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Ringwaage für Druck- uüd Mengenmessung
Ringwaagen in Verbindung mit
Staugerät sind als besonders betriebssichere Mengenmeßgeräte bekannt und werden
für Gasmessung bei kleinen statischen Drücken und auch als Mengenmesser für Dampf,
Preßgas, Wasser und sonstige unter Druck stehende Flüssigkeiten angewendet. Ohne
Staugerät und ohne Radizierung finden sie Anwendung für Druck-, Zug-, Differenzdruckmessung,
für Dichtemessung usw. Bei diesen Waagen ist besonders für Mengenmessung der Meßbereich
wegen der quadratischen Beziehung von Differenzdruck und Menge beschränkt, und er
erreicht nicht den Meßbereich von Schwimmermanometern, insbesondere solcher mit
Erweiterung in der Niveaugegend der Sperrflüssigkeit. Unter etwa 15 °'" o des Endwertes
kann man mit Ringwaagen beschränkter Baugröße nicht messen. Mit Schwimmermanometern
ist dies aber mit entsprechend hohem Wirkdruck und Hg-Gewicht der Sperrflüssigkeit
bis auf etwa 2 ° /o vom Endwert möglich. Bei Gasringwaagen kann man bei etwa I6
bis 25 mm WS max. Wirkdruck höchstens auf etwa 20 °,',) Menge vom Endwert herunter
messen, was mit Bezug auf den Differenzdruck immerhin nur mehr 4 °/O vom Endwert
entspricht. Bei tieferen Wirkdrücken werden deshalb die Ringwaagen durch Tauchgiocken
ersetzt.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Ringwaage für Druck- und
Mengenmessung, in deren Rohrring eine einseitige Erweiterung vorgesehen ist, die
bei unbelasteter Waage in der Zone des Sperrflüssigkeitsniveaus im Rohrring liegt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
Fig.
I und 2 veranschaulichen schematisch die Waage in zwei verschiedenen Stellungen,
und die Fig. 3 und 4 sind Diagramme.
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Bei Ringwaagen ist der Ring aus einem kreisförmig gebogenen, runden
Rohr gebildet, und diese Ringe erfordern für die praktischen Bedürfnisse bis zu
4 kg Hg als Sperrflüssigkeit, weil sie für möglichst hohen Wirkdruck mit entsprechend
großem Ringdurchmesser gebaut werden müssen. Sie sind entsprechend schwer, und der
Meßbereich ist deshalb, wie bereits bemerkt, beschränkt. Die Drehung des Ringes
erfolgt bekannterweise durch die Hg-Verlagerung von der einen auf die andere Seite
des Ringes bzw. durch Einwirken des Wirkdruckes, der von einem Staugerät erzeugt
wird, auf die im oberen Teil des Ringinnern vorgesehene Trennwand. Das Wirkmoment
wird durch ein Gewicht im Gleichgewicht gehalten, bzw. dieses Gewicht bildet die
Richtkraft. Je größer der Wirkdruck, um so größer wird dieses Gewicht.
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In der Fig. I ist die neue Ringwaage gemäß dem Ausführungsbeispiel
in der Nullage dargestellt. I ist der Ring mit gleichförmigem Querschnitt. Auf der
linken Seite ist die Erweiterung 2 in den Ring eingefügt. Diese ist als nach außen
gerichtete runde Rohrschleife mit kreisförmigem Querschnitt angenommen, wobei der
Querschnitt gleich dem Rohrquerschnitt des Ringes ist. Diese Schleife ist dazu um
einen Betrag a aus der horizontalen Mittellinie des Ringes nach unten versetzt.
