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Differential-Druckmesser Die Erfindung richtet sieh auf Differential-Druckmesser
mit einem Flüssigkeitsmanometer, das zwei Schwimmer auf entsprechenden Flüssigkeitssäulen
und einen von den Schwimmern bewegten Zeiger besitzt.
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Die bekannten Druckmesser dieser Art arbeiten ungenau infolge der
Mängel der mechanischen Übertragung der Schwimmerbewegungen auf die Anzeigevorrichtung.
Die Erfindung bezweckt allgemein die Vervollkommnung der Vorrichtungen zum Messen
von Flüssigkeitsdrücken, insbesondere von kleinen Druckunterschieden, wie sie bei
Strötnungen vorkommen können, z. B. beim Fluß von Gasen durch die Züge von Kesseln,
Brennöfen und anderen Feuerungen, bei Lüftungs-, Heizungs-, Kühlanlagen u. dgl.
Die Erfindung kann besonders zur Bestimmung von Gasdruckverlusten dienen, wie sie
beim Fluß von Gasen durch das Brennstoffbett eines Kessels oder einer anderen Feuerung
auftreten, sowie von Druckverlusten beim Durchgang durch ein Gasfilter, so daß die
Vorrichtung anzeigt, sobald das Filter gereinigt werdenmuß. DieseDruckuntersehiede
sind oft sehr klein, so daß die Spiegel der Meßflüssigkeiten wenig voneinander ab-«-eichen.
Bei der vorliegenden- Erfindung werden diese Unterschiede sozusagen vergrößert,
so daß man sie gut ablesen kann. Es ist an sich bereits bekannt, zur Vergrößerung
der Bewegung eines Schwimmers ein Lenkerparallelogramm zu benutzen.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schwimmern
und der Anzeigevorrichtung ein untergetauchtes Parallelogramm angeordnet ist, das
aus vier durch Gelenke miteinander verbundenen Lenkern besteht, wobei einer der
Lenker zwei Arme besitzt, an welche die zwei Schwimmer angeschlossen sind, die infolgedessen
diesem Lenker eine Winkelbewegung erteilen, sobald in der lotrechten Bewegung der
Schwimmer ein Unterschied auftritt, während der gegenüberliegende parallele Lenker
des Parallelogramms den Zeiger verstellt. Werden die Manometerröhren und die Schwimmer
hinreichend groß gemacht, so ist die Energie der Schwimmerbewegung entsprechend
stark, und der Widerstand des Lenkerparallelogramms gegen seine Winkelverstellung
kann so gut wie vernachläßigt werden. Die eine der beiden Manometerröhren kann gegen
die Atmosphäre offen sein, oder das Manometer mag eine dritte Säule besitzen, die
zur Atmosphäre offen ist. Werden in dieser offenen
Säule zwei Anzeigearme
untergebracht, die an zwei aneinanderstoßende oder benachbarte Seiten des Parallelogramms
angeschlossen sind, so erhält man eine Anzeige nicht nur von den verschiedenen Höhenlagen
der beiden Schwimmer, sondern auch von ihren ähnlichen und gleichen oder gemeinsamen
Bewegungen, wie sie von Änderungen in dem auf die beiden Schwimmersäulen wirkenden
absoluten Druck und von Änderungen in der Gesamtflüssigkeitsmenge in dem Manometer
hervorgerufen werden. Die angezeigten Drücke können über oder unter dem Atmosphärendruck
liegen.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch an einigen Ausführungsbeispielen
veranschaulicht; es sind.
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Fig. i Seitenansicht, teilweise Längsschnitt durch einen Differential-Druckrnesser,
und zwar in einer Stellung mit verhältnismäßig hohem Flüssigkeitsspiegel, Fig. 2
ähnliche Darstellung wie Fig. i mit verhältnismäßig tiefem Flüssigkeitsspiegel,
Fig. 3 ähnliche Darstellung wie Fig. i und 2, wobei der Flüssigkeitsspiegel eine
mittlere Höhe einnimmt und verschiedene Außendrücke übertragen werden, Fig. ,4 Aufsicht
der Vorrichtung der Fig. i bis 3.
