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Vorrichtung zur Umwandlung der quadratischen Bewegung in eine lineare
bei Strömungsmessern. Die Erfindung bezieht sich auf Strömungsmesser mit einer Drosselstelle
in der Leitung, bei denen der an der Drossel erzeugte Druckunterschied auf ein Flüssigkeits-
oder ein Glockenmanometer wirkt. Es ist hierbei bereits bekannt, die nach dem quadratischen
Gesetz erfolgende Bewegung eines Schwimmers oder einer Glocke mit Hilfe von Kurvenscheiben
oder durch besondere Formgebung des Schwimmers oder der Glocke oder des Schwimmergehäuses
mit mehr oder weniger Genauigkeit linear umzuwandeln, um so das mechanische Aufzeichnen
und Zählen mit Hilfe von bekannten Vorrichtungen möglich zu machen.
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Bei der Eigenart des quadratischen Gesetzes, bei dem die Druckhöhenunterschiede
in der Nähe der Nullage zunächst außerordentlich gering im Verhältnis zu den zu
messenden Mengen sind, versagen meist die bestehenden Vorrichtungen in der Nähe
der Nullage, so daß geringe Durchflußmengen nicht mehr gezählt oder aufgezeichnet
werden können. Außerdem sind die Kurvenscheiben bisher immer für den besonderen
Fall geformt worden. Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun eine planmäßig durchgeführte
Anordnung zweier die Umwandlung bewirkender Kurvenscheiben in der nachstehend erläuterten
und durch den Anspruch gekennzeichneten Art und Weise.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel mit Verwendung eines
Glockenmanometers dargestellt.
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Die auf und ab gehenden Bewegungen der Glocke i innerhalb des in sich
geschlossenen Zylinders 2 werden durch das Gestänge 3 in irgendeiner Weise, im vorliegenden
Falle beispielsweise durch die Stopfbüchse ,4, nach außen auf eine um O sich drehende
Scheibe 5 mit Radius R zwangsweise übertragen und dadurch in eine Drehbewegung überführt.
Auf dieser Achse O ist ein zweiarmiger Hebel befestigt, dessen Arme Wi und W2 nach
einem bestimmten mathematischen Gesetz als Spiralen ausgebildet sind. An ihnen hängen
die beiden konstanten Gewichte G, und G2_ so, daß sich der Faden von GI auf W1 abwickelt,
wenn sich der Faden von G2 auf W2 aufwickelt, und umgekehrt. Bei der Drehung der
Achse 0 ändern sich daher die wagerechten Hebelarme x, und x." an denen die Gewichte
G1 und G2 angreifen. Die diese Hebelarme bestimmenden Spiralen W, und W., sind nun
so berechnet, daß die Bewegungen der Glocke, die ohne auferlegten Zwang einem quadratischen.
Gesetz folgen würden, durch die an den veränderlichen Hebelarmen x, und x2 angreifenden
Gewichte G1 und G2 so gesteuert werden, daß sie nunmehr einem linearen Gesetz folgen.
Aus diesen Bedingungen ergibt sich die Berechnung der Spiralen W, und W2 so, daß
das Moment aus dem veränderlichen Auftrieb A der Glocke an dem unveränderlichen
Hebelarm R gleich dem Moment aus dem unveränderlichen Gewicht G1 am veränderlichen
Hebelarm x, der Spirale WL, vermindert um das Moment des unveränderlichen Gewichtes
G., am veränderlichen Hebelarm x.,, der Spirale W2 sein muß, so zwar, daß die Hubhöhe
der Glocke i mit dem Gestänge 3 und damit der Drehwinkel a der Scheibe 5 proportional
der die Rohrleitung durchströmenden Menge wird, entsprechend dem Gesetz A-R=G,#xi-G2#x2
=Gl.r.u=-G2.r.a. Dabei entsprechen die veränderlichen Hebelarme x1 der Spirale Wi
dem Gesetz: xl=r. a2 und entsprechend die Hebelarme x2 der Spirale W., dem Gesetz:
x, = r # a.
