DE287825C - Verfahren und Apparat zur messung durch Rohre str¦mender Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen - Google Patents
Verfahren und Apparat zur messung durch Rohre str¦mender Gas-, Dampf- oder FlüssigkeitsmengenInfo
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
Ein bekanntes Verfahren, durch Rohre strömende Gas- oder Dampfmengen zu messen,
beruht darauf, daß an einer Stelle des Rohres eine Drosselung hervorgerufen wird, z. B.
durch einen Schwimmer, eine Düse, eine Drosselscheibe o. dgl. Eine andere Methode
benutzt die Druckdifferenz, die zwischen dem statischen und dynamischen Druck· des strömenden
Gases oder Dampfes vorhanden ist.
ίο In beiden Fällen ist die Durchflußmenge proportional
der Wurzel aus dieser Druckdifferenz und, wenn die Dichte veränderlich ist, außerdem
noch proportional der Wurzel aus dem spezifischen Volumen.
Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung,
mittels dieser Druckdifferenz auf elektrischem Wege die Durchflußmenge bei konstanter
und veränderlicher Dichte anzuzeigen, zu zählen oder fortlaufend zu registrieren.
Es sind bereits andere elektrische Meßverfahren, die dem gleichen Zwecke dienen, bekannt.
Ihnen gegenüber soll der Gegenstand der Erfindung den Vorzug größerer Einfachheit
haben.
Die Messung der Durchflußmenge bei konstantem spezifischen Volumen wird derart
ausgeführt, daß mittels beliebiger, geeigneter Apparate, die unter dem Einfluß der Druckdifferenz
stehen, in einem Stromkreis ein elektrischer Widerstand so verändert wird, daß die Stromstärke in einem zweiten, zu
demselben Stromkreise gehörigen konstanten Widerstände bzw. die an den Enden des letzteren
vorhandene Potentialdifferenz stets der Wurzel aus der Druckdifferenz proportional
ist. Hierfür kann eine beliebige geeignete Schaltung Verwendung finden. In Fig. 1 ist
z. B. die an sich bekannte und für denselben Zweck bereits verwandte Brückenschaltung
gewählt. Der durch die Druckdifferenz zu beeinflussende Widerstand W1 ist mit drei
konstanten Widerständen w', w" und w'" zu einer Wheatstoneschen Brücke vereinigt und
wird selbsttätig durch die Druckdifferenz so verändert, daß der Galvanometerstrom proportional
der Wurzel aus der Druckdifferenz ist.
Eine neuartige einfache Schaltung gemäß der Erfindung, die ebenfalls nur der Berücksichtigung
der Druckdifferenz, d. h. dem ersten Teile des Verfahrens dient, ist in Fig. 2 dargestellt.
Ein Regulier widerstand w0 ist mit zwei parallelen
Widerständen W1 und W2 hintereinander
geschaltet. w2 ist konstant, während W1 durch
die Druckdifferenz so verändert wird, daß der in dem Widerstände w2 fließende Strom i2
proportional der Wurzel aus der Druckdifferenz ist. Werden im folgenden mit ft2 — P1 die
Druckdifferenz, mit E die Spannung der Stromquelle und mit alt a2, as usf. konstante
Größen bezeichnet, so wird
— pv
Für die Änderung von W1 ergibt sich aus der
Schaltung folgendes Gesetz:
w, =■
W2.· W
HVPi-Pi
Der Widerstand wn wird durch die Änderung
der Druckdifferenz nicht beeinflußt,
ίο sondern wird nur nachreguliert, um etwa eintretende
Spannungsänderungen der Stromquelle auszugleichen. Außerdem dient er dazu, ein für die praktische Ausführung günstiges Gesetz
für die Änderung des Widerstandes W1 zu schaffen. Würde wn fehlen, so könnte der
Widerstand w2 nicht mehr konstant ausgeführt werden, sondern müßte gleichfalls mit
der Druckdifferenz sich ändern. Denn bei der Druckdifferenz 0, die einer Durchflußmenge
0 entspricht, müßte sonst W2 unendlich groß sein, damit der der Durchflußmenge
entsprechende Strom i2 = 0 wird. Dies ist aber für die praktische Ausführung unbequem.
Um Änderungen der Dichte zu berücksichtigen, wird gemäß der Erfindung der Widerstand
w% der Schaltungen Fig. 1 oder 2 bzw. anderer
äquivalenter Schaltungen durch zwei hintereinander geschaltete Widerstände ersetzt.
In Fig. 3 ist z. B. die auf diese Weise vervollständigte Schaltung der Fig. 2 dargestellt.
