DE385257C - Messgeraet zur Bestimmung der Durchflussmenge in Druckleitungen - Google Patents

Description

• Meßgerät zur Bestimmung der Durchflußmenge in Druckleitungen. Die Erfindung bezieht sich auf solche Meßgeräte zur Bestimmung der Durchflußmenge in Druckleitungen, die mit einem Meßgliede versehen sind, dessen Ausschlag einem in der Leitung auftretenden Druckunterschied mindestens angenähert verhältnisgleich ist, und ferner ein mit diesem Meßgliede durch ein Getriebe von veränderlichem Übersetzungsverhältnis zwangläufig verbundenes Anzeigeglied aufweisen, dessen Ausschläge durch einen Schreibstift auf ein durch ein Uhrwerk verstellbares Papierblatt übertragbar sind. Die bekannten Meßgeräte dieser Art sind nur für verhältnismäßig große Druckunterschiede verwendbar, da das Getriebe nur für solche Druckunterschiede Übersetzungsverhältnisse liefert, die die Ausschläge des Anzeigegliedes der Durchflußmenge verhältnisgleich zu machen gestatten. Für kleinere Druckunterschiede würden sich nämlich, wenn auch für diese die Ausschläge des Anzeigegliedes der Durchflußmenge verhältuisgleich sein sollen, so große Cbersetzungsverhältnisse ergeben, daß Selbsthemmung auftreten würde, wodurch natürlich das Meßgerät unbrauchbar werden würde. Aus diesem Grunde hat man bisher Anschläge o. dgl. vorgesehen, durch die das Meßgerät außer Wirksamkeit gesetzt wird, sobald der Druckunterschied eine gewisse untere Grenze erreicht hat. Den Ge genstand der Erfindung bildet ein Meßgerät der oben bezeichneten Gattung, das auch für beliebig kleine Druckunterschiede verwendbar bleibt.
• Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Dampfinesser veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i den Darnpfmesser in einem lotrechten Schnitt und Abb. 2 in größerem Maßstabe einen Teil des durch das Uhrwerk verstellbaren Papierblattes mit einer von dem Schreibstift aufgezeichneten Schaulinie.
• A bezeichnet die Druckleitung, in der die Durchflußmenge des Dampfes bestimmt werden soll. In die Druckleitung, die während des Betriebes vom Dampfe in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles durchströmt wird, ist eine Drosselscheibe al eingebaut, die den für die Messung benutzten Druckunterschied erzeugt. Vor und hinter der Drosselscheibe al zweigt je eine Leitung a2 und a3 ab. Die Leitungen a 2 und a3 münden in einen aufrecht angeordneten, an beiden Enden abgeschlossenen Zylinder B, in dem ein Meßkolben C verschiebbar ist, und zwar mündet die vor der Drosselscheibe abgezweigte Leitung C,2 am unteren Ende des Zylinders B, während die hinter der Drosse ' Ischeibe abgezweigte Leitung a3 am oberen Ende mündet. Der Meßkolben C sitzt auf einer Kolbenstange cl, die oben und unten durch die Stirnwände des Zylinders B nach außen hindurchgeführt ist. Am unteren Ende der Kolbenstange cl greift eine Zugfeder D an, die einer nach obcn gerichteten Verschiebung des Kolbens entgegenwirkt und bei der unteren Grenzstellung des Kolbens spannungslos ist. Ferner ist am unteren Ende der Kolbenstange cl ein Wälzhebel E augelenkt, der auf einem von einer Leitkurve fl begrenzten Auflager F geführt ist. Die Leitkurve f 1 ist durch die Scheitelpunkte einer Reihe dicht hintereinander angeordneter einstellbarer Gewindestifte bestimmt, von denen der der Kolbenstange cl zunächst liegende mit f 2 und die übrigen mit f3 bezeichnet sind. Der Stift f 1 läuft an seinem dem Wälzhebel E zugekehrten Ende in eine Spitze f 4 aus, während die Enden der Stifte f 3 ballig ausgebildet sind. An dem von der Kolbenstange cl entfernt liegenden Ende des Wälzhebels E ist eine Blattfeder el befestigt, die an ihrem unteren Ende einen Schreibstift e2 trägt. Vor dem Schreibstift e2 ist eine um eine lotrechte Achse drehbare Trcmmel G angeordnet, die ihren Antrieb durch ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes Uhrwerk erhält. Auf der Trommel ist in bekannter Weise ein Papierblatt H (Abb. 2) befestigt, auf dem der Schreibstift e2 eine Schaulinie A' aufzuzeichnen vermag.
