DE47750C - Apparat zur Bestimmung der sekundlich durch eine Röhre fliefsenden Wassermenge - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung stützt sich auf die bekannte Thatsache, dafs Flüssigkeiten, welche durch ein sich erweiterndes Rohr (Ve η tu r i' sches Rohr) fliefsen, auf eine an dem kleinsten Durchmesser des Rohres befindliche Oeffnung eine saugende Wirkung ausüben, und auf die weitere Thatsache, dafs diese saugende Wirkung an Gröfse zunimmt oder abnimmt, je nachdem die Geschwindigkeit der durch das Rohr fliefsenden Flüssigkeit zunimmt oder abnimmt. Der Erfinder hat nun durch eine Reihe von Versuchen festgestellt, dafs man die Geschwindigkeit der durch das Rohr strömenden Flüssigkeit bestimmen kann, indem man an: der engsten Stelle in der Rohrleitung eine' Vorrichtung anbringt,, welche es ermöglicht, die Höhe einer Flüssigkeitssäule zu messen, welche durch, die oben erwähnte saugende Wirkung gehoben werden., kann, und indem man gleichzeitig den Druck der Flüssigkeit in dem cylindrischen TheÜ des Rohres vor der Vorrichtung mifst. Aus der Differenz dieser beiden Drucke kann man die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an dem kleinsten Durchmesser der Vorrichtung berechnen, und da dieser. Querschnitt bekannt ist,, findet man die Menge der secundlich hindurchströmenden Flüssigkeit leicht, indem man die beiden Werthe mit einander multiplicirt.

Auf diese Weise kann man also Flüssigkeitsmengen,, die durch ein Rohr fliefsen, messen, ohne dafs ein bedeutender Druckverlust der durch das Rohr fliefsenden Flüssigkeit herbeigeführt wird, was eine Hauptschwierigkeit war, wenn es sich darum handelte, grofse Mengen Wassers oder irgend einer anderen Flüssigkeit zu messen, welche durch Rohre, von grofsem Durchmesser strömten.

In der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Anordnungen des Apparates dargestellt.

In Fig. ι und 2. bedeutet A eine Röhre, durch welche_;, die zu messende Flüssigkeit/ in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles, hindurchstr.ömt. An einem geeigneten Punkte dieser Röhre ist der Mefsapparat angebracht, der, wie aus Fig. 1 zu ersehen, aus einem, sich ; verengernden Rohrstück B und einem sich, erweiternden Rohrstück B¹ besteht, welch« mit den anstofsenden Enden der Röhre A geeignet verbunden sind. In Fig. 2 ist der sich verengernde Theil des. Apparates, anstatt wie in Fig. ι in Form, eines abgestumpften Kegels, nach einer geschwungenen Curve gestaltet, wie B² zeigt. Die beiden Rohrstücke des Apparates sind mit einander durch ein Mittelstück C verbunden, dessen Bohrung von der Mitte aus nach beiden Seiten sich etwas erweitert und dessen Enden, mit den Enden der sich verengernden und sich erweiternden Rohrstücke geeignet verbunden sind. Auf seinem kleinsten : Durchmesser ist. dieses Mittelstück (Fig. 5) mit Oeffnungen c,. am besten vier an der Zahl, : versehen, welche, durch." die Rohrwand in eine : Luftkammer d reichen, die das Mittelstück ganz I umschliefst, so dafs eine Communication zwischen dem Innern, des Mittelstückes C und der ^: Kammer d stattfindet. Die saugende Wirkung,

welche entsteht, wenn die Flüssigkeit durch den Apparat strömt, wird sich durch jede der Oeffhungen c in die Kammer d gleichmäfsig fortpflanzen, und die Gröfse der entstehenden saugenden Wirkung kann daher mit Hülfe eines geeigneten Druckmessers, der mit der Kammer d verbunden ist, gemessen werden.

