CH123359A - Vorrichtung zur Messung der Menge von strömenden, gasförmigen Stoffen. - Google Patents

Description

  Vorrichtung     zur    Messung der Menge von strömenden, gasförmigen     Stoffen.            Oregenstand    vorliegender Erfindung ist eine  Vorrichtung zur Messung der Mengen von  strömenden Gasen und Dämpfen mit Hilfe  einer     Messdüse,    wobei die     Messausschläge,    und  zwar auch bei     Schwankungen    des spezifischen  Gewichtes des Fluidums proportional den die       Messdüse    durchfliessenden Gewichtsmengen       varieren.    Der Vorrichtung liegt zu Grunde  die Formel -für das in der Zeiteinheit durch  eine     Messdüse    fliessende Dampf- respektiv  Gasgewicht.

    
EMI0001.0010     
    Hierbei bedeutet:  G das genannte Gewicht,       yc    den     Ausflusskoeffizienten    der     Messdüse,     F den Querschnitt der     Messdüse,          g    die Beschleunigung der Schwere,  <I>r</I> das spezifische Gewicht, und     pi-p2    die  Druckdifferenz beidseitig der     Messdüse.     Die Berücksichtigung des spezifischen       Gewichtes    geschieht entsprechend dieser  Formel derart, dass sie :schon vor -der Aus  wertung des Wurzelausdruckes erfolgt.

   Dies  ermöglicht beispielsweise eine Ausbildung der    Vorrichtung als aufzeichnendes Instrument,  bei welcher Länge und Drehpunkt des Schreib  hebels unverändert bleiben, so dass die vom  Schreibstift beschriebenen Bogen bei jedem  Druck mit den üblichen Bogenordinaten  übereinstimmen.  



       Fig.    1 und 2 beziehen sich auf eine erste  Ausführungsform, wobei der Druckabfall, der  zum Beispiel in einer Dampfleitung durch  Einbau eines Hindernisses     (Messdüse)    erzeugt  wird, auf die Spiegel zweier kommunizieren  der Quecksilbersäulen eine Niveaudifferenz  hervorbringt.

   In     Fig.    1 ist     pi    der grössere und       p2    der kleinere Druck,     fi    und     f        z    sind die  entsprechenden Quecksilberoberflächen und     hi     und     h2    die     Niveaudifferenzen,    wobei zunächst  das spezifische Gewicht des Fluidums kon  stant und gleich r vorausgesetzt wird;

         Fig.    2 ist für den laufenden Wert     rn    des  variablen spezifischen Gewichtes des Fluidums  gezeichnet; darin bedeuten     f'2    den zugehö  rigen laufenden Wert der veränderlichen  Grösse des Quecksilberspiegels und A, sowie       h'2    zugehörige     Quecksilberspiegelhöhen;              Fig.    3 zeigt     beispielsweise    schematisch  einen Teil einer solchen Ausführungsform  mit kommunizierenden Quecksilbergefässen;

         Fig.    4 veranschaulicht ebenfalls beispiels  weise und schematisch einen Teil einer zwei  ten Ausführungsform mit einer     Membrandose;          Fig.    5 zeigt schematisch eine     Wälzhebel-          anordnung,    mittelst deren die mechanische       Auswertung    des Wurzelausdruckes erfolgt;       Fig.    6 stellt einen     Zahnkurventrieb    dar,  welcher zur Übertragung einer Manometer  bewegung dient, durch welche in beiden Aus  führungsformen,     Fig.    3 und 4, das wechselnde  spezifische Gewicht des Fluidums berücksich  tigt werden soll.  



  In     Fig.    3 ist 1 die Zuleitung des Druckes       pi,    welcher vor der     Messdüse    entnommen ist,  in das Quecksilbergefäss 2, welches durch die  Verbindungsleitung 3 mit dem andern Schen  kel 4 verbunden ist, auf welches durch die  Zuleitung 5 der Druck<I>p2</I> nach der     Messdüse     wirkt. Auf dem Quecksilberspiegel im  Schenkel 4 ist der Schwimmer 6, dessen  Bewegung durch den Hebel 7 auf das in  dieser Figur nicht dargestellte     Wälzhebel-          system,    mit dessen Hilfe auf einen ebenfalls  nicht gezeichneten Schreibapparat übertragen  wird.

   Das Quecksilbergefäss, welches den  Schenkel 4 bildet, hat eine Erweiterung 8  zur Veränderung der Grösse des Quecksilber  spiegels, zu dessen Variation der Kolben 9  dient. Derselbe wird betätigt durch ein Mano  meter, bestehend aus einem Zylinder 10 und       einem    Kolben 11 mit Kolbenstange 12 mit  Druckzuleitung 13. Als Gegenkraft wirkt auf  den     Mariometerkolben    die Feder 14 und zur  Übertragung der     Manometerbewegung    auf die  Kolbenstange 15 dient der Hebel 16, an  dessen Stelle     zweckmässigerweise    ein in     Fig.    6  dargestelltes     Zahnkurvengetriebe    treten     kann.     



