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Vorrichtung zur Messung der Blenge oder Geschwindigkeit strömender
Stoffe. Eine große Gruppe :der Vorrichtungen zur Mes-sung der Mengen strömender
Flüssige keiten, Dämpfe und Gase gründet sich auf den Wirkungen, d-ie diese Stoffe
infolge ihrer Geschwindigkeit auf beweglicheKörper (Schwimmer, Flügelräder, Flüssigkeitssäulen)
ausüben. Sie haben den Nachteil, daß sie das Meßergebnis nur dann ohne weiteres
erkennen lassen, wenn Üie Dichte des strömenden Stoffes konstant ist. Ändert sich
jedoch die Dichte z.B. bei Wasserdampf oder Luft infolge von Druckschwankungen,
so ist eine zusätzliche Einrichtung notwendig, die dem Rechnung zu tragen gestattet.
In manchen Fällen, z. B. bei Heißdampf tritt noch ein weiterer Faktor, die Temperatur,
hinzu, der ebenfalls - gesondert berücksichtigt werden muß. Zur Messung von
Heißdampf wären demnach entweder drei einzelne Meßvorrichtungen .nötig, deren Angaben
zusammengefaßt erst .das Meßergebnis liefern, oder ab-er die drei Vorrichtungen
müßten miteinanderkombiniert werden. Dies bedingt also einerseits eine umständliche
Rechnung,- andererseits eine komplizierte Apparatur.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine
Meßvorrichtung,
deren messen-des Organ alle Faktor-en: Geschwindigkeit, Druck und Temperatur zugleich
erfaßt und unmittelbar das je Zeiteinheit durchströmende Stoffgewicht angibt.
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In Abb. i ist die Vorrichtung beispielsweise schematisch im Schnitt
-dargestellt. Es bedeutet a. ein von -irgendeinem Stoff durchströmtes Rohr,
b eine etwa kreisförmige"ebene Platte, die mit einer in zwei Stopfbüchsen
d
geführten Stange c fest verbunden ist und mit Hilfe dieser hin und her verschoben
werden kann. Die hin und her gehende Bewegung wird bewirkt durch den Motor e mittels
des Kurbelgetriebes f. -
Zur Darstellung der Wirkungsweise sei von
einer Hilfsvorstellung ausgegangen. Die Scheibe b bewege sich als Kolben
in einem Zylinder z, Abb.:2, der seinerseits ein Stück eines geschlossenen Ringrohres
r (gestrichelt) sei. Zylinder und Rohr seien mit einer Flüssigkeit ganz ausgefüllt.
Die Geschwindigkeit der Scheibe b verlaufe, bezogen auf den Weg o-u, nach der Kurve
v. In der Wegmitte in ist v = v."". Diese Geschwindigkeit hat auch
die ganze Flüssigkeitsmasse M angenommen, so daß die von der Scheibe auf 31übertragene
Energie
Dieselbe Energie wird bei der Weiterbewegung der Scheibe b an diese zurückgegeben,
da am Ende die Geschwindigkeit der Flüssigkeit wieder Null ist. Ein Energievtrbrauch
ist demnach bei der Scheibenbewegung von einer Endlage zur anderen nicht verbunden
(abgesehen von den Reibungsverlusten).
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Denkt man sich nun den Querschnitt des Ringrohres r sehr groß im Verhältnis
zum Querschnitt des Zylinders z, so wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im
Ringrohr im Verhältnis zu der im Zylinder sehr klein. Trennt man die Flüssigkeitsmassen
und bezeichnet man mitM diejenige im Zylinder, mit M' diejenige im Ringrohr, ferner
mit v.", die maximale Geschwindigkeit im Zy-
linder, mit vr'n;"# die entsprechende
im Ringrohr, so ist
Da nun VM'ax < Vmax, SO ist VM,2ax vnlax, d. h. der zweite
Summand in obigern Ausdruck kann wegen seiner Kleinheit gegenüber dem ersten vernachlässigt
werden.
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Dieser Fall kann als vorliegend angesehen werden, wenn der Zylinder
z beiderseits offen ist und sich in einem größeren, mit Flüssigkeit erfüllten Raum
befindet. Wird noch der Zylinder selbst fortgelassen, #so hat man den Fall der Abb.
i, für den also auch die Feststellung gilt.. daß mit der Scheibenbewegung kein Energieaufwand
(außer fürReibung) verbunden ist, sofern die Flüssigkeit ur-sprün-ZD lich keine
Eigenbewegung besitzt.
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Anders verhält -es sich, wenn die Flüssigkeft strömt, d. h.
sich parallel zur Scheibe b bewegt. Es sei ein Flüssigkeitsteilchen x, Abb.
3,
betrachtet, das in dem Augenblick unter die Scheibe b gerät, wo
diese sich in der Lage o befindet. Die Geschwindigkeitv" des Teilchens sei so groß,
daß es den entgegengesetzten Rand der Scheibe erreicht, sobald diese die Stellung
-iit durchläuft. Dann hat das Teilchen außer seiner eigenen Geschwindigkeit % noch
die Geschwindigkeit v.#" der Scheibe erhalten; ihre Absolutgeschwindigkeit ist demnach
die Resultierende v, Mit dieser verläßt es den Bereich der Scheibe, d. h.
es hat einen Energiezuwachs erhalten, da v,- > v, ist. Dieser Energiezuwachs
ist dem Scheibensystein entnommen und wird diesem nicht wieder zugeführt. Das Scheibensystem
gibt also an den Flüssigkeitsstrom Energie ab, die vorn Motor aufgebracht werden
muß. Wird die Zahl der Bewegungsperioden -der Scheibe bzw. die Drehzahl
je
Zeiteinheit des Motors konstant gehalten, so wird die Motorleistung L um
so größer, je größer die in der Zeiteinheit von der Scheibe gefaßte Flüssigkeitsmasse
ist, oder allgemein L == f (M/sek-) -
Aus der Motorleistung
kann demnach auf die gesamte sekundliche Durchflußinenge der Flüssigkeit durch das
Rohr geschlossen werden, oder diese Menge kann nach erfolgter Eichung der Apparatur
gemessen werden.
