Ringwaage für Druck- und Mengenmessung.
Ringewaagen in Verbindung mit Staugerät sind als t) esonders betriebssichere Mengen- messgeräte bekannt und werden für Gasmes- sung bei kleinen statischen Drücken und aneh als Mengenmesser für Dampf, Pressgas, Was- ser und sonstige unter Druck stehende Flüssigleiten angewendet. Ohne Staugerät und ohne Radizierung finden sie Anwendung für Druck-, Zug-, Differenz-Druckmessung, für Dichtenmessung usw. Bei diesen Waagen ist besonders für Mengennessung der Messbereich wegen der quadratischen Beziehung von Dif ferenzdruek und Menge beschränkt, und er erreicht nicht den Messbereich von Schwimmermanometern, insbesondere solcher mit Erweiterung in der Niveaugegend der Sperrflüssigkeit.
Unter etwa 15 Prozent des Endwertes kann man mit Ringwaagen beschränkter Baugrösse nieht messen. Mit Schwimmermanometern ist dies aber mit entsprechend hohem Wirkdruck und Gewicht der Sperrflüssigkeit (Quecksilber) bis auf etwa 2% vom Endwert möglich. Bei Gasringwaagen kann man bei etwa 16 bis 25 mmWS max.
Wirkdruck höchstens auf etwa 200/0 AIenge vom Endwert herunter messen, was mit Bezug auf den Differeiizdruek vom Endwert entspricht. Bei tieferen Wirkdrücken werden deshalb die Ringwaagen durch Tauchglocken ersetzt.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Ringwaage für Druck- und Mengenmes Sung, deren Rohrring auf einer Seite eines Durchmessers eine Erweiterung aufweist, die bei unbelasteter Waage in der Zone des Sperrflüssigkeitsniveaus im Rohrring liegt.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei spiel der Erfiiidung. Die
Fig. 1 und 2 veranschaulichen schematisch die Waage in zwei verschiedenen Stellungen und die
Fig. 3 und 4 sind Diagramme.
Bei Ringwaagen ist der Ring aus einen kreisförmig gebogenen, runden Rohr gebildet, und diese Ringe erfordern für die praktischen Bedürfnisse bis zu 4 kg Quecksilber (Hg) als Sperrflüssigkeit, weil sie für möglichst hohen Wirkdruck mit entsprechend grossem Ring durchmesser gebaut werden müssen. Sie sind entsprechend schwer, und der Messbereich ist deshalb, wie bereits bemerkt, besehränkt. Die Drehung des Ringes erfolgt bekannterweise durch die Hg-Verlagerung von der einen auf die andere Seite des Ringes bzw. durch Einwirken des Wirkdruckes (Differenzdruck), der von einem Staugerät erzeugt wird, auf die im obern Teil des Ringinnern vorgesehene Trennwand. Das Wirkmoment wird durch ein Gewicht im Gleichgewicht gehalten, bzw. dieses Gewicht bildet die Gegenkraft zur Wirkkraft.
Je grösser der Wirkdruck um so grösser wird dieses Gewicht.
In der Fig. 1 ist die neue Ringwaage gernäss dem Ausführungsbeispiel in der Nulllage dargestellt. 1 ist der Ring mit gleichför. ruhigem Querschnitt. Auf der linken Seite ist die Erweiterung 2 in den Ring eingefügt.
Diese ist als naeh aussen gerichtete rinde Rohrschleife mit kreisförmigem Querschnitt angenommen, wobei der Querschnitt gleich dem Rohrquerschnitt des Ringes ist. Diese Schleife ist dazu in der Nullage der Waage um einen Betrag a aus der horizontalen, durch den Drehpunkt des Ringes gehenden Ebene nach unten versetzt.
