Druckmessgerät, insbesondere zur Messung von Differenzdrucken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckmessgerät, insbesondere zur Messung von Differenzdrucken, mit einem zwei um eine Achse schwenkbare Kammern aufweisenden Messelement, wobei in mindestens eine der Kammern eine Wirkdruckleitung mündet, und einer Sperrflüssigkeitsfüllung.
Es sind ähnliche, drehbar gelagerte ringförmige U Rohre, sog. Ringwaagen, bekannt, bei welchen der Waagekörper mit einer Füllflüssigkeit halb gefüllt ist.
Im Raum über der Flüssigkeit befindet sich eine Zwischenwand, die zwei Kammern abtrennt. Den beiden Kammern werden durch flexible Schläuche über den drehbeweglichen Teil die Wirkdrucke zugeführt. Wirkt nun die Differenz der Drucke auf die Kammertrennwand, so dreht sich die Ringtrommel soweit, bis das von einem Gewicht erzeugte Rückstellmoment wieder Gleichgewicht herstellt. Dieses Rückstellgewicht kann beispielsweise an einem flexiblen Stahlband, das sich der Krümmung einer fest mit der Ringtrommel verbundenen Kurvenscheibe anschmiegt, angehängt werden, wobei die Formgebung der Kurvenscheibe den funktionellen Zusammenhang zwischen Differenzdruck und Zeigerausschlag zu wählen gestattet
Die Sperrflüssigkeit im Trommelgehäuse wird entsprechend dem Differenzdruck entgegen der Drehrichtung der Ringtrommel verschoben.
Der Füllungsgrad muss derart sein, dass beim vorgesehenen maximalen Druck die Säule nicht nach der einen Seite herausgedrückt werden kann.
Es sind ferner zur Messung von Zug, Feindruck und Durchflussmengen sog. Tauchsîchelinstrumente bekannt, bei welchen an einem drehbaren Hebel eine sog. Sichel in Form eines einseitig offenen Rohrstückes, in Normallage in eine Flüssigkeit eintaucht, so dass die Flüssigkeit in der Sichel bezüglich dem äussern Flüssigkeitsstand im Gefäss kommuniziert. Im oben abgeschlossenen Sichelende bildet sich eine Kammer, in welche ein Überdruckstutzen mündet. Je nach dem steigt oder sinkt der Druck in dieser Kammer und die Sichel bewegt sich entsprechend, wobei ein Gegengewicht jeweils das nötige Gegendrehmoment bildet.
Die bekannten Ringwaagen weisen den Nachteil auf, dass die Wirkdruckzuführungen in Form von Gummioder Stahlschläuchen am beweglichen Teil angeschlossen werden müssen und daher einen wechselnden, schwer bestimmbaren Einfluss in Form eines Drehmomentes auf das Messelement ausüben. Zudem verlangt dieses System ein aufwendiges Auswuchten tur Erzielung einer genügenden Linearität, wobei bei einem Ersetzen zerstörter Gummischläuche der Wirkdruckzuführungen eine neue Eichung vorgenommen werden muss.
Derartige Ringwaagen sind nicht überlastsicher, da die Sperrflüssigkeit bei zu hohem Druck ausgeblasen werden kann.
Die beschriebene Tauchsichel weist ihrerseits den Nachteil auf, das sie zur Messung von Druckdifferenzen bei statischen, hohen Absolutdrücken nicht befriedigen, insbesondere aus baulichen Gründen.
Die vorliegende Erfindung versucht, die erwähnten Nachteile zu umgehen. Das erfindungsgemässe Druckmessgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkdruckleitung fest angeordnet ist und freistehend in die Kammer hineinragt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von schematischen Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführung eines Druckmessgerätes zum Messen von Druckdifferenzen, im grundsätzlichen Aufbau, ohne Ablesungsübertragungselemente,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Druckmessgerätes mit schematischer Angabe eines Zeigers mit Skala sowie der Gegendrehmomentvorrichtung,
Fig. 3 eine Variante der Ausführung gemäss Fig. 1,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführung gemäss Fig. 3, mit nach Linie IV-IV geschnittenem Gehäuse,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform analog derjenigen gemäss Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte Druckmessgerät zur Messung von Differenzdrucken weist ein äusseres, z.B. trommelförmiges Gehäuse 1 auf, in dessen unteren Wandteil zwei Röhrchen 3 und 5 dicht eingeführt sind. In den obern Teil des Gehäuses 1 mündet eine Zuleitung 7. Das Gehäuse 1 dient der Aufnahme eines drehbeweglichen Messelementes 9, das zwei Wirkungsgefässe 11 und 13 in Form zweier auf einer Seite offener Hohlzylinder umfasst, die über eine Verbindungsbrücke 17 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsbrücke 17 ist mit einer der Lagerung des Messelementes 9 dienenden Welle 19 versehen. Das äussere Gefäss 1 ist ungefähr zur Hälfte mit einer Sperrflüssigkeit 15 angefüllt. Diese kann Wasser, Öl, Quecksilber oder eine andere Flüssigkeit sein, deren spezifisches Gewicht sich vornehmlich nach dem Messbereich des Instrumentes richtet.
