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Verfahren und Vorrichtung zum Messen. von Gas- bzw. Luftdurchflüssen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von
Gas- bzw. Luftdurchflüssen und zwar insbesondere auch von sehr geringen Durchflüssen.
In der pneumatischen Regelungstechnik wird beispielsweise das Verhalten, unter anderem
das Zeitverhalten, die Empfindlichkeit usw. durch derartige Luftdurchflüsse entscheidend
bestimmt, und es besteht die Aufgabe, solche mit sogenannten Drosseln erzeugte Durchflüsse
zu messen bzw. zu eichen. Zum bekannten Stand der Technik gehören verschiedene Methoden:
In einer Mensur oder einem Skalenrohr verdrängt die durch die Drossel od. dgl. (Prüfling)
hindurchgeflossene Luft eine entsprechende Wassermenge, und aus verdrängten Volumen
und der Durchflußzeit ergibt sich der Volumendurchfluß. Hier ist die Einstellung
eines gewünschten Eichwertes unmittelbar jedoch nicht möglich, und die Meßmethode
ist für sehr geringe Durchflüsse zeitraubend.
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Das bekannte Verfahren mit Schwebekörperdurchflußmessern ist für
sehr geringe Durchflüsse kaum brauchbar, obwohl es theoretisch denkbar ist, die
Empfindlichkeit solcher Geräte fast beliebig zu steigern. Die folgende Beschreibung
ergibt, daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens es gestattet, Durchflußmesser
mit Schwebekörpern zu schaffen, welche auch in der Praxis um ein Vielfaches empfindlicher
als die bisher bekannten sind.
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In der pneumatischen Regelungstechnik werden die Volumendurchflüsse
mittelbar gemessen und geeicht, indem man das Zeitverhalten, die Empfindlichkeit
usw. der Regler unmittelbar beobachtet. Jedoch sind auch hier meistens die gewünschten
Eichwerte nicht sofort einzustellen bzw. festzulegen, und Eichwerte, welche auf
sehr geringen Volumendurchflüssen beruhen, sind kaum zu ermitteln. Außerdem ist
für jede einzelne Messung eine ganze Reihe von Einstellungen erforderlich.
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Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
es einmal, außerordentlich empfindliche Strömungsmesser zu verwirklichen, zum anderen
vorhandene Strömungsmesser in ihrer Empfindlichkeit zu erhöhen, als auch besonders
die Empfindlichkeit sogenannter Schwebekörperdurchflußmesser um ein Vielfaches zu
steigern. Kennzeichnend für den Erfindungsgedanken ist, daß die zu messende Strömung
eines Gases oder einer Vergleichsmenge dem Einfluß eines Vakuums ausgesetzt wird.
Kennzeichnend ist weiter insbesondere für Schwebekörperdurchflußmesser, daß die
Messung des Durchflusses im Unterdruckraum geschieht, wobei der den Prüfling (eine
Drossel od. dgl.) verlassende Gasstrom von
einer Vakuumpumpe abgepumpt wird und der
Durchflußmesser zwischen Prüfling und Pumpe geschaltet ist.
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Der Gedanke ist hier, durch Vermindern des Drukkes das zu messende
Volumen des Gases zu dehnen, also zu vergrößern bzw. zu verstärken. Durch diese
Dehnung wird - in einem Meßquerschnitt oder Meßrohr (Schwebekörperdurchflußmesser)
die Haupt geschwindigkeit der Gasmoleküle erhöht und damit die Kraftwirkung auf
einen Parallelkörper in diesem Rohr (Schwebekörper) - erhöht. Wird der Druck auf
einen sehr kleinen Anteil des Atmosphärendruckes entspannt, so kann diese Wirkung
erhebliche Werte annehmen.
