Pneumatisches Mefiverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
,Venn ein gasförmiges Medium unter der Wirkung eines Druckgefälles durch eine Off- nung in eine geschlossene Kammer strömt und durch eine zweite Öffnung aus der im übrigen geschlossenen Kammer wieder ausströmt, so ist der Kamrnerdruek ein Mass beispielsweise für die Veränderung der Grösse der Austrittsöffnung. Bei diesem als Beispiel ange deuteten Vorgang ist der Betriebsdruck, das heisst der Druck vor der Eintrittsöffnung konstant zu halten.
Diese Voraussetzung kann bekanntlich dadurch erfüllt werden, dass das Zuleitungsrohr eine oder mehrere lotrechte, nach unten gehende Abzweigungen aufweist, die in einen Flüssigkeitsbehälter eintauchen, und dessen Flüssigkeitsstand dauernd auf der gleichen Höhe gehalten wird. Die Höhe der Flüssigkeitssäule über den Mündungen der Abzweigrohre bildet eine Art Überdruekventil. Erhöht sich der Betriebsdruck über den festgelegten konstanten Wert, so entweicht Gas durch die genannten Mündungen der Rohre in Form von Blasen. Der Kammerdruck wird bei diesem bekannten Svstem ebenfalls durch eine Flüs sigkeitssäule angezeigt.
Die Tatsache, dass eine kleine Änderung der Grösse des Austrittsquerschnittes eine verhältnismässig grosse Änderung des Kammerdruekes erzeugt, stellt eine Art pneumatischer Übersetzung dar. Untersucht man den gesetzmässigen Zusammenhang von Kammerdruck und Durehflussquersehnitt, so weist die Kurve Abb. 1, die den Kammerdruck p in Abhängigkeit des Verhältnisses
F # = von Aus@@@@squeisch@@t @ zu @@@@- f trittsquerschnitt f darstellt, einen Wendepunkt W auf. Mcssteehniseh wird diese Tatsache in der Weise ausgewertet, dass man in der Nähe des Wendepunktes arbeitet und die Kurven p=p(91) durch die Tangente t im Wendepunkt ersetzt.
Je weiter man sich aber vom Wendepunkt entfernt, um so mehr weiehen die tatsächlichen und die angenommenen Verhältnisse voneinander ab, um so grösser werden also die Fehler. Will man eine grosse Genauigkeit erreichen, so muss man sich auf einen kleinen Messbereich, in Abb. 1 z. B. von A bis B, beschränken; wird hingegen ein grosser Messbereich verlangt, in Abb. 1 z. B. von C bis D, so muss man sich mit einer geringeren Genauigkeit begnügen. Ein linearer Zusammenhang besteht genau genommen nur in unmittelbarer Nähe des Wendepunktes.
Bei bekannten Messverfahren können zwei und mehr Kammern parallel geschaltet werden. Dabei wird aber der Druck in jeder Kammer für sich gemessen. Diesem Mehr kammersystem haften grundsätzlich die Mängel an, wie einem Einkammersystem.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass ein Medium durch mindestens zwei parallel geschaltete Durehflussräume strömt, wobei der Druck in den beiden Durchflussräumen durch die zu messende Grösse gleichzeitig und im entgegengesetzten Sinne beeinflusst wird.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung kann zur messtechnischen Erfassung aller Vorgänge, die zu einer Druckänderung im Kammersystem Anlass geben, benutzt werden. Dabei handelt es sich stets um Vorgänge, die den Druck in den beiden Kammern gleichzeitig und im entgegengesetzten Sinne beeinflussen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Messverfahrens dargestellt. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 3 3 strömt das Messmittel, falls es einen hohen Druck aufweist, durch die beiden Entspannungsmechanismen 1 und 2, wodurch der Druck auf die konstanten Betriebsdrücke Pci und Pc reduziert wird.
Das Messmedium kann aber auch von vornherein einen geringeren Druck bestimmter Grösse aufweisen. Die Einstellung dieser Be triebsdrücke kann z. B. mit den Drehknöpfen 3 und 4 auf einen beliebigen Wert vorgenommen werden. Diese Drücke sind auf den beiden Anzeigegeräten 5 und 6 ersichtlich. Das Messmittel tritt nun durch die Eintrittsdüsen f1 und f2 in die Kammern 7 und 8. Der Austritt erfolgt durch die Üffnungen F1 und F2.