       Fig.    4 erläutert ein weiteres Ausführungs  beispiel. Der Hub der in den Kasten 1 ein  geschlossenen, innen dem Druck     pi,    aussen  dem Druck p2 ausgesetzten     Membrangruppe    2  wird     mittelst    des Winkelhebels 3, 4 zwecks  Vermeidung einer     Längsstopfbüchse    in eine  Winkelbewegung verwandelt, um ausserhalb    wieder in eine Längsbewegung der Stange  rückverwandelt zu werden. Mit 5 ist ein ver  schiebbares, durch die beiden Rollen 6 ge  tragenes Organ verbunden, welches seinerseits  einen senkrecht zu 5 verschiebbaren Schlitten  7 mit der daran befestigten Rolle 8, trägt.

    Der um die Achse 9 drehbare Hebel 12 legt  sich durch die Wirkung des Gegengewichtes  10 an die Rolle 8, so dass seine Winkelbe  wegung bei konstantem Druck     pi,    bis auf  Fehler zweiter Ordnung den     Längsbewegungen     der Stange 5 und damit dem Quadrat der  Dampfmenge proportional wird. Die Berück  sichtigung des Druckes geschieht durch Ver  schieben des Schlittens 7,     bezw.    der Rolle 8,  mittelst des     Federmanometers    11 entsprechend  dem absoluten Drucke des Dampfes in der  Leitung.

   Wird der Druck,     bezw.    das spezi  fische     Uewieht    grösser, so wird die     Entfernung     des     Auflagepunktes    des Hebels 12 vom Dreh  punkt 9 kleiner und dadurch bei demselben  Hub der Membrane,     bezw.    der Stange 5 der  Winkelausschlag des Hebels 12 und damit  der anzeigenden Teile des Instrumentes grösser.

      Ist bei einer Vorrichtung, welche beispiels  weise aus einem     Flüssigkeits-Differential-          Manometer    mit kommunizierenden Queck  silbergefässen besteht, von welchen das unter  dem kleineren Drucke stehende einen Schwim  mer enthält, vorerst bei unveränderlich Be  dachtem spezifischen Gewichte r des Dampfes  oder Gases (F     ig.    1),     hi    die     Senkung    des       Quecksilberspiegels    in dein unter dein Druck       pi    stehenden Gefäss mit dem Querschnitte<B>l',</B>  und     lt2    der Hub des     Quecksilberspiegels    im  Schwimmgefäss (Druck p2, Querschnitt<B>f2),</B>  ist ferner,

   bei gleichem Druckunterschiede       pi   <I>p2,</I>     li.'i    die     Senkung,        h'2    der Hub des  Quecksilbers bei veränderlichem spezifischen  Gewichte     rn        (Fig.    2), so ist die Bedingung  
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         zir    erfüllen, damit der Schwimmerhub ent  sprechend     beeirrfiul,)t    wird. Hierbei sei:     r"        G        (,     dass die Berichtigung in einer Multiplikation  mit einer Zahl kleiner als 1 zum Ausdruck  kommt.

   Da zwischen der) Querschnitten der      kommunizierenden Gefässe und den Verschie  bungen der Quecksilberspiegel die Bezie  hungen<I>f</I>     i        hi   <I>= f 2 h2</I>     bezw.   <I>f</I>     i        h'i   <I>- f'2 h'2</I>  und     hi        _-   <I>h2 =</I>     h',        +   <I>h'2</I> (wegen des unver  änderlichen     Druckunterschiedes        pi-p2)    herr  schen müssen,

   so muss die zum spezifischen       (@rewicht        r"    gehörende     Querschnittfläche    f'2  des Schwimmergefässes grösser werden als die  zum spezifischen Gewichte r gehörende Fläche  f2, damit der Schwimmerhub kleiner wird.  



  Zur Vergrösserung der Fläche des Schwim  mergefässes wird nun ein rechteckiger Kolben  9     (Fig.    3, in einem an das Schwimmergefäss  senkrecht zur     Schwimmeraxe    als Erweiterung  ausgebildeten Hohlkörper 8 rechteckigen  Querschnittes verschoben. Der Kolben 9 steht  unter dein Einfluss eines Federmanometers  10-14, auf welches der Druck An in der  Leitung wirkt.