Die Widerstände W3 und wit die w2 ersetzen,
werden nun durch das spezifische Volumen υ so beeinflußt, daß der eine Teilwiderstand,
z. B. w3, sich stets proportional |/jT ändert
und gleichzeitig durch den anderen Widerstand zu der konstanten Summe w3 + wt = W2
ergänzt wird. Die Veränderung von W1 erfolgt in der gleichen Weise wie in der Schaltung
Fig. 2. Infolgedessen ist der in dem Widerstände W3 fließende Strom i3 gleichbedeutend
mit dem Strom u (Fig. 2), d. h. es ist ebenfalls:
H - αι ΫΡ2 — Pi>
das Produkt is · W3 ist dann aber proportional
das Produkt is · W3 ist dann aber proportional
Mithin ist die an den Enden des Widerstandes w3 vorhandene Potentialdifferenz, die in
einem Voltmeter V gemessen wird, ein Maß für die Durchflußmenge, auch bei schwankender
spezifischer Dichte.
Eine andere Erweiterung der Schaltung Fig. 2 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Widerstand
W2 ist in einen Teilwiderstand w3
und zwei mit diesem hintereinander geschaltete, parallele Widerstände W1 und wB zerlegt.
In letzterem ist ein Amperemeter A eingeschaltet. Der Widerstand w% (Fig. 2) ist
dann ersetzt durch w3 und den Verzweigungswiderstand
W5
+ W5
Es ist also W3 + W1 = w2. Der Widerstand wb
bleibt konstant. Dagegen werden W3 und w4
durch die Dichteänderungen so beeinflußt, daß die Summe w3 + w- konstant bleibt und
gleichzeitig der Teilstrom i5 sich proportional Y V ändert. Die Summe W3 + w- kann durch
den konstanten Widerstand w-0 und eine Konstante
ausgedrückt werden. Es ist w3 + w- = a3 · w6. Der Widerstand W1 wird wie in
der Schaltung Fig. 2 durch die Änderungen der Druckdifferenz so beeinflußt, daß
H = ax Yp2 — P1
wird.. Der Strom i3 wird wegen der unveränderlichen
Größe der Summe w3 + w, durch
die Schwankungen in dem spezifischen Volumen nicht berührt. Da nun i5 auch proportional
i3 ist, so wird i5 stets proportional
sein. Die Änderung der drei Widerstände W1,
W3 und w4 muß, wie aus der Schaltung Fig. 4
abzuleiten ist, nach den folgenden Gesetzen erfolgen:
j = H · W5 · W0
«1 V Ps — Pi
■ «, · W, — Wn
II. W3 = «3
III. W1-
a2Y υ
Eine dritte Lösung, das schwankende spezifische Volumen zu berücksichtigen, zeigt die
Schaltung Fig. 5, die wiederum eine Erweiterung der Schaltung Fig. 2 darstellt. Der
konstante Widerstand w2 (Fig. 2) ist durch zwei parallele Widerstände ersetzt, von denen
der eine aus zwei hintereinander geschalteten Teilwiderständen besteht. W1. wird, wie in
der Schaltung Fig. 5, durch die Druckdifferenz verändert, und zwar so, daß die Summe
der Teilströme i3 + ii proportional
V>a - Pi
ist. W5 ist konstant, während w3 und wt
durch das spezifische Volumen beeinflußt werden. Diese Änderung erfolgt derartig, daß
der von W3 + w5 und Iu4. gebildete Verzweigungswiderstand
w- =
W3 + W5
+ W3 + w5
stets konstant bleibt und gleichzeitig der in dem konstanten Widerstand ze>s fließende
wird. Da ih außerStrom ί5 proportional
dem der Summe der Verzweigungsströme i3 + ii
proportional ist, so ist:
= «ι Vh — Ρχ'αι· Vv-Da
der Verzweigungswiderstand w, konstant ist, so kann er auch durch w6 wie folgt ausgedrückt
werden:
Für die Gesetze, nach denen W1, w.3 und W1 durch die
ίο Druckdifferenz bzw. das spezifische Volumen verändert werden müssen, ergeben sich aus
der Schaltung die folgenden Formeln:
IV.
