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Meßgerät mit radizierender oder einen anderen beliebigen funktionellen
Zusammenhang herstellender Üb ertragungs einrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf ein Meßgerät mit radizierender oder einen anderen beliebigen funktionellen Zusammenhang
herstellender tSbertragungseinrichtung, bei dem die elastische Kraft einer Feder
zur Bildung des Rückstellmomentes benutzt wird, wobei die Längenänderung der Feder
unmittelbar auf das Anzeigeorgan übertragen wird.
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Bei der Durchflußmessung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen nach
dem Wirkdruckverfahren wird der an einem in der Rohrleitung vorhandenen Drosselorgan
auftretende Wirkdruck mit einem Wirkdruckmesser ermittelt. Zwischen der Durchffußgeschwindigkeit
und dem erzielten Wirkdruck besteht eine quadratische Beziehung, d. h., die in der
Zeiteinheit durchfließende Menge nimmt quadratisch mit dem gemessenen Wirkdruck
zu. Da es im allgemeinen erwünscht ist, den Durchfluß an einer Skala mit linearer
Teilung abzulesen, sind bei den gebräuchlichen Durchflußmessenn nach dem Wirkdruckverfahren
meistens radizierende Dbersetzungseinrichtungen vorgesehen.
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Bei den für die Durchflußmessung nach dem Wirkdruckverfahren verwendeten
Ringwaagen sind zwei verschiedene Arten von Radiziereinrichtungen bekannt. Bei der
einen Ausführungsform der sogenannten Kraftradizierung, nimmt unter der Einwirwirkung
des Wirkdruckes das Gegendrehmoment das Waageringes quadratisch mit dem Ausschlag
zu.
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Zwischen dem Waagering und der Anzeigevorrichtung ist eine konstante
Übersetzungseinrichtung angeordnet. Bei der zweiten Ausführungsform, der sogenannten
Wegradizierung, ist an dem Waagering ein Gegengewicht fest angebracht, welches bei
der Auslenkung des Waageringes ein Gegendrehmoment ausübt.
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Zwischen dem Waagering und der Anzeigevorrichtung befindet sich eine
veränderliche Ubersetzungseinrichtung, die meistens mittels einer Kurvenscheibe
arbeitet.
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Die Form der Kurvenscheibe ist so ausgelegt, daß eine lineare Teilung
der Skala für den angezeigten Durchfluß erzielt wird.
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Bringt man die Ringwaage mit einer der bekannten Radiziereinrichtungen
durch äußere Störkräfte aus dem Gleichgewicht, so daß der Ausschlag a der Anzeigevorrichtung
um den Betragda verändert wird, so ändert sich die Rückstellkraft M um den Betrag
IM. Der Quotient zlM/3a nimmt dann bei Ringwaagen mit Kraftradizierung linear, bei
solchen mit Wegradizierung quadratisch mit der Anzeigen zu.
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Der reziproke Quotient Salzl M entspricht der durch Reibungskräfte
verursachten Meßunsicherheit. Diese Meßunsicherheit nimmt dann dem Betrag nach am
Anfang des Meßbereiches erheblich höhere Werte an
als an seinem Ende. Vorausgesetzt
ist dabei, daß die Reibungskräfte im wesentlichen in der Anzeigevorrichtung auftreten.
Meßtechnisch anzustreben ist jedoch, daß der Anzeigefehler, bezogen auf den jeweiligen
Anzeigewert, über den gesamten Meßbereich konstant bleibt.
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Diese Aufgabe, bei konstanter Reibung des eigentlichen Anzeigeorgans
die relative Meßgenauigkeit über den gesamten Meßbereich konstant zu halten, wird
von den bekannten Radiziervorrichtungen nicht gelöst.
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Das gleiche trifft auch auf eine bekannte Anordnung zu, bei der eine
Rückstellfeder mittels eines Zugbandes mit einer Bourdonfeder als Meßorgan über
eine Spannrolle verbunden ist. Mittels einer Kniehebelmechanik wird zwar ein funktioneller
Zusammenhang zwischen den Bewegungen des Rohrfederendes und der Zeigerspitze erreicht,
jedoch ist die Anzeigegenauigkeit im Anfangsbereich der Skala größer als an ihrem
Ende, da die Ubersetzung zwischen Meßorgan und Zeiger im Anfangsbereich der Skala
erheblich größer als an ihrem Ende gemacht werden muß.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Rückstellfeder über
ein Zugband mit der Anzeigevorrichtung verbunden, jedoch fehlt der lineare Zusammenhang
zwischen der Rückstellfeder und dem Zeiger. Bei Änderung der Anzeige wird die Rückstellfeder
nicht proportional, sondern nach einem anderen Gesetz gelenkt. Außerdem liegt bei
dieser Anordnung wie auch bei anderen bekannten Vorrichtungen eine proportionale
Zuordnung zwischen Meßgröße und Weg des Meßorgans vor, während die der Erfindung
zugrundeliegende
Anordnung davon ausgeht, daß im Falle einer Radizierung die Wege, die das Meßorgan
im Anfang der Anzeigeskala zurücklegen muß, er heblich größer als am Ende der Skala
sind.
