DE1773912C - Vorrichtung zum Bestimmen von Gas dichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung «um Be- Schwingungen. Desgleichen lassen sich Rückkopp-

stimmen von Gasdichten, die als Gaswaage arbeitet, tongswmcungen in einfacher Welse vermelden,

mit je einem an jedem Ende eines gleicharmigen, um Blno besondere vorteilhafte Auebildung der erfln-

eine horizontale Achse schwenkbaren Waagebalkens dungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß angebrachten Auftriebskörper, die untereinander 9 awei Elektromagneten In gleichen Abstanden vom

übereinstimmen und je In eine Kammer eintauchen, Schwerpunkt des Waagebalkens angeordnet sind,

durch die hindurch mittels Zu- und Ableitung ein Desgleichen kann man Im Falle eines einzigen oder

Meßgas bzw. ein Vergleichsgas zu führen ist, wobei im Falle von zwei symmetrisch angeordneten perma-

der schwenkbare Waagebalken in einer zwischen den nenten Magneten auch dafür sorgen, daß zwei stabbeiden Kammern vorgesehenen dritten Kammer an- 10 förmlge Permanentmagneten gleicher Art in gleichen

geordnet und mit mindestens einem RUckstellelement Abstanden vom Schwerpunkt des Waagebalkens an

starr verbunden ist, das eine Rückstellkraft auf den diesem auf gegenüberliegenden Selten angeordnet

Waagebalken ausübt, und daß die Groß« der zum sind. Es ergibt sich sogar eine zweckmäßige Ver-

Wiederelnstellen der Gleichgewichtslage des Waage- doppelung der erfindungsgemäßen Wirkung dadurch, balkens erforderlichen Rückstellkraft als Maß für die 13 daß zwei Permanentmagneten auf beiden Seiten des

Differenz zwischen den Dichten der in den beiden Waagebalkens mit entgegengesetzter Polarität in die

Kammern befindlichen Gase meßbar ist, nach Pa- gleiche Richtung, insbesondere nach unten zu den

tent I 275 310. Elektromagneten weisend angeordnet sind.

AusfUhrungsbeispiele einer solchen Vorrichtung Wenn sich der Waagebalken aus seiner horizontind in der Beschreibung des Hauptpatentes genannt, ao talen Gleichgewichtslage herausbewegt, wird also insbesondere eine solche mit einer in senkrechter sofort die erfindungsgemäße Überlagerung der beiden Ebene durch den Schwerpunkt des Waagebalkens an- verschiedenen magnetischen Felder ausgelöst, und geordneten Wicklung, die starr mit einem Spiegel in der Waagebalken wird zwangläuflg in die horizontale Verbindung steht und durch einen Strom erregt wird Lage zurückkehren. Man kann dazu die Vorrichtung und dadurch gegenüber einem statischen Magnetfeld as auch so ausbilden, daß ein Elektromagnet in jedem einen Kraftausgleich zur Herstellung der Gleich- Falle sehr dicht an einem der permanenten Magnetgewichtslage erzeugt, dessen Größe durch die emp- pole angeordnet wird. Eine Entfernung des betreflenfindlich meßbare Stromaufnahme der genannten den Magneten erzeugt dann ein elektrisches Magnet-Wicklung über ein Anzeigegerät ermittelt oder auf- feld mit einer entsprechenden Anziehungskraft. Angezeichnet wird. Diese Vorrichtung arbeitet in Ver- 30 dererseits erzeugt eine Annäherung des permanenten bindung mit dem Spiegel in einem Lichtweg, der zu Magnetfeldes bei der entgegengesetzten Bewegung einer Fotozelle am Eingang des Verstärkers führt, des Waagebalkens die entgegengesetzte Wirkung sehr empfindlich. Die praktische Verwirklichung die- einer abstoßenden magnetischen Kraft. Der betrefser Vorrichtung ist jedoch recht schwierig, da mehrere fende Erregerstrom zur Erzwingung der Gleich-Einzelteüe sehr genau als elektromagnetisches und 35 gewichtslage ist dann nach Richtung und Größe ein zugleich fotoelektrisches Aggregat zusammen mit Maß für den Wägevcrgang und damit auch für den dem Waagebalken verschwenkbar sein müssen. Dichteunterschied der beiden miteinander zu ver-

