CH245723A - Vorrichtung mit einem Differentialmanometer. - Google Patents

Description

  



  Vorrichtung mit einem   Differentialmanometer.   



   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Differentialmanometer, bei dem die Niveaudifferenz mittels einer   Messflüs-    sigkeit gemessen wird.



   Differentialmanometer mit einem U-Rohr werden bekanntlich, infolge ihrer Einfachheit und hohen Messgenauigkeit, zu den verschiedensten Zwecken angewendet. Sie eignen sich besonders für den Aufbau von   Mess-    geräten und Reglern für Druck, Niveau und Durchflussmengen. Bei solchen Manometern ist ferner bekannt, die Druckdifferenz, das heisst den Höhenunterschied derbeiden Messflüssigkeitsspiegel, entweder auf mechanische oder elektrische Art zu messen.



   Bei der häufig angewendeten mechanischen Messung wird bekanntlich in einem Schenkel des U-Rohres ein Schwimmer auf den   Messflüssigkeitsspiegel    aufgesetzt. Dieser Schenkel dient dabei als   Schwimmerrohr,    der andere als   Druekrohr.    Die Bewegungen des Schwimmers werden meist über Hebel oder über eine Zahnstange auf ein   Räder-    getriebe übertragen und so zur Anzeige gebracht bezw. registriert. Solche Schwimmermanometer haben den Nachteil, dass die Verstellkraft für die Bewegung des Zeigerwerkes, Zählwerkes und eines allfälligen Schreibwerkes direkt durch den Auftrieb des Schwimmers geliefert werden muss.

   Die be  weglichen    Teile dürfen daher im allgemeinen nur geringe Reibung aufweisen und sind gegen Verunreinigungen und mechanische Be  anspruchungen    sehr empfindlich.



   Bei den elektrischen Messungen sind solche bekanntgeworden, bei denen eine   Queck-    silbersäule in verschiedenen Eohen angebrachte Kontaktstifte überbrückt, wobei zwischen den   gontaktstiften elektrische Wider-      stände    angeschlossen sind. Andere bekannte Anordnungen verlegen den elektrischen Widerstand als Widerstandswendel direkt in die Flüssigkeit. Solche Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass die Güte der Kon  taktherstellung    mit der Zeit nachlässt.



   Die vorliegende Erfindung betrifft eine , Vorrichtung mit einem Differentialmanometer, bei welchem zwecks Vermeidung von beweglichen oder der Abnützung unterworfenen Teilen die Niveaudifferenz ther  misch    gemessen wird.



   Es zeigen in der Zeichnung die
Fig.   1    ein thermisch wirkendes Differentialmanometer, die
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, ausgebil  det als Niveauregler,    die
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, ausgebildet als Durchflussmesser für Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, und die
Fig. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel, ausgebildet als   Wärmezähler.   



   Das Differentialmanometer in Fig.   1    weist zwei Messschenkelrohre 1 und 2 auf, welche durch ein Rohr 3 verbunden sind. Im obern Teil der beiden Messschenkelrohre sind zwei Anschlüsse 4 und 5 für die beiden   Druckrohre dargestellt, während    von unten her in jedes   Dfessschenkelrohr    ein Tauchrohr 6 bezw. 7 hineinragt, welches durch einen elektrischen Widerstand 8   bezw. 9    beheizt wird. Im untern Teil des   U-Rohres    befindet sich die Messflüssigkeit10, während der obere Teil desselben sowie die beiden Anschlussrohre vom Medium 11, dessen   Strömungs-    geschwindigkeit, Temperatur, Druck usw. w. gemessen werden soll, erfüllt sind.

   Damit die im Innern der beiden   Messschenkel    durch die Heizkörper 8 bezw. 9 entstehende Wärme von den äussern Wandungen des U-Rohres an die Umgebung rasch abgeführt wird, sind Kühlrippen 12 vorgesehen. Jeder der   Heiz-    widerstände 8 bezw. 9. liegt in Serie mit einer der gegeneinander geschalteten Stromspulen   13    eines Ferraris-Wattmeters.



   Solange nun in den beiden   Messschenkel-    rohren 1 und 2 ein gleich grosser Druck herrscht, stehen die Niveaus der   Messflüssig-    keit 10 auf gleicher Hohe. Da ferner die Me¯  schenkelrohre    gleich beschaffen sind und ihre Heizwicklungen 8 und   9 gleiche Wärmse-    mengen je Zeiteinheit erzeugen, so weisen die Tauchrohre 6 bezw. 7 ebenfalls gleiche Temperatur auf. Wirken jedoch auf die beiden Messschenkel unterschiedliche Drucke und stehen somit, wie in der Fig.   1    dargestellt, die Niveaus der Messflüssigkeit auf ungleicher Höhe, so ändern sich die thermischen Verhältnisse.

