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Nacbsteuereinricbtung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur rückwirkungsfreien Abtastung des Meniskus einer in einem Steigrohr befindlichen Flüssigkeitssäule, insbesondere einer Quecksilbersäule. Im besonderen bezieht sieh die Erfindung darauf, den veränderlichen Stand einer Flüssigkeitssäule fern- zuübertragen. Es ist bekannt, die Bewegungen des Flüssigkeitsmeniskus mittels einer magnetischen
Kupplung durch die Steigrohrwandung hindurch auf ein Anzeigewerk zu übertragen. Derartige Einrichtungen besitzen ein innerhalb des Steigrohres angeordnetes magnetisches Kupplungsglied in der Form eines mit dem Flüssigkeitsspiegel bewegten Schwimmers, dessen Bewegungen eine Verstellung eines ausserhalb des Steigrohres angeordneten magnetischen Kupplungsgliedes hervorrufen.
Bei der- artigen Einrichtungen würden die unvermeidlichen Reibungen im Anzeigewerk eine verhältnismässig starke Rückwirkung auf den Schwimmer verursachen, wenn durch das äussere magnetische Kupplungs- glied Organe für eine Fernübertragung (Kontakte, Gleitwiderstände usw. ) betätigt wurden. Aufgabe der Erfindung ist, eine mit einer magnetischen Bewegungsdurchführung arbeitende rückwirkungsfreie Einrichtung zur Abtastung des Spiegels einer Flüssigkeitssäule zu schaffen.
Eine solche lässt sich dadurch erreichen, dass erfindungsgemäss das innerhalb der Steigrohrwandung angeordnete magnetische Kupplungsglied einen elektrischen Kontakt trägt, der durch eine ausserhalb des Steigrohres vorgesehene Hilfskraftquelle über die magnetische Kupplung durch die Steigrohrwandung hindurch dem Flüssigkeitsmeniskus nachgesteuert wird, und die Steuerbewegung der das äussere magnetische Kupplungsglied bewegenden Hilfskraftquelle zur Fernübertragung der Bewegung des Flüssigkeitsmeniskus benutzt wird.
Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen die Bewegungsübertragung von innen nach aussen erfolgt, gibt beim Gegenstand der Erfindung der von dem innerhalb des Steigrohres angeordneten magnetischen Kupplungsglied getragene Kontakt nur den Anstoss dafür, in welcher Richtung das äussere magnetische Kupplungsglied über eine Hilfskraftquelle gelegt werden muss, damit das von dem äusseren Kupplungsglied mitgenommene innere Kupplungsglied dem Flüssigkeitsmeniskus dauernd nachgeführt wird. Die Rückwirkungsfreiheit ist demnach bei der Erfindung dadurch gewährleistet, dass die Kontaktgabe keine Arbeit von der Flüssigkeit verlangt und nach Schliessung des Kontaktes eine Hilfskraft in Tätigkeit tritt, die den Kontakt dem Meniskus nachsteuert und dabei zugleich die im System vorhandene Reibung überwindet.
Weitere Einzelheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den zeichnerischen Ausführungsbeispielen hervor :
Gemäss Fig. 1 wird ein Eisenkern 1, der innerhalb eines zum Teil mit Quecksilber 6 gefüllten Steigrohres 3 angeordnet ist und einen Kontakt 2 trägt, durch das magnetische Feld einer ausserhalb des Steigrohres 3 gleichachsig zu diesem angeordneten erregten Elektromagnetspule 4 freischwebend gehalten. Diese ist an Bändern 5 aufgehängt und in der Höhenlage mittels eines nicht dargestellten Nachführmotors verstellbar, der in Abhängigkeit von der Kontaktgabe zwischen dem Kontakt 2 und dem Meniskus der Quecksilbersäule 6 gesteuert wird. Die Steuerung des Nachführmotors geschieht über ein Relais 9 von einer Stromquelle 8.
In der dargestellten Stellung berührt der Kontakt, der über eine nachgiebige Stromzuführung 7 an Spannung gelegt ist, den Quecksilbermeniskus nicht. Der Relais- anker 10 schliesst daher über einen Kontakt 11 einen nicht näher dargestellten Stromkreis. Dieser steuert den Nachführmotor derart, dass er die Spule 4 nach unten bewegt, welcher Bewegung der Eisenkern 1 folgt. Sobald der Kontakt 2 den Quecksilbermeniskus berührt, wird der Relaisstromkreis geschlossen.
Der Anker 10 liegt nun am Kontakt 12 an. Dies hat eine Umsteuerung des Nachführmotors zur Folge, der die Spule 4 und damit den Eisenkern 1 anhebt, bis der Relaisstromkreis wieder unterbrochen wird.
