-
Ringwaage zur Strömungsmessung mit selbsttätiger Berichtigung der
Messung nach dem Zustand des Mediums Zur Ermittlung der Menge eines Dampfes oder
Gases muß man bei dem bisherigen Stande der Meßtechnik mindestens drei Messungen
ausführen, und zwar müssen außer der eigentlichen Volumen- bzw. Differenzdruckmessung
Druck und Temperatur bestimmt werden. Die letzten beiden Messungen sind erforderlich,
um das gemessene Volumen auf einen Normalzustand zu beziehen. Beschränkt man sich
auf die Messung des Volumens bzw. Druckunterschiedes an einem Staurand, so findet
man keine vergleichbaren Werte, wenn Temperatur und Druck veränderlich sind. Daher
ist es z. B. unmöglich, eine richtige Mischung zweier Gase (Gas und Luft bei der
Verbrennung oder Starkgas und Schwachgas bei der Herstellung von Mischgas) auf Grund
von Mengenmessungen herzustellen, wenn man nicht die Menge vorher auf einen Normalzustand
umrechnet, wozu der Druck und die Temperatur ermittelt «-erden müssen. Diese umständlichen
Messungen sind- sowohl bei der Mengenmessung nach dem Strömungsprinzip als auch
bei der volumetrischen Messung erforderlich. Besonders bei Dauermessungen verursacht
es große Mühe, Druck und Temperatur in der richtigen Weise zu berücksichtigen. Menge,
Druck und Temperatur müssen registriert und die einzelnen Streifen planimetriert
werden, damit aus den Mittelwerten die Normalkubikmeterzahl bestimmt werden kann.
Abgesehen von den dreifachen Geräten mit den entsprechenden Anschaffungs- und Wartungskosten
erfordert die richtige Messung eine mühselige Auswertungsarbeit. Außerdem sind Fehler
und Ungenauigkeiten auch bei größter Sorgfalt unvermeidlich.
-
Man hat deshalb bereits häufig versucht, diese Berichtigung der Mengenmessung
selbsttätig vorzunehmen. So ist es z. B. zu. diesem Zweck bei Ringwaagen, die in
Verbindung mit einer Drossel als Mengenmesser dienen, bekannt, das die Richtkraft
der Ringwaage bildende Gewicht durch ein auf die Zustandsänderungen des zu messenden
Mediums ansprechendes Meßinstrument zu verschieben, so daß sein Drehmoment sich
ändert. Bei den bekannten Vorrichtungen wird das Gedicht durch das Meßinstrument
längs einer Stange durch mechanische Getriebe bewegt. Sie haben daher erhebliche
Reibungswiderstände, und die Messung wird dadurch ungenau.
-
Im folgenden wird eine Ringwaage beschrieben, mittels derer die oben
bezeichnete Aufgabe in einfacher Weise gelöst werden kann. Die Ringwaage wird, wie
üblich, von einem an einer Drosselstelle entstehenden Differenzdruck beeinflußt.
Sie ist bekanntermaßen durch ein Gegengewicht so belastet, daß sie unmittelbar den
Wurzelwert aus dem Differenzdruck anzeigt. Als Gegengewicht wird erfindungsgemäß
ein mit Quecksilber
oder einer anderen Sperrflüssigkeit gefülltes
Gefäß benutzt, welches unter dem Druck des strömenden Mittels in der Hauptleitung
stehend nach Art einer Ouecksilberwaäge mit einem zweiten feststehenden Gefäß verbunden
ist, in welchem oberhalb der Sperrflüssigkeit eine bestimmte Menge des strömenden
Mittels eingeschlossen ist. Diese wird zwecks Temperatur- und Druckberücksichtigung
auf der gleichen Temperatur wie das Strömungsmittel in der Hauptleitung gehalten.
Falls nur der Druck berücksichtigt werden soll, genügt es, die Temperatur des eingeschlossenen
Mediums konstant zu halten. Durch die Ausdehnung der eingeschlossenen Menge bei
wechselndem Druck und wechselnder Temperatur wird mehr oder weniger Quecksilber
in das als Gegenbelastung der Ringwaage dienende Gefäß gedrückt. Bei geeigneter
Bemessung der Querschnitte und der. Menge der Sperrflüssigkeit und des eingeschlossenen
Strömungsmittels wird das Gegengewicht dem spezifischen Volumen des Strömungsmittels
verhältnisgleich gehalten, so daß der Ringwaagenäusschlag dem Ausdruck verhältnisgleich
ist, wobei 1a der an der
Drosselstelle entstehende Differenzdruck und V das spezifische Volumen des Strömungsmittels
ist. Eine solche Vorrichtung läßt sich für alle strömenden Mittel anwenden und kommt
vornehmlich für Gas und Dampf, jedoch auch für heißes Wasser und andere Flüssigkeiten
in Frage.
-
In der Abbildung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
die beispielsweise bei der Messung von Druckluft angewandt werden kann. Der am Staurand
i entstehende Druckunterschied wird durch die Meßleitungen 2 und 3 auf die Kammern
und 5 der Ringwaage übertragen. Das als Gegengewicht dienende Gefäß 6 ist mittels
der Lenker 7 und 8 so- aufgehängt, daß der Ausschlag der Ringwaage dem Wurzelwert
des Differenzdruckes verhältnisgleich ist. Durch die Leitung 9 mit dem elastischen
Zwischenstück io ist das Gegengewicht 6 außerdem mit der Meßleitung 2 verbunden.