   Die Grösse der erforderlichen  Flächenvergrösserung V (Hub H des Kolbens 9  mal Kolbenbreite     b)    ergibt sich aus den vor  stehenden Gleichungen und der Beziehung       p   <I>=</I>     f"-f2   <B>mit
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  </B>  Ersetzt man in dieser Gleichung die spe  zifischen Gewichte durch die absoluten Dampf  drücke, also<I>r</I> durch     a        #   <I>p</I> und     rn    durch<I>an</I>     p.,       wobei die Werte     a    und an aus einer Dampf  tabelle zu ermitteln sind, und ersetzt die  Drücke selbst wieder durch die den Über  drücken verhältnisgleichen Federwege, s mm  bei (p-1)

   Atmosphäre     sn    mm bei     (pn-1)     Atmosphäre und
EMI0003.0028  
   mm, für eine At  mosphäre, so ergibt sich der Hub des Kolbens  mit
EMI0003.0029  
    Die Art der Übertragung des Federhubes  auf den Kolbenhub wird durch das jeweilige  Übersetzungsverhältnis zwischen H und     s.     bestimmt, das beispielsweise durch die beiden       Zahnkurventriebe    I und     II        (Fig.    6) hergestellt  werden kann, wobei die Ausbildung der     un-          runden    Räder von Il der vorstehenden Glei  chung entspricht.  



  Um ungeachtet der Reibung im Hohlkörper  8 und in sämtlichen Übertragungsmitteln die  Bewegung des Federmanometers sich richtig    auswirken zu lassen, wird     zweckmässigerweise          zwisehen    das Federmanometer und den Kol  ben 9 ein mechanisches oder elektromecha  nisches Relais eingeschaltet.  



  Beim zweiten     Ausführungsbei>piel,    wo  als     druckdifferenzempfindliches    Organ eine       Membrandose    zur Anwendung kommt, ergibt  sich für die Druckberichtigung folgendes Bild:  Bezeichnet l die Länge des wirksamen Armes  des Hebels 12     (Fig.    4) (vom Drehpunkt 9  bis zur Auflage bei 8) beim (höchsten) Druck  p in der     Leitung    vor der     Messstelle,        1n    seine  Länge bei einem beliebigen niedrigeren  Drucke     pn    und werden auch hier die spezi  fischen Gewichte<I>r</I> und     rn    durch<I>a</I>     (s+z),

            bezw.    an     (sä        +    z) ersetzt, so soll die Bedingung  <I>l :</I>     7n   <I>= a</I> (s     +    z) : an     (s"        +    z) erfüllt sein und  daraus ergibt sich die Verschiebung der Rolle  8 zu:
EMI0003.0055  
   Dies  ergibt     wiederum    einen     Zahnkurventrieb.    In  Fällen, wo der Unterschied zwischen a und an  gering ist, kann der Kurventrieb in der prak  tischen Ausführung durch einen Doppelhebel  ersetzt werden.  



  Zur     Radizierung    der indizierten Druck  differenz und damit zur linearen Darstellung  der gemessenen Menge dient ein     Wälzhebel-          paar    wie in     Fig.    5 schematisch dargestellt ist.  



  Der Hebel     a    hat seinen Drehpunkt bei A.  Derselbe     entspricht    dem Drehpunkt des He  bels 7 in     Fig.    3 sowie der     Age    9 auf     Fig.    4.  Der Hebel     b    mit Drehpunkt B lehnt sich  mit seiner Wälzkurve an diejenige des Hebels       a    und vermöge des (punktiert gezeichneten)  Gegengewichtes c folgt der Hebel     b    der Auf  wärtsbewegung des Hebels a, wenn derselbe  durch das     druckdifferenzempfindliche    Organ  gedreht wird.

   Der Hebel b trägt den (strich  punktiert angedeuteten)     Schreibbebel    d oder  ein in seinem Drehpunkte angebrachtes, in  der Zeichnung nicht angedeutetes Übersetzungs  getriebe für einen Zeiger zur Anzeige auf  einem     Zifferblatt,    oder auch beides.  



  Die Form der Wälzkurven muss der Be  dingungsgleichung  
EMI0003.0073     
    genügen, wobei a der Verdrehungswinkel des      Hebels<I>a</I> um dessen     Axe    A, und     ss    der ent  sprechende Verdrehungswinkel des Hebels b  um dessen     Axe    B, und k eine Konstante  darstellt.

