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Mengenmesser für pulsierende Strömung Es sind Mündungsströmungsmesser
für kurzperiodisch schwankende Strömungen bekannt, bei denen die Druckunterschiede
an der Drosselstelle durch ein Differentialmanonieter mit möglichst massenlosen
beweglichen Teilen und einer die Kolbenbewegung dem Wurzelwert des wirksamen Druckunterschiedes
proportional machenden Gegenkraft angegeben werden, wobei die Kolbenbewegung mittels
einer elastischen Kupplung auf die mit einer Dämpfung versehene Arizei.gevorrichtung
übertragen wird. Die bis heute bekanntgewordenen _ Instrumente dieser Art weisen,
durch die Ausführungsform bedingt, zu große Trägheitskräfte auf, um dem raschen
Spiel der Druckunterschiede an der Drosselstelle folgen zu können. Der Vorgang wird
durch die in Erscheinung tretenden Massenkräfte stark verzerrt. Die infolgedessen
an sich fehlerhafte Anzeige wird durch auftretende Reibungswiderstände noch mehr
gefälscht. Um diese Fehlerquellen auszuschalten, wird allgemein der Vorschlag gemacht,
zunächst die Differenzdrucke durch einen sehr leicht gehaltenen Mechanismus unverzerrt
und unverfälscht als Ausschlag oder Hubbewegung darzustellen und dann durch einen
möglichst massenlos gehaltenen Radiziermechanismus die Radizierung vorzunehmen.
Da aber der Radiziermechanismus in seiner Bewegung unbedingt zwangsläufig und verzerrungsfrei
jener des Stellorgans folgen muß und dabei von sich aus keine federnden Kräfte o.
dgl. aufweisen darf, waren Gelenke unvermeidlich, welche einer sehr raschen wechselvollen
Bewegung ausgesetzt sind und deshalb widerstandsfähig und stark ausgebildet sein
müssen; andererseits sind die durch den Mechanismus zu übertragenden Kräfte verhältnismäßig
groß. Es entstehen also unerwünschte Ma"ssenanhäufizngen an bewegten Teilen. Andere
Ausführungen suchen die Gelenke teilweise zu vermeiden und wählen als Radiziermechanismus
sehr dünne Blattfedern, deren Endpunkt, in der Richtung der Feder bewegt, eine Ausbiegung
der Feder quer zur Längsrichtung bedingt, wobei der Winkelausschlag am festgehaltenen
Ende sehr nahe proportional der Wurzel aus dem Weg des bewegten Endes ist. Ebenso
wie die Gelenke durch die schnelle Bewegung sehr bald zerstört werden, verlieren
auch derartige Federn infolge der fortgesetzten, unregelmäßigen Biegebeanspruchung
ihre ursprüngliche Form und damit ihre radizierende Eigenschaft vollkommen. Sie
unterliegen also genau so wie ' die häufig als Stellorgan verwandten Membranen gewissermaßen
einer dauernd wechselnden Biegeprobe, die in kurzer Zeit entweder zu einer Deformation
oder zum Bruch führt. Abgesehen davon haftet aber solchen Vorrichtungen von vornherein
der Fehler an, daß der Federdruck in Richtung der Bewegung des freien Endes keine
lineare Funktion dieses Weges ist und daher rückwirkend die Bewegung des Stellorgans
fälscht.
Erfindungsgemäß sollen die Massenwirkungen und auch die
Reibungswiderstände usw. dadurch auf ein vernachlässigbar kleines Maß leerabgedrückt
werden, daß das Stellorgan gleichzeitig einen Teil' des Radiziermechanismus bildet,
die Bewegung des die Rückstellkraft liefernden Organs vernachlässigbar klein gemacht
wird und die Einrichtung so getroffen ist, daß nur Zugkräfte übertragen und Gelenke
vermieden werden. Dieses alles wird dadurch' erzielt, daß das in bekannter Weise
als um eine Achse verschwenkbarer Flügel ausgebildete Stellorgan kreisbogenartig
gekrümmt ist und achsseitig an diesem Kreisbogen ein in an sich bekannter Weise
eine Rückstellkraft lieferndes. federbelastetes Zugorgan befestigt ist, welches
dadurch, daß es beim Ausschlag des Stehorgans mehr oder minder auf der kreisbogenförmigen
Wölbung aufliegt, den Ausschlag der Wurzel aus der Meßgröße verhältnisgleich macht.
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Im folgenden soll an Hand einiger schematisierter Konstruktionsbeispiele
die Wirkungsweise erläutert werden.
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In Abb. i ist ein geschlossenes Gehäuse a. dargestellt, welches zwei
Zuleitungen b und c besitzt. a ist in bekannter Weise durch eine bewegliche Scheidewand,
hier beispielsweise einen Flügel d, in zwei Kammern geteilt, von denen die eine
mit b, die andere mit c in Verbindung steht. d ist um eine etwa in Schneiden gelagerte
Achse e schwenkbar und schließt ringsum mit c, dicht, aber gegen a leicht beweglich
ab. Im Drehpunkt e ist ein Seil f o. dgl. an d befestigt, welchem durch eine. Spannfeder
g eine konstante 'Zugkraft mitgeteilt wird. g kann dabei entweder im Gehäuse a befestigt
sein oder an seinem unteren Ende eine mit starker Dämpfung behaftete Masse tragen.
