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Einrichtung zur Meßbereichsverstellung bei Meßwertumformern nach dem
Prinzip des Kraftvergleichs Bei kraftvergleichenden Meßumformern wird ein gewöhnlich
zweiarmiger Hebel einer Kraftwaage von der Meßkraft ausgelenkt und über einen Verstärker
eine Gegenkraft erzeugt, die den Ausschlag der Kraftwaage rückgängig macht (Kompensation).
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Der die Gegenkraft erzeugende Verstärker kann mit elektrischer, hydraulischer
oder pneumatischer Hilfskraft arbeiten. Als Meßkraft wirkt z. B. bei der Durchflußmessung
der Differenzdruck an einer Blende auf eine Membran, die mit der Kraftwaage verbunden
ist. An Stelle des Differenzdruckes können auch beliebige andere, z. B. elektrische
Meßgrößen am Hebelarm der Kraftwaage angreifen. Bei einer bekannten Ausführungsform
eines Meßwertumformers stützt sich das Kompensationssystem gegen eine feste Unterlage
ab und lenkt einen Zwischenhebel aus, der seine Bewegung über eine längs des Zwischenhebels
verstellbare Schneide auf den Hebel der Kraftwaage überträgt. Bei der Verstellung
der Schneide wird der Meßbereich verstellt, d. h., es kann hierdurch der Bereich
der an der Kraftwaage angreifenden Meßkraft verändert werden, der durch einen festen
Bereich der Kompensationskraft, z. B. zwischen ... .1 kg zu beherrschen ist. Der
bekannte Meßumformer hat eine verhältnismäßig große Baulänge, und außerdem läßt
sich hierbei der Meßbereich durch Verlagerung des Drehpunktes des Waagebalkens nur
in relativ engen Grenzen verstellen. Um die Anzahl der z. B. bei der Durchflußmessung
notwendigen Typen von Meßumformern möglichst klein zu halten, soll jedoch der Meßbereich
in sehr weiten Grenzen eingestellt werden können.
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Bei einer Einrichtung zur Meßbereichsverstellung bei Meßwertumformern
nach dem Prinzip des Kraftvergleichs, bei denen der Drehpunkt ihres Waagebalkens
verlagert werden kann und bei denen das die Kompensationskraft erzeugende System
(Kompensationssystem) über einen Zwischenhebel auf den Hebel der Kraftwaage wirkt,
ist gemäß der Erfindung der Drehpunkt des Zwischenhebels auf einer zu dem Hebel
der Kraftwaage parallelen Führungsbahn verschiebbar und der Hebel der Kraftwaage
mit dem Zwischenhebel an einem Ende gelenkig verbunden, und das Kompensationssystem
greift zwischen den Hebeln an und wirkt auf beide Hebel in entgegengesetzter Richtung.
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Der neue Meßumformer läßt sich mit sehr kleiner Baulänge ausführen.
Außerdem kann der Meßbereich in sehr weiten Grenzen verstellt werden. Ein Ausführungsbeispiel
eines gemäß der Erfindung aufgebauten Meßumformers soll an Hand der Zeichnung näher
erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt dabei in rein schematischer Darstellung das Wirkungsprinzip,
während Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer ausgeführten Konstruktion wiedergibt.