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Der Kontakt 2 folgt also immer dem Quecksilbermeniskus. Als Mass für die Höhenänderung des Kontaktes 2 dient die Drehung des Naehführmotors, die durch ein Registriergerät aufgezeichnet werden kann.
Muss bei der beschriebenen Anordnung durch das ausserhalb des Steigrohres angeordnete magnetische Kupplungsglied noch die Kraft aufgebracht werden, um das Gewicht des innerhalb des Steigrohres angeordneten Eisenkernes in der Schwebe zu halten, so ist dies bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 nicht mehr nötig, bei der ein Gewichtsausgleich dadurch geschaffen ist, dass der Eisenkern 1 im
Quecksilber schwimmt. Der isoliert am Eisenkern 1 angebrachte und durch eine nachgiebige Stromzuführung 7 an Spannung gelegte Kontakt 2 ist etwas oberhalb des Stelle angeordnet, bis zu der der Eisenkern eintaucht. Durch Abwärtsbewegen der erregten Elektromagnetspule 4 taucht der Eisenkern 1 weiter in das Quecksilber ein, bis der Kontakt 2 den Quecksilbermeniskus berührt, worauf die
Spule 4 nach oben geführt wird.
Dies hat zur Folge, dass der Eisenkern wieder aus dem Quecksilber aufsteigt und der Kontakt den Meniskus verlässt. Die übrige Anordnung sowie die Art der Steuerung des Nachführmotors für die Spule 4 ist die gleiche wie die gemäss Fig. 1.
Eine andere Art von Gewichtsausgleich zeigt Fig. 3. Hier hängt der Eisenkern an dem einen Ende eines über eine Seil-oder Bandrolle. M geführten Bandes 16, auf dessen anderes Ende ein Gegengewicht 17 einwirkt. An Stelle des Gegengewichtes kann auch eine Federkraft benutzt werden. Die Verstellung des Eisenkern erfolgt wieder durch Verstellen der Elektromagnetspule 4. Die gasdichte Umhüllung der Bandrolle und des Gegengewichtes kann durch einen luftdicht an das Steigrohr angeschlossenen Aufsatz 18 gebildet sein, der auch einen Fortsatz 19 besitzt, innerhalb dessen das Gegengewicht 17 auf-und abwärts verschoben werden kann. Die Stromzuführung zum Kontakt erfolgt hiebei zweckmässigerweise über das Band 16, die Bandrolle 15 und deren Lagerung.
Bei den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen kann der Nachteil auftreten, dass der Eisenkern durch ein unsymmetrisches Kraftlinienfeld des Elektromagneten 4 an die Wandung des Steigrohres 3 gedrückt wird. Der Einfluss der dadurch hervorgerufenen Reibung lässt sich durch eine Bauart nach den Fig. 4 und 5 vermeiden. Diese zeigen in zwei verschiedenen Schnitten eine Ausführungsform ähnlich der nach Fig. 3, jedoch unter Verwendung einer die Drehung der Band-oder Seilrolle 15 bewirkenden Kupplung aus drehbaren magnetisch gekuppelten Gliedern. Hiebei trägt die Band-oder Seilrolle 15 ein Eisenstück 21, das als Anker für das ausserhalb der Gaskammer angeordnete drehbare Elektromagnetsystem 20 dient.
Eine von der Kontaktgabe gesteuerte Drehung des Magnetsystems 20 bewirkt eine Drehung der Band-oder Seilrolle 15.
Fig. 6 zeigt wieder eine Ausführungsform ähnlich derjenigen nach den Fig. 4 und 5, jedoch wird die Drehung der magnetisch gekuppelten Teile nicht unmittelbar auf die Band-oder Seilrolle 15, sondern unter Zwischenschaltung einer Übersetzung übertragen. 22 ist ein Vorgelege, auf das die magnetische Kupplung wirkt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Einfluss von Spannungsschwankungen in der Erregerspule stark verringern lässt, da eine Verschiebung der inneren und äusseren Kupplungsteile gegeneinander dann einer geringeren Wegstrecke des Abtastkontaktes entspricht.
Fig. 7 zeigt eine demselben Zweck dienende andere Anordnung. Hier wird die Übersetzung durch ein Zahnrad 23 und eine Zahnstange 24 erreicht, wobei die Kupplung auf das Zahnrad einwirkt, das die als Kontaktträger ausgebildete Zahnstange innerhalb des Steigrohres verschiebt.
