DE1698126A1

DE1698126A1 - Vorrichtung zur Eichung von Manometern

Info

Publication number: DE1698126A1
Application number: DE19681698126
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Desgranges et Huot SA
Current assignee: Desgranges et Huot SA
Priority date: 1967-03-01
Filing date: 1968-02-28
Publication date: 1972-04-20
Also published as: US3495426A; FR1520700A; DE1698126B2; DE1698126C3; GB1213342A

Description

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DESGRAITGES & HJOT

Vorrichtung zur Eichung von Manometern.

Die Priorität der französischen Patentanmeldung Nr. 97.037 vom 1. März 1967 ist in Anspruch genommen

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Eichung von Manometern, d.h* zur Herstellung der Teilung dieser Apparate in Funktion der am sie angelegten Drucke oder zur Prüfung der Genauigkeit der von diesen Apparaten in Funktioa dieser Drücke gelieferten Angaloen. Von derartigen Vorrichtungen betrifft die Erfindung im besonderen die zur Eichung von Präzisionsmanometern,welche Drücke mit einer Genauigkeit von grSssenordnungsmassig l/lOOQ oder mehr messen können. ° Die Erfindung bezweckt insbesondere^ diese Vorriohr ^ tungen so auszubilden, dass sie besser als bisher den verschie-

ν denen Erfordernissen der Praxis entsprechen, indem sie diese ο ·

-* Eichung genau, getreu und praktisch automatisch vornehmen» wobei

^* der W^ert des wirklich an den zu eichenden Apparat angelegten Drucks automatisch (nach Stabilisierung der beweglichen Teile

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der Vorrichtung) genau an einem von dem Apparat unabhängigen Anzeigegerat angezeigt wird und in dem ganzen Bereich der Betriebsdrücke des Apparats durch einfache YerSchwenkung eines . Betätigungsgriff & verändert und eingestellt werden kann»

Hierfür ist die erf indungsgemässe Vorrichtung mit einem um eine feste waagerechte Achse schwenkbaren Waagebalken, Einrichtungen zur Ausübung eines regelbaren Drucks auf eine Flüssigkeit, Einrichtungen zur übertragung des Drucks dieser Flüssigkeit auf einen Arm des Waagebalkens sowie auf den zu eichenden Apparat, einer an dem anderen Arm des Waagebalkens angeordneten und längs dieses Arms versohieblichen schweren Masse, und Einrichtungen zur Anzeige des Wertes des Drucks der Flüssigkeit* welcher jeder Stellung der schweren Masse an dem Waagebalken im Gleichgewicht desselben entspricht, erfindungsgemass ausserdem mit Einrichtungen versehen, welche durch eine Gleichgewichtsstörung des Waagebalkens so gesteuert werden, dass sie automatisch die Einrichtungen zur Regelung des Drucks der Flüssigkeit in dem Sinn betätigen, welcher das Gleichgewicht des Waagebalkens wiederherstellt. *

Gemass einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, welches im besonderen derartige Eichvorrichtungen betrifft, bei welchen der Druck der Flüssigkeit auf einen Arm des Waagebalkens über einen Kolben übertragen wird» welcher frei ohne Spiel in einem

[V₀ festen Zylinder gleitet, welcher den gleichen thermischen -,.. ο -.■..---.

cd Ausdehnungskoeffizienten wie er selbst hat, besteht dieser Arm ^ aus einem Material mit einem vernachlässigisaren thermischen Q Ausdehnungskoeffizienten, während der ander® Arm aus einem

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σ> Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient doppelt so gross wie der des den Kolben und den Zylinder bildenden Materials ist·

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"Erfindung 1st nachstellend unter Bezugnahme auf die Zeichnung. beispielLshalberee^lautert, in welcher Fig. 1,

2 und 5 einen lotrechten Schnitt länge der Linie I — I der Fig. 3 bezw. einen lotrechten Schnitt längs der Linie II - II der Fig.'1 bzw· eine Ton oben gesehene Teilansicht einer erfindungsgemäsaen Vorrichtung zur Eichung von Manometern zeigen. -. -.--■ ->^·._: .--.-....-._. ■-.■...

Bekanntlich ist bereits vorgeschlagen worden, Manometer mittels einer handbetätigten Balkenwaage zu eichen, bei welcher das Grleichgewicht des Waagebalkens entweder dadurch hergestellt wird, dass von Hand das Gewicht an diesem Waagebalken verschoben wird^ oder dadurch, dass durch Drehung eines Handrades von Hand der gleichzeitig auf den Waagebalken und das zu eichende-Manometer wirkende Druck einer Flüssigkeit verändert wird.

