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Anordnung zum Kompensieren von elastischen Nachwirkungen bei Meßinstrumenten,
insbesondere Aneroidbarometern Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum
Kompensieren von elastischen Nachwirkungen bei Meßinstrumenten, insbesondere Aneroidbarometern,
die mit einem unter Einwirkung der zu messenden Kraft deformierbaren Meßorgan und
einem ebenfalls unter Einwirkung derselben Kraft deformierbaren Kompensierungsorgan
versehen sind. Bei bekannten Instrumenten dieser Art subtrahieren sich die von dem
eigentlichen Meßsystem und dem Kompensierungssystem ausgeübten Kräfte in bezug auf
das Zeigersystem, so daß für die Bewegung des Zeigers nur der Unterschied zwischen
diesen Kräften übrigbleibt und infolgedessen Reibungswiderstände in den Lagerungen
usw. sehr stark zur Geltung kommen.
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Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil und besteht darin, daß die
vom Meßorgan ausgeübte, zu messende Kraft unabhängig vom Kompensierungsorgan einen
beweglichen Teil der Anzeigevorrichtung einstellt, während das Kompensierungsorgan
einen anderen, das Meßergebnis entgegengesetzt beeinflussenden Teil bewegt. Hierdurch
ist erreicht, daß für die Bewegung jedes dieser Teile die ganze von dem betreffenden
Meßorgan ausgeübte Kraft unbeschränkt zur Verfügung steht, während die Ausschläge
oder die Bewegungen der betreffenden beiden Teile sich in bezug auf das Meßergebnis
subtrahieren, ohne daß jedoch die durch die Reibung hervorgerufenen Meßfehler in
größerem Maße zur Geltung kommen, als wenn das Instrument überhaupt kein Kompensierungssystem
besäße.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Abb. i und 2 zeigen ein Instrument nach einer Ausführungsform in Vorderansicht
bzw. in Draufsicht. Abb. 3 und q. zeigen eine zweite Ausführungsform in Vorderansicht
bzw. in Seitenansicht. Abb. 5 ist eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i und 2 besteht das Instrument aus
einem Aneroidbarometer, bei welchem das kompensierende Meßorgan den Zeiger für das
eigentliche Meßorgan trägt. Das eigentliche Meßorgan besteht aus einer Membrandose
2, die im Gestell i befestigt ist. An einer Seite der Membrandose ist das eine Ende
einer umgebogenen Blattfeder 3 befestigt, deren anderes Ende im Gestell festgespannt
ist und die dem Luftdruck auf die Membran entgegenwirkt. Das an der Membrandose
befestigte Ende der Blattfeder weist einen Fortsatz q. auf, mittels dessen die Bewegungen
der Membran auf eine drehbar gelagerte Welle 5 durch ein biegsames Band 6 übertragen
werden. Das Band 6 ist um ein auf der Welle befestigtes Rädchen 7 gewunden. Die
Welle 5 trägt das kompensierende Meßorgan, welches aus einem
kleinen
evakuierten und spiralförmig gebogenen Bourdonrohr 8 besteht, dessen eines Ende
an der Welle 5 festgelötet ist und dessen anderes Ende einen über eine Skala =o
beweglichen Zeiger g trägt. Das Band 6 wird durch eine Feder =i gespannt, die mit
einem Ende des biegsamen Bandes 12 verbunden ist, während das andere Ende des letztgenannten
Bandes um das Rädchen 7 gewunden ist, und zwar im entgegengesetzten Sinne im Verhältnis
zum Band 6.
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Beim Steigen des Luftdruckes dreht sich die Welle 5 unter Einwirkung
des eigentlichen Meßorgans 2 z. B. im Sinne des Uhrzeigers, wobei das kompensierende
Meßorgan 8 im ganzen mitgenommen wird. Anderseits wird das Rohr 8 durch die Vergrößerung
des äußeren Luftdruckes zusammengedrückt, wodurch der Zeiger g eine kompensierende
entgegengesetzte Bewegung im Verhältnis zur Welle 5 ausführt. Der Zeiger wird also
den Unterschied zwischen den Ausschlägen der beiden Meßorgane infolge der Vergrößerung
des Luftdruckes anzeigen. Durch passende Wahl des Materials des Rohres 8 kann man
erreichen, daß die elastische Nachwirkung dieses Organs groß wird im Verhältnis
zur unmittelbaren Deformierung des Rohres unter Einwirkung der Druckschwankung.
