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Elektrischer Strömungsmesser. Es sind Strömungsmesser bekannt, bei
«-elchen in der Strömungsleitung an zwei benachbarten Stellen ein Druckunterschied
erzeugt wird, der proportional dem Quadrate der Strömung ist, und bei welchen durch
den Druckunterschied mit Hilfe einer manometrischen Einrichtung, z. B. durch Verstellen
einer Flüssigkeitssäule oder Durchbiegung einer Membran, eine meßbare mechanische
Wirkung hervorgerufen wird. Zur schnellen und genauen Messung dieser mechanischen
Wirkung ist ferner schon vorgeschlagen worden, die Ausschläge der mechanischen Vorrichtung
auf ein elektrisches Dynamoineter zu übertragen und zugleich durch Anschlagkontakte
den dieses Dynamometer durchfließenden elektrischen Strom so einzuregulieren, daß
seine mit der Stromstärke :ich verändernde Verstellkraft der auf das Dynamometer
wirkenden mechanischen Verstellkraft das Gleichgewicht hält. Dann ist durch die
leicht meßbare Stärke dieses elektrischen Stromes die zu messende Strömung in der
Leitung eindeutig bestimmt. Besonders günstig ist es, wenn die elektrische Stromstärke
ebenso wie die Strömung in der Leitung proportional dem Quadrate des in der letzteren
erzeugten Druckunterschiedes ist, weil dann zwischen den beiden erstgenannten Größen
eine lineare Beziehung bestellt und infolgedessen die zu messende Ströinung von
einer entsprechenden Skala des elektrischen Meßinstrumentes unmittelbar abgelesen
werden kann, ohne daß besondere Umrechnungen oder statt dessen komplizierte Eichungen
nicht linearer Skalen nötig sind. Bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser
Art erfolgt die Übertragung der mechanischen Bewegung von der manometrischen Einrichtung
auf das elektrische Dynainonieter und die gleichzeitige Betätigung der Reguliervorrichtung
für den zu messenden elektrischen Strom stets durch eine starre kinematische Kette.
Naturgemäß müssen die Anschlagkontakte, über die die Reguliervorrichtung für den
Dy namometerstrom betätigt wird, schon bei geringen Ausschlägen der inanoinetrischen
Einrichtung zum Anliegen kommen, weil sonst die ganze Meßvorrichtung zu unempfindlich
wird. Die Empfindlichkeit des Strömungsmessers setzt also dem Verstellwinkel des
Dynamometers und damit demAusschlag der manometrischen Einrichtung sehr enge Grenzen,
und dieser geringe Ausschlagwinkel hat zur Folge, daß bei starken Schwankungen der
zu messenden Strömung die Elemente der erwähnten kinematischen Kette sehr hohen
Beanspruchungen ausgesetzt sind. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch,
daß als manometrische Einrichtung das normale, mit Flüssigkeit gefüllte U-Rohr dient,
bei welchem der Unterschied der Flüssigkeitshöhen die Spannung einer besonderen,
der elektrischen Verstellkraft entgegenwirkenden Feder beeinflußt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Anorclnung wiedergegeben.
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In das Rohr 5, welches die zu messende Strömung führt, ist eine Düse
6 eingebaut. um Druckunterschiede zu schaffen, die in direkter Beziehung zu der
Strömung stehen. Bekanntlich sind bei Düsen die erzeugten Druckunterschiede proportional
dem Quadrat der Durchflußmenge. Von den Seiten höheren und niederen Druckes der
Düse gehen die Druckrohre ; und 8 zu den beiden Schenkeln 9 und io eines U-Rohres,
in dem sich die Meßflüssigkeit i i, z. B. Quecksilber, befindet. Auf dem Flüssigkeitsspiegel
des :Schenkels io liegt ein Schwimmer 12 mit einer Führungsstange 13, die in ihrem
oberen Teil als Zahnstange 14. ausgebildet ist und in ein Ritzel 15 greift. Eine
Welle 16 verbindet Ritzel 15 mit einem Magneten 17, der seinerseits mit einem ihm
gegenüberliegenden Magneten 18 magnetisch gekuppelt ist. Magnet 18 ist an der Welle
i9 befestigt, die mit dein anderen Ende an einer Feder 2o liegt. Diese ist mit ihrem
anderen Ende an dem beweglichen Teil (Rotor 21) eines auf dynamischer Wirkung beruhenden
elektrischen Instrumentes 21a angeschlossen, welche auf den Rotor ein Drehmoment
ausübt, das proportional dem den feststehenden Teil durchfließenden Strome ist.