Durch eine kreisartige Ausbildung des Flügels d, der durch eine Rippe verstärkt
sei, wird erreicht,- daß der Winkelausschlag von d um e proportional der Wurzel
aus dem Drehmoment von d um e ist. Mithin ist der Ausschlag unmittelbar proportional
der Wurzel aus dem Differenzdruck zwischen b und c, also auch dem Differenzdruck
am Staurand. Die Einrichtung sei so getroffen, daß sich dabei der Punkt k. nur kaum
merklich bewegt, g also praktisch in Ruhe bleibt. Ein Lenker i als Führung verhindert,
daß der Endpunkt h der Feder g seit-' liehe Pendelbewegungen macht. d, selbst
ist sehr leicht gehalten, und durch.den Lenker i werden zusätzliche Massenwirkungen
vermieden.
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Dieser Mechanismus besitzt keine Gelenke. Seine bewegten Massen sind
ebenso wie die Bewegungen dieser Massen auf ein Minimum herabgedrückt. Dadurch ist
der Mechanismus imstande, auch dem unregelmäßigen, lebhaften Spiel der Differenzdrucke
verzerrungsfrei zu folgen. Hervorzuheben ist, daß infolge der vereinfachten Bewegungsvorgänge
gegenüber den in der Einleitung beschriebenen Vorrichtungen die Beschleunigungen
und damit auch die Beschleunigungskräfte verschwindend klein bleiben. Maßgebend
hierfür war die besondere Ausführung des Flügels als Teil eines Radiziermechanismus.
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Der Zeiger z wird nicht unmittelbar auf der Achse e befestigt, weil
infolge der schwingenden Bewegung eine Ablesung unmöglich wäre. Deshalb wird die
Bewegung von e mittels einer schwachen Feder h (Spiralfeder) auf einen trägen Ring
l übertragen, dessen Bewegung durch eine hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische
Dämpfung beruhigt wird. An Z ist der Zeiger z befestigt. Diese Vorrichtung zur Mittelung
der Ausschläge bildet nicht den Gegenstand der Erfindung: Man kann das Instrument
auch unmittelbar in eine Preßluftleitung einschalten und, anstatt einen Staurand
zu benutzen, den Flügel d selbst mit einer entsprechenden Öff-
nung versehen.
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Sehr häufig ist der Betriebsdruck infolge der unregelmäßigen stoßweisen
Entnahme stärkeren Schwankungen unterworfen. Daher ist auch die Dichte nicht mehr
konstant und muß infolgedessen unbedingt bei der Messung berücksichtigt werden,
was an sich bei Strömungsmengenmessern bekannt ist. Die Dichtekorrektur,welche die
Messung überhaupt erst brauchbar macht, muß in einer Weise erfolgen, die jeden Eingriff
in die bewegten Organe vermeidet. .Dazu ist die in Abb. z angegebene Einrichtung
besonders geeignet. Diese Anordnung ist mit Rücksicht auf Massenkräfte übrigens
besonders wertvoll, weil der Punkt h , des unter der Spannung der Feder g stehenden
Zugseils f infolge der schwachen Krümmung von d nur sehr geringe Bewegungen macht
und wiederum durch den Lenker i an seitlichen Pendelbewegungen verhindert wird,
wenn d etwa bis zu der gestrichelt angegebenen Stellung d' ausschlägt. Sind die
Verhältnisse richtig gewählt, so bewegt sich dabei lt kaum merklich aufwärts. Das
ermöglicht es, den Endpunkt der Feder g nicht an dem Gehäuse a., sondern an dem
im Zylinder L' beweglichen Kolben h' zu befestigen, der entsprechend bemessen ist.
Die Anordnung derartiger, vom Betriebsdruck des strömenden Stoffes belasteter, die
Stellkraft für die Berichtigung der Meßgröße nach diesem Druck erzeugender Kolben
ist bei Strömungsmengenmessern bekannt. Dadurch ist die Spannung der Feder g und
damit der Seilzug von f proportional dem Betriebsdruck. Durch eine einfache Rechnung
läßt
sich beweisen, daß dann der @'erschwenkungswinkel von d um e, der
eine Folge des auf d wirksamen Druckunterschiedes ist, dem auf den Betriebszustand
bezogenen Durchgangsvolumen proportional ist, gleichgültig, in welchen Grenzen der
Betriebsdruck während der Messung schwankt. Der Kolben k' braucht aber nicht unmittelbar
an g befestigt zu sein, sondern es können bekannte trbertragungsmechanismen nach
Bedarf dazwischengeschaltet werden. Vielfach kann es zweckmäßig sein, den Kolben
durch Membranen zu ersetzen. Unter Umständen kann die Feder g in Fortfall kommen.
Meist wird jedoch nicht das Betriebsvolumen verlangt, sondern aus nahehegenden Gründen
die Anzeige in Normalkubikmetern gewünscht. Dazu dient die in Abb.3 dargestellte
Anordnung. Der im Zylinder L' bewegliche Kolben k' greift an einem
lIebel yn. an, der in zz drehbar ist und an einem Ende der Spannfeder g, am anderen
die Zugfeder o hält. o, g, h' sind so aufeinander abgestimmt, daß die Dehnung
von g innerhalb der bei der Messung vorkommenden Betriebsdruckschwankungen, die
sich dem Kolben k' mitteilen, umgekehrt proportional der Kolbenbelastung P ist.
Das kann erforderlichenfalls auch durch Zwischenschaltt"iig irgendeines Hebelgetriebes
o. dgl. zwischen g, k', o und in erreicht werden. Diese Einrichtung bewirkt, wie
leicht nachweisbar, claß die Anzeige unmittelbar in Normalkubikmetern erfolgt.