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Weiterhin sind noch Anordnungen bekannt, die nach der Kompensationsmethode
arbeiten, bei denen aber ebenfalls die Rückstellkraft nicht proportional der Anzeigegröße
wächst, und die damit keine über den gesamten Meßbereich konstante Anzeigegenauigkeit
besitzen.
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Die Erfindung bezweckt, ein von diesen Mängeln freies Meßgerät zu
schaffen, bei dem ein über den gesamten Meßbereich dem Betrag nach gleichbleibender
Anzeigefehler erzielt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß zurVerstellung
desAnzeigeorgans um eine feste, kleine Einheit an jeder Stelle des Anzeigebereiches
die gleiche oder annähernd gleiche Arbeit aufgewendet werden muß und zwischen der
Längenänderung der Feder bzw. der Meßwertanzeige und der Meßgrößenänderung eine
lineare Abhängigkeit besteht. Damit erübrigt sich auch eine Skalenverkürzung in
der Nullpunktsnähe. Voraussetzung ist dabei allerdings, daß zunächst der Hauptteil
der Reibung an dem ganzen Meßsystem am Zeiger auftritt und demgegenüber die Reibungsarbeit,
welche im Meßorgan und in dem Übersetzungsgetriebe zu leisten ist, vernachlässigbar
klein ist. Es herrschen dann dieselben Verhältnisse wie bei einer einfachen Federwaage:
eine kleine konstante Zusatzkraft erzeugt eine dem Betrag nach ebenso konstante
zusätzliche Auslenkung der Federwaage, unabhängig davon, wie groß die Vorlast ist,
solange man noch im elastischen Bereich der Feder bleibt.
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Das Meßgerät gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Rückstellkraft in an sich bekannter Weise über eine Kurvenscheibe an dem Meßorgan
angreift, die eine solche Form aufweist, daß mit jeder Meßgrößen änderung ein sich
proportional änderndes Gegendrehmoment der Feder hervorgerufen wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Bei der in Abb. 1 dargestellten Ringwaage mit Radizierung ist der
Waagering - mittels einer Schneide 2 in seinem Mittelpunkt drehbar gelagert. Der
mit einer Sperrflüssigkeit 3 gefüllte Waagering wird über die Öffnungen 4 und 5
dem Wirkdruck an einem nicht dargestellten Drosselgerät in einer Rohrleitung ausgesetzt.
Mit zunehmendem Durchfluß in der Rohrleitung wird als Folge des an dem Drosselgerät
auftretenden Wirkdruckes auf den Waagering 1 ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles
6 ausgeübt. Dem Drehmoment des Waageringes 1 wirkt über eine an dem Waagering fest
angebrachte Kurvenscheibe 7 die Kraft der Feder 8 entgegen. Zu diesem Zweck ist
die Feder 8 mit einem Band 9 verbunden, welches auf der Kurvenscheibe 7 aufliegt
und nahe dem Drehpunkt 2 an der Kurvenscheibe 7 befestigt ist. Die Kurvenscheibe
7 ist so gestaltet, daß zwischen der Längenänderung der Feder 8 und der durchfließenden
Menge eine lineare Abhängigkeit besteht. Die Längenänderung der Feder 8 wird über
eine Zahnstange 10 mit dem Zahnrad 11 auf die Anzeigevorrichtung 12 übertragen.
Wenn man die Reibungskräfte an der Obere tragungseinrichtung der Kurvenscheibe 7
und am Zahnrad 11 als konstant annimmt, so erreicht man mit dieser Anordnung einen
über den gesamten Meßbereich dem Betrag nach konstanten Anzeigefehler.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten Ringwaage wirkt das von dem Waagering
1 unter der Einwirkung des Wirkdruckes ausgeübte Drehmoment über die Kurvenscheibe
7 mit dem aufgelegten Band 9 auf die drehbare Scheibe 13. An der Scheibe 13 ist
eine zweite Kurvenscheibe 14 angebracht, an welcher mittels des aufgelegten Bandes
15 die Feder 8 angreift. Die Anzeigevorrichtung 12 ist mit der drehbaren Scheibe
13 verbunden.
