehenden Lichtquelle In Tall« tines konvexen Meniskus.

Fig. 7 ist eine Ansicht einer Auaführungaform, welche der in Fig. 1 gezeigten im Grosuen und Ganzen ähnlich ist, wobei der Pruzisionsverachiebemechanismus in etwas gröaaerer Eineelheit veranschaulicht ist*

Fig. 8 veranschaulicht in achematiicher Aneicht «ine Au·- *" führungsfora der Erfindung, wie *ie bei der Mtieung der

Lage eines fedten Objekte angewendet wird.

Fig. 9 ist eine ähnliche Ansicht einer modifizierten Aueführun^aform uer Vorrichtung zum Messen der Lage eines festen Objektes.

Fig. 10 und 11 sind !Peilansichten grossen Mali a tabs, welche veranschaulichen, wie geeignete Oberflächenteile eines festen Objektes, dessen Lage gemessen werden soll, als reflektione-

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fähige Oberflächen in der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden könnenο

Figo 12, 13 und 14 sind geometrisch-optische Diagramme, welche das Prinzip erklären, auf welches eich die Erfindung gründet, und zwar für die Fälle eines von unten beleuteten konkaven Meniskus, eines von oben beleuchteten konvexen Meniskus und eines von oben beleuchteten konkaven Meniskus.

Figo 15 ist eine graphische Darstellung, welche die Licht» verteilung als eine Funktion des Abstandes für zwei ver~ schiedene Wellenlängen im Falle eines Satzes icatakaus ti scher Interferenzstreifen der Art zeigt, wie sie erfindungsgemäss benutzt werden.

Schematich ist in Fig. 12 eine durchsichtige vertikale Seitenwandung W eines Behälters, beispielsweise die Wandung eines Glasrohres veranschaulicht, welches eine Flüssigkeit enthält, deren freie Oberfläche bei L gezeigt ist_a Es sei hier bemerkt, dass die Wandung W der Klarheit in der Darstellung der austretenden Lichtstrahlen wegen, als eine Einzellinie statt einer Doppellinie gezeigt ist, weil die Wandungsdicke bei der Beschreibung der Theorie unberücksichtigt bleiben kann« Die Wandungsdicke führt nur zu einer

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parallelen Verlagerung der austretenden Strahlen und diese Verlagerung ist, soweit es die vorliegende Theorie betrifft, unwesentlich.

In der Nähe der Grenzstelle zwischen dem freien Flüssigkeitsspiegel L und der inneren Wandungsoberfläche W, krüraiat sich der Flüssigkeitsspiegel und bildet einen sogenannten Meniskus M. In dem Diagramm ist der Flüssigkeitsspiegel L als gegen die Wandungsoberfläche W aufsteigend gezeigt, d.h. der Meniskus M ist nach aufwärts konkav. Dies ist stets der Fall, wenn die Flüssigkeit L die Wandungsoberfläche W benetzt, beispielsweise wenn die Flüssigkeit Wasser und die Wandung sauberes Glas ist» Sollte die Flüssigkeit die Wandungsoberfläche nicht benetzen, wie dies beispielsweise bei Quecksilber der Fall ist, so fällt der Spiegel L gegen die Wandungsoberfläche ab (s. Fig. 13) anstatt sich gegen sie zu erheben und der Menisicus M ist, wie hier gezeigt, nach aufwärts konvex statt konkav. Sie grundlegende Theorie bleibt die gleiche und die Erfindung ist, wie später gezeigt werden wird, auf solche Fälle in gleicher Weise anwendbar.

Bel I₁ und I₂ sind zwei benachbarte Lichtstrahlen gezeigt, welche einen Teil eines parallelen Lichtbündele bilden, das von einer nicht gezeigten, engen Lichtquelle ausgeht.

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Die Lichtqulle kann sich jenseits der gegenüberliegenden Seitenwandung des Rohres bzw» Behälters, fern der Seitenwandung W und in einem geeigneten vertikalen Abstand befinden, welcher eingehend beschrieben wird. Die einfallenden Strahlen I₁ und I₂ treffen die gekrümmte Meniskusoberfläche M von unten und werden γοη dieser als reflektierte Strahlen R-j bzw» R₂ vollständig oder teilweise reflektierte Nimmt man an, daso der Meniskus M eine teilkugelige Oberfläche ist (diese Annahme ist zwar nicht ganz richtig, jedoch aus hier zu erläuternden Gründen erlaubt) so sind die reflektierten Strahlen wie R-j und R₂, über die Oberfläche dee Meniskus M hinaus ala R^ und R'₂ verlängert, sämtlich Tangenten einer gemeinsamen Umgrenzungsfläche C, welche in der Optik als die Katakauetika (Brermlinie) bekannt ist₀

Es wurde gefunden (und auf diese Auffindung gründet aich die Erfindung), daas in einem bestimmten Bereich dicht an der Katakauotika C, aich die reflektierten Strahlen, wie bei T, überschneiden und ein System virtueller Interferenzstreifen erzeugen, und dass diese Streifen mittels eines geeigneten optischen Betrachters V beobachtet werden können, weloh letzterer, wie gezeigt, an der Aussenseite der Behälterwandung W angeordnet ist α Irgendeine Verschiebung eines aus diesen Interferenzstreifen auegewählten

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Streifens schafft dann eine extrem empfindliche Anzeige einer Änderung des Flüssigkeitsspiegels L innerhalb des Behälters ο

Figo 2 zeigt ein typisches Streifenmuster, welches auf diese V/eise beobachtbar ist. Wie gezeigt, umfasst ein solches Muster einen dunklen Schattenbereich 20 mit einem System abwechselnd heller und dunkler Streifen, welches an einer Seite des Bereiches liegt, wobei die btreifen aus im wesentlichen geraden Linien bestehen» Eine anfängliche Hauptlinie dieser Streifen, welche mit 19 bezeichnet ist, ist zur Heranziehung als Spiegelmarkierung gemüse der Erfindung besonders zweckmäasig, indem man diese Linie mit einem Strichdraht 21 der Beobachtungsvorrichtung V in Deckung bringtc

Es ist ersichtlich, dass die obige Theorie sowohl in dem Fall haltbar ist, dass die ^T.Vandungsoberflache W eine planare Oberflüche senkrecht zur Zeichnungsebene ist, wobei die Meniskuaoberflache M und die Katakaustika C zylindrische Oberflächen sind, als auch in dem Fall haltbar ist, wo d%e Wandungsoberfläche W eine zylindrische Oberfläche ist, deren Achse in der Zeichnungeebene liegt, in welchem Falle der ' Meniskus M und die Katakaustika C Umlaufoberflächen um

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diese Achse aind. Im ersten Falle sind die Interferenzstreifen eine Facailie gerader Linien, welche alle parallel zur Wandung W sind, während im zweiten Falle die Streifen •konzentrische Ringe bilden, welche mit der Wandungsoberfläche W koaxial sind, jedoch sind sie durch den Betrachter V noch uls im wesentlichen gerade Segmente sichtbar.