Wn
ai Vh — h
--U3-W5-W0
VI. w.=
__ — w
Die bisher beschriebenen Schaltungen gestatteten nur die Berücksichtigung zweier
Faktoren: Druckdifferenz, d.i. Durchflußmenge, und spezifisches Volumen. Das Verfahren
läßt sich jedoch durch einfache Wiederholung auch verwenden, um mehr wie zwei Faktoren
bei der Messung zu berücksichtigen, z. B: kann bei der Dampfmessung außer dem Druck
auch die Temperatur Berücksichtigung finden. Dieses ist beispielsweise in Fig. 10 an der
Schaltung Fig. 4 gezeigt. Der konstante Widerstand W5 (Fig. 4) wird ersetzt durch die
veränderlichen Widerstände we und W1 und
den konstanten Widerstand ws. we und W1
werden durch die Dampftemperatur so beeinflußt, daß der Gesamtwiderstand
7ÖJ. · Iß) _
W6 +
W1 + Wg
und damit auch der Strom ie, der bereits
sowohl proportional der Wurzel aus der Druckdifferenz als auch proportional der Wurzel
aus dem Dampfdruck ist, unverändert bleibt und gleichzeitig der Teilstrom is, der stets
proportional «6 ist, eine der veränderlichen
5" Dampf temperatur entsprechende Korrektur
erfährt. Dann ist is ein Maß für die Dampfmenge auch bei veränderlichem Druck und
veränderlicher Temperatur.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß in derselben Weise, wie es im vorstehenden an
der Schaltung Fig. 2 gezeigt worden ist, auch die Schaltung Fig. 1 durch entsprechende
Ausbildung von w2 oder eine andere
geeignete Schaltung zu dem Zweck erweitert werden kann, Änderungen in der Dichte der
Durchflußmenge zu berücksichtigen.
In den vorstehend entwickelten Formeln ?ind , die Widerstände der Zuleitungsdrähte
vernachlässigt, sie könnten jedoch unter entsprechender Änderung der Formeln ah konstante
Zusatzwiderstände berücksichtigt werden. Ebenso könnte man noch andere konstante
Widerstände zu den veränderlichen der einzelnen Zweige hinzufügen, ohne an dem Prinzip der Schaltungen etwas zu ändern.
Das Verfahren läßt sich zur Messung von Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen verwenden.
Es kann auch als Ergänzung bereits bekannter Meßmethoden oder Meßvorrichtungen dienen, sei es, um eine Fernanzeige oder
eine fortlaufende Zählung zu ermöglichen, sei es, um die Messungen entsprechend dem
schwankenden spezifischen Volumen zu berichtigen.
Es können natürlich mit dem Verfahren auch andere Gesetze als die genannten berücksichtigt
werden; dies käme z. B. in Betracht, wenn das Verfahren in Verbindung
mit Meßgeräten Verwendung findet, bei denen durch Veränderung des Drosselungsquerschnittes
die Druckdifferenz konstant gehalten wird. An Stelle der Wurzel der Druckdifferenz würde dann in den entwickelten
Formeln eine Funktion des veränderlichen Querschnittes treten.
Im folgenden ist eine nach dem Verfahren ausgebildete Vorrichtung beschrieben, die vorzugsweise
für die Dampfmessung bestimmt ist. Es wird hierbei das an und für sich bekannte Quecksilber - Differentialmanometer
verwendet, wobei die Ausschläge der Quecksilbersäulen in neuartiger Weise auf elektrischem
Wege zur Wirkung gebracht werden.
Da die Messung von Dampf im allgemeinen nach Gewicht erfolgt, so muß bei schwankendem
Zustände des Dampfes die Berichtigung entsprechend dem spezifischen Gewicht erfolgen. Da nun zwischen Druck und spezifischem
Gewicht — abgesehen von Überhitzung -— nahezu Proportionalität besteht,
so wird für die Berichtigung nach schwankendem Druck ein Manometer verwendet. Dieses
kann beliebiger Art sein; es kann z. B. ein Röhren- oder Kolbenmanometer benutzt werden,
das mit geeigneten Vorrichtungen ver- no sehen ist, um die Widerstände ze>3 und wi
(Fig. 3 bis 5) in der erforderlichen Weise zu verändern.
Bei der nachstehend beschriebenen Vorrichtung ist beispielsweise ein Quecksilber-Gasmanometer
gewählt, das für den vorliegenden Zweck neuartig ausgestaltet ist.
Der vollständige Meßapparat ist in Fig. 6 dargestellt, und zwar ist demselben die Schaltung
Fig. 4 zugrunde gelegt. Statt dieser könnten in gleicher Weise auch die Schaltungen
Fig. i, 3 und 5 Verwendung finden.
Die beiden Schenkel des Quecksilber-Differentialmanometers
D stehen unter den Drükken P1 und p2 der in dem Dampfstrom durch
eine der bekannten Methoden, z. B. durch eine Drosselscheibe, hervorgerufenen Druckdifferenz.