Es ist leicht einzusehen, dafs, wenn man ein Glasrohr E mit seinem unteren Ende derart mit dem Mittelstück verbindet, dafs der Hohlraum der Glasröhre mit der Kammer d in Verbindung steht, und wenn man ein anderes Rohr F in ähnlicher Weise mit dem cylindrischen Theil der Röhre A verbindet, wie dies in Fig. ι und 2 dargestellt ist, und wenn man diese Rohre nach oben verlängert, bis zu der Höhe der Flüssigkeit in dem Bassin, von dem die Röhre A ausgeht, dafs dann die Flüssigkeit in diesem Bassin und den Rohren E und F in der gleichen Höhe stehen wird, so lange die Flüssigkeit sich im Zustande der Ruhe befindet, d. h. nicht durch das Rohr A fliefst. Ebenso ist leicht einzusehen, dafs, sobald die Flüssigkeit anfängt, durch die Röhre zu strömen, die in der Luftkammer d entstehende saugende Wirkung ein Fallen der im Rohr E befindlichen Flüssigkeiten bewirken wird, welches zunehmen wird, wenn die Geschwindigkeit zunimmt , mit der die Flüssigkeit durch den Apparat strömt.

Die Differenz zwischen dem Druck der Flüssigkeit am kleinsten Querschnitt des Mittelstückes C und dem Druck an der Stelle des cylindrischen Rohres, wo das Rohr F eingefügt ist, wird demgemäfs durch die Höhendifferenz der Flüssigkeitssäulen in den Röhren E und F angezeigt und kann zugleich bestimmt werden, wenn man, wie auf der Zeichnung dargestellt, die Rohre mit Scalen versieht. Fig. 9 veranschaulicht schematisch diese Wirkungsweise des Apparates. Die mit dem Apparat versehene Rohrleitung ist mit vier Standröhren I, II, III, IV versehen gedacht, von denen II an dem engsten Querschnitt des in der Rohrleitung befindlichen Mefsapparates angebracht ist. Ist die in der Rohrleitung befindliche Flüssigkeit im Zustande der Ruhe, so wird sie in den vier Standröhren in derselben Höhe stehen, z. B. in der Höhe der Linie 1-1 oder der Linie α-α, je nachdem der in der Rohrleitung herrschende Druck gröfser oder geringer ist. Denkt man sich nun den Mefsapparat aus der Rohrleitung entfernt und die Flüssigkeit strömt im Sinne des eingezeichneten Pfeiles durch die Leitung, so wird dieselbe in den Röhren I, II, III und IV nicht mehr in derselben Höhe stehen, sondern in der Höhe der Linie 2-2 bezw. ß-ß, da durch die Reibung ein Druckverlust stattfindet.

Ist aber der Mefsapparat in die Leitung eingeschaltet und die Flüssigkeit strömt im Sinne des Pfeiles durch die Rohrleitung, so wird sie in dem ersten Standrohr I auf derselben Höhe stehen, wie im vorigen Fall, im zweiten Rohr II aber, welches mit dem Mefsapparat verbunden ist, wird die Flüssigkeit sinken, wie dies durch die Linie 3 angedeutet ist. In der dritten Röhre III wird sie dann wieder steigen, jedoch nicht die frühere Höhe nach der Linie 2-2 erreichen, sondern unter dieser Höhe bleiben, ebenso in der Röhre IV, wie es durch die Linie 3-3 angedeutet ist, da durch die Reibung beim Durchfliefsen des Mefsapparates wieder ein Druckverlust stattgefunden hat.

Wenn wie im zweiten Falle der Druck in der Rohrleitung nur so grofs ist, dafs im Zustande der Ruhe die Flüssigkeit in den Röhren I, II, III, IV auf der Linie α-α steht, so wird, wie , die Linie γ-γ andeutet, in der Röhre II. ein Vacuum entstehen, dessen Gröfse mit dem Vacuummeter gemessen werden kann.

