DE1807790C3 - Pneumatisches Differentialmeßgerät - Google Patents

Description

Lufteintrittsdüse und eine Luftaustrittsdüse besitzt, 25 ferner zwei durch eine bewegliche Wand getrennte

Kammern, von denen jede mit je einer der zwei

Leitungen in Verbindung steht, wobei die Luftaustrittsdüse der einen Leitung durch ein mit der be-

Die Erfindung bezieht sich auf ein pneumatisches weglichen Trennwand verbundenes Ventil steuerbar Differentialmeßgerät mit zwei an eine gemeinsame 30 ist. Die Trennwand bleibt dabei so lange unbeweglich, Druckgasquelle angeschlossenen Leitungen, von denen wie an beiden Seiten der Trennwand die gleichen jede eine kreisförmige Eintrittsdüse und wenigstens Drücke herrschen; um die Trennwand in ihrer Mitteleine kreisförmige Austrittsdüse aufweist, sowie mit stellung zu halten, genügt es, zwei identische Eintrittszwei durch eine bewegliche Trennwand getrennten düsen sowie zwei identische Austrittsdüsen vorzu-Kammern, von denen jede mit je einer der zwei 35 sehen, so daß der zwischen der einen Eintrittsdüse und Leitungen in Verbindung steht, wobei die Austritts- der einen Austrittsdüse herrschende Luftdruck gleich düse oder eine der Austrittsdüsen der einen Leitung dem Luftdruck zwischen der anderen Eintrittsdüse durch ein mit der Trennwand verbundenes, auf eine und der anderen Austrittsdüse ist, wobei Schwan-Anzeigevorrichtung mittelbar oder unmittelbar ein- kungen des den Eintrittsdüsen zugeführten Speisewirkendes Ventil steuerbar ist, und mit mindestens 40 druckes auf die Stellung der Trennwand keinen einer zusätzlichen kreisförmigen Austrittsdüse in einer Einfluß haben. Bei einer Änderung des zu messenden oder in jeder der beiden Leitungen. Abstandes zwischen der Oberfläche eines Gegen-

Es sind bereits Meßtaster bekannt (DT-PS 8 67 168), Standes und der als Meßdüse dienenden Austrittsdüse bei denen ein beweglich angeordnetes Meßuhrge- wird der in der einen Leitung herrschende Druck in häuse, eine mit dem Zeiger der Meßuhr verbundene 45 bezug auf den in der anderen Leitung herrschenden Meßdüse sowie eine mit dem Gehäuse verbundene Druck geändert; die entstehende Druckdifferenz Ibe-Ausgleichsdüse vorgesehen sind. Bei einer Änderung wirkt eine Verstellung der Trennwand in eine neue des Speisedruckes ändert sich in der gleichen Weise Stellung, in der das sich mit der Trennwand bewegende der Abstand zwischen der Meßdüse und der zu Ventil die Druckdifferenz aufgehoben hat. Der jemessenden Fläche sowie der Abstand zwischen der 50 weilige Abstand zwischen dieser neuen Stellung der Ausgleichsdüse und der Hilfsfläche, so daß keine Trennwand und der ursprünglichen Mittelstellung Anzeige erfolgen kann, da der Meßbolzen und das wird für die Meßwertanzeige herangezogen. Die Gehäuse im gleichen Sinne und um den gleichen Meßwertanzeige eines einen Differenzdruckwert EinBetrag verschoben werden. zeigenden Meßgerätes bleibt gegenüber Schwan-Des weiteren ist ein pneumatisches Meßgerät be- 55 kungen des Speisedruckes dann völlig unempfindlich, kannt(DT-PS9 73471), bei welchem ein Differential- wenn einerseits die zwei Lufteinlaßöffnungen und kolben vorgesehen ist, dessen kleinere Fläche durch andererseits die zwei Luftauslaßöffnungen des Geden Speisedruck und dessen größere Fläche durch den rätes einander gleich sind. Unabhängigkeit vom zwischen der Eintrittsdüse und der als Meßdüse Sjxjisedruck ist jedoch nicht mehr gegeben, wenn die dienenden Austrittsdüse herrschenden Zwischendruck 60 Eintrittsdüsen bzw. die Austrittsdüsen jeweils unterbeaufschlag bar ist, so daß der Differentialkolben einander nicht mehr gleichartig ausgebildet sind, zwangsläufig dann im Gleichgewicht verharrt, wenn Dieses bekannte Gerät verfügt auch über zusätzliche, das Druckverhältnis von Zwischendruck zu Speise- im Bedarfsfall auswechselbare Austrittsdüsen in einer druck gleich dem Verhältnis der Querschnitte des der beiden Leitungen, allerdings nicht zwecks Er-Differentialkolbens ist. Das Gerät ist dabei von 65 zielung einer Unabhängigkeit vom Speisedruck, son-Schwankungen des Speisedruckes völlig unabhängig, dem zur Einstellung des Meßbereiches. DementdajedeÄnderung des vom jeweiligen Abstand zwischen sprechend ist auch die beanspruchte Bemessungsvorder Austrittsdüse und dem Prüfstück abhängigen schrift für die Düsen nicht erfüllt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Gerät derart auszubilden, daß die Anzeige unabhängig vom Speisedruck wird, falls in ihrer Gestalt unterschiedliche Einlaß- bzw. Auslaßdüsen verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Verhältnis der Summe der Umfangslängen der Austrittsdüsen in jeder der beiden Leitungen gleich ist dem Verhältnis der Querschnittsflächeu der Einirittsdüsen in jeder der beiden Leitungen. Damit ist es möglich, ein gattungsgemäßes pneumatisches Differentialdruckmeßgerä' mit unterschiedlichen Düsen zu verwenden, ohne daß die mit gleichförmigen Düsen erzielte Unabhängigkeit der Meßwertanzeige von Eingangsdruckschwankungen verlorengeht.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Gerät,