   Ferner ist die Summe der     Vektoren          7-a    und     rss    konstant, und zwar gleich dem Ab  stande e der beiden Drehpunkte<I>A</I> und<I>B,</I>  das heisst die Berührungspunkte der beiden  Wälzkurven     befinden    sich stets auf der Ver  bindungslinie     A-B.    Für zwei koordinierte  Punkte ist das Übersetzungsverhältnis  
EMI0004.0009     
    und obige Bedingungsgleichung     differenziert,     ergibt:  
EMI0004.0011     

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Messung der Menge von strömenden, gasförmigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz in der Leitung des zu messender) Fluidums, erzeugt durch ein dort eingebautes Hindernis, auf ein manometrisches Organ wirkt, welches derart in Abhängigkeit von einer Zustandsgrösse des Fluidums gebracht wird, dass dessen Ausschlag mindestens annähernd proportional mit dem Produkte des spezifischen Gewichtes des zu messenden Fluidums und der genann ten Druckdifferenz variert, und dass ferner dieser Ausschlag auf ein Wälzhebelsystem übertragen wird, durch welches die Quadrat wurzel aus dem genannten Produkte mecha nisch ausgewertet wird.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, bei welcher das manometrische Organ ein Quecksilber-Differential-Manometer mit kommunizierenden Gefässen ist, von wel chen das unter dein kleineren Druck stehende einen Schwimmer enthält, da- durch gekennzeichnet, dass die Querschnitt fläche des Schwimmergefässes selbsttätig so geändert wird, dass bei gleichbleibendem Druckunterschied an den beiden Messstellen der Schwimmerhub sich im gleichen Ver hältnis wie das spezifische Gewicht des gasföri)iigen Stofffes,

   in der Leitung vor der ersten Messstelle ändert. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem senk recht zur Schwimmeraxe an das Schwim mergefäss angeschlossenen Hohlkörper recht eckigen Querschnittes dicht eingebauter Kolben mit einem unter dem Druck in der Leitung vor der ersten Messstelle stehenden Federmanometer derart ver bunden ist, dass die auf den Kolben über tragenen Ausschläge des Manometers, Kolbenhube ergeben, welche der Gleichung': EMI0004.0029 entspre chen. 3.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass zwischen das Federmanometer und den Kolben in dem an das Schwimmergefäss angeschlossenen Hohlkörper ein aus einer Zahnstange und einem kreisförmigen Zahnsegment bestehendes Getriebe (I) und ein aus einem urrunden Rad und einer zage- hörigen Zahnstange bestehendes Getriebe (II) eingeschaltet ist, wobei die Über setzungskurve des (xetr-iebes (II) durch die im Unteranspruch 2 angeführte Glei chung bestimmt ist. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, bei welcher das manornetrische Organ ein Membran-Differential-Manometer ist, da durch gekennzei(Inet, dass die Lage eines Schlittens auf einer die Membranbewegung mitmachenden Schubstange selbsttätig so geändert wird, dass bei gleichbleibendem Druckunterschied an den beiden Messstellen die Schlittenbewegung nach Massgabe der Änderungen des spezifischen Gewichtes des gasförmigen Stoffes in der Leitung vor der ersten Messstelle erfolgt. 5.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass ein an der die Mernbranbewegung mitmachenden Schub stange senkrecht zu ihr angeordneter Schlitten unter dem Einflusse eines unter dem Drucke des gasförmigen -Stoffes in der Leitung vor dem Messgeräte stehenden Federmanometer derart verschoben wird dass eine an ihm vorgesehene Rolle an einer durch ein Gegengewicht an diese Rolle angedrückten Hebel in solchen Ab ständen von dessen Drehaxe angreift, dass die wirksame Länge und damit die Win kelbewegungen des Hebels, von der die Ablesung, Registrierung und Zählung ab geleitet wird, der Gleichung EMI0005.0006 entsprechen. 6.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass zwischen das Federmanometer und den auf der die Membranbewegung mitmachenden Schub stange gleitend angeordneten Schlitten ein aus einer Zahnstange und einem kreis förmigen Zahnsegment bestehendes Getriebe (I) und ein aus einem unrunden Rad und einer zugehörigen Zahnstange bestehendes Getriebe (II) eingeschaltet ist, wobei die Übersetzungskurve des Getriebes (II) durch die im Unteranspruch 5 angeführte Glei chung bestimmt wird. 7.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des manometrischen Organs in eine drehende Bewegung eines ersten Hebels übergeführt wird, dessen eine Seite Kurvenform hat, an welcher sich ein zweiter Hebel, eben falls mit Kurvenform, bei der Bewegung abwälzt, derart, dass die Ausschlagswinkel der beiden Hebel einer quadratischen Gleichung genügen, und zwar so, dass der Ausschlagswinkel des ersten Hebels dem Quadrate des Winkels des zweiten pro portional ist, wobei die zusammengehörigen Kurvenpunkte bei ihrem Zusammenfallen stets auf der Verbindungslinie der beiden Hebeldrehpunkte liegen. B.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 7, bei welcher das Folgen des zweiten Hebels, welcher zugleich mit dem Anzeigeorgan des Apparates verbunden ist, dem ersten Hebel durch ein* Gegengewicht bewirkt wird.