Fig. 8 zeigt noch ein besonders zweckmässiges Ausführungsbeispiel für die Einschaltung eines Übersetzungsgetriebes. Dies besteht aus einer GewindespindeJmutter 25 und einer in der Richtung der Steigrohrachse verstellbaren Gewindespindel 26, die den Kontakt 27 trägt. Die Gewindespindel 25 ist in einer zylindrischen Erweiterung 28 eines rohrartigen Aufsatzes 29 des Steigrohres 30 auf Kugeln 31 gelagert und aus einem magnetisierbaren Eisenstück gebildet.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht der Gewindespindelmutter. Ein ausserhalb des rohrartigen Fortsatzes 29 angeordnetes Elektromagnetsystem 32 ist um die Steigrohrachse derart drehbar gelagert, dass sieh die Spindelmutter 25 im Kraftlinienfeld der Magnetspulen 33, 34 des Magnetsystems 32 befindet. Das Magnetsystem wird von einem Elektromotor 35 in Drehung versetzt. Ähnlich wie bei den früher erläuterten Systemen wird die Drehrichtung des Elektromotors 35 in Abhängigkeit von der Kontaktgabe umgesteuert und damit die Kontaktspindel 26 dem Quecksilbermeniskus genähert oder von diesem entfernt.
Soll eine aus unmagnetischem Metall bestehende Wandung des Steigrohraufsatzes (18 in Fig. 3, 29 in Fig. 8) als Fortleitung des bei der Kontaktabtastung fliessenden Stromes dienen, so besteht die Wandung des Steigrohraufsatzes bei Verwendung von Quecksilber als Steigflüssigkeit zweckmässigerweise aus nicht amalgamierbarem Metall, vorzugsweise Chromnickelstahl. Dadurch wird vermieden, dass die Quecksilberdämpfe die Metallwandung des Steigrohraufsatzes angreifen. Bei einer Quecksilberfüllung des Steigrohres kann zur Unterdrückung der Funkenbildung der nach aussen abgeschlossene Raum oberhalb des Quecksilbermeniskus mit indifferentem Gas, wie z. B. Stickstoff, Kohlensäure od. dgl., gefüllt sein, oder der Meniskus der Quecksilbersäule mit einer Schutzschicht aus nichtleitender Flüssigkeit, wie z. B. Öl oder Petroleum, bedeckt sein.
Diese Schutzschicht erübrigt auch die Verwendung von nicht amalgamierendem Metall beim Aufbau der Gaskammer.
Damit der Nachfolgemotor 35 (vgl. Fig. 8) nicht während der ganzen Betriebsdauer eingeschaltet bleiben muss, kann eine periodische Nachsteuerung angebracht werden. Es kann hiezu eine zeit-
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abhängige Einschaltvorrichtung, z. B. eine Kontaktuhr, vorgesehen sein, die den Nachfolgemotor periodisch einschaltet. Diese Kontaktuhr kann zweckmässigerweise auch dazu herangezogen werden, um die Erregerwicklung der elektromagnetischen Kupplung periodisch einzuschalten. Auch kann die Ausschaltung der Nachsteuervorrichtung vorgenommen werden, sobald der Sollzustand erreicht ist, wodurch sich ein dauerndes Pendeln des Kontaktträgers vermeiden lässt.
Die Erfindung lässt sich auf vielerlei technischen Gebieten anwenden. Als Beispiel seien Druckmesser mit einem quecksilbergefüllten Steigrohr, insbesondere auf Druckmessung beruhende Pegel, genannt, bei denen der äussere Wasserdruck auf ein mit Queeksilber gefülltes Gefäss einwirkt und dabei das Quecksilber in das Steigrohr unter Zusammenpressung eines im Steigrohr oberhalb des Quecksilbermeniskus vorhandenen Gaspolsters mehr oder weniger weit hineindrüekt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Quecksilber als Steigrohrfüllung beschränkt, sondern es lassen sich beliebige andere Flüssigkeiten verwenden, die als Gegenkontakt einen Schwimmer tragen, der, falls es sich um nichtleitende Flüssigkeiten handelt, durch eine nachgiebige Stromzuführung an Spannung gelegt wird.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Einrichtung zur Abtastung des Meniskus einer in einem Steigrohr befindlichen Flüssigkeitssäule, insbesondere einer Quecksilbersäule, bei der die Bewegung des Flüssigkeitsmeniskus mittels einer magnetischen Kupplung durch die Steigrohrwandung hindurch übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das innerhalb der Steigrohrwandung angeordnete magnetische Kupplungsglied einen elektrischen Kontakt trägt, der durch eine ausserhalb des Steigrohres vorgesehene Hilfskraftquelle über die magnetische Kupplung durch die Steigrohrwandung hindurch dem Flüssigkeitsmeniskus nachgesteuert wird, und die Steuerbewegung der das äussere magnetische Kupplungsglied bewegenden Hilfskraftquelle zur Fernübertragung der Bewegung des Flüssigkeitsmeniskus benutzt wird.