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Fig. 5 Seitenansicht, teilweise Längsschnitt entsprechend der Linie
A-A der Fig. 6 von einer abweichenden Ausführungsform in Gestalt eines aufschreibenden
Geräts, Fig. 6 Grundriß gemäß der Linie B-B der Fig. 5, Fig. 6a Querschnitt durch
eine Einzelheit gemäß der Linie 6a-6a der Fig. 6, Fig. 7 Seitenansicht, teilweise
Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform entsprechend der Linie D-D der Fig.
8, Fig. 8 Querschnitt gemäß der Linie C-C der Fig. 7.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. i ist ein Behälter i für die
Manometerflüssigkeit vorgesehen. Der Behälter besitzt an drei Seiten einen oberen
Flansch, auf dem ein Deckel 3 mit seinem Flansch 4 befestigt ist. Von dem Deckel
3 hängen lotrechte Wände herab, die den Behälter in drei Kammern 5, 6 und 7 unterteilen.
Die Wände erstrecken sich nur durch einen Teil des Behälters abwärts und lassen
die drei Kammern am Boden in Verbindung miteinander. Die Kammern 6 und 7 sind oben
geschlossen, während die Kammer 5 gegen die Atmosphäre offen ist. Der Behälter ist
teilweise mit einer Manometerflüssigkeit 8 gefüllt, die Wasser, 0l, Quecksilber
o. dgl. sein kann. Die Menge der Manometerflüssigkeit in dem Behälter muß genügen,
um über die Unterkanten der Kamtnern hoch genug hinüberzureichen, so daß drei Flüssigkeitssäulen
gebildet werden. Die Rohre 9 und io führen in die Kammern 6 und 7, bis ungefähr
unter ihre Deckel, wodurch diesen Kammern die zu messenden Drücke zugeleitet werden.
Unter dem Flüssigkeitsspiegel ist in dem Behälter ein aus den Lenkern 11, 12, 13
und 14 gebildetes Parallelogramm untergebracht. Die Lenker sind durch die Gelenke
15, 16, 17 und 18 verbunden, wobei die Achse des Gelenks 18 in dem an die Gehäusewand
angeschlossenen Halter i9 drehbar gelagert ist. Der Lenker i i besitzt zwei starre
Verlängerungen 2o -und 21, an welche die Schwimmer 22 und 23 angeschlossen sind.
Die Verlängerungen 2o und 21 erstrecken sich in rechten Winkeln zu der Achse des
Lenkers i i innerhalb der Ebene des Parallelogramms. Die Schwimmer 22 und 23 schwimmen
auf der Flüssigkeit in den Kammern 6 und 7 und heben das Gewicht der Lenker teilweise
auf. An den Lenker 13 und rechtwinklig zu der Achse dieses Lenkers ist ein Zeiger
24 angeschlossen, der v or-und zurückschwingt, wenn sich der Lenker i3 im Winkel
um den Drehpunkt 18 bewegt. Die Bewegung des Zeigers 24 zeigt die :'1nderungen in
der Durchschnittshöhe der Schwimmer 22 und 23 an, wie es durch die verschiedenen
Flüssigkeitshöhen in Fig. i, und 3 veranschaulicht ist. Gemeinsame Anderungen in
der Höhe der beiden Schwimmer bewegen den Zeiger 24- über die Skala 25, und die
Durchschnittshöhe der beiden Schwimmer wird durch die Stellung des Zeigers auf dieser
Skala angezeigt. Eine Verlängerung des Lenkers 12 in seiner Längsrichtung bildet
einen zweiten Zeiger 26, der auf der Skala 27 die Unterschiede in den Höhen der
beiden Schwimmer anzeigt, wie man aus Fig. 3 ersieht. Die beiden Skalen 25 und 27
können in irgendeiner geeigneten Einheit aufgestellt sein, beispielsweise in Millimeter
der Flüssigkeitssäulen.
