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Vorrichtung zum Messen strömender Fluiden mittels Heizkörpers. Die
Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Messen des Stromes irgendeines Fluidums,
dadurch, daß diesem Wärme mitgeteilt wird, und entweder die Wirkung der Wärmeübermittlung
auf das Fluidum oder die vom Fluidum auf den Heizkörper ausgeübte Kühlwirkung bestimmt
wird.
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Meßvorrichtungen dieser Art besitzen gewöhnlich einen elektrischen
Heizkörper, um das Fluidum zu erhitzen und elektrische Widerstandsthermometer zu
beiden Seiten desselben, um die Temperatur des Fluidums zu messen.
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Die Lagerung der Widerstandsthermometer relativ zum Heizkörper ist
für- gewöhnlich so, ds.ß die Thermometer durch die strahlende Energie vom Heizkörper
beeinflußt werden. Diese strahlende Energie kann die Temperatur der Thermometer
beeinflussen, ohne die Temperatur des durchsichtigen Mediums aus Gas o. dgl. zu
beeinflussen, durch das die Strahlen hindurchgehen. Auf diese Weise können Fehler
entstehen.
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Der Hauptzweck liegt in der Vermeidung derartiger Fehler. -Nach einem
Merkmal der Erfindung ist eine Meßvorrichtung geschaffen, bei welcher die strahlende
Energie eines Heizkörpers verhindert ist, die zur Messung der Temperatur benutzten
Mittel zu beeinflussen. Ein weiteres Merkmal liegt in der Schaffung einer oder mehrerer
Vorrichtungen zur Aufnahme der strahlenden Energie aus dem Heizkörper ohne Störung
der Strömung des Fluidums. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen bestehen
die erwähnten Vorrichtungen zur Absorption der strahlenden Energie aus einem oder
mehreren Strahlenschirmen, die zwischen dem Heizkörper und den Temperaturmeßvorrichtungen
angeordnet sind und verhältnismäßig lange, enge Offnungen haben. Diese Schirme können,
falls gewünscht, so gebaut und angeordnet sein, daß sie von der Meßvorrichtung zwecks
Reinigung, Nachsehens oder Wiederherstellung leicht abgenommen werden können. Ein
ferneres wichtiges Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung' eines Heizkörpers,
bei «elchem die von ihm ausstrahlende Energie in gleichem Maße auf seinen beiden
Seiten absorbiert wird, um eine unausgeglichene Beeinflussung der Temperaturmeßmittel
zu verhüten.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Fig. z ist eine Darstellung des Heizkörpers mit auf seinen gegenüberliegenden
Seiten angeordneten Thermometerwiderständen, wobei die Strahlung vom Heizkörper
auf d:e Thermometer veranschaulicht ist.
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Fig. 2 ist eine ähnliche Darstellung, wobei der Ausgleich der Strahlung
nach beiden Richtungen und die Abschirmung von den Thermometerwiderständen veranschaulicht
ist.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine senkrechte Meßvorrichtung
nach der Erfindung, Fig. q. ein senkrechter Längsschnitt einer anderen Ausführungsform,
Fig. 5 ein Grundriß eines Heizkörpers der neuen Meßvorrichtung, Fig.6 ein Schnitt
nach Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 eine Einzeldarstellung der Mittel zur Befestigung
des Widerstandsdrahtes des Heizkörpers an den Tragschienen, Fig.8 ein Grundriß einer
anderen Ausführungsform des Heizkörpers, Fig. g ein Schnitt der Linie 9-g der Fig.
8, Fig. io ein Grundriß der in Verbindung mit der Meßvorrichtung zu benutzenden
Thermometereinheit, Fig. ii ein Schnitt nach Linie ii-ii der Fig. io, Fig. 12 und
13 sind Grundriß und Querschnitt eines Strahlenschirms, der Schnitt nach
Fig. 13 ist längs der - Linie 13-i3 . der Fig. 12 geführt.
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Fig. i-1 und 15 sind Grundriß und Querschnitt einer anderen Ausführungsform
des Strahlenschirms; Fig. 15 ist ein Schnitt nach der Linie 15-15 der Fig. 14.
