DE1247679C2

DE1247679C2 - Praezisions-standanzeiger mit ausgleichsfedereinrichtung

Info

Publication number: DE1247679C2
Application number: DE19651247679
Authority: DE
Priority date: 1965-01-22
Filing date: 1965-01-22
Publication date: 1973-12-13
Also published as: NL6600431A; DE1247679B

Description

Die Erfindung betrifft einen Präzisionsstandanzeiger mit einem Schwimmer und einem mit mindestens einem Zeiger und einer Ausgleichsfedereinrichtung versehenen Anzeigegerät, insbesondere für hohe Behälter, bei dem der Schwimmer über einen Draht od. dgl. an einer mit dem Zeiger und der Ausgleichsfedereinrichtung gekuppelten Aufwickeltrommel befestigt ist.

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. 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 bemessen, daß die Abwicklung des Schwimmerdrahtes für eine Umdrehung z. B. genau 0,5 oder 1 m beträgt.

An anderen Geräten läuft ein gleichmäßig in Län^ geneinheiten 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. Bei diesen Geräten wird die Verbindung zwischen Schwimmer oder Verdrängerkörpc durch eine Feder oder ein Gegengewicht, die jeweils an der Meßtrommelwelle angreifen, kraftschlüssig gehalten.

Bei den Standanzeigern mit Rückzugfeder wurden bisher nur Schwimmer benutzt. Dabei hatten diese Geräte infolge der Änderung des Drehmomentes der Rückzugfeder, die sich durch eine Änderung der Eintauchtiefe des Schwimmers auswirkte, eine solche Fehlanzeige, daß sie nicht als Präzisionsstandanzeiger angesprochen werden konnten. Außerdem wurde die Anzeige dieser Geräte weiter bei Dichte'änderungen der Flüssigkeit verfälscht, da sich die Größe der Eintauchtiefe der Schwimmer im Verhältnis der Dichteschwankung ändert.

Dagegen sind Standanzeiger mit Gegengewicht als Präzisionsmeßgerät bekannt. Wie schon oben erwähnt, ist die Meßtrommel so bemessen, daß diese unter Berücksichtigung des Drahtdurchmessers, z. B. bei 1 m Spiegelverschiebung genau eine Umdrthung macht. Bei einem dieser Geräte hängt das Gegengewicht an einem Stahlband. Die durch diese Aufhängung bedingte Änderung des Drehmomentes (Gegengewicht X veränderlichem Radius) wird ausgenutzt, um das sich ändernde Moment aus verändertem Drahtgewicht, multipliziert mit dem Trommeldurchmesser auszugleichen. Durch die gleichzeitige Verwendung eines flachen Verlängerungskörpers werden Dichteeinflüsse praktisch ausgeschaltet. 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. Bei den heute möglichen Behälterhöhen von 25 m mehr sind jedoch besondere Aufbauten notwendig. Außerdem müssen flächenmäßig 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.

Bei einem anderen Präzisisionsstandanzeiger der eingangs genannten Art wickelt ein Federmotor der Ausgleichsfedereinrichtung den Draht mit einer stets konstanten Kraft auf die Trommel auf. Das sich mit der nicht aufgewickelten Drahtlänge ändernde Gewicht des Drahtes wird dabei nicht berücksichtigt, so daß in die Anzeige Meßfehler eingehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Präzisionsstandanzeiger zu schaffen, der unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile bekannter Anzeiger mit einer höheren Genauigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Präzisionsstandanzeiger der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der wirksame Radius der Aufwickeltrommel derart bemessen ist, daß in Abhängigkeit von der Änderung des wirksamen Drahtgewichtes und der Drehmomentänderung der Ausgleichsfedereinrichtung die Eintauchtiefe des Schwimmers in der Anzeige ausgeglichen ist.

In der schematischen Skizze ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.

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. 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 Änderung der Eintauchtiefe des Schwimmers,

b) das sich ändernde Gewicht des Schwimmer- _drahtes.

Würde jetzt — wie bei den bisher bekannten

Geräten — der Schwimmeiweg als Flüssigkeitsstandänderung angezeigt, so wäre die Anzeige um die Änderung der Eintauchtiefe gefälscht.

Bei dem Gerät laut der vorliegenden Erfindung wird der Durchmesser der Meßtrommel jedoch so ausgeführt, daß die Abwicklung des Meßdrahtes unter Berücksichtigung der veränderten Eintauchtiefe nach einer Umdrehung genau z. B. 0,5 oder Im beträgt. Das heißt also: dabei ist

Angezeigte Spiegelverschiebung == Schwimmerweg + Eintauchtiefenänderung des Schwimmers.