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Werden im Betrieb gemäß Fig. 3 zwei verschiedene Drücke P1 und P=
den Kammern 6 und 7 durch die Rohreg und io zugeleitet; so nimmt die Flüssigkeit
in den zwei Kammern einen verschieden hohen Stand an und erzeugt dadurch verschiedene
Höhenlagen der Schwimmer 22 und 23. Diese Differentialbewegung der Schwimmer ruft
eine Drehung des Lenkers i i um das Gelenk 17 hervor und bewirkt infolgedessen eine
Winkelverstellung des Parallelogramms 11, 12, 13, 14. Der Lenker 12 ist stets parallel
zum Lenker i i ; er folgt also dessen Bewegung, und der Zeiger 26, der ja nur eine
Verlängerung des Lenkers 12 ist, bewegt seine Spitze über die Skala 27. Die Stellung
dieses Zeigers ist also ein genauer Ausdruck des Unterschiedes in der Höhenlage
der beiden Schwimmer. Steht eine
der Kammern 6 und 7 unter Atmosphärendruck,
so drückt die Ablesung eines Druckunterschiedes in den beiden Kammern den Cber-
oder Unterdruck in der anderen Kammer gegenüber dem Atmosphärendruck aus. Eine solche
Anordnung eignet sich zum liessen des Druckes in einem Schornstein oder in Ofenzügen
und der Spannung in Lüftungsleitungen u. dgl.
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:ändert sich der durchschnittliche Flüssigkeitsstand in den Kammern
!i und 7, so wird die Höhenlage der beiden Schwimmer gerneinsant beeinfluflt, und
eine solche gemeinsame Änderung ruft lediglich eine lotrechte Verstellung des Lenkers
i i hervor, wie man aus einem Vergleich der Fig. i und 2 ersieht. Infolge der Parallelogrammanordnung
ist der Lenker 12 stets parallel zum Lenker i i. Die lotrechte Verstellung des Lenkers
i r kann also keine Winkelbewegung des Lenkers 12 hervorrufen. Infolgedessen wird
auch der Zeiger 26 durch eine gemeinsame Änderung der Flüssigkeitsspiegel
der Kammern 6 und 7 nicht beeinflußt. Eine solche gemeinsame _3nderung der Flüssigkeitsspiegel
bewirkt jedoch eine Drehung der Lenker 13 und i4.. Der Lenker 13 dreht sich um seine
Achse i8, und diese Winkelbewegung des Lenkers i3 ist_ ein Maß für die gemeinsame
Änderung der Flüssigkeitsspiegel der Kammern 6 und ; und wird durch den Zeiger 24
auf der Skala 25 angezeigt. Die Änderungen in der Stellung des Zeigers 24. können
als Änderungen der gesamten Flüssigkeitsmenge in dem Belr.-ilter angesehen werden,
wie sie z. B. durch Verdampfung oder Verlust an Manorneterflüssigkeit entstehen
können. In andern Fällen kann die Stellung des Zeigers 24. bei einem bekannten und
gleichbleibenden Volumen an Manometerflüssigkeit durch erstsprechende Einteilung
der Skala 25 Änderungen im durchschnittlichen Druck in den beiden Kammern 6 und
7 gegenüber dem Atmosphärendruck der Kammer 5 angeben, also das Mittel von P1 bis
A und P` bis A (I# ig. 3). Wird der Zeiger 24. dazu benutzt, Flüssigkeitsverluste
des Behälters anzuzeigen, so empfiehlt es sich, die Kammer 5 verhältnismäßig kleiner
als die Kammern 6 und 7 zu machen, wie Fig. d. andeutet. Dadurch wird ein Fehler
in der Ablesung infolge von Änderungen des durchschnittlichen absoluten Drucks in
den Kammern 6 und 7 vermindert.
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Bei dein Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und C> weist der Lenker i
i zwei Verlängerungen 30 und 3 r rechtwinklig zu seiner Achse auf. Die Enden
dieser Verlängerungen sind durch Gelenke 34 und 35 mit den Stangen 32 und 33 verbunden.