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Zunächst sei die. Wirkung der strahlenden Energie kurz beschrieben.
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Strahlende Energie wird nach allen Richtungen von einer Wärmequelle
in geradlinigen Strahlen ausgesandt, wie dies Fig. i andeutet. In dieser Figur ist
der elektrische Heizkörper i mit einem Anschlußteil 2 versehen, und Thermometerwiderstände
3 und 4. - sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Heizkörpers artgeordnet. Die
ausgesandten Strahlen können durch ein Medium, beispielsweise ein Gas, hindurchgehen,
ohne eine merkliche Wirkung darauf auszuüben. Wenn die Oberfläche eine Thermometerwiderstandes
oder sonstigen im Wege - der Strahlen liegenden Gegenstandes vollkommen reflektiert,
so wird keiner der auftreffenden Strahlen absorbiert. Unter diesen Umständen wird
die Temperatur: des Thermometerwiderstandes nicht beeinflußt. Ist jedoch die Oberfläche
des Thermometerwiderstandes eine vollkommen absorbierende Fläche; so werden die
Strahlen sämtlich absorbiert, und keiner wird reflektiert. In letzterem Falle erhöht
sich die Temperatur des Thermometerwiderstandes. Bei der praktischen Ausführung
ist die Oberfläche des Thermometerwiderstandes weder vollkommen reflektierend noch
vollkommen absorbierend.
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Die Thermometerwiderstände können an ihren Oberflächen geraubt . oder
mit einem Überzug von stumpfem Lack o. dgl. versehen sein, um die absorbierende
oder reflektierende Fähigkeit- jeder Einheit anfänglich gleich zu machen. Irrt praktischen
Betriebe aber ändern sich die Oberflächen von Zeit zu Zeit durch Absetzungen von
Teer,-Naphthalin u. dgl. aus dem Gas. Diese Absetzungen sind für gewöhnlich nicht
gleichförmig über beide Thermometerwiderstände verteilt, und ihre Wirkungen auf
die Thermometer sind fernerhin aus folgenden C-ründen_ ungleich Das Gas fließt durch
die Meßvorrichtungen nur in .einer Richtung, so daß die Absetzungen hauptsächlich
auf einer Seite aer Meßeinheiten auftreten. Die Thermometereinheiten befinden sich
in der Regel auf gegenüberliegenden Seiten des Heizkörpers, und daher- entstehen
die Absetzungen auf dem einen Thermometerwiderstande auf- der vom Heizkörper abgekehrten
Seite, auf dem anderen Thermometerwiderstande dagegen auf der dem Heizkörper zugekehrten
Seite." Dementsprechend bleibt die Oberfläche des Eintrittsthermometerwiderstandes,
welche dem Heizkörper zugekehrt ist, im wesentlichen in ihrer ursprünglichen Verfassung.
während die dem Heizkörper zugekehrte Oberfläche des Austrittsthermometerwiderstandes
sich mit Niederschläfen aus Teer u. dgl. bedeckt, welche ihre_ Fähigkeit
der Absorption und Reflexion strhlender Wärme verändern. Dadurch entsteht ein unausgeglichener
Zustand.
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Eine ungleichförmige Strahlenverteilung kann auch dadurch entstehen,
daß der Anschlußtei12 des Heizkörpers auf einer Seite des Heizkörpers liegt und-
auf dieser Seite des Heizkörpers einen Teil der Strahlen abschirmt.
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Wenn. die Energiestrahlen eine absorbierende Fläche zwischen dem Heizkörper
und den Thermometereinheiten treffen, so wird ein beträchtlicher Teil der Wärmeenergie
absorbiert und auf das Gas unter Temperaturerhöhung des letzteren übertragen. Die
Wärmeenergie wird dadurch für den Zweck benutzt, für welchen sie bestimmt ist. Wenn
alle Strahlen absorbiert werden, ohne die Thermometerwiderstände zu treffen, und
wenn die absorbierte Wärme in das strömende Gas zerstreut wird, so würden damit
ideale Verhältnisse obwalten.