• Ist die Druckleitung abgesperrt, und findet daher in ihr keine Strömung statt, so herrscht vor und hinter der Drosselscheibe al der gleiche Druck, desgleichen in den durch die Leitungen a2 und a3 mit der Druckleitung in Verbindung stehenden, oberhalb und unterhalb des Meßkolbens C befindlichen Räumen des Zylinders B. Die durch den Dampfdruck auf dcn Meßkolben C au--geübten Kräfte heben sich in diesem Falle auf, und der Kolben nimmt unter dem Einfluß der FederD seine untere Grenzstellung ein, in der er an der unteren Stirnwand des Zylinders B anliegt. Bei dieser Kolbenstellung liegt der Wälzhebel E nur auf der Spitze f4 des Gewindestiftes f2 auf, die den Anfangspunkt der Leitkurve f 1 bestimmt. Wird dagegen die Druckleitung A von Dampf durchströmt, so entsteht an der Drosselstelle ein Druckunterschied P, der in gleicher Größe auch im Zylinder B auftritt. Unter der Wirkung dieses Druckunterschiedes stellt sich der Kolben C in eine Höhenlage ein, bei der sein von seiner unteren Grenzstellung gemeSsener Ausschlag x gleich der Längenänderung der Feder D ist. Bezeichret f die wirksame Druckfläche des Kolbens C, so besteht, wenn man die geringen Gewichte der beweglichen Teile unberücksichtigt läßt und außerdem zunächst die Reibung, insbesondere die Reibung an der Schreibstiftspitze, vernachlässigt, für den Gleichgewichtszustand die Beziehung fp -- Cx = 0, in der c einen Festwert bezeichnet, der, mit x multipliziert, die Zugkraft der Feder D ergibt. Es ist daher Der Kolben C mit der Kolbenstange cl bildet also ein Meßglied, dessen Ausschlag x, wie eingangs erwähnt, dem Druckunterschied verhältnisgleich ist. Die Leitkurve f 1 des Kurventriebes F f 1 f 2 f31 durch den das durch den Scbreibstift e2 gebildete Anzeigeglied des Meßgeräts mit dem Meßgliede C cl zwangläufig verbunden ist, ist nun so bestimmt, daß der Abstand, in dem sich die Spitze des Schreib-Stiftes 62 bei einem bestimmten Druckunterschied p von einer am oberen Ende der Trommel G festgelegten Nullebene gl befindet, für solche Werte von P, die größer als ein bestimmter verhältnismäßig kleiner Wert P, sind, der von p nach dem Wurzelgesetz abhängigen, auf die Zeiteinheit bezogenen Durcbflußmenge verhältnisgleich ist. Bezeichnet y den dem Kolbenausschlag entsprechendenAbstand der Schreibstiftspitze von der Nullebene gl, so ist also, wenn c, einen neuen Festwert bezeichnet, oder, da ist, Auf dem in Abb. 2 abgewickelt dargestelltE:n, auf der Trommel G befestigten Papierblatt E ist die zu der Schaulinie hl gehörige, in gleicher Höhe mit der Nullebene gl liegende Nullinie mit o-o bezeichnet. Parallel zur Nullinie ist in dem dem Druckunterschied p, entsprechenden Abstande y, - der Scbreibstiftspitze eine Gerade i-i: gezogen. Für alle unterhalb der Geraden i:-i liegenden Punkte der Schaulinie h1 stellen dann in bekannter Wei---e die Ordinaten y der Schaulinie ein Maß für die in der Zeiteinheit durch die Leitung A strömende Dampfmenge dar. Bezeichnet x, den dem Abstande y, oder dem Druckunterschied P, entsprechenden Ausschlag dcs Kolbens C, so ist nach der oben abgeleiteten Gleichung (i) Hieraus folgt und Gleichung (i) geht daher über in Wenn der Druckunterschied auf den Wert p, gesunken ist, ist der Wälzhebel E gerade zur Berührung mit dem durch die Spitze f4 des Stiftes f2 bestimmten Punkt der Leitkurve fl gelangt. Bei weiterer Vermin,-erung des Druckunterschiedes findet daher kein Abwälzen mehr statt, sondern der Hebel E führt auf der Spitze f4 eine mit einer geringfügigen Gleitung verbundene -Drehung aus.