Mefigerät zur Messung von Druckdifferenzen, insbesondere von Staudr cken.
Die Messung lileiner Druckdifferenzen bietet allgemein stets grosse Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn die Gesamtdrüeke gross sind. Wird der Differenzdruck aus der Differenz zweier Druckmessungen der Gesamtdr cke bestimmt, so ist die Messung naturgemäss ungenau ; verwendet man eine Apparatur, die den Differenzdruck zu messen gestattet, so muss die ganze Apparatur unter Druck gesetzt werden, was nur dann zu lässig ist, wenn diese entsprechend ausgebildet ist.
Ein Sonderfall für die Messung kleiner L) rüeke bildet das Messes von Staudrücken bei der Bestimmung von Strömungsgeschwin- digkeiten. Hier handelt es sich um Druckunterschiede von Bruchteilen von Millimetern bis in die Grossenordnung von 100 cm.
Prinzipiell ist hier die Druekmessung stets Mittel zum Zweck, nämlich um die Strö- mungsgeschwindigkeit nach der Gleichung
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zu bestimmen, wobei
Strömungsgesehwindigkeit, ?@ = Druckunterschied, ) = Dicthe des strömenden Mediums ijedeuten. Bei der Messung des Druckunter- schiedes p treten nun im speziellen die vorerwähnten Schwierigkeiten auf.
Handelt es sich um die Geschwindigkeit in offenen Gewässern, so müssen, wenn die Druckdiffe- renz beispielsweise mit Standrollren gemessen werden soll, die Flüssigkeitssäulen durch eine Vakuumvorrichtung über das Wassernivean gehoben werden, um die Messung bequem vornehmen zu können. Handelt es sich um die Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einem Druckrohr, so muss die Druckmess- apparatur, z. B. wiederum im einfachsten Falle die Standrohre, druekfest ausgeführt werden. Für sehr geringe Druckdifferenzen bzw.
Strömungsgesehwindigkeiten genügt die Messung mit normalen Standrohren nicht mehr, und man muR dann zu empfindlicheren Apparaten greifen, bei denen die erwähnten Schwierigkeiten noch grösser werden. Zwi schen der Strömungsgeschwindigkeit und der abgelesenen Grösse der Druckdifferenz besteht keine lineare Beziehung, was f r die Auswertung meist hinderlieh ist. Zudem gestatten die bekannten Apparate keine Registrierung, was wiederum als Mangel empfunden wird.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Messgerät zur Messung von Druckdifferenzen eines Mediums, insbesondere von Staudrüeken, bei dem durch eine Membran, auf welche die durch die Druckdifferenz sich ergebende Kraft und elektrische Mittel einwirken, die eine dieser Kraft das Gleichgewicht haltende Gegenkraft erzeugen.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Differenzdruckmesser, geeignet zur Messung von Staudrüeken in offenen case- wässern.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Staudruckmesser, geeignet zum Messen von Staudrucken in Druckleitungen.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen Details der Messvorrichtung. In Fig. 1 ist ein Druckmesser dargestellt, der geeignet ist, die Strömungsge- schwindigkeit bzw. den Staudruck in offenen Gewässern zu bestimmen. In einem Rohr 1 befindet sich eine Membran 2 von möglichst kleiner Richtkraft. Auf der einen Seite der Membran herrscht der Druck pl, welcher gleich ist dem statischen Druck + dem Geschwindigkeitsdruck, da das Rohr 1 mit seiner Íffnung gegen die Stromungsrichtung gewendet ist. In der rechten Seite des Rohres ist der Druck P2 vorhanden, der, da das Rohr durch radiale Bohrungen mit dem Aussen- druck verbunden ist, nur dem statischen Druck entspricht.
Der auf die Membran ausgeübte Differenzdruck beträgt also P = @l - P2 = ? 2 @ 2.
An der Membran 2 ist die Spule 3 befestigt. welche in Serie zur festen Spule 4 geschaltet ist, also vom gleichen Strom, der ber die Klemmen 5 einem Messinstrument zugeführt werden kann, durchflossen wird. Die Kraft wirliung der beiden Spulen aufeinander ist nun dem Quadrate des Stromes proportional.