Fig. 2 bis 4 verschiedene Formen von kreisförmigen Düsen, wie sie bei solchen Geräten verwendet werden, in vergrößertem Maßstab.

Das in der Fig. 1 schematisch dargestellte Differentialmeßgerät weist zwei Leitungen 1 und 2 auf, die zum parallelen Anschluß an ein und dieselbe Quelle 3 eines unter Druck stehenden Gases bestimmt sind.

Die Leitung 1 hat eine kalibrierte Eintrittsdüse 4 und eine in die Atmosphäre mündende Austrittsdüse 6. Entsprechend hat die Leitung 2 eine kalibrierte Eintrittsdüse 5 und eine kalibrierte Austrittsdüse 7, die in die Atmosphäre mündet. Die beiden dazwischenliegenden Abschnitte der beiden Leitungen 1 und 2 sind durch eine querverlaufende Leitung 12 miteinander verbunden, welche eine dichte, ohne Gegenkraft frei bewegliche Trennwand 9 einschließt, die als Steuerorgan für ein Meßgerät dient, welches eine Meßuhr 11 sein kann,die mit Hilfe eines Stößels 13 betätigbar ist. Der Stößel 13 trägt an seinem Ende eine Kegelspitze 10 zum Steuern des wirksamen Querschnittes der Austrittsdüse 6.

In dem dargestellten Beispiel dient das Gerät zum Messen des Abstandes einer Fläche 14, die vor der Austrittsdüse 7 der Leitung 2 gelegen ist.

Das Gleichgewicht der beweglichen Trennwand oder Membran 9 ist erreicht, wenn die Drücke in den beiden Leitungen 1 und 2 gleich sind. Dann besteht zwischen den Querschnitten S₄, S₅, S₆, S₇ der betreffenden Düsen 4, 5, 6, 7 bei den absoluten Drükken ρ und p' in den beiden Leitungen und dem absoluten Druck P₀ der Speisequelle eine Beziehung. Im Ruhestand gilt

S₄ ⁼

P ' S₆,

Form oder Gestalt der Düsen und von den Drücken, die am Eingang dieser Düsen herrschen, abhängen. Wenn nun bei Gleichgewicht an der Membran ρ = ρ' ist, ergibt sich

K,

«5

l· . C I- - C

"■5 *^5 * 7 "7

Bei diesen Bedingungen hängt die Beziehung zwischen den Querschnitten der Düsen ganz allgemein vom Speisedruck ab und Tür gegebene Querschnitte S₄, S₅, S₇ ändert sich der Wert des Querschnitts S₆, der dem Gleichgewicht entspricht, wenn sich der Speisedruck ändert. Lediglich der Fall, daß die Eintrittsdüsen 4 und 5 identisch sind und daß die Austrittsdüsen 6 und 7 die gleiche Gestalt haben, genügt der einfachen Beziehung S₆ = S₇, also Unabhängigkeit vom Speisedruck.

