DE135185C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42 β.

Der Zweck vorliegender Erfindung ist die Messung der Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfmengen, die in willkürlich gewählten Zeiträumen durch Röhrenleitungen fliefsen. Das Verfahren soll zum Beispiel angewendet werden, um die von den einzelnen Consumenten aus einer Wasserleitung bezogenen Mengen zu bestimmen. Daneben soll die Erfindung aber auch in anderen Fällen und für andere Flüssigkeiten, sowie für Gase und Dämpfe Anwendung finden.

Der durch eine Röhrenleitung fliefsende Strom, dessen Ausfluismenge gemessen werden soll, heifse in der Folge »der Hauptstrom«. Sodann werde die Gröfse

dt

die

Intensität des Hauptstromes genannt, wobei t die Zeit und Q die Abfiufsmenge von irgend einem Zeitpunkt an bezeichnet.

Das Verfahren besteht wesentlich darin, einmal, dais der Hauptstrom die räumliche Lage eines beweglichen Körpers (des sog. Indicators) so beeinfluist, dafs dieser die Hauptstromintensität fortlaufend indicirt, sodann, dais ein elektrischer Strom mit Hülfe eines von dem Indicator aus angetriebenen Stromreglers derart beeinfluist wird, dais die Intensität des elektrischen Stromes fortdauernd proportional mit der des Hauptstromes steigt und fällt, und endlich, dais diese Elektricitätsmenge, die mit der Ausfluismenge des Hauptstromes beständig in einem festen Verhältniis steht, vermittelst eines Voltameters oder eines anderen Coulombzählers gemessen wird und damit auch die gesuchte Ausfluismenge des Hauptstromes ergiebt.

Zum Indiciren des Hauptstromes kann ein gewöhnliches selbstthätiges Ventil oder besser eine andere zweckdienliche Vorrichtung, die bei dem Zurücklegen des maisgebenden Weges eine gröfsere Arbeit zu leisten vermag als jenes, zur Anwendung kommen. So lassen sich verschiedene aus dem gewöhnlichen selbsttätigen Ventil. abgeleitete, zum Theil bekannte Vorrichtungen benutzen, bei welchen ein beweglicher Kolben von bedeutend gröiserer Druckfläche und gröfserem Hub statt des bekannten Ventils die Stromintensität anzeigt. In der Beschreibung der vollständigen Mefseinrichtung wird eine derartige Vorrichtung angegeben werden.

Ein für den nämlichen Zweck bestimmter Apparat anderer Art ist nun in einer beispielsweisen Ausführungsform in Fig. 1 dargestellt. Der von dem Hauptstrom bei seinem Durchgang durch die verengte glatte Einlaufdüse 1 gebildete Strahl stöist gegen die eine Fläche eines dünnwandigen Körpers, z. B. einer Schale 18, und übt auf diese in der Richtung des Strahles einen mit der Geschwindigkeit des letzteren wachsenden Druck aus. Die Schale ist fest verbunden mit dem um die Achse 19 drehbaren Hebel 20, mit einer Curvenbahn 21. Eine in der Figur schematisch angegebene Feder 22 preist die an dem zweiten Hebel 24 sitzende Rolle 23 gegen die Curve 21 und sucht dadurch den Hebel 20 in dem Sinne zu drehen, in welchem sich die

Schale der Einlaufdüse nähert. Die Entfernung der Schale 18 von der Düse ι wird demnach mit der Intensität des Hauptstromes gesetzmäfsig zu- und abnehmen. Es erscheint jedoch zweckmäfsiger, den um die Achse 25 drehbaren zweiten Hebel 24 zum Anzeigen des Hauptstromes zu benutzen und hierbei beide Hebel 20 und 24 durch Gegengewichte genau auszubalanciren. In diesem Falle empfiehlt es sich übrigens noch, für die gezeichnete tiefste Anfangslage der Rolle 23 sowohl die Spannung der Feder 22 als auch die Steigung der Curve 21 mit Null beginnen und beide Gröfsen mit zunehmendem Ausschlagwinkel allmählich wachsen zu lassen.

Die Achse oder Welle 25 bildet demnach den Indicator, indem der Winkel, um den dieselbe gegen ihre Anfangslage gedreht wird, gesetzmäfsig mit der Intensität des Hauptstromes wächst und abnimmt.