- Infolgedessen sind die Verschiebungen des Schreibstiftes c2, wie ohne weiteres zu übersehen ist, praktisch den Verschiebungen des Meßgliedes C cl und daher auch dem Druckunterschied p verhältnisgleich. Die- von der Nullinie o-o gemessenen Abstände des Schreibstiftes e2 sind daher in dem durch die Grenzwerte o und p,. bestimmten Bereich des Druclzunterschiedes eine lineare Funktion des Druclzunterschiedes p. Diese Funktion ist aus einem später erläuterten Grunde durch passende Wahl der Verhältnisse so bestimmt, daß der Schreibstift e, bei dem Druckunterschiede P = o und daher auch für x = o den Ab- stand'/, y, von der Nullinie hat. Es besteht daher in dem durch die Grenzwerte o und P, oder o und x, bestimmten Bc-reich die Uneare Gleichung Es bilden mithin in diesem Bereich die Ordinaten der Schaulinie hl nicht mehr ein Maß der auf die- Zeiteinheit bezogenen Durchflußmenge. Um trotzdem ohne größere Fehler durch Planimetrieren die während einer be- stimmten Zeitdauer durch die Leitung A geflossene Dampfmenge bestimmen zu können, muß man daher den oberhalb der Geraden i-i liegenden Teil der Schaulinie kl, die nach dem oben Gesagten niemals über die im Abstande 1/,y, zur Nullinie gezogene Parallele 2-2- hinausreichen kann, durch eine Hilfslinie ersetzen, deren Ordinaten in dem gleichen Maßstabe wie die Ordinaten des unterhalb der Geraden i-i liegenden Teiles der Schaulinie kl- die auf die Zeiteinheit bezogene Durchflußmenge darstellen. Diese Hilfs inie ist in Abb. 2 punktiert dargestellt und Mit h2 bezeichnet. Zur Ermöglichung einer bequemen Aufzeichnung dieser Hilfslinie ist in der linken oberen Ecke des Papierblattes H die lineare Funktion, -die die Abhängigkeit der von der Nullinie gemessenen Abstände des Schreibstiftes e2 von dem Druckunterschied p zum Ausdruck bringt, durch eine Gerade k3 dargestellt, die auf die Nullinie als Abszissenachse und die linke Randlinie h4 des Papierblattes als Ordinatenachse bezogen ist. Über der Geraden k3 ' die nach dem, was oben über die von ihr dargestellte lineare Funktion gesagt ist, auf der Ordinatenachse die Strecke % y, abschneiden und durch einen Punkt 3 mit der Abszisse p = p, und der Ordinate y, gehen muß,- ist eine gleichfalls auf die Nulllinie als Abszissenachse und die Gerade it4 als Ordinatenachse bezogene Parabel k5 verzeichnet, deren Scheitel im Anfangspunkte des durch die Nullinie und die Gerade h4 gebildeten Achsenkreuzes liegt urd ebenso wie die Gerade h3 durch den Punkt 3 geht. Da die Gerade h3 auf der die Scheiteltangente der Parabelk5 bildenden Ordinatenachseh4 die Strecke 1/2 y, abschneidet, so ist sie nach einem bekannten geometrischen Satze Tangente der Parabel im Punkte 3. Die Ordinaten der Parabel h#I sind nach dem Parabel-gesetz der Wurzel aus den Druckunterschieden p und dalier auch den auf die Zeiteinheit bezogenen Durchflußmengen verhältnisgleich, und zwar stellen sie diese Durchflußmengen in demselben Maßstabe dar wie die Ordinaten des unterhalb der Geraden i-i liegenden Teiles der Schaulinie- hi, da die Ordinaten der Parabel und der Schaulinie hl für den Druckunterschied pl die gleiche Größe y, haben. Um also für