Letzteres hat den Zweck einer guten Ausnutzung des Fassungsvolumens des Ringes für
den maximalen Wirkdruck und setzt die Menge der Sperrflüssigkeit und damit dessen
Hg herab. 3 ist ein Anschluß kopf des Ringes für die flexiblen Zuleitungen 8, welcher
Kopf auch die Trennwand 3a, die den Ring I in die beiden Druckkammern unterteilt,
enthält; gsind die festen Anschlußstellen für die Zuleitungen 8. 4 ist ein Lagerbock,
der sich vom Anschlußkopf 3 gegen das Zentrum des Ringes I erstreckt und im Ringzentrum
eine Pfanne 5 trägt, die sich auf eine Schneide 6 abstützt, die ihrerseits in einen
Lagerbock 7 des Ringwaagengehäuses eingesetzt ist. I3 ist das den Meßdruck übertragende
Medium, das bei Dampf- und Wassermessungen Wasser, bei Preßgasmessungen das Preßgas
selbst ist. 14 ist die Sperrflüssigkeit bzw. das Hg. Ioist ein Gegengewicht zur
Erweiterung 2 und II ein Balancegewicht zum Anschlußkopf 3, dem Lagerbock 4 und
zu den flexiblen Zuleitungen 8, die, wie üblich, aus dünnen federnden Rohren bestehend
gedacht sind.
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Das Gewicht II ist so bemessen, daß die Ringwaage bei Wirkdruck Null
in der gezeichneten Nullage steht.
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Die aus den Rohren 8 gebildete federnde Zuleitung ist dabei gespannt.
In der Mittellage der Waage ist diese entspannt und in der Endlage, d. h. beim Maximalausschlag,
wieder gespannt. Wenn der Anschluß kopf 3 und der Lagerbock 4 entsprechend leicht
sind, so kann das Balancegewicht II weggelassen werden. 12 stellt das eigentliche
Eichgewicht der Waage dar, das sich einzig nach dem Wirkdruck bzw. dem absoluten
Meßbereich richtet. Das Hg-Niveau liegt in Nullage so, daß die Sperrflüssigkeit
in die Schleife 2 eindringt (Fig. I links), und die genaue Lage des Hg-Niveaus wird
experimentell bestimmt.
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Werden nun die beiden Anschluß köpfe g der Leitungsrohre 8 einem
Differenzdruck bzw. einem maximalen Wirkdruck ausgesetzt, so wird die Sperrflüssigkeit
14 aus der Schleife 2 verdrängt, und ihr Niveau steigt im Ring I auf der der Schleife
gegenüberliegenden Seite. Dadurch dreht sich der Ring in Richtung des Pfeiles in
Fig. I unter Steigen des Hg im rechten Schenkel des Ringes rechts herum. Hg-Säule
und Eichgewicht 12 halten sich hierbei das Gleichgewicht, und wenn der maximale
Ausschlag = 100 () o erreicht ist, d. h. das Hg die in Fig. 2 mit h bezeichnete
Niveaudifferenz erreicht hat, hat die Waage die Stellung dieser Fig. 2.
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Der Erfindungseffekt geht aus den Diagrammen Fig. 3 und 4 hervor.
Im Diagramm nach Fig. 3 sind die Drehwinkel cp in Funktion von Wirkdruck d p und
Menge Q sowohl für eine gewöhnliche als für die neue Ringwaage für den Meßbereich
o bis IooO/, dargestellt, wobei die Kurvenlinien a, b für die gewöhnliche und diejenigen
c, d für die neue Waage gelten. Es geht daraus und auch aus Fig. 4 hervor, daß die
neue Ringwaage bei gleichem Endwinkel mit größerem Winkel aus Null herausläuft,
d. h. sie besitzt ein größeres Anlaufmoment. Bei beispielsweise d p = Ion/, ist
für die neue Ringwaage der Drehwinkel ? = 200/ gegenüber nur Ion/, bei der gewöhnlichen
Ringwaage. Bei IO% Menge indessen ist der Drehwinkel g für die neue Ringwaage 70/0
gegenüber nur I°/o für die gewöhnliche Ringwaage. Der Unterschied ist noch drastischer
im eigentlichen Anlaufgebiet. Bei beispielsweise 20/,Menge ist das Drehwinkelverhältnis
I,40/o zu - o°/O, der neue Ring macht also bei Q = 20/o bereits einen gut meßbaren
Winkel zip = I,40/o, während sich der gewöhnliche Ring praktisch noch gar nicht
bewegt. Um den gewöhnlichen Ring um den Winkel (p = I,40/o zu drehen, braucht es
I20/o Menge. Mit anderen Worten: wenn der neue Ring mit 20/o Menge anfängt zu messen,
so kann es der gewöhnliche Ring erst bei I20/o. f = f (Q) ist für die neue Ringwaage
bis - 440/0 eine Gerade (Kurve d, Fig. 3), darüber bis IooO/, eine Parabel; für
die gewöhnliche Ringwaage ist ? = f (Q) von o bis Io0°/o eine Parabel (Kurve b,
Fig. 3). q1 = f i (d p) ist für die neue Ringwaage bis j p = 200/, eine mindestens
angenäherte Parabel (Kurve c, Fig. 3) und darüber bis 1000/o eine Gerade, während
p = f (d p) für die gewöhnliche Ringwaage von o bis IooO/, d p eine Gerade ist (Kurve
a, Fig. 3).
