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Einrichtung zur Bestimmung und Registrierung der Dichte von gasförmigen
oder flüssigen Medien Das Hauptpatent betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der
Dichte von gasförmigen oder flüssigen Medien unter Anwendung eines elektrischen
Anzeige- oder Registriergerätes, welches das Verhältnis der Steighöhen von Sperrflüssigkeiten
in zwei Räumen mißt, von denen der eine mit dem Prüfmedium und der andere mit einem
Vergleichsmedium beschickt wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß unter
an sich bekannter Anwendung des Bunsenschen Ausströmungsprinzips für die beiden
Räume ein gemeinsamer Vorratsbehälter für die Sperrflüssigkeit vorgesehen ist, und
daß außerdem eine selbsttätige Umschaltevorrichtung für die Organe zur Regelung
der Zufuhr der Medien zu den beiden Räumen in der Weise angeordnet ist, daß diese
Regelorgane abwechselnd einerseits das Prüfmedium und das Vergleichsmedium in die
Räume eintreten und andererseits absaugen lassen.
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Die Erfindung gegenüber dem Hauptpatent besteht darin, daß ein Schaltwerk,
welches die Umschaltung der Organe zur Regelung der Zufuhr und des Austritts der
zu vergleichenden Medien entweder selbst steuert oder mit einem diese Teile steuernden
Schaltwerk synchron läuft, während der Steig- bzw. Fallzeiten der Sperrflüssigkeit
in den Steigrohren unter Mitwirkung von zwei in den Steigrohren angeordneten Kontakten
zwei elektrische Regelwiderstände einstellt, deren Verhältnis in einem elektrischen
Anzeige- oder Registriergerät gemessen wird. Dabei ist die Anordnung zweckmäßig
so getroffen, daß durch die Kontaktgabe zwischen den in den Steigrohren angeordneten
Kontakten und der Sperrflüssigkeit zwei Kupplungen zwischen einem ständig laufenden
Uhrwerk, Motor o, dgl. und den beiden elektrischen Widerständen derart geschaltet
werden, daß die Regelwiderstände während der Steig» bzw. Fallzeiten der Sperrflüssigkeit
von dem Uhrwerk eingestellt werden. Es empfiehlt sich, in den beiden Regelwiderständen
Rückstellvorrichtungen, z. B. Federn, derart anzuordnen, daß diese bei Lösung der
Kupplungen die Regelwiderstände oder deren Regelorgane wieder in die Ausgangsstellung
zurückführen.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung
dargestellt.
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Abb. i zeigt ein Gesamtbild dieser Ausführungsform der Erfindung.
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In den Abb. z und 3 ist in Seitenansicht und in Draufsicht die Ausbildung
eines der Relais der Abb. i veranschaulicht.
Abb. 4 zeigt in Vorderansicht
die Ausbildung der bei der Anordnung nach Abb. = zur Anwendung gelangenden Regelwiderstände.
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Nach Abb. i tauchen die beiden Schenkel i und 2 eines U-förmig gebogenen
Rohres in einen gemeinsamen Vorratsbehälter für die Sperrflüssigkeit 3, insbesondere
Quecksilber, ein. In den beiden Steigrohren x und 2, deren Form und Durchmesser
beliebig gewählt werden können, ist je ein Kontakt 4 und 5 so angebracht, daß bei
jeder Kontaktgabe zwischen der Sperrflüssigkeit und den beiden Kontakten gleiche
Volumina Sperrflüssigkeiten in den beiden Rohren enthalten sind. Durch diese Kontakte
werden über die Relais 6 und 7 zwei elektrische Widerstände 8 und 9 mit der Achse
io' eines ständig laufenden Uhrwerkes io, Motors o. dgl. zeitweilig gekuppelt. Die
Ausbildung des Regelwiderstandes 8 ist aus Abb.4 ersichtlich. Der Widerstand 9 ist
ebenso ausgebildet. Der Widerstand 8 enthält als wesentliche Teile einen Hohlring
4o aus Isoliermaterial, in welchem ein Widerstandsdraht 41 und eine Quecksilbermenge
4a angeordnet sind. Der Hohlring ist um eine Achse 43 drehbar gelagert, welche durch
die Einwirkung der Magnetspule ii mit der Achse io' des Uhrwerkes io gekuppelt wird;
außerdem ist eine in Abb. 4 weggelassene Magnetspule 13 vorgesehen, welche bei Ausschaltung
der Magnetspule ix durch das Relais 6 den Widerstand 8 in seiner letzten Stellung
festhält. Den Magnetspulen ii und 13 sowie dem Relais 6 für die Betätigung des Regelwiderstandes
8 entsprechen die Magnetspulen 12 und 14 sowie das Relais 7 für den Widerstand 9.
