DE1017818B

DE1017818B - Mercury manometer with a device for determining the position of the mercury column tops

Info

Publication number: DE1017818B
Application number: DEB19100A
Authority: DE
Inventors: Alfred Horace Cockett
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1951-02-23
Filing date: 1952-02-15
Publication date: 1957-10-17

Description

Quecksilbermanometer mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Stellung der Quecksilbersäulenkuppen Die Erfindung bezieht sich auf ein Quecksilbermanometer mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Stellung der Quecksilbersäulenkuppen in den beiden Rohrschenkeln, insbesondere bei undurchsichtigen Rohren. Mercury manometer with a device for determining the position The invention relates to a mercury manometer with a device for determining the position of the mercury column tops in the two pipe legs, especially in the case of opaque pipes.

In bestimmten Fällen, beispielsweise dann, wenn die Quecksilbersäule unter hohem statischem Druck steht, ist es erforderlich, das Quecksilber in einem Stahlrohr oder in einer anderen, undurchsichtigen Röhre von genügender Festigkeit aufzunehmen, die dem Innendruck widersteht. In solchen Fällen ist die Beobachtung des Standes der Quecksilberkuppe durch visuelle Betrachtung nicht möglich. In certain cases, for example, when the mercury column is under high static pressure, it is necessary to put the mercury in a Steel pipe or in another, opaque tube of sufficient strength take up, which withstands the internal pressure. In such cases it is observation the level of the mercury dome is not possible by visual inspection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung von einfachem Aufbau und großer Genauigkeit zur Ermittlung des Standes der Kuppe einer Quecksilbersäule innerhalb eines solchermaßen undurchsichtigen Behälters zu schaffen, bei der durch die Wandungen des Behälters hindurch mechanische Bewegungen nicht übertragen oder elektrische Verbindungen nicht hindurchgeführt werden. The invention is based on the object of a device of simple Structure and great accuracy for determining the level of the summit of a mercury column to create within such an opaque container through the walls of the container do not transmit mechanical movements or electrical connections are not passed through.

Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Quecksilbersäule innerhalb des Behälters als einzige Windung einer in sich kurzgeschlossenen Sekundärwicklung eines Transformators aufgefaßt wird, der Scheinwiderstand dieser Sekundärwicklung sich mit der Länge der Quecksilbersäule ändert, d. h. sich mit dem jeweiligen Stand der Kuppe der Quecksilbersäule innerhalb des Behälters ändert. It has been found that when the mercury column is within the Container as the only turn of a short-circuited secondary winding of a Transformer is understood, the impedance of this secondary winding itself changes with the length of the mercury column, d. H. with the current status of The top of the mercury column changes inside the container.

Da der effektive Scheinwiderstand der Primärwicklung eines Transformators jeweils auch teilweise den Scheinwiderstand der Sekundärwicklung in sich schließt, wird eine Änderung des letzteren eine dementsprechende Änderung des Scheinwiderstandes der Primärwicklung hervorrufen. Es hat sich gezeigt, daß diese Änderung des Scheinwiderstandes der Primärwicklung in eine Beziehung mit der Änderung des Standes der Kuppe der Quecksilbersäule gebracht werden kann. Damit die Quecksilbersäule als Sekundärwicklung wirken kann, muß natürlich der Behälter aus unmagnetischem Material bestehen. Because the effective impedance of the primary winding of a transformer each also partially includes the impedance of the secondary winding, a change in the latter becomes a corresponding change in the impedance the primary winding. It has been shown that this change in impedance the primary winding in relation to the change in the position of the crest of the Mercury can be brought. So that the mercury column as a secondary winding can act, the container must of course be made of non-magnetic material.

Gemäß der Erfindung besteht infolgedessen die Einrichtung zur Ermittlung des Standes der Quecksilberkuppe in den beiden Rohrschenkeln in bezug auf einen bestimmten Normalstand in den Rohrschenkeln aus einer die beiden Rohrschenkel umgebenden, mit Wechselstrom beschickten Spule und einer Einrichtung zur Messung der Änderung des Scheinwiderstandes der Spule bei jeweiliger Änderung des Abstandes der Kuppe der Quecksilbersäule von dem erwcihnten Normalpegel. According to the invention there is consequently the device for determining the level of the mercury tip in the two pipe legs with respect to one certain normal position in the pipe legs from a surrounding the two pipe legs, with alternating current fed coil and a device for measuring the change the impedance of the coil with a respective change in the distance from the tip of the mercury column from the normal level mentioned.