Die vorliegende Erfindung geht deshalb von der gleichenden Gase, welche im Sinne des Haupt-Aufgabe aus, nach dem elektromagnetischen Über- patentes die beiden Auftriebskörper vorzugsweise lagerungsprinzip eine Vorrichtung zu schaffen, Ki 40 mit gleichem und normalem D wk zum Abweichen der man keine Zuleitungen zi< -J-n vn^h. Inn Waage- von der horizontalen Gleichgr-vr nistagc veranlaßt ?:\H.,i b.. -jü hen TcHtM uougt und bet der die haben Die Messung des Erregerstromes ist über ein Gleichgewichtslage des Waagebalkens sowohl bezug- entsprechendes Meßgerät sehr genau durchfüluhar, lieh der Schwerkraft als auch bezüglich der magne- und der Anzeigewert im erzwungenen Gletchtischen Kräfte wesentlich einfacher und zuverlässiger 45 gewichiszustand ermöglicht eine genaue Angabe des einjustiert werden kann. zu messenden Dichtewertes.

Diese Aufgabe läßt sich unter Vermeidung der ge- Bei der bevorzugten Ausführungsweise der erfin-

nannten Schwierigkeiten lösen und die Empfindlich- dungsgemäßen Vorrichtung mit zwei auf beiden

keit der Vorrichtung sogar noch erheblich steigern, Seiten des Schwerpunktes odtr Auflagepunktes dem

wenn dazu gemäß der Erfindung das Rückstellelement 50 Waagebalken zugeordneten Elektromagneten können

für die Herstellung der Gleichgewichtslage am Waage- dessen Erregerwicklungen sowohl in Serie als auch

balken mindestens ein Permanentmagnet und in des- parallel zueinander geschaltet werden, und zwar je

sen Nähe ein Elektromagnet so angeordnet ist, daß nach dem Wicklungssinn, und beide können mit

der zur Herstellung der Gleichgewichtslage erforder- einem Pol des permanenten Magneten am Waage-

liche Erregerstrom des Elektromagneten das Maß für 55 balken zusammenwirken. Auf diese Weise erhält man

die Rückstellkraft darstellt. Man erhält eine sehr zu- eine besonders wirksame Dämpfung von Schwin-

verlässige und gegen Störungseinflüsse unempfind- gungsbewegungen des Waagebalkens, weil jede Ab-

liche Möglichkeit, in tier vorgeschlagenen Weise das weichung aus dessen horizontaler Gleichgewichtslage

permanente Magnetfeld und dessen Änderung durch dann immer die entgegengesetzten magnetischen

ein elektromagnetisch erzeugtes Feld zu kompensie- 60 Rückstellkräfte auslöst.

ren, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Wenn Der Pol, mit welchem die zweite Erregerwicklung bei vorhandenem Gleichgewicht kein Erregerstro'm zusammenwirkt, kann der zweite Pol eines Stabfließt, dann kann der Erregerstrom im Falle einer magneten sein, der parallel zum Waagebalken an die-Abweichung praktisch beliebig große Stromstärken scm angeordnet ist. Indessen ergibt sich eine noch haben und Feldstärken erzeugen, sofern nur beim er- 65 wirksamere Ausführungsform, wenn man zwei geneuten Hrreichen des Gleichgewichtes diese Strom- trennte Stabmagneten auf beiden Seiten des Schv/crstürke wieder verschwindet. Es ergibt sich dadurch punktes anordnet. Diese Magneten können entweder viiniitihst eine sehr wirksame Dämpfung mechanischer auf der gleichen Seite am Waagebalken oder auf zwei

