DE1108946B - Differenzdruckmessgeraet nach dem Prinzip der Kraftkompensation - Google Patents

Description

Es sind Differenzdruckmeßsysteme bekannt, die aus zwei kommunizierenden Druckräumen bestehen, die durch eine Sperrflüssigkeit voneinander getrennt sind. Diese Meßsysteme können entweder Schwimmkörper enthalten, die auf der Oberfläche der Sperrflüssigkeit schwimmen und von den sich hebenden und senkenden Flüssigkeitsspiegeln mitgenommen werden, wobei die Bewegung der Schwimmkörper durch Hebelsysteme und Zeiger übertragen und angezeigt wird; oder es können in dem Meßsystem Auftriebskörper angeordnet sein, die bei einer Verschiebung der Flüssigkeitssäule nicht mitgenommen werden. Diese Auftriebskörper tauchen in die Sperrflüssigkeit und werden — in Abhängigkeit vom jeweiligen Differenzdruck — in verschieden starkem Ausmaß von dieser umspült, so daß die veränderlichen Auftriebskräfte dem jeweiligen Differenzdruck entsprechen. Um die Meßgröße zu gewinnen und die Auftriebskörper in ihrer Lage bzw. annähernd in ihrer Lage zu halten, ist es dabei erforderlich, die Auftriebskräfte zu kompensieren. Die Größe der veränderlichen Kompensationskraft ist dann ein Maß für den Differenzdruck. Vorteilhaft verwendet man für jeden Druckraum bzw. Schenkel eines U-Rohres einen Auftriebskörper und läßt beide Auftriebskörper auf einen Hebel wirken, an dem auch die Kompensationskraft angreift. Die Kompensationskraft kann im Druckraum bzw. in der Verbindungsleitung der beiden Druckkammern oder einer Erweiterung derselben erzeugt sein, beispielsweise auf elektromagnetischem Wege; sie kann aber auch mittels Stopfbuchsendurchführungen oder magnetischen Kupplungen durch die Gehäusewand hindurchgeführt und erst außerhalb des Druckraumes erzeugt werden. Auch bei den zuerst erwähnten Differenzdruckmessern mit Schwimmkörpern ist es bekannt, die Stellung der Schwimmkörper mittels Hebel und magnetischer Kupplung durch die Gehäusewand hindurch nach außen zu führen; und schließlich ist es allgemein bekannt, die Auftriebskraft eines Verdrängungskörpers, der in verschieden starkem Maße von einer Flüssigkeit umspült wird, durch eine veränderbare Kompensationskraft zu kompensieren, wobei zur Gehäusedurchführung der Kompensationskraft auch ein elastisches Wellrohr dienen kann.

Die Erfindung betrifft nun eine vorteilhafte Weiterbildung der oben beschriebenen bekannten Differenzdruckmeßsysteme, soweit diese nach dem Prinzip der Kraftkompensation arbeiten. Dadurch soll eine Trägheit behoben werden, mit der die Anzeige Veränderungen des Wirkdruckes folgt und die durch die Masse der Sperrflüssigkeit hervorgerufen ist. Es läßt Differenzdruckmeßgerät
nach dem Prinzip der Kraftkompensation

Anmelder:

Continental Elektroindustrie

Aktiengesellschaft

Askania -Werke,

Berlin-Mariendorf, Großbeerenstr. 2-10

Hans Bellag, Berlin-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt worden

sich überdies durch die Erfindung dem Meßsystem eine Charakteristik so vorgeben, daß dasselbe mit Vorteil als Glied einer Regelanlage verwendet werden kann. Erfindungsgemäß wird daher ein Differenzdruckmeßgerät nach dem Prinzip der Kraftkompensation, vorzugsweise Differenzdruckwandler für Regelzwecke, bestehend aus zweikommunizierendenDruckräumen, die durch eine Sperrflüssigkeit voneinander getrennt sind und die Auftriebskörper enthalten, wobei die Differenz der an den Auftriebskörpern wirksamen Auftriebskräfte durch eine Kompensationseinrichtung kompensiert wird, vorgeschlagen, das durch eine solche Profilgebung der beiden Auftriebskörper und/oder der Innenwände der Druckräume gekennzeichnet ist, daß zur Erzielung zusätzlicher, auf die Auftriebskörper bei Änderung der Druckdifferenz wirkender Strömungskräfte die Auftriebskörper innerhalb der Sperrflüssigkeit mit der jeweils benachbarten Druckraum-Innenwand eine Drosselstelle von einer gegenüber der Querschnittsfläche der Druckräume kleinen Querschnittsfläche bilden. Es werden daher bei Druckänderungen auf die Auftriebskörper nicht nur die Auftriebskräfte, sondern zusätzlich auch Strömungskräfte wirken. Bei Druckänderungen wird daher die kompensierende Kraft größer bzw. kleiner sein, als es dem Augenblickswert des Druckes entspricht, wodurch bei der Verwendung in Regelanlagen das Zeitverhalten verbessert wird. Die Strömungskräfte, die auf die Auftriebskörper wirken, werden verstärkt, indem der Querschnitt zwischen der Druckrauminnenwand und den Auftriebskörpern klein ge-

