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Kraft-, insbesondere Druckmesseinrichtung
Es ist üblich, Kräfte oder auch Drücke, die mittels Druckmessdosen in Kräfte umgewandelt werden, nach dem Kompensationsprinzip zu messen. Hiezu wird eine unter der Wirkung der zu messenden Kraft stehende Drehwaage verwendet, die diese Kraft in ein proportionales Drehmoment umsetzt. Die Drehwaage schliesst, sobald sie unter dem Einfluss der Messkraft aus ihrer Ruhelage gebracht wird, einen Kontakt im Stromkreis eines Hilfsantriebe zur Erzeugung eines dem Drehmoment der Drehwaage entgegenwirkenden Kompensationsmomentes. Wenn das Kompensationsmoment gleich ist dem Drehmoment, nimmt die Drehwaage ihre Ruhelage ein.
Bei einer bekannten Kompensationsmesseinrichtung dieser Art ist zur Erzeugung des Kompensationsmomentes auf der Drehwaage ein Laufgewicht vorgesehen, das durch den Hilfsantrieb in horizontaler Richtung verstellbar ist, wobei der Horizontalabstand vom Drehpunkt der Drehwaage ein Mass für das Kompensationsmoment und somit auch für die zu messende Kraft darstellt.
Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, dass der Hilfsantrieb in Berührung mit der Drehwaage steht und dadurch deren völlig freie Beweglichkeit beeinträchtigt und das Messergebnis etwas verfälscht.
Bei Gravimetern ist es bekannt, zur Kompensation der Schwerkraft des Gewichtes eine Schraubenfeder zu verwenden, deren nicht mit dem Gewicht verbundenes Ende zum Zwecke der Einstellung und Messung der Kompensationskraft verstellbar ist. Diese Anordnung ist jedoch nur zur Kompensation von in einer Linie wirkenden Kräften geeignet und nicht zur Kompensation von Drehmomenten. Hiezu ist die Verwendung von Drehspulmesswerken bekannt, bei denen der zur Erzeugung des jeweiligen Kompensationsmomentes erforderliche Strom zwecks Bestimmung des Drehmomentes gemessen wird. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil eines ständigen Strombedarfes und überdies ergeben sich bei Ausfall des Kompensationsstromes unter Umständen Fehlanzeige.
Gegenstand der Erfindung ist eine Kraft-insbesondere Druckmesseinrichtung, bei der die zu messende Kraft, insbesondere der zu messende Druck, mittels Druckmesselementen an einer Drehwaage ein Drehmoment erzeugt, wobei ein durch die Drehwaage gesteuerter Hilfsantrieb zur Erzeugung eines dem Drehmoment der Drehwaage entgegenwirkenden Kompensationsmomentes vorgesehen ist. Der Vorteil der Er-
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von Verstellteilen des Hilfsantriebes mit der Drehwaage und hiedurch bedingte Störung des Messergebnisses vermieden sind.
Gegenüber der letztgenannten Drehmomentkompensationseinrichtung weist die Enrichtung nach der Erfindung den Vorteil auf, dass sie im Ruhezustand keinen Strombedarf hat und daher einen sparsamen Betrieb gewährleistet. Erfindungsgemäss ist zur Übertragung des Kompensationsmomentes zwischen dem Hilfsantrieb und der Drehwaage ein Torsionselement, z. B. ein Torsionsstab, eingeschaltet, des- sen Torsionswillkelals Mass für die-zu messende Kraft herangezogen ist. Hiebei bildet dasTorsionselement selbst die einzige Verbindung zwischen der Drehwaage und dem Hilfsantrieb, so dass sich eme zusätzliche Belastung der Drehwaage mit Verstellteden des Hilfsantriebe erübrigt.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnung eine nach dem Kompensationsprinzip wirkende Druckmesseinrichtung dargestellt.