Der zur Messung erforderliche elektrische Strom kann je nach Umständen durch eine der bekannten Stromquellen, wie z. B. durch ein am Mefsapparat angebrachtes galvanisches Element oder mehrere solche erzeugt werden, oder auch aus einer für viele Mefsapparate gemeinsamen Stromquelle entnommen und den einzelnen Apparaten besonders zugeführt werden.

Zur Regelung der elektrischen Energie kann irgend ein Hülfsmittel dienen, das befähigt ist, die Stromintensität fortwährend von Null an bis zu einer oberen Grenze beliebig zu ändern, sei es, dafs bei constantem Widerstand die Potentialdifferenz oder bei constanter Potentialdifferenz der Widerstand oder endlich, dafs beide, Potentialdifferenz und Widerstand, gemeinsam geändert werden. In der Zeichnung sind zwei wesentlich verschiedene Stromregler dieser Art abgebildet.

Eine Ausführungsform des einen dieser Stromregler ist in Fig. 2 veranschaulicht. Ein mit einem Kopf oder einer Verdickung versehener Kegel 26 aus schlecht leitendem Material taucht mit seiner abwärts gerichteten Spitze in einen flüssigen Leiter, z. B. in Quecksilber, ein und bietet dem durchgehenden elektrischen Strom einen um so kleineren Widerstand dar, je tiefer er in die Flüssigkeit eintaucht. Als Material für den Kegel 26 mag ein passendes Kohlenpräparat, z.B. das Graphitthongemenge der feinen harten Bleistifte, dienen. Der von einem Metallfutter 4 gefafste und passend geführte und isolirte Kegel 26 ist mit dem einen, die Flüssigkeit mit Hülfe eines Metallstäbchens 27 mit dem anderen Poldraht verbunden. Das Regeln des elektrischen Stromes geschieht nun durch Heben und Senken des vertical geführten Kegels 26 oder auch durch Heben und Senken des Flüssigkeitsnapfes 30. Die einer Stromstärke Null entsprechende Anfangsstellung ist in beiden Fällen diejenige, bei welcher die Kegelspitze den Flüssigkeitsspiegel nur noch in einem Punkte berührt.

Ein zweiter von dem beschriebenen wesentlich verschiedener Stromregler beruht auf einem elektrolytischen Vorgang und besteht in einer einfachen Vorrichtung, die an einer besonderen elektrolytischen Zelle, der sogenannten Regulirzelle, angebracht ist.

Eine Ausführungsform dieser Vorrichtung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die plattenförmigen Elektroden 6 und 8 werden durch verticale Nuthen in der Zellenwand in gleichbleibendem Abstand gehalten. Eine die Zellenflüssigkeit überragende, gut abgedichtete Scheidewand 9 theilt die Zelle 10 in zwei Abtheilungen, von denen jede eine Elektrode enthält. Die Scheidewand ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels von einem beide Abtheilungen verbindenden Kanal 7 durchbrochen, dessen Oeffnung sich von Null an bis zu einer oberen Grenze beliebig durch den Kanalöffner 11 einstellen läfst. Dieser kann nun als Hahnküken, als Schieber oder sonstwie ausgebildet sein. In Fig. 5 ist er als ein in der Längsrichtung des schmalen Verticalschlitzes 7 laufender ebener Schieber gezeichnet. Die Scheidewand 9 mit Zubehör mufs aus einem Material bestehen, das bei geschlossenem Kanal 7 das Hindurchgehen des elektrischen Stromes gänzlich hindert. Damit die eben beschriebene, elektrolytische Regulirzelle für längere Zeit in ihrem ganzen Verhalten und besonders nach ihrem Widerstand unveränderlich bleibe, erscheint es rathsam, für die Elektroden und den Elektrolyten solche Substanzen zu benutzen, die während der Meisdauer ihre chemische Zusammensetzung gar nicht oder möglichst wenig ändern. Besonders geeignet erscheinen hierzu jene Substanzen, bei deren Anwendung" der elektrolytische Vorgang wenigstens seinem Endergebnifs nach in einer bloisen Wanderung oder Ueberführung eines Metalles von Anode zu Kathode besteht. Dieser elektrolytische Vorgang läfst sich aber hauptsächlich hervorbringen durch Eintauchen zweier Kupferelektroden in Kupfervitriollösung oder durch Eintauchen von zwei Zink-, zwei Blei- oder zwei Silberelektroden je in die Lösung eines passenden Salzes des nämlichen Metalles, das die Elektroden bildet. Wie schon erwähnt, wird durch die beschriebene Regulirzelle ein elektrischer Strom hindurchgeleitet, der an den angedeuteten Klemmen (Fig. 4) eine constante Potentialdifferenz besitzt. Eine Reihe von Versuchen, die mit einer derartigen Regulirzelle ausgeführt wurden, führten zu dem bestimmten Ergebnifs, dais die Intensität des durchgehenden elektrischen Stromes und da-