Die offenen Seiten der Wirkgefässe 11 und 13 sind in die Sperrflüssigkeit 15 eingetaucht, so dass in den obern Teilen dieser Gefässe 11 und 13 je eine Kammer 21 und 23 entsteht, in welche, wie ersichtlich, die Röhrchen 3 und 5 münden. Diese Röhrchen dienen der Zuleitung der beiden Wirkdrucke, deren Differenz mittels des Instrumentes gemäss Fig. 1 gemessen werden soll.
An Stelle zweier Wirkgefässe 11 und 13 mit den Wirkflächen 27 und 29, die gleich gross oder verschieden sein können, ist es auch möglich, Wirkgefässe anderer Formen vorzusehen, beispielsweise gemäss der strichpunktierten Form 25 in Fig. 1. Diese weist eine Wirkfläche 31 auf mit unten gleicher Breite, so dass der Schwenkwinkel des Instrumentes gleich bleibt, jedoch ein vorbestimmter Proportionalitätsfaktor zwischen die beiden Wirkdrucke eingeschaltet werden kann. Die Zuleitung der zu messenden Drucke erfolgt an den Anschlüssen 33 und 35 der Röhrchen 3 und 5, welche starr im äussern Gehäuse 1 befestigt sind. Die Zuleitung 7 kann entweder frei in die Atmosphäre münden oder es ist durch einen entsprechenden Anschluss möglich, den Raum 37 über der Sperrflüssigkeit 15 unter einen gewünschten Über- bzw. Unterdruck zu setzen.
Das beschriebene Druckmessgerät arbeitet wie folgt:
Die beiden Wirkdruckzuführleiter werden an den Anschlüssen 33 und 35 befestigt, so dass sich in den Kammern 21 und 23 die entsprechenden Drucke einstellen, deren Grösse, multipliziert mit der entsprechenden Wirkfläche 27 bzw. 29 oder 31 bezüglich der Achse der Welle 19 ein Drehmoment ergeben. Die beiden Drehmomente der Kräfte auf die Wirkflächen 27 und 29 wirken gegeneinander, so dass das resultierende Drehmoment, je nach der Grösse der Drucke in den Kammern 21 und 23 und den Wirkflächen dieser Kammern 27 bzw.
29, das Messelement 9 so lange dreht, bis ein Gegengewicht 49 dem entstandenen Drehmoment ein analoges Drehmoment entgegenstellt. Sobald die am Messelement 9 angreifenden Kräfte, wozu z.B. auch die Auftriebskräfte gehören, sich im Gleichgewicht befinden, kann das Mass der Druckdifferenz durch den Verdrehungswinkel des Messelementes 9 bezüglich seiner unbelasteten Stellung bestimmt werden. In diesem Falle sind die Wirkgefässe 11 und 13 gegenüber dem Spiegel der Flüssigkeit 15 entsprechend der Druckdifferenz geneigt, während der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Gefässen 11 und 13 entsprechend der auftretenden Druckdifferenz in den Kammern 21 und 23 verschieden hoch steht, wobei diese Differenz die herrschende Druckdifferenz der beiden Wirkdrucke ebenfalls anzeigt.
Wenn aus irgendeinem Grunde eine der Wirkdruckleitungen undicht wird, so dass der Druck in einer der Kammern 21 oder 23 plötzlich zusammenfällt, so entsteht bei hohem statischem Druck ein grosses Drehmoment auf das Messelement 9 und dieses wird in seine Endlage ausgekippt, wobei, sofern der statische Druck dies vermag, die entsprechende Wassersäule im Wirkgefäss 11 bzw. 13 durchgeblasen wird, ohne dass indessen die Sperrflüssigkeit 15 aus dem äussern Gehäuse 1 hinausgedrängt würde. Dieses Messinstrument ist daher überlastsicher.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführung ersichtlich, in welcher ein äusseres Gehäuse 40 der dichten Halterung zweier Röhrchen 42 und 44 zum Zuführen der zu messenden Überdrucke dient. Im Gehäuse 40 ist ein Messelement 46 drehgelagert, welches ein kreisbogenförmiges Wirkrohr 48 umfasst, das über Laschen 50 mit einer Welle 52 verbunden ist. An der Welle 52 sitzt ein Zeiger 54, der auf einer Skala 56 endet. Ein sog. ebenfalls an der Welle 52 befestigtes Radizierschwert 58 hebt und senkt an einem Faden 60 ein Rückstellgewicht 62. Das Wirkrohr 48 ist durch eine Wirkwand 64 in zwei Wirkrohrkammern 70 und 72 unterteilt. Im Gehäuse 40 liegt eine Sperrflüssigkeit 68, während durch eine Trennwand 66 der Gasraum des Gehäuses 40 in zwei Teile geteilt wird. Dadurch entstehen Gehäusekammem 74 und 76.
Die Eintauchtiefe 78 der Trennwand 66 stellt ein Mass für den maximal möglichen Messbereich der zu ermittelnden Druckdifferenzen dar.