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halten und nach Art einer Drossel ausgebildet wird. Das Zeitverhalten läßt sich regulieren durch eine zusätzlich vorgesehene Überströmleitung mit einer verstellbaren Drossel, durch die Sperrflüssigkeit direkt von einem Druckraum in den anderen fließen kann, ohne an den Auftriebskörpern vorbeiströmen zu müssen. Ferner ist es vorteilhaft, vorzugsweise am unteren Ende der Auftriebskörper Ansätze anzubringen, die den Querschnitt der Auftriebskörper an einer Stelle vergrößern und dadurch die an diesen wirkenden Strömungskräfte vergrößern. Diese Ansätze müssen natürlich bei jeder Lage der Sperrflüssigkeit ganz in diese eintauchen.

Die Ausbildung des Differenzdruckmeßsystems gemäß der Erfindung verhindert auch ein Schwingen der Sperrflüssigkeitssäule um die neue Gleichgewichtslage bei Änderungen des Differenzdruckes. Dies ließe sich zwar vermeiden, indem man in der Verbindungsleitung der kommunizierenden Druckräume Drosseln vorsieht, die diese Bewegung dämpfen. Genau wie während der Zeit des Schwingens ist aber auch während des gedämpften Überströmvorganges noch keine annähernd richtige Anzeige des Differenzdruckes möglich bzw. keine Annäherung an dessen richtigen Wert.

Die Charakteristik der Umsetzung des Differenzdruckes in die Kompensationskraft ist naturgemäß gegeben durch die Abhängigkeit des Querschnittes der Auftriebskörper von der Höhe in der Wirkrichtung des Auftriebs. Im Fall der vorliegenden Erfindung wurde eine lineare Charakteristik gewählt. In diesem Fall ist der Querschnitt — mit Ausnahme der Stellen, an denen die Ansätze zur Vergrößerung der an den Auftriebskörpern wirkenden Strömungskräfte angebracht sind — der Höhe nach konstant. Am einfachsten ist das durch die Verwendung zylindrischer Auftriebskörper zu erreichen.

Es ist ferner wesentlich, daß die Auftriebskörper so ausgebildet sein müssen, daß sie bei keiner Stellung der Sperrflüssigkeitssäule ganz von dieser bedeckt sind, da sonst die Auftriebskräfte druckunabhängig werden. Es müssen daher die Auftriebskörper möglichst langgestreckt sein.

Einer weiteren Verdeutlichung der Erfindung diene die Beschreibung des in Abb. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Es sind 1 und 2 die Druckräume, getrennt durch die Quecksilberfüllung 3. Sie sind an die den zu messenden Wirkdruck verursachende Einrichtung, beispielsweise ein Venturirohr, angeschlossen zu denken; 4 und 5 sind die beiden Auftriebskörper. Sie sind gelenkig an dem bei 6 gelagerten Hebel 7 befestigt. An diesem Hebel ist ein der manometrischen Höhe entsprechendes Drehmoment fühlbar. Dieses Drehmoment wird auf den Hebel 8 übertragen. Die Mittel für diese Übertragung sind der am Hebel 7 vorhandene Arm 9 mit dem Weicheisenanker 10 und der am Hebel 8 vorhandene Arm 11 mit dem Magneten 12. Die Hebel 7 und 8 sind also durch magnetische Kräfte zwischen dem Weicheisenanker 10 und dem Magneten 12 gekoppelt.

Am Hebel 8 könnte das Drehmoment unmittelbar durch ein dynamometrisches Meßgerät gemessen und zur Anzeige gebracht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird es jedoch elektrodynamisch kompensiert und durch den das kompensierende Moment verursachenden elektrischen Strom abgebildet. Als bekannte Mittel zur Kompensation, deren Wesen durch Anschauung der Abbildung ohne weiteres verständlich ist, dienen der induktive Abgriff 13, der Verstärker 14 und das elektrodynamische System 15, etwa ein Tauchspulsystem. Werden — wie im Ausführungsbeispiel angedeutet — Feldspule und Ankerspule des elektrodynamischen Systems gleichzeitig vom krafterzeugenden Strom durchflossen, so entspricht der Strom der Wurzel des zu messenden Wirkdruckes und ist dann bekanntlich einem Durchfluß

ίο proportional. Der Strom durchfließt das Anzeige- und Registriergerät 16 und das Gerät 17, welches beispielsweise ein Regler sein kann.