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In Fig. 4 ist für die neue Ringwaage noch der Anzeigewert bei dynamischer
Wegradizierung (Skala e) in Funktion vom Einstellwert'der Menge (Skala f) dargestellt.
Die geringe mechanische Hysterese der neuen Ringwaage zum Sollwert i (Q Ioo) ist
bemerkenswert.
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Der praktische Nullpunkt X liegt bei etwa 1,50/0. Damit ist ein Anlaufmoment
erzielt, das besser ist als bei den besten Spezialmengenmessern mit Differenzdruckmanometer.
Die Anzeigewerte liegen weit innerhalb der üblichen Toleranzgrenzen g bei den bisher
bekannten Mengenmessern, die auf dem Staudruckprinzip beruhen.
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Die die Erweiterung bildende Rohrschleife 2 kann auch andere Lagen
am Ringrohr I haben als im beschriebenen Beispiel. So kann sie auch nach innen gedreht
sein. Der Rohrquerschnitt braucht auch nicht kreisrund zu sein. Die Schleife ist
aus fabrikatorischen
Gründen mit Steigung ausgeführt, sie kann aber
auch eben sein, so daß Ein- und Ausgang an derselben auf gleicher Höhe liegen. Die
Schleife könnte auch anders als kreisförmig gebogen sein, sie könnte auch ein Stück
mit dem Ringrohr, d. h. aus dem gleichen Rohrstück wie dieses gewickelt sein, ein
Einschweißen also erübrigt ist. Schließlich ist es auch denkbar, den geschilderten
Effekt mit anderer als Schleifenform zu erzielen.
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Mit der beschriebenen neuen Ringwaage wird eine Winkelverdrehung
erreicht, die hinsichtlich der Beziehung iM = C ÜH (Menge = Konstante Wurzel aus
Wirkdruck) mit der Menge linear bzw. mit dem Differenzdruck quadratisch ansteigt.
Dies ergibt die günstigsten Übersetzungsverhältnisse zwischen Ringbewegung und Zeigerbewegung,
wobei die Radizierkurve günstig wird, d. h. ohne starke Übersetzung im untersten
Meßbereich, insbesondere aus Null heraus.
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Die neue Ringwaage zeichnet sich auch durch kleine Dimensionen und
demzufolge geringes Gewicht aus, wobei es besonders wenig Hg als Sperrflüssigkeit
bedarf. Benötigt eine gewöhnliche Ringwaage ein Rohr von etwa 30 mm Durchmesser
mit etwa 4 kg Hg, so kann die neue Ringwaage mit einem Rohr von nur etwa 10 mm Durchmesser
mit nur etwa 1/io obigen Hg-Gewichtes ausgeführt werden. Im übrigen stellt sich
die neue Ringwaage mit Bezug auf Sperrflüssigkeitsmenge und deren spezifischem Gewicht
nicht schlechter als ein Schwimmennanometer, wo eben auch eine ganz bestimmte Hg-Menge
eingefüllt werden muß, wenn lalschmessungen vermieden werden sollen.
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I)ie neue Ringw;ulge läßt sich ohne Staugerät und Radiziervorrichtung
auch vorteilhaft für einfache Druck- und Zugmessungen verwenden.
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PTENTANSPROCHE: I. Ringwaage für Druck- und Mengenmessung, gekennzeichnet
durch eine einseitige Erweiterung in deren Rohrring, die bei unbelasteter Waage
in der Zone des Sperrflüssigkeitsniveaus im Rohrring liegt.