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Schaltungsanordnung zum Fernanzeigen des Druckes, der Strömungsgeschwindigkeit
o. dgl. von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten auf induktivem Wege mittels eines
beweglichen Gegenstandes Es - sind Vorrichtungen bekannt, welche zwecks Messung
der Druck- oder Geschwindigkeitsunterschiede usw. beispielsweise von Gasen, Dämpfen
oder Flüssigkeiten den Spiegel einer Flüssigkeitssäule mit Hilfe der zu kontrollierenden
Druckunterschiede heben und senken und diese Bewegungen etwa mittels eines Schwimmers
auf den Kern einer Drosselspule übertragen. Die Verschi:@ebungen des Kernes führen
Änderungen der Selbstinduktion und damit des Widerstandes in der Drosselspule herbei,
und mit ihrer Hilfe werden die Meßvorrichtungen betätigt.
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Bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art werden die Anzeige-, Registrier-
und Suminiervorrichtungen unmittelbar durch Stromdurchflußänderungen beeinflußt
oder betätigt, die der Kern mittels der Spulen, gegen «-elche er sich verschiebt,
hervorruft. Die Kernverschiebungen an der Gebestelle verursachen Änderungen der
Selbstinduktion und des Widerstandes in den Drosselspulen an der Gebestelle, und
diese wirken direkt auf die Meß- oder Anzeigevorrichtungen an der Empfangsstelle
ein.
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Vorliegende Erfindung will nun die Genauigkeit der Messungen vergrößern
und die Zuverlässigkeit der Wirkung der Vorrichtungen erhöhen, also Störungsmöglichkeiten
vollkommener als bisher ausschalten.
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Zu diesem Zwecke bringt sie einen zweiten beweglichen Spulenkern an
der Empfangsstelle an, dessen Bewegungen mit denen des Geberkernes genau in Einklang
gebracht werden. Erst die Bewegungen des zweiten Spulenkernes setzen die Anzeigevorrichtungen
usw. in Tätigkeit.
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Jeder der beiden Kerne beeinflußt dabei gemäß Erfindung je ein Paar
Induktionsspulen, welche in einer der bekannten Brückenanordnungen geschaltet sind
und durch eine Ausgleichleitung in Verbindung stehen. Eine Verschiebung des Geberkernes
bringt jetzt nicht mehr eine einfache Selbstinduktionsänderung hervor, sondern er
verursacht zwei solcher -Änderungen: je eine in jeder der beiden ihn umschließenden
Spulen. Die beiden Spulen eines Paares besitzen nur bei genauer Mittellage des Kernes
gleiche Selbstinduktion. Bei allen anderen Kernstellungen haben die Selbstinduktionen
und damit die Widerstände der beiden Spulen eines Paares verschiedene Größe.
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Diesen Unterschied benutzt die Erfindung, um durch die Ausgleichsleitung
Strom in das Empfängerspulenpaar abfließen zu lassen. Der Ausgleichsstrom zieht
den Empfängerkern so lange an, bis seine Lage in der Empfängerspule der Lage des
Geberkernes in der Geberspule genau entspricht. Von dem Augenblick an besteht in
beiden Spulenpaaren das gleiche Induktionsverhältnis, d. h._ in der
Brücke
besteht wieder Gleichgewicht, die Vorrichtung ist auf der neuen Anzeigerstellung
in Ruhe.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung darg estellt Abb. i zeigt schematisch die Teile der Vorrichtung, teilweise
im Schnitt.
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Abb. 2 ist ein Schema einer abgeänderten Ausführungsform.
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Abb.3 zeigt schaubildlich einen Teil der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform.
