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Einrichtung zur Gewichtsbestimmung nach Niveauhöhe einer oder mehrerer
Flüssigkeitssäulen mit frei beweglichem Schwimmer. Den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bildet eine Einrichtung zur Gewichtsbestimmung nach Niveauhöhe einer oder
mehrerer Flüssigkeitssäulen. Sie beruht auf dem hydrostatischen Gesetz. Zu ihrer
Durchführung wird eine Einrichtung verwendet, die aus einem Gefäß geeigneter Form
besteht, das -eine Flüssigkeit oder mehrere Flüssigkeiten von verschiedener Dichte
enthält und einen Schwimmer oder eine Glocke trägt. Dieses
Gefäß
steht mit einem :Rohr oder einem sonstigen Behälter in Verbindung, der ebenfalls
Flüssigkeit enthält, deren Höhe an einer festen Teilung gemessen «erden kann Diese
Höhe stellt in einer mathematischen Beziehung zu der Belastung durch den Scliwiminer
oder die Glocke, und diese Beziehung kann verwertet werden, um aus der abgelesenen
Hölle die Belastung durch den Schwimmer oder die Glocke abzuleiten oder um die Höhe
der Flüssigkeitssäule zu bestimmen, wenn die Schwimmer-oder Glockenbelastung bekannt
ist.
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Die Erfindung kann durch verschiedene Ausführungsformen dargestellt
werden, und die schematischen Zeichnungen haben nur den Zweck, das Prinzip deutlich
verständlich zti machen.
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Die Abb. i stellt dieses Prinzip auf die einfachste schematische Form
gebracht dar, und die Abb.2 bis G zeigen schematisch noch andere Ausführungsformen.
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In der Abb. i bedeutet A ein Gefäß, das mit einer Flüssigkeit bekannter
Dichte d bis zu einem Niveau N gefüllt ist. Wenn inali in diesem Gefäß einen Schwimmer
F mit dem Gewicht P unterbringt, wird das Niveau uni die Strecke la steigen. Die
Strecke lr, ist von
den Formen und Abmessungen des Schwiminers unabhängig
und richtet sich einzig nach den Gewichten und der Dichte der Flüssigkeit. Wenn
der Oberschnitt des Gefäßes einheitlich ist, würde sein. Allgemein gilt das, wenn
man
einen Schwimmer mit den Gewichten P in ein Gefäß bringt, das mit Flüssigkeit gefüllt
ist, sich deren Niveau um den gleichen Betrag erhöht, als ob man in dieses Gefäß
ein gleiches Gewicht P der Flüssigkeit, die sie bereits enthält, eingegossen hätte.
Die Änderungen des Niveaus sind demnach proportional zu dem Gewicht der hinzugegebenen
Flüssigkeit, wenn der Querschnitt des Gefäßes über seine ganze Höhe gleichmäßig
ist.
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Unter diesen Voraussetzungen kann die Erfindung teilweise durch die
Anordnung nach Abb.2 verkörpert werden. In einem Gefäß mit konstantem Ouerschnitt
A ist ein an seinem unteren Teil zweckmäßig beschwerter Schwimmer F untergebracht,
der infolge der Beschwerung seine senkrechte Stellung behält. Dieser Schwimmer wird
von einer Gewichtsschale B bedeckt. Damit der Schwimmer nicht an den Wänden anstößt,
sind an seiner Außenseite Kugeln a. voll geeignetem spezifischen Gewicht angeordnet.
An der Seite ist ein mit Teilung versehenes Rohr b angebracht, und es ist so in
sehr einfacher Weise eine Waage hergestellt. Anstatt die Gewichte direkt auf den
Schwimmer zu legen, kann man sie entsprechend der Ausführungsform nach Abb.3 mit
einem Bügel T unter Vermittlung eines Hebels c', der mit drei entsprechenden Schneiden
verbunden ist und in geeigneter Weise an der Platte B befestigt wird, zur Einwirkung
bringen. Die Waageschale kann direkt ;im Hebel cl befestigt sein (Abb. 3), oder
sie kann vermittels eines Parallelogramms entsprechend dem bei den Waagen von Roberval
(Abb. 5@) befestigt sein. Durch entsprechende Walil cer Unterstützungspunkte kann
man eine beliebige Übersetzung erreichen. Man kann durch dieses Verfahren selbst
unter Anwendung des gleichen Gefäßes verschiedene Gewichte messen. indem man den
Maßstab und die Entfernung der Schneiden verändert.
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Für Waagen großer Genauigkeit müssen die Störungen ausgeglichen werden,
die durch die Veränderungen der Dichtigkeit der Flüssigkeit unter dem Einfluß der
Temperatur entstehen. indem Unterstützungshebel angeordnet werden, deren Schneiden
sich nähern oder entfernen können, so daß dadurch der Einfluß der Temperaturschwankungen
ausgeglichen wird. Man kann infolgedessen das richtige Gewicht ablesen, unabhängig
von der jeweiligen Temperatur.
