DE417395C

DE417395C - Device for measuring physical or chemical quantities

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Publication number: DE417395C
Application number: DER54789D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1921-08-16
Filing date: 1922-01-03
Publication date: 1925-08-10

Description

Einrichtung zur Messung von physikalischen oder chemischen Größen. Einrichtungen zur Messung verschiedener Größen durch eine Hilfsenergie in der Weise, daß die ursprüngliche Größe durch die Hilfsenergie kompensiert wird, sind bekannt. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie langsam wirken und sich daher nicht zu Messungen eignen, bei welchen sich die ursprüngliche Größe rasch ändert. Weiter sind Regler zum Reg e'_n konstanter Drehzahl, Spannungen, Drücke usw. bekannt, bei denen die Rücksteuerung bestrebt ist, den gegen die geregelte Größe empfindlichen Teil in seine Nullage zu bringen, so daß pendelnde, unruhige und langsame Regelung verhindert wird. Die Erfindung bezieht sich nun auf Einrichtungen zur Messung von physikalischen oder chemischen Größen nach der Ausgleichsmethode unter Vermittlun- einer Hilfsgröße, deren Wert als Maß dient und deren Steuerung nach Maßgabe der Störung des Ausgleiches und durch diese betätigt -wird. Die Erflndun-- besteht in. der Anordnung eines Hilfsorgans, welches durch den Ablauf der Änderung des Meßergebnisses so beeinfiußt wird, daß es das Bestreben der geregelten Hilfsgröße, die Steuerung in ihre neutrale Lage zurückzubringen, unterstützt. Auf diese Weise kann eine Messung' auch von sehr rasch sich ändernden Größen mit großer Genauigkeit erzielt werden, so daß Größen gemessen werden können, die bisher auf ähnliche Weise überhaupt nicht mit ycnü,:zender Genauigkeit zu messen waren.Device for measuring physical or chemical quantities. Devices for the measurement of various quantities by means of an auxiliary power supply in such a way that that the original size is compensated by the auxiliary energy, are known. These devices have the disadvantage that they act slowly and therefore not suitable for measurements in which the original size changes rapidly. Further controllers for Reg e'_n constant speed, voltages, pressures, etc. are known at to which the reverse control endeavors, the sensitive to the controlled variable To bring part into its zero position, so that oscillating, restless and slow regulation is prevented. The invention now relates to devices for measuring physical or chemical quantities according to the equalization method under mediation an auxiliary variable whose value serves as a measure and whose control is based on the Disturbance of the balance and actuated by this. The invention consists in. the arrangement of an auxiliary organ, which by the course of the change in the measurement result it is influenced in such a way that it is the endeavor of the regulated auxiliary variable, the control to bring them back to their neutral position. In this way a measurement ' can be achieved with great accuracy even from very rapidly changing sizes, so that quantities can be measured that were previously not at all similar with ycnü,: zender accuracy were to be measured.