Da die Membran 2 eine vernachlässigbar kleine Richtkraft besitzt, muss, um bei einer Druckdifferenz ?@die Gleichgewichtslage wieder herzustellen, der Strom I in den Spulen 3 und 4 eine bestimmte Grosse haben. Es müs- sen also folgende Bedingungen erfüllt sein : ?@ = @. I 2 =@ 2. @ 2 oder @ =@'. I worin @' eine Konstante des Systemes bedeutet. Man kann also durch die beschriebene Anordnung erreichen, dass der Strom der Wurzel der Druckdifferenz, das heisst der Str¯mungsgeschwindigkeit proportional wird.
Der Strom, der die Gegenkraft erzeugt, kann ein Gleieh-oder Wechselstrom sein. Insbeson- dere ist bei Verwendung eines eisenfreien Systemes die Beziehung zwischen Kraft und Stromquadrat genau gewährleistet.
Um nun die Gleichgewichtslage der Mem- bran 2 erkennbar zu maehen, ist an der Mem bran ein Kontakt 6 angebracht, der im Ruhe- zustand der Membran den Gegenkontakt 7 ber hrt. An den Klemmen 8 kann ein elektrisches Instrument zur Feststellung der Kontaktgabe angeschlossen werden.
Der Spulenstrom kann von Hand z. B. mittels eines Widerstandes einreguliert werden oder aber durch eine spezielle Steuervor- riehtung automatiseh so reguliert werden, dass sich Konta. kte 6 und 7 gerade stÏndig berüh- ren bzw. ¯ffnen. Diese selbständige Nachstellvorrichtung, die mit bekannten Mitteln ausgeführt werden kann, ist nieht eingezeichnet.
Der Stromuugsmesser gemäss der Erfindung kann sowohl zur Messung von Flüssig- keits-wie von Gasdrüeken herangezogen werden.
Fig. 2 zeigt eine Ditterenzdruck-) 1essvor- richtung zur Messung unter hohem statisehem Druck. In einem druekfesten Rohr 9 befindet sich wiederum eine Membran 10, welche mit der Spule 11, die in die feste Spule 12 einta. ucht, fest verbunden ist. Die beiden Rohrseiten sind durch Leitungen 13 und 14 mit einem Staudruckrohr bekannter Ausführung verbunden. Das Staurohr befindet sich im Innern der Druckleitung 15, in welcher der Staudruck gemessen werden soll. Die Funktionen des Apparates sind genau dieselben wie bei demjenigen gemϯ Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der vier bewegliche Spulen 16 und fünf feste Spulen 17 für die Erzeugung der Gegenkraft vorgesehen sind.
In Fig. 4 ist ein elektromagnetisehes Sy- stem dargestellt. Es befindet sich innerhall) einer Spule 18 ein aus magnetisch weiehem Eisen hergestellter Anker 19. Durch besondere Formgebung kann erreicht werden, dass die Kraft auf den Eisenkörper 19 dem Quadrate des Spulenstromes proportional wird.
Im Ausiuhrungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist zur Feststellung der Gleichgewiehtslage ein Induktionssystem mit einer Tauchspule verwendet. Eine von Wechselstrom gespiesene Spule 20 erzeugt im Luftspalt 21 ein magnetisches Wechselfeld. In dieses Feld taucht eine Spule 22. Die in dieser Spule induzierte Spannung ist proportional ihrer Eintauchtiefe. Es entspricht also einer bestimmten Lage der Membran bzw. der Spule 22 eine ganz bestimmte Spamung. Diese kann zur Anzeige sowie zur selbständigen Steuerung des Spulenstromes für die Gegenkraft in irgendeiner bekannten Weise, z. B. mit Hilfe von Verstärkerrohren oder Stromtoren, herangezogen werden.
Measuring device for measuring pressure differences, especially dynamic pressures.
The measurement of small pressure differences generally always presents great difficulties, especially when the total pressures are high. If the differential pressure is determined from the difference between two pressure measurements of the total pressures, the measurement is naturally imprecise; If an apparatus is used that allows the differential pressure to be measured, the entire apparatus must be pressurized, which is only permissible if it is designed accordingly.
A special case for the measurement of small L) backs is the measurement of dynamic pressures when determining flow velocities. These are pressure differences from fractions of a millimeter to the order of 100 cm.
In principle, the pressure measurement is always a means to an end, namely the flow velocity according to the equation
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to determine where
Flow velocity,? @ = Pressure difference,) = Dicthe of the flowing medium ijean. When measuring the pressure difference p, the aforementioned difficulties arise in particular.
