DE553433C - Vorrichtung zum Messen von Schwingungen - Google Patents

Vorrichtung zum Messen von Schwingungen

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DE553433C
DE553433C DEP60302D DEP0060302D DE553433C DE 553433 C DE553433 C DE 553433C DE P60302 D DEP60302 D DE P60302D DE P0060302 D DEP0060302 D DE P0060302D DE 553433 C DE553433 C DE 553433C
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measuring device
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector

Description

  • Vorrichtung zum Messen von Schwingungen Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Messen von Schwingungen mit Hilfe einer Flüssigkeit, die in einem eine Verengungsstelle aufweisenden Gefäß enthalten ist, und besteht im wesentlichen darin, daß an die \"erengungsstelle ein :Nanometer angeschlossen ist. Dieses Marometer zeigt dann die von Schwingungen erzeugten Druckschwankungen der Flüssigkeit in der Verengung an, deren Ausschlag somit ein Maß für die Schwingungsenergie darstellt. Die Vorrichtung kann ortsfest oder -beweglich ausgeführt sein.
  • Der Erfinder hat festgestellt, daß in einer derartigen Vorrichtung bei Änderung der Richtung der Strömung im Hauptrohr der Ausschlag der Flüssigkeitssäule im Manoineterrolir stets in derselben Richtung erfolgt, (laß aber bei gleicher Grüße der Strömung in dieser oder jener Richtuni; nn Hauptrohr ein Ausschlag verschiedener Größe, aber in gleicher Richtung iin Manometerrohr entsteht. Hieraus ergibt sich, daß die Vorrichtung bei .ehr schnellem Wechsel der Strömungsrichtung im Hauptrohr einen Ausschlag im Manoineterrohr aufweist, der dein Mittelwert der verschiedenen Anzeigen im 'Manometeren entspricht.
  • Dieser Ausschlag gibt demnach ein Maß für die Energie des seine Richtung wechselnden Flüssigkeitsstromes und kann daher zur Messung von Schwingungen verwendet werden.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen die Abb. i, 2, 3 in vertikalen Schnitten drei gemäß der Erfindung ausgeführte Vorrichtungen zum Bestimmen der vertikalen Komponente einer Schwingungsbewegung, Abb. 4. teils in vertikalem Schnitt, teils in Ansicht eine gemäß der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zum Bestimmen der waagerechten Komponente einer Schwingungsbewegung, Abb. 5 und 6 Schnitte einer gemäß der Erfindung ausgeführten Meßvorrichtung in zwei verschiedenen Lagen, die je nach ihrer Lage zum Bestimmen der waagerechten (Abb. 5 ) oder der vertikalen (Abb. 6) Komponente einer Schwingungsbewegung verwendbar ist, Abb. 7 in Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, durch das zu gleicher Zeit drei zueinander senkrechte Komponenten einer Schwingung feststellbar sind, Abb.8 in vertikalem Schnitt und teilweise in Ansicht ein letztes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, das zum Messen und Aufzeichnen der waagerechten Komponente einer Schwingung dient.
  • In Abb. i ist eine Vorrichtung dargestellt, die zum Bestimmen der vertikalen Schwingungskomponente dient. Ein Rohr a aus einem mehr oder weniger widerstandsfähigen Werkstoff, beispielsweise aus Hartglas oder aus Metall, besitzt an einem beliebigen Punkt eine Verengung a°. Das Rohr a mündet an seinem oberen Ende in einen dicht abgeschlossenen oder offenen Behälter a° und ragt an seinem unteren Ende in einen ebenfalls dicht abgeschlossenen Behälter a11 mit einem verhältnismäßig großen Rauminhalt hinein und endet in einer vorbestimmten Entfernung von dessen unterer Wand. Weiterhin mündet in das Rohr a in einer engen öffnung a110, die an der eingeschnürten Stelle a2 des Rohres a1 vorgesehen ist, das eine Ende eines Rohres dl, das aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt ist und an seinem anderen Ende in den Behälter a1 mündet. Die Verengung besitzt Auskehlungen von einem verhältnismäßig großen Halbmesser; außerdem ist eine geringe Konizität gewählt, ebenso wie es bei Ventürirohren der Fall ist, die zum Messen der Ausflußgeschwindigkeiten verwendet werden.
  • Durch irgendwelche nicht näher dargestellte Mittel führt man in die Vorrichtung eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, sowie ein Gas, beispielsweise Luft, ein. Die Vorrichtung ist dann in ihrer Betriebslage, wenn das Rohr a sich in seiner senkrechten Lage und der Behälter a11 sich am unteren Ende des Rohres befindet. Die Flüssigkeitssäule im Rohr a. wird dann durch die in den Behälter a11 eingeschlossene verdichtete Luft im Gleichgewicht gehalten.