In der Zeichnung sind einige Einrichtungen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Abb. i zeigt die Verwendung der Vorrichtung zur Messung der Strömung eines flüssigen oder gasförmigen Mittels. Hierbei ist ein Strömungswiderstand eingeschaltet, der durch einen Servomotor geregelt wird, dessen Steuerung ein gegen eine vom Widerstand herrührende Äußerung der Strömung empfindliches System antreibt. Als solche Äußerung kommt z. B. eine Druckdifferenz, Niveauhöhe. spezifische Strömung o. dgl. in Betracht. Das Resultat wird hier durch die Lage des Teiles 2 und ,1 angezeigt. Der Teil 4. gleitet mit einem Kontakt 5 über einen Widerstand 6, 7, und die Messung erfolgt auf elektrischem Wege als Stromstärke einer Batterie 8 in einem Galvanometer 9. i ist ein Gehäuse, durch welches das Mittel strömt. Der Strömungswiderstand 2 an der Stange 3 wird vom Kolben 24. eines Servomotors 2 3 bewegt. Je nach der Intensität der Strömung des Mittels und der Lage des Teiles 2 entsteht vor und hinter der Drosse'.stelle eine Druckdifferenz, welche durch die Leitung io zum Differentialmanometer i i mit einer '.Membran 12 geführt wird. Die Membran 12 bewegt eine Stange i ; und ist durch eine mittels Schraube. 15 einstellbare Feder i.i und eine mittels Schraube 21 einste'lbare Feder 2o ausbalanciert ist. Die Membranbewe-uny wird auf einen z%e-ciarmigen Hebel i 6 und mittels Lenkers i; auf den Ko'_ben ih -iner Steuerung icg übertragen. Die Steuerung 18, icg regelt mit Hilfe der Leitung 22 die Bewegung des Kolbens 24. eines Servomotors 23 derart, daß ein bestimmter, z. B. konstanter Druck auf die Membran 12 erhalten wird. Mit dem Kolben 2,1 und seiner Stange 3 ist ein in der Stütze 27 gelagerter Arm 26 verbunden, in den ein in 3o drehbar gelagerter Arm 29 wie bei einer Kulissensteuerung verschiebbar und feststellbar eingreift. Die Verschiebung erfolgt von Hand aus nach dem Lösen eines Handrades 28. Der Arm 2c) greift in eine in einer Führung 33 geführte Gewindespindel 32 ein; auf welcher eine als Reibrad ausgebildete Mutter 31 sitzt. Das Reibrad 31 steht mit einer sich ständig drehenden Reibscheibe ;¢ in Berührung; diese sitzt auf einer in einem Lager 35 verschiebbar gelagerten und vor. einer Riemenscheibe 36 angetriebenen Welle. Gegen die Mutter 31 stützt sich eine im Lager 37 geführte Stange 38, die den Drehzapfen des Hebels 16 trägt. Eine ähnliche Anordnung ist bereits bei Reglern zur Erhaltung konstanter Tourenzahl oder Spannung an sich bekannt.In the drawing, some devices according to the invention are shown schematically. Fig. I shows the use of the device for measuring the flow of a liquid or gaseous medium. In this case, a flow resistance is switched on, which is regulated by a servomotor, the control of which drives a system that is sensitive to an expression of the flow resulting from the resistance. As such an utterance comes z. B. a pressure difference, level height. specific flow o. the like. Consider. The result is shown here by the position of part 2 and, 1. The part 4 slides with a contact 5 over a resistor 6, 7, and the measurement is carried out electrically as the current intensity of a battery 8 in a galvanometer 9. i is a housing through which the agent flows. The flow resistance 2 on the rod 3 is moved by the piston 24 of a servo motor 2 3. Depending on the intensity of the flow of the medium and the position of the part 2, a pressure difference arises in front of and behind the throttle point, which is passed through the line io to the differential manometer ii with a diaphragm 12. The membrane 12 moves a rod i; and is by means of a screw. 15 adjustable spring ii and a spring 2o adjustable by means of screw 21 is balanced. The membrane movement is on a z% e-ciarmigen lever i 6 and by means of a handlebar i; transferred to the Ko'_ben ih -in control icg. The controller 18, icg regulates with the help of the line 22 the movement of the piston 24 of a servo motor 23 such that a certain, z. B. constant pressure on the membrane 12 is obtained. With the piston 2, 1 and its rod 3, an arm 26 mounted in the support 27 is connected, into which an arm 29 mounted rotatably in 3o engages in a displaceable and lockable manner as in a link control. The shift takes place by hand after loosening a handwheel 28. The arm 2c) engages in a threaded spindle 32 guided in a guide 33; on which a nut 31 designed as a friction wheel sits. The friction wheel 31 is in contact with a constantly rotating friction disk; this sits on a slidably mounted in a bearing 35 and in front. a pulley 36 driven shaft. A rod 38, which is guided in the bearing 37 and carries the pivot pin of the lever 16, is supported against the nut 31. A similar arrangement is already known per se in regulators for maintaining a constant number of revolutions or voltage.