Eine derartige Vorrichtung ist ungenau, und ihre Anwendung ist langwierig, da nur mit aufeinanderfolgenden Annäherungen gearbeitet werden kann.

Ferner ist vorgeschlagen worden, ständig den Druck eines Gases mittels einer Balkenwaage zu messen, bei welcher die Gleichgewichtsstörungen des Waagebalkens automatisch ausgenutzt werden, um das Gewicht an diesem in dem Sinn zu ver-

ο schieben, welcher das Gleichgewicht wiederherstellt.

⁰^ Bei der Eichung von Präzisionsmanometern mittels

^f einer Druckflüssigkeit kann eine derartige automatische nur

-α' die Stellung des Gewichts beeinflussende Regelung nicht richtig

&> arbeiten, da sie nicht streng die Fehler ausgleichen kann, welche von den Leckströmungen der Flüssigkeit längs der Kolben, der Zusanmendrü'ckbarkeit der Flüssigkeit und etwaigen Verformungen der Rohrleitungen herrühren.

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Dieser unbedingt erforderliche Ausgleich wird automatisch erfindungsgemäss dadurch erhalten, dass die Regelung unmittelbar den Druck der Flüssigkeit beeinflusst.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Eichvorrichtung ein z.B. durch zwei durch Säulen 3 verstrebte waagerechte Platten 2 gebildetes festes Gestell 1, welches einen um eine waagerechte Achse 5 schwenkbaren, starren Waagebalken 4 trägt (Fig. I und 3).

Dieser Waagebalken besteht aus zwei durch Traversen 6 verstrebten parallelen Leisten.

Ein Arm des Waagebalkens (rechter Arm in Fig. 1 und 3) trägt ein Gewicht 7, welches mit Rollen 8 auf den Leisten rollt. Dieses Gewicht enthält eine Gewindebohrung 9, welche mit einer in den Traversen 6 gelagerten,, sich parallel zu den Leisten erstreckenden Gewindespindel 10 zusammenwirkt. ,

Die Drehungen dieser Spindel und somit-die Verschiebungen des Gewichts 7 längs des Waagebalkens 4 werden durch die Drehungen eines an dem Gestell angebrachten Handrades 11 mit lotrechter Achse über eine fest mit der Welle 13 des Handrades verbundene Schnecke 12, ein mit dieser in Eingriff stehendes Schneckenrad 14 und ein Kardangelenk erzeugt,wobei ein Teil 15 des Kardangelenks.mit dem Schneckenrad I4 durch eine in einem Lager 17 mit waagerechter Achse in dem Gestell· dreh-

^ bare Welle 16 fest verbunden ist, während sein anderer Teil fest mit der Gewindespindel 10 verbunden ist und der Mittelpunkt

^. seines Kreuzstücks 19 auf der Schwenkachse 5 des Waagebalkens - liegt.

Der andere Arm des Waagebalkens (linker Arm in Pig. I und 3) trägt einen Bügel 20, welcher an einer Achse 21 des Waagebalkens aufgehängt ist und frei durch Fenster 23 der oberen

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Platte 2 tritt. .

An der Basis dieses Bügels stützt sich über eine Kugel 24 (Pig· 1 und 2) ein Kolben 25 ab, welcher frei ohne Spiel in einem Zylinder 26 des Gestells gleitet«

Die der Kugel abgewandte Grundfläche des Kolbens befindet sich in einer Kammer 27, welche durch feste Leitungen 28 mit zwei anderen Kammern 29 und 30 des Gestells in Verbindung steht. Die Kammer 29 steht mit dem druckempfindlichen-Raum 31 des zu eichenden M-anometers 32 in Verbindung,. Durch die Wand der Kammer 30 tritt eine zylindrische Bohrung 33» welche einen Kolben 34 enthält. Das Innenvolumen der Kammern 27, 29, 30 und 31 und ihrer Verbindungsleitungen ist mit einer flüssigkeit 45 gefüllt.