Wie zuvor festgestellt, ist die Kontur des Meniskus H in Wirklichkeit kein Kreisbogen, d.h. die Heniskusoberfläche ist in Wirklichkeit nicht teilkugelig, wenn die Y/andungsoberf lache W zylindrisch ist. Es ist analytisch gezeigt, dass die Kontur des Meniskus H ein Kettenbolzen ist. Dieae Betrachtung modifiziert die oben gegebene vereinfachte Theorie insofern, als anstelle eines einzigen Satzes von Interforenzötreifen (wie oben beschrieben) tatsächlich eine Vielzahl solcher Htreifeneätze existieren, wobei $eder Satz einem besonderen Kreisbogen entspricht, welcher die wahre Kettenkontur des Meniskus berührt. Trotzdem kann irgendein zweckdienlicher Ütreifensatz zur Betrachtung ausgewählt werden, um die erfindungsgeiaäsBen Zwecke zu erreichen«

Oben wurde angenommen, dass die Flüssigkeit, deren Spiegel angezeigt werden soll, solcher Art ist, dass sie die Wandungsoberflächeη des Behälters benetzt, wodurch ein

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nach aufwärts konkaver Meniskus geschafien wirdο Pig. zeigt, dass die Erfindung ebenfalls auf den Fall einer nichtbenetzenden Flüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, anwendbar ist, wobei der Meniskus nach aufwärts konvex ist. In dieser Figur sind geometrische Komponenten, welche solchen der Fig. 12 entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen angezeigt. Es ist ersichtlich, dass der einzige Unterschied in der Stelle besteht, an welcher die Lichtquelle S angebracht werden muss, nämlich oberhalb der Flüssigkeitsoberflache anstatt darunter.

Ferner sei bemerkt,, dass bei den in Fig. 12 gezeigten geometrischen Verhältnissen das System erfordert, dass die Flüssigkeit durchsichtig ist, weil die von der Lichtquelle S einfallenden Strahlen durch die Flüssigkeit scheinen müssen₀ Jedoch wird dadurch der Erfindung keine Beschränkung auferlegt und Figo 14 zeigt, dass die Methode auf die Fälle lichtdichter Flüssigkeiten anwendbar ist, welche die Behälteroberflächen benetzen. In diesem Falle wird beobachtet, dass die Katakaustika C als Umgrenzung von auf dem Meniskus reflektierenden Strahlen erhalten wird und demzufolge werden die Interferehzstreifen wie in den vorhergehenden Füllen gebildet.,

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Es seien nunmehr praktische Auaführungsformen der Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 ist ein vertikales Rohr 2 gezeigt, das eine durchsichtige Flüssigkeit 1 enthält, welche die V/andungsoberflachen des Rohres benetzt, so dass ein nach aufwärts konkaver Meniskus 5 geschaffen wird. Das Rohr 1 kann beispielsweise den Teil eines Hochpräziöionsdruckiaessers oder eines analogen Instruments bilden und ist von einem geeigneten stabilen Gerüst, welches teilweise bei 3 angedeutet ist, fest gehaltert· Eine erfindungsgemässe Spiegelmess vorrichtung umfasst einen starren Rahmen, allgemein mit 16 bezeichnet, welcher zur ^enau vertikalen Verschiebung in Bezug auf das feste Gerüst 3 für das Rohr durch hier nicht gezeigte Mittel geeignet montiert ist; eine beispielhafte Kontruktion solcher Mittel sei veiter unten beschrieben.

Der starre verschiebbare Rahmen 16 weist einen horizontal hinausragenden Arm auf,.auf welchem eine Lichtquelle 15 gehaltert lot und besitzt einen aufreclustehenden vertikalen Arm, welcher einen Betrachter 7 trügt. Ee sei zur Kenntnis genommen, dass die Oesaatgeoraetrie der in Fig* 12 gezeigten insofern ähnlich ist, dass ein von der Qutlla 15 ausgesaugten

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Lichtstrahlenbündel 18 In eine Wandung dee Rohrea 2 eintritt, einen Teil der durchsichtigen Flüssigkeit im Rohr durchquert und die untere Oberfläche dee gekrümmten Veils des Meniskus 5 in relativ grossem Winkel zur Senkrechten zu dieser Oberfläche trifft» Die Strahlen werden teilweise oder vollständig von der Zwischenfläche des Meniskus reflektiert und werden von der Objektivlinse θ des Betrachters 7 aufgenommen, welch letzterer auch dus Okular 9 aufweist. Zur- genauen Messung der vertikalen Verschiebungen des bewegbaren Rahmens 16 sind Mittel vorgesehen. Zu solchen Mitteln zahlt ein herkömmlicher Gleichheiteprüfer 11, welcher von dem festen Gerüst 3 gehaltert wird und einen Dorn 12 aufweist, welcher das Gehäuse des Betrachters 7» wie gezeigt, berührt.

Beim Betrieb der Einrichtung wird der starre Rahmen 16 duroh geeignete, nicht gezeigte Mikrometermittel verschoben, bis der Hauptstreifen 19 (Fig· 2) des durch den Betrachter 7 sichtbaren Interferenzstreifensysteae sioh mit dem Strichdraht 21 dee Betrachters deokt. Der Gleiohheiteprüfer wird dann vorzugsweise in Bezug auf das feete Gerüst 3 eingestellt, bis der Anzeiger des Gleichheiteprüfera auf null steht« Dana kann sioh der Flüssigkeitsspiegel im Rohr 2 ändern, belspiels-

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weise als Ergebnis einer Druckänderung» welche mittels des Druckmessers, von welchem das Rohr einen Teil bildet, gemessen wird» Der Rahmen 16 wird neu eingestellt, bis der Strichdraht 21 de3 Betrachters sich wieder mit dein Hauptinterferenzstreifen 19 deckt. Die entsprechende am Anzeiger 11 des Gleichheitsprüfors abgelesen« Anzeige ist dann ein Maß für die Änderung des Flüssigkeitsspiegels bav;₀ des Druckes«

Gemäss Fig. 1 konstruierte Druckraessor v/urden benutzt, um Drucke über einen Bereich zu messen, welcher so weit wie γόη 300 Torr, bio 10 2orr₆ iat, wo.<ei die absolute Genauigkeit mindestens 4 x 10 Torr₀ i.st. Dies ist ein Ergebnis, für welches es einen Vergleich mit bekannten,, üblichen Instrumenten rieht gibt..