Ziel der Erfindung ist es, die Beziehung zwischen den Querschnitten S₆ und S₇ für vorgegebene kalibrierte Eintrittsdüsen S und 4 in jedem Fall unabhängig vom Versorgungsdruck zu machen.

Zu diesem Zweck sind zusätzliche Austrittsdüsen.

wie z. B. 6', 7', 7" mit geeignetem Querschnitt und Umfang parallel zu den Austrittsdüsen 6 und 7 angeordnet.

Um zu zeigen, wie die zusätzlichen Austrittsdüsen zu bemessen sind, empfiehlt es sich, auf den einfachen Fall zurückzugreifen, in welchem nur eine einzige zusätzliche Austrittsdüse, hier die Düse 6' mit dem Querschnitt S₆, und dem Koeffizienten Zc₆, parallel zu der Austrittsdüse 6 vorgesehen ist.
Bei Gleichgewicht wird

35 /c₆₎ - S„,

/c_s -S₅

Jc₇- S₇

Wenn der absolute Speisedruck genügend hoch ist, z. B. höher als vier Bar, unterscheiden sich die Koeffizienten nur wenig von eins, und sie können angesetzt werden mit: k = 1-a/PS, wobei P den Druck vor einer Düse, S den Querschnitt und α einen Koeffizienten darstellt, der von der Gestalt und der im wesentlichen durch ihren Umfang bestimmten Größe der öffnung abhangt. Bei dieser Bedingung ergibt sich die folgende Beziehung zwischen den Querschnitten:

55

S₄ S, ^Si ■ 0 -

Ic₅-P₀ S₅ = fcy · p' · S₇,
wobei fc₄, Zc₅, Jk₆, U_n Koeffizienten sind, die von der und da die Koeffizienten k wenig von eins verschieden sind, erhält man

S; S₇

oder in erster Näherung mit (S₆ + S₆,) ρ = P₀- S₄. und ρ ■ S₁ =

s₅

( 6 V s₄

Es ist somit ersichtlich, daß für gegebene Düsen 4, 5, 6, 7 und bei Wahl einer Düse 6', derart, daß

die Beziehung zwischen den Querschnitten nicht mehr von P₀ abhängig ist.

Allgemein gilt: Werden parallel zu den Düsen 6 und 7 zusätzliche Düsen 6', 6", T, 7" angeordnet, so ist die Beziehung der Querschnitte untereinander nicht mehr vom Speisedruck abhängig, wenn die Koeffizienten α der Düsen der Gleichung genügen:

a_lr

- a₅

In erster Näherung sind die Koeffizienten α den Umfangen Z der Düsen proportional, so daß die vorstehende Gleichung ersetzt werden kann durch die Gleichung

I₁ + I₁, + I₁,, - I₅

in der / der Umfang einer Düse ist.

Die Ausführungsbeispiele der Fi g. 2, 3, 4 stellen drei häufig verwendete Typen von Düsen dar.

Die Werte des Querschnitts S und des Umfanges / dieser Düsen sind wie folgt:

für das Beispiel der Fig. 2: S = '-^- ; / = .τ · d,

für das Beispiel der Fig. 3: S = -^- · (d]—d\)\

35

für das Beispiel der Fig. 4: S = x-dhj= 2-^-d.

Da es sich bei den Düsen 4 und 5 gewöhnlich um Sprühdüsen oder kleine kalibrierte Düsen und bei den Düsen 6 und 7 um Düsen der Art, wie sie in den Fi g. 3 und 4 dargestellt sind, handelt, sind die Umfange /₄ und /₅ klein gegenüber den Umfangen /,, und I₁. Unter diesen Bedingungen kann die Gleichung, welche zur Unabhängigkeit der Beziehung zwischen den Querschnitten und den Änderungen des Speisedruckes führt, als folgende praktische Regel ausgedrückt werden: Das Verhältnis der Summe der Umfangslängen der Austrittsdüsen in jeder der beiden Leitungen muß gleich dem Verhältnis der Querschnittsflächen der Eintrittsdüsen in jeder der beiden Leitungen sein.