Bei dieser Kompensation kann das sich ändernde Drahtgewicht berücksichtigt werden.

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 darin ist bleibt.

Die Eintauchtiefe des Schwimmers wird durch die 20 ~~

Bemessung der Ausgleichsfedereinrichtung bestimmt. Als Rechnungsgröße wird von der »Zugkraft« im ^₆; Niveau 2: Meßdraht gesprochen.

Berechnung für Präzisions-Standanzeiger mit Ausgleichsfedereinrichtung:

Es bedeuten:

R_n, Radius der Meßtrommel

R₁ Summe des Trommel- und Drahtradius F_n, Federmoment

S Zugkraft im Meßdraht ■

D Gewicht des herabhängenden Drahtes G Gewicht des Schwimmers

F Oberfläche des Schwimmers

/ Eintauchtiefe des Schwimmers

Dichte der Flüssigkeit
H Flüssigkeitsstandänderung W Weg des Schwimmers

η Anzahl der Umdrehungen der Zeigerwelle

bzw. der Meßtrommel
d Drahtdurchmesser

Mit Index 1 oder 2 werden die jeweiligen Größen bei Niveau 1 oder 2 gekennzeichnet. Zum Beispiel: I₁ = Eintauchtiefe des Schwimmers bei Niveau 1.

Mit der zusätzlichen Bezeichnung A wird die Änderung der jeweiligen Größe pro Umdrehung, also n—i, gekennzeichnet. Zum Beispiel: At = Änderung der Eintauchtiefe des Schwimmers pro Umdrehung.

A. Theoretisch müßte das Gerät so ausgelegt sein, daß die Abwicklung des Meßdrahtes von der Meßtrommel mit Durchmesser 2R_t (= Schwimmerweg) genau gleich der Änderung des Flüssigkeitsstandes ist.

h > 's · t_x — t₂ = Δ t ■ η,

W + Atn = H,

W=2R_mnn, 2R_mnn + At-n = 2R_tnti, At = 2R,n — 2

(2)

2π C. Federmoment bei Niveau 1:

F_ml = (G- Ft_iY +

F₁₁₁₁=S₁R_n;

(4) (4a)

(4b)

5 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 ■ R_m wird die Feder dimensioniert.

_ S₁

(5)

35

40 Gleichung (4 a) von (4 b) abgezogen:

F 17 Ci? CP

m₂ ~~ ^pm\ ~~ ^Λ2 ^Km ¹⁵I ⁿm >

F_m2-F_ml= nAF_m, ⁿdF_m = η AS R_1n,

AFm =

AS =

AF_n Rm

:n = H. (1)

Der Drahtdurchmesser wird bei der Rechnung zunächst nicht berücksichtigt.

D. Abhängigkeit zwischen Drehmomentänderung und Änderung der Eintauchtiefe:

S₂ - S₁ = Δ S · η,

G-Ft₂Y+ D₂-G+ Ft₁Y-D₁= AS-η, Dt-D₁ +F&y-trf^AS-η, D₂-D₁ +F₇Q₁-Q = AS-η,

nAD + FyAtn = AS ■ n .

AD + FyAt = AS,

AS-AD

R₁ =

60

2nn

(la) ZIi =

t γ

Gleichung (7) in Gleichung (8): AF_m

Bei Berücksichtigung des Drahtdurchmessers d.

B. Das Federmoment F_m nimmt bei fallendem Flüssigkeitsstand zu. Um das veränderte Federmoment auszugleichen, taucht der Schwimmer weniger tief ein. _: ·_

AD+FyAt=

FyAt =

At =

Rm

1 / AF

RfTi

-AD.

-AD). (10)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Präzisionsstandanzeiger mit einem Schwimmer und einem mit mindestens einem Zeiger und einer Ausgleichsfedereinrichtung versehenen Anzeigegerät, insbesondere für hohe Behälter, bei dem der Schwimmer über einen Draht od. dgl. an einer mit dem Zeiger und der Ausgleichsfedereinrichtung gekuppelten Aufwickeltrommel befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Radius der Aufwickeltrommel derart bemessen ist, daß in Abhängigkeit von der Änderung des wirksamen Drahtgewichtes und der Drehmomentänderung der Ausgleichsfedereinrichtung die Eintauchtiefe des Schwimmers in der Anzeige ausgeglichen ist.

2. Präzisions-Standanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer als Flachschwimmer oder massiver Verdrängerkörper ausgebildet ist und bei einer entsprechenden Bemessung der Ausgleichsfedereinrichtung nur wenige Millimeter in die Behälterflüssigkeit eintaucht.