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In Abb. i ist die Erfindung bei einem Strommesser auf der Empfangsstelle
dargestellt, der einen anzeigenden, registrierenden und integrierenden Teil, welcher
insgesamt durch das Zeichen G angedeutet ist und einen Geberapparat umfaßt, der
als Differentialdruckvorrichtung oder Manometer A dargestellt ist und die Fließgeschwindigkeit
eines Mediums durch ein Rohr C anzeigt. Die Gebervorrichtung A umfaßt zwei Kammern
3', A=, die durch einen rohrförmigen Teil a getrennt werden und am unteren Ende
durch eine enge öffnung a' im Boden der Kammer a in Verbindung stehen. Ein Rohr
D verbindet die Kammer A'- mit der Auslaßseite einer verengten öffnung Cl in der
Rohrleitung C, und ein Rohr Dl verbindet die Kammer AZ mit der Leitung C an der
Zufluß- oder Eintrittsseite der Öffnung C'. D2 bezeichnen unter normalen Umständen
offene Abschlußventile in den Rohren D, D'.
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Der Unterschied zwischen den auf die Kammern Al und AZ übertragenen
Drücken ist ungefähr proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit oder dem Volumen
,des durch die Öffnung C' fließenden Mediums. Änderungen in der Fließgeschwindigkeit
verschieben das Quecksilber B oder die sonst angewandte Abschlußflüssigkeit durch
die öffnung a' und ändern dadurch die Höhenlage eines Schwimmers El, der auf der
Abschlußflüssigkeit in der Kammer Al schwimmt. Die Bewegung des Schwimmers El erteilt
entsprechende Bewegtangen einem elektromagnetischen Kernkörper E, der durch eine
Spindel des Schwimmers E' getragen wird und in einen rohrförmigen Teil A4 aus nichtmagnetischem
Metall führt, welcher am unteren Ende offen und in einer Öffnung der oberen Wand
Abe der Kammer A' befestigt ist. Wenn Wasser oder andere Flüssigkeit, welche eine
Rostbildung an den Teilen A4 und dem Kern E verursacht, in die Vorrichtungen durch
die Rohre D oder D' eintreten kann, wird der Teil A4 zweckmäßig mit Öl gefüllt,
welches durch eine Öffnung A° nach dem Öffnen eines Stopfens A° eingefüllt werden
kann.
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Die Anzeige-, Registrier- und Integrierabteileng G in der Empfangsstelle
umfaßt einen senkrecht beweglichen magnetischen Kern e, auf welchen die Bewegungen
des Kerns E der Gebestelle durch eine Widerstandsbrücke getragen werden, die in
der Geberstelle zwei Spulen F, F' und in der 1?mpfangsstelle zwei Spulen
f, f'- einschließt. Die Spulen F, F' umgeben das Glied A4 und sind eine über
der anderen angebracht, so daß bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Kerns E die
Selbstinduktion der Spule F vermehrt oder vermindert wird relativ zur Selbstinduktion
der Spule F1. Die beiden Spulen f, f' in der Empfangsstelle sind übereinander angeordnet
und umgeben den Kern e und sind so in die Widerstandsbrücke eingeschaltet, daß,
wenn die Bewegung des Kerns E die Widerstandsbrücke außer Gleichgewicht bringt,
indem sie das Selbstinduktionsverhältnis der Spulen F, F' zueinander verändert,
die lelektrornagnetische Wirkung zwischen dem Kern e und den Spulen
f, f 1 den Kern e abwärts oder aufwärts bewegt, nachdem die Bewegung des
Kerns E aufwärts oder abwärts war; wie es notwendig ist, um die Widerstandsbrücke
wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
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Die Spulen F, F' sind in Reihe zwischen Wechselstromzuleiter i und