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Gemäß der Erfindung ist eine Meßvorrichtung vorgesehen, welche- Mittel
besitzt, um die strahlende Energie aufzufangen und zu absorbieren, bevor die Strahlen
die- Thermometerwiderstände treffen, und zwar soll die Absorption geschehen, ohne
daß die Strömung des Fluidums durch die Meßvorrichtung gestört wird. Ferner sind
Mittel vorgesehen, um eine gleichmäßige Strahlung - vom Heizkörper nach beiden Richtungen
-hin zu gewährleisten.
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Die Art, in welcher die Strahlen abgefangen werden, ist in Fig: 2
schematisch angedeutet. Der Heizkörper 5 besitzt je einen Endteil 6 und 7 auf seinen
gegenüberliegenden Seiten,
so daß eine. gleiche Zähl von Strahlen
in beiden Richtungen abgefangen wird:. Zwischen dem Heizkörper 5 und den Thermometerwiderständen
8 und g -sind Strahlenschirme io und ii vorgesehen, welche lange, enge röhrenförmige
Durchgangsöffnungen haben, die dem Gase freien Durchgang gewähren, die Strahlen
aber in- der dargestellten Art auffangen und absorbieren.
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Die Meßvorrichtung nach Fig. 3 sei zuerst beschrieben.
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Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 12, in welchem ein Heizkörper
13 nebst Therinometereinheiten: 14 und 15 untergebracht ist.
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Das Gehäuse i2 kann zwischen zwei Schüsse der Gashauptleitung eingesetzt
werden. Die Enden des Gehäuses haben ungefähr denselben innern Durchmesser wie die
Hauptleitung, in welcher die Meßvorrichtung anzubringen ist: Der Mittelteil des
Gehäuses ist erweitert, um den Heizkörper und die Thermometereinheiten aufzunehmen.
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Der Heizkörper 13 und die Thermometereinheiten 14 und 15 besitzen
röhrenförmige Rahmen von wesentlich dem gleichen Innendurchmesser, wie ihn die Enden
des Gehäuses aufweisen. Die Rahmen liegen zwischen röhrenförmigen Hülsen 16, die
in den erweiterten Teil des Gehäuses vorragen und dadurch einen Meßkanal durch die
Meßvorrichtung bilden, der wesentlich den gleichen Durchmesser wie die Endteile
des Gehäuses hat. Der Heizkörper und die Rahmen der Thermometereinheiten tragenFlanschen,
welche mit nicht dargestellten 'Isolierblöcken im Gehäuse der Meßvorrichtung in
Eingriff treten, so daß jede Einheit unabhängig von den anderen gestützt ist. Diese
Ausführung gestattet, daß der Heizkörper oder irgendeine der Thermometereinheiten
unabhängig von den anderen Einheiten zwecks Reinigung, Nachsehens. oder Wiederherstellung
rasch entfernt werden kann.
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Die elektrischen Widerstandsdrähte des Heizkörpers und der Thermometereinheiten
sind durch geeignete Endteile nach der Außenseite des Gehäuses geführt, wo sie mit
einem Schaltbrett 17 in einer wetterdichten Verbindungsbüchse i8 verbunden sind,
die an der Außenseite des Gehäuses angebracht ist.
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Die Konstruktion des elektrischen Heizkörpers in der Weise, daß gleiche
Strahlung nach den gegenüberliegenden- Richtungen gewährleistet wird, ist im einzelnen
in Fig. 5 bis 7 dargestellt. .
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Der Heizkörper besitzt- einen röhrenförmigen Rahmen ig aus Holz oder
sonstigem Isolierstoff. Die Enden des Rahmens werden von Flanschen 2o - umgeben,
welche den Rahmen versteifen und eine Stützung -für .ihn bilden. Um den Umfang..des
Rahmens sind Haken 21 verteilt, die paarweise angeordnet sind und einen Leitungswiderstand
in Gestalt eines schraubenförmig aufgespulten Drahtes 22 tragen. Dieser Widerstandsdraht
ist hin und her von t Hakenpaaren auf der einen Seite des Rahmens zu entsprechenden
Paaren auf der anderen Seite des Rahmens geschlungen und ist an Tragschienen 23
befestigt, wie im einzelnen in Fig. 7 dargestellt. Die Schienen 23 bestehen
aus Isolierstoff und erstrecken sich quer über den Rahmen auf einer Seite der Ebene,
in welcher der Widerstandsdraht angebracht ist.