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Die Höhe der Teilung, 4.h. der Lauf der Flüssigkeit, die sich in dem
Niveaurohr h bewegt, kann erheblich vergrößert werden, wenn man zwei Flüssigkeiten
von verschiedenen spezifischen Gewichten anwendet, deren eine beispielsweise Quecksilber
ist, deren andere unter dem Gesichtspunkt gewählt werde-.i muß, daß Veränderungen
der ganzen Einrichtung unter dem Einfluß der Temperatur in-3glichst vermieden werden,
zti welchem Zwe:k eine merkliche Verdampfung ausgescliloss!n sein muß. Die schweren
Mineralöle entsprechen im allgemeinen dieser Bedingung, und man kann deshalb gefärbte
Vaselinöle mit Vorteil verwenden.
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Um die angewandte nuecksilberinenge herabzusetzen, bringt man das
Quecksilber in einem Gefäß' mit rundem Querschnitt eiltsprechend Abb. d. unter.
In dieser Anordnung bildet die Waageschale eine Glocke F, die da: gefärbte Mineralöl
zusammendrückt, das im Ableserohr h auf eine große Höhe steigt, wenn eine geringe
Verschiebung des Quecksilberniveaus im Innern stattfindet, und zwar an der Außenseite
der Glocke F.
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Man erkennt, daß in dieser Anordnung unl in der nach Abb. 3 der Sockel
c der Einrichtung durch Schrauben gehalten wird, die mit Köpfen d versehen sind,
und daß ein Lot h die Einstellung der Waage ermöglicht.
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Die Abb. 5 stellt eine Waage mit zwei Flüssigkeiten dar, die der Ausführungsform
mit einer Flüssigkeit nach Abb. 3 entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird
die Glocke F vermittels des Bügels T durch die Schne*,de e mit einem Ende
des Hebels I_ gehalten. An
einem zweckmäßig gewählten Punkt dieses
Hebels ruht eine Stange K, die von einer Gelenkstange 111 geführt wird. Die Schale
G der Waage wird von der Stange K getragen. Bei dem dargestellten Beispiel sind
die Querschnitte der Gefäße Tiber ihre ganze Höhe konstant. Man könnte sie aber
auch verschieden machen, und in diesem Falle würde die Teilung nicht mehr gleichmäßig
für gleiche Gewichte ausfallen, und man könnte beispielsweise eine um so größere
Genauigkeit erlangen, je geringer die Gewichte würden. In . diesem Falle würde die
Teilung b für eine Flüssigkeitssäule zwischen einem oder zwei gravierten Gläsern
angebracht.
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Die Teilung b kann an einem beliebigen Punkt und auf einem beliebigen
positiven oder negativen Niveau bezüglich des Quecksilbers angebracht sein. Das
äußere Quecksilberniveau kann über oder unter dem, inneren O_uecksilberniveau .der
Glocke liegen (wenn die Niveauhöhe der Teilung negativ ist, wird die Grenze natürlich
durch den atmosphärischen Druck gegeben). Die leichte Flüssigkeit innerhalb der
Teilung b kann direkt auf dem Quecksilber ruhen wie in dem eben beschriebenen Beispiel,
oder sie kann ihre Wirkung auch durch Vermittlung einer beliebigen, den Druck übertragenden
Zwischenflüssigkeit ausüben. Die Abb. 6 stellt eine Ausführungsform dieser Art dar.
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In .diesem Fall ist das Gefäß A und die Glocke F in gleicher Weise
ausgeführt wie nach Abb. 5, und die Glocke ist durch einen Waagebalken P, .der in
einem Pfeil i endigt und mit einem zweiten Pfeil il einspielen soll, verbunden.
Das Einspielen der .beiden Pfeile wird durch Anbringung der entsprechenden Gewichte
in der Waageschale G verursacht. Angenommen, daß das Innere .der Glocke F mit einem
Rohr A in Verbindung steht, das in ein Gefäß V eintaucht, das mit Flüssigkeit gefüllt
ist, deren spezifisches Gewicht und deren Niveau bekannt ist, genügt es, die Luft
in der Röhre mit Hilfe einer kleinen Handpumpe z, zusamnienzu,driicken, bis sie
durch das eingetauchte Rohr entweicht. In diesem Augenblick entspricht der Druck
in der Leitung der Niveauhöhe des Gefäßes, und es genügt, die Glocke auszugleichen,
indem man die Pfeile i und il .einspielen läßt. Das Gewicht, das man in die Schale
gelegt hat, um den Ausgleich herbeizuführen, ist eine @dürekte Funktion der Niveauhöhe
des Gefäßes und läßt diese letztere direkt feststellen. Wenn man die Abmessungen
des Gefäßes kennt, kann man das Gewicht der Flüssigkeit, das bei jeder Beobachtung
vorhanden ist, aus dem Niveau ermitteln.
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Di; beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiele zu betrachten,
und man kann die Einzelheiten abändern, um die Anwendung zu vereinfachen. So könnten
beispielsweise an geeigneten Punkten (s. Abb. 5) Schrauben x angebracht sein, die
sich in veränderlichem Umfang in die Flüssigkeit einschrauben ließen, um den Inhalt
des Gefäßes zu verändern und auf diese Weise sehr bequem da's Niveau im Augenblick
.der Regelung einzustellen. In dem Ausführungsbeispiel nach Abb.6 könnte man die
Waageschale b durch beliebige andere Einrichtungen ersetzen, die die Belastungen
der Glocke im Augenblick des Ausgleichs angeben würden.