2 durch Leitungen 3, 4 und 5 geschaltet, -und .die Spulen fl, f sind in ähnlicher
Weise in Reihe zwischen die Zuleitungen i und 2 durch Abzweigungen 30 und
5o der Leiter 3 und 5 und einen Leiter 40 geschaltet. Die Spulen F, F' sind relativ
zueinander so gewunden und geschaltet, daß sie in der gleichen Richtung erregt werden,
so daß bei Vernachlässigung der Wirkungen kleinerer Phasenunterschiede, -die auftreten
-können, die-magnetischen Pole, die an voneinander abgewandten Enden der beiden
Spulen gleichzeitig erzeugt werden, entgegengesetzte Polarität haben und ebenso
die Pole an nebeneinander liegenden Enden der Spulen. Die Leiter 4 und 4o sind direkt
durch- eine Leitung 41 verbunden, durch welche kein Strom fließt, wenn die Widerstandsbrücke
ausbalanciert ist. Wenn der Kern E sich entsprechend einer Zunahme in der Durchflußgeschwindigkeit
im Rohr C aufwärts bewegt, wird die Selbstinduktion der Spule F vergrößert und die
Selbstinduktion der Spule F'- vermindert. Dies bewirkt- den Durchfluß eines Stroms
durch die Leitung 41 und resultiert in einer Abnahme des Stroms, der durch die Spulen
F, f und einer Zunahme des Stroms durch die Spulen F1, f1 fließt. Da der Kern e
gegen die Wirkung der Schwerkraft ausbalanciert ist, bewegt die Zunahme im Stromfluß
in der Spule f'- relativ zu demjenigen in der Spule f den Kern
e abwärts, bis die gegeneinander wirkenden elektromagnetischen
Einflüsse
zwischen dem Kern e und den Spulen f, f1 die gleiche Intensität haben. Dieser Zustand
ist erreicht, wenn das Verhältnis in den Selbstinduktionen der Spulen f1, f gleich
ist dem Verhältnis der Selbstinduktionen der Spulen F, F1, und infolgedessen ist
die Widerstandsbrücke wieder im Gleichgewicht. In ähnlicher Weise tritt bei einer
entgegengesetzten Bewegung des Kerns E eine entsprechende Bewegung des Kerns e ein,
welcher auf diese Weise in gleichem Maße wieder den Kern E auf und nieder bewegt.
Eine Eichung des Messers wird dadurch erleichtert, daß die Spulen F, F1 und in ähnlicher
Weise die Spulen f, f 1 voneinander getrennt sind und die Spulen und Kerne
so proportioniert sind, daß das Bestreben jedes Kerns E und e, sich in eine mittlere
Lage zwischen den beiden Spulen zu bewegen, ausgeglichen wird durch sein Bestreben,
sich in eine Stellung zu bewegen, «-elche in der Mitte jeder Spule#bei unabhängiger
Wirkung jeder Spule liegt.
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Im dargestellten Falle schließt die Meßabteilung G eine Pendelwelle
H ein, die durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Kerns e mit Hilfe eines Winkelhebels
K in Schwingung versetzt wird, der bei KI drehbar und durch ein Gelenk mit einem
von der Pendelwelle H getragenen Arm Hl verbunden ist. k' ist ein Gegengewicht gegen
das bewegliche System, umfassend den Kern e, die Pendelwelle H und die damit gepaarten
Teile. Am oberen Ende ist die Pendelwelle H durch einen Arm H2 und einen Zapfen
H3 mit einem Registrierarm J3, der eine Aufzeichnung auf einem Registrierblatt I2
macht, und einem Zeiger 1 verbunden, welcher sich längs einer feststehenden Skala
Il bewegt. Ferner ist noch das Meßelement S der Integriervorrichtung angeschlossen.
Das Registerblatt I= wird gleichmäßig von einer Scheibe Il durch eine Welle T in
Drehung versetzt, die durch einen Synchronmotor oder ein Uhrwerk L getrieben wird.