Aus diesen Druckdifferenzen kann man die Geschwindigkeit der Flüssigkeit wie folgt bestimmen.

Ist ρ der Druck der Flüssigkeit im Rohr I, ρ¹ der Druck der Flüssigkeit im Rohr Π, ν die' Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Leitung bei I, v¹ die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei II, p_s der hydrostatische Druck, so ist

v* ■■■ _Ύ V₁ ²
ρ = p_s und p¹ = p_s — ■

Wählt man die Dimensionen des Apparates nun beispielsweise so, dafs V₁ = 9 ν wird, so folgt

ρ —p' =—i =

80 v,²

2 g
h die

2g 8l Ig

Druckdifferenz bei

Es ist aber

ρ—p^l = h die Druckdifferenz bei Γ und II, die am bequemsten mittelst des Differenzmanometers gemessen wird. Die Geschwindigkeit

ist dann V₁ = I/-— 2gh = 1,0062]/2gh; durch

Versuche, welche mit einem gröfseren Apparat angestellt worden sind, wurde jedoch gefunden, dafs V₁ nicht = 1,0062 λ/1 gh, sondern V₁ = 0,99 \Jigh ist.

Nach dieser Formel werden die Scalen der Manometer bezw. des Differenzmanometers eingetheilt und man kann dann direct die Menge der durchströmenden Flüssigkeit ablesen. Hat man so die Geschwindigkeit der Flüssigkeit berechnet, so kann man, da man den Querschnitt des Mittelstückes kennt, die Menge der 'hindurchströmenden Flüssigkeit leicht nach Cubikmetern berechnen.

Während eine derartige Anordnung des Apparates zum Anstellen von Experimenten wohl geeignet ist, würde es in den meisten Fällen für den praktischen Gebrauch unzulässig sein, die Röhren auf eine solche Höhe zu verlängern, und es wird daher die in Fig. 1 dargestellte Anordnung des Apparates für den praktischen Gebrauch geeigneter sein.

Das Rohr -F, Fig. i, ist. an seinem oberen Ende mit einem Manometer G versehen, welches den Druck der Flüssigkeit in dem cylindrischen Theil des Rohres A anzeigt, oder mit anderen Worten, das Gewicht der Flüssigkeitssäule, welche durch den in dem Rohr herrschenden Druck gehoben werden kann. Das Rohr E ist an seinem oberen Theil umgebogen und reicht mit dem nach unten gehenden Schenkel H in ein Gefäfs I, welches Quecksilber enthält, während in dem Schenkel E ein Hahn K angebracht ist, der den Zuflufs von Luft in das Rohr regulirt. Wenn der Hahn, geöffnet ist, gestattet er dem Atmosphärendruck, in derselben Weise auf die in der Röhre E befindliche Flüssigkeitssäule zu wirken, als wenn diese Röhre an ihrem oberen Ende ganz offen wäre. Wenn . der Hahn K geschlossen ist, bildet das Rohr EH ein Vacuummeter, und seine Bestimmung ist, den Grad der saugenden Wirkung im Mittelstück C zu messen, wenn diese saugende Wirkung ein Fallen der Flüssigkeitssäule in dem Rohr E veranlafst oder dieselbe in das Mittelstück hineingezogen hat, in welchem Falle die Höhe der Flüssigkeitssäule mit Hülfe des Rohres E allein natürlich nicht gemessen werden kann. Sobald bei geöffnetem Hahn K die Flüssigkeitssäule aus' dem Rohr E in das Mittelstück hineingesaugt wird, wird dieser Hahn geschlossen, und indem, dadurch in den Röhren E H ein Vacuum entsteht, wird das Quecksilber in dem Schenkel H emporsteigen, und die Gröfse der saugenden Wirkung kann auf folgende Weise gefunden werden.

So lange in dem Rohre E des Mittelstückes ein positiver Druck herrscht, d. h. so lange sich in dem. Rohr E eine Flüssigkeitssäule befindet , wird der Druckunterschied in den Rohren E und F, nämlich die oben erwähnte Gröfse h dadurch gefunden, dafs man die an der Scala des Rohres E abgelesene Gröfse von der an der Scala des Rohres F ersichtlichen Gröfse subtrahirt. Wenn aber, wie oben erwähnt, in den Röhren E H bei geschlossenem Hahn K ein Vacuum entsteht und das Quecksilber in dem Rohr H steigt, so liest man auf der Scala des Rohres H die Gröfse des negativen Druckes ab. Den Druckunterschied h findet man in diesem Falle, wenn man die an der Scala des Rohres H abgelesene Gröfse zu der an der Scala des Rohres F abgelesenen Gröfse hinzuzählt.

Mit Hülfe dieses einfachen Apparates ist man im Stande, genau Flüssigkeiten zu messen, die durch Röhren strömen, selbst wenn diese unter der Erdoberfläche liegen, wie es bei den Strafsen meistens der Fall ist, und in anderen unzugänglichen Lagen, ohne, wie vorher erwähnt, einen nennenswerthen Druckverlust der durch das Rohr strömenden Flüssigkeit zu erleiden.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie der Apparat an der Ausflufsöffnung eines Behälters L angebracht ist, in welchem Falle das Rohr F und das Manometer G fortgelassen werden können, da man den Druck der Flüssigkeit, d. h. die Höhe der Flüssigkeitssäule über der Ausflufsöffnung, unmittelbar im Innern des Behälters ablesen kann.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, können die beiden Röhren E und F durch die U-förmig gebogene Röhre M, welche in ihrem unteren Theil Quecksilber enthält und mit Scalen ver-^: sehen ist mit einander verbunden werden. Auf diese Weise ist ein combinirtes Mano- und Vacuummeter hergestellt, mittelst dessen man den Druckunterschied an den Punkten, wo die Röhren E und.F eingefügt sind, durch die Bewegung des in der Röhre M eingeschlossenen Quecksilbers messen kann.

In Fig. 6, 7 und 8 ist ein Apparat dargestellt, welcher fortlaufend und selbstthätig die Geschwindigkeit der durch den Apparat strömenden Flüssigkeit und die Zeit anzeigt und aufzeichnet, wonach man die Menge der hindurchgelaufenen Flüssigkeit berechnen kann. Die Rohre E und F sind hier verlängert und zu dem Registrirapparat hingeführt, der an irgend einem beliebigen passenden Ort aufgestellt werden kann. Der Apparat ist zusammengesetzt aus zwei Glasröhren N und O, die zur Hälfte mit Quecksilber gefüllt und an ihrem unteren Ende durch eine Röhre verbunden sind, die aus Eisen oder irgend einem anderen Metall, das von Quecksilber nicht angegriffen wird, hergestellt ist. An ihren oberen Enden sind die Röhren N und O mit hohlen Armen R S verbunden, welche an ihren entgegengesetzten Enden mit einander verbunden sind, aber keinen inneren Zusammenhang mit einander haben. Durch eine Scheidewand T, Fig. 8, werden die beiden Rohre R und S von einander getrennt. Ein kurzes Rohr r zweigt von dem Arm R an dessen Vereinigungspunkt mit dem Arm S ab, und ein gleiches Rohr zweigt sich von dem Arm S nach der entgegengesetzten Richtung ab, wobei die Achsen dieser beiden Rohre r und s in derselben Linie liegen. Die Enden der Röhren E und F sind horizontal in ein und derselben Achse einander gegenübergestellt, und das Ende des Rohres r ist in die Röhre F, das Ende des Rohres s in das Ende der Röhre E eingefügt', wobei Stopfbüchsen s¹ einen dichten Schlufs bewerkstelligen und den Rohren r s eine freie Bewegung in den Röhren E und F gestatten, indem die Rohre r und s Zapfen bilden, um welche die Arme R S mit den Röhren N O schwingen können. Arme t geben dem schwingenden Apparat einen gröfseren Halt, und an dem unteren Ende ist ein Zeiger i¹ angebracht. Unter der Bahn des Zeigers t¹ ist ein Gradbogen t² angebracht, dessen Nullpunkt

