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"Druckmeßeinrichtung" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Messung kleiner Drücke in gasförmigen Medien.
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Es ist bekannt, den Druck eines in einem Leitungsrohr stark menden
Gases mit Hilfe eines U-förmig gebogenen Rohres zu messen, dessen einer Schenkel
mit dem Rohrsystem verbunden ist und in dessen anderen Schenkel der freie atmosphärische
Druck eintreten kann. Im U-Rohr befindet sich eine Meßflüssigkeit. Dieses nach Art
der kommunizierenden Röhren arbeitende Meßgerät ermittelt den Drtokunterßchied zwischen
der freien Atmosphäre und dem im Leitungssystem befindlichen Gas.
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Auch ist es möglich, mit Hilfe eines derartigen kommunizierenden Rohres
den Druckunterschied vor und hinter einem Verbraucher im Leitungssystem zu ermitteln.
Die unterschiedlichen Drücke vor und hinter dem Verbraucher werden auch hier durch
unterschiedliche Höhen der Meßflüssigkeit im U-Rohr angezeigt.
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In den beiden bisher genannten Fällen lassen sich die unterschiedlichen
Standhöhen der Flüssigkeit in beiden Schenkeln des U-4Rohres mit Hilfe einer fotoelektrischen
Einrichtung abtasten. Zur Ablesung und Auswertung des von der fotoelektrischen Abtasteinrichtung
ausgegebenen elektrischen Signals ist Jedoch ein erheblicher technischer Aufwand
erforderlich.
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Es ist ferner zur Druckmessung ein sägenannter Faltenbalg bekannt,
durch den der in einem Leitungssystem herrschende Druck in eine Kraft umgesetzt
wird, die eine Auslenkung des Balges bewirkt bis ein Gleichgewichtszustand erreicht
ist. Schließlich sei noch das Robrfedermanometer genannt, dessen Feder spiralfdrmig
ausgebildet ist. Durch den zu messenden Druck des Gases oder der Flüssigkeit, die
in die rohrförmige Feder eintritt, wird die Rohrspirale gestreckt. Die Größe dieser
Streckung ist ein Naß für den im Rohr herrschenden Druck.
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Es sind aber auch Meßbrücken, die nach Art der Wheatstoneschen Brücke
aufgebaut sind, bekannt, die in zwei gegenüberliegenden Brückenzweigen Widerstands
thermometer' zur Messung der Temperatur aufweisen.
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Mit Hilfe der Erfindung oll die Aufgabe gelöst werden1 kleine Drücke
in gasförmigejn Medien mit einer technisch einfachen Einrichtung zu ermitteln und
eine aufwendige Abtastung des nichtelektrischen Meßwertes und seiner Umsetzung in
eine elektrische Größe zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine an sich bekannte Temperaturmeßbrücke
zu verwenden, bei der in zwei benachbarten Brückenzweigen Fühler vorgesehen sind,
die der Strömung des Mediums ausgesetzt sind. Die elektrisch in Reihe geschalteten
Fühler der Meßbrücke werden dabei von derselben Strömung beaufschlagt. Die Anordnung
von zwei Fühlern in der Meßbrücke ist zweckmäßig, um eine Angleichung unterschiedlicher
Umgebungstemperaturen zu erzielen. Um einen Temperaturfehler zu vermeiden, der durch
stark voneinander abweichende Temperaturen der Meßluft und der Umgehungsluft der
Fühler hervorgerufen wird, sind in Weiterbildung der Erfindung die zwei Temperaturfühler
in einer Zelle eingebaut, der ein konstantes Luftvolumen zwecks Angleichung der
Temperaturen vorgeschaltet ist. Als Fühler können in dieser Brücke sowohl Widerstandsthermometer,
Thermoelemente als auch Kalt-, Heiß- oder Halbleiter verwendet werden. Auch besteht
die Möglichkeit., die Fühler direkt durch den in den Brückenzweigen fließenden Strom
oder indirekt über einen besonderen Heizwiderstand zu beheizen. Schließlich ist
auch vorgesehen, das die Meßzelle und das Vorluftvolumen aufnehmende Gehäuse mit
einer Zusatzheizung zu versehen, die über eine Temperaturregelung auf konstante
Werte geregelt wird.