In the case of the speed in open water, if the pressure difference is to be measured, for example with a roller, the liquid columns must be lifted above the water level by a vacuum device so that the measurement can be carried out easily. If it is a question of measuring the flow velocity in a pressure pipe, the pressure measuring apparatus, e.g. B. turn in the simplest case, the standpipes, are made pressure resistant. For very low pressure differences or
The measurement with normal standpipes is no longer sufficient for flow velocities, and one then has to resort to more sensitive apparatus, with which the difficulties mentioned are even greater. There is no linear relationship between the flow velocity and the measured pressure difference, which is usually a hindrance for the evaluation. In addition, the known devices do not allow registration, which in turn is perceived as a deficiency.
The present invention relates to a measuring device for measuring pressure differences in a medium, in particular dynamic pressures, in which a membrane, on which the force resulting from the pressure difference acts, and electrical means which generate a counterforce that keeps this force in balance.
For example, embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawing.
1 shows schematically a cross section through a differential pressure meter, suitable for measuring back pressure in open case waters.
Fig. 2 shows schematically a cross section through a dynamic pressure meter, suitable for measuring dynamic pressures in pressure lines.
3, 4 and 5 show details of the measuring device. 1 shows a pressure gauge which is suitable for determining the flow velocity or the dynamic pressure in open water. In a tube 1 there is a membrane 2 with the smallest possible straightening force. On one side of the membrane there is the pressure p1, which is equal to the static pressure + the velocity pressure, since the tube 1 with its opening is turned against the direction of flow. On the right-hand side of the pipe there is pressure P2 which, since the pipe is connected to the external pressure by radial bores, only corresponds to the static pressure.
The differential pressure exerted on the membrane is therefore P = @l - P2 =? 2 @ 2.
The coil 3 is attached to the membrane 2. which is connected in series to the fixed coil 4, that is, the same current that can be fed to a measuring instrument via the terminals 5 flows through it. The force swirling between the two coils is now proportional to the square of the current.
Since the diaphragm 2 has a negligibly small directional force, in order to restore the equilibrium position in the event of a pressure difference? @, The current I in the coils 3 and 4 must have a certain magnitude. The following conditions must therefore be met:? @ = @. I 2 = @ 2. @ 2 or @ = @ '. I where @ 'means a constant of the system. With the arrangement described, one can achieve that the current is proportional to the root of the pressure difference, that is to say to the flow velocity.
The current that generates the opposing force can be a constant or alternating current. In particular, when an iron-free system is used, the relationship between the force and the square of the current is precisely guaranteed.
In order to make the position of equilibrium of the membrane 2 recognizable, a contact 6 is attached to the membrane, which contacts the mating contact 7 when the membrane is at rest. An electrical instrument can be connected to terminals 8 to establish contact.
The coil current can be manually z. B. can be regulated by means of a resistor or can be regulated automatically by a special control device so that Konta. Keep touching 6 and 7 or opening them. This independent adjustment device, which can be carried out with known means, is not shown.
The current meter according to the invention can be used to measure both liquid and gas pressures.
2 shows a ditterential pressure measuring device for measuring under high static pressure. In a pressure-resistant tube 9 there is in turn a membrane 10 which, with the coil 11, which enters the fixed coil 12. ucht, is firmly connected. The two tube sides are connected by lines 13 and 14 to a back pressure tube of known design. The pitot tube is located inside the pressure line 15 in which the back pressure is to be measured. The functions of the apparatus are exactly the same as in the case of that according to FIG. 1.
Fig. 3 shows an embodiment in which four movable coils 16 and five fixed coils 17 are provided for generating the counterforce.
An electromagnetic system is shown in FIG. Inside a coil 18 there is an armature 19 made of magnetically white iron. A special shape makes it possible to achieve that the force on the iron body 19 is proportional to the square of the coil current.
In the embodiment according to FIG. 5, an induction system with a moving coil is used to determine the equilibrium position. A coil 20 fed by alternating current generates an alternating magnetic field in the air gap 21. A coil 22 is immersed in this field. The voltage induced in this coil is proportional to its immersion depth. A very specific spam corresponds to a specific position of the membrane or the coil 22. This can be used for display and for independent control of the coil current for the counterforce in any known manner, for. B. with the help of booster tubes or power gates can be used.