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Der Widerstandsdraht ist mit Anschlußstangen 24 verbunden, welche
quer über den Rahmen verlaufen und von. am Rahmen befestigten Isolierschienen oder
Stangen 25 ge=-tragen werden. Die Stangen 24 sind mit Leitern 26 verbunden, welche
durch ein geeignetes Anschlußteil 27 zu' den Leitern 28 führen.
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Die Tragschienen 23 und Anschlußstangen 24 nebst ihren Stützen 25
zeigen das Bestreben, einen Teil der Strahlen auf einer Seite des Heizkörpers abzuschirmen.
Dadurch entsteht f eine ungleichförmige Verteilung. der Strahlen und die Möglichkeit
von unrichtigen Angaben der Meßvorrichtung.
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Um die Einwirkung der- Tragschienen-ausc zugleichen, ist ein zweiter
Satz von Schienen 29 auf der anderen Seite des Widerstandsdrahtes vorgesehen, wie
in Fig. 6 dargestellt. Auch ist ein zweiter Anschlußteil oder blinder Teil 30 angeordnet,
welcher auf der anderen Seite des Widerstand-drahtes gegenüber dem wirklichen S
Anschlußteil angeordnet ist. Selbstverstand- -lich könnten aber die blinden Tragschienen
auch als wirkliche Tragschienen benutzt werden, und ebenso könnte der blinde Anschlußteil
als wirklicher Anschlußteil- dienen. i Diese Sonderteile besitzen dieselbe Größe
und Gestalt wie die eigentlichen Teile und -bestehen aus einem Stoff, der im wesentlichen
die gleichen Wärmeabsorptions- und Wärmeleitungseigenschaften -besitzt. Die Einzelheiten
i der Extrateile -können wechseln, um sich den -Bedürfnissen anzupassen, auch können
ändere Ersatzkörper eingeführt werden, um einen Betrag von strählender Energie abzuschirmen,
welcher dem durch die Tragschienen und den Anschlußteil abgeschirmten- Teile - entspricht.-Diese
Hemmkörper können einen . Teil des Heizkörpers bilden öder neben ihm; aber unabhängig
von ihm, angeordnet sein. -Ein anderer Heizkörper für die Meßvorrichtung ist in
Fig. 8 und g dargestellt. Dieser Heizkörper besitzt einen Rahmen 31 und einen
Widerstandskörper 32 in-' Form --eines schraubenförmig -aufgewickelten Widerstärdsdrahtes,
der »'von--Haken i3 getragen wird. i Alle diese Teile gleichen den entspreehenden--=
Teilen, des oben- beschriebenen Heizkörpers-:
Der Widerstandsdraht
ist bei dieser Anordnung nach Fig. g in zwei voneinander entferntenEbenenangeordnet.
DieTragschienen34., an welchen der Widerstandsdraht gehalten ist, erstrecken sich
quer über den Heizkörperrahmen außerhalb der entsprechenden Ebenen des Widerstandsdrahtes.
Die Anordnung der Tragschienen- ist demgemäß symmetrisch, und die Schirmwirkung
gegen die Energiestrahlen ist nach beiden Richtungen gleich.
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Die Anschlußstangen 35 für den - Widerstandsdraht sind zwischen den
beiden Ebenen des Widerstandsdrahtes angebracht, so daß ihre Wirkung auf die Energiestrahlung
vom Heizkörper nach entgegengesetzten Richtungen gleich ist. Die Stangen verlaufen
quer über den Rahmen und durch denselben. Ihre Enden ruhen in leitenden Blöcken
36, welche in den Rahmen der Heizkörpereinheit dicht eingepaßt sind. Die Leiter
37 und 38 von dem Auslaßanschluß 39 sind mit den Stangen 35 auf der Außenseite
des Heizkörperrahmens verbunden, wie dies Fig: g zeigt. Diese Ausführung vermeidet
den Zwang, einen Anschlußteil oder eine Herausführung in den vom- Rahmen des Heizkörpers
umschlossenen lichten Querschnitt einspringen zu lassen. Das Innere des Heizkörpers
ist dadurch frei von unnötigen Hindernissen.