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gegenüberliegenden Selten, jedoch wohl bemerkt Im daß das übertragene LichtbUndel im rechten Winkel

gleichen Abstand vom Schwerpunkt angeordnet wer- zu den betreffenden Achsen reflektiert wird. Der be-

den. Dann können zwei Pole solcher Permanentma- treffende Auftriebskörper wird In den Lichtweg

gneten auch unmittelbar dicht am Waagebalken an- zweier solcher Übertragungsröhren eingeschaltet,

liegen, und es können auf den beiden Selten des s Ein Ausfuhrungsbeispiel dieser Anordnung ist In

Schwerpunktes sowohl die Pole gleicher Polarität als der Zeichnung dargestellt. Jeweils schematisch zeigt

auch entgegengesetzte Magnetpole sein. Danach Im einzelnen.

richtet sich der Wicklungssinn der zugeordneten FI g. I die Seitenansicht der Vorrichtung, Elektromagneten. Als bevorzugte Anordnung der ge- Fi g. 2 dte Ansicht zu F i g. 1 von links und
nannten Magneten am Waagebalken hat sich er- io F i g. 3 die Draufsicht dazu von oben,
wiesen, wenn man auf jeder Seite, und zwar an bei- Ein starrer Waagebalken I ist um eine horizontale den Armen des Waagebalkens in gleicher Weise aus- Achse 4 in seinem Schwerpunkt gelagert. Zwei gleichgebildete Pole dicht anliegend am Waagebalken an- artige Auftriebskörper 2 und 3 sind im gleichen Abordnet, weil dabei die geringste Empfindlichkeit der stand vom Schwerpunkt an beiden Enden des Waage-Anordnung gegenüber der Einwirkung äußerer Ma- 15 balkens 1 befestigt. Desgleichen sind am Waagegnetfelder festgestellt werden konnte. balken 1 zwei permanente Stabmagneten 5 und 6 in

Zur Erfassung des Erregerstromes kann beispiels- gleichartiger Ausführung angebracht. Unterhalb der

weise die Anordnung eines SyBtems zur lichtelektri- Pole dieser Permanentmagneten 5 und 6, die nach

sehen Erfassung der Lage des Waagebalkens benutzt F i g. 3 auf verschiedenen Seiten des Waagebalkens 1

werden. Eine sehr vorteilhafte Verwirklichung dieses ao in entgegengesetzter Weise angeordnet sind, befinden

Prinzips besteht darin, daß zur selbsttätigen Regelung sich Elektromagneten 16 und 15 in Form von Spulen,

und Steuerung des Wügcvorganges der eine Auf- Lichtröhren 7, 8, 9 und 10 aus einem transparenten

triebskörper nach Art einer Lichtschranke in den Material übertragen jeweils paarweise gemeinsam ein

Wegen zweier verschiedener Lichtübertragungs- LichtbUndel von der Lichtquelle 11 bis zu einer

leitungen, welche gleiche Lichtmengen insbesondere 35 Fotozelle 12 bzw. 13. Wie Fig. 2 und 3 zeigen,

durch innere Totalreflexion übertragen, in der Weise stehen die beiden kürzeren Lichtröhren 7 und 10 mit

angeordnet ist, daß die eine Lichtübertragungsleitung der Fotozelle 13 in Verbindung, während die beiden

unterhalb, die andere Lichtübertragungsleitung ober- längeren Lichtröhren 8 und 9, in F i g. 1 dahinter-

halb dieses Auftriebskörpers in gleichartiger Weise stehend angedeutet, auf die Fotozelle 12 einwirken,

zum Teil unterbrochen ist, so daß infolge einer Ab- 30 Die bevorzugte Einstellung ist aus Fig. 2 ersichtlich,

weichung des Auftriebskörper aus der horizontalen wonach der Auftriebskörper 3 genau zur Hälfte die

Gleichgewichtslage die auf den beiden verschiedenen beiden Lichtwege abdeckt, wenn er die horizontale