   Vorausgesetzt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Messflüssigkeit 10 verschieden ist von derjenigen des   Druck-      übertragungsmediums 11, tritt    in Richtung des Wärmeflusses von innen nach aussen eine unterschiedliche Tempera. tursenkung ein. Dabei wird in erster Annäherung angenommen. da. ss die Wärmeübertragung von der   Aussen-       wand der Me¯schenkel 1 und 2 an die Um-    gebung derart gut sei, dass dieselben auf ihrer ganzen Länge praktisch die gleiche Temperatur annehmen. Ist nun beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit der Messflüssigkeit 10 geringer als diejenige des   Druckübertragungs-    mediums 11, so tritt im Bereich der Mess   flüssigkeit eine grössere Temperatursenkung    ein als oberhalb derselben.

   Das Tauehrohr wird also unten eine höhere Temperatur   auf-    weisen als oben. ¯bertragen auf die Niveaulage in Fig.   1    wird somit die Durchsehnittstemperatur des Tauchrohres 6 (links) sinken,   diejenige des Tauehrohres    7 (rechts) steigen.



  Die Differenz der   Tauehrohrtemperaturen    ändert sich somit proportional mit der Niveaudifferenz der Messflüssigkeit im U-Rohr, wodurch die auf die Anschlussrohre 4 und 5 wirkende Druckdifferenz auf rein thermische Art gemessen werden kann. Die beiden, aus    temperaturabhängigem Widerstandsmaterial    bestehenden Heizwicklungen 8 und 9 reagieren dabei in der Weise, dass durch den gro  sseren    Strahlungsaustauseh im Tauchrohr mit der tieferen   Durchschnittstempera. tur    ebenfalls die Temperatur der Heizwicklung und somit ihr Widerstand sinkt, wÏhrend derjenige im   Tauehrohr    mit der höheren Durch  schnittstemperatur steigt.   



   Es ist   selbstverständlich,dass    das U-Rohr, im Gegensatz zur Anordnung nach der Fig.   1,    auch in ein die entstehende Wärme   weg-    fiihrendes Flüssigkeitsbad eingetaucht werden könnte. Anderseits kann auch die Messung der Temperaturdifferenz der beiden Tauchrohre auf irgendeine andere Weise vorgenommen werden. Beispielsweise ist dies möglieh durch zwei  bliche Stabausdehnungsf hler, die   zwecks Fernübertragung    des Messwertes den Luftspalt einer   Messdrossel    und damit die Impedanz derselben direkt verändern, wie dies beim Anwendungsbeispiel gemäss Fig. 3 noch näher erläutert werden wird oder indem diese Fühler einen KohIewiderstand beeinflussen.

   Soll keine   Fernübertragung statt-    finden, so kann zur   Messung der Temperatur-    differenz irgendein direkt anzeigendes Differenzthermometer verwendet werden, beispielsweise ein solches mit auf dem Prinzip der    Flüssigkeitsausdehnung bezw. Verdampfung    beruhenden Fühlern. Auch ist es nicht un   bedingt erforderlich, die Temperaturwerta      zwecks Fernübert. ragnng in    eine elektrische Messgrösse umzuwandeln. Die   Fernübertra-       gung könnte beispielsweise für Regelzwecke    auch pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. wenn zu diesem Zwecke die   Temperaturfüh-    ler als   entspreehende    Steuerorgane ausgebildet werden. 



   Bei der oben beschriebenen thermischen Messung der   Niveaudifferenz    eines Differen   tialma. nometers, erübrigt sich jegliche Betäti-    gung von empfindlichen,   beweglichen Vor-    richtungen. Es sind daher keine der   Abnüt-    zung ausgesetzte Teile, welche Reibungen er  zeugen,    vorhanden. Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, dass die erforderlichen Verstellkräfte zur Betätigung anzeigender,   zählender    und registrierender Instrumente nichtvon den Messsäulen selbst geliefert werden, sondern dass zu diesem Zwecke eine elektrische Hilfskraft vorgesehen ist. Die Voraussetzungen für eine hohe Messgenauigkeit und Betriebssicherheit sind daher gegeben.

   Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Messsäulen auch in Schräglage einwandfrei arbeiten, was' zur Erhöhung der Empfindlichkeit   ausge-    nutzt werden kann. Da für die Messflüssigkeit weder eine gute elektrische Leitfähigkeit zwecks Kontaktgabe noch ein kräftiger Auftrieb wie bei Einrichtungen mit Schwimmern erforderlich ist, kann eine Auswahl viel leichter getroffen werden. Für die Messung von kleinen Druckdifferenzen kann daher auch eine spezifisch leichtere Flüssigkeit zur Anwendung gelangen, so dass es möglich ist, die Empfindlichkeit weitgehend zu ver ändern unter Beibehaltung des   grundsätzli-    chen Aufbaues für verschiedene Messbereiche.



   Das beschriebene thermisch wirkende Dif  ferentialmanometer    lässt sich natürlich   über-    all dort verwenden, wo eine Druckdifferenz gemessen werden soll. So kann es beispielsweise als Druckmessgerät für Luft und Gase, wobei ein   Messschenkel    dem atmosphärischen, der andere dem zu messenden Druck ausgesetzt wird, verwendet werden. Wird ander  seits    ein   Messschenkel    unter konstantem Vakuum gehalten, während der andere einem veränderlichen Vakuum ausgesetzt wird, so erhält man ein   Vakuummessgerät.   



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann   z.    B. als Niveauregler für Flüssigkeiten ausgebildet sein, wie er beispielsweise in der Fig. 2 zur Darstellung gekommen ist. Der Flüssigkeitsspiegel 14 eines geschlossenen Be  hälters    15 soll durch Verändern des Zuflusses mittels eines Reglerorganes 16 konstant ge halten werden. Mit   1    und 2 sind wieder die beiden Messschenkelrohre und mit 4 und   5    die beiden Druckübertragungsrohre bezeichnet.



   Das linke   Messsohenkelrohr    1 steht über ein    Niveauausgleichsgefäss    17 unter dem gleichen
Gasdruck wie der Behälter 15, während das rechte Messschenkelrohr unter dem Druck der
Flüssigkeit im Behälter 15 steht. Eine    Niveaudifferenz    in den. beiden Messschenkel röhren verändert das Verhältnis der Ströme in zwei   gegeneinandergeschalteten    Strom spulen 13 eines Ferraris-Wattmeters 18, des sen Systemscheibe 19   und Dfittelkontakt    20 somit verdreht werden.

   Dies hat zur Folge, dass die beiden festen   Aussenkontakte    21 ab wechselnd betätigt werden, wodurch ein mit dem Ventil 16 zusammengekuppelter Servo motor 22 in der einen oder andern Richtung zu drehen beginnt und den   Flüssigkeits-    zufluss zum Behälter 15 im gewünschten
Sinne regelt. Durch zwei einstellbare Wider stände 23 kann die Lage des   Mittelkontak-    tes 20, das heisst der Sollwert der Niveau höhe, beliebig eingestellt werden. Mit 24 wurde die an die Spannung des Netzes a,   b    direkt angeschlossene Spannungsspule des    Ferraris-Wattmeters bezeichnet.   



   Ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung ist der in Fig. 3 schematisch dargestellte Durchflussmesser für   Flüssigkei-    ten, Gase und Dämpfe. Beim Strömen eines
Mediums durch eine Rohrleitung wird durch ein in letztere eingebautes   Drosselgerät    26, wie Blende, Düse, Venturirohr usw., ein
Druckabfall verursacht, welcher im folgen den als Wirkdruck bezeichnet wird. Dieser    Wirkdruck    wird über die   Druckrohre    4 und
5 auf die beiden   Messschenkelrohre    1 und 2 des Differentialmanometers   übertagen,    dessen elektrische Widerstandsheizkorper 8 und 9 hier direkt an das Netz a,   b    geschaltet sind.



   Die in den   Messsohenkelrohrohen    sich einstellende Temperatur wird durch an sich be kannte   Ausdehnungstemperaturfühler    27,28 gemessen, indem die entstehende Dehnung derselben die Stellung der beweglichen   An-    ker 29,30 eines eine   Doppeldrossesl    aufwei senden Impedanzferngebers 31,32 ebenfalls bekannter Art verändert. Die dadurch in den beiden   Drosselspulen entstehenden    Strom änderungen beeinflussen in Gegenschaltung den durch Spulen 13 erzeugten Stromtriebfluss eines   Ferraris-Instrumentes    18, dessen   Spannungsspule 24 wiederuni    direkt an der Netzspannung angeschlossen ist.