Da die Bewegungen des kompensierenden Meßorgans 8 direkt auf den Zeiger g übertragen
werden, während dagegen die Bewegungen des eigentlichen Meßorgans 2 mit einem gewissen
Übersetzungsverhältnis übertragen werden, kann man durch passende Wahl des genannten
Übersetzungsverhältnisses und des Materials des Rohres 8 erreichen, daß der Ausschlag
des Zeigers infolge der unmittelbaren Deformierung der Membrandose bei einer Druckänderung
nur wenig durch die gleichzeitige Deformierung des kompensierenden Meßorgans herabgesetzt
wird, während dagegen die elastischen Nachwirkungen der beiden Meßorgane sich gegenseitig
vollständig aufheben im Verhältnis zum Zeiger. Das Rohr 8 nebst dem Zeiger g kann
offenbar als ein deformierbarer Zeiger betrachtet werden, auf welchen die Kraftimpulse
vom eigentlichen Meßorgan 2 aus übertragen werden, ohne eine nennenswerte Herabsetzung
infolge der Kompensierung zu erleiden. Es läßt sich also trotz der Kompensierung
eine große Empfindlichkeit des Instrumentes aufrechterhalten.
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Abb. 3 und 4 zeigen ein anderes Beispiel eines kompensierten Aneroidbarometers
nach der Erfindung. Dieses Instrument ist zur Ablesung nach der Nullmeßmethode angeordnet,
indem das eigentliche Meßorgan bei der Ablesung. mittels einer Nullstellvorrichtung
in eine Mittellage eingestellt wird, wobei die Größe der Einstellbewegung der Nullstellvorrichtung
als Maß für die Luftdruckänderung dient und also der vorhandene Luftdruck auf einer
die gesamte Einstellbewegung anzeigenden Skala abgelesen werden kann. Die Membrandose
2 ist im unteren Teil des Gestelles i befestigt. Dem auf die Membran wirkenden äußeren
Luftdruck wirkt eine Schraubenfeder 1,3 entgegen, deren eines Ende mit der Membran
verbunden ist, während das obere Ende mit einer Mutter .i5 verbunden ist, die auf
eine Mikrometerschraube 14 aufgeschraubt ist. Die Mikrömeterschraube ist im Gestell
:i drehbar gelagert und trägt am oberen Ende einen Drehknopf 16. Die Mutter
15 trägt einen nach der Seite ragenden Arm 17, dessen gabelförmiges Ende
um einen als Führung dienenden Ständer greift, so daß die Mutter, wenn die Milrometerschraube
mittels des Drehknopfes 16 gedreht wird, gehoben und gesenkt wird, ohne an der Drehung
teilzunehmen, und dabei die Spannung der Feder vergrößert oder verkleinert. Die
Verbindung zwischen der Membran und der Gegenfeder 13 besteht aus einem Joch 18,
welches nach den Seiten ragende Arme =g aufweist. Am äußeren Ende jedes Armes ist
das eine Ende eines im Winkel gebogenen Bandes 2o befestigt, dessen anderes Ende
unten im Gestell befestigt ist. Die Winkelspitzen der Bänder 2o sind durch Bänder
21 mit je einem Hebelarm eines kleinen Hebels 22 verbunden, welch letzterer an der
horizontalen Welle 23 eines die Nullstellung anzeigenden Zeigers 24 befestigt ist.
Die Spitze des Zeigers 24 ist über eine feste Nullstellskala 25 beweglich.
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Die Bewegungen der Membran,-, sind durch zwei Hemmanschläge 26 begrenzt,
die an den Schenkeln des Joches 18 auf je einer Seite einer Querstange 27 im Gestell
angebracht sind, und von welchen einer oder beide stellbar sein können.