Wie durch F1g* 3 geseilt, kann das soeben unter Be.-jugnahme auf Pig« 1 benchriebeno Instrument so lufgebaut werden, dass sich das Rohr 2 in irgendeinem gewünschten Winkel Qi zur Vertikalen befindet, wobei der Rahmen 16 zur Richtung des Rohres parallel verschiebbar angeordnet wird» Dies schafft eine Massnahme zur weiteren, gegebenenfalls gewünschten Steigerung der Enofindlichkelt des Instruments, wobei die erzielte Empfind]ichkeitssteigerung proportional dem Winkel

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Figo 4 bezieht sich auf eine Flüssigkeitsspiegel-Messeinrichtung, welche im allgemeinen derjenigen von Pig. 1 ähnlich ist, wo jedoch die Flüssigkeit die Rohroberflächen nicht benetzt, beispielsweise Quecksilber. Demgemäaa ist der Meniskus 5a Konvex. Die geometrischen Verhältnisse sind in diesem Falle denjenigen ähnlich, welche unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben wurden» Die Lichtquelle 15 wird in diesem Falle von dein verschiebbaren Rahmen 16 gehaltertj so dass sie sich oberhalb des Flüsuigkeitsspiegels im Rohr befindet. Das Lichtbündel 18 von Quelle 15 wird von der konvexen Oberseite des Meniskus 5a in den seitlich angeordneten Betrachter 7 reflektiert» Der Gleichheitsprüfer 11 wird, wie gezeigt, unterhalb des Betrachtes gehaltert.

In den Anordnungen, soweit sie unter Bezugnahme auf Fig. 1, 3 und 4 beschrieben sind, sind Lichtquelle 15 und Betrachter 7 mittels des Rahmens 16 starr miteinander verbunden und ale Körper zusammen verschiebbar, wenn der Betrachter 7 verschoben wird, um den ausgewählten Interferenzstreifen in Bezug auf den Strich im Betrachter erneut zu zentrieren. Eine solche Anordnung ist besonders zweckmäoaig, weil sie in einfacher und wirksamer Weise eine im wesentlichen konstante Winkelbeziehung der einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen in Bezug auf die MeniskusοberfIache sicherstellt

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Dadurch wird gewährleistet, das.i der gleiche Interferenz-. Streifensatz vor und nach der Veränderung des Flüssigkeitsspiegels und der nachfolgenden Verschiebung des Betrachters beobachtet wird«.

Ein ähnliches Ergebnis kann jedoch in einigen Fällen erzielt werden, wenn man anstelle einer mit dem Betrachter in gleicher Weise verschiebbaren Lichtquelle eine feststehende Lichtquelle verwendet. Dies wird in Fig. 5 und 6 gezeigt, welche sich auf einen konkaven bzw. einen konvexen Meniskus, d.h. auf eine benetzende bzw. eine nichtbenetzende Flüssigkeit beziehen. In Fig. 5 ist die Lichtquelle 15a fest gehaltert auf dem feststehenden Gerüst 3 in einer Stellung unter dem Boden des Rohres 2 gezeigt, so dass das Bündel einfallender Lichtstrahlen 18 parallel.zur Richtung der Veränderung des Flüsuigkeitsspiegels und parallel zur Richtung dor Verschiebung des Betrachters 7_f d;h_e, wie hier gezeigt, vertikal ist„ Die genauen Stellungen von Lichtquelle 13a und Betrachter 7 werden so eingestellt, dass die Strahlen von der Meniskuszwischenfläche unter konstantem Winkel in den Betrachter 7 reflektiert werden. Wenn auch in allen wiedergegebenen beispielhaften Ausführungeformen die optische Acheβ des Betrachters 7 horizontal gezeigt ist,

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so sei bemerkt? dass dies keineswegs, für die ex^findungsgemassen Zwecke wesentlich istα

6 zeigt eine der Fig. 5 ganz analoge Anordnung mit der Ausnahme, dass die Lichtquelle 15a statt unterhalb des Bodens des Rohres j. oberhalb des Oberteils des Rohres fest gehaltert ist, wie dies im Falle eines konvexen Meniskus, wie zuvor diskutiert, erforderlieh iat₀

Figo 7 veranschaulicht mit etwas grösaerer Einzelheit eine geeignete Form eines Mechanismus zur Verschiebung des Betrachters 7 parallel zur Richtung des Rohres 2. Die Gesamtgeometrie dieses Beispiels ist die gleiche wie die in Fig* 1 gezeigte. Es ist ersichtlich, dass der Betrachter 7» an dessen Gehäuse der starre, die Quelle 15 halternde Rahmen 16 angegliedert ist,' an einem Gleitwagen 27 belästigt ist₀ Dieser Wagen ist auf Wegen gleitbar, welche auf einer Tertikaien Säule 28, welche sich von dem Grundgerüst 3 erhebt, gebildet werden» Die miteinander arbeitenden tragenden Oberflächen von Wagen 27 und Säule passen präzise aufeinander, so dass irgendein lichter Raum und Spiel swischen ihnen auf eine Grössenordnung vermindert ist, welche geringer ist als die" durch die