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Die Form der Kurvenscheibe 7 ist so gestaltet, daß zwischen dem auf
den Waagering ausgeübten Wirkdruck und der Anzeige an der Anzeigevorrichtung 12
eine quadratische Abhängigkeit besteht. Die Kurvenscheibe 14 ist so ausgelegt, daß
die zur Verstellung der Anzeigevorrichtung 12 um eine feste, kleine Einheit aufzuwendende
Arbeit umgekehrt proportional dem jeweiligen Anzeigewert ist. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß der Anzeigefehler der jeweiligen Anzeige konstant verhältnisgleich
wird.
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Abb. 3 zeigt eine Ringwaage mit Radizierung, bei welcher ebenfalls
ein dem Betrag nach über den gesamten Meßbereich konstanter Anzeigefehler erzielt
wird. Bei dieser Anordnung wirkt dem Drehmoment des Waageringes das Drehmoment eines
Gewichtshebels 16 entgegen. Der Gewichtshebel 16 ist mit der Scheibe 13 und der
Anzeigevorrichtung 12 fest verbunden und im Punkt 17 drehbar gelagert. Die Kraftübertragung
von demWaagering 1 auf den das Gegendrehmoment erzeugenden Gewichtshebel 16 erfolgt
durch das Band 9, welches auf dem Umfang der Scheibe 13 aufliegt. Wenn man das Übersetzungsverhältnis
der Übertragungseinrichtung zwischen dem Waagering 1 und dem Gewichtshebel 16 so
wählt, daß beim Endwert des Meßbereiches nur ein geringer Winkelausschlag am Gewichtshebel
16 erzielt wird, so wird ein mit zunehmender Menge auch angenähert linear zunehmendes
Gegendrehmoment an dem Gewichtshebel 16 hervorgerufen.
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Der Erfindungsgedanke wurde bisher an Hand von Ringwaagen mit Radizierung
erläutert. Es ist ebenfalls möglich, auch an Meßgeräten mit anderen Meßorganen dem
Erfindungsgedanken entsprechende meßtechnische Eigenschaften zu erzielen.
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So zeigt z. B. Abb. 4 ein Balgfedermeßwerk mit Radizierung, welches
in Verbindung mit Wirkdruckwandlern für die Durchflußmessung benutzt werden kann.
Es sei vorausgesetzt, daß als Meßgröße ein Druck zur Verfügung steht, der einem
Wirkdruckwandler entnommen wird und dessen Wert dem Wirkdruck an einem Drosselorgan
in einer Rohrleitung proportional ist. Dieser als Meßgröße dienende Druck wirkt
auf eine Balgfeder 18. Das freie Ende der Balgfeder 18 ist mit einer Rolle 19 starr
verbunden, die sich auf der Kurvenscheibe 20 abwälzt. Der Drehpunkt der Rolle 19
ist mittels einer Stange 21 gelenkig mit dem Festpunkt 22 verbunden.
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Die Kurvenscheibe 20 ist durch den Hebel 23 um den Punkt 24 drehbar
gelagert. Zwischen dem Hebel 23 und der festen Auflage 25 befindet sich die Feder
26. Die Bewegung der Kurvenscheibe 20 wird durch eine Hebelanordnung 27 und 28 auf
die Schreib- und Anzeigeeinrichtung 29 übertragen. Bei Einwirkung eines Druckes
auf die Balgfeder 18 wird die Rolle 19 in Richtung des Pfeiles 30 ausgelenkt. Hierdurch
bewegt sich die Kurvenscheibe 20 in Richtung des Pfeiles 31. Die Bewegung der Kurvenscheibe
20 wird hierbei auf die Schreib- und Anzeigevorrichtung 29 übertragen. Der Bewegung
der Kurvenscheibe 20
wirkt die Kraft der Druckfeder 26 entgegen.
Die Kurvenscheibe 20 ist so gestaltet, daß zwischen dem auf die Balgfeder 18 wirkenden
Druck und der Bewegung der Anzeigevorrichtung29 eine quadratische Beziehung besteht.
Da nun vorausgesetzt ist, daß der auf die Balgfeder 18 wirkende Druck dem Wirkdruck
an dem Drosselorgan in einer Rohrleitung proportional ist, wird hierdurch eine in
Abhängigkeit von dem Durchfluß in der Rohrleitung lineare Teilung der Anzeigevorrichtung
erzielt. Setzt man weiterhin voraus, daß die federnde Wirkung der Balgfeder 18 gering
ist gegenüber der Kraftwirkung der Feder 26, so wird auch bei dieser Anordnung ein
über den gesamten Meßbereich dem Betrag nach angenähert konstanter Anzeigefehler
erzielt.