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Mit der Einrichtung nach der Erfindung ist der Vorteil. verbunden,
daß sie gegenüber den herkömmlichen Druckmeßeinrichtungen technisch wesentlich einfacher
ist und keine verschleißbaren Bauteile aufweist. Auch wird bei ihr eine Druckänderung
in dem zu überwachenden Leitungssystem eine direkte Anderung des Ausgangssignals
herbeiführen. Mit besonderem Vorteil kann die Einrichtung nach der Erfindung zur
Luftdruckregelung in Klimaanlagen und zur Erfassung von Druckdifferenzen an einem
Widerstand, beispielsweise einem Heiz- oder Kühlregister, herangezogen werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt;
und zwar zeigen Fig. 1 eine Meßbrücke, wie sie zur Verwirklichung der Erfindung
benutzt wird, Fig. 2 die Anordnung einer Meßzelle in einem Strömungspfad, Fig. 3
die Unterbringung einer Meßzelle in einem besonderen Gehäuse und Fig. 4 eine Widerstandskennlinie
des Luftnetzes.
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Die Meßbrücke gemäß Fig. 1, die nach Art einer Wheatstoneschen Brücke
aufgebaut ist, weist zwei elektrisch in Reihe geschaltete Widerstände 1 und 2 auf,
die als Fühler dienen.
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Hierfür können Widerstände vorzugsweise der Bauart PT 100 verwendet
werden, die also bei Null Grad Celsius einen Widerstandswert von 100je besitzen.
Auch ist es möglich, Thermoelemente, sowie Kalt-, Heiß- und Halbleiter als Fühler
einzusetzen. In die anderen Brückenzweige sind zwei gleichgroße Festwiderstände
3 und 4, sowie ein Widerstand 5 zum Ausgleich möglicher Toleranzen gelegt. Die Brückenanordnung
ist an eine Gleichspannungsquelle 6 angeschlossen.
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Die Brückendiagonale 7 und der einstellbare Abgriff 8 des Widerstandes
5 sind mit einem Verstärker 9 verbunden, dessen Ausgangssignal zu einer nichtdargestellten
Regelschaltung führt.
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Die Fühler 1 und 2 der Brücke können in einem Meßkanal 10 angeordnet
sein, in dem ein gasförmiges Medium in Richtung des Pfeiles II strömt, dessen Druck
ermittelt werden soll.
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In diesem Beispiel ist angenommen, daß die Fühler direkt durch den
in den Brückenzweigen fließenden Strom aufgeheizt werden. Der von der Strömung zuerst
beaufschlagte Fühler 1
wird sich bei der angenommenen Strömungsrichtung'
stärker abkühlen als der Fühler 2. Dadurch wird das Gleichgewicht der Brücke gestört
und in der Brückendiagonale 7 ein Strom fließen, der über den Verstärker 9 in der
nachfolgenden Regelschaltung unmittelbar ausgewertet wird. Die Temperaturdifferenz
zwischen beiden Fühlern 1 und 2 ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des
gasförmigen Mediums im Kanal 10. Die Geschwindigkeit des strömenden Mediums ist
aber unmittelbar ein Maß für den im Leitungssystem herrschenden Druck bei einem
gegebenen Leitungswiderstand.
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Pür den vorliegenden Anwendungsfall wird insbesondere der linear ansteigende
Teil der Temperatur-Kennlinie ausgenutzt. Die Drücke, die mit der Einrichtung nach
der Erfindung ermittelt werden sollen, liegen etwa in der Größenordnung von 10 bis
250 mm Wassersäule.,Die Anordnung von zwei Fühlern in benachbarten Zweigen der Brücke
ist zweckmäßig, um eine Verfälschung des Meßergebnisses durch unterschiedliche Umgebungstemperaturen
zu vermeiden.
