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Präzisions-Standanzeiger mit Ausgleichsfedereinrichtung Die Erfindung
betrifft einen Präzisions-Standanzeiger mit einer Ausgleichsfedereinrichtung, der
eine Meßgenauigkeit größer als 0, 03 °/o gewährleistet.
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Es sind Flüssigkeitsstandanzeiger bekannt, die die Bewegung eines
Schwimmers oder Verdrängungskörpers in Abhängigkeit von den Schwankungen des Flüssigkeitsstandes
anzeigen. Dabei wird das jeweilige Niveau wie an einer Uhr mit zwei Zeigern angezeigt.
Der eine Zeiger zeigt den Grobwert, z. B.
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Meter, und der andere den Feinwert, z. B. Millimeter, an. Das bedeutet,
daß die Meßtrommel, auf die ein Draht als Verbindungsglied zwischen Schwimmer und
eigentlichem Meßgerät aufläuft, mehrere Umdrehungen macht. Der Durchmesser der Meßtrommel
ist dabei so zu bemessen, daß die Abwicklung des Schwimmerdrahtes für eine Umdrehung
z. B. genau 0, 5 oder 1 m beträgt.
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An anderen Geräten läuft ein gleichmäßig in Längeneinheiten geteiltes
Stahlband, das einerseits am Schwimmer, andererseits an einer Welle befestigt ist,
an einer festen Marke vorbei, so daß die Veränderung des Flüssigkeitsstandes direkt
abgelesen werden kann.
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Bei diesen Geräten wird die Verbindung zwischen Schwimmer oder Verdrängerkörper
durch eine Feder oder ein Gegengewicht, die jeweils an der Meßtrommelwelle angreifen,
kraftschlüssig gehalten.
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Bei den Standanzeigern mit Rückzugfeder wurden bisher nur Schwimmer
benutzt. Dabei hatten diese Geräte infolge der Anderung des Drehmomentes der Rückzugfeder,
die sich durch eine Anderung der Eintauchtiefe des Schwimmers auswirkte, eine solche
Fehlanzeige, daß sie nicht als Präzisions-Standanzeiger angesprochen werden konnten.
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Außerdem wurde die Anzeige dieser Geräte weiter bei Dichteänderungen
der Flüssigkeit verfälscht, da sich die Größe der Eintauchtiefe der Schwimmer im
Verhältnis der Dichteschwankung ändert.
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Dagegen sind Standanzeiger mit Gegengewicht als Präzisions-Meßgerät
bekannt. Wie schon oben erwähnt, ist die Meßtrommel so bemessen, daß diese unter
Berücksichtigung des Drahtdurchmessers z. B. bei 1 m Spiegelverschiebung genau eine
Umdrehung macht.
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Bei einem dieser Geräte hängt das Gegengewicht an einem Stahlband.
Die durch diese Aufhängung bedingte Anderung des Drehmomentes (Gegengewicht-veränderlichem
Radius) wird ausgenutzt, um das sich ändernde Moment aus verändertem Drahtgewicht,
multipliziert mit dem Trommeldurchmesser, auszugleichen.
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Durch die gleichzeitige Verwendung eines flachen
Veränderungskörpers
werden Dichteeinflüsse praktisch ausgeschaltet.
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Durch diese Anordnung ergibt sich aber als Nachteil der große Hub
des Gegengewichtes, der nur durch zusätzliche Rollen bzw. Flaschenzüge so verringert
werden konnte, daß sich eine übersichtliche Anordnung am Fuße des-Behälters oder
auf dem Tankdach (Ablesung des Flüssigkeitsstandes in Augenhöhe) realisieren läßt.
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Bei den heute möglichen Behälterhöhen von 25 m und mehr sind jedoch
besondere Aufbauten notwendig. Außerdem müssen fiächenmäßig große Schwimmer oder
Verdrängerkörper benutzt werden, um die Stellkraft für die zusätzlichen Rollen aufzubringen,
wenn man nicht als weiteren Nachteil z. B. elektrische Hilfsenergie ausnutzen will.
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Diese Nachteile der bekannten Konstruktion werden bei dem Standanzeiger
gemäß der vorliegenden Erfindung weitgehend vermieden. Dabei wird praktisch die
glèiche oder sogar noch eine höhere Genauigkeit erreicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Präzisions-Standanzeiger
mit Schwimmer und mit einem mit mindestens einem Zeiger versehenen Anzeigegerät
vorgeschlagen, der insbesondere für hohe Speicherbehälter vorgesehen'ist und der
dadurch ausgezeichnet ist, daß am Anzeigegerät eine Ausgleichsfedereinrichtung vorgesehen
ist und der Trommelradius derart korrigiert ist, daß das sich verändernde Drahtgewicht
und die veränderte Eintauchtiefe in Abhängigkeit von der Drehmomentänderung der
Ausgleichsfedereinrichtung ausgeglichen werden.
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In der schematischen Skizze ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung dargestellt.
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Der Standanzeiger arbeitet mit einem flachen Schwimmer oder Verdrängerkörper.
Die Verbindung
zum Meßgerät wird durch einen 0, 5 mm dicken Draht
hergestellt. Die Verbindung wird durch eine Feder bekannter Ausführung kraftschlüssig
gehalten.
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Bei dieser Feder ändert sich das Drehmoment pro Umdrehung um weniger
als 1%, und zwar wird dieses Moment mit fallendem Niveau größer. Durch die Anordnung
der Feder-Ab-bzw. Aufspulung von einer Vorratsrolle-wird in der Folge'von dieser
Feder als einer Ausgleichsfedereinrichtung gesprochen. Die Drehmomentänderung der
Ausgleichsfedereinrichtung wird ausgeglichen durch : a) die Anderung der Eintauchtiefe
des Schwimmers, b) das sich ändernde Gewicht des Schwimmerdrahtes.
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Würde jetzt-wie bei den bisher bekannten Geräten-der Schwimmerweg
als Flüssigkeitsstandänderung angezeigt, so wäre die Anzeige um die Änderung der
Eintauchtiefe gefälscht.
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Bei dem Gerät laut der vorliegenden Erfindung wird der Durchmesser
der Meßtrommel jedoch so ausgeführt, dal3 die Abwicklung des Meßdrahtes unter Berücksichtigung
der veränderten Eintauchtiefe nach einer Umdrehung genau z. B. 0, 5 oder 1 m beträgt.
Das heißt also : Angezeigte Spiegelverschiebung = Schwimmerweg + enanderung des
Schwimmers.
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Bei dieser Kompensation kann das sich ändernde Drahtgewicht berücksichtigt
werden.
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Bei der Berechnung des Trommeldurchmessers wird dabei von einem mittleren
Dichtewert ausgegangen. Gleichzeitig wird die Eintauchtiefe des Schwimmers oder
des Verdrängerkörpers so gering gehalten, daß selbst bei extremen Dichteänderungen
der Fehler durch Änderung der Eintauchtiefe innerhalb der Fehlergrenze für Präzisions-Standanzeiger
bleibt.
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Die Eintauchtiefe des-Schwimmers wird durch die Bemessung der Ausgleichsfedereinrichtung
bestimmt.
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Als Rechnungsgröße wird von der » Zugkraft « im Meßdraht gesprochen.
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Berecnung für Präzisions-Standanzeiger mit Ausgleichsfedereinrichtung
: A. Theoretisch müßte das Gerät so ausgelegt sein, daß die Abwicklung des Meßdrahtes
von der Meßtrommel mit Durchmesser 2R@ (= Schwimmerweg) genau gleich der Anderung
des Flüssigkeitsstandes ist.
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2 Rt#n = H. (1) Der Drahtdurchmesser wird bei der Rechnung zunächst
nicht berücksichtigt.
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H Rt = - d, (1a) 2#n Bei Berücksichtigung des Drahtdurchmessers d.
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B. Das Federmoment F. nimmt bei fallendem Flüssigkeitsstand zu. Um
das veränderte Federmoment auszugleichen, taucht der Schwimmer weniger tief ein.
t1 > t <, t1 - t2 = #t # n, +(-)=, W + #t # n = H,
dabei ist W = 2 Rm#n, 2Rm#n
+ #t#n = 2Rt#n, #t = 2Rt# - 2Rm#.
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At = 2n (Rt-R.), (2) =--r.(3) C. Federmoment bei Niveau 1 : Fm1 =
(G - Ft1γ + D1)Rm, darin ist G - Ft1γ + D1 = S1, (4) F=;(4a) bei Niveau
2 : Fm2 = S2Rm. (4b) S ergibt sich zunächst aus dem Gewicht des Schwimmers unter
Berücksichtigung des Drahtgewichtes sowie der Notwendigkeit, den Schwimmer nur geringfügig
eintauchen zu lassen, damit kein zu großer Fehler bei Dichteschwankungen entsteht.
Nach diesem Wert S Rm wird die Feder dimensioniert.
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S1 + S2 Fm = Rm. (5) 2 Gleichung (4 a) von (4b) abgezogen : Fm2 -
Fm1 = S2Rm - S1Rm, Fm2 - Fm1 = n#Fm, nFm = nSRm, S2 - S1 = n#S.
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Z)FM==-M,(6) Z)=--.-(7) D. Abhängigkeit zwischen Drehmomentänderung
und Anderung der Eintauchtiefe : S2 - S1 = #S # n, G - Ft2γ + D2 - G + Ft1γ
- D1 = #S # n, D2 - D1 + F(t1γ - t2γ) = #S # n, D2 - D1 + Fγ(t1
- t2) = #S # n, nD + Fγtn = #S # n.
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AD D + Fγ#t = #S, (8) A AS-AD (9) FI Gleichung (7) in Gleichung
(8) : #Fm #D + Fγ#t = , #Fm Fγ#t = - #D.
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Rm