Bezeichnen A1 und A2 die Ausschläge der
Quecksilbersäulen in den beiden Schenkeln von . der Nullage aus, so ist A1 + A2 proportional,
/>2 — P1, und die Dampfmenge Q ist ohne
ίο Rücksicht auf veränderlichen Druck proportional
1/A2 + A1, d. h. Q = ai ■ J/A2 + A1.
Zur Berichtigung der Meßangaben nach schwankendem Drucke dient das Manometer M.
Dieses besteht aus zwei kommunizierenden Rohren, einem offenen und einem geschlossenen, die bis zu einer bestimmten Marke mit
Quecksilber gefüllt sind. Der geschlossene Schenkel enthält über der Quecksilbersäule
ein bestimmtes Luft- oder Gasquantum. Der offene Schenkel steht in Verbindung mit dem
Dampfdruck. Je nachdem dieser steigt oder fällt, verschieben sich die beiden Quecksilbersäulen
in den Schenkeln, und die eingeschlossene Luftmenge wird mehr oder weniger komprimiert.
In den einen Schenkel des Differentialmanometers D ist der Widerstand W1 eingebaut;
die Widerstände w3 und w4 sind in
den Schenkeln des Manometers M untergebracht.
Von einer beliebigen Stromquelle E fließt der Hauptstrom / durch den Vorschaltwiderstand
W0 und teilt sich bei A entsprechend den Widerständen W1 und w3 in die Zweigströme
I1 und i3. Der Teilstrom i3 verzweigt
sich bei B nochmals in die den parallelen Widerständen w4 und w& entsprechenden Ströme
i4 und is. Bei C vereinigen sich die drei
Teilströme iv ii und i5 und fließen zur Stromquelle
zurück.
Der Widerstand W1 muß durch die steigende
und fallende Quecksilbersäule so verändert werden, daß is proportional
Vp-z — Pi bzw. }/It1 + Ji2
wird. Zu diesem Zwecke können mit der Höhe die Länge und gleichzeitig der Querschnitt
des eingebauten Widerstandes entsprechend veränderlich gemacht werden oder bei konstantem
Querschnitt die Länge allein.
Eine Ausführungsform des letzteren Falles ist in der Fig. 6 und im größeren Maßstabe
in Fig. 7 dargestellt. Ein drahtförmiger Widerstand von konstantem Querschnitt ist in einer
zylindrischen Schraubenlinie mit veränderlicher Steigung gewunden. Die Größe des Widerstandes
W1 ist dann proportional seiner freigegebenen Länge I, d. h. es' ist: W1 = a5 · I.
Die Änderung des Steigungswinkels muß so gewählt sein, daß die einem beliebigen Ausschlage
A1 des Differentialmanometers entsprechende Länge I des Widerstandes einen solchen
Wert hat, daß die Stromstärke i3 in dem Widerstände w3 proportional
ist. Das Gesetz, nach welchem sich die Steigung der Schraubenlinie mit ihrer Höhe andern
muß, ergibt sich aus der Formel I, indem für p2 — P1 und W1 die entsprechenden
Werte A1 + A2 und I eingesetzt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform (Fig. 8) wird W1 drahtförmig in einer Schraubenlinie
von konstanter Steigung gewunden, indem der Windungsradius entsprechend veränderlich gemacht
ist.
Bei einer dritten Ausführungsform (Fig. 9) wird ein gerader Draht verwendet und der
Querschnitt eines oder beider Schenkel des Differentialmanometers entsprechend veränderlich
ausgeführt.
Schließlich sind noch Kombinationen zwischen diesen Ausführungsformen möglich.
Die in den Schenkeln des Manometers M untergebrachten Widerstände w3 und W4 werden
durch die steigenden und fallenden Quecksilbersäulen beeinflußt. Solange sich der
Dampfdruck nicht ändert, bleibt auch der Stand der Quecksilbersäulen und damit die
Größe der Widerstände w3 und w4 konstant.
Der Strom i5 ändert sich dann nur proportional dem Gesamtstrom J3, d. h. proportional
Q C
Bei einer Spannungsänderung steigt in dem einen Schenkel die Quecksilbersäule, während
sie in dem anderen fällt. Hierdurch wird der eine Widerstand verkleinert, wenn der andere
vergrößert wird. Die Form der Widerstände muß so gewählt werden, daß entsprechend
der Schaltung Fig. 4 die Summe w3 + wkonstant
bleibt und die Stromstärke i& proportional
wird. Dies kann in der gleichen Weise wie bei dem in das Differentialmanometer eingebauten
Widerstand erreicht werden.
Die Gesetze, nach denen die Widerstände bzw. die Schenkel des Manometers geformt
werden müssen, lassen sich aus den Formeln II und III entwickeln, indem für das spezifische
Volumen υ der Druck p gesetzt wird.