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Als Kompensationssystem ist in dem Ausführungsbeispiel ein Faltenbalg
3 angenommen, der an einen pneumatischen Verstärker angeschlossen ist. Statt dessen
können auch andere Kraftkompensationssysteme, z. B. auch ein elektrodynamisches
Tauchspulsystem, benutzt werden. Der Magnet des Tauchspulsystems wird dabei an einem
der beiden Hebel befestigt, während die Tauchspule am anderen Hebel angreift. Nach
F i g. 1 wird der Hebelarm 4 der Kraftwaage, der um die Achse 5 drehbar gelagert
ist. von einer Meßkraft ausgelenkt, die z. B. an seinem rechten Ende angreift und
in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Hebel 4 ist an seinem linken Ende über
einen Stab, ein Band oder ein Seil 6, das an den Gelenkpunkten 7 und 8 angreift,
mit dem linken Ende eines Zwischenhebels 9 verbunden. Der Zwischenhebel ist um die
Schneide 10 drehbar gelagert, die zur Verstellung des Meßbereiches zwischen den
Grenzlinien 1 und 2 verschoben werden kann. Zwischen den beiden Hebeln 4 und 9 ist
der Faltenbalg 3 angeordnet, der sich mit seinen beiden Enden gegen beide Hebel
abstützt und sie auseinanderdrückt. Der Faltenbalg ist über die Druckleitung 11
an einen nicht dargestellten pneumatischen Verstärker angeschlossen. Der Verstärker
tastet mit einem ebenfalls nicht gezeichneten Fühlglied, beispielsweise mittels
einer Düsen-Prallplattenanordnung, die Stellung des Hebels 4 der Kraftwaage ab und
erzeugt eine solche Gegenkraft im Faltenbalg 3, daß die durch die Meßkraft bewirkte
Auslenkung des Hebels 4 wieder rückgängig gemacht wird. Der Meßbereich, d. h. der
Bereich der Meßkraft, der durch
einen bestimmten festen Bereich
der Gegenkraft, beispielsweise einen Druck zwischen 0 . . .1 atü im Faltenbalg 3
ausgewogen werden kann, läßt sich durch Verschieben der Schneide 10 verändern. Steht
die Schneide 10 in der Nähe der Grenzlinie 2, so ist ein kleiner Meßbereich eingestellt,
d. h., bei einer relativ kleinen, am Hebelarm4 angreifenden Meßkraft ist der Verstärker
bereits ausgesteuert und liefert den angenommenen Ausgangsdruck von 1 atü in den
Faltenbalg 3. Verschiebt man die Schneide 10 weiter nach links, so können mit dem
Kompensationsdruck von 1 atü im Faltenbalg immer größere Meßkräfte am Hebelarm kompensiert
werden. Theoretisch läßt sich bei einer Verschiebung von der Linie 1 zur Linie 2
eine Bereichsverstellung vom Wert Null bis zum Wert Unendlich durchführen. Der Bereich
ändert sich hierbei zwar nicht linear mit der Verschiebung der Schneide 10, sondern
entsprechend einer Hyperbel, jedoch läßt sich in der Praxis der ganze Bereich der
Hyperbel mit Ausnahme der beiden Enden ausnutzen.
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Aus Fig. 2 erkennt man konstruktive Einzelheiten. Der Hebelarm 4
der Kraftwaage ist um die Achse 5 schwenkbar. Ein Gelenkband 6, das an seinem oberen
Ende mit dem Hebel4 vernietet und unten am Zwischenhebel 9 befestigt ist, sorgt
für die gelenkige Verbindung der Hebel 4 und 9. Der Hebel 9 ist in der Mitte mit
einem Schlitz 12 versehen.
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Durch diesen Schlitz greift ein in der Zeichnung nicht sichtbarer,
die Mutter 13 mit der Schneide 14 verbindender Stift. Die Schneide 14 liegt auf
einer plangeschliffenen Gleitfläche 15, die über Führungsbahnen verfügt, auf. Am
Zwischenhebel 9, der an beiden Enden rechtwinklig abgebogen ist, greift am rechten
Ende eine Traverse 16 an. An dieser Traverse sind zwei Blattfedern 17 und 18 befestigt,
die zu beiden Seiten der Führungsbahnen längs der Gleitfläche 15 verlaufen und an
den Stellen 19 und 20 befestigt sind. Diese Blattfedern verhindern, daß der Zwischenhebel
mit der Schneide sich bei der Bewegung der Kraftwaage in seiner Längsrichtung verschieben
kann. Die Mutter 13, an der die Schneide befestigt ist, die den Drehpunkt des Zwischenhebels
9 bildet, wird auf einer Spindel 21 geführt, welche in den beiden abgebogenen Endteilen
des Zwischenhebels drehbar gelagert ist und mit Hilfe einer Rändelscheibe 22 verstellt
werden kann. Zur Einstellung des Meßbereiches ist beispielsweise längs des Zwischenhebels
9 eine Skala und an der Mutter 13 eine entsprechende Markierung angebracht. Eine
ähnliche
Einstellskala kann auch an der Rändelscheibe 22 angeordnet sein.
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Am linken Ende des Hebels 4 ist die Prallplatte 23 angebracht, die
eine nicht dargestellte Ausströmdüse aussteuert und damit über einen pneumatischen
Verstärker den Druck im Faltenbalg 3 einstellt.