Die Austrittsdüsen können entweder direkt mit der Kammerwand oder mit Hilfe fester oder beweglicher Leitungen 9 und 10 mit der Kammer verbunden sein. Zweckmässig ist es, die Ein- und Austrittsdüsen paarweise gleich gross zu wählen, das heisst f1 = f2 = f
F1 = F2 = F zu machen.
Der Druckabfall ist im Falle kreisförmiger Austrittsdüsen bestimmt durch die Grösse der zylindrischen Mantelfläche zwischen Düsen öffnung und Prallplattte, also durch die Grössen 2 # . D . s1 und 2 # . D . s2 welche im folgenden als Austrittsquerschnitte bezeichnet werden Dabei ist D der lichte Durchmesser der Düse, s1 bzw. s der Abstand der Prallflächen 11 und 12 vom Kopfende der Düsen.
Steht der Prallkörper P in der Mitte zwischen den beiden Düsenöffnungen und nimmt man den Betriebsdruck an den beiden Kammern gleieh gross an, nämlich pc1=pc2=pc so wird auch der Druck in den beiden Kam- mern gleich gross, nämlich p1 = 1) = Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kam- mern ist = 0.
Verschiebt man den Prallkörper nach rechts, so steigt der Druck in der Kammer 7, während er in der Kammer 8 sinkt. Das Mess- gerät 13 zeigt die Druckdifferenz zwiscllen den beiden Kammern an. Mit diesen) Zwei kammersystem erreicht man daher eine grö ssere Empfindlichkeit und einen grösseren Messbereich als bei der Verwendung einer Kammer. Der Umstand, dass dieses System sich durch eine ausgesprochene Nullstelle auszeichnet, erleichtert die Handhabung wesentlich.
Durch die Verwendung der paarweise parallel geschalteten Kammern, ist es möglich, den Wendepunkt W, Abb. 2, in den eigentlichen Koordinaten-Nullpunkt 0 zu verlegen, so dass eine ausgesprochene Nullstelle vorhanden ist.
Versuche haben gezeigt, dass der lineare Mess- bereich dadurch eine bedeutende Ausweitung erfährt. Durch Wahl der Ein- und Ausströmquerschnitte kann der eigentliehe ÄIessbereich und die Genauigkeit stufenweise oder kon- tinuierlich verändert werden.
Es können für jede Kammer 7 bzw. 8 auch mehrere Ein- und Austrittsdüsen vorgesehen werden, wobei jeweils ein bestimmtes Düsenpaar - Eintrittsdüse und Austrittsdüse wahlweise einschaltbar ist.
In Abb. 4 ist schematisch beispielsweise eine derartige Anordnung dargestellt, wobei in einem Reiberhahn 14 und 15 je drei verschiedene Eintrittsbohrungen vorgesehen sind.
Durch Drehen des Reibers kann man jeweils eine Bohrung einschalten. Eine entsprechende Anordnung kann auch für die Austrittsdüse getroffen werden. Es besteht auch die Mög- lichkeit, die Grösse des Eintritts- und Aus trittsquersehnittes der Diisen stetig zu verän-dern, etwa so, wie dies bei der Irisblende in Photoobjektiven geschieht.
Die gleichzeitige und entgegengesetzte Druckänderung in den beiden Kammern kann durch verschiedene Ursachen erzeugt werden.
Beispielsweise kann sie durch Verschieben eines Prallkörpers P hervorgerufen werden, wie dies in Abb. 3 angedeutet ist. In Abb. 5 ist der Prallkörper 16 ein Teil eines Mess- gerätes, mit dem Dicken, Höhenunterschiede, Längen und dergleichen gemessen werden.
Die Prallplatte 16 ist z. B. in einem zylindrischell Gehäuse 17 eingebaut. Die beiden Führungsstäbchen 18 verbinden die Prall platine 16 mit der Queitraverse 11, die den eigentlichen Taststift 20 trägt. Auf diesem Taststift können cii geeignet geformte Tasthiitehen 21 auswechselbar festgeklemmt sein.
Diese Tasthütchen ruhen auf dem zu prüfen- den körper 22, der seinerseits auf einer festen Unterlage 23 aufliegt, die z. B. als Mess- tisch ausgebildet ist. Dieser Messtisch ist ein Teil eines Ständers, mit dem das Gehäuse 17 in starrer Verbindung steht. Das Messmittel tritt an den Stellen 24 in die Kanäle 25 ein und trifft iIn Spalt 26 auf die Prallplatte 16, die sich bei einer Dickenänderung des Priif links 22 verschiebt.