Die Wicklungen des Elektrodynamometers
sind durch die Leitungen
24., 25 mit einer Stromquelle (Wechsel- oder Gleichstrom) verbunden. In diesem Stromkreis
befinden sich (lie Strom- und Leistungsmesser bzw. Registrierapparate 2;, 28, 29
und ein veränderlicher Widerstand 30. Zur Schaltung des Widerstandes 3o dient der
Schaltarm 31, der über das Schneckenrad 32 von dem in seiner Drehrichtung umkehrbaren
Motor 33 gesteuert wird, dessen Feldwicklungen durch 3.1 und 35 gekennzeichnet sind.
36 ist ein Umschalter, dessen Schaltarm 37 an der Welle 22 des Rotors 21 liegt und
zur Einschaltung der Feldwicklungen 34 oder 35 die Kontakte 38 oder 39 schließt.
Der Motor 33 ist durch die Leitungen 41, .12 an das Netz d.o ange-@chlossen.
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Beim Gebrauch der Einrichtung -wird der durch die Düse 6 hervorgerufene
Druckunterschied auf die Schenkel g und io des [J-Rohres übertragen, wobei eine
Änderung des Flüssigkeitsspiegels ii hervorgerufen wird, die proportional dem Quadrate
der Durchflußmenge ist. Dadurch wird sich die Höhenlage des Schwimmers 12 ändern
und infolge der Kupplung der -<Magnete 17 und 18 die Welle ig um einen gewissen
Betrag gedreht werden, der proportional der Änderung des Flüssigkeitsspiegels ist.
Herrscht keine Strömung im Rohre 5, so wird sich der Flüssigkeitsspiegel i i nicht
ändern, die Feder 2o wird ungespannt bleiben und Kontaktarm 37 wird sich zwischen
den Kontakten 38 und 39 befinden, ebenso wird der Schaltarm 31 auf dem äußersten
Kontakt des Widerstandes 30 liegen, so daß der Stromkreis 2.1, 25 fast unterbrochen
ist oder nur von einem ganz geringen Strom durchflossen wird, der aber durch ein
Instrument kompensiert werden kann. Bei vorhandener Strömung wird die Welle ig die
Feder 2o spannen, wobei der Rotor 2i gedreht wird. Dieser wird den Schaltarm 37
in Verbindung mit dem Kontakt 38 bringen, so daß der Motorstromkreis -11-37-38-3.1-33-d.2-40
geschlossen wird. Der Motor 33 wird dabei den Schaltarm 31 :o lange drehen und den
Widerstand 30 änclern, bis der in dem Stromkreis 24 und 25 fließende Strom
ein Drehmoment erzeugt, das groß genug ist, um der Drehung des Rotors 21 entgegenzuwirken
und ihn, gegen die Spannung der Feder 2o, in seine Anfangsstellung zurückzuführen.
Da nun das vom Stromdurchfluß im Elektrodynamometer erzeugte Dreliinoment proportional
dem Quadrate des durchfließenden Stromes und die Spannung der Feder 20 proportional
dem Quadrate der Durchflußmenge ist, so ist der Strom in Stromkreis 2q., a5 linear
proportional der Durchflußmenge und kann in Größen der Durchflußmenge in den Instrumenten
27, 28, 2g gemessen bzw. aufgezeichnet werden. Sobald der Schaltarm 37 in die Nullstellung
gebracht ist, wird auch die Bewegung des .Motors 33 aufhören. Bei einer weiteren
Veränderung der Strömung wird sich auch die Spannkraft der Feder 2o ändern, und
es wird, je nachdem, ob die Meßflüssigkeit gefallen oder gestiegen ist, der Kontakt
38 oder 39 geschlossen -werden, wobei der Motor 33 den Widerstand 30 so lange
ändern wird, bis das Elektrodynamometer die Drehung des Rotors 21 ausbalanciert
hat und Arm 37 sich wieder in der Mittelstellung befindet. Die dabei geinessenen
Ströme geben direkte Größe der Durchflußmenge im Rohr 5 wieder.
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Es ist eine Feder innerhalb der Anordnung angenommen worden, da diese
verhältnismäßig leicht dem ausgeübten Drehmoment folgt und somit nur ein kleiner
Strom in dem anzeigenden Stromkreise gebraucht wird, so claß das Instrument sparsam
arbeitet. Die Erfindung kann natürlich auch mit einem Instrument in Verbindung gebracht
werden, bei dem das Drehmoment proportional dem Quadrate der Spannung ist.