Die Einrichtung wirkt folgendermaßen Wenn sich die Strömung durch das Gehäuse i verstärkt, so vergrößert sich auch die auf die Membran 12 wirkende Druckdifferenz, die Membran bewegt sich samt den angeschlossenen Teilen im Sinne des Pfeiles und der Hebel 16 dreht sich um den Zapfen auf dem Teil 38. Dadurch verläßt der Kolben 18 die Nullage, und das Mittel treibt den Kolben 2.1 des Servomotors 2 3 in der Pfeilrichtung, bis sich durch die Bewegung des Körpers a der Strömungswiderstand so verringert, daß sich auf der Membrani2 wieder die ursprüngliche Druckdifferenz einstellt. Da aber die Rückkehr der Membran 12 in die Ausgangslage durch die Federn 1:1, 20 im Verhältnis zur Bewegung des Teiles a verlangsamt erfolgt, so hilft hier eine Rückführung nach. Durch die erwähnte Bewe-ung des Kolbens 2.1 bewegt sich auch das ganze Getriebe 26, 29, 31, 32, 38 in der Pfeilrichtung und daher auch der mittlere Drehpunkt des Hebels 16, wodurch die Steuerung in die Anfangslage zurückgeführt wird, während die Stange 13 unbewegt bleibt. Dabei verschiebt sich die Scheibe der :Mutter 31 aus dem Mittelteil der Reibscheibe 3.1, wodurch sich die Mutter 31 zu drehen beginnt, sich dabei auf der Spindel 32 aufwärts schraubt und in ihre Anfangslage in die Mitte der Scheibe 3:1 zurückkehrt. Der Drehpunkt des Hebels 16 im Teile 38 folgt dieser Bewegung. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Rückkehr der Mutter 31 beiläufig gleichzeitig mit der Rückkehr der verstellten Membran 12 in die Ruhelage erfolgt. Durch die Wahl der Lage des Endpunktes 28 des Hebels 29 auf dem Hebel 26 wird die Geschwindigkeit der Rücksteuerung gerege:t. Del Zeiger q. zeigt auf einer Skala die Intensität der Strömung des Mittels an.The device works as follows when the flow passes through If the housing i is reinforced, the one acting on the membrane 12 is also enlarged Pressure difference, the membrane moves together with the connected parts in the sense of the arrow and the lever 16 rotates around the pin on the part 38. This leaves the piston 18 is the zero position, and the means drives the piston 2.1 of the servo motor 2 3 in the direction of the arrow until the movement of the body a causes the flow resistance reduced so that the original pressure difference is again on the membrane adjusts. But since the return of the membrane 12 in the starting position by the springs 1: 1.20 in relation to the movement of part a is slowed down, this helps here a return to. The aforementioned movement of the piston 2.1 also moves the whole gear 26, 29, 31, 32, 38 in the direction of the arrow and therefore also the middle one The pivot point of the lever 16, whereby the control is returned to the initial position is, while the rod 13 remains immobile. The disk of the : Nut 31 from the middle part of the friction disk 3.1, whereby the nut 31 to begins to rotate, screwing up on the spindle 32 and into its starting position returns to the center of the 3: 1 disc. The pivot point of the lever 16 in part 38 follow this movement. The arrangement is made for the return of the mother 31 incidentally simultaneously with the return of the adjusted diaphragm 12 to the rest position he follows. By choosing the position of the end point 28 of the lever 29 on the lever 26 the speed of the reverse control is controlled: t. Del pointer q. shows on one Scale the intensity of the flow of the agent.