Der Kolben 34 wird ausserhalb der Kammer 30 durch einen Gewindebolzen 35 verlängert und durch seine Befestigung an einem in einer entsprechenden Bohrung 37 des Gestells gleitenden parallelen Stab 3"6 an einer Drehung aber nicht an einer axialen Translationsbewegung verhindert»

Der Gewindebolzen 35 wirkt mit einer Mutter 38 zusammen, welche durch ihren Einbau in ein entsprechendes Lager 39 des Gestells an einer axialen Translationsbewegung aber nicht an einer Drehung verhindert ist. Diese Mutter trägt aussen eine Schneckenradverzahnung und wirkt mit einer an der Welle eines ^ Elektromotors 41 angebrachten Schnecke 40 zusammen.

_i Dieser Motor kanm je nach der Art seiner Erregung 's durch die Schliessung des einen oder des anderen von zwei

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£ elektrischen Schaltern 42 und 43 in dem einen oder dem anderen

Sinn in Umdrehung versetzt werden»

Bei der in Pig. I dargestellten Ausfuhrungsform werden diese Schalter -unmittelbar von dom Ende 44 öLes längeren

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A.-rms des Waagebalkens 4 betätigt. Sie sind natürlich so angeordnet, dass die durch ihre Schliessung erzeugte Bewegung des Motorä den Waagebalken in die Gleichgewichtesteilung (d.h. im allgemeinen in seine waagerechte Lage) zurückführt, wie dies weiter unten erläutert ist.

Jeder Stellung des Gewichts 7 an dem Waagebalken entspricht gleichzeitig einerseits ein genau bestimmter Wert des Drucks der Flüssigkeit 45 im Gleichgewicht des Waagebalkens und andererseits eine genau bestimmte Winkelstellung des Handrades 11 und seiner Welle 13-

Aus diesem Grunde ist diese Welle z.B. über einen Kegeltrieb 46, 47 mit dem Eingang eines numerischen Zahlers 48 verbunden, welcher vorher so geeicht wurde, dass er unmittelbar diese dem Gleichgewicht des Waagebalkens für die verschiedenen Winkelstellungen des Handrades entsprechenden genau bestimmten Druckwerte anzeigt. Diese vorherige Eichung kann, leicht dadurch erfolgen, dass als Manometer 32 ein Eichmanometer benutzt wird.

₌ In den figuren sind noch einstellbare Fusse 49 und eine Wasserwaage 50 zur waagerechten Einstellung des Gestells sichtbar.

Die obigie Vorrichtung arbeitet folgendermassen t

Nachdem der Druck der Flüssigkeit 45 auf den Atmosphärendruck gebracht wurde, wird an den Kreis dieser Flüssigkeit das zu eichende Manometer 32 angeschlossen, worauf die Füsse 49 so eingestellt werden, dass das Gestell-waagerecht liegt*

Hierauf wird das Handrad 11 verdreht, bis ein gegebener - - Druck von z.B. zehn Bar an dem Zahler 48 angezeigt wird.

Hierdurch wird das Gewicht 7 nach rechts verschoben· 209817/0166

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Da der Druck der Flüssigkeit 45 nicht ausreicht, um das durch diese Verschiebung erzeugte Moment auszugleichen, geht der rechte Arm des Waagebalkens abwärts, wodurch der Schalter 42 geschlossen wird.

Diese Schliessung erregt den Motor 41 in dem Sinn, in welchem der Kolben 44 in das Innere der Kammer 30 zurückgedrückt wird, wodurch der Druck der Flüssigkeit 45 erhöht wird.

Diese Druckerhöhung drückt den Kolben 25 TWid den

Bügel 20 nach unten, wodurch der linke Arm des Waagebalkens 4 " gesenkt "wird.

Wenn das Gleichgewicht wiederhergestellt ist, öffnet sich der Schalter 42, der Motor 40 hält an, und der Waagebalken bleibt stehen.

Man ist (fann sicher» dass der auf das Manometer 32 ausgeübte Druck gleich dem abgelesenen Druck von: zehn Bar ist, so dass das Zifferblatt des Manometers in der von seinem Zeiger 51 in diesem Augenblick eingenommenen Stellung mit einem entsprechenden Teilstrich versehen werden kann·.

Die Vorgänge sind natürlich die gleichen für alle anderen Druckwerte.

Man kann auch durch Betätigung des Handrades 11,, wobei die dem Gleichgewicht des Waagebalkens entsprechende Stabilisierung abgewartet wird, von dem Zeiger 51 auf dem bereits mit einer Teilung versehenen Zifferblatt eines Manometers

J₀ gegebene Werte anzeigen lassen, und hierauf die wirklichen ent-

-*■ sprechenden Werte des Zählers 48 ablesen, um die Fehler dieser ^ Anzeige festzustellen und gegebenenfalls eine Beriehtigungs-

& tabelle aufzustellen*"
cn.