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Der Ausläßanschluß 39 ist außen an den Rahmen angebolzt, wie
Fig. g zeigt. Er besitzt einen Ansatz 40, der durch eine Öffnung im Gehäuse, der
Meßvorrichtung, hindurchragen kann. Die Leiter 37" und 38 treten in das An schlußstück
durch Isolierbüchsen 41 und gehen durch den Ansatz 40 zur Außenseite des Gehäuses
der Meßvorrichtüng.
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Dadurch ist ein Heizkörper geschaffen, bei welchem die Tragschienen:
und die Anschlußstangeri symmetrisch zum Widerstandsdraht liegen, wodurch eine gleichmäßige
Strahlung nach. beiden Richtungen ohne Zwang zur Anordnung von blinden Gegenstücken
gesichert wird. _ Wenn die Meßvorrichtung mit einem Heizkörper von einer der beschriebenen
Arten ausgerüstet ist; so sind die vom Heizkörper nach entgegengesetzten Richtungen
ausgehenden Strahlen in ihrem Betrage im wesentlicWen'gleich. Dies zeitigt das Bestreben,
die Wirkungen der strahlenden Energie auszugleichen und Fehler in der Meßvorrichtung
zu- verringern." Andererseits haben aber die Thermometerwidergtände häufig nicht
die gleichen Reflexions- und Absorptionsfähigkeiten wie -oben erläutert. Um in dieser
Hinsicht einen Ausgleich zu schaffen, sind zusätzliche 1N'.rttel vorgesehen, um
die Thermometereinheiten gegen die Strahlen des Heizkörpers zu schützen. ' Die --hier.
beschriebene .Meßvorrichtung besitzt Strahlenschirme mit langen, engen Öffnungen,
durch welche das Gas ohne Richtungswechsel.treten kann, durch welche aber nur diejenigen
Strählen gehen können, welche in der Richtung des strömenden Gases verlaufen. Diese
Schirme hindern und absorbieren einen großen Teil der Strahlen und hindern diese
Strahlen daran, die Thermometerwiderstände zu treffen. Die' Wirkung der durch- tlie
Schirme etwa nicht absorbierten Strahlen ist zu vernachlässigen.
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"Die bei der Meßvörrichtung -nach Fig. 3 dargestellten Schirme sind
in die Thermometereinheiten 14 und 15 einverleibt. Eine dieser Thermometereinheiten
ist im einzelnen in Fig. io und ii dargestellt.
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Die Thermornetereinheit besitzt einen röhrenförmigen Rahmen 4--'mit
einem metallischen eingekapselten Widerstandskörper 43, der in dem vom Rahmen umschlossenen
lichten Querschnitt mittels einer ringförmigen Stütze 44 von geringer Masse gehalten
ist.
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In dem Rahmen 42 ist ein Strahlenschirm 45 angeordnet (s. a. Fig.
3); der aus vielen dünnen, flachen Metallstreifen 46 besteht, die parallel zueinander
in zwei Sätzen angeordnet sind: Der eine dieser Sätze verläuft rechtwinklig zum
anderen. Die Streifen sind mit Nuten 47 ausgestattet, so daß der eine Satz über
den anderen fassen kann, und dadurch ein Schirm mit einer großen Anzahl langer,
schmaler Öffnungen entsteht, welche in diesem Falle rechteckig sind. Gewisse Streifen
sind an den Rahmen angenietet, so daß der Schirm von der Thermometereinheit getragen
«wird.