Abb. 2 zeigt einen Meßapparat, bei dem der elektrische Strom selbsttätig eine Größe kompensiert. Durch eine Leitung ioi strömt eine Flüssigkeit, ein Gas, Dampf o. dgl., die mittels elektrischen Stromes gemessen werden sollen. In der Leitung io befindet sich eine Düse io2, die ein Druckgefälle hervorruft, welches durch Leitungen 103 auf eine bewegliche Membran io6 im Gehäuse io5 wirkt. Die Membranbewegung wird mittels einer Stange 107 aus dem Gehäuse herausgeführt. Der Druck auf die Membran wird durch ein elektrisches System nach Art der Kelvinschen Waage kompensiert, das aus zwei festen Spulen i o9, i i o und einer beweglichen Spule i o8 besteht, die hintereinander geschaltet sind. Die durch Schrauben i 13, 11.1 einstellbaren Federn i i i, i 12 balancieren das System aus. Die Bewegung von Teilen io6, 107, io8 wird auf den in 116 gelagerten Hebel 115 übertragen, der auf einem Ende eine mittels einer Flachfeder 117 mit dem Hebel 115 verbundene Schneide i i 8 trägt. In Abb. 3 ist ein Schnitt nach III-111 der Abb. 2 dargestellt. Die in den Naben 121, 122 drehbaren Hebel 119, 12o bewegen Arme 123, 12.1, welche durch eine den Kolben 1a6 einer Steuerung 127 tragenden Stange 125 miteinander verbunden sind. Der Kolben 126 der Steuerung 127 (Abb, 2 und 3) steuert das Arbeitsmittel für einen Servomotor 129 (Abb. 2), treibt den Kolben 130 mit der Stange 131 und verstellt dadurch den Kontakt 132 eines elektrischen Widerstandes 133, i3.1. Der Zylinder 138 ist mit der Stange 131 starr verbunden, und sein Kolben 139 wird mittels einer Stange i4o, eines Teiles i5o sowie unter Vermittlung von geeigneten zwischen dem Teil 150 und einem festen Bügel 152 eingeschalteten Federn 151 in bestimmter Lage gehalten. Die Stange 1:1o ist durch eine Feder 152' mit dem Hebel 115 verbunden. Eine Batterie, Dynamo o. dgl. 135 liefert einen durch den Widerstand 133, 13.1 geregelten und in Instrumenten 136, 137 gemessenen Strom.Fig. 2 shows a measuring apparatus in which the electric current automatically compensates for a variable. A liquid, gas, vapor or the like flows through a line ioi and is intended to be measured by means of an electric current. In the line io there is a nozzle io2, which causes a pressure gradient, which acts through lines 103 on a movable membrane io6 in the housing io5. The diaphragm movement is guided out of the housing by means of a rod 107. The pressure on the membrane is compensated by an electrical system in the manner of the Kelvin balance, which consists of two fixed coils i o9, iio and a movable coil i o8, which are connected in series. The springs iii, i 12, adjustable by screws i 13, 11.1, balance the system. The movement of parts io6, 107, io8 is transmitted to the lever 115 mounted in 116, which on one end carries a blade ii 8 connected to the lever 115 by means of a flat spring 117. In Fig. 3 a section according to III-111 of Fig. 2 is shown. The levers 119, 12o rotatable in the hubs 121, 122 move arms 123, 12.1, which are connected to one another by a rod 125 carrying the piston 1a6 of a control 127. The piston 126 of the controller 127 (Figs. 2 and 3) controls the working medium for a servomotor 129 (Fig. 2), drives the piston 130 with the rod 131 and thereby displaces the contact 132 of an electrical resistor 133, i3.1. The cylinder 138 is rigidly connected to the rod 131, and its piston 139 is held in a certain position by means of a rod i4o, a part i5o and by means of suitable springs 151 connected between the part 150 and a fixed bracket 152. The rod 1: 1o is connected to the lever 115 by a spring 152 '. A battery, dynamo or the like 135 supplies a current regulated by the resistor 133, 13.1 and measured in instruments 136, 137.