Der Apparat ist in erster Linie für die
Dampfmessung gedacht, doch kann er auch ohne weiteres für die Messung von Gas- oder
Luftmengen höherer Spannung dienen. Bei
j der Messung von Durchflußmengen, die unter
j geringem Über- oder Unterdruck stehen,
könnte er unter entsprechender Umgestaltung
gleichfalls Verwendung finden. Es würde z, B. zur Berücksichtigung des spezifischen Volumens
an Stelle des beschriebenen Manometers eine Gaswage in geeigneter Konstruktion benutzt
werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Messung durch Rohre ίο strömender Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen auf elektrischem Wege, bei
dem in einem elektrischen Stromkreis ein Widerstand durch eine der Strömungsgeschwindigkeit
entsprechende Druckdifferenz selbsttätig geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtstrom (i3
oder. i3 und i4) in einer zu demselben
Stromkreis gehörigen Kombination von Widerständen (w3, W4 oder W3, W4, w6)
proportional der Wurzel aus der Druckdifferenz verändert wird und zwei Teilwiderstände
der Kombination (wB, w4)
durch das spezifische Volumen so beeinflußt werden, daß der Gesamtwiderstand
der Kombination unverändert bleibt und gleichzeitig der in einem der Teilwiderstände
(ws) fließende Strom bzw. die an seinen Enden vorhandene Potentialdifferenz
(bei W3, Fig. 3) proportional sowohl der Wurzel aus der Druckdifferenz als
auch der Wurzel aus dem spezifischen Volumen ist, zu dem Zweck, in dieser Stromstärke bzw.. der Potentialdifferenz
ein Maß der Durchflußmenge bei konstantem und veränderlichem spezifischen Volumen zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter dem Einflüsse
der Druckdifferenz stehende Wider-
4oa stand (^1) mit der Kombination der Widerstände
(w3) w4 bzw. w3, W4, W5) parallel
und gemeinsam mit dieser mit einem Regulierwiderstand (w0) hintereinander geschaltet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination
aus zwei hintereinander geschalteten Widerständen (w3, wit Fig. 3) besteht,
die durch die Dichte der Durchflußmenge selbsttätig so verändert werden, daß ihre
Summe konstant bleibt und gleichzeitig der eine der Widerstände sich proportional
der Wurzel aus dem spezifischen Volumen ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination
der Widerstände aus einem konstanten (ws, Fig. 4) und zwei veränderlichen
Widerständen (w3, w4, Fig. 4) besteht
und der konstante Widerstand (ze>5)
mit dem einen (wt) der veränderlichen Widerstände parallel und beide mit dem
dritten (^3) hintereinander geschaltet und
die veränderlichen Widerstände selbsttätig durch das spezifische Volumen so beeinflußt
werden, daß der Strom in dem konstanten Widerstand, der bereits der Druckdifferenz
entspricht, auch noch proportional der Wurzel aus dem spezifischen Volumen verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination
aus einem konstanten und zwei veränderlichen Widerständen besteht und der konstante Widerstand (w5, Fig. 5) mit
einem der veränderlichen (w3) hintereinander und beide mit dem dritten (w4)
parallel geschaltet und die beiden veränderlichen Widerstände durch das spezifische
Volumen so beeinflußt werden, daß der Strom in dem konstanten Widerstände,
der bereits der Druckdifferenz entspricht, auch noch proportional der Wurzel aus dem spezifischen Volumen, verändert
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen
der Druckdifferenz allein nur zwei Widerstände (W1 und W2) hinter den Widerstand
(w0) gelegt werden, von denen der Widerstand (W1) so verändert wird, daß der den
Widerstand (w2) durchfließende Strom proportional
der Wurzel aus der Druckdifferenz wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE287825T | 1912-11-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE287825C true DE287825C (de) | 1915-10-07 |
Family
ID=32687025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1912287825D Expired DE287825C (de) | 1912-11-08 | 1912-11-08 | Verfahren und Apparat zur messung durch Rohre str¦mender Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE287825C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE764252C (de) * | 1935-07-10 | 1954-08-23 | Aeg | Anordnung zur Entfernungsmessung mittels mehrerer an den Enden bekannter Basen aufgestellter Peil- bzw. Visiergeraete |
-
1912
- 1912-11-08 DE DE1912287825D patent/DE287825C/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE764252C (de) * | 1935-07-10 | 1954-08-23 | Aeg | Anordnung zur Entfernungsmessung mittels mehrerer an den Enden bekannter Basen aufgestellter Peil- bzw. Visiergeraete |
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