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Drehmomentwaage
Zur Messung sehr kleiner Druckdifferenzen werden üblicherweise Ringwaagen verwendet. Eine Ringwaage besteht aus einem um eine horizontale Achse verschwenkbaren Ringrohr, dessen Innenraum durch eine radiale Trennwand in zwei Druckkammern unterteilt ist. In jede Druckkammer führt je ein Zuführungsrohr, das mit der Stelle, an der der Druck gemessen wird, eine Verbindung herstellt. Das Ringrohr besitzt zwei Öffnungen zum Hindurchtritt der Zuführungsrohre, die so gross sind, dass eine Schwenkbewegung des Ringrohres durch die Zuführungsrohr nicht behindert wird. Das Ringrohr ist teilweise in eine Sperrflüssigkeit eingesetzt, u. zw. so weit, dass die Durchlassöffnungen im Ringrohr für die Zuführungrohre unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen, während die Enden der Zuführungsrohre über den Flüssigkeitsspiegel hinausragen.
Die Sperrflüssigkeit erfüllt das Innere des Ringrohres so weit, dass die beiden Druckkammern voneinander getrennt sind. Bei einem Druckunterschied zwischen den Drücken in den beiden Druckkammern wird das Ringrohr verschwenkt, wobei der Schwenkwinkel zur Messung des Druckunterschiedes herangezogen wird.
Bei vielen Ringwaagen ist es notwendig, dass sich das Ringrohr in allen Winkellagen in indifferentem Gleichgewicht befindet. Die am Ringrohr befindlichen Durchlassöffnungen, die Trennwand, sowie die Halterungen und Lagerteile bedingen eine exzentrische Verlagerung seines Schwerpunktes, wodurch in den Winkellagen des Ringrohres ein unerwünschtes Drehmoment erzeugt wird. Zur Herstellung des indifferenten Gleichgewichtes, d. h. zur Vermeidung dieses unerwünschten Drehmomentes werden Justiergewichte verwendet, die am Ringrohr derart angebracht werden, dass der Schwerpunkt in die Drehachse zu liegen kommt.
Aber nicht nur die Schwerkraft, sondern auch die am eingetauchten Ringrohr angreifende Auftriebskraft gibt bei einer Verschwenkung aus der Ruhelage Anlass zu einem unerwünschten Drehmoment. Die Durchlassöffnungen im Ringrohr, die in der Ruhelage symmetrisch zu einer Vertikalen durch die Drehachse liegen, verursachen, nämlich bei einer Verschwenkung des Ringrohres dadurch, dass dann die Massenverteilung innerhalb der Flüssigkeit nicht mehr symmetrisch zur Vertikalen ist, eine exzentrische Auftriebskraft, die ebenfalls ein das indifferente Gleichgewicht störendes Drehmoment liefert.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es erwünscht, die Justiergewichte vor dem Einsetzen des Ringrohres in die Flüssigkeit zu montieren. Hiebei wird aber das durch die Auftriebskraft hervorgerufene unerwünschte Drehmoment nicht berücksichtigt. Eine vor dem Eintauchen auf indifferentes Gleichgewicht justierte Ringwaage würde beim Eintauchen dieses Gleichgewicht verlieren.
Gegenstand der Erfindung ist eine Drehmomentwaage mit in eine Sperrflüssigkeit eintauchenden Teilen (Ringrohr od. dgl.), insbesondere Ringwaage, wobei zur Justierung des Gleichgewichtes Justiergewichte vorgesehen sind, die das durch Trennwände, Wanddurchbrechungen für die Einführung von Druckmessleitungen od. dgl. hervorgerufene Drehmoment kompensieren. Die erfindungsgemässe Anordnung hat den Vorteil, dass die vor dem Eintauchen einjustierten Gleichgewichtsverhältnisse auch nach dem Eintauchen dieselben bleiben. Erfindungsgemäss sind die Justiergewichte in der Gebrauchslage unter dem Spiegel der Sperrflüssigkeit soweit unterhalb der Drehwaagenachse angeordnet, dass das Drehmoment der Auftriebskräfte der Justiergewichte gleich gross und entgegengesetzt gerichtet ist dem Drehmoment der Auftriebskraft des in die Flüssigkeit eintauchenden Teiles.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist das Ringrohr einer Ringwaage bezeichnet, das z. T. in eine Flüssigkeit 2 eingetaucht ist. Der Innenraum des Ringrohres 1 ist durch eine Trennwand 3 in zwei Druckkammern 4, 5 unterteilt, die durch die Zuführungsrohr 6, 7 mit den
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Druckmessstellen in Verbindung stehen. Mit 8 ist eine mit dem Ringrohr 1 fest verbundene Schneide bezeichnet, mit der das Ringrohr auf dem Schneidenlager 9 aufsitzt. Zum Eintritt der Zuführungsrohr 6 und 7 in das Innere des Ringrohres 1 sind in letzterem zwei Öffnungen 10, 11 vorgesehen.
Zur Einstellung des für den Betrieb erforderlichen indifferenten Gleichgewichtes des Ringrohres dient ein Justiergewicht 12, das unterhalb der Flüssigkeitsoüerfläche in nicht näher dargestellter Weise am Ringrohr 1 befestigt ist.
Im allgemeinen ist nicht die Gewähr gegeben, dass das durch die Justierung erzielte indifferente Gleichgewicht bei einem vor dem Eintauchen justierten Ringrohr aus beibehalten wird, wenn dieses Ringrohr in die Sperrflüssigkeit eingetaucht wird, da eine ungleichmässige Verteilung der Auftriebskräfte ein zusätzliches Drehmoment auf das Ringrohr ausübt. Dieses zusätzliche Drehmoment wird im vorliegenden Beispiel durch die beiden Öffnungen 10 und 11 verursacht, da in ihnen kein Auftrieb auftritt. Die Resultierende R dieser durch die beiden Öffnungen bedingten fehlenden Auftriebskräfte ist proportional dem Volumen 2V der beiden Öffnungen und hat ihren Angriffspunkt A (gemeinsamer Schwerpunkt der beiden Volumina) in der Mitte der Verbindungslinie zwischen den Schwerpunkten SO SO der Volumina der beiden Öffnungen 10 und 11.
Bei einer Verschwenkung des Ringrohres 1 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage heraus, erzeugt die Resultierende R ein rücktreibendes Drehmoment, das proportional ist der Entfernung ho des Angriffspunktes A von der Drehachse 0 des Ringrohres 1.
Dieses Drehmoment lässt sich durch ein Gegendrehmoment kompensieren, das das Justiergewicht 12 zufolge seines Auftriebes erzeugt. Dieses Gegendrehmoment ist gleich dem Produkt P. h der im Schwerpunkt S des Justiergewichtes 12 angreifenden Auftriebskraft P und dem Abstand h des Schwerpunktes S von der Drehachse O. Die Gleichheit des Drehmomentes der Resultierenden R der Auftriebskräfte des Ringrohres und des Gegendrehmomentes ist gegeben durch die Bedingung :
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V ist das Volumen des Körpers 12.
Diese Bedingung lässt sich durch entsprechende Wahl der Grösse des Justiergewichtes bzw. der Höhe seiner Anbringung auf einfache Weise erzielen. Bei Verwendung mehrerer Justiergewichte ist für den Wert V die Summe ihrer Volumina zu setzen und für den Werth der Abstand ihres gemeinsamen Schwerpunktes von der Drehachse O.