Bei der Anwendung dieser Bemessungsregel ist gegebenenfalls noch ein von der jeweiligen geometrischen Düsenform abhängiger Proportionalitätsfaktor zwischen dem Düsenfaktor α und dem Düsenumfang / zu berücksichtigen, der für unterschiedliche geometrische Düsenformen verschieden und somit für eine im voraus durchzuführende Bemessung der zusätzlichen Austrittsdüsen nicht hinlänglich bekannt ist. Es erscheint deshalb am einfachsten, diesem Proportionalitätsfaktor, durch eine im folgenden beschriebene letzte Feinanpassung Rechnung zu tragen:

Ein mit gegebenen Düsen 4, 5, 6, 7 sowie mit beispielsweise einer einzigen zusätzlichen Austritlsdüse 6 (Fig. 1) versehenes Gerät wird versuchsweise mit einem Druck von z. B. sechs Bar gespeist, wobei die Kegelspitze 10 eine von der Meßuhr 11 angezeigte Gleichgewichtslage einnimmt. Der Speisedruck wird sodann auf einen anderen Wert, z. B. vier Bar, eingestellt. Nimmt hierbei die Kegelspitze 10 auf Grund des nicht hinlänglich bekannten Proportionalitälsfaktors z. B. eine einer Verengung des Querschnittes S„ entsprechende höhere Gleichgewichtslage ein, so beweist dies, daß der Durchmesser der Düse 6' zu klein und dieselbe durch eine einen entsprechenden größeren Durchmesser aufweisende Düse zu ersetzen ist. SoIHe hingegen die Kegelspitze 10 eine niedrigere Gleichgewichtslage einnehmen, so ist der Durchmesser der Düse 6' zu groß, so daß er dann kleiner zu wählen ist. Auf diese rein experimentelle Weise kann der die; Unempfindlichkeit des Gerätes gegen Schwankungen des Speisedruckes gewährleistende Durchmesser der Düse 6' mit größter Genauigkeit festgelegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ,ι ²

   Ausgangsdruckes den Zwischendruck proportional

   Patentanspiuch: ändert, und somit das Dmckverhältnis unverändert

   und der Kolben unbeweglich bleibt. Allerdings ver-

   Pneumatisches Differentialmeßgerät mit zwei mag eine Änderung des Speisedruckes den Zwischenan eine gemeinsame Druckgasquelle angeschlos- 5 druck nicht mehr proportional zu andern, wenn die ienen Leitungen, von denen jede eine kreisförmige in die Leitungen eingesetzten Düsen m ihrer «estalt Eintrittsdüse und wenigstens eine kreisförmige nicht mehr einander entsprechen. Dies rührt daher, Austrittsdüse aufweist, sowie mit zwei durch eine daß die Masse eines durch eine öffnung stromenden bewegliche Trennwand getrennten Kammern, von Druckgases weder unmittelbar proportional dem denen jede mit je einer der zwei Leitungen in Ver- io Speisedruck noch unmittelbar proportional dem bindung steht, wobei die Austrittsdüse oder eine Querschnitt der durchströmten öffnung ist. Infolgeder Austrittsdüsen der einen Leitung durch ein dessen hängt das Druckverhältnis von Zwischenmit der Trennwand verbundenes, auf eine An- druck zu Speisedruck nicht lediglich vom Verhältnis leigevorrichtung mittelbar oder unmittelbar ein- der Querschnittssumme der Luftauslaßdüsen zum wirkendes Ventil steuerbar ist, und mil mindestens 15 Querschnitt dei Lufteinlaßdüse, sondern auch vom «ner zusätzlichen kreisförmigen Austrittsdüse in Wert des Speisedruckes ab, so daß es zur Erzielung einer oder in jeder der beiden Leitungen, da- einer stets genauen Meßwertanzeige in diesem Falle durch gekennzeichnet, daß das Ver- notwendig ist, den Speisedruck, z.B. mittels einer hältnis der Summe der Umfangslängen der Aus- Druckminderungsvorrichtung, konstant zu halten, trittsdüsen (6, 6' bzw. 7, 7', 7") in jeder der beiden 20 Schließlich ist ein gattunggemäßes pneumatisches Leitungen (1, 2) gleich ist dem Verhältnis der Differentialdruckmeßgerät bekannt (DT- PS 1027414), Querschnittsflächen der Eintrittsdüsen (4 bzw. 5) das zwei an eine gemeinsame Druckluftquelle anin jeder der beiden Leitungen (1, 2). schließbare Leitungen aufweist, von denen jede eine