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optischen Mesamittel der Erfindung ersielte₅ innere Präzisiön_s beispielsv/eise wesentlich geringer als ein Mikron. Es können zu diesem Zweck irgendwelche in der Konstruktion von Präzisionsmeehanismen beüatinte _f geeignete Vorkehrungen getroffen werdettj einschlissslich inter alia Reihen (nicht gezeigter)_; mit federn angedrückter Antireibungarollen, welche im Wagen 27 angeordnet sind und in die Wege auf der Säule 28 eingreifen» Eine· vertikale Spindel 32 ist in geeigneten, nicht gezeigten Lagern der Simle 28 so gelagert, dass sie in Bezug auf die Säule drehbar, jedoch nicht vertikal verschiebbar istο Di® Spindel 32 greift in eine mit entsprechen« dem Ge\finde versehene Mutter 31 eiii_$ welche an dem Wagen '27 befeatigt ist_s wobei Spindel und Mutter vorzugsweise trapezförmige Gewinde aufweisen Ein Handrad 33 ist an einer Achswelle an der Basis der Säule 28 gelagert und steht in antreibender Vej?bindung mit der Spindel 32 mittels einer Schnecke und eines Sehneckengetriebes 34-35 oder mittels gleichwertiger Einrichtungen.. Der Gleichheitsprüfer 11 wird Ton der Säule 28 mittels irgendeiner geeigneten Verbindung gehaltert, welche mit vertikalen Einstellungsorganen versehen ist, v/ie dies schematisch durch einen Arm 61 und Flügelsohraube 62 angezeigt wird_f welche in einen nicht gezeigten vertikalen Schlitz in der Seite der Säule 28 eingreift,, wobei der Fühler des Gleichheitsprüfers,

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wie gezeigt} mit dem Oberteil des Gehäuses des Betrachters in Berührung steht<> Zur Anzeige der vertikalen-Stellung des Wagens 27 längs der Säule 28 ist eine geeichte Skala vorgesehen, welche an der Säule befestigt ist und sich längs einer Säulenseite erstreckt und mit einer Noniuseinteilung 38 zusammenarbeitet_? welche an den Wagen 27 angegliedert ist. Auf dem Wagen 27 ist ein optischer Betrachter 39 angebracht, welcher mit den geeichten Skalen 37-38 zusäütfaen arbeitet und eine .präzise Anzeige der vertikalen Läge des Hauptbetrachtera 7 lieferte Die Anordnung 37-39 zur Anzeige der Lage in breitem Bereich kann verwendet werden, um eine vorläufige Anzeige des Flüssigkeitsspiegels zu schaffen.» Der Gleichheitsprüfer 11 kann dann mittels der Schraube 62 in seiner Lage so eingestellt werden, dass sein Fühler das Gehäuse des Betrachters 7 berührt. Nachfolgende geringe Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels können dann schnell und genau gemessen werden, indem man den Anzeiger des Gleichheitsprüfers abliestο Han kann auch₉ wenn gewünscht, eines der beiden Anzeigemittel 11 oder 37—39 fortlassen«.

Bevor bestimmte wichtige Eigenarten der Erfindung eingehend diskutiert werden, selen unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 11 zusätzlich Anwendungen beschrieben, bei denen die Erfindung auf anderen Gebieten als der Messung von Flüasigkeiteepiegeln eingesetzt werden kann*

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Aus den unter Bezugnahme auf Fig. 12 bis 14 gegebenen Erläuterungen geilt hervor, dass die Grundsätze der Erfindung ohne Veränderung in fällen anwendbar sind, wo die in diesen Figuren als M bezeichnete Oberfläche eine, feste reflektionsfähige Oberfläche ist, anstatt die Oberfläche eines Flüssigkeitsmeniskus zu sein, wie im Vorhergehenden angenommen wurde» Die erfindungsgemässe Methode kann daher auf die Messung der Verschiebungen eines festen Körpers angewendet werden, welcher einen gerundeten (konkaven oder konvexen) reflektionsfühigen Oberflächenteil besitzt, der einen Teil des Körpers bildet oder an diesen angegliedert ist·

So ist in Fig« 8 ein fester Körper 45 veranschaulicht, welcher über eine tragende Oberfläche bzw. Konstruktion 3 in den durch Pfeile f^ und f₂ angegebenen Richtungen verschiebbar ist. Es ist gewünscht, die Position des Körpers 45 mit hoher Genauigkeit anzuzeigen, selbst wenn der Körper nicht direkt mit dem Fühler eines Gleichheitsprüfere o.dgl. in Berührung gebracht werden kann, weil beispielsweise der Körper hochdeformierbur ist oder ein extrem geringes Beharrungsvermögen aufweist (so dass dessen Gleichgewicht durch leichten Druck gestört werden könnte) oder nicht direkt zugänglich istο Wenn auch herkömmliche

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interferometrische Einrichtungen zur Verfügung stellen? mittels welcher ©ine solche Messung durchgeführt werden könnte, so schafft doch die Erfindung Mittel zur Messung der Verschiebungen des Objekte mit ebenso hoher Genauigkeit und in beträchtlich einfacherer V/eiae₅ Angegliedert an eine obere Oberfläche des Teils 45 durch zweekmäasige Mittel wie geeignetes Haftnarz, befindet sich ein kleines, leichtes Element 47 mit gerundeter reflektionsfähiger Oberfläche_t zweckmässig.ein. kurzer Ausschnitt aue einem zylindrischen Glasstab eines Durchmessers τοη 1 bis 10mm, beispielsweise von 4mm. Der zylindrische Stab ist mit seiner Drehachse vorzugsweise senkrecht zur Richtung der Objektverschiebung und in dieser in horizontaler Ebene montierte Ein optischer Betrachter 7 ist zur exakten Verschiebung parallel zu der Richtung f^ _f f₂ mit seiner Objektivlinse in kuraem Abstand oberhalb des Reflektorstabes 47 und in diesem Fall mit seiner optischen Achse vertikal? an einer (nicht gezeigten) Halterungskonstruktion befestigt. Eine Gleichheitsprüfer-= Vorrichtung 11 wird einstellbar, jedoch feststehend von der Festkonstruktion. 3 gehaltert, wobei der Fühlerfinger des Gleichheitsprüfers eine Seite des Betrachters 7 berührt. Eine Lichtquelle 15a wird" zur Beleuchtung des Reflektor» Stabes 47 mit Strahlen 18 aufgestellt, wobei die Strahlen nach der Reflection von der konvexen Oberfläche des Reflektors,