   Die Sy  stemscheibe      19    des Ferraris-Instrumentes verdreht sich dabei proportional der   Strö-      mungsgeschwindigkeit    des Mediums, da die angenähert quadratisch verlaufende Bezie  hung    zwischen der   Strömungsgeschwindig-    keit und   dem Wirkdruek in    den Impedanzspulen in ein lineares Verhältnis zwischen Strömung und Differenzstromstärke   umge-    wandelt wird.



   Es ist selbstverständlich, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur   messung gemäss den in den Fig. 1 und 2 ? dargestellten Ausführungsbeispielen vorge-    nommen werden kann. Die quadratisch verlaufende Beziehung zwischen   Strömungs-    geschwindigkeit   und Wirkdruek kann    in diesem Fall durch entsprechende Bewicklung der Widerstandsheizkörper 8,9 in ein   line-    ares Verhältnis umgewandelt werden.



   In der Fig. 4 ist als weiteres   Ausfüh-      rungsbeispiel    ein Wärmemengenzähler dargestellt. Für den Aufbau desselben wird beispielsweise ein Durchflussmesser verwendet, wie er oben beschrieben und in der   Fig. 3    dargestellt wurde, so dass der   Ferraris-Zähler    18 8 getrennt die durchgeflossene Menge zählt.



  Die Messung der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf 32 und Rücklauf 33 einer weiter nicht   dargestellten'Wärmeumformer-    anlage kann zweckmässigerweise durch Temperaturfühler 34, 35 und   Impedanzferngeber      36,    37 bekannter Art ermittelt werden und durch ein Ferraris-Instrument 38 in bereits beschriebener Schaltung zur Anzeige gebracht werden, wobei durch geeignete   Dimen-    sionierung die Ankerbewegung der Impedanzferngeber wieder so beeinflusst werden kann, dass zwischen Temperaturdifferenz und   Stromtriebfluss    Proportionalität erreicht wird.



  Die Bildung des Produktes Menge mal Tem  peraturdifferenz entsprechend    der zu   zählen-    den Wärmemenge erfolgt dadurch, dass das Ferraris-Instrument 18 mittels eines durch die   Systemscheibe 19 gesteuerten    Kontaktes   39    ein sogenanntes   Impulswerk    40 steuert, welches mit einem   Selbsthaltekontakt    41 und einem   ImpulsLontakt    4 ausgerüstet ist, wobei letzterer den   Ferraris-Zähler    38 je nach   Durehflussmenge    mehr oder weniger häufig für eine jeweils   constante    Zeitdauer   einschal-    tet.

   Auch bei dieser Anordnung ist es nicht unbedingt notwendig, die Temperaturmes  sung    wie angegeben vorzunehmen. Es kann vielmehr irgendeine, geeignete Temperaturmessmethode zur Anwendung kommen, insbesondere   kann dix    Temperaturmessung nach den in   Fig. l und 2 dargestellten    Methoden vorgenommen werden.



   Ein Wärmemengenzähler von sehr ein  fachem    Aufbau ist in der Fig. 5 dargestellt.



  Hier erfolgt die Temperaturmessung im   Vor-      lauf 32    und   33 mittels    zwei tem  peraturempfindlichen    Widerständen 43 bezw.



     44,    wobei die Differenz der beiden Messwerte durch   Gegeneinandersehaltung    zweier   Hälf-    ten der   Spannungsspule    45 eines Ferraris Zählers 46 erreicht wird. Anderseits   beein-      flusst    der durch die Strömung im Drosselgerät 26 gebildete   Widerdruck,    das hei¯t die dadurch entstehende Niveaudifferenz der   Messflüssigkeit 1 (1    in   denMessschenkelrohren    des thermisch wirkenden Differentialmanometers, die Temperaturen der als Widerstandsferngeber ausgebildeten elektrischen Heizkörper 8 und 9, deren Differenz durch die in Gegenschaltung angeschlossenen Stromspulen   13    des Ferraris-Zählers 46 zur. Auswirkung kommt.

   Durch geeignete   Bewick-      lung    der Heizkörper 8 und 9, wie   z.      B.    durch   ungleie-hmässige    Verteilung der Wicklung längs der Tauchrohre, wird die quadratische Beziehung zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Differenz der beiden Temperaturmesswerte der   Messschenkelrohre    wieder in eine proportionale Beziehung umgewandelt.