Letzteres hat den Zweck einer guten Ausnutzung des Fassungsvohi- mens des Ringes für den maximalen Wirk- druck und setzt die Menge der Sperrflüssig heft und damit deren Gewicht herab. 3 ist ein Anschlusskopf des Ringes für die flexiblen Zuleitungen 8, welcher Kopf auch die Trennwand 3a, die den Ring 1 in die beiden Druck- kammern unterteilt, enthält; 9 sind die festen Ansehlussstellen für die Zuleitungen 8;
4 ist ein Lagerbock der sich vom Ansehlusskopf 3 gegen das Zentrum des Ringes 1 erstreckt und im Ringzentrum eine Pfanne 5 trägt, die sich auf eine Schneide 6 abstützt, die ihrerseits in einen Lagerbock 7 des Ringwaagen- gehäuses eingesetzt ist. 13 ist das den Messdrnck übertragende Medium, das bei Dampfund Wassermesslmgen Wasser, bei Pressgasmessungen das Pressgas selbst ist. 14 ist die Sperrflüssigkeit bzw. das Quecksilber, 10 ist ein Gegengewicht zur Erweiterung, 2 und 11 ein Balaneegewicht zum Anschlusskopf 3, dem Lagerbock 4 und zu den flexiblen Zuleitungen 8, die, wie üblich, aus dünnen federnden Rohren bestehend gedacht sind. Das Gewieht 11 ist so bemessen, dass die Ringwaage bei Wirkdruck Null in der gezeichneten Nullage steht.
Die aus den Rohren 8 gebildete federnde Zuleitung für den Differenzdruck ist dabei gespannt. In der Mittellage der Waage ist diese entspannt und in der Endlage, das heisst beim Maximalausschlag wieder gespannt.
Wenn der Anschlusskopf 3 und der Lagerbock 4 entsprechend leicht sind, so kann das Galancegewicht 11 weggelassen werden. 12 stellt das eigentliche Eichgewicht der Waage dar, das sich einzig nach dem Wirkdruck bzw. dem absoluten Messbereich richtet. In der Nullage der Waage liegt Sperrflüssigkeit im untern Teil der Schleife 2 (Fig. 1 links), und die genaue Lage des Hg-Niveaus wird experimentell bestimmt.
Wird nun durch die beiden Ansehlussköpfe 9 der Leitungsrohre 8 ein Differenzdruck bzw. ein Wirkdruek eingeführt, so wird die Spcrr- flüssigkeit 14 aus der Schleife 2 verdrängt und ihr Niveau steigt im Ring 1 auf der der Schleife gegenüberliegenden Seite. Dadurch dreht sich der Ring in Richtung des Pfeils in Fig. 1 unter Steigen des Hg im rechten Schenkel des Ringes rechts herum. Hg-Säule und Eichgewicht 12 halten sieh hierbei das Gleichgewicht, und weml der maximale Ausschlag = 100% erreicht ist, das heisst das ltg die in Fig. 2 mit h bezeichnete Niveaudifferenz erreicht hat, hat die Waage die Stellung dieser Fig. 2.
Die Arbeitsweise geht aus den Diagrammen der Fig. 3 und 4 hervor. Im Diagramm nach Fig. 3 sind die Drehwinkel # in Funk- tion von Wirkdruck d p und Menge Q, sowohl für eine gewöhnliche als für eine neue Ringwaage für den Mressbereieh 0 bis 100 % dargestellt, wobei die Kurvenlinien cc, 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 Maximalwinkel mit grösserem Winkel aus Null herausläuft, das heisst sie besitzt ein grösseres Anlaufmoment.
Bei bei spielsweise # p p = 10 % ist für die neue Ring waage der Drehwinkel y = 20% (Kurve c) gegenüber nur 10% (Kurve a) bei der gewöhnlichen Ringwaage. Bei 10 0/o Menge indessen ist der Drehwinkel # für die neue Ringwaage 7 0/0 (Kurve d) gegen über nur 1% (Kurve b) für die gewöhn liche Ringwaage. Der Unterschied ist noch drastischer im eigentlichen Anlaufgebiet.
Bei beispielsweise 2 % Menge ist das Drehwinkel Verhältnis 1,4 % zu # 0%, der neue Ring macht also bei Q = 2 0/o bereits einen gut messbaren Winkel # = 1,4%, während sich der gewöhnliche Ring praktisch noch gar nieht bewegt. Um den gewöhnlichen Ring um den Winkel 97 = 1,4 % zu drehen, braucht es 12 0/o Menge.