mit dem einen äufsersten Ausschlagspunkt des Pendels zusammenfällt. Gegengewichte U und V sind mit den Armen R S in der dargestellten Weise verbunden oder an sonst geeigneten Punkten des Pendels in der Weise angebracht, dafs der Zeiger f¹ auf den Nullpunkt einspielt, wenn das Quecksilber in den beiden Röhren N und 0 gleich hoch steht. Natürlich kann das Quecksilber in den beiden Röhren N und 0 nur auf derselben Höhe stehen, wenn der Druck, in den Röhren E und F derselbe ist, und da der Druck in diesen Rohren nie gleich sein kann, wenn die Flüssigkeit durch das Rohr A strömt, so ist leicht einzusehen, dafs, wenn der gröfsere Druck im Rohr F einen Theil des Quecksilbers durch das Verbindungsrohr P in das Rohr O hinüberdrückt, dafs dann das Pendel eine Schwingung machen wird, bis der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist, wobei die durch den Zeiger i¹ gekennzeichnete Gröfse des Ausschlages die Druckdifferenz in den Rohren E und F angiebt. Macht man nun die Eintheilung des Gradbogens in der Art, dafs dieselbe.den secundlich durchfliefsenden Flüssigkeitsmengen ent-. spricht, so ist klar, dafs der Zeiger t¹ auf dem Gradbogen i² die in einer gewissen Zeit durch den Apparat strömende Flüssigkeitsmenge angeben wird. Um den Stand des Zeigers fortdauernd aufzuzeichnen, ist ein Stab t³ mit demselben gelenkig verbunden, dessen anderes Ende einen Schreibstift trägt, welcher auf einer mit Papier bespannten Trommel W ruht. Letztere wird durch ein Uhrwerk in gleichmäfsige Umdrehung versetzt, wobei der Schreibstift eine Curve aufzeichnet, aus der man die Durchflufsmengen während jeder Zeit bestimmen kann.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:
   Ein Apparat zur Bestimmung der" Menge einer durch eine Röhre fliefsenden Flüssigkeit, gekennzeichnet durch ein Mittelstück (C), das zwischen ein in Richtung der Strömung sich verengerndes und ein in dieser Richtung sich erweiterndes Stück (B bezw. B¹) eingeschaltet wird und an seinem kleinsten Querschnitt mit einem Vacuummeter oder Druckmesser in Verbindung steht, während durch einen zweiten Druckmesser der Druck vor dem Apparat abgelesen wird, derart, dafs man die Differenz dieser Drucke und auf diese Weise die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der engsten Stelle des Mittelstückes bestimmen kann.
   Bei dem zu i. gekennzeichneten Apparat eine das Mittelstück (C) umschlieisende Luftkammer (d), die einerseits durch Oeffnungen (c) mit dem sich von der Mitte aus nach beiden Seiten erweiternden Mittelstück (C), andererseits mit dem Vacuummeter oder Druckmesser in Verbindung steht. Bei dem zu. 1. gekennzeichneten Apparat die Verbindung einer mit dem engsten Querschnitt des Mittelstückes in Verbindung stehenden Röhre (E) mit einer von dem Rohr (A) vor dem Apparat ausgehenden Röhre (F) durch ein theilweise mit Quecksilber gefülltes U-förmiges Rohr (M), welches einen Druckdifferenzmesser bildet (Fig. 4), sowie ferner die bewegliche Aufhängung dieser Unförmigen Röhre (Fig. 6) in der Weise, dafs die Druckdifferenz durch einen Ausschlag der U-förmigen Röhre an einem Gradbogen angezeigt oder mittelst einer Registrirvorrichtung auf einer Trommel aufgezeichnet werden kann.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.