Mittels eines Kreuzspulengerätes 15, dessen beide Spulen in den Diagonalzweigen
zweier die Regelwiderstände 8 und 9 enthaltenden Brückenschaltungen 44 und
45 liegen, wird das Verhältnis der beiden Widerstände in jeder Meßperiode angezeigt
oder registriert.
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Das Uhrwerk io steuert außerdem mittels einer auf seiner Achse io'
befestigten Nockenscheibe 16 über einen Kontakt 17 und ein Umschalterelais
18 in. nicht dargestellter Weise den Hahn 2o für die Verbindung des Prüf- und des
Vergleichsmediums mit den beiden Steigrohren i und 2. Die Rohre 46 und 47 verbinden
die Steigrohre i und 2 über den Hahn 2o mit dem Prüf- und mit dem Vergleichsmedium,
während das Rohr 48 zur Saugpumpe führt. Außerdem ist auf der Achse io' des Schaltwerkes
io noch eine Unrundscheibe 21 befestigt, welche die Kontakte 22 und 23 derart steuert,
daß kurz vor Beginn jeder Absaugperiode, die durch Schließen des Kontaktes 17 eingeleitet
wird, die Spulen 13 und 14 ausgeschaltet und damit die beiden Regelwiderstände 8
und 9 unter der Wirkung der in Abb. 4 für den Widerstand 8 sichtbaren Rückführungsfeder
49 in ihre Ausgangsstellungen überführt werden. Bei dem in den Abb. z und 3 dargestellten
Beispiel für die Ausbildung der Relais 6 und 7 sowie des mit ihnen zusammenarbeitenden
Relais 36 sind die als Hebel dargestellten Relaisanker 28, 32 in Schneiden
50 und 51 gelagert und stehen unter dem Einfluß von Schnappfedern 52, 53.
Die Anker 28 und 32 tragen beiderseits je ein Eisenkern 54, 55 und 56, 57. Die Eisenkerne
54 und 56 verstellen sich in den Spulen 6 und 7 und die Eisenkerne 55, 57 in der
Spule 36. Die Betätigung der Kontakte 30 und 34 erfolgt durch die einen Enden 58
und 59 und die Betätigung der Kontakte 29"31 und 33, 35 durch die anderen Enden
der Hebel 28 und 32.
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Die Wirkungsweise ist folgende: In der gezeichneten Stellung des Hahnes
2o wird durch eine an das Rohr 48 angeschlossene Pumpe das Vergleichs- und Prüfmedium
durch die Düsen 26 und 27 mit durch die Dichten der Gase bedingten verschiedenen
Geschwindigkeiten angesaugt. Zu dieser Zeit ist der Elektromagnet ix erregt durch
den von der Stromquelle 24 aus über die Relaiskontakte 31 und die Spule ii zurück
zur Stromquelle fließenden Strom und der Elektromagnet i2 durch den von der Stromquelle
24 über den Relaiskontakt 35 durch i2 zurück zur Stromquelle 24 fließenden Strom.
Die auf der Achse des Uhrwerkes befestigten Nockenscheiben 16 und 21 stehen so,
daß der von der Stromquelle 24 über den Kontakt 17 zum Schaltrelais 18 und über
Relais 36 nach der Stromquelle führende Stromkreis bei 17 unterbrochen ist, und
daß die Kontakte 22 und 23, welche in den Stromkreisen: Stromquelle 24, Elektromagnete
13 bzw. 14 und Relaiskontakte 3o bzw. 34, Stromquelle liegen, geschlossen sind.
Da zu dieser Zeit die Relaiskontakte 3o bzw. 34 geöffnet sind, fließt durch die
Magnetspulen 13 und 14 kein Strom, so daß die Ringrohre 8 und 9 durch die stromdurchflossenen
Spulen ii und i2, die auf der Achse des dauernd laufenden Zeitwerkes io befestigt
sind, angezogen und in Umdrehung versetzt sind.
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Wird der Kontakt 4 von dem steigenden Quecksilber 3 erreicht, so wird
der Stromkreis von der Batterie 24 über das Quecksilber im Rohr i, die Kontakte
4 und 29 und die Relaisspule 6 nach der Batterie 24 geschlossen. Infolgedessen wird
durch das Relais 6 der Anker 28 angezogen, dadurch der Kontakt 29 gelöst, so daß
beim späteren Sinken des Quecksilberspiegels in dem Stromkreis am Kontakt 4 keine
Öffnungsfunken entstehen können, die die Quecksilberoberfläche verschmutzen. Ferner
wird über den Kontakt 3o der Stromkreis von der Batterie 24 über den Kontakt 22
und die Spule 13 nach der Batterie geschlossen, die Spule 13 erregt und durch das
Öffnen der Kontakte 31 der den Elektromagneten ii enthaltende
Stromkreis
unterbrochen. Infolgedessen wird das Ringrohr 8 von der Achse =o' des Zeitwerkes
=o gelöst und von der Spule 13 in einer solchen Lage festgehalten, daß der eingeschaltete
Widerstand proportional der Zeit ist, die seit Beginn der Ansaugperiode vergangen
ist. Sobald der Kontakt 5 geschlossen wird, wird in ähnlicher Weise wie zuvor durch
Betätigung des Relais 7 der Anker 32 angezogen und durch die Kontaktpaare 33, 34
bzw. 35, die geöffnet bzw. geschlossen werden, der durch das Quecksilber 3 in Rohr
2 und den Kontakt 5 zuvor geschlossene Stromkreis geöffnet und das Ringrohr 9 von
der Achse =o' des Uhrwerkes =o gelöst, da der Stromkreis zur Erregung des Magneten
12 bei 35 unterbrochen und derjenige zur Betätigung des Elektromagneten 14 von 24
über 34, 23, 14 nach 24 geschlossen ist. Gleichzeitig wird durch das Kontaktpaar
34 der Stromkreis von 24 über 34, 23 zum Kreuzspulensystem 15 in den Brückenschaltungen
44 und 45 nach 24 geschlossen, so daß die Ringrohre 8 und 9 eingeschaltet und der
Quotient der Widerstände beider Ringrohre als Maß für die Dichte angezeigt wird.
Durch die Kontaktgabe bei 5 wird ferner über die Kontakte 33 die linke Wicklung
des Schaltrelais 18 durch den Stromkreis von 24 über Quecksilber in Rohr 2, Kontakte
5, 33, Relais 18 und Batterie 24 erregt, durch die in nicht dargestellter Weise
der :Motor i9 so eingeschaltet wird, daß durch den Hahn 2o die Verbindung zur Vakuumleitung
48 abgeschaltet und die eine Gasleitung 46 mit Rohr i, die andere 47 mit Rohr 2
verbunden ist. Infolgedessen wird das Vergleichs- und Prüfgas durch die Düsen 26
und 27 in die Schenkel der beiden Rohre eintreten können und der Quecksilberspiegel
sinken. Während dieser Zeit werden die Ringrohre 8 und g durch die Spulen 13 und
14 in ihren Lagen festgehalten, und der Meßkreis für das Kreuzspuleninstrument 15
bleibt geschlossen, bis kurz vor Beginn der Ansaugperiode durch die Schaltscheibe
21 die Kontakte 22 und 23 geöffnet werden und der Meßkreis von 24 über 34, 23 nach
15 und 24 unterbrochen wird. Gleichzeitig werden infolge des Öffnens der Stromkreise
zu den Spulen 13 und 14 die Ringrohre 8 und 9 von diesen gelöst und durch die an
ihnen angebrachten Federn 49 in die Nullage zurückgeführt. Alsdann wird durch Schließen
des Kontaktes 17 mittels der auf dem Schaltwerk angebrachten Nockenscheibe 16 durch
den Stromkreis 24, 17, 18. 24 die rechte Wicklung des Schaltrelais 18 erregt, und
dadurch werden mittels des Motors i9 und des Hahnes 2o die Rohre i und 2 wieder
mit der Saugleitung 48 verbunden, wodurch das Quecksilber wieder hochgesaugt wird.
Gleichzeitig wird auch die Relaisspule 36 durch den Stromkreis 24, 17, 36, 24 erregt,
so daß die Anker 28 und 32 angezogen, die Stromkreise zu den Magnetspulen =i und
i2 über die Kontakte 31 und 35 geschlossen und die Ringrohre 8 und 9 von den Spulen
=i und 12 an die Achse des Zeitwerkes gekuppelt werden.
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In der in Abb. i dargestellten Anordnung sind zwei Steigrohre i und
2 von verschiedenem Durchmesser gewählt und die Kontakte 4 und 5 in verschiedener
Höhenlage angebracht, damit das spezifisch leichtere Gas in Rohr i nach der Kontaktgabe
weiter angesaugt werden kann, ohne daß das Quecksilber die Düse 26 erreicht, bis
das spezifisch schwerere Gas den Kontakt 5 im anderen Rohr 2 erreicht hat und Umschaltung
erfolgt ist. Um jedoch Rohre gleichen Durchmessers verwenden und die Kontakte in
gleicher Höhe unmittelbar unter den Düsen zur Herabminderung der Anzeigeverzögerung
anbringen zu können, kann durch Verwendung von zwei Zuleitungsrohren zur Vakuumpumpe
unter entsprechender Änderung des Hahnes 2o bei Schließung des Kontaktes 4 durch
das Quecksilber die alsdann zu dem Rohr i führende Vakuumleitung durch einen besonderen
Hahn abgeschlossen werden, so daß das Quecksilberniveau im Rohre i stehenbleibt,
bis nach Erreichung des Kontaktes 5 gleichzeitig mit der Umschaltung des abgeänderten
Hahnes 2o durch das Umschaltrelais 18 auch der besonders angebrachte Hahn wieder
geöffnet wird und der Quecksilberspiegel absinkt.
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Soll bei der Registrierung der Dichte der Fehler ausgeschaltet werden,
der unter Umständen dadurch eintritt, daß die Registrierung gerade zu einer Zeit
erfolgt, in der das Kreuzspulensystem ohne Strom ist, so kann man die Umschaltungen,
.die in der beschriebenen Anordnung durch die Schaltscheibe 2i bewirkt werden, durch
das Zeitschaltwerk des Registrierapparates ausführen lassen. Die Umlaufzeit der
Nockenscheibe 16 muß dann so gewählt werden, daß die Schaltung und Registrierung
noch kurze Zeit, z. B. einige Sekunden vor Schließung des Kontaktes 17 durch die
Nockenscheibe 16 erfolgt. Es ist aber auch möglich, den Kontakt 17 durch das Zeitschaltwerk
des Registrierapparates zu betätigen.
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Da die Kontakte in den Steigrohren durch Oxydation mit Luft oder durch
Zersetzung der zu messenden Gase manchmal verunreinigt werden und hierdurch Fehlanzeigen
wegen verzögerter Kontaktgebung eintreten können, wird zweckmäßig die Oberfläche
der Sperrflüssigkeit mit einer nicht leitenden Flüssigkeitsschicht, beispielsweise
Kreosotöl, bedeckt, so daß während der Kontaktgabe die Kontakte von den Gasen nicht
mehr umspült werden.
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Statt durch Magnetspulen können die Widerstände 8, 9 auch durch Federn
oder über Relais ent- und gekuppelt werden. Gewünschtenfalls kann man auch Widerstände
mit Schleifkontakt verwenden.