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reflektierte Strahlen hervorbringen, welche in den Betrachter 7 eintreten., Wie weiter oben erläutert, kann die !lichtquelle T5a auf dem Gerüst 5 in solcher Stellung befestigt sein, dass die Strahlen 18 parallel zur Objektverschiebung verlaufen? vorzugsweise kann die Quelle mittels eines undeformierbaren Rahmens (wie in Figo 8 in getrichelten Linien gezeigt) starr mit dem Betrachter 7 verbunden sein_o Beim Arbeiten der Vorrichtung wird gefunden, dass der Betrachter 7 vertikal so eingestellt werden kann_f dass ©r einen Satz, katakaustischer Interferenzstreifen scharf in den Brennpunkt bringt,, Solche Streifen werden durch den hier speziell unter Bezugnahme auf Fig« 13 weiter oben beschriebenen Vorgang erzeugt= Der Betrachter 7 kann dann horizontal so eingestellt werden, daas er einen Anfangsstreifen der Interferenzstreifen in Deckung mit einem Strichdraht oder einer anderen Markierung.des Betrachters bringt_s woraufhin irgendeine geringe. Verschiebung des Objekts 45 mit extrem hoher Genauigkeit angezeigt wird und zwar mittels der Grosse des Ausschlages des Anzeigers des Gleichheitsprüfers 11, wobei dieser Ausschlag bei der Wiedereinstellung der horizontalen Lage des Betrachters 7 eintritt; die Wiedereinstellung ist nötig, um den.ausgewählten Interferenzstreifen erneut zu zentrieren»

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Fig. 9 veranschaulicht eine im Gros.sen und Ganzen, ähnliche Anordnung mit der Ausnähmet dass sie ala zusätzliches Merkmal eine Diaphragmaplatte 51 iult darin gebildetem engen Schlitz 52 aufweist, wobei sich der Schlitz parallel zur Umlaufachse des zylindrischen Reflektors 47 erstreckt und die Diaphragmaplatte zwischen der Lichtquelle 15a und dem Reflektor aufgestellt ist. Wenn auch die Diäphrägmaplatte 51 hier an dem verschiebbaron Teil 45 befestigt gezeigt ist, so ist dies nicht wesentlich. Die Diaphragmaplatte kann zur Verschiebung mit dem Betrachter 7 und/oder der Lichtquelle 15a verbunden sein oder sie kann auf dem Gerüst 3 fest montiert sein, wenn die einfallenden Lichtstrahlen parallel zur Objektverschiebung verlaufen, wie dies hier der Pall let. Vo ein enges Diaphragma verwendet wird, wie in der Ausführungsform der Pig. 9, wirkt der Diaphrägmasciilitz bzw. die öffnung 52 anstelle der Lampe 15a als effektive Lichtquelle im System.

Wo es die Beschaffenheit des Teile 45t dessen Verschiebungen zu messen sind, erlaubt, kanu das Heflektorglied (wie 47) fortgelassen werden und man kann eine geeignete Oberflache des.-Teils selbst als erfindungsgemässe Reflektorfläche benutzen. Die« trifft, inter alia auf Fülle au, wo dtr Teil 45 metallisch 1st und eine abgerundete Kante wit 54 (Fig. 10) odtr einen abgerundeten Einsolinitt 55 (KLg· 11)

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aufweist. Die abgerundeten Oberfliichenteile wie 54 odar 55 können natürlich einen Eitienteil des zu messenden Körpers 45 bilden, oder sie können auf dem Körper für die erfindungsgeuässen Zwecke besonders geschaffen werden* Vorzugsweise werden eolohe reflektierenden Oberflüohenteile. mit einer spiegelnden Oberflachenbesohaffenheit, beispielsweise duroh geeignetes Schwabbeln gesohaffen. Der Krümmungsradius der konvexen Oberflüche 54 oder der konkaven Oberfläche 55 sollte

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innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 5mm liegen, wobei für einen solohen Radius ein Bereich von etwa 1 bis 3üm bevorzugt ist.

Zur erfolgreichen Durchführung der Erfindung ist es wichtig, dass bestimmte Vorsichtsmasunanmeh und bestimmteψ damit in Verbindung stehende, mehr oder weniger kritische Faktoren beachtet werden. Diese seien nunmehr eingehender diskutiert. Die Diskussion bezieht sich spezieller auf diejenigen AusfUhruntjsformen der Erfindung, welche auf die Messung von tflUsuigkeitespiogein angewendet werden, weil diese die wichtigeren Gesichtspunkte der Erfindung in sich einsohliesuen* Es ist jedoch klar, dass viele nachstehend begebenen Lehren auch in Verbindung mit der Messung der Verschiebungen fester Objekte anwendbar eincL

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Die Lichtquelle ο - Jäa.kaun irgendeine geeignete Lichtquelle hinreichend kleiner Dimension, in senkrechter Richtung zu üen gewünschten Interferenzstrelfen verwendet werden, bo dass Lioht erzeugt wird, welches im wesentlichen in dieser Richtung kohärent ist und dadurch definierte Streifen erzeugt. Die Lichtquelle kann eine gewöhnliche elektrisch· Glühbirne mit einem feinen längsgestreckten Faden« beispielsweise von etwa 1cm Lunge und einem Durchmesser von vorzugsweise weniger als 0,5mm sein, wenngleich tfadendürohmesser bis zu 2mm oder mehr verwendet werden können» Statt einer oder zusätzlich zu einer linearen Lichtquelle dieses Typs kann man zwischen der Quelle und der Reflektor» oberflüohe eine Diäphragraaplatte mit einem schmalen» lungegestreckten Benutz aufstellen, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben ist« Der Diaphragmasohlita kann etwa 0,5 oder 1mm breit sein und weist vorzugsweise abgerundete Seitenlangen auf, um die Beugung an ihnen herabzusetzen, welche die Beobacntung der erfindungsgemiiaa benutzten katakuUßtischen interferenzstreifen beeinträchtigen könntet

Wenn man auoh, wenn gewünscht, monochromatische Beleuchtung anwenden kann, so wurde doch geraäss einem wiohtigen und unerwarteten Vorteil der Erfindung gefunden, dass eine solch· Vorkehrung aus dem folgenden Orund gewöhnlich überflüssig let.