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Die Erfindung schließt ein, die durch das Vakuum bzw. insbesondere
durch Verwendung einer Vakuumpumpe gesteigerte Empfindlichkeit teilweise durch den
Einbau z. B. einer Ballastdrossel wieder herabzusetzen, insbesondere ergeben sich
auf diese Weise Vorteile, die der Eigentümlichkeit der Vakuumpumpen, im Betrieb
mitunter geringe Undichtigkeiten oder Ungleichmäßigkeiten in der Förderleistung
aufzuweisen, Rechnung tragen. Die Ballastdrossel stellt gleichsam ein konstantes
Leck dar, das vielfach größer ist als die Leckänderungen innerhalb der Pumpe, so
daß diese unwesentlich werden und die Meßgenauigkeit nicht mehr beeinträchtigen.
Die damit verbundene Herabsetzung der Meßempfindlichkeit hält sich dabei in tragbaren
Grenzen. Die Ballastdrossel ist infolgedessen ein wertvolles Hilfsmittel für das
Eichen des Gerätes bzw. des Prüflings.
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Durch die Anwendung des Vakuums entsteht gegenüber dem atmosphärischen
Druck ein Druckgefälle. In vielen Fällen - insbesondere in der pneumatischen Regelungstechnik
- reicht dieses Druckgefälle
bereits als Prüfdruck für den Prüfling
(Drosseln u. dgl.) aus bzw. kann es als Prüfdruck mit verwendet werden. Es enthält
somit die Hersteilung eines gesonderten Prüfdruckes für den Prüfling. Andererseits
kann durch Reihenschaltung mehrere Schwebekörperdurchflußmesser unterschiedlicher
Kaliber ein außerordentlich großer, gut ablesbarer Meßbereich erzielt werden: Die
Werte des jeweiligen Durchflusses an einer beliebigen Stelle der Gesamtskala stellen
sich schnellstens ein und sind sofort ablesbar. Man kann daher auch bei außerordentlich
geringen Durchflußwerten in an sich bekannter Weise den zu eichenden Wert auf der
Durchflußmesser-Skala durch Verstellen bzw. durch Verändern des Prüflings (Drossel
od. dgl.) einstellen-und danach gegebenenf-alls en Prüfling mit einer Eichmarke
versehen. Es liegt hierbei noch im Sinn der Erfindung, die Skala des Durchflußmessers
in an sich bekannter Weise in Volumendurchfluß, Mengendurchfluß, Durchflußquerschnitt,
Druckverhältnis zu eichen oder unmittelbar für die Messungen der in der Rgelungstechnik,
gebräuchlichen Zeiten und Empfindlichkeiten herzurichten.
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Zum bekannten Stand der Technik gehört auch ein Verfahren zum Messen
strömender Medien, bei dem ersatzweise die Strömung eines neutralen Mediums (z.
B. Gas) verwendet wird, welches über einen Mengenregler dem - zu messenden Medium
zugeführt und durch den Differenzdruck eines Staurandes beeinflußt wird, der in
der Leitung des zu messenden Mediums liegt.
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Bei diesem bekannten Verfahren fehlt der für die Erfindung wichtige
Einfluß eines Vakuums. Infolgedessen ist das vorbekannte Verfahren mit dem Gegenstand
der Erfindung nicht vergleichbar.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben
und werden im folgenden beschrieben. Es zeigt Abb. I eine schematische Wiedergabe
der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Ab b. II ebenfalls eine schematische Wiedergabe
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hintereinanderschaltung der Durchflußmesser.
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Blickt man auf die Abb. I, so erkennt man bei 1 den Prüfling, der
hier als Drossel ausgebildet ist. 2 ist
der an sich bekannte Durchflußmengenmesser
nach Art des Schwebekörperprinzips.
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Bei 3 ist die Vakuumpumpe angedeutet. Sie befindet sich auf der Ausströmseite
der Vorrichtung.
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Der Unterschied der Anordnung gemäß A b b. II gegenüber der Anordnung
gemäß A b b. I besteht einmal darin, daß die Durchflußmengenmesser 2 zweckmäßig
verschiedener Kaliber hintereinander angeordnet sind. Ferner erkennt man bei 4 eine
Ballastdrossel, welche, zusätzlich eingeschaltet, die Wirkungsweise der Vakuumerzeugung
regeln läßt.