  Da nun der   Spannungstriebfluss proportional    zur Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und   Rüeklauf und    der   Stromtriebfluss    pro   po. rtiona. 1 zur Strömungsgeschwindigkeit    ist, misst der Ferraris-Zähler 46 das Produkt dieser Grössen, das heisst die Wärmemenge.



  Es ist   natürlieh    nicht notwendig, die Ferngeber in der dargestellten Reihenfolge an den   Ferraris-Zähler anzuschliessen,    ebensogut könnten die Ferngeber für die Temperaturmessung an die Stromspulen und diejenigen für die Mengenmessung an die Spannungsspule mit Mittelanzapfung angeschlossen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Vorrichtung mit einem Differentialmanometer, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche die Niveaudifferenz einer Messflüssigkeit thermisch ge- messen wird.

   UNTERANSPRUCHE 1. Vorrichtung nach Patentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialmanometer ein U-förmiges Rohr aufweist, dessen Messschenkelrohre mit Kühlrippen versehen sind.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messsehenkelrohre je ein mit einer elektrischen Heizwicklung versehenes Rohr eintaucht.

   3. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizwick- lungen der Tauchrohre ausser zur Beheizung der Messschenkelrohre auch noch zur Messung der in den Tauchrohren sich einstellenden Temperaturen verwendbar sind.

   4. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängigen Heizwiderstände jedes Tauehrohres in Reihe mit einer Stromspule eines Ferraris-Wattmeters liegen und die beiden Stromspulen gegeneinandergeschaltet sind.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit den Heiz- wicklungen und den Stromspulen je ein einstellbarer Widerstand vorgesehen ist.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass besondere Mittel zur Temperaturmessung in den Tauchrohren vorgesehen sind.

   7. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung in den Tauchrohren mit als Temperaturfühler dienenden Ausdehnungsstäben vorgenommen wird.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2,6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungsstäbe unmittelbar die Stellung der Anker von elektrischen Ferngebern beeinflussen.

   9. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 5, ausgebildet als Niveauregler für einen Flüssigkeitsbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der beiden Messschenkelrohre unter dem Druck der Behälterflüssigkeit steht, während das andere unter einem konstanten Druck steht, wobei die temperaturabhängigen Wider stände mit einem einen Mittelkontakt aufweisenden Triebsystem des Ferraris-Wattmeters zusammenarbeiten, derart, dass dessen Systemscheibe bei einer Änderung des zu überwachenden Niveaus verdreht wird und ein Flüssigkeitszufuhrventil steuert.

   10. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüehen 1 und 2, ausgebildet als Durchflussmesser für Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschenkelrohre vor bezw. hinter einer Durchgangsdrossel an die das Medium füh- rende Rohrleitung angeschlossen sind.

   11. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüehen 1, 2,6,7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungs- stäbe bei ihrer Längenänderung den Steuerstrom eines elektrischen Ferngebers beeinflussen.

   12. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2,6,7,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom einer elektrischen Messeinrichtung zugeführt wird.

   13. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 9-, 6,7,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom einer elektrischen Regeleinrichtung zugeführt wird.

   14. Vorrichtung nach Patenta. nspruch und den Unteransprüchen 1, 2, 6,7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewegung der Ausdehnungsstäbe die Impedanz einer elektrischen Drosseleinrichtung verändert wird.

   15. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 9, 6,7,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdeh nungsstäbe über Eohlenwiderstände den Steuerstrom beeinflussen.

   16. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, ausgebildet als Wärmezähler, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messsehenkelrohre vor bezw. hinter einer Durchgangsdrossel angeordnet sind und die der so entstehenden Druckdifferenz in den beiden Messschenkelrohren entsprechenden Temperaturen über Temperaturfühler auf ein Ferraris-Wattmeter einwirken, dessen Systemscheibe über einen Kontakt einImpulswerk steuert, welches die Spannungsspule eines weiteren, stromseitig mit in Vor-und Rücklauf angeordneten Temperaturfühlern gesehalteten Ferraris-Wattmeters zeitweilig an Spannung legt.

   17. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen l und 2. ausgebildet als Wärmemengenzähler, dadurch gekennzeich- net, dass die Temperaturdifferenz in Vorund Rücklauf durch zwei temperaturabhängige, an einer mit Mittelanzapfung versehe- nen Spannungsspule des Ferraris-Wattmeters liegende Widerstände gemessen wird.

   18. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Tauchrohren angebrachten, temperaturabhängigen Heiz- wicklungen über die Länge der Tauchrohre ungleichmässig verteilt angeordnet sind.