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Bei bekannten Meßinstrumenten trägt die Mikrometerschraube der Nullstellvorrichtung
einen Zeiger, der nach der Nullstellung den Luftdruck direkt auf einer festen Skala
anzeigt. Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 ist der Zeiger durch ein besonderes
für die Kompensierung vorgesehenes Aneroidsystem ersetzt, welches durch einen mit
der Mikrometerschraube verbundenen Arm 28 getragen wird und aus einer evakuierten
Membrandose 29 besteht, deren Membran zweckmäßig so ausgebildet ist, daß sie dem
äußeren Luftdruck einen genügenden Widerstand leistet. Die Bewegungen der Membran
werden durch ein biegsames, über ein Rädchen28' geführtes Band3o auf eine Hülse
31 übertragen, welche letztere auf das obere abgedrehte Ende der Mikrometerschraube
leicht beweglich gelagert ist und einen Zeiger 32 trägt, der über eine feste Skala
33 beweglich ist. Das Band 30 wird durch eine auf der Zeichnung nicht dargestellte
Feder gespannt.
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Da ein Aneroidsystem an und für sich verhältnismäßig kleine elastische
Nachwirkungen hat, kann das kompensierende Aneroidsystem 29 derart ausgebildet werden,
daß es bei Luftdruckänderungen
verhältnismäßig kleine Ausschläge
ausführt und trotzdem praktisch vollständig die elastischen Nachwirkungen des eigentlichen
Meßprgans 2 ausgleicht. Durch passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen
der Membrandose 29 und dem zugehörigen Zeiger 32 kann man erreichen, daß der Fehler
im Ausschlag des Zeigers 32 infolge der elastischen Nachwirkung des kompensierenden
Organs 29, die mehrfach größer als die elastische Nachwirkung des eigentlichen Meßorgans
sein sollte, dem entsprechenden Fehler der Einstellung der Nullstellvorrichtung,
der ohne das Kompensierungssystem infolge der elastischen Nachwirkung des eigentlichen
Meßorgans entstehen würde, gleich und entgegengesetzt wird. Bei passender Art der
Blechsorten für die Membranen 2 und 29 kann die elastische Nachwirkung des kompensierenden
Meßorgans 29 unschwer auf das Zehnfache der elastischen Nachwirkung des eigentlichen
Meßorganes 2 gesteigert werden. Der Durchmesser der Hülse 31 sollte dann
derart bemessen sein, daß die Drehung des Zeigers 32 unter Einwirkung der Membran
29 bei einer Druckänderung einem Zehntel desjenigen Winkels entspricht, um den man
die Mikrometerschraube drehen muß, um den Zeiger 24 nach derselben Druckänderung
wieder auf Null zu stellen. Hierdurch kann eine vollständige Ausgleichung der elastischen
Nachwirkungen erfolgen.
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Der Apparat wirkt in folgender Weise. Solange die Nullstellvorrichtung
unbetätigt bleibt, wird das Meßsystem nicht durch Änderungen des Luftdruckes beeinflußt,
sofern nicht zufälligerweise der Luftdruck einen solchen Wert haben sollte, daß
die Membran gerade im Luftspalt zwischen den beiden Hemmanschlägen 26 schwebt. Dagegen
wird die Membran des kompensierenden Systems 29 dauernd vom Luftdruck beeinflußt,
wobei der Zeiger 32 über die zugehörige Skala 33 spielt. Wenn man dagegen bei konstantem
Luftdruck das Instrument auf Null stellt, so nimmt das ganze kompensierende System
2$-32 an der Drehung der Mikrometerschraube teil, wobei die Teile des kompensierenden
Systems ihre Lagen im Verhältnis zueinander und zur Mikrometerschraube beibehalten.