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Die Streifen liegen nahe aneinander und sind von solcher Breite, daß
die Öffnungen verhältnismäßig lang und eng sind. Die auf die Wände der Öffnungen
unter einem Winkel treffenden Strahlen werden entweder von den Wänden unmittelbar
absorbiert oder können teilweise nach den gegenüberliegenden Wänden reflektiert
werden, wo sie absorbiert werden. Die Überflächen der Wände sind so behandelt, daß
sie gute Absorptionsflächen darstellen. Dies kann .durch. Rauhung der Flächen oder
durch Anstreichen mit stumpfem schwarzen Lack o. dgl. geschehen.
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Die Schirme absorbieren so die strahlende Energie des Heizkörpers,
ohne dem Durchfluß des Gases durch die Vorrichtung ein nennenswertes Hindernis darzubieten.
Nur dieStrahlen, welche parallel zur Strömungsrichtung sind, können durch den Schirm
hindurchgehen. Die Anzahl dieser Strahlen reicht aber nicht aus, um die Meßvorrichtung
merklich zu beeinträchtigen.
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Eine Meßvorrichtung mit Strahlenschirmen, welche von den Messungselementen
unabhängig sind, ist in Fig.4 dargestellt. Diese Vorrichtung deckt sich mit der
nach Fig, 3, und
ihre entsprechenden Teile sind mit entsprechenden
Zahlen bezeichnet. Strahlenschirme 48 und 49 von ähnlicher Ausführung sind zwischen
dem-Heizkörper und den Thermometereinheiten angeordnet.
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Jeder Strahlenschirm besitzt einen röhrenförmigen Rahmen 5o (Fig.
13), welcher denselben allgemeinen Aufbau wie die Rahmen der Therrnometerrinheiten
besitzt. Flanschen 51 dienen zur unabhängigen Befestigung des Rahmens am Gehäuse.
Der Rahmen trägt mehrere dünne Metallstreifen 52, welche in der gleichen Art wie
die Streifen bei der Thermometereinheit nach Fig: io und ii angeordnet sind und
einen Schirm mit langen, engen Öffnungen bilden. Dieser Schirm kann selbständig
als Einhit im Gehäuse zwischen dem Heizkörper und den Thermometereinheiten angeordnet
werden, wo er die Strahlen vom Heizkörper auffängt und absorbiert. Der Schirm kann
bequem für sich allein aus der Vorrichtung entfernt werden.
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Die Fig. 14 und 15 zeigen eine weitere Ausführungsform.
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Dieser Schirm hat einen Röhrenrahmen 5o mit Flanschen 5i ähnlich wie
oben beschrieben. Die langen, engen Öffnungen werden aber mittels mehrerer konzentrisch
angeordneter zylindrischer Hülsen 53 gebildet, welche vom Rahmen mittels. Stangen
54 getragen werden. Dadurch entstehen wieder lange, enge, hier ringförmige Öffnungen
für den Durchgang des Gases. Der Aufbau ist einfach sowie wirksam und bietet nur
' geringen Strömungswiderstand dar.
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Das Vorgetragene zeigt, daß bei dem-neuen Messer die Heizmittel so
ausgeführt sind, daß ihre strahlende Energie nach beiden Seiten gleich ist. Die
hinsichtlich Änderung der Temperatur der Thermometerwiderstände wirksame Strahlungsenergie
ist daher für beide Thermometereinheiten gleich. Die Thermometerwiderstände werden
gegen die unmittelbare Strahlung durch Schirme, gleicher Art geschützt, welche die
Energiestrahlen absorbieren und die Wärme auf das Gas übertragen. 'Die Thermometerwiderstände
sind entsprechend gegen die Wirkungen strahlender Energie geschützt, und Fehler
in den Angaben der Meßvorrichtung werden verhindert. Die. Bauart des Heizkörpers
ist einfach, billig und leicht zusammensetzbar. Die Strahlenschirme sind ebenfalls
einfach und sind so angeordnet, daß sie einen Teil der Thermometereinheiten bilden
oder so ausgeführt sein können, daß sie selbständige Einheiten bilden, welche aus
der Meßvorrichtung unabhängig von den anderen Teilen ausgebaut werden können.