Selbstverständlich kann an die Stelle einer mit elektrischen Mitteln arbeitenden Kompensationseinrichtung auch eine mit anderen, beispielsweise pneumatischen Mitteln arbeitende Kompensationseinrichtung treten.

Die Auftriebskörper 4 und 5 sind mit den Ansätzen 18 und 19 versehen, die den Querschnitt der

ao Auftriebskörper vergrößern und Strömungskräfte der Flüssigkeit aufnehmen und deren Durchmesser so bemessen sind, daß der zwischen ihnen und den Gefäßwänden verbleibende Spalt so eng ist, daß er den Durchfluß von Quecksilber zu drosseln vermag. Im Verlauf der Einstellung der manometrischen Höhe auf einen neuen, einem neuen Wirkdruck entsprechenden Endwert werden die Ansätze infolgedessen durch Kräfte beaufschlagt, die als zusätzliche Momente am Hebel 7 fühlbar sind. Durch diese zusätzlichen Momente wird bewirkt, daß das Gesamtmoment — additiv aus dem »zusätzlichen Moment« und dem durch die noch nicht endgültige manometrische Höhe bewirkten Moment der Auftriebskräfte zusammengesetzt — erheblich schneller dem dem neuen Wirkdruck entsprechenden Wert zustrebt. Das Zeitverhalten der Meßeinrichtung wird also im Sinne einer Verbesserung beeinflußt. Durch theoretische Überlegungen läßt sich finden, daß bei einer sprunghaften Änderung des Wirkdruckes seine Anzeige etwa dem in Abb. 2 durch die Kurve b dargestellten Typ einer Zeitfunktion folgt, während für die nicht mit Strömungskräften beaufschlagte Einrichtung der Typ a einer Zeitfunktion charakteristisch wäre. Wird eine sehr starke Drosselung durch sehr enge Spalte zwisehen den Ansätzen 18, 19 und den Gefäßwandungen erwirkt, so kann man erreichen, daß das durch das Strömen des Quecksilbers bewirkte Moment ein so starker Anteil des Gesamtmomentes wird, daß seine Anzeige einer Zeitfunktion etwa von dem in Abb. 2 dargestellten Typ c entspricht. Dieser Typ entspricht der Übergangsfunktion eines DP-Reglers. Erfindungsgemäß kann die Einrichtung also unmittelbar als DP-Regler verwendet werden. Eine Reguliermöglichkeit des »D-Anteils« ist gegeben durch die verstellbare Drossel 20, durch welche Quecksilber unter Umgehung des an den Ansätzen 18 und 19 vorbeiführenden Weges von dem einen in den anderen Druckraum fließen kann.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Differenzdruckmeßgerät nach dem Prinzip der Kraftkompensation, vorzugsweise Differenzdruckwandler für Regelzwecke, bestehend aus zwei kommunizierenden Druckräumen, die durch eine Sperrflüssigkeit voneinander getrennt sind und die Auftriebskörper enthalten, wobei die

Differenz der an den Auftriebskörpern wirksamen Auftriebskräfte durch eine Kompensationseinrichtung kompensiert wird, gekennzeichnet durch eine solche Profilgebung der beiden Auftriebskörper (4, 5) und/oder der Innenwände der Druckräume (1, 2), daß zur Erzielung zusätzlicher, auf die Auftriebskörper (4, 5) bei Änderung der Druckdifferenz wirkender Strömungskräfte die Auftriebskörper innerhalb der Sperrflüssigkeit (3) mit der jeweils benachbarten Druckraum-Innenwand eine Drosselstelle von einer gegenüber der Querschnittsfläche der Druckräume (1, 2) kleinen Querschnittsfläche bilden.

2. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einer verstellbaren Drossel (20) versehene unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnete Überströmleitung zwischen den beiden Druckräumen.

3. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Auftriebskörper (4, S) mit den Querschnitt vergrößernden Ansätzen (18, 19), die ganz und ständig in die Sperrflüssigkeit (3) eintauchen.

4. Differenzdruckmeßgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Auftriebskörper (4, 5), die mit Ausnahme der SteUen, an denen die Ansätze (18, 19) angebracht sind, in der Wirkrichtung des Auftriebs einen konstanten, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 562 662, 813 897; österreichische Patentschrift Nr. 153 141; USA.-Patentschriften Nr. 1396 560, 1516 394;

Zeitschrift »Brennstoff, Wärme, Kraft«, Bd. 4, Nr. 9 (September 1952), S. 308;

»Dechema-Erfahrungsaustausch« vom August 1953, Blatt 881 und 882 (A 21.223.31 und A 21.223.32);

Druckschrift B 501 a »Elektronische Stromwaage«, F 291/10.55.A., der Fa. Askania-Werke AG.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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