Durch die Feder 27 wird zwischen Prüfling 22 und Messvorrichtuiig der erforderliche Kontaktdruck hergestellt, mel- eher durch Verdrehen der Sehraubhülse 28 zweckentsprechen eingestellt werden kann.
Im Umfang des untern Teils des zylindrischen Gehauses sind zahlreiche Bohrungen 29 angebracht, durch die das medium nach aussen ciitweicht. Diese Bohrungen laufen gegen die Achse des Gehäuses zu und sind gegen die Messstelle hin gerichtet. Das ausströmende NIe- dium reinigt also stets durch Anblasen die Alel ; le.
Die Abb. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es handelt sich dabei um die Mes sliiig der Verschiebung eines Punktes A 1 gegenüber dem Punkt B. Das eine Düsenende 30 wird mit dem Punkt 1 fest verbunden. Das andere Düsenende 31 ist mit einem starren Bügel 32 mit der Düse 30 verbunden, so dass also der lichte Abstand der beiden Düsenköpfe stets gleich bleibt. über dem Punkt B wird die Prallplatte 33 befestigt, und zwar so, dass sie in der mitte des Düsenspaltes steht. Ändert sieh der Abstand A-B, so ver ändert sieh die Spaltbreite und die Anzeige erfolgt in gleicher Weise wie beim oben erläuterten Beispiel.
Die Punkte Ä-B können beispielsweise Punkte eines auf Zug, Druck oder Biegung beanspruchten Prüflings 34 sein, so dass also die Abstandsänderung der beiden Punkte der spezifischen Längenänderung oder der Dehnung entspricht.
Die Abb. 7 zeigt eine weitere Variante. Bei der Vorrichtung, beispielsweise nach Abb. 6, ist der Verschiebungsweg der Prallplatte 33 durch das Kopfende der beiden Ausfluss düsen 30 und 31 begrenzt. Diese Begrenzung fällt dahin, wenn man den Ausflussquersehnitt als feinen Spalt 38 eines durch eine Wand 39 unterteilten Rohres 40 ausbildet, wobei eine zweite übergesehobene Rohrmuffe 41 die Funktion der Prallplatte 33 übernimmt. Wird die Rohrmuffe axial verschoben, so ändert sich der Austrittsquersehnitt in sinngemässer Weise, wie durch die Bewegung der Prallplatte 33 in Ahb. 6. Diese Anordnung ist beispielsweise von Bedeutung, wenn die Dehnung eines auf Zug beanspruchten Stabes bis zum Buch gemessen werden soll.
Das Rohr 41 gleitet über das Spaltrohr 40 hinweg, ohne dass das Gerät beschädigt wird.
Zu der pneumatischen Übersetzung kann aber noch die mechanische Übersetzung hinzutreten, wenn z. B. wie in Fig. 8 die Prallplatte 42 schwenkbar im Halter 43 gelagert ist. Diese Lagerung erfolgt zweckmässig mittels prismatischer Schneiden 44 oder durch ein Kreuzfedergelenk, um Reibung und Spiel zu vermeiden. In Abb. 8 ist zudem der Bügel 45 mit den beiden Düsen 46 und 47 verschiebbar im Halter 43 angeordnet. Die früher erwähnte Nnllage des Gerätes kann also bei feststehender Prallplatte auch durch Verschieben des Bügels 45 etwa durch Drehen der Gewindebüchse 48 eingestellt werden.
Diese Verstellbarkeit hat den Vorteil, dass der Messbereich bei Beginn der Messung auf die eine oder andere Endstellung eingestellt werden kann, so dass für die Messung nicht nur der Bereich von Null bis zur Endstellung, sondern von Endstellung zu Endstellung zur Verfügung steht. Bei der Befestigung des Deh nungsmessers nach Abb. 8 auf dem Prüfling 49 wird es praktisch nie zutreffen, dass die Prallplatte genau in der Spaltinitte steht. Sie wird irgendeine Stellung innerhalb des Spaltes aufweisen. Mit der erwähnten Verstellmöglichkeit kann nun nachträglich am fest montierten Dehnungsmesser die Nullage oder die eine oder andere Endlage des Anzeigegerätes eingestelit werden.