Die Wirkungsweise dieses Instrumentes ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige des Instrumentes gemäss Fig. 1. Die beiden Überdruckquellen werden über die Röhrchen 42 und 44 angeschlossen, wobei, entsprechend der Druckdifferenz der beiden Drucke, eine resultierende Kraft auf die Wirkwand 64 entsteht, welche das Messelement 46 so lange dreht, bis der Hebelarm des Rückstellgewichtes 62 aufgrund der Form des Radizierschwertes 58 so gross wird, dass das Messelement 46 nach einer entsprechenden Drehung im statischen Gleichgewicht zur Ruhe kommt. Das Mass der Drehung stellt den Wert der gesuchten Druckdifferenz dar, welcher aufgrund einer vorgängigen Eichung an der Skala 56 abgelesen werden kann.
Bei der Ausführung gemäss den Fig. 3 und 4 ist das Wirkrohr 48 schraubenförmig gestaltet, wobei seine beiden Öffnungen 80 unnd 82, einander gegenüberliegend, nicht nur für einen kommunizierenden Ausgleich der Sperrflüssigkeit 68 im festen u. drehbeweglichen Teil des Druckmessgerätes sorgen, sondern auch der Einführung der beiden Röhrchen 42 und 44, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich, in verschiedenen Ebenen eingeführt sind, um einen möglichst grossen Ausschwenkwinkel des Instrumentes nach beiden Seiten zu ermöglichen.
Aus Fig. 4 geht ferner eine Übertragungsmöglichkeit aus dem in sich vollständig geschlossenen, äusseren Gehäuse 40 hervor. Die Welle 52 des Messelementes 46 ist in je einem in den Seitenwänden 85 und 87 eingelassenen Kugellager 83rbzw. 84 gelagert, wobei das eine Ende (89) der Welle 52 permanent magnetisiert ist und mit einem ebenfalls permanent magnetisierten Ende 91 eines Zapfens 92 zusammenwirkt, der an seinem andern Ende den Zeiger 154 trägt. Der Zapfen 92 liegt in einem Lager 93, das auf einem Lagerbock 95 an der Seitenwand 87 des äussern Gehäuses 40 abgestützt ist. Die Druckdifferenz kann wiederum auf der geeichten Skala 156 abgelesen werden.
Für das Füllen und Entleeren der Sperrflüssigkeit 68 im Gehäuse 40 ist eine mittels einer Schraube verschliessbare Öffnung 97 vorgesehen.
Soll das Gerät zur Bestimmung eines statischen Drukkes, d.h. nicht einer Druckdifferenz, Verwendung finden, so kann auf das Anschlussröhrchen 42 verzichtet oder dieses nach aussen abgedichtet werden. Die Wirkrohrkammer 70 dient dann als Dämpfungsglied, wobei die Grösse der Dämpfung wiederum mit Hilfe der Blende 49 und der Schraube 51 in gewünschtem Sinne einstellbar ist.
Anstelle des in den Fig. 3 und 4 dargestellten spiralförmigen Wirkrohres können auch zwei Haibteile verwendet werden, welche an ihren aus der Sperrflüssigkeit herausragenden Enden zur Bildung von Kammern verschlossen sind. Diese Halbtoile sind parallel nebeneinander auf der Welle 52 befestigt.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, deren Aufbau grundsätzlich gleich ist, wie derjenige gemäss Fig. 2, bei welcher jedoch die freien Enden des Messelementes 46 in die Sperrflüssigkeit 68 eintauchen. Die Funktionsweise ist gleich wie diejenige der vorbeschriebenen Ausführungen.
Ein äusseres vollständig geschlossenes Gehäuse ist insbesondere dann am Platze, wenn die Messung von Drucken in Systemen erfolgt, die unter hohen statischen Drucken stehen. Es ist dann möglich, das Innere des Gehäuses ebenfalls unter diesen statischen Druck zu setzen, wozu dieses natürlich dicht sein muss.
Ein derartiges Instrument bedingt eine andere Verbindung zwischen aussenliegendem Zeiger und innenliegenden Drehteilen als diese bei überdrucklosen Gehäusen üblich ist. Für diesen Fall wird, wie beschrieben, vorzugsweise eine magnetische oder gegebenenfalls eine elektrische Übertragung mittels eines Potentiomenters vorgenommen.
Bei der Messung von Differenzdrücken ist der beschriebene Druckmesser praktisch für beliebig hohe statische Drücke verwendbar. Das beschriebene Druckmessgerät weist ferner den Vorteil auf, dass zur Festlegung der Wirkkammer handelsübliche Präzisionsrohre verwendet werden können, wobei die Auswuchtung des drehbaren Messelementes auf einfache Weise, beispielsweise mittels einer Schraube, erfolgen kann. Durch entsprechende Materialwahl kann das Messsystem unabhängig von der Art der zu messenden Medien gestaltet werden. Die Gewichte zur Erzeugung eines Gegendrehmomentes können innerhalb oder ausserhalb des feststehenden Gehäuses angebracht werden.
Der erläuterte Aufbau des Messinstrumentes ermöglicht dessen kleine Abmessungen. Durch entsprechende Dimensionierung der Wirkflächen kann der minimale und maximale Messbereich in praktisch beliebigem Masse erläutert werden.