mit auch die in der Zeiteinheit wandernde Jonenmenge gesetzmäisig und stetig mit dem Querschnitt des Kanals 7 wächst und abnimmt, ohne diesem Flächeninhalt jedoch proportional zu sein. Die Regulirzelle, bildet also ein bequemes und sicheres Hülfsmittel, um die Stärke des elektrischen Stromes zwischen Null und einer oberen Grenze jederzeit beliebig regeln zu können.

Hiermit wären die für das vorliegende Verfahren in Betracht kommenden Hülfsmittel angegeben.

Vorläufig gelte ein an dem freien Ende der Welle 25- (Fig. 1) angebrachtes Organ, etwa eine Curvenscheibe oder ein Hebel, als Indicator des Hauptstromes. Nun werde der Apparat Fig. 1 mit der Regulirzelle nach Fig. 3 und 4 vereinigt und der Indicator mit dem Kanalöffner 11 derart verbunden, dais jede Bewegung des Indicators eine gleichzeitige Bewegung des Kanalöffners 11 im -richtigen Sinne erzeugt. Ferner werde die Regulirzelle mit einer Meiszelle (Voltameter) und einem constanten Element (Stromerreger) in den nämlichen elektrischen Stromkreis eingeschaltet. Durch den dem Kanalöffner 11 ertheilten Antrieb wird entsprechend jeder Zu- oder Abnahme des Ilauptstromes eine gleichzeitige Zu- oder Abnahme des elektrischen Stromes hervorgerufen. Nun soll aber auch die Intensität des elektrischen Stromes fortwährend der Intensität des Hauptstromes proportional sein. Hierzu ist nicht etwa erforderlich, dais der Hub oder Weg des Indicators der ■Intensität des Hauptstromes oder dais die Intensität des elektrischen Stromes dem Hub des Kanalöffners 11 proportional sei. Ist das eine . oder das andere oder beides nicht der Fall, so läfst.sich dennoch die Intensität des elektrischen Stromes so regeln, dais sie fortwährend der Intensität des Hauptstromes proportional ausfällt. Dies läfst sich namentlich durch ungleichförmige Bewegungsübertragung zwischen Indicator und Kanalöffner 11 erreichen. Wird z. B. an dem freien Ende der Welle 25 eine (nicht gezeichnete) Curvenscheibe angebracht, die ihre Bewegungen in modificirter Form auf eine mit dem Kanalöffner 11 verbundene Rolle überträgt, so läfst sich die Curve eben so gestalten, dais die Intensität des elektrischen derjenigen des Hauptstromes proportional sein mufs. Durch eine richtige Verbindung der Hülfsmittel, Indicator (Fig. 1), Regulirzelle, Meiszelle, Stromerreger und elektrischer Leiter, entsteht demnach ein ■»Meisapparat« im Sinne des Titels. Ein solcher entsteht aber auch dann noch, wenn der Apparat (Fig. 1) durch irgend, eine andere den Hauptstrom indicirende Vorrichtung, oder wenn die Regulirzelle (Fig. 3) durch irgend einen anderen passenden Stromregler, z. B.

den der Fig. 2, ersetzt wird. Als Meiszelle können hier viele unter den bekannten elektrolytischen Zellen zur Anwendung gelangen. Wenn eine Regulirzelle mit elektrolytischem Vorgang, etwa die in Fig. 3 und 4 dargestellte, zur Regelung des elektrischen Stromes verwendet wird, so findet in dieser Zelle ebenfalls eine Jonenwanderung statt, die in vielen Fällen ebenso gut auch zum Messen der durchgeflossenen Elektrieitätsmenge benutzt werden kann, so dafs es dann für das Regeln und Messen statt zweier besonderer nur noch einer einzigen gemeinsamen Zelle bedarf, die Regulir- und Meiszelle zugleich ist und mit der Zelle der Fig. 3 und 4 übereinstimmen kann.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist ein bis auf das stromerzeugende elektrische Element vollständiger Mefsapparat dargestellt, wobei Fig. 5 einen Verticalschnitt, Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch den oberen Theil des Apparates und die Regulirwelle mit Oberansicht der Regulirzelle und Fig. 7 die Aufsenansicht des Apparates zeigt. Der letztere enthält für das Reguliren und Messen auch wirklich, wie oben angedeutet, nur eine gemeinsame Zelle nach Fig. 3 und 4 und ist hauptsächlich als Flüssigkeitsmesser für hohen und veränderlichen Druck bestimmt. Die in dem Gehäuse 31 eingeschlossene Vorrichtung, welche zum Indiciren des Hauptstromes dient, enthält einen Membrankolben eigener Art, dessen Membran wie ein runder Harmonikablasebalg gestaltet und aus weichem Material, z. B. Kautschuk, hergestellt ist. Diese Membran 28 ist oben mit einem Gewicht 3 und unten mit dem Wandstück 33 verbunden, das einen zur Führung des Gewichtes 3 dienenden Bolzen 34 trägt. Der Einlaufkanal 1 steht mit dem Raum innerhalb, der Auslauf kanal 2 mit dem Raum auiserhalb der Harmonikamembran in Verbindung. Das bei 29 gegen das Gehäuse 31 abgedichtete Wandstück 33 würde beide genannten Räume völlig' trennen, wenn nicht durch die verticale Wand 35 desselben ein Durchgangskanal 5 ginge, der von einem ebenen Schieber 15 geöffnet und geschlossen werden kann. Mit Hülfe einer flachen Feder 17 wird der Schieber 15 von dem Gewicht 3 aus angetrieben. Bei zunehmendem Hauptstrom hebt die Membran 28 das Gewicht 3 sammt dem Schieber 15 empor und vergröfsert damit die Durchgangsfläche des Kanals 5.

Die Regulir- und Meiszelle 10 ist, um sie leicht beseitigen und gegen eine andere vertauschen zu können, auiserhalb des Gehäuses 31 auf einem kleinen Ansatz 36 angebracht. Die A^erticalbewegungen des Gewichtes 3 sollen nun zur Regelung des elektrischen Stromes auf den Kanalöffner 11 übertragen werden. An der mit ihrem einen Zapfen 47 innerhalb, mit ihrem anderen Zapfen 48 auiser-

halb des Gehäuses 31 gelagerten Welle 37 sitzen sowohl der innere abgebogene Hebel 39 als der äuisere gerade Hebel 40. Der durch eine Feder 41 gegen das Gewicht 3 gepreiste j Backen 42 verbindet den inneren Hebel 39 mit dem Gewicht 3, und die Zugstange 43 verbindet den äufseren Hebel 40 mit dem Kanalöffner 11. Das Abdichten der aus dem Gehäuse 31 ins Freie führenden Welle 37 wird hier zur besonderen Vermeidung der Reibung nicht durch eine Stopfbüchse, sondern durch ein weiches Rohr 44 gebildet, das eine Verdrehung um den Ausschlagwinkel der Welle 37 zuläfst und aus Kautschuk hergestellt sein kann. Das Rohr 44 ist einerseits über ein mit dem Gehäuse 31 verbundenes Metallröhrchen 45, andererseits über eine Verdickung 46 der Welle 37 gesteckt und an beiden Stellen abgedichtet.

Falls die verlangte Proportionalität zwischen dem elektrischen und dem Hauptstrom empirisch herbeigeführt werden muis, geschieht dies hier wohl am einfachsten durch entsprechende Gestaltung des Kanals 5 für den Hauptstrom, z. B. durch Ausbildung einer Seitenlinie als Curve.