Um die Empfindlichkeit der Einrichtung zu erhöhen kann in den Rohrschenkeln ein Kern in Form eines Eisendrahtes, dessen Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Rohrschenkel klein gewählt ist, angeordnet sein, welcher koaxial innerhalb des Behälters befestigt ist. Der Draht kann, falls erforderlich, mit einem Anstrich oder einer anderen Art von Umhüllung versehen sein, um gegen Korrosion geschützt zu sein, wobei Voraussetzung ist, daß eine entsprechend dünne Umhüllung Anwendung findet. To increase the sensitivity of the device can be in the pipe legs a core in the form of an iron wire, its diameter in comparison to the diameter the pipe leg is chosen to be small, which is arranged coaxially within the Container is attached. The wire can, if necessary, with a coat of paint or some other type of covering to protect against corrosion to be, with the prerequisite that a correspondingly thin envelope application finds.

Die Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes der Spule kann am besten eine Wechselstrombrücke darstellen, wobei die Spule den einen Zweig der Brücke bildet, während die drei anderen Zweige derselben Scheinwiderstände fester Größe sind. Jede Änderung des Scheinwiderstandes der Spule wird durch eine entsprechende Änderung des Stromes im Galvanometerzweig der Brücke angezeigt. Der durch die Brücke fließende Strom muß konstant sein. Dies kann durch irgendwelche geeignete Mittel erzielt werden, beispielsweise durch einen Transformator für gleichbleibende Spannung oder einen Ballastwiderstand. Die Frequenz des der Brücke zugeführten Stromes kann jeden üblichen Wert haben; so kann beispielsweise, wenn ein Eisenkern Verwendung findet ein Strom von einer Frequenz von 50 Hz verwendet werden. Wenn jedoch ein solcher Kern nicht verwendet wird, muß die Frequenz des Stromes wesentlich erhöht werden, um eine einigermaßen gleich große Empfindlichkeit zu erzielen. Für diesen Fall wäre ein geeigneter Frequenzwert etwa 1000 Hz. The device for measuring the impedance of the coil can best represent an AC bridge, with the coil being one branch of the Bridge forms, while the other three branches of the same apparent resistances are more solid Size are. Every change in the impedance of the coil is indicated by a corresponding Change in the current in the galvanometer branch of the bridge is displayed. The one through the bridge flowing current must be constant. This can be done by any suitable means can be achieved, for example by a transformer for constant voltage or a ballast resistor. The frequency of the current supplied to the bridge can have any common value; so can for example when using an iron core finds a current of a frequency of 50 Hz to be used. However, if a If such a core is not used, the frequency of the current must be increased significantly in order to achieve a reasonably equal sensitivity. For this A suitable frequency value would be around 1000 Hz.

Im Anzeigeinstrument der Meßbrücke wird vorzugsweise ein Verstärkergerät angeordnet, um die Stärke des hindurchfließenden Stromes zu erhöhen. An amplifier device is preferably used in the display instrument of the measuring bridge arranged to increase the strength of the current flowing through it.

Im Betrieb wird die Brücke so abgestimmt, daß, wenn die Kuppe der Quecksilbersäule sich auf dem Normalpegel befindet, durch das Anzeigeinstrument im Galvanometerzweig der Bücke kein Strom fließt. In operation, the bridge is tuned so that when the top of the The mercury column is at the normal level, as indicated by the display instrument no current flows in the galvanometer branch of the bridge.

Eine Änderung des Standes der Quecksilberkuppe ruft eine entsprechende Änderung der Indulçtivität der Spule hervor. Diese Störung der elektrischen Abstimmung der Meßbrücke verursacht, daß durch das Anzeigegerät ein Strom fließt, dessen Stärke jeweils proportional der Änderung des Standes der Quecksilberkuppe in bezug auf den Normalpegel ist.A change in the level of the Mercury Dome calls for a corresponding one Change in inductivity of the coil. This disturbance of the electrical coordination the measuring bridge causes a current to flow through the display device, its strength in each case proportional to the change in the level of the mercury dome in relation to is the normal level.

Die Empfindlichkeit der Einrichtung ist bei kleinen Änderungen des Kuppenstandes klein und nimmt bei zunehmender Größe der Änderung des Kuppenstandes zu. In solchen Fällen kann die Empfindlichkeit in der Nähe des Nullpunktes dadurch erhöht werden, daß um die Spule eine zweite Spule herumgelegt wird, welche in Serie mit der ersten Spule geschaltet ist. The device is sensitive to small changes in the Hilltop stand small and increases with increasing size of the change of the hilltop stand to. In such cases the sensitivity can be close to the zero point be increased that a second coil is placed around the coil, which in series is connected to the first coil.