Die andern Enden der Stangen 32 und 33 tragen die Schwimmer 22 find 23. Der Lenker
r2 besitzt eine Verlängerung 36 rechtwinklig zur Achse dieses Lenkers. Das Ende
der Verlängerung 36 ist durch die Kuppelstange 37 und Gelenke 38 und 39 mit dem
einen Arm des Zeigers 4.o verbunden, der an seinem andern Arm einen Schreibstift
41 trägt. Der Zeigerarm 4.o ist bei 42 in einem Halter außen am Gehäuse i gelagert
und bewegt sich in einem Schlitz 43 der Gehäusewand. Der Schreibstift 41 zeichnet
eine Schaulinie d.4. des Druckunterschiedes der Kammern 6 und 7 auf, wie er durch
Änderungen in der gegenseitigen Höhenlage der Schwimmer 22 und 23 sowie durch die
j Verdrehung der Lenker i i und 1a über die Kuppelstange 37 auf den Zeiger q.o übertragen
wird. Die Schaulinie wird auf einer Karte45 aufgetragen, die durch das Uhrwerk 46
gedreht wird, das in einem Halter 47 am Behälter i gelagert ist. Eine Stange 48
verbindet den Lenker 13 mittels der Gelenke 5o und 51 mit denn einen Ende
des andern Zeigers 49. Dieser ist in dem Halter 52 am Behälter drehbar gelagert
und wird durch die Winkelverstellung des Lenkers 13 infolge gemeinsamer Änderungen
der Flüssigkeitsspiegel in den Kammern 6 und 7 verstellt, was er auf der Skala 53
anzeigt. Damit das Lenkergebilde etwas steifer wird und seitliche Bewegungen der
Schwimmer verhütet werden, sind zwei Lenker 13 und 13a vorgesehen. Der Lenker 13
ist mit dem Lenker ii verbunden, der die in Fig. 5 ersichtliche Gestalt besitzt,
während der Lenker 13a drehbar an einem Lenker angeschlossen ist, der durch zwei
Arme 30a und 31a gebildet wird, deren Enden gelenkig an Stangen 32a und
33'
angeschlossen sind, deren freie Enden die zylindrischen Schwimmer 22 und
23 gegenüber den Enden der Stangen 32 und 33 erfassen. Die Verlängerungen 30 und
3r sind starr mit den Armen 30a und 3,a durch die Abstandglieder 30b und 3iv verbunden.
Gemäß Fig. 6a besitzen die Lenker i3 und i3a mit Schraubengewinde v erseheneVorsprünge,
die untereinander durch das Abstandrobr 13v starr verbunden sind. Die Lenker
13 und 13a sind auf der Achse i8a drehbar, die von Haltern i9 und iga getragen
und durch die Stellschraube igb in Stellung gehalten wird. Der Lenker 12 ist auf
dem Abstandsohr i3 v drehbar aufgesetzt und wird durch den Ring 13c des Abstandsohres
gehalten. Der Gelenkpunkt 16 wird durch die Schulterschraube i 6a gebildet, die
in denn Lenker 12 eingeschraubt ist und eine freie Drehung des Lenkers 14 an dem
Lenker i2 gestattet. Bei dieser Ausführungsform besitzen die Kammern 6 und 7 Druckzuleitungen
54 und 55 mit seitlichen Auslaßventilen 56 und 57. Der Flächeninhalt der Kammer
5 mag verhältnismäßig klein gehalten sein wie in dem Beispiel der Fig. .i.
Im
Betrieb wirkt der Druckmesser der Fig. 5 und 6 ähnlich wie der der Fig. i bis q..
Die Druckunterschiede in den Kammern 6 und 7 werden durch die Stellung des Schreibstiftes
.I1 angegeben und gewünschtenfalls auf der Karte 45 aufgezeichnet. Gemeinsame Änderungen
der Flüssigkeitsspiegel in den Kammern 6 und 7 werden durch den Zeiger 49 auf der
Skala 53 angezeigt, gleichviel, ob solche gemeinsame Änderungen die Folge von Flüssigkeitsverlust
aus der Manometerkammer oder von Änderungen im Durchschnittsdruck in den Kammern
6 und 7 gegenüber dem Druck in der Kammer 5 sind. In den meisten Fällen, insbesondere
wenn die Manometerflüssigkeit, z. B. Wasser, einen merklichen Dampfdruck besitzt,
wird es erwünscht sein, die Menge der Flüssigkeit in dem Behälter zu kennen. Diese
Menge wird genau angezeigt, wenn in allen Kammern 5, 6, 7 der gleiche Druck herrscht.
