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Einrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichtes von Gasen Bei
zahlreichen auf dem Strömungsprinzip beruhenden Gaswaagen wird die Gasgeschwindigkeit
in einer Einschnürung konstant gehalten und der an dieser Einschnürung entstehende
Druckverlust als Kenngröße für das spezifische Gewicht des Gases benutzt. Die Konstanthaltung
der Gasgeschwindigkeit ist praktisch nicht einfach durchzuführen. Kleine Schwankungen
der Gasgeschwindigkeit können zu großen Fehlern der Messung Anlaß geben. Man hat
daher verschiedentlich versucht, auf dem Strömungsprinzip beruhende Gaswaagen zu
konstruieren, bei denen man auf eine Konstanthaltung der Gasgeschwindigkeit verzichten
kann. Z. B. sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das zu untersuchende Gas durch
eine einfache Drosselstelle (Staurand, Düse o. dgl.) und durch eine Kapillare geschickt
wird. Aus dem Druckabfall an den beiden Drosselstellen läßt sich das spezifische
Gewicht des Gases ermitteln. Die Verwendung von Kapillaren bringt aber mancherlei
Schwierigkeiten mit sich, besonders bei der Messung nicht ganz reiner Gase. Außerdem
wird der Druckverlust durch die Zähigkeit des zu untersuchenden Gases beeinflußt
und so die Ermittlung des spezifischen Gewichtes erschwert.
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Im folgenden soll eine Gaswaage beschrieben werden, bei der nur einfache
Drosselstellen benutzt werden, ohne d@aß dabei die Gasgeschwindigkeit konstant gehalten
werden muß. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das zu untersuchende Gas
mit Luft oder einem anderen Gase von bekanntem spezifischen Gewicht zu mischen und
dabei Gas, Luft und das Gasluftgemisch durch je eine Drosselstelle zu schicken.
Durch Druckmessungen an den einzelnen Drosselstellen wird das spezifische Gewicht
ermittelt. Aus den Gleichungen, welche die Beziehungen zwischen Druckverlust, Gasgeschwindigkeit
und spezifischem Gewicht angeben, lassen sich verschiedene Größen eliminieren, und
es läßt sich folgende Endgleichung ableiten:
Darin ist y, das spezifische Gewicht des Gases, yL das spezifische Gewicht der Luft
und K ein Faktor, welcher nur von dem Druck vor und hinter den einzelnen Drosselstellen
abhängt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Durch den Staurand z fließt Gas, durch den Staurand 2 Luft. Gas und
Luft mischen sich im Raum R und strömen von dort durch den Staurand 3. Gas und Luft
können bei dem Beispiel nach Abb. r unter beliebigem Überdruck eintreten und das
Gemisch unter beliebigem Druck austreten. Mit jedem Staurand steht ein Differenzdruckmesser
(Ml, M2 M-") in Verbindung. Aus der Anzeige dieser drei Meßgeräte läßt sich der
Faktor K bzw. das spezifische Gewicht berechnen. Da hinter dem Staurand z und 2
und vor dem Staurand
3 derselbe Druck herrscht, so würde man durch
eine einfache Druckmessung an vier Stellen, nämlich vor Staurand i und 2 und vor
und hinter Staurand 3, dasselbe erreichen können. Die beschriebene Anordnung eignet
sich besonders für Einzelmessungen.
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Für eine Dauermessung oder eine schreibende Anzeige des spezifischen
Gewichtes kann man einzelne Druckmessungen durch Verwendung von Druckreglern ersetzen.
Ein Beispiel zeigt Abb. 2. Das Gas tritt unter geringem Überdruck in die Gaswaage
ein und entweicht z. T. durch die Leitung L, welche mit der Atmosphäre in Verbindung
steht. Die Gaszufuhr wird so eingestellt, daß am Ende der Leitung L eine kleine
Flamme brennt. Vor Staurand i herrscht dann Atmosphärendruck. Die Luft wird durch
"Staurand 2 gus der Atmosphäre angesaugt. Gas und Luft mischen sich wieder im Raume
R und werden durch Staurand 3 abgesaugt. Der Druck im Saugraum S wird durch einen
Regler konstant gehalten. Von den vier oben erwähnten Drucken, die zur Berechnung
des spezifischen Gewichtes erforderlich sind, ist jetzt nur noch der Druck im Raume
R veränderlich. Durch Messung und Registrierung dieses Druckes ist das spezifische
Gewicht gegeben.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß Ungenauigkeiten des Reglers
die Messung sehr stören.
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Eine Möglichkeit zur weitgehenden Ausschaltung dieser Ungenauigkeiten
besteht darin; däß man in bekannter Weise das Differenzdruckverhältnis anstatt der
einzelnen Drucke mißt. Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Ringwaagen
zur Messung benutzt werden. Die Drucke des Gases und der Luft vor dem Staurand i
und. 2 können hier schwanken, doch wird durch einen Regler dafür gesorgt, daß diese
Drucke untereinander stets gleich bleiben. Im übrigen wird die in Abb. i beschriebene
Anordnung benutzt. Gas und Luft treten unter Überdruck ein oder das Gemisch wird
abgesaugt. Der Differenzdruck am Staurand 2, welcher demjenigen am Staurand i gleich
ist, wirkt auf den Ringwaagenkörper W" ., der Differenzdruck am Staurand 3 auf den
Ringwaagenkörper 1T3. Beide Ringwaagen sind durch einen Faden f miteinander verbunden.
Dieser läuft über eine mit einem Zeiger versehene Rolle. Wenn sich die Ringwaagenkörper
bewegen, verändert sich die Länge der wirksamen Hebelarme bzw. das Übersetzungsverhältnis.
Für jedes Differenzdruckverhältnis gibt es nur eine Gleichgewichtsstellung der Ringw
aagenkörper; andererseits ist der Faktor K bzw. das spezifische Gewicht des Gases
durch das Differenzdruckv erhältnis eindeutig bestimmt, so daß der mit der Rolle
verbundene Zeiger unmittelbar das spezifische Gewicht anzeigen kann. Der absolute
Druck vor den Staurändern i und 2 und hinter dem Staurand 3 spielt in diesem Falle
überhaupt keine Rolle. Gas und Luft müssen nur unter gleichem -Druck in die Gaswaage
eintreten. Entspannt man beide auf Atmosphärendruck, so ist auch ein Regler, der
ihre Drucke untereinander gleich erhält, nicht mehr nötig.
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Durch geeignete Wahl der Staurandabmessungen und der einzelnen Vordrucke
läßt sich die Abhängigkeit des Faktors K von dem Druckabfall an den einzelnen Drosselstellen
so beeinflussen, .daß einer großen Veränderung des Druckes eine kleine Änderung
des Faktors K entspricht, wodurch eine genaue Messung möglich wird. In gewissen
Bereichen ist der Zusammenhang zwischen dem Faktor K und dem gemessenen Druck bzw.
Druckverhältnis beinahe linear.
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Es sind noch zahlreiche andere Ausführungsformen des oben erläuterten
Gedankens möglich. Z. B. kann man das Gas auf einen bestimmten Druck bringen und
die Luft in einer Düse ansaugen oder umgekehrt. Auch hierbei bestehen zwischen dem
Volumen, dem Gewicht und der Strömungsenergie des Gases, der Luft und des Gemisches
bestimmte Beziehungen, aus denen man das spezifische Gewicht des Gases ermitteln
kann. Ein besonderer Vorteil der oben beschriebenen Gaswaage besteht darin, daß
das spezifische Gewicht, bezogen auf Normalkubikmeter, angezeigt werden kann, wenn
man Gas und Luft mit gleichem Druck und--gleicher Temperatur in die Gaswaage eintreten
läßt. Dadurch wird die Gaswaage besonders geeignet für Messungen, bei denen bestimmte
Eigenschaften des Gases, die mit dem spezifischen Gewicht in gesetzmäßigem Zusammenhang
stehen, zu ermitteln sind, z. B. der Kohlensäuregehalt des Rauchgases oder in bestimmten
Grenzen der Heizwert des Kokereigases. Eine besondere Bedeutung kommt der beschriebenen
Strömungsgaswaage bei der Regelung eines aus mehreren Gasen bestehenden Gemisches
zu, z. B. bei der Regelung des Gasluftgemisches in Gasbrennern oder des Gichtgas-Kokereigemisches
bei Mischgasbeheizung USW.