Es ist zu bemerken, dass der Wert des Drucks der

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flüssigkeit 45, bei welcliem sich, der Waagetalken im Gleichgewicht befindet, stets genau gleich dem dann von dem Zahler angezeigten Wert ist. Dieser Druck ist' nämlich die einzige für das auf den linken Arm des Waagebalkens ausgeübte Moment massgebende veränderliche GrSsse (der Querschnitt cles Kolbens und die Lange des Hebelarms !zwischen den Achsen 21 und 5 bleiben konstant) und die Änderungen dieses angezeigten Werts sind infolge der getroffenen Ausbildung genau zu der Verschiebung des Gewichts7 an dem Waagebalken proportional, welche die einzige veränderliche GrSsse ist,, welche für das auf den rechten Arm des Waagebalkens ausgeübte Moment massgebend ist, vorausgesetzt natürlich, dass die ursprüngliche Eichung des Waagebalkens so vorgenommen wurde, dass, wena der Zähler 48 null anzeigt und somit da3 Gewicht 7 seine am weitesten links liegende Stellung einnimmt, der Waagebalken waagerecht liegt, wenn der in der Kammer 27 herrschende Druck den Wert null hat (dieser Wert entspricht dem Atmospharendruck, wenm die Manometer 32 in Relativwerten geeicht werden, oder dem absoluten Vakuum,, wenn sie in Absolutwerten geeicht werden).

Der angezeigte Wert hängt im besonderen-in keiner Weise von der Tiefe des -Eintritts des Kolbens 34 in die Kammer oder der in den Kammern 27 bis 31 vorhandenen flüssigkeitsmenge ab. Die Vorrichtung gewährleistet also einen automatischen

genauen Ausgleich der LeckstrSmungen der flüssigkeit längs der n> . . -

^ Kolben, der Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit, und der et-

oo ' "

_* waigen Verformungen der Rohrleitungen.

^. Bei der in fig. I dargestellten Ausführung werden

Jj- die Schalter 42 und 43 durch Mohanisch von dem Waagebalken °* betätigte Kontaktlamtllen gebildet, sie können aber natürlich auch auf beliebige andere gewünschte Weise ausgebildet sein»

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Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsabwandlung
können sie insbesondere -so ausgebildet sein, dass sie von dem Waagebalken ohne mechanische Berührung mit demselben betätigt werden»

So können sie z.B. durch Relais gebildet werden, welche durch die Beleuchtung oder das Aufhören der Beleuchtung von Photozellen durch Lichtstrahlen betätigt werden, welche von dem Waagebalken entsprechend seiner Stellung wenigstens teilweise abgefangen werden.

Die Bewegungen des Waagebalkens können auch die ge- " wünschten Kontakte durch magnetische oder induktive Wirkungen herstellen.

Ebenso kann die Steuerung der Gleitbewegung des
Kolbens 34 durch andere als elektroaechanisohe Mittel erfolgen, z.B. hydraulische oder pneumatische Mittel.

Die obige Ausbildung kann noch durch Anwendung eines weiteren Merkmals der Erfindung verbessert werden, welches
Vorrichtungen zur Eichung von Manometern betrifft, welche einen Waagebalken 4 aufweisen, dessen einer Arm ein bewegliches i

Gewicht 7 tragt, während an de» anderen Arm die Kraft angreift, welche von einer Druckflüssigkeit auf einen Kolben 25 gegebenen Querschnitts ausgeübt wird.

Gemass diesem Merkmal besteht der das Gewicht 7 tragende Arm des Waagebalkens aus einem Material« dessen linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient K-, doppelt so gross wie
der Koeffizient K« des Hen Kolben 25 (und den diesen aufnehmenden Zylinder 26) bildenden Werkstoff β ist, wahrend der
andere Arm des Waagebalkens aus einem Material mit einem vernachlässigbar en thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht.

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Durch diese Ausbildung wird das Gleichgewicht des Waagebalkens von den Schwankungen der Raumtemperatur unabhängig.

Das auf seinen ersten Ära wirkende Moment hängt nämlich von der Temperatur t_ durch einen faktor 1 + K^t ab, während die Masse des Gewichts 7 konstant bleibt.