Zwei Metallfaltenbälge 1, 2, die beide über Zuführungsleitungen 3,4 mit der Druckmessstelle in Verbindung stehen, sind mit den freien Enden eines um seine Mitte verschwenkbar gelagerten Hebels 5 verbunden. Hiedurch wirkt der Hebel 5 als Drehwaage, deren Drehmoment dem Messdruck proportional ist. Die Schwenkachse des Hebels 5 bildet ein Torsionsstab 6, der an seinen Enden in Lagern 7, 8 drehbar gelagert ist. Der Hebel 5 ist nahe dem einen Ende des Torsionsstabes 6 befestigt, dessen anderes Ende im
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Boden einer rohrförmigen Hülse 9, die an ihrem offenen Ende mit einem Zahnkranz 10 versehen ist,'. er- ankert ist.
Die Hülse 9 wild mittels ihres Zahnkranzes 10 von einem als Hilfsantrieb zur Erzeugung des Kompensationsmomentes dienenden Motor 11 über ein Schnecken- und Zahnradvol'ge1ege 12 verdreht.
Eine Rückwirkung des Torsiootmomentes vom Torsionsstab 6 auf den Motor 11 wird durch das entgegen der Antriebsrichtung selbstsperrende Schnecken- und Zahnradvorgelege 12 verhindert.
Zur Einschaltung des Motors 11 und zur Bestimmung seiner Drehrichtung ist eine Schaltvorrichtung 13 vorgesehen, die zwei Kontakte 14, 15 für die beiden Drehrichtungen besitzt. Zur Betätigung dieser beiden Kontakte 14, 15 dient eine am Hebel 5 angebrachte Kontaktzunge 16. Solange das vom Messdruck am Hebel 5 durch die Metallfaltenbälge 1, 2 erzeugte Drehmoment gleich ist dem vom Motor 11 über den Torsionsstab 6 erzeugten Kompensationsmoment, bleiben die Kontakte 14, 15 geöffnet.
Bei einem Druckanstieg wird der Hebel 5 im Uhrzeigersinn verschwenkt und der Kontakt 14 geschlossen. Dies bewirkt, dass der Motor 11 in dem Drehsinn zu laufen beginnt, dass der Torsionsstab 6 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird. Dieser Stellprozess dauert solange, bis das Gleichgewicht der Drehmomente am Hebel 5 wiederhergestellt ist, dann wird der Kontakt 14 geöffnet und der Motor 11 stillgesetzt.
Bei einer Verringerung des Druckes wird der Hebel 5 durch den Torsionsstab 6 entgegen dem Uhrzeigeninn verschwenkt und der Kontakt 15 geschlossen. Hiedurch wird der Motos 11 zum Laufen in jenem Drehsinn veranlasst, dass der Torsionsstab im Uhrzeigersinn verdreht und damit entlastet wird, so lange, bis das Drehmomentengleichgewicht am Hebel 5 hergestellt ist und der Motor 11 durch Öffnen des Kontaktes 15 stillgesetzt wird.
Da das Drehmoment des Hebels 5 und somit im Zustand des Gleichgewichtes auch das Kompensationmoment proportional dem Messdruck ist und das vom Torsionsstab 6 erzeugte ToEionsmoment proportional dem Verdrehungswinkel ist, kann der Messdruck unmittelbar durch die Stellung der Achse des Motors 11 abgebildet werden. Der Verdrehungswinkel des Torsionsstabes 6 hängt dadurch eindeutig mit der Stellung der Motorachse zusammen, da das mit dem Hebel 5 verbundene Ende des Tosioasstabes 6 in der Gleichgewichtslage stets die gleiche Winkellage einnimmt.
Zur direkten Anzeige oder zur Femübertragung des Messwertes ist an die Achse des Motors 11 eine Anzeige- und gegebenenfalls auch Kontakteinrichtung mit einem Zählwerk 17 angeschlossen, das nach Art eines Zahlenrollenwerkes nach Umdrehung einer Dekadenanzeigerolle die nächste Rolle um einen Schritt verstellt.
Mit 18 ist eine Schrittschalteinrichtung bezeichnet, die dazu dient, dass die Anzeige-und/oder Kon- takteinrichtung nur schrittweise verstellt wird. Die Schrittschalteinricbtung 18 bewirkt, dass der Motor 11 zu jeder Verstellung eine bestimmte gleichbleibende Anzahl von Umdrehungen darchführt und danach abgestellt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Methode der Erzeugung des Kompensationsmomentes
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gegenübermit Hilfe von Laufgewichten besteht darin, dass durch die erfindungsgemässe Kompensationseinrichtung auch Drehmomente wechselnden Vorzeichens kompensiert werden können, wofür die bekannten Einrichtungen nicht geeignet sind, da die Laufgewichte nur einseitig auf ihren Drehwaagen angeordnet sind.
In Fig. 3 der Zeichnung Ist eine Anordnung von Metallfaltenbälgen dargestellt, die zur Differenz-
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Leitung 21 mit der einen und die Metallfaltenbälge 22 und 23 über die Leitung 24 mit der andern Druckmessstelle verbunden. Die zu je einer Druckmessstelle gehörenden Metallfaltenbälge wirken gleichsinnig auf den Hebel 5, jedoch gegensinnig zu den beiden an die andere Druckmessstelle angeschlossenen Metallfaltenbälgen. Hiedurch können Druckdifferenzen verschiedenen Vorzeichens zwischen den beiden Druckmessstellen gemessen werden.
Durch die schiefsymmetrische Anordnung von jeweils zwei zu einer Druckmessstelle gehörenden Me- tallfaltenbälgen 1, 2 ; 19, 20 bzw. 22,23 relativ zur Drehachse des als Drehwaage dienenden Hebels 5 werden von den Lagern 7,8 alle unnötig grossen Radialbelastungen femgehalten und damit verbundene Rei- bungsfehler vermieden.
An Stelle von Metallfaltenbälgen kann jede andere Einrichtung verwendet werden, die einen Druck in eine Kraft umwandelt, z. B. Membranen, Druckmessdosen, Kolben od. dgl.
Die Schalteinrichtung 13 kann entweder, wie in Fig. 1 dargestellt, dekt tuber Kontakte oder über andere elektrische Einrichtungen, z. B. Photozellen, Schwingkreise o. a. den Motor 11 ein-und ausschalten.
Die erfindungsgemässe Druckmesseinrichtung eignet sich vor allem zur Messung und Fernanzeige von Drücken oder Differenzdrücken, die sich verhältnismässig langsam ändern, z. B. zur Messung von Wasserständen in Staubehälternoderzur Messung des Behälterinnendruckes eines Erdgasbshältess im Bohrfeld oder
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in Verbindung mit einer Recheneinrichtung, die einen Differenzdruck in eine Durchflussmenge umrechnet, zur Mengenmessung.
Die Fernanzeige der durch die erfindungsgemässe Druckmesseinrichtung gemessenen Worte erfolgt vorteilhaft nach dem Impulstelegrammverfahren..
Bei der Druckmessung mit den üblichen anzeigenden Manometern liegt die erzielbare Genauigkeit bei etwa 5. 10**. Durch eine Fernanzeige, die von einer elektrischen Widerstandsänderung im Manometer beeinflusst wird, verschlechtert sich die Anzeigegenauigkeit auf 1. 10*. Für Messungen der an- geführten Art sind grössere Genauigkeiten erforderlich. Die geforderten Genauigkeiten liegen bei etwa '2-3. 10-4. Das bedeutet z. B. bei einer Wasserstandsmessung die Erfassung einer Wasserstandsänderung von 1 cm bei 50 m Wasserstand. Solche Genauigkeiten sind mittels der erfindungsgemässen Druckmess- einrichtung erzielbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraft-, inbesondere Druckmesseinrichtung, bei der die zu messende Kraft, insbesondere der zu messende Druck, mittels Druckelementen, z. B. Druckmessdosen, an einer Drehwaage ein Drehmoment erzeugt, wobei ein durch die Drehwaage gesteuerter Hilfsantrieb zur Erzeugung eines dem Drehmoment der Drehwaage entgegenwirkenden Kompensationsmomentes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Kompensationsmomentes zwischen dem Hilfsantrieb (11) und der Drehwaage (5) ein Torsionselement, z. B. ein Torsionsstab (6) eingeschaltet ist, dessen Torsionswinkel als Mass für die zu messende Kraft herangezogen ist.