Durch ähnliche Maßnahmen kann die Empfindlichkeit der Einrichtung innerhalb jeden gewünschten Teilbereiches ihres Meßbereiches erhöht werden. Andererseits kann die Empfindlichkeit auch dadurch erhöht werden, daß der Durchmesser des Drahtes, aus welchem die Spule gewickelt ist, vergrößert wird, vorausgesetzt, daß die Windungszahl der Spule nicht vermindert wird. Dies bewirkt eine Erhöhung des Verhältnisses der Induktivität zum Widerstand der Spule.By taking similar measures, the sensitivity of the establishment can be increased within any desired sub-range of their measuring range. on the other hand the sensitivity can also be increased by changing the diameter of the wire, from which the coil is wound is increased, provided that the number of turns the bobbin is not decreased. This causes an increase in the ratio of the Inductance to the resistance of the coil.

Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Gebrauch mit Differentialmanometern zur Messung von Druckdifferenzen, wie sie beispielsweise in den Kanälen von Strömungsmessern in Hochdruckanlagen auftreten. Eine solche Anwendung der Einrichtung wird nunmehr in bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in welchen Fig. 1 einen Teil eines Zweiges eines Differentialmanometers zeigt, welcher gleichzeitig die Einrichtung nach der Erfindung verkörpert, und in welchen Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Schaltungen zum Gebrauch in Verbindung mit einem solchen Manometer zeigen. The device according to the invention is particularly suitable for use with differential manometers for measuring pressure differences, such as those used occur in the channels of flow meters in high pressure systems. One such application the device will now be described in detail with reference to the drawings, in which Fig. 1 shows part of a branch of a differential manometer which at the same time embodies the device according to the invention, and in which Fig. 2 and 3 show two different circuits for use in conjunction with one Show manometer.

Das Manometer ist von üblicher Bauart und besteht aus einem mit Quecksilber gefüllten U-Rohr, wobei die Quecksilbersäulen der beiden Rohrschenkel jeweils unter Einwirkung der beiden Drücke stehen, deren Differenz gemessen werden soll. The manometer is of the usual type and consists of one with mercury filled U-tube, with the mercury columns of the two tube legs each below The two pressures whose difference is to be measured are affected.

Jeder Schenkel des Manometers hat, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Form einer eine Quecksilbersäule 2 enthaltenden Röhre 1. Koaxial innerhalb der Röhre 1 ist der Eisendraht 3 angeordnet, welcher durch Eisendrahtspiralen 4 in seiner Lage gehalten wird. Each leg of the manometer has, as can be seen from Fig. 1, the Shape of a tube 1 containing a column of mercury 2. Coaxially inside the tube 1, the iron wire 3 is arranged, which by iron wire spirals 4 in his Location is held.

Um die Außenseite der Röhre 1 herum, jedoch nicht in unbedingter Berührung mit derselben, ist eine Kupferdrahtspule 5 gewickelt, die lang genug ist, um sicherzustellen, daß im Betrieb die Kuppe der Quecksilbersäule stets innerhalb des Spulenbereiches bleibt. Around the outside of the tube 1, but not necessarily Touching the same, a copper wire coil 5 is wound, which is long enough to ensure that the summit of the mercury column is always within of the coil area remains.

In Serie mit der Spule ist die Spule 6 geschaltet, welche um die Spule herumgewickelt ist und hinsichtlich ihrer Länge sich jeweils nach beiden Seiten desjenigen Pegels erstreckt, welchen die Quecksilbersäule innerhalb der Röhre 1 einnimmt, wenn der Differentialdruck gleich Null ist.In series with the coil, the coil 6 is connected, which around the coil is wrapped around and in terms of length in each case to both sides of the level which the mercury column extends inside the tube 1 assumes when the differential pressure is zero.

Die Gesamtheit der Spulen 5 und 6 jeweils eines Schenkels des Manometers ist jeweils als ein Zweig einer Widerstandsbrücke geschaltet, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wobei die Gesamtinduktivitäten dieser Spulenserienschaltungen jeweils mit L1 und L2 bezeichnet sind, während ihre Widerstände mit R1 und R2 bezeichnet sind. Die übrigen Zweige der Brückenschaltung werden von zwei Widerständen fester Größe Ro gebildet. The entirety of the coils 5 and 6 each of one leg of the manometer is connected as a branch of a resistor bridge, as shown in Figs. 2 and 3, the total inductances of these coil series circuits are labeled L1 and L2, respectively, while their resistors are labeled R1 and R2 are. The remaining branches of the bridge circuit are made stronger by two resistors Formed size Ro.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schaltungen unterscheiden sich jeweils nur durch die Art, in welcher sichergestellt ist, daß durch die Brückenschaltung ein konstanter Strom fließt. In beiden Fällen wird Wechselstrom einer geeigneten Frequenz zugeführt, jedoch wird bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung für diesen Zweck ein Transformator für gleichbleibende Spannung verwendet, während bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung der Stromfluß vermittels eines Ballastwiderstandes Br geregelt wird. Die Bezugszeichen T2 (Fig. 2) und T4 (Fig. 3) geben Abwärtstransformatoren an, deren Untersetzungsverhältnis so gewählt ist, daß die an der Brü,cke anliegende Spannung auf den jeweils gewünschten Wert heruntertransformiert wird. The circuits shown in FIGS. 2 and 3 differ in each case only by the way in which it is ensured that by the bridge circuit a constant current flows. In both cases, alternating current is a suitable one Frequency supplied, but in the circuit shown in Fig. 2 for this Purpose a transformer is used for constant voltage while at the The circuit shown in FIG. 3 shows the flow of current by means of a ballast resistor Br is regulated. Reference characters T2 (Fig. 2) and T4 (Fig. 3) indicate step-down transformers whose reduction ratio is chosen so that the one lying on the bridge Voltage is transformed down to the desired value in each case.