Der Zeiger 32 wird sich also über die Skala 33 so bewegen, als ob derselbe mit der
Mikrometerschraube fest verbunden wäre. Es sei z. B. angenommen, daß der Zeiger
24 bei steigendem Luftdruck von der Nullage aus um einen solchen Winkel ausschlägt,
daß die Mikrometerschraube um 9o ° im Sinne des Uhrzeigers gedreht werden muß, um
den Zeiger 24 wieder in die Nullage zu bringen. Durch die Steigerung des Luftdruckes
ist aber gleichzeitig die 1@Tembrandose 29 zusammengepreßt worden, und infolgedessen
hat der Zeiger 32 sich um einen Winkel von 9 ° im Verhältnis zur Mikrometerschraube
gedreht, und zwar unter der Voraussetzung, daß das Verhältnis zwischen den elastischen
Nachwirkungen und den Übersetzungen der Bewegungsübertragungen für die beiden Meßsysteme
in L bereinstimmung mit der obigen Annahme gewählt ist. Der Ausschlag des kompensierenden
Systems erfolgt im entgegengesetzten Sinne im Verhältnis zur Nullstellbewegung,
also entgegen dem Sinne des Uhrzeigers. Der resultierende Ausschlag, der auf der
Skala des Zeigers 32 abgelesen wird, ergibt sich also als Unterschied zwischen den
von den beiden Meßsystemen herrührenden Ausschlägen.
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Abb. 5 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einem Instrument zur
Messung des Druckes in Behältern. Das eigentliche Meßsystem ist auch hier zur Ablesung
nach der Nullstellmethode ausgeführt und ist vollständig analog mit dem Meßsystem
bei der Ausführungsform nach Abb. 3, 4. In diesem Fall ist aber die zum Ablesen
des resultierenden Ausschlages dienende Skala 33' fest mit der Mikrometerschraube
verbunden. Die Bewegungen des Zeigers 24 werden im Verhältnis zu einem am Gestell
angebrachten Nullstrich 34 beobachtet. Das Kompensierungssystem ist am Gestell befestigt
und besteht ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform aus einer Membrandose
29, deren Membranbewegungen durch ein biegsames Band 30, das über ein im Gestell
gelagertes Drähtchen geführt ist, auf eine um die Mikrometerschraube drehbare, einen
Zeiger 32' tragende Hülse 31 übertragen sind. Die Membrandosen 2 und 29 stehen durch
Rohrleitungen 35 mit dem Behälter in Verbindung, in dem der Druck gemessen werden
soll. Bei einer Druckänderung im Behälter schlägt der Zeiger 32' infolge der Bewegung
der Membran der Dose 29 über die Skala 33' aus, und dieser Ausschlag erfolgt im
selben Sinne wie diejenige Drehung der Mikrometerschraube, die ausgeführt werden
muß, um den Zeiger 24 in die Nulllage zu bringen.
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Die Erfindung kann offenbar nach verschiedenen Richtungen hin abgeändert
werden. Die Erfindung ist nicht auf Druckmesser beschränkt, sondern kann auch bei
anderen Instrumenten, z. B. bei elektrischen Meßinstrumenten, verwendet werden.
Wenn die Erfindung z. B. bei einemAmperemeternach dem d'Arsonval-Prinzip verwendet
werden soll, so wird das Instrument mit einem kompensierenden System in der Form
einer drehbaren Spule versehen. Die eine Spule wird mit einem Zeiger versehen, während
die andere Spule eine Skala trägt, über welche der Zeiger spielt. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß beide Spulen bei Stromdurchgang im selben Sinne ausschlagen,
wobei jedoch der Ausschlag der eigentlichen Meßspule mehrfach größer, z. B. drei
bis fünfmal größer, sein sollte als derjenige derkompensierenden Spule. Dierichtige
Bemessung.
des Verhältnisses der Ausschläge der beiden Systeme kann durch Anbringung eines
Nebenschlusses oder durch passende Wahl der für die Ausschläge der Spulen bestimmenden
Faktoren (magnetische Feldstärke, Windungszahlen der Spulen usw.) erfolgen. Die
elastische Nachwirkung des kompensierenden Systems kann in verschiedener Weise bemessen
werden, und zwar z. B. durch passende Wahl des Materials oder Anzahl der Windungen
der Schraubenfedern, die das Direktionsmoment auf die Kompensierungsspule ausüben
und dem Ausschlag dieser Spule entgegenwirken.