Wegen übertragenen Lichtwerte von zwei jeweils zu- Gleichgewichtslage des Waagebalkens 1 einnimmt

geordneten fotoelektrischi-n Zellen in entgegengesetz- Ausgangsseitig stehen die Fotozellen 12 und 13 mit

tem Sinne geändert werden und von den beiden 35 einem Differentialverstärker 14 in Verbindung, dcs-

Zellen yt.mv\ .sam über einen Diilcientialverstärker sen Ausgangsklemmen einen elektrischen Stromkreis

ausgangsseitig erzeugte Stromstärke durch Erzeu- übpr die beiden l-lektriiir.agr.cün 5,5 und 56 und über

gung des crfordei liehen magnetischen Feldes die ein Anzeigegerät 17 schli^Pen.

Gleichgewichtslage erzwingt und praktisch unver- Im Beirieb der Vr>tiici_t.·. 113 werden das zu mes-

?.L>y:-n Schwingungen des Waagebalkens durch Um- 40 sende Gas und das Vergleich:·-,as im S;ni■■■ d^s

polung an Sli-uruichtung dämpft, sowie durch ein H:-.«i|iipatentes in getrennte Kuuiii.ern rr.it den ucir'pi:

Sf()i,:itj"i!:'^<rn't^!..iat ablesbar ist. A-iftri^Nirpern 2 rrH 3 eir.g -. ■ ·. :i>. 'A'cr.a Jui.ii

Die Lichtübertragung über sogenannte »Licht- der Auftriebskörper 2 absinkt, wird der Auftriebsröhren«, die in Form eines lichtdurchlässigen Mate- körper 3 ansteigen und während des Aufsteigens eine Hals, beispielsweise Quarz, nach dem Prinzip der 45 größere Lichtmenge von der Lichtquelle 11 über die inneren Totalreflexion ein zugeführtes Lichtbündel kürzeren Lichtröhren 7 und 10 zur Fotozelle 13 ausan einem Ende auch im Falle einer Biegung des im lösen, jedoch andererseits eine geringere Lichtmenge Querschnitt zylindrischen Obertragungskörpers bis durch die beiden Lichtröhren 8 und 9 zur Fotozelle zum anderen EmIe ermöglichen, ist besonders vor- 12. Die Ausgangsleistung «ler beiden Fotozellen 12, teilhaft. Die Ausnutzung dieser (ibertragungseigen- 50 13 wird zum Differentialverstitrker 14 übertragen, der schäften erleichtert die Fernhaltum; von Temperatur- über das Anzeigegerät 17 durch die Elektromagneten einflüssen, sowohl zwischen Lichtquelle und Foto- 16 und 15 einen Frregerstrom schickt und dadurch zellen als auch vom jeweiligen Gaszustand bei der das zusatzliche magnetische Fehl erzeugt, welches mit Dichtemessung, die dadurch gegebenenfalls sowohl den Feldern der beiden stabförmigen Pcrnianentbei sehr hohen Temperaturen als auch in Vergleichs- 55 magneten 5 und 6 zusammenwirkt und dadurch wieweise kalter Umgebung ohne Störung der Meßergeb- der die horizontale Gleichgewichtslage des Waagenisse durchführbar ist, was je nach Art des durchzu- balkens 1 erzwingt. Wenn andererseits zuerst der führenden Meßauftrages von besonderer Bedeutung Auftriebskörper 2 aufsteigt, dann senkt sich der Aufsein kann. Der Antriebskörper zur Beeinflussung der triebskörper 3, läßt jetzt mehr Licht auf die Fotobeiden Lichtwege arbeitet besonders empfindlich, 60 zelle 12 fallen und dementsprechend weniger auf die wenn er teilweise in den verschiedenen Lichtwegen Fotozelle 13. Der Ausgang der beiden Fotozellen 12, jeweils zwischen zwei solchen Lichtröhren angeord- 13 erzeugt dann über den Diiferentialverstärker 14 net ist. Um die räumliche Abmessung dabei klein zu einen Erregerstrom durch die Elektromagneten 15 halten, können die beiden durch den Auftriebskörper und 16 in entgegengesetzter Richtung, s.o daß cbenzii unterbrechenden Lichtröhren ohne weiteres par- 65 falls wieder diu Ausgleichswirkimg eintritt. Der jeiiüei /»einander geführt werden, weil kein Licht vveils erforderlich'; Strom /ur EiinhaJtiin<j. der horiznnnneh außen dringt, sowie endseitig im Winkel von talen Gleichgewichtslage v/ird vorn Anzeigegerät 17 4ri° zu ihrer Längsachse in der Weise poliert werden, nach Größe und Richtum· erfaßt, und dadurch wird