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Alsdann ist das Gewicht G2 der Spirale W2 lediglich von den Querschnittsabmessungen
der Glocke und von dem Medium, in das die Glocke eintaucht, abhängig, demnach bei
gegebenen Verhältnissen konstant. Es ist gleich dem Gewicht des durch die Glocke
bei einer Tauchtiefe r verdrängten Quecksilbers bzw. des Mediums, in das die Glocke
eintaucht. G2=13#YaWr@ wenn Y, die Dichte des Mediums, j) ein fester Beiwert, f
der Querschnitt der Glocke bzw.
des Schwimmers, r ein fester konstruktiver
Wert ist.
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Das Gewicht G, ist demgegenüber abhängig von den Abmessungen der Venturiröhre
bzw. der Stauscheibe und von dem Maßstab, durch dein. die Einheit der Flüssigkeits-,
Dampf- oder Gasmenge linear dargestellt werden soll.
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Auch dies Gewicht ist bei gegebenen Verhältnissen konstant.
Hierin ist k eine bestimmbare Konstante. n der Maßstab, durch den die Einheit der
Durchflußmenge dargestellt werden soll. F der Querschnitt der unverengten Rohrleitung.
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Beide Gewichte G, und G., können demnach rechnerisch ermittelt, aber
auch auf dem Versuchsstand empirisch bestimmt bzw. berichtigt werden.
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Die den veränderlichen Hebelarmen x, = r # a=' und
x, = r # a entsprechenden Spiralen W, und W,> können mathematisch dargestellt
werden. Sie sind nur von der Wahl der Größer abhängig, also völlig unabhängig von
den Abmessungen des Schwimmers bzw. der Glocke und von den Abmessungen der Venturiröhre
bzw. Stauscheibe.
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Für Spirale W, wird die Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel a und
dem zugehörigen Radiusvektor r, dargestellt durch
entsprechend für Spirale W. durch Für Drehwinkel a = O ist O, o2=ra d. h.
die Spirale W1 beginnt in der Drehachse O, die Spirale W, in der Entfernung r von
der Drehachse O.
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Die Spiralen W, und W. bauen sich lediglich mit Hilfe eines festen
Wertes Y in Verbindung mit dem Drehwinkel a auf, sind also unabhängig von den Größen,
aus denen die Gewichte G, und G. zu berechnen sind.
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Es ergibt sich daraus die für den praktischen Aufbau überaus wichtige
Tatsache, daß für sämtliche Verhältnisse, ob Glocke oder Schwimmer, ob Flüssigkeits-,
Dampf- oder Wassermesser ein einziges Kurvenpaar W, und W2 genügt.
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Bei einmal festgelegten Abmessungen der Glocke oder des Schwimmers
bleibt auch das Gewicht G2 konstant. Lediglich das Gewicht G, ist in der oben angegebenen
Weise von den Abmessungen der Venturiröhre bzw. Stauscheibe abhängig. Es ist proportional
dem Quadrate des Maßstabes n, durch den die Einhit der Strömungsmenge dargestellt
werden soll, und umgekehrt proportional dem Quadrate des Querschnittes der Rohrleitung.
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Durch Veränderung des Gewichtes G, ist auf dem Prüfstand die Eintarierung
eines bestimmten, gewollten Maßstabes n der Flüssigkeits-. Dampf- oder Gasmenge
sehr leicht möglich.
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In der Nullage des Quecksilbers haben die beiden Spiralen die Lage
W,' und W,'. Die beiden Gewichte ruhen alsdann in der Senkrechten durch die Achse
O. an den Hebelarmen x, = O und x., = O angreifend. Theoretisch zählt
demnach der Messer bis in die Nullage hinein. wobei auch noch der Einfluß der Reibungswiderstände
in der Nullage durch Berichtigung der Spirale TV, um einen kleinen Wink@_1
theoretisch einwandfrei beseitigt werden kann.
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R # d A bedeutet hierin das Restwiderstandsmoment in
der Nähe der Nullage.
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Bei der Verwendung von zwei nach dem Differentialprinzip auf eine
gemeinschaftliche Scheibe wirkenden Schwimmern bzw. Glocken und bei nur einem Schwimmer
einer U-förmigen. Manometerröhre ergeben sich in allen Fällen die gleichen Spiralen.
wie oben. Lediglich die Gewichte G, und G ., ändern sich.