einen Punkt 4 des oberhalb der Geraden i:-i liegenden Teiles der Schaulinie kl den entsprechenden Punki 4' der Hilfslinie k2 zu finden, braucht man nur folgendermaßen zu verfahren: Man sucht, indem man durch den Punkt 4 eine Parallele zur Nullinie zieht, auf der Geraden k3 einen Punkt 5 auf, dessen Ordinate -5,t) die gleiche Größe hat, wie die Ordinate 4--,7- des Punktes 4. Die Ordinate T, 6-, zu der die Abszisse p gehört, wird von der Parabel h,' in einem Punkte 8 geschnitten, dessen Ordinate 9,-6 die zugehörige, auf die Zeiteinheit bezogene Durchflußmenge darstellt und daher gleich der gesuchten Ordinate des Punktes 4 ist. Man findet daher diesen Punkt, indem man durch den Punkt 8 eine Parallele zur Nullinie zieht, die die gegebene Ord;nate 4-,7 im Punkt 4' schneidet. Durch Wiederholung dieses Verfahrens lassen sich beliebig viele Punkte der gesuchten Hilfslinie h2 bestimmen.
• Bei der bisherigen Betrachtung ist auf die Reibung keine Rücksicht genommen. Da aber bei den Meßgeräten der vorliegenden Art die Reibung, insbesondere die Reibung an der Schreibstiftspitze, von erheblichem Einfluß sein kann,sosollimfolgendenderEinfluß derReibung näher untersucht werden. Es genügt für diese Untersuchung, nur mit einer an der Schreibstiftspitze angreifenden Reibung von der Größe R zu rechnen. Der sonst noch im Getriebe auftretenden Reibung, die nur von geringer Bedeutung ist, kann man sich durch eine entsprechende Erhöhung des Wertes R Rechnung getragen denken. Es besteht dann für den Gleichgewichtszustand nach dem Prinzip der virtuellen Verrückungen die Beziehung (fp - cx) dx -f- Rdy = o; das Minuszeichen vor Rdy gilt für den Fall, daß dy positiv, und das Pluszeichen für den Fall, daß dy negativ ist. Aus der vorstehenden Gleichung folgt: Solange y und x größer sind als y, und x" besteht zwischen y und x nach Gleichung (2) die Beziehung Für den Differentialquotienten der das mit der Stellung des Kolbens C veränderliche Übersetzungsverhältnis für die Bewegungsübertragung von dem Kolben auf den Schreibstift darstellt, ergibt sich daher der Wert und es geht mithin Gleichung (4) über in In der vorstehenden Gleichung stellt den Wert dar, um den der Kolbenausschlagx infolge der Schreibstiftreibung von dem Ausschlage abweicht, der sich bei einer ohne Reibung erfolgenden Einstellung des Schreibstiftes ergeben würde. Um einen entsprechenden Betrag weicht infolge der Reibung auch der Ausschlag y des Schreibstiftes von dem Ausschlage ab, der sich bei reibungsloser Einstellung ergeben würde. Die Abweichung wird um so größer, je kleiner x wird, und erreicht für x = x, den Wert Für x _#x' ist nach Gleichung (3) und daher Gleichung (4) geht daher über in Für x < xi behält also der Betrag um den der Kolbenausschlag x von dem sich für reibungslose Einstellung ergebenden Ausschlag abweicht, denselben Wert bei, närnlich den Wert, den er für x = x" d. h. an der unteren indem die Grenze Ausschlägey des Bereiches nach dem erreicht'hatte' Wurzelgesetz von x abhängig sind. Dies ist der Zweck, zu dem gemäß Gleichung (3) die lineare Beziehung zwischen y und x, wie oben angegeben, so gewählt würde, daß für P = o oder x = o y = 1/2 y, wird. Durch passende Wahl der Größe von x,. läßt sich leicht erreichen, daß die größte im ganzen Meßbereich auftretende Ab- weichung innerhalb zulässigerGrenzen bleibt.