Fig. 8 zeigt in einem Horizontalschnitt, der dem in Fig. 6 dargestellten entspricht, ein weiteres Hülfsmittel, um die Bewegung des Gewichtes 3 ohne Stopfbüchsenreibung auf den Kanalöffner 11 zu übertragen. Das weiche konische Rohr 49 wird dabei nicht verdreht, sondern einfach gebogen. Der Gabelhebel 50 mitsammt dem inneren Hebelarm 54 ist um die zwei Zapfen 51 drehbar, die in Rollen sitzen, welche bei einer durch den Druck im Gehäuse 31 erzeugten Streckung des Rohres 49 zur Entlastung der Zapfen 51 horizontal fortschreiten können.

Das unmittelbar zum Verstärken und Abschwächen des elektrischen Stromes dienende Regulirorgan, sei dasselbe ein Kanalöffner 11 oder ein Kegel 26 (Fig. 2), läfst sich für sich allein bei guter Führung sozusagen reibungslos und ohne Arbeitsaufwand bewegen. Die Genauigkeit des Messens hängt daher aufser von Druckfläche und Hub des Kolbens 3 fast ausschliefslich nur von der Gröfse der Reibung der etwa benutzten Theile, Stopfbüchse und Kolben, ab, so dafs eine genaue Messung entweder übermäfsige Dimensionen des Apparates oder Beseitigung der Stopfbüchsen- und Kolbenreibung erheischt.

Die Meiszelle kann auch in einem stromerregenden elektrischen Element bestehen, dessen Zelleninhalt z. B. dem Meidinger-Element entspräche.

Bei der hier dargelegten Erfindung wird nun nach früherem die gesuchte Ausflufsnienge des Hauptstromes nicht einfach durch Ablesen an einem Zifferblatt, sondern durch ein Messen oder Bestimmen einer Substanzmenge (Jonenmenge) gefunden. Dafür kommt aber das ganze Zähl- und Räderwerk der bisher üblichen, dem gleichen Zwecke dienenden Meisapparate hier völlig in Wegfall. Für die Elektroden und den Elektrolyten können nun, wie früher angegeben wurde, solche Materialien Anwendung finden, bei welchen die Menge der ausgefällten Jonen einfach durch vor- und nachmaliges Wägen der einen Elektrode gefunden wird. Hierbei kann das Wägen auch mittels eines geeigneten Aräometers geschehen.

Claims (5)

Patent-Ansprüche :

1. Verfahren zum Messen von veränderlichen, durch Röhren strömenden Flüssigkeits-, Gas- und Dampfmengen, dadurch gekennzeichnet, dafs als Mais der durchströmenden Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfmenge die elektrolytische Wirkung eines elektrischen Stromes dient, dessen Intensität von der Geschwindigkeit des Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfstromes abhängig gemacht wird. '

2. Ausführungsform des unter 1. geschützten A^erfahrens, bei welcher die Abhängigkeit der Intensität des elektrischen Stromes von der Geschwindigkeit des Flüssigkeits-, Gas- oder Dampf stromes so regulirt wird, dafs die Masse der in der Zeiteinheit zer-

. setzten oder ausgeschiedenen Jonen der Masse der in derselben Zeit durchgeströmten Flüssigkeit bezw. des Gases oder Dampfes proportional ist.

3. Zur Ausführung des unter 1. und 2. geschützten Verfahrens ein elektrolytischer Mefsapparat, dessen Stromintensität von der jeweiligen Stellung eines Regulirorgans (Schütze 11, Fig. 3, Tauchstiftes26, Fig. 2) abhängig ist, das von einem in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfstromes verschobenen Organ (18, Fig. 1, bezw. 3, Fig. 5) gesteuert wird.

4. Mefsapparat der unter 1. und 3. geschützten Art, bei dem als Regulirorgan eine Schütze (11) aus schlecht leitendem Material in einer zwei elektrolytische Zellen trennenden Scheidewand (9) dient.

5. Meisapparat der unter 1. und 3. geschützten Art, bei dem als Regulirorgan ein in eine leitende Flüssigkeit eintauchender kegelförmiger Stift (26) dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.