Das auf den anderen Arm des Waagebalkens ausgeübte Moment entspricht dem Produkt aus einem unveränderlichen Hebelarm und einer Kraft, welche zu der Fläche des Kolbens 25 proportional ist, auf welche der Druck der Flüssigkeit wirkt. Diese Kraft hängt nun von der Temperatur durch einen Faktor (1 + K„t) ab, dessen Wert praktisch gleich 1+2 E₂t ist, d.h. schliesslich gleich 1 + K,t. Die beiden betrachteten Momente hängen also von der Temperatur durch den gleichen Faktor ab, so dass die Folgen der thermischen Änderungen auf das Gleichgewicht des Waagebalkens automatisch ausgeglichen werden.

Bei der dargestellten Ausführung kaiin der erste Arm des Waagebalkens, d.h. die Schraubenspindel 10, aus Duralumin bestehen (dessen Koeffizient K₁ grSssenordnungsmässig 23 x 10" beträgt), während der zweite Arm durch zwei in die Leisten 4 eingesetzte Platten 52 (Fig. 2 und 3) aus Invar gebildet wird, und der Kolben 25 und der Zylinder 26 aus Stahl bestehen (K₂ grSasenordnungsmässig 12 χ 10 ).

Die Erfindung kanm natürlich abgewandelt werden. So können z.B. die beiden Arne des Waagebalkens, an welchen die Kraft des beweglichen Gewichts bzw. die Gegenkraft der Druckflüssigkeit angreifen, auf der gleichen Seite der Schwenkachse des Waagebalkens angeordnet sein, wobei dann die durch den Druck der Flüssigkeit erzeugte Kraft nach oben anstatt nach unten gerichtet ist.

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Claims

- 11 - 3046/68 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Eichung von Manometern mit einem um eine feste waagerechte Achse schwenkbaren Waagebalken,

Einrichtungen zur Ausübung eines regelbaren Drucks auf eine Flüssigkeit, Einrichtungen zur übertragung des Drucks dieser Flüssigkeit auf einen Arm des Waagebalkens sowie auf den zu eichenden Apparat, einer an dem anderen Arm des Waagebalkens angeordneten und längs dieses Arms ve.rschiebliehen schweren Masse, und Einrichtungen zur Anzeige des Wertes des Drucks (| der Flüssigkeit, welcher jeder Stellung der schweren Masse an dem Waagebalken im Gleichgewicht desselben entspricht, gekennzeichnet durch Einrichtungen (35 - 44), welche durch eine Gleichgewichtsstörung des Waagebalkens so gesteuert werden, dass sie automatisch die Einrichtungen (34) zur Regelung des Drucks der Flüssigkeit (45) in dem Sina betätigen, welcher das Gleichgewicht des Waagebalkens wiederherstellt.

2. Eichvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die

Einrichtungen zur Regelung des Drucks der Flüssigkeit einen , mit dieser in Berührung stehenden beweglichen Kolben aufweisen, gekennzeichnet durch einen Motor (41)* welcher in beiden Richtungen in Umdrehung versetzt werden kanno* ein System (35 - 40) zur Umwandlung der Drehbewegung der Motorwelle in geradlinige Bewegungen des Kolbens (34), einen Stromkreis zur Erregung des Motors, und elektrische Schalter (42, 43), welche in den Stromkreis eingeschaltet sind und von dem Waagebalken: so betätigt werden, dass sie den Motor jederzeit in dem Sinn erregen, in welchem der Waagebalken in seine Gleichgewichtsstellung zurückkehrt.

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3· Eichvorrichtung nach Ansprach 2, dadurch, gekennzeichnet, dass die elektrischen Schalter so ausgebildet sind, dass sie von dem Waagebalken ohne mechanische Berührung mit diesem betätigt werden.

4« Eichvorrichtung nach wenigstens Anspruch 1* bei welcher der Druck der Flüssigkeit auf einen Arm des Waagebalkens über einen Kolben übertragen wird, welcher frei ohne Spiel in einem festen Zylinder gleitet, welcher den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie er hat, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Arm (52) aus einem Material mit einem vernachlässigbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, während der andere Arm (10) aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient doppelt so gross wie der des den Kolben (25) und den Zylinder (26) bildenden Materials ist.

5. Eichvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenmzeichnet, dass der Kolben und der Zylinder aus Stahl, der erste Arm des Waagebalkens aus Invar und der zweite Arm des Waagebalkens aus einer Aluminiumlegierung bestehen.

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