  • Zum Messen der vertikalen Komponente von Schwingungsbewegungen kann man auch die in Abb. 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen verwenden, von denen die erste in derselben Weise ausgeführt und mit Flüssigkeit und Gas gefüllt ist wie die an Hand der Abb. i beschriebene. Die beiden Vorrichtungen unterscheiden sich jedoch dadurch, daß zwei Flüssigkeiten verwendet werden, die sich nicht miteinander mischen können und außerdem verschiedenes spezifisches Gewicht besitzen. Es wird so viel leichte Flüssigkeit eingeführt, daß die obere Mündung des Rohres a1 im Behälter a1 von der Flüssigkeit abgeschlossen ist, daß jedoch noch eine gewisse Luftmenge oberhalb des Spiegels der leichteren Flüssigkeit vorhanden ist.
  • Auf diese Weise ist unter Zuhilfenahme einfachster Mittel ein Manometer mit vergrößerter Anzeige hergestellt, das den in der Verengung a2 jeweils herrschenden Druck in genauester Weise anzeigt. Bezeichnet dl das spezifische Gewicht der schweren Flüssigkeit, d= das spezifische Gewicht der leichten Flüssigkeit, hl die Absenkung des Flüssigkeitsspiegels bei einer gemäß Abb. i ausgeführten Vorrichtung und lz°- die unter gleichen Umständen festgestellte Absenkung bei einer Ausführung gemäß Abb. :2, so gilt folgende Gleichunz: Hierdurch wird offenbar, daß durch zweckmäßige Auswahl der spezifischen Gewichte der Flüssigkeit ein bei sonst gleichen Verhältnissen vergrößerter Ausschlag erzeugt werden kann.
  • Bei dem in Abb.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstatt des Luftpolsters im unteren Behälter a11 eine elastische -Membran a3 vorgesehen, die aus Kautschuk oder einem dünnen Metallblättchen bestehen mag und als untere Wand des Behälters ausgebildet ist. Das Metallblättchen ist vorzugsweise gewellt ausgeführt. 'Um ein Ausfließen d I' , er , lüssigkeit, das beim Umstürzen der Vorrichtung eintreten könnte, zu vermeiden, kann man die obere Öffnung des Behälters a1 durch eine zweite Membran al, die in derselben Weise ausgeführt ist wie die untere Membran a3, abschließen. Die Vorrichtung wirkt im übrigen in derselben Weise wie die an Hand der Abb. i beschriebene.
  • Im Ruhezustand befindet sich die Flüssigkeit im Behälter a11 in der Höhenlage x, im Rohr a in der Höhenlage y und im Rohr a1 in der Höhenlage z. Infolge der Kapillarwirkungen können die Höhenlagen y und z um einen gewissen Betrag voneinander verschieden sein.
  • Wird eine an Hand der Abb. i bis 3 beschriebene Vorrichtung in ihre vertikale Lage gebracht und mit einem hin und her schwingenden Gestell fest verbunden, so sinkt der Flüssigkeitsspiegel des alsManometer dienenden Rohres a1 in bezug auf den Flüssigkeitsspiegel des Rohres a.. Diese Veränderung der gegenseitigen Höhenlage der Flüssigkeitsspiegel rührt daher, daß die relative Energie der Flüssigkeitssäule (herrührend von ihrer Trägheit) im Rohr a in der Verengung vervielfältigt wird, oder, mit anderen Worten, je größer die Amplitude der Schwingung ist und je mehr Schwingungen pro Zeiteinheit auftreten, je größer also die Schwingungsenergie ist, desto mehr wird der Flüssigkeitsspiegel im Rohreal sinken.
  • Soll anstatt der vertikalen Schwingungskomponente die waagerechte gemessen werden, so nimmt man Zuflucht zu einem an beiden Enden umgebogenen, in sich geschlossenen Rohr a, das ebenfalls aus Hartglas oder einem Metall hergestellt sein mag (Abb. q.). In derselben Weise wie bei den an Hand der Abb. i bis 3 beschriebenen Vorrichtungen führt man in dieses Rohr Flüssigkeit ein. Auch ist eine üffnung a°°° durch eine Verengung a= gebohrt, in die das eine Ende eines U-förmigen Rohres a1 mündet. Das andere Ende des Rohres a1 mündet im Rohr a in einer flüssigkeitsfreien Stelle.
  • Durch nicht näher dargestellte Mittel führt man Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in (las Rohr a. ein, so daß die Verengung a= vollkommen in Flüssigkeit eintaucht. Im Gas, (las in diesem Falle ebenfalls Luft sein mag, kann übrigens ein beliebiger, also auch ein höherer oder ein niedriger Druck als normal herrschen.