Die Ohmschen Widerstände der Spulenkörper 5 und 6 der beiden Schenkel des Manometers können größenordnungsmäßig etwas voneinander abweichen, wobei jeweils einer oder beide Widerstände R1 und R2 außerdem einen Regelwiderstand enthalten können, um jeweils das Gleichgewicht innerhalb der Brücke wiederherzustellen. Solche Regelwiderstände können außerdem auch als Teil eines der Widerstände Ro eingefügt sein. The ohmic resistances of the coil formers 5 and 6 of the two legs of the manometer can vary in order of magnitude, whereby in each case one or both of the resistors R1 and R2 also contain a variable resistor to restore balance within the bridge. Such Variable resistors can also be inserted as part of one of the resistors Ro be.

Im Betrieb kommt die Brücke stets dann ins Gleichgewicht, wenn der Differentialdruck gleich Null ist oder irgendeinen willkürlich gewählten Wert aufweist. Wenn der Differentialdruck sich erhöht, wird das Quecksilber in einem Schenkel des Manometers steigen und in dem anderen fallen, so daß der Scheinwiderstand der Spulen 5 und 6 des einen Schenkels größer und der der Spulen 5 und 6 des anderen Schenkels kleiner wird. Dies bewirkt, daß die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht kommt und durch das Anzeigeinstrument G ein Strom fließt. Die Größe des Stromes hängt dabei jeweils von der Differenz zwischen den Ständen der Quecksilherpegel in den beiden Schenkeln und infolgedessen auch von dem jeweils herrschenden Differentialdruck ab. Das Anzeigeinstrument G kann in cm Hg oder in Fällen, in welchen das Manometer mit einem Strömungsmesser verbunden ist, in entsprechenden Strömungswerteinheiten geeicht sein. In operation, the bridge always comes into equilibrium when the Differential pressure is zero or any arbitrarily chosen value. When the differential pressure increases, the mercury in one leg of the Pressure gauges rise and fall in the other, so that the impedance of the coils 5 and 6 of the one leg larger and that of the coils 5 and 6 of the other leg gets smaller. This causes the bridge circuit to become unbalanced and a current flows through the display instrument G. The size of the stream depends in each case on the difference between the levels of mercury in the both legs and consequently also from the differential pressure prevailing in each case away. The display instrument G can be in cm Hg or in cases in which the manometer is connected to a flow meter, in corresponding flow value units be calibrated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Mercury manometer with a device for Determine the position of the mercury tips in the two pipe legs, thereby characterized in that the means for determining the mercury peaks from a the two pipe legs surrounding, charged with alternating current coil (5) consists and that measuring arrangements for determining the impedance of this coil in the respective position of the mercury peaks in relation to the impedance of the Coil are provided at a normal level.

2. Mercury manometer according to claim 1, characterized in that that to increase the measurement sensitivity in the pipe legs (1) a coaxially attached Core made of iron wire (3) with a small diameter in relation to the pipe leg diameter Diameter is arranged, which is arranged therein for example by means of helical iron wire spirals (4) is attached, and optionally a thin covering to protect against corrosion having.

3. Mercury manometer according to claim 1, characterized in that that to increase the measurement sensitivity within each ge wish Position area of the mercury column tops the coil surrounding this area (5) is surrounded by another coil (6) in series with the first mentioned Coil is switched.

4. Mercury manometer according to claim 1 or 3, characterized in that that the coils (5 or 5 and 6) on the legs of a U-tube (1) in each case in opposite branches (Rl and L1 or R2 and L2) of a resistor bridge are switched, namely in such a way that after balancing the bridge at the north mallevel of the mercury peaks is the differential pressure corresponding to the various peak positions as a current value or pressure value on the electrical measuring instrument connected to the bridge (G) can be read.

Considered publications: German Patent Specifications No. 424636, 551 983, 664 606; U.S. Patent No. 2,524,600; Currently »Engineer«, 1950, P. 304.