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Bei dem beschriebenen einfachen Mechanismus werden die Veränderungen
in der Fließgeschwindigkeit in der Leitung C genau angezeigt und registriert, und
während die Fließgeschwindigkeit durch die Öffnung Cl annähernd proportional der
Ouadratwurzel der Unterschiede zwischen den Drücken auf beiden Seiten der Öffnung
Cl ist, ist es möglich, durch geeignete Wahl der relativen Gestalten der Kerne E,
e der Spulen F, F1, f, f1 oder der Gestalt der Kammer A1 die gleiche Änderung
des Stromes zu bewirken, daß gleiche Änderungen in der Durchflußgeschwindigkeit
in der Leitung C gleiche Winkelbewegungen der Pendelwelle H hervorbringen unabhängig
davon, ob die wirkliche Durchflußgeschwindigkeit durch das Rohr C groß oder klein
ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Infolge Änderung des
Druckunterschiedes im Rohre C möge sich der Kern E gegen seine Stellung in Abb.
i aufwärts bewegen. Dadurch wird die Widerstandsbrücke aus dem Gleichgewicht gebracht,
denn wenn an der Geberstelle die Selbstinduktion der Spule F wächst, verringert
sich die der Spule F1, während in den Spulen f, f1 an der Empfängerstelle noch das
bisherige, der Stellung nach Abb. i entsprechende Induktionsverhältnis besteht.
Die Änderung des induktiven Widerstandes in den Spulen F, F1 verursacht nun einen
Stromabfluß durch die Ausgleichsleitung .I1 derart, daß der Stromdurchgang durch
die Spule f l wächst. Dadurch wird der Kern e abwärts gezogen, und zwar so lange,
bis das Selbstinduktionsverhältnis des Empfängerspulenpaares f1 : f gleich dem S,elbstinduktionsverhältnis
des Geberspulenpaares F : F1 ist. Von diesem Augenblick an ist die Widerstandsbrücke
wieder im Gleichgewicht. Durch entsprechende Wahl der Verhältnisse in der Gestaltung
der Kerne E, e und der Spulen F, F1, f, f1 kann man erreichen, daß gleiche
Änderungen in den zu messenden Unterschieden gleiche Bewegungen der Meßv orrichtungen
hervorbringen. Wenn der Geberkern E aus einer einseitigen Stellung innerhalb seiner
beiden Spulen in die genaue Mittellage eintritt, so daß die Selbstinduktion in F
und F1 genau gleich, das Verhältnis also gleich i ist, so gelangt zur selben Zeit
der Empfängerkern e aus einer Stellung außerhalb der Mitte des Spulenpaares f, f1
in dessen Mitte, und das Induktionsverhältnis in diesen wird auch gleich i. Es fließt
also in diesem Falle mittels der Ausgleichsleitung 41 aus derjenigen Geberspule
Strom ab, welche mit der Empfängerspule des geringeren Widerstandes in Reihe liegt,
bis dort der Kerne ebenfalls in die genaue Mitte seines Spulenpaares hineingezogen
ist.
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Die Abb. a und 3 erläutern ein in vielen Beziehungen abweichendes
anderes Ausführungsbeispiel. In Abb. z wird auf der Geberstelle eine Differentialdruckvorrichtung
A A
zur Messung des Durchflusses durch ein Rohr C A benutzt, welches eine
Venturydüse einschließt. Der Gesamtdruck in der Leitung C A wird durch ein
Rohr D1° auf ein Rohr A4 übertragen, während ein Rohr D11 den niedrigen Druck an
der Kehle der Venturydüse auf den Schenkel A2° überträgt. Das Rohr A" wird umgeben
von den SelbstinduktionsspulenF und F1. Das Meßinstrument G A auf der Empfangsstelle
in Abb. a kann identisch mit dem Instrument G der Abb. i sein,
aber
bei der dargestellten Ausführungsform ist lediglich eine Registriervorrichtung angewandt,
ohne eine Integriervorrichtung und ohne einen besonderen Zeiger I und Ableseskala.
Il. Die Spulen. f, f l des EmpfaxWmstru;-mentes G A sind mit den Spulen
F und Fl der Geberstelle und den Speiseleitungen i und 2 in derselben Weise verbunden
wie bei der Abb. r. Mit der Vorrichtung A A in der Geberstelle und dem Empfangsinstrument
GA ist ein Anzeigeinstrument I A in der Empfangsstelle gepaart, welches eine
Scheibe I D
aus Aluminium oder ähnlichem leitenden Material umfaßt. Diese
wird von einer Welle getragen, an welcher ein Zeiger I befestigt ist, der mit einer
Skala h zusammenwirkt. Die Scheibe I D wird in Stellungen gedreht, die den
verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten des zu messenden Fluidums entsprechen,
und zwar durch den einander entgegenwirkenden- Einfluß der Scheibe I D auf
zwei Elektromagnete I B und I C. Die Erregerwindüngen i, a`
der Elektromagnete 1 B,
I C sind parallel zu den Windungen
f, f l des Instrumentes G A der Empfangsstelle geschaltet. Die Elektromagnete
I B, I C haben U-förmige Kerne, zwischen deren Polen die Scheibe
I D liegt. Ein Polstück jedes Magnetes ist gegabelt, und ein Gabelzinken
wird umgeben von einem- kurzgeschlossenen Leiter oder einer Schirmspule I E. Die
Kerne und Schirmspule I E der beiden Elektromagnete I B, I C sind so angeordnet,
daß der durch die Spule i fließende Wechselstrom eine Induktion zwischen der Scheibe
I D und dem Magnet I B erzeugt, welche das Streben hat, die Scheibe
I D entgegengesetzt dem Uhrzeiger zu drehen, während die Wechselstromerregung
der Spule il eine Einwirkung zwischen 1 B und I C hervorruft, die
1 D in der Richtung des Uhrzeigers zu drehen versucht. Wenn
eine Zunahme der durch die Rohrleitung C A strömenden Menge eintritt, ergibt sich
eine Zunahme im Stromfluß durch die Spule il und entsprechend eine Abnahme im Stromfluß
durch die Spule i, so daß sich die Scheibe I D- und der Zeiger
I rechts herum bewegen. Um eine bestimmte Gleichgewichts-Lage des Zeigers
I für eine gegebene Stromstärke in den Spulen 1,11 hervorzubringen, ist die Gestalt
der Aluminiumscheibe I D so gewählt, daß die Fläche desjenigen Teils der Scheibe,
welche in induktiver Lage -gegenüber dem Kern des Magneten I C steht, sich vermindert
gegenüber der Fläche, welche sich in induktiver Lage gegenüber dem Kern des Magneten
I B befindet, wenn die Scheibe I D rechts herum schwingt und den Zeiger
I aus der Nullstellung herausführt. In dem in Abb.2 dargestellten Zustande befindet
sich der Kern E in seiner mittleren Lage, und die Ströme in den Spulen i, il sind
gleich, und die Teile der Scheibe I D zwischen den Polen der beiden Magnete
I B und I C haben dieselbe Fläche.
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Die ähnlichen Induktionserscheinungen der Instrumente G A und
I A auf Änderungen in der Strommenge in der Rohrleitung C A
treten
ein bei einer geeigneten Form eines Differentialvoltmeters als Geberapparat für
das Anzeigeinstrument; hierbei ist es gleichgültig, ob dieses Instrument ein einfacher
Anzeiger gleich dem Instrument I A oder ein einfacher Registrierapparat gleich dem
Instrument.. G A öder ein Anzeigeregistrier- und Integrierinstrument gleich dem
Instrument G ist. Ein charakteristischer Vorteil der angewandten Art . von Stromverbindungen
besteht darin, daß zwei oder mehrereEmpfangsinstrumente ihre Erregerwindungen
f, f1, i, il usw. parallel geschaltet haben können, wie in Abb. 2
dargestellt, ohne einander zu beeinträchtigen- oder die Menge des durch die Wicklung
F, F1 der Differentialdruckvorrichtung fließenden Stromes zu beeinflussen. Dies
erleichtert die Anbringung einer Mehrzahl verschiedener Anzeigevorrichtungen an
verschiedenen - Orten,- welche auf die Druckunterschiede ansprechen.