Die Einrichtung wirkt wie folgt: Wenn sich die Strömung in ioi ändert, so wird der Ausgleich des Systems 105 und io8, zog, i io gestört, und die Teile 107, 115, 117, 118 verlassen ihre neutrale Lage. Ein Teil 1.15 (Abb. 3) wird durch eine Hilfskraft periodisch i gegen den Teil i 18 des Hebels i 15 hin und her bewegt. Wenn sich die Schneide i 18 in ihrer neutralen Lage befindet, so drückt der Teil 1,15 die Schneide 118 gegen die Hebel i i 9, i 2o in der dargestellten Lage, so daß i sich diese Hebel nicht verschwenken- und der ho_bcn 126 d:r Steu,#rung 127 die angedeutete Lage nicht verändert. Bei einer Störung der Kompensation schlägt dagegen die Schneide 118 (Abb. 3) z. B. nach rechts aus; bei der nächsten Bewegung des Teiles 1¢5 in der Richtung zum Beschauer trifft dann die Schneide 118 zuerst auf den Hebel I i9 und nimmt denselben mit, wobei sich der Hebel 120 in entgegengesetzter Richtung bewegt, bis er auf die Kante der Schneide 118 trifft, wonach die Bewegung der Hebel ii9, i2o aufhört. Durch diese Bewegung wird die Steuerung 126 verschoben und der Servomotor angetrieben, so daß; er mittels des Rheostaten 134 den elektrischen Strom verändert. Je nach der Geschwindigkeit des Kolbens 130 verläßt der Kolben 139 mit seiner Stange i 4o seine Ruhelage und verändert die Kraft der Feder 152 so, daß die Feder bestrebt ist, den Hebel 115 mit den verstellbaren Teilen in die Nullage zu bringen, wodurch wiederum eine ungenaue Messung der Änderung der elektrischen Größe selbst bei sehr raschem Kompensationsvorgang ausgeschlossen wird. Die Einrichtung i 5o, 151, 152 kann auch so ausgeführt sein, daß durch besondere nachträgliche Impulse die Mittellage des Teiles i 5o, i.lo ohne Rücksicht auf eventuell entstandene Reibung genau erhalten wird.The device works as follows: If the flow changes in ioi, the balance of the system 105 and io8, pulled, i io is disturbed, and the parts 107, 115, 117, 118 leave their neutral position. Part 1.15 (Fig. 3) is periodically moved back and forth against part i 18 of lever i 15 by an auxiliary force. When the cutting edge i 18 is in its neutral position, the part 1,15 presses the cutting edge 118 against the levers ii 9, i 2o in the position shown, so that these levers do not pivot and the ho_bcn 126 d: r Control 127 does not change the indicated position. If the compensation is disturbed, however, the cutting edge 118 (Fig. 3) strikes z. B. to the right; With the next movement of the part 1 ¢ 5 in the direction of the viewer, the cutting edge 118 first hits the lever I i9 and takes it with it, the lever 120 moving in the opposite direction until it hits the edge of the cutting edge 118, after which the movement of levers ii9, i2o stops. This movement moves the controller 126 and drives the servomotor, so that; he changes the electric current by means of the rheostat 134. Depending on the speed of the piston 130, the piston 139 with its rod i 4o leaves its rest position and changes the force of the spring 152 so that the spring tries to bring the lever 115 with the adjustable parts into the zero position, which in turn results in an inaccurate position Measurement of the change in the electrical quantity is excluded even with a very rapid compensation process. The device i 5o, 151, 152 can also be designed in such a way that the central position of the part i 5o, i.lo is precisely maintained by special subsequent impulses, regardless of any friction that may have occurred.

Abb. ,4 zeigt schematisch eine Meßvorrichtung, bei welcher der ursprüngliche Wert mittels der Größe eines Druckmittels, z. B. des Druckes oder der Druckdifferenz, gemessen wird. Auf den Teil 70 wirkt die ursprüngliche Kraft ein. Diese wird durch eine zwischen einer Stange 74. und einem Hebel 71 eingeschaltete Feder 73 kompensiert. Die Stange 7¢ wird durch den Kolben 75 eines Zylinders 76 bewegt, der vom Druck eines von einer Steuerung 79, 8o geregelten Mittels entgegen der Wirkung einer Feder 77 angetrieben wird. Der Steuerungskolben 8o ist durch eine Zugstange 81 mit dem Hebel 71 verbunden. Der Druck wird im Instrument 78 gemessen. Die Stange 7¢ trägt einen DämpfungszyIinder 82, dessen Kolben 83 durch eine Feder 8¢ an den Hebel 71 angeschlossen ist.Fig. 4 shows schematically a measuring device in which the original value by means of the size of a pressure medium, e.g. B. the pressure or the pressure difference is measured. The original force acts on the part 70. This is compensated for by a spring 73 connected between a rod 74 and a lever 71. The rod 7 [is moved by the piston 75 of a cylinder 76 which is driven by the pressure of a means regulated by a control 79, 8o against the action of a spring 77. The control piston 8o is connected to the lever 71 by a pull rod 81. The pressure is measured in instrument 78. The rod 7 carries a damping cylinder 82, the piston 83 of which is connected to the lever 71 by a spring 8.

Diese Einrichtung wirkt folgendermaßen: Wenn sich der Wert der ursprünglichen Größe ändert, so wird die Ausgleichswirkung gestört und der Hebel 71 verschivenkt sich um den Zapfen 72, wodurch der Kolben 8o der Steuerung verstellt und der Zu- oder Abfiuß des Druckmittels vom oder zum Zylinder 76 geregelt wird. Dadurch wird der Kolben samt der Stange 7.1 gehoben oder gesenkt, so daß die Spannung der die ursprüngliche Kraft kompensierenden Feder 73 geändert wird, bis das in die Nullage gebrachte System die Strömung des Druckmittels in der Steuerung 79, 8o unterbricht. Durch die Bewegung der Stange 74. und des Zylinders 82 entsteht ein Druck auf den Kolben 83, der mittels der Feder 84 den Hebel 71 bei der Rückkehr in die Ruhelage unterstützt. Da jederLage des Kolbens 75 ein anderer Druck der Feder 77 und demnach auch ein anderer Druck des Druckmittels unter dem Kolben 75 entspricht, so steht dieser Druck in einem bestimmten Verhältnis zur ursprünglichen Größe, die daher am Instrument 78 unmittelbar ablesbar ist. Bei den beschriebenen Einrichtungen können auch andere Rücksteuerungen angewendet werden, und zwar je nach den rascher oder langsamer zu messenden Größen.This facility works as follows: When the value of the original If the size changes, the compensating effect is disturbed and the lever 71 is pivoted around the pin 72, whereby the piston 8o of the control is adjusted and the feed or outflow of the pressure medium from or to the cylinder 76 is regulated. This will the piston together with the rod 7.1 raised or lowered, so that the tension of the original force compensating spring 73 is changed until it is in the zero position Brought system interrupts the flow of the pressure medium in the controller 79, 8o. The movement of the rod 74 and the cylinder 82 creates a pressure on the Piston 83 which, by means of the spring 84, controls the lever 71 when returning to the rest position supports. Since each position of the piston 75 is a different pressure of the spring 77 and accordingly also corresponds to a different pressure of the pressure medium under the piston 75, it stands this pressure in a certain proportion to the original size, which therefore can be read directly on the instrument 78. With the facilities described, you can also other reverse controls are applied, depending on the faster or quantities to be measured more slowly.

Claims

. PATENT CLAIMS: I. Device for measuring physical or chemical quantities according to the compensation method with the mediation of an auxiliary quantity, whose value serves as a measure and its control in accordance with the disturbance of the equalization and is actuated by this, characterized by an auxiliary organ (26-38, 138 = 152 ', 82-8, f), which is so influenced by the course of the change in the measurement result that it is the aim of the regulated auxiliary variable, the control in its neutral Bringing back location supports.

2. Device according to claim i, characterized in that that a rod or the like set in motion by the controlled means (3 or 131 or 74) with the one moved by the equalization disturbance and sent to the control (18 or 126 or 79) acting rods or the like (16 or 115 or 71) coupled in this way is that the control by the movement of the former part (3; 131; 7q.) in their Zero position is driven.

3. Device according to claim 2, characterized in that the coupling between the two parts (131; 7 4th and 115; 7 1) is a damping cylinder (138, 139 or 82, 83) with a buffer spring (151, 152 or 84.) serves. 4 .. Device according to claim 2, characterized in that the connection between the two parts (3: 131; 7.4 and 16; 115; 71 ) is arranged to be adjustable and after it has been adjusted again by an auxiliary (34th or 151, 15i or 8q.) Returns to its zero position in accordance with the occurrence of compensation, compensation occurs.