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Beobachtet man die katakaustischen Interferenzstreifen der Erfindung unter monochromatischer Beleuchtung verschiedener Wellenlange, eo wird gefunden, dass die Lage des anfänglichen bzw. des primären Dunkelstreifens für alle Wellenlangen im wesentlichen die gleiche ist, d.h. achromatisch iat. Dies wird in Pig.15 erklärt, wo Lichtintenaitäten ale Ordinaten in willkürlichen Einheiten gegen Abszissenabstand aufgetragen sind» Sie Kurven C₁ und C₂ zeigen die Lichtverteilung für zwei unterschiedliche Wellenlängen der verwendeten Lichtquelle» Die Dunkelstreifen werden durch die Täler in den betreffenden Kurven angezeigt. Obwohl die beiden Kurven G^ und C₂ sich in ihrer Gesamtausdehnung meist nicht decken, fallen die Haupt- oder Anfangsdunkelstreifen bei A im weeentlichen zusammen. Eb lüBst sich demonstrieren, dass diese Eigenschaft innerhalb eines hohen Annäherungs^rades für alle Wellenlungen bestento Daher kann man gewöhnliche, nichtchromatische Belichtung beim erfindungsgemkseen Verfahren anwenden,

vorausgesetzt, dass der Anfangsdunkelstreifen als Markierung benutzt wird.

Die Stellung der Quelle in Bezug auf den Meniskus oder eine andere reflektionsfähige Oberfläche 1st wichtig, jedoch nicht so kritisch. Die Quelle muss so gelagert sein, dass

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▼on ihr auegehende, einfallende Strahlen vorhanden sind» welche den Meniskus in einer ttegion starker Krümmung (d.h. einee kleinen Radius) treffen, wie dies für Ait einfallenden strahlen I₁, I₂ in jeder der Pig. 12 bis 14 gezeigt 1st. Andernfalls würden die Streifen dazu neigen, eioh in einen tsu grossen Abstand au bilden und der Betrachter würde im allgemeinen mit einer Überiatlseig grostien Brennweite auegestattet sein raUsaen< >

Die Quelle sollte ferner so gelagert sein, dass der Einfallswinkel der strahlen, d.h. der Winkel, weicher durch einen einfallenden Strahl wie I₁ oder Ig tait der Senkrechten zur Meniskusoberfläche M em Einfallepunkt P₁ bzw, P₂ gebildet wird, relativ gross ist. Dies ist besonders wichtig, wo die verwendete Flüssigkeit durchsichtig ist, well in diesem Falle ein Lichtstrahl, welcher die Zwisohenflache unter einem kleinen Einfallswinkel trifft, grösutenteile gebrochen statt, wie gewünscht, reflektiert wird. Hervorragende Ergebnisse werden erzielt, wenn die benuteten einfallenden strahlen nahezu tangential zur lieniskusOberfläche verlaufen„ deh« ein Einfallswinkel von naheeu 90°ο Ih den meisten praktischen Fallen kann man den aufgezählten Bedingungen wie krümwungeradius an der stelle des Einfalls-Punktes und Einfallswinkels gerecht werden, wenn öie Quill·

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in Bezutj auf den mittleren Flüssigkeitsspiegel in dem vertikalen Rohr (unter Annahme der Gesaratgeoraetrie, wie sie in Fig. 1,7 und 12 gezeigt let) ao gelagert iat, dass eine geradlinige Verbindung an der freien Oberfliiohe der Flüssigkeit zwisohen Quelle und geltenwandung (W) dea Rohree sich ein einem Bereich Ton 0 bia etwa 43° aur Vertikalen befindet, wobei 30° ein bevorzugter Winkel iat.

Sie Quelle sollte nicht so dioht an Rohr und Flüssigkeit gelagert sein, _vdass die ausgestrahlte Hitze zu merklichen Kxpanalondeffekten führen könnte. Klar definierte Streifen können im allgemeinen beobaohtet werden, wenn man eine Quelle massiger" Intensität verwendet» welche etwa 40cm vom Meniskus aufgestellt ist.

Der Betrachter. - Dieser kann ein geeigneter Betrachter vom Typ eines Mikroskops sein« welcher eine Gesamtvergrösserung von etwa 20 bis 200 mal oder mehr besitzt. Sehr starke Ver~ groaaerungen werden nicht als erwünscht erachtet, weil sie zur riohtigen Einstellung der Katakaustika und der interferenzstreifen Ubermtiasige Brennweiten aufweisen« Sine Vergröseerung im Bereich von 30 bis 40 mal ist aweokmäsuig. Hohe optiaohe Qüte wird vom erfindungsgenüsa. gebrauchten Betrachter im allgemeinen nicht gefordert und aus wirtsohaftliohen Gründen kann die OtijeKtivlinae θ einfaqh als ein Olaa-

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atabaegment konstruiert sein, wenn dies gewUnaoht iet. Der Brennpunktabetand des Objektive kann zwackmaa.jig in einem Bereich von 2 bia 6farn liegen und dae Objektiv iet in einer entapreohend kurzen Entfernung von dar Seite dea Rohrea angebracht. Das Okular iet vorzugaweiae mit einer MiKroraeterakala versehen, welche beiapielawelae in hundertatel Millimeter geeicht ist, wenn auch ein einfacher Strlohdraht oder Index verwendet werden kann«

Daa Rohr« - Die bevorzugten Auaführungaforman der Erfindung! wie aie in Pig. 1 und 3 bis 7 veranaqhaulioht aind, weisen Plüasigkeitsepiegel-Meaainatrumeuite (beiapielaweiae Druökmeaaer) auf, unter Verwendung von Bohren 2 mit einem inneren Durohmeaaer in einem ziemlich genau definierten Bereich. Eine untere Grenze für diesen Bereich iat durch die Tateaohe gesetzt, daaa bei Rohren sehr geringen Druohnieasera Kapillarkräfte auftreten, welche die Flüssigkeit veranlassen, im Rohr aufzusteigen und die Messungen stören» Der Minimaldurchmeaaer hüngt von der Viskosität der benutzten Plüasigkeit ab, kann aber im allgemeinen mit etwa 3 oder 4mm angenommen werden« Die obere Grenze des Rohrdurchmeaaerbereioha wird durch die folgenden Betrachtungen bestimmt. Ke ist leicht verständlich, daa« die iimpfindliohkeit der arflndungegemaeaen Meaunethoda

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von der Feinheit der gebildeten Interferenzstreifen abhängig ist· Analytisch kann gezeigt werden» daee 4ie Feinheit eines Streifens für eine gegebene Liohtwellenlünge von der Quelle umgekehrt proportional der Kubikwurzel des Krümmungsradius der Katakaustika C (Fig. 12) ist, welche wiederum proportional dem Hohrradiue ist, wenn man einen konstanten Einfallswinkel der Lichtstrahlen annimmt. Saher vermindert ein Vergrössern dee Rohrrudiua die Empfindlichkeit bis zu einem kleinen, jedoch wahrnehmbaren Auamass (als Kubikwurzelfunktion des Rohrradius). Es gibt jedoch noch eine andere Betrachtung, welche unter vielen wichtigen ßebrauchsumstUnden dem maximalen Uohrdurohmeeser eine definitivere Grenze setzte