Im Gefäß 6 herrscht also normalerweise der gleiche Druck wie vor dem Staurand i.
Vom Gefäß 6 führt ferner eine elastische Leitung i i zum feststehenden Gefäß 12.
Beide Gefäße sind zum Teil mit einer Sperrflüssigkeit 13 gefüllt. Oberhalb dieser
Sperrflüssigkeit befindet sich im Gefäß 12 eine abgeschlossene Menge des Strömungsmittels.
Um das Gefäß 12 auf der gleichen Temperatur zu halten wie das Gas in der Hauptleitung,
wird es in einem isolierten Kasten 1¢ untergebracht, welchem durch die isolierte
Leitung 15 ein Teil des Strömungsmittels zufließt. Dieses gelangt durch die Leitung
16 wieder in die Hauptleitung zurück.
-
Das Gegengewicht 6 soll z. B. bei einem Druck von i ata und einer
Temperatur von 2 7 3 ° ab s. 2 kg wiegen und die im Gefäß 12 untergebrachte Menge
des Strömungsmittels bei gleichem Druck und gleicher Temperatur ein Volumen von
147 cm' einnehmen. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Steigt der
Druck in der Hauptleitung auf 2 ata, so wird die im Gefäß 12 eingeschlossene Luftmenge
zusammengedrückt und ihr Volumen auf die Hälfte vermindert (der dabei auftretende
-Höhenunterschied der beiden Quecksilberspiegel im Gefäß 6 und 12 soll zunächst
vernachlässigt werden). Es fließen also 73,5 cm3 aus dem Gefäß 6 heraus, und dieses
wird uni 73,5 # 13,6 - i ooo g leichter, d. h. bei doppeltem Druck wird das Gegengewicht
halbiert. Steigt umgekehrt die Temperatur des Gases in der Hauptleitung z. B. auf
273° C, so verdoppelt sich das Volumen der im Gefäß 12 eingeschlossenen Luft. Es
werden, wiederum von der Verschiebung der Quecksilberspiegel abgesehen, 147 cm'
bzw. 2 kg Quecksilber in das Gefäß 6 hineingeleitet. Das Gewicht wird also bei verdoppelter
absoluter Temperatur verdoppelt. Ganz allgemein würde für das Gegen= gewicht die
Bezeichnung gelten dabei ist
G das jeweilige Gewicht in Kilogramm, G, das beim Normalzustand des Gases herrschende
Gewicht, Tl das jeweilige spezifische Volumen des strömenden Mittels, ho das spezifische
Volumen des strömenden Mittels im Normalzustand.
-
Zum Ausgleich der Fehler, die beim Heben und Senken des Gewichtes
6 entstehen, kann man auch ein zusätzliches Tauchgewicht, eine Tauchglocke oder
andere Vorrichtungen verwenden, welche das Gewicht um so schwerer machen, je höher
es gehoben wird. Zum Teil wird dieser Fehler dadurch ausgeglichen, daß die elastische
Verbindung ii das Gewicht 6 um so mehr belastet, je weiter die Ringwaage ausschlägt.
-
Die oben beschriebene Vorrichtung für Ringwaagen, welche den Wurzelwert
eines Differenzdruckes zeigen, läßt sich bei entsprechender Aufhängung des Gegengewichtes
natürlich auch dann verwenden, wenn beliebige andere Zusammenhänge zwischen Meßkraft
und Ausschlag hergestellt werden sollen, ebenso wie man durch entsprechende Kälibrierung
der Querschnitte verschiedene Zusammenhänge zwischen Meßkraft, Druck und Temperatur
herstellen kann. Ganz allgemein
eignet sich eine Ringwaage, wie
oben beschrieben, also zurre Messen einer beliebigen Funktion von Menge, Druck und
Temperatur.
-
Durch die neue Ringwaage dürfte die Strömungsmessung wesentlich an
Bedeutung gewinnen. Bei der Überwachung von Preßluftnetzen, bei der Windnrengenmessung
für Hochöfen und bei der Messung von Ferngas mit schwankendem Druck kann man unmittelbar
Normalkubikmeter zeigen, schreiben und zählen. Vor allem ist die selbsttätige Berichtigung
der Temperatur wichtig. Schon die Schwankungen der Tagestemperatur stören die Mengenmessung
ganz erheblich. Auch bei höherer Temperatur läßt sich die neue Ringwaage verwenden.
So ist es z. B. möglich, die Abgasmenge eines Ofens unabhängig von der Abgastemperatur
sofort in Normalkubikmeter zu messen. Ebenso kann nran bei Darnpftnengenmessung
auch bei größten Druck- und Temperaturschwankungen unmittelbar die Dampfmenge in
kg/Std. bestimmen. Diese wenigen Beispiele zeigen, welch großen Fortschritt die
oben beschriebene Ringwaage mit selbsttätiger Berichtigung von Druck und Temperatur
darstellt.