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Wird als Antriebein Elektromotor gewählt, so kann die Messung der
sekundlichen Durchflußmenge auf die Messung elektrischer Größen (Ampere, Watt) zurückgeführt
werden. Schließlich kann die während einer be-Stimmten Zeit durchgeströmte Stoffmenge
an dein Energieverbrauch des Motors durch Zähler (Amperestunden- oderWattstundenzähler)
gemessen werden. Es gibt aber auch noch andere Möglichkeiten, z. B. dynainometrische
Meßverfahren, die in Frage kommen können.
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Die Abb. i stellt nur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
dar, der wie folgt allgemein umschrieben werden kann. Als messendes Organ dient
ein vom Flüssigkeitsstrom eingeschlossener plattenartiger Körper mit zur Strömungsrichtung
parallelen Flächen, der durcheinen Motor quer zur Strömung bewegt wird. Die hierbei
an den strömenden Stoff übertragene Energie ist unter gleichartigen Bewegungsverhältnissen
des Körpers abhängig von der Geschwindigkeit und Dichte des strömenden Stoffes.
Die Leistung des
Motors ist also ein Maß für die sekundliche Durchflußmenge.
Ein Merkmal der Vorrichtung ist, daß es seinerseits nicht in der Lage ist, Energie
aus dem Flüssigkeitsstrom aufzunehmen.
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Zur weiteren Kennzeichnung der vorliegenden Erfindung diene noch die
Gegenüberstellung der durch die deutsche Patentschrift 269862 bekannt gewordenen
Vorrichtung zur Messung der Dichte von Gasen. Bei dieser wird die Widerstandsarbeit
gemessen, die für die beliebige Bewegung eines beliebigen Körpers durch ein Gas
vom antreibenden Motor geleistet wird, wobei unter sojist gleich-en Umständen die
Arbeit von der Dichte des Gases abhängen soll.
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Bei,dem vorliegenden Erfindungsgegenstand wird dagegen die Arbeit
gemessen, die von den Meßorganen als Beschleunigungsarbeit an den Stoff nur dann
abgegeben wird, wenn dieser sich bewegt, wobei die Leistung des antreibenden Motors
von der sekundlich#en Durchflußmenge abhängt. Zu diesem Zwecke haben die Mießorgane
bestimmte (flächenartige) Formen, sind sie ferner in bestimmter Weise (parallel
zum Stoffstrom) orientiert und wer-,den sie schließlich in bestimmter Weise (quer
zum Stoffstrom) bewegt. Die natürlich für die Reibungswiderstände auch aufzuwendende
Arbeit wird durch zweckmäßige Gestaltung und Bearbeitung der Meßorganie möglichst
gering gehalten.
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Diesem Erfindungsgedanken entsprechen auch die in Abb. 4 und
5 dargestellten Ausführungsbeispiele.
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In Abb. 4 bedeutet a das Leitungsrohr im Schnitt senkrecht zur Achse,
b eine Scheibt als Meßorgan, die mittels des bei d drehbaren Hebels
c durch den Motor e in pendelnde Bewegunggesetzt wird.
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In Abb. 5 bedeutet a den Längsschnitt eines Leitungsrohres,
b die Meßscheihe, die in diesem Fall durch den Motor c mittels der Achse
d in drehende Bewegung gesetzt wird.
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Der Meßvorgang ist in beiden Fällen der gleichen Art wie bei dem Ausführungsbeispiel,
Abb. i.
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Es kann zweckmäßig sein, statt einer Platte auch mehrlere als messendes
Organ anzuordnen, z. B. im Falle der Abb. 5 zwei sich in der Drehachse kreuzende
Scheiben. Auch können andere Gebilde anstatt der Platte verwendet werden, z. B.
in Abb. i ein beiderseits offener Zylinder mit einer zurStrömungsrichtung parallelen
Achse.
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Die Anwendung der Meßvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung beschränkt
sich nicht auf die Messung von Durchflußmengen in geschlossenen Rohrleitungän, sondern
erstreckt sich auch auf Messungen in offenen Kanälen.
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In den Fällen, wo die Dichte desströmenden Stoffes konstant ist, also
insbesondere bei Flüssigkeiten, ist ;die Motorleistung lediglich abhängig von der
Strömungsgeschwindigkeit und kann infolgedessen als Maß derselben .dienen. Die Vorrichtung
dient demnach als Geschwindigkeitsmesser der Relativbewegung zwischen Flüssigkeit
und Standort der Vorrichtung. Hierbei können z. B. auch die Rollen vertauscht sein,
d. h. die Vorrichtung kann sich bewegen, die Flüssigkeit ruhen, woraus sich
die Verwendung zur Messung der Schiffsgeschwindigkeit auf offenem Meer ergibt. Ähnliche
Verhältnisse ergeben sich bei der atmosphärischen Luft, deren Dichte nur langsamen
Schwankungen unterworfen ist. Auch hier gestattet die Vorrichtung die Messung der
Relativgeschwindigkeit, z. B. zwischen Luftschiff und Luft.