  • Die derart hergestellte Vorrichtung wird in die Lage gebracht, in der das untere Ende des U-förmigen Rohres sich an der tiefsten Stelle der @'orrielltung befindet. Sie wird sodann an einem Gestell befestigt, das an den zu messenden Schwingungen teilnimmt. Wenn nunmehr Schwingungskomponenten in waagerechter Richtung auftreten, so kann inan feststellen, daß der Flüssigkeitsspiegel ini inatioinetrischen Rohr a1 ebenso wie bei den in Abb. i bis 3 beschriebenen Vorrichtungen in Abhängigkeit von der Energie der waagerechten Komponente der Schwingungen sinkt.
  • In Abb. ; und 6 ist eine abgeänderte Ausführung der an Hand der Abb. 4. beschriebenen Vorrichtung erläutert, die nacheinander zum Messen der vertikalen und der waagerechten Schwingungskomponente verwendet «-erden kann. Zu diesem Zweck ist in den flüssigkeitsfreien Teil des Rohres a eine bewegliche Sperrvorrichtung, beispielsweise ein Hahn b, vorgesehen. Das manometrische Rohr ist ebenso wie bei der an Hand der Abb. 4. beschriebenen Einrichtung U-förmig ausgeführt, jedoch schneidet der in den flüssigkeitsfreien Teil des Rohres a mündende Schenkel die Achse der Verengung a= in einem Winkel von 45°. Will man nunmehr die waagerechte Komponente der Schwingungsbewegung messen, so bringt man die Vorrichtung in die in Abb. 5 gezeigte Lage, in der das Rohr a1 sich an der tiefsten Stelle der Vorrichtung befindet, und öffnet den Hahn b. Der f# lüssiglceitsspiegel befindet sich dann ini Rohr a. in der Höhenlage y und ini Rolir a1 in der Höhenlage z, und die Vorrichtung kann in derselben Weise verwendet werden',' wie es bereits an Hand der Abb..@ beschrieben worden ist.
  • Will man jedoch die vertikalen Bewegungskomponente der Schwingungen messen, so schließt nian den Hahn b und bringt die Vorrichtung in die in Abb. 6 gezeigte Lage, in der die Achse der Verengung a= senkrecht und der freie Schenkel des Rohres a1 nach dein oberen Teil der Vorrichtung zti gerichtet ist. Die Flüssigkeitsspiegel im Rohr a. befinden sich dann in den Punkten :r und Y und im Rohr a1 im Punkt z. Die Vorrichtung kann dann in derselben Weise zum Messen der vertikalen Schwingungskomponente verwendet werden wie die an Hand der Abb. i beschriebene.
  • Anstatt die Trägheit einer Flüssigkeitssäule allein zum Erzeugen von Flüssigkeitsbewegungen in der Verengung a2 heranzuziehen, kann man mindestens teilweise die Trägheit eines festen Körpers hierzu verwenden. Der feste Körper steht in diesem Falle über eine elastischeMembran mit aerFlüssigkeit in Verbindung.
  • Die an Hand der Abb. i bis 6 beschf iebenen Vorrichtungen gestatten im übrigen in einem Augenblick nur die Beobachtung einer einzigenKomponente der Schwingungsbewegung. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird man eine Vorrichtung verwenden, die gestattet, gleichzeitig alle drei interessierenden, zueinander senkrecht gerichteten Komponenten der Schwingungsbewegung zu überwachen, wie sie in Abb. ; dargestellt ist.
  • An einem Rahmen c ist unter Vermittlung mehrerer Federn eine Masse d von beliebigem Gewicht aufgehängt, die in bezug auf den Rahmen verschiedene Lage einnehmen kann. Schrauben e ermöglichen die Einstellung der Lage des Rahmens c.
  • Weiterhin sind drei einzelne Meßvorrichtungen vorgesehen, von denen jede aus einem Rohr a mit einer Verengung a= besteht, an welch letztere ein manoinetrisches Rohr a1 angeschlossen ist. Die einen Enden der Rohre sind vertikal angeordnet und münden in die Atmosphäre. Die anderen Enden sind an biegsame Behälter f angeschlossen, die in derselben Weise wie Vidische Kapseln ausgeführt sein können und in die das Rohr a in unmittelbarer Nachbarschaft der Verengung a' mündet. Die Behälter f stehen mit der Gewichtsmasse d in Verbindung, ohne jedoch deren Bewegung zu hindern. Hierzu dienen Verbindungsstücke ä, die in Richtung der entsprechenden, zu untersuchenden Schwingungskomponenten bewegt werden. Wird Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in die Rohre a eingeführt, so sind zunächst die elastischen Behälter f von Flüssigkeit gefüllt. In dem Rohr a befindet sich der Flüssigkeitsspiegel in der Höhenlage V, in dein manonietrischen Rohr a1 in der Höhenlage N.
  • Die Einstellschrauben ruhen auf einer Vorrichtung, die an der Schwingungsbewegung teilnimmt. Es ist offensichtlich, daß die vertikale Schwingungskomponente auf den biegsamen, liegenden Behälter f und die 1v aagerechten Komponenten auf die beiden vertikalen Behälter f einwirken, derart, daß der Behälter Stöße auf die Flüssigkeit ausübt, die dann durch die Verengung a- der Rohre weitergeleitet werden, wodurch wiederum in dem manometrischen Rohr a1 eine Herabsetzung des Flüssigkeitsspiegels erzeugt wird. Die Höhe der Absenkung hängt von der Schwingungsenergie, insbesondere von: der Schwingungszahl und der Schwingungsamplitude ab.
  • Abb.8 zeigt eine besondere Ausführung eines biegsamen Behälters, der in diesem Falle ebenfalls als Vidische Kapsel ausgebildet ist und beispielsweise zum Bestimmen der waagerechten Schwingungskomponente dient. Die Verengung a= befindet sich nicht außerhalb, wie es bei den Ausführungen der Abb. i bis 7 der Fall ist, sondern zwischen den beiden biegsamen Wänden des Behälters. Das Rohr a mündet in einem beliebigen Punkt in das Innere des Behälters, jedoch nicht in die Verengung, während das manometrische Rohr durch diese Verengung hindurchgeführt ist.
  • Die Gewichtsmasse d besitzt eine innere Bohrung, in die der am Rahmen c befestigte Behälter veränderbaren Volumens f eingeführt ist.
  • Unabhängig von der zur Verwendung gelangenden Vorrichtung kann man anstatt eines Rohres irgendein anderes Manometer verwenden. So ist beispielsweise in Abb. 8 ein Manometer dargestellt, das die Anzeigen einer oder mehrerer barometrischerBehälter niederschreibt. Das Manometer ist durch einen biegsamen Schlauch j mit der Verengung a'-verbunden und an einem Träger i derart befestigt, daß seine Höhenlage ohne weiteres nach Belieben eingestellt werden kann. Hierdurch kann man leicht die Nullage des Manometers mit der der Anzeigefeder in Übereinstimmung bringen.
  • Die Vorrichtung ist im übrigen nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie kann insbesondere beweglich oder ortsfest ausgebildet sein, und es können auch einige oder mehrere Kombinationen der beschriebenen Ausführung ohne weiteres angewendet werden.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum Messen von Schwingungen mit Hilfe einer Flüssigkeit, die in einem eine Verengungsstelle aufweisenden Gefäß enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verengungsstelle ein Manometer angeschlossen ist.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Manometer aus einem Manometerrohr besteht, das mit einem weiten Teil des Gefäßes in Verbindung steht.
  3. 3. Vorrichtung zum Messen der vertikalen Komponente von Schwingungen nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das verengte Gefäß eingefüllte Flüssigkeitssäule auf einer abgeschlossenen Luftmenge ruht (Abb. i und ?-).
  4. Vorrichtung zum Messen der vertikalen Komponente von Schwingungen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verengte Rohr (a) mindestens an seinem unteren Ende von einer elastischen Membran (a3) abgeschlossen ist (Abb.3).
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Meßvorrichtung, wie an sich bekannt, zwei verschiedene Flüssigkeiten eingeführt sind, die sich nicht mischen können und ähnliche spezifische Gewichte besitzen, derart, daß die Meßvorrichtung als Differentialmanometer ausgebildet ist.
  6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei an sich bekannter Verwendung eines in sich geschlossenen Rohres das Manometerrohr einen Winkel von 45' mit der Achse der kapillaren Verengung bildet und daß in dem der kapillaren Verengung gegenüberliegenden Zweig des Hauptrohres ein verschließbares Abschlußorgan angeordnet ist, so daß je nach der Lage der Vorrichtung diese zum Messen der vertikalen oder waagerechten Schwingungskomponente verwendbar ist (Abb. 5 und 6). Meßvorrichtung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch einen oder mehrere den Schwingungskomponenten entsprechende Behälter (f), die mit einer an sich bekannten trägen Masse (d) verbunden sind und deren Innenraum in Verbindung mit dem -zugehörigen verengten Rohr steht.
DEP60302D 1929-04-11 1929-05-11 Vorrichtung zum Messen von Schwingungen Expired DE553433C (de)

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