Die Prallplatte kann beispielsweise (Fig. 9b) auch als ein nm einen Punkt drehbarer Flügel 50 ausgebildet sein, der in Abahängigkeit von der Messgrösse verdreht wird.
Der Verdrehungswinkel a verändert dann in den beiden Kammern 7 und 8 wie an Hand von Abb. 3 erläutert, den Kammer druck gleichzeitig in entgegengesetztem Sinn. Die Zuleitungen von den beiden Kammern sind mit 36 und 37 bezeichnet. Die beiden Zuflussrohre können durch die beiden Gewindemut- tern 53 und 54 gegenüber der drehbaren Prallplatte 50 eingestellt werden, wobei die beiden Schraubenfedern 55 und 56 den Rohrbund 57 und 58 gegen die Stirnfläche der Rundmuttern 53 und 54 drücken.
Zu jeder Kammer gehört für die Austrittsdüse, falls diese nicht an der Kammer selbst angebracht ist, eine Zuleitung. Je mehr Kammern also das System aufweist, um so mehr Zuleitungen sind notwendig. Diese verschiedenen Leitungen sind aber lästig. Zweckmässig verwendet man daher Kammerleitungen. In Abb. 6 ist beispielsweise die Zuleitung 35 als Zweikammerleitung ausgebildet, die sich kurz vor dem Dehnungsmesser in die beiden Zweigleitungen 36 und 37 aufteilt, die die Austrittsdüsen enthalten.
Die Abb. 9 und 10 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Dehnungen in drei Riehtungen in einem bestimmten Punkt eines Dehnungsfeldes, zum Zwecke, die beiden Hauptspannungen und die Haupt spannungsriehtung aus den geniessenen Wer- ten zu errechnen.
Bei dieser Ausführung sind drei Prallplatten 64 vorgesehen, die auf kugelige Lagerkörper 65 aufgesetzt sind. Diese letzteren sind mit Spitzen 66 versehen, die auf einer Unter- lage 67 aufruhen, deren Dehnungen in drei verschiedenen Richtungen bestimmt werden sollen. Erfolgt eine Dehnung der Unterlage 67 in der richtung des Pfeils x in Abb. 10, so wird dadurch die Prallplatte 64 um ihre Lagerstelle verschwenkt und dami-t entweder der Düse 68 oder der Düse 69 genähert.
Befand sieh die Prallplatte anfänglich in der Spaltmitte, so wird durch die Dehnung des Prüflings 67 bewirkte Verschiebung der Prallplatte in der oben besehriebenen Weise eine Auslenkung des zugehörigen Anzeige instrumentes 70 bewirkt. Jeder Prallplatte ist ein Leitungspaar und ein Anzeigeinstrn- ment zugeordnet. Alle Anzeigeinstrumente sind zweckmässig nebeneinander in einem Gehäuse angeordnet. Die in Abb. 10 nur sehe matisch angedeutete Lagerung der Lagerkör- per 65 und der Düsen 68 und 69 erfolgt z. B. mittels einer Platte 71.
Für die beschriebenen Vorriehtungen koni- men Druckanzeigegeräte, wie Wassersäule oder Manometer, mit dem bekannten Bourdonrohr oder einer Membrane, infolge ihrer geringen Empfindlichkeit nicht in Frage. Wie bereits erwähnt, werden Druckanzeigegeräte mit Aneroiddosen verwendet, wobei auch mehrere Dosen als Einheit zu einem Dosenpaket zusammengebaut sein können (Abb. 11). Sie werden in ein allseitig geschlossenes Gehäuse 76 eingebaut. Ändert sieh im Gehäuse der Druck, so ändert sieh die Höhe 77 der Dose oder des Dosenpaketes. Diese Höhenänderung kann durch irgendeinen Meehanismus noch vergrössert werden. Er ist in Abb. 11 der Einfachheit halber nicht angegeben.
Durch einen Zeiger 78 kann dann die Auslenkung am Zifferblatt 80 abgelesen werden. Die durchsichtige Scheibe B schliesst den Gehäuse- raum gegen aussen ab. Bei Messung vou Drücken wird z. B. nur der Gehäuseraum durch den Nippel 81 angeschlossen. Beim Messen von Druckdifferenzen schliesst man einerseits den Gehäuseraum durch Anschluss Sl, andrerseits den Dosenraum durch Anschluss 82 an.