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Es ist auch möglich, die Fühler i und 2 in eine Zelle 12 einzusetzen,
die über eine Leitung 13 mit dem Kanal 10, in dem das gasförmige Medium strömt,
verbunden ist. Aus dem Inneren der Meßzelle 12 kann das Gas über eine als Drossel
wirkende längere Schlauchleitung 14 entweichen. Da; gasförmige Medium kühlt die
beiden in der Zelle 12 enthaltenen Fühler verschieden stark ab, wie bereita zum
Beispiel nach Fig. 1 ausgeführt wurde.
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Es ist auch denkbar, insbesondere bei kleineren in den Brckenarmen
fließenden Meßströmen einen zusätzlichen Heizkörper anzuordnen, der in Strömungsrichtung
gesehen, vor dem Fühler 2 anzuordnen wäre. Insbesondere ist auch ein
Heizwiderstand
zweckmäßig, wenn anstelle von Widerständen als Fühler Thermoelemente in den beiden;Räumen
Ü und 16 der Meßzelle 12 übereinander angeordnet sind. Die elektrische Verbindung
der Thermoelemente untereinander müßte dann in der Weise erfolgen, daß das erste
Thermoelement im Raum 15 mit dem ersten Thermoelement im Raum 16 und dieses mit
dem zweiten Element im Raum 15 und so fort zu verbinden wären.
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Zur Angleichung der Temperatur der Meßluft an die Umgebungstemperatur
der Meßzelle ist gemäß Fig. 3 in die Zuluftleitung zur Meßzelle 12 ein größeres
konstantes Luftvolumen eingesetzt, Dieses kann durch ein Schlauchstück 17 gebildet
sein, das an die Leitung 13 angeschlossen ist und mit seinnem Ende an der Meßzelle
liegt. Meßzelle 12 und Schlauchstück 17 können in einem Gehäuse 18 eingeschlossen
sein.
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Tritt bei dieser Anordnung aus der Leitung 13 eine Meßluft mit höherer
Temperatur in das Schlauchstück 17 ein, so wird sie sich auf dem Wege zur Meßzelle
12 langsam an die Temperatur im Gehäuse 18 angleichen.
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Schließlich kann zur Konstanthaltung der Temperatur im Gehäuse 18,
das die Meßzelle 12 und das Vorluftvolumen 17 enthält, ein zusätzlicher Heizkörper
19 eingesetzt sein, dessen Temperatur über eine Schaltungsanordnung, die außerhalb
des Gehäuses 18 liegt, geregelt wird.
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Das Schaubild gemäß Fig. 4 zeigt die Luftdruck-Luftmengen Kennlinie
S. Mit den gestrichelten Kurven ist der zulässige Toleranzbereich angedeutet. Es
besteht nun die Forderung, trotz Abschaltung einzelner Verbraucher, d.h. bei kleiner
werdender Luftmenge Q stets im weich der Kennlinie S zu
bleiben.
Diese Forderung lässt sich mit der Einrichtung nach der Erfindung erfüllen. Die
das Leitungsnetz durchfließende Luftmenge läßt sich durch Differenzdruckmessung
mit einer Meßzelle beispielsweise vor und hinter einem konstanten Luftwiderstand,
z.B. Kühler, Erhitzer oder RahrkrümmerX ermitteln.
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Der im Leitungsnetz herrschende Luftdruck kann dabei durch den Einbau
einer weiteren Meßzelle festgestellt werden. Wenn die von diesen beiden Meßstellen
abgegebenen Signale einer gemeinsamen Regelung zugeführt werden, ist ein Verhalten
des gasförmigen Mediums entsprechend der Kennlinie S oder einer anderen vorgegebenen
Kennlinie erreichbar.
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Durch den Einbau nur einer Meßzelle im Zuge des Leitungsnetzes ist
eine Regelung auf konstanten Druck, durch die Gerade P1 im Schaubild 4 dargestellt,
erreichbar.
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7 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche