DE542722C - Eichwaage - Google Patents

Description

Bei der Eichung von Meßinstrumenten und Reglern für Gase bereitet es Schwierigkeiten, sehr kleine Druckunterschiede von bestimmter Größe oder größere mit besonders hoher Genauigkeit herzustellen. Für die Eichung von Manometern sind Einrichtungen bekannt, bei denen eine Druckflüssigkeit auf einen mit Gewichten belasteten Kolben und zugleich auf das zu eichende Manometer wirkt und bei denen eine durch Gestänge mit dem Kolben verbundene Steuerung für selbsttätige Ergänzung der Druckflüssigkeit sorgt, sobald der Kolben zu tief einsinkt. Diese Eichwaagen sind für den Gebrauch mit Luft und für kleine Drucke nicht genau genug, weil, abgesehen von der Reibung, zusätzliche und von der eingestellten Belastung nicht abhängige Stellkräfte auftreten, wenn sich der Druck vor der Steuerung ändert oder wenn ein gewisser Flüssigkeitsverlust in den Leitungen entsteht. Für die Herstellung kleiner, genau definierter Druckunterschiede ist auch das Verfahren bekannt, mit Hilfe einer normalen Balkenwaage, an deren einer Schale eine Tauchglocke hängt, den unter diese Glocke geleiteten Druck auszuwiegen und durch Zu- oder Ablassen von Luftvolumen die Waage in der Nullage und damit die Glockenwand in konstanter Tauchtiefe zu halten. Da bei diesem Verfahren das Luftvolumen eingeschlossen ist und keine selbsttätige Steuerung für dessen Regelung und für die Erhaltung der Nullage der Waage vorgesehen ist, erfordert es beständige und aufmerksame Beobachtung und Bedienung, ermöglicht also keine objektive und dauernd genaue Anwendung.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden durch Verwendung einer selbsttätigen möglichst reibungs- und rückwirkungsfrei arbeitenden Betriebsluftsteuerung in Verbindung mit einer Einrichtung, die das System indifferent macht, so daß die Waage nicht nur in einer Nullage, sondern in jeder beliebigen Lage im Gleichgewicht bleibt, und mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich von Temperaturwirkungen.

Die Eichwaage nach der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus einer verschiebbaren Wand, vorzugsweise einer durch Flüssigkeitsverschluß abgedichteten Glocke k von bestimmtem wirksamem Querschnitt, die sich auf und ab bewegen kann. Das Eigengewicht der Glocke wird durch ein Gegengewicht unter Vermittlung eines Hebels g, durch einen Auftriebskörper s, eine Feder o. dgl. aufgewogen. Belastet man diese Glocke, während der Raum unterhalb (oder oberhalb) derselben geschlossen ist, so entsteht ein Druck (oder Unterdruck), dessen

Größe durch Querschnitt und Belastung α bestimmt ist. Schließt man den zu eichenden Apparat an, so erhält dieser den gleichen Druck, den man durch Änderung der Belastung α beliebig einstellen kann. Findet die Eichung nicht bei geschlossenen Räumen statt oder verbraucht die angeschlossene Apparatur mehr Luft, als das Hubvolumen der Glocke herzugeben vermag, so muß man to durch ständige Zufuhr neuer Betriebsluft dafür sorgen, daß die Glocke in der Schwebelage verbleibt. Dies kann in der Weise geschehen, daß beispielsweise ständig im Überschuß Betriebsluft zuströmt und daß die Glocke ein Ventil o. dgl. so weit öffnet, daß der. Überschuß bei Erreichung eines gewissen Starides der Glocke entweicht oder daß die sinkende Glocke Betriebsluft einläßt, sobald sie eine gewisse tiefste Lage erreicht hat. Die beschriebene Einrichtung hat folgende Fehler, deren Beseitigung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Zufuhr von Betriebsluft unter die Glocke mit Hilfe der dafür gebräuchlichen Ventile, Hähne, Klappen ο. dgl. bedingt entweder eine beträchtliche Reibung oder die Überwindung einer Reaktionskraft, die je nach der Bewegungsrichtung die Glocke be- oder entlastet und damit den erzeugten Druck fälscht. Diese Rückwirkung wird nach der vorliegenden Erfindung vermieden durch Verwendung einer Leitvorrichtung b, die mit Spielraum, also ohne Reibung, über Zuführungs- (p) und Aufnahmeöffnungen q gleitet und die Betriebsluft von der einen in die andere Öffnung mehr oder weniger überleitet. Diese Einrichtung übt auf die Glocke keine Rückwirkung aus. Wenn als Zwischenglied ein sorgfältig gelagerter Waagebalken benutzt wird, so ist die verbleibende schädliche Reibung auf das bei empfindlichen Waagen übliche verschwindend geringe Maß beschränkt.

Eine weitere Fehlerquelle besteht darin, daß die Glocke eine gewisse Wandstärke besitzt und daß diese Wand je nach der Höhenlage der Glocke mehr oder weniger Auftrieb erleidet. Die Höhenlage ist aber unbestimmt. Ist die belastende Kraft beispielsweise eine Zugfeder, deren Spannung durch Längenänderung verändert wird, so muß die Glocke im Gleichgewichtszustande ihre Höhenlage ändern. Ebenso ändert sich die Höhenlage, wenn der Druck der Betriebsluft schwankt, weil dann die Leitvorrichtung b eine andere Stellung einnimmt. Um diese störenden Einflüsse auszuschalten, benutzt die vorliegende Erfindung den Umstand, daß der Waagebalken sich mit der Glocke zugleich bewegt und daß eine an einem gewissen Hebelarm angreifende Kraft 0, deren Richtung im Gleichgewichtszustande durch die Drehachse geht und dabei kein Moment erzeugt, ein mit dem Sinus des Neigungswinkels proportional wachsendes Moment ergibt. Da auch der Zuwachs des Wandauftriebes bzw. der Federspannung dem Sinus des Neigungswinkels proportional ist, erzielt man* durch passende Wahl dieser Kraft einen vollkommenen Ausgleich des Wandauftriebs oder sonstiger der Höhenlage proportionaler Störungskräfte. Diese Anordnung in Verbindung mit Eichwaagen der beschriebenen Art ermöglicht in erster Linie die Erreichung einer hohen Genauigkeit.

Wenn das Gewicht der Glocke durch Tragschwimmer s aufgehoben wird, findet eine beträchtliche Flüssigkeitsverdrängung statt, die wiederum bei Temperaturänderungen verschiedenen Auftrieb und damit eine Fälschung der Glockenbelastung ergibt. Diese Fehlerquelle wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch ausgeschaltet, daß am Waagebalken an einem dem Angriffshebelarm entgegengesetzten Hebel ein Verdränger J₁ angehängt wird, dessen Auftriebsmoment demjenigen des Tragschwimmers s und der sonstigen fiüssigkeitsverdrängenden Teile gleich, aber entgegengesetzt gerichtet ist, so daß sich Temperaturänderungen, welche beide Verdränger s und S₁ zugleich betreffen, gegenseitig aufheben.

Die Eichwaage mit den beschriebenen drei Hauptmerkmalen, der rüekwirkungsfreien Steuerung, dem Ausgleich der durch Lageänderungen bewirkten Störungskräfte und dem Temperaturausgleich, ergibt in geeigneter Anordnung Drucke, die von Null an mit einem Fehler in der Größenanordnung von nur 0,001 mm WS der Belastung entsprechen.

Die Ausführungsform kann im einzelnen der praktischen Bestimmung entsprechend verschieden sein. Der Endzweck ist immer die Erzielung eines Druckes, Unterdruckes oder Druckuriterschiedes h in alleiniger Abhängigkeit von einer belastenden Kraft a. Diese Kraft α ist ein beliebig abstufbares Gewicht oder eine Feder von einstellbarer Spannung, eine Glocke o. dgl., die an einem bestimmten oder einstellbaren Hebelarm wirkt. Die Kraft, welche die Lageänderungen berichtigt, kann ein Gewicht 0, eine Feder, der Auftrieb eines Schwimmers o. dgl. sein, nur muß diese Kraft in einer gewissen Entfernung vom Drehpunkt/ angreifen, und ihre Richtung muß in der Mittellage durch ihn (/) hindurchgehen.

In Abb. ι ist eine Eichwaage dargestellt, die durch Gewichtsbelastung α einen genau definierten Druck h erzeugen soll, um damit andere Instrumente zu eichen. Ein Tragkörper j ist so bemessen, daß sein Auftrieb

das Gewicht der an einer gemeinsamen senkrechten Stange mit ihm verbundenen Glocke k und Waageschale mehr als aufhebt, so daß diese Stange, die oben eine Spitze trägt, sich kraftschlüssig und frei drehbar gegen eine am Waagebalken g sitzende Kegelpfanne abstützt. Der Schwerpunkt des ganzen Systems ist so tief gelegt, daß ein stabiles Schwimmen gewährleistet ist und Führungen der Stange

xo entbehrlich werden, die andernfalls schädliche Reibung ergeben könnten. Durch Austarieren wird das Gewicht des beweglichen Systems so eingestellt, daß es in jeder Lage im indifferenten Gleichgewicht ist. Legt man ein Gewicht α auf die Waageschale, so sinkt die Leitvorrichtung b und läßt aus der Zuführungsöffnung p Druckluft nach der Aufnahme-Öffnung q und unter die Glocke k strömen, bis der Druck h dem Gewicht α entspricht. Durch

ao das Sinken der Glocke k wird deren Wandauftrieb größer, zugleich neigt sich aber das Gewicht 0 nach rechts und belastet den Waagebalken, so daß die Gesamtbelastung der Glocke unverändert bleibt. Steigt die Temperatur, so werden ί und J₁ schwerer; da ihre Momente gleich und entgegengesetzt sind, erleidet die Glockenbelastung keine Änderung. In der gezeichneten Schaltung erzeugt die Eichwaage nur Überdruck. Schließt man aber das zu prüfende Instrument h an den Raum oberhalb der Glocke k an, verbindet diesen Raum mit der Leitung q und den Raum unterhalb der Glocke mit dem Freien, so entsteht Unterdruck, wenn bei p abgesaugt wird. In analoger Weise entsteht Druckunterschied, wenn das Prüf objekt h zwischen beide Räume ober- und unterhalb der Glocke geschaltet wird. Die Eichwaage ist mit Einrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen, zum Ablesen des Druckes in den beiden Räumen, Hähnen zur Ausführung der erforderlichen Schaltung und sonstigen zweckmäßigen Vorkehrungen ausgerüstet. In Sonderbauarten tritt an die Stelle der Waageschale ein Hebel mit einem Laufgewicht, eine Zugfeder oder ein Meßgefäß für Flüssigkeitsbelastung. Da der Druck unter der Glocke sich nicht ändert, wenn aus diesem Raum Luft nach außen entweicht, weil die Steuerung immer so viel nachströmen läßt, daß dieser Druck erhalten bleibt, kann die Eichwaage auch zum Eichen bzw. Vergleichen von Meßdüsen u. dgl. oder als Druckregler benutzt werden.

In Abb. 2 ist eine Eichwaage dargestellt, bei der die Belastung α der Glocke k durch einen bestimmten anderweit gemessenen Gasdruck mit Hilfe einer Glocke erfolgt. Sie dient dazu, einen jenem Gasdruck proportionalen Druck des bei p zuströmenden Hilfsfiuidums zu erzeugen, beispielsweise um bei t und u gleiche Ausströmmengen zu erzielen.

Die Einrichtungen für die Fehlerberichtigung sind die gleichen wie oben beschrieben.

In Abb. 3 ist ein Beispiel für die Anwendung einer Feder als belastende Kraft α eines Kolbens an Stelle der Glocke k und einer beliebigen anderen Steuerung des Hilfsfiuidums dargestellt.

Diese Steuerung ist nur insofern rückwirkungsfrei, als keine schädliche Reibung auftritt. Die Reaktionskraft des aus q unter die Kugel b austretenden Strahls ist aber bei konstantem Hilfsfluidumdruck allein von der Lage des Waagebalkens abhängig und kann beispielsweise durch das Gewicht 0 in der gleichen Weise berichtigt werden wie in den oben beschriebenen Beispielen der Glockenwandauftrieb oder die Längenänderung der Feder f.

Claims (4)

80 Patentansprüche:

1. Eichwaage zur Herstellung vorzugsweise kleiner Druckunterschiede mit großer Genauigkeit, bei der der Druckunterschied eines gasförmigen Hilfsstromes der einstellbaren Belastung einer verschiebbaren Wand selbsttätig entgegenwirkt, gekennzeichnet durch die Anordnung eines mit der beweglichen Wand, wie Tauchglocke, Membran, Kolben, gb Ringwaage o. dgl., verbundenen Waagebalkens (§"), der in an sich bekannter Weise zur Herstellung des indifferenten Gleichgewichtes über dem Drehpunkt mit einem Ausgleichgewicht (0) versehen ist, eine an sich bekannte selbsttätige Steuerung (b) für den Hilfsstrom betätigt und an dessen einem Arm ein Temperaturkompensator, beispielsweise ein in einer Flüssigkeit untergetauchter Verdränger (S₁), an- ioo greift, dessen Auftriebsänderungen diejenigen der übrigen flüssigkeitverdrängenden Teile bei Temperaturschwankungen ausgleichen.

2. Eichwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des indifferenten Gleichgewichts an Stelle des Ausgleichgewichtes (o) der Auftrieb eines in einer Flüssigkeit untergetauchten Verdrängers oder die Kraft einer gespannten Feder dient.

3. Eichwaage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Waagebalken wirkenden beweglichenTeile (a, k, s) durch eine gemeinsame senkrechte Stange verbunden sind, die an ihrem oberen Ende eine Spitze trägt, mit der sie sich in einer Kegelpfanne am Waagebalken zentriert, und daß der Angriffspunkt des'Auftriebes eines Tragkörpers (s) höher liegt als der gemeinsame Schwerpunkt des Ganzen, so daß sich die

Stange in senkrechter Lage im stabilen Gleichgewicht befindet (Abb. i).

4. Eichwaage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume ober- und unterhalb der Glocke (fe) durch Hähne mit der Hilfsstromsteuerung verbunden sind, so daß je nach der Stellung dieser Hähne Unterdruck, Überdruck oder Druckunterschied erzeugt werden kann (Abb. 1).

Hierzu ι Blatt Zeichnungen