Angesichts der hohen Empfindlichkeit der erfindungsgemässen Messmethode, welche in der Grösoenordnung weniger Mikron liegt, 1st das Verfahren offensichtlich empfindlich gegen winzige Flüseigkeltsspiegelschwankungen, wie sie durch unwesentliche Erschütterungen der Art hervorgerufen werden, dass sie auf industriellen Grundstücken kaum abwesend sindο Es wurde gefunden, dass solche Erschütterungen durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit vollständig unterdrückt werden können und zwar selbst im Falle niedrigviskoaer Flüssigkeiten, vorausgesetzt, dass der Innere Durohmesser des Rohres eng genug, ie allgemeinen weniger ale etwa 20mm ist«

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Unter BerUokelohtigung dtr oblgtn Betrachtungen wird bei Plüeeigkeitβspiegel-Mtesinstrument, btltpltltwtltt UAtB ■teeer gemüse dtr Erfindung tin Rohr mit tinte Inneren Duronsetter Ib Btrtloh von 4 bit 20nffl (wat von dtr Staohafftnfetit dtr btnuteten Flüssigkeit abhängig let), voreugtwoltt von 5 bit 12mm verwendet. Be let to erelohtlioh, date fc«i tints trfindungtgtfflUeetn Instrument dit Verwendung eir.ee relativ engen Rohreβ das zweifache Ziel erreicht» ein etark gekrümmten Menlekue und eint ttark gekrümmte Katakaustlka au *chaffen, «rat 8Ür Bildung gut definierter und leicht beobachtbarer Interference treif en führt, während glelohteltlg ttiJrtndt Bröohütterungen in beeondere einfacher und %rirkeaner Veite auegetohalttt weraen. Diee eteht im Oegeneate nur herkOmmllohtn

Interferonetriβohen Meeateohnik unter Verwendung tpueitller Mittel eur jirzeugung von Xnterferehsetreifen und wobei dit Mtttungtn an relativ groaaen FlUteigktlttobtrflUohtn in groteen Behältern durchgeführt werden» wat dem/jemäee ausgedehnte Vorkehrungen Bum Öchute gegen unwesentliche isreohUtterungen erfordert» wo Präeieion gewünscht let.

Die VandungBBtttrke dee Rohre ist ηloht kritltoh» dooh tollte tit voreugeweiee höchst einheitlich sein, beiepielewelee etwa 1mm + 0,01mm über die geuumte brauchbare Lunge.

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DIt Flüssigkeit. - Wie vorstehend gezeigt, let due erflndungsgemass· Verfahren mit allen Flüsaigkeitsarten, durchsichtig und imduroheioatIg₁ benetzend und nichtbenetzend, brauohbar und in vielen Pällen wird die Beschaffenheit der Flüssigkeit duroh Betrachtungen bestlumt, welohe der vorliegenden Erfindung fremd find· Der Orund, warum praktisoh alle Flüssigkeiten geeignet eind, besteht aum Teil darin, dass jede flüssige Oberfliiohe fur die Zweoke der Erfindung genügende Refl^ktionskraft aufwelstf obwohl diese Reflektlonekraft von einer Flüssigkeit zur anderen betraohtlioh variiert« Ei werden daher la folgenden die Reflektlonskoeffliienten für einige übliohe riUseigkeiten angegeben!

Alkohol

Silioonöl H

Wasser 18p

Queokiillber Qt

Ε· wurde gefunden» daes selbst bei einer sehr mangelhaft reflektierenden Flüssigkeit wie Alkohol klar beebaohtbare katakauetieohe Interferensstreifen auftreten; welohe ohne das Erfordernis UbermUeniger Beleuchtung zur praktischen Ausführung der Brfladung geeignet sind«

Da die Brfindung in ihren bevorzugten Aspekten die Liohtreflektion von der Oberflaobe eines flüssigen Meniskus aus·

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nutet, lat aa wichtig, daee dl· Meniskusöberflüohe glatt und unveraerrt und frei von den Deformationen let, vrelohe blewellen die Oberfläche stören, z.B. wenn die Flüssigkeit·« attule zu atelgen aufhört und su fallen beginnt oder umgekehrt· In dieaer Hlneioht wurde gefunden, daee die Ergebnisse, inebeaondere bei Queokuilber, bisweilen veβtntlich verbessert werden, wenn die Innere Oberfläche dos Rohres auerst mit einem sehr dünnen 7ilm eines geeigneten» hoohreineh Schmieröle ge β okuliert wird·

Bin anderer Taktor, welcher fUhlg let, die Erreiohvr^ der höchst möglichen Genauigkeit der erfindungsgeoUisaen Messmethode au beeinträchtigen, besondere bei der Anwendung auf Druckmesser u. dgl., besteht darin, daee viele in soloheE Instrumenten gewöhnlich benutaten Flüssigkeiten einen niob* au vernachlässigenden Dampfdruck besitaen« So hat Quecksilber einen Dampfdruck von etwa 10~* Torr· (mm Hg)· Dies liegt gut unterhalt des Smpfindliohkeitagradea der meisten htrkömaliolien Druckmesser, ao dass Quecksilber in eolohen herktiaaliohen Inatrumenten ohne apealelle Torkehrungen henutst werden kanu und weitgehend benutst wird*,Jedoch iat der eben bemerkte Wert von der gleichen Oröe β anordnung wie die Empfindlichkeit der erfindungegemäpaen Bruokaesser, so dass ein aohwerwlegender

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Fehler eingeführt werden könnte.