• Würde die Beziehung auch in dem Bereich o < x < x. Gültigkeit behalten, so würde in Gleichung (5) die Ab- weichung mit abnehmenden Werten von x immer größer werden und schließlich für x= o unendlich groß werden. Aus der Stellung x= o könnte daher der Kolben gemäß Gleichung (5) nur durch einen Druckunterschied P = oo in Gang gesetzt werden, d. h. er würde praktisch infolge von Selbsthemmung die Nullstellung überhaupt nicht verlassen können. Bei etwas größeren Anfangswerten von x würde zwar ein noch innerhalb des Meßbereichs liegender, verhältnismäßig hoher Druckunterschiedp genügen, um den Kolben in Bewegung zu setzen, dieser würde aber, nachdem er in Bewegung gekommen ist, sofort sprunghaft seine Stellung ändern und schließlich unter der Wirkung dieses hohen Druckunterschiedes erst an der oberen Grenze seines Meßweges zur Ruhe kommen. Es würden sich also ganz unzulässige Verhältnisse ergeben. Um diesen Übelständen vorzubeugen, hat man, wie bereits eingangs erwähnt, bei den Meßgeräten der in Frage stehenden Art Anschläge o. dgl. vorgesehen, die das Meßgerät außer Wirksamkeit setzen, sobald der Druckunterschied unter eine bestimmte Grenze gesunken ist. Diese Meßgeräte sind also nur für größere Druckunterschiede verwendbar. Dadurch, daß gemäß der vorliegenden Erfindung Vorsorge getroffen ist, daß auch bei den kleinsten Ausschlägen x des Meßkolbens C das Übersetzungsverhältnis nicht über einen bestimmten Höchstwert anwachsen kann, ist dagegen erreicht, daß auch bei den kleinsten Ausschlägen x bei zunehmendem Druckunterschied eine stetige Änderung der Einstellung des Meßkolbens und des Schreibstiftes gesichert ist und der Einfluß der Schreibstiftreibung in zulässigen Grenzen bleibt.

Claims (2)

1. PATENT-ANspp,üciiE: i. Meßgerät zur Bestimmung der Durchflußmenge in Druckleitungen mit einem Meßgliede, dessen Ausschlag einem in der Leitung auftretenden Druckunterschiede mindestens angenähert verhältnisgleich ist, und einem mit diesem Meßgliede durch ein Getriebe von veränderlichem Übersetzungsverhältnis zwangläufigverbundenen-Anzeigeg liede, dessen Ausschläge durch einen Schreibstift auf ein durch ein Uhrwerk verstellbares Papierblatt übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsgesetz des Getriebes (E F f 1 f 2 f3) so bestimmt ist, daß die von einer Nullebene (gl) gemessenen Abstände (y) des Schreibstiftes (e2) erst von einem bestimmten verhältnismäßig kleinen Werte (P,) des Druckunterschiedes an der auf die Zeiteinheit bezogenen Durchflußmenge verhältnisgleich sind, während sie für kleinere Druckunterschiede vonder Durchflußmenge abweichende Größen darstellen, für die das Übersetzungsverhältnis so klein bleibt, daß auch bei den kleinsten Abständen des Meßgliedes (C) von seiner Nullstellung eine stetige Änderung seiner Einstellung bei zunehmendem Druckunterschied gesichert ist.
2. 2. Meßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Nullebene (gl) gemessenen Abstände (y) des Schreibstiftes (c2), solange sie von der Durchflußmenge abweichende Größen daxsteRen, eine lineare Funktion des Druckunterschiedes sind und der dem Druckunterschie d Null entsprechende Abstand von der Nullebene (gl-) gerade halb so groß ist wie der Ab- stand bei demjenigen Druckunterschied (P1), von dem an die Abstände der Durchflußmenge verhältnisgleich sind.