Mit andern Worten, wenn der neue Ring mit 2 % Menge anfängt zu messen, so kann es der gewöhnliche Ring erst bei 12 %. f = l (Q) ist für die neue Ringwaage bis # 44% eine Gerade (d' in Fig. 3), darüber bis 100% eine Parabel, für die gewöhnliche Ringwaage ist # = f (Q) von 0 bis 100% eine Parabel (Kurve b Fig. 3).
# = f (# p) ist für die neue Ringwaage bis # p = 20 % mindestens angenähert eine Parabel (Eurven- stück c' Fig. 3) und darüber bis 100 /o eine Gerade, während # = f (# p) für die ge wöhnliehe Ringwaage von 0 bis 100 /o # p erz eine Gerade ist (Kurve a Fig.3).
In Fig. 4 ist für eine neue Ringwaage noch der Anzeigewert bei Wegradizierung (Skala e) in Funktion von0 Einstellwert der Menge (Skala f) dargestellt. Die geringe mechanische, durch die Linie h' bei zunehmender und durch die Linie h" bei abnehmender Belastung gekennzeichnete Hysteresis der neuen Ringwaage zum Sollwert i (Q 100) ist bemerkenswert. Der praktische Nullpunkt X liegt bei etwa 1,5 %. Damit ist ein Anlaufmoment erzielt, das besser ist als bei den besten Spezial-Mengenmessern mit Differenz-Druckmanometer. Die Anzeigewerte liegen weit innerhalb der üblichen Toleranzgrenzen g bei den bisher bekannten Mengenmessern, die auf dem Staudruekprinzip beruhen.
Die die Erweiterung bildende Rohrsehleifc 2 kann auch andere Lagen am Ringrohr 1 haben als wie im beschriebenen Beispiel. So kann sie auch nach innen gerichtet sein, oder sie kann mit Bezug auf die Ebene, in der der Rohrring liegt, seitlich angeordnet sein. Der Rohrquerschnitt der Schleife 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 derselben auf gleicher Höhe liegen.
Die Schleife könnte auch anders als kreisförmig gebogen sein, sie könnte auch ein einheitliches Stück mit dem Ringrohr bilden, das heisst aus einem Stück desselben gewunden sein, so dass ein Einsehwei- ssen also erübrigt ist. Schliesslich ist es auch denkbar, den geschilderten Effekt mit anderer als Schleifenform zu erzielen.
Mit der beschriebenen neuen Ringwaage wird im untern Bereich eine WN'inkelverdre- hung erreicht, die mit der Menge linear und wegen der Beziehung Q Q C C,/¯ (Menge Konstante. Wurzel aus Wirkdruck) proportional mit der Wurzel aus dem Differenz diiick ansteigt. Dies ergibt die günstigsten Übersetzungsverhältnisse zwischen Ringbewe gung und Zeigerbewegung, wobei die Radizierkurve günstig wird, das heisst ohne starke Übersetzung im untersten Messbereich, insbesondere aus Null heraus.
Die neue Ringwaage benötigt kleinere Di niensionen und demzufolge geringeres Gewicht als bisherige Waagen, wobei sie entsprechend wenig Hg als Sperrflüssigkeit bedarf. Benötigt eine gewöhnliche Ringwaage, z. B. ein Rohr von etwa 30 mm Rohrdurchmesser mit etwa 4 kg Hg, so kann die neue Ringwaage mit einem Rohr von nur etwa 10 mm Dureh- messer mit nur etwa einem Zehntel obigen Hg-Gewichtes ausgeführt werden.
Im übrigen stellt sich die neue Ringwaage mit Bezug auf Sperrflüssigkeitsmenge und deren spezifi schem Gewicht bei geeigneter Ausbildung nicht schlechter als ein Schwimmermano- meter, wo eben auch eine ganz bestimmte Hg Menge eingefüllt werden muss, wenn Falsehmessungen vermieden werden sollen.
Die neue Ringwaage lässt sich ohne Stau- gerät und Radiziervorriehtnng auch vorteilhaft für einfache Druck- und Zugmessungen verwenden.