Wenn Man in eine« gemäss der Erfindung konstruierten Instrument <*ine Flüssigkeit rerwendet, welohe bei der Gebrauch*temperatur pinen iaerkliohen Daapfdruck aufweist»beispielsweise Queokeilber, so wird die soeben diskutierte Fehlerquelle Torsugs« *eiee durch den folgenden Ausweg eliainiert. Oberhalb der freien Oberfläche des Quecksilbers oder der anderen benuteten flüssigkeit, wird in das Messrohr eine kurse Säule einer anderen flüssigkeit eingebracht« welohe mit der Hauptfiüssig» keit nicht mischbar 1st und einen wesentlich niedrigeren Dampfdruck aufweist als diese. Siliconöl wie auch andere flüssigkeiten mit den eben angeführten Eigenschaften können ▼erwendet werden. Diese zueäteliohe SUuIe kann eine liefe Ton beispielsweise 1 bis 5cm besitzen. Der so auf die Hauptflüssigkeit gebrachte suofttzliohe Druck bewirkt die Verhinderung der Verdampfung der HauptflÜseigkeit, was die oben erwähnte Fehlerquelle ausschaltet. Der cuoKtiliohe Druck der Hilfeflüsulgkeitssäule kann durch eine geeignete Korrektur der Messung leioht in Reohnung gestellt werden·

- Patentansprüche -

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Claims

1o) Vorrichtung zur Meesung der Lage einee "bewegbaren Objekte, dadurch gekennzeichnete dass sie folgende Merkmale aufweiat: Mittel zuin Projizieren von Licht (15t 15a) auf eine rei'lektionafähi^e Oberfläche mit wesentlicher Krümmung (5, 5a, 47, 54, 55), wobei die Oberfläche niit diesem Objekt ala ein Körper bewegbar ist, wodurch das reflektierte Lioht eine Katakauatika einhüllt und in der Nachbarschaft dieser Katakauatika Interferenzatreifen bildet; und einen vergröaaernden optischen Betrachter (7), welcher so gelagert ist, dass er auf einen ausgewählten Streifen dieser InterferenzBtreifen einatallbar let zwecks Beobachtung eines aolchen Streifens unter Vergrösaerung der Lage dea Objekte.

2o) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrachter (7) zur genauen Verschiebung in einer Richtung parallel zur Bewegung des Objekte angeordnet ist.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aie so angeordnet ist, daaa bei gleichen Verschiebungen von Objekt und Betrachter (7) ein Lichtstrahl (18) von dem gleichen Funkt der Oberfläche wie vor den Verschiebungen in den Betrachter (7) reflektiert wird.

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4·) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daaa die lichtprojizierenden Mittel mit dem Betrachter als ein Körper verschiebbar sind,

5.) Vorrichtung naoh Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die liehtprojizierenüen Mittel so gelagert sind, dass sie die Oberfläche in einer Richtung parallel zu der Versohle bungerlchtung von Objekt und Betrachter (7) beleuchten·

6«) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die lichtprojizierenden Mittel aus einer feinen linearen Lichtquelle bestehen.

7·) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daes die Lichtquelle einen Diaphragmaschlitz (52) aufweist, weloher abgerundete Seitenkanten besitzt.

8«) Vorrichtung naoh Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt ein festes Objekt (45) ist und die reflektiona· fähige Oberfluche den Teil einea reflektionafähi^en Elementes (47) bildet, beispielsweise den Auascnnitt eines Olasstabea, welcher an das Objekt angegliedert ist.

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9.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch dasd das Objekt ein festes Objekt (45) 1st und die' tionafiihi^e Oberfläche (54, 55) ein polierter, gekruauter Oberflächenteil ist, welcher ein Stück der Oberfläch· des Objekte bildet.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, daduroh gekennzeichnet daaa das Objekt eine Flüssigkeitssäule (1) ist und die reflektionsfähige Oberfläche ein stark gekrümmter Teil einea Meniskus (5» 5a) ist, welcher an der Grenzstelle der freien Oberfläche der Flüssigkeit und einer durchsichtigen Wandung des Gefäsaee, beispielsweise Rohres« welches die Flüssigkeit enthält, gebildet wird.

11·) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeit durchsichtig ist und die lichtprojlsierenden Mittel so angeordnet sind, dass sie die Unterseite des Meniskus durch die Flüssigkeit beleuchten.

12a) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die liohtprojlzierenden,Mittel so angeordnet sind, dass sie die Oberseite des Meniskus beleuchten.

13·) Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, daduroh gekennseionnet, dass die liohtproj1zierenden Mittel so angeordnet

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sind} dass sie Licht auf den stark gekrümmten Meniskusteil in einem Winkel projizieren, welcher nicht grosser als etwa 40° gegen die Vertikale ist und vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30° liegt, und der Betrachter in Nachbarschaft und an der Ausaenseite der durchsichtigen Wand angeordnet istο

14») Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13 _f dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss ein Rohr ist, welches einen Innendurchmesser von 3 bis 20mm, vorzugsweise von 5 bis 12am aufweist_β

150 Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wandungsoberfläche des Rohres geschmiert iat

16o) Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15» dadurch gekennzeichnet', dass die Flüssigkeitssäule mit einer relativ kürzeren Säule einer Hilfsflüssigkeit überschichtet ist, welche mit der ersteren Flüssigkeit nicht mischbar ist und einen wesentlich niedrigeren Dampfdruck als diese aufweistο

17e) Messvorrichtung, im wesentlichen wie vorstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben und wie in diesen Zeichnungen veranschaulichte

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18.) Verfahren zur Messung der Position eines bewegbaren Objektes, dadurch gekennzeichnet, daee man Lioht auf eine reaktionsfähige Oberfläche projiziert, welche Bit den Objekt als ein Körper bewegbar ist und eine wesentliche Krümmung aufweist, wodurch das reflektierte Licht eine Katakauetika einhüllt und in der Nachbarschaft dieser Katakauetika Interferenzstreifen bildet, und daee man einen auegewühlten Interferenzstreifen unter Vergrößerung als Anzeige der Position des Objekte beobachtete

19·) Verfahren zur Messung eines Flüsuigkeitsspiegele, dadurch gekennzeichnet, dass man Licht auf einen stark gekrümmten Teil eines Meniskus projiziert, welcher an der Grenzstelle der freien Oberfläche der Flüssigkeit mit der Wandung eines Gefäsaes, welches die Flüssigkeit enthält, gebildet wird, wodurch das reflektierte Licht eine Katakaustika einhüllt und in der Nachbarschaft diese.».· Katakaustika Interferenzstreifen bildet, und dass man einen ausgewählten Interferenzstreifen unter Vergrösserung als Anzeige der Position der freien Oberfläche beobachtet.

20.) Verfahren zur Messung der Lage eines bewegbaren Objektes, beispielsweise zur Messung eines Flüssigkeitsspiegele, im wesentlichen wie vorstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben»

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