die Differenz der beiden Gasdichten im Bereich der Auftriebskörper 2 und 3 in Abhängigkeit vom erfaßten Stromwert sehr genau meßbar. Beim Zusammenwirken der mechanischen Teile, der Lichtwege und der elektronischen Schaltelemente besteht keine Gefahr einer Rückkopplung. Die erfindungsgemäße Anordnung ist denkbar einfach, zuverlässig und gegen Störungseinflüsse weitgehend unabhängig. Der zwischen die Lichtquelle 11 und die beiden Fotozellen 12 und 13 zu F i g. 1 eingezeichnete Strich deutet die zweckmäßige Abblendung von Störlicht an.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Bestimmen von Gasdichten, die als Gaswaage arbeitet, mit je einem an jedem Ende eines gleicharmigen um eine horizontale Achse schwenkbaren Waagebalkens angebrachten Auftriebskörper, die untereinander übereinstimmen und je in eine Kammer ein- so tauchen, durch die hindurch mittels Zu- und Ableitung ein Meßgas bzw. ein Vergleichsgas zu führen ist, wobei der schwenkbare Waagebalken in einer zwischen den beiden Kammern vorgesehenen dritten Kammer angeordnet und mit as mindestens einem Rückstellelement starr verbunden ist, das eine Rückstellkraft auf den Waagebalken ausübt, und daß die Größe der zum Wiedereinstellen der Gleichgewichtslage des Waagebalkens erforderlichen Rückstellkraft als Maß für die Differenz zwischen den Dichten der in den beiden Kammern befindlichen Gase meßbar ist, nach Patent 1275 310, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement für die Herstellung der Gleichgewichtslage am Waagebalken (1) mindestens ein Permanentmagnet (5 bzw. 6) und in dessen Nähe ein Elektromagnet (16 bzw. 15) so angeordnet ist, daß der zur Herstellung der Gleichgewichtslage erforderliche Erregerstrom des Elektromagneten (16 bzw. 15) das Maß für die Rückstellkraft darstellt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektromagneten (16 und

   15) in gleichen Abständen vom Schwerpunkt des Waagebalkens (1) angeordnet sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei stabförmige Permanentmagneten (5 und 6) gleicher Art in gleichen Abständen vom Schwerpunkt des Waagebalkens (1) an diesem auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (5, 6) auf beiden Seiten des Waagebalkens (1) mit entgegengesetzter Polarität in die gleiche Richtung, insbesondere nach unten zu den Elektromagneten (16, 15) weisend angeordnet sind.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur selbsttätigen Regelung und Steuerung des Wägevorganges, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Antriebskörper (3) nach Art einer Lichtschranke in den Wegen zweier verschiedener Lichtübertragungsleitungen (7, 8, 9 und 10), welche gleiche Lichtmengen übertragen, in der Weise angeordnet ist, daß die eine Lichtübertragungsleitung (7, 10) unterhalb, die andere Lichtübertragungsleitung (8, 9) oberhalb dieses Auftriebskörpers (3) in gleichartiger Weise zum Teil unterbrochen ist, daß den Lichtübertragungsieitungen (7, 8) je eine fotoelektrische Zelle (12 bzw. 13) zugeordnet sind, die mit einem Differentialverstärker (14) in Verbindung stehen, dessen Ausgang an die beiden Elektromagneten (15.

   16) und ein Strom-Anzeigegerät (17) angeschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen