-
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.