Die Druckgleichheit wird erzielt, indem man die Ventile 56 und 57 öffnet und die
Kammern 6 und 7 dem Atmosphärendruck aussetzt. In diesem Falle zeigt die Stellung
des Zeigers 49 auf der Skala 53 jede Änderung in der Flüssigkeitsmenge seit der
vorhergehenden Prüfung an. Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls, die Nullstellung
des Schreibstiftes 41 zu prüfen und kann gelegentlich zu diesem Zweck durchgeführt
werden. Eine ähnliche Prüfung kann natürlich auch bei dem Gerät der Fig. i bis 4
vorgenommen werden, entweder indem man gelegentlich den Deckel 3 entfernt oder die
Leitungen 9 und io mit Lufthähnen versieht.
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Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 7 und 8 eignet sich dazu,
den Unterschied zwischen zwei Drücken zu messen, die stark vom Atmosphärendruck
abweichen. Diese Einrichtung ist besonders als Durchflußmesser in Verbindung mit
einer Venturiröhre oder einer Meßlochplatte o. dgl. brauchbar. Der Behälter i besitzt
in seinem oberen Teil eine Scheidewand 6o, die ihn in zwei Kammern 6 und 7 teilt.
Der Deckel 3 ist durch Schrauben und Muttern 62 an den Flansch 2 unter Zwischenschaltung
einer Dichtung 61 angeschlossen. Das Mittel, dessen Durchflußgeschwindigkeit gemessen
werden soll, strömt durch das Rohr 63, in dem eine Meßlochplatte zwischen den beiden
Flanschen 65 und 66 eingesetzt ist. Der Druck P1 an der Oberstromseite der Lochplatte
wird durch eine Leitung 68 in die Kammer 7 und der Druck P= auf der Unterstromseite
der Lochplatte 64 durch die Leitung 67 in die Kammer 6 übertragen. Das Lenkerparallelogramm
i i, 12, 13, 14 wird wie zuvor von einem Halter 7o getragen, und der Lenker besitzt
rechtwinkelige Verlängerungen, die durch Stangen 32 und 33 mit den Schwimmern 2-2,
und23 verbunden sind.
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Der Lenker 12 ist an eine Welle 69 angeschlossen, die nahe der Wand
des Behälters einen Magnet 71 trägt. Auf der Außenseite des Behälters sitzt gegenüber
dem Magnet 7 1 ein zweiter Magnet 74 auf der Welle 72, die in dem Lager 75 eines
Halters am Behälter i gelagert ist. Da die Magnete 71 und 74 das Bestreben haben,
sich so parallel zu stellen, daß ihre Nord- und Südpole einander gegenüberliegen,
wird jede Winkelbewegung des Lenkers 12 durch die Behälterwand auf die Welle 72
übertragen, die mit einem Zeiger 70
ausgerüstet ist, der den Unterschied der
Drücke F1 minus P2 anzeigt. Dieser Druckunterschied kann auf einer Skala 77 abgelesen
werden, die an dem Halter 78 vom Behälter getragen wird. Falls es gewünscht wird,
kann die Skala 77 in Werte der Durchflußmenge je Zeiteinheit eingeteilt sein. Das
Lenkerglied 13 mag an eine Welle 79 angeschlossen sein, die mit der Welle 72 gleichachsig
ist, in einem Lager 8o ruht und in der Nähe der Behälterwand einen Magnet 81 trägt.
Gegenüber diesem Magnet 81 befindet sich außerhalb des Behälters ein Magnet 84 auf
der Welle 82, die im Lager 83 ruht. Ein Zeiger 85 auf der Welle 82 zeigt
den Stand der Manometerflüssigkeit 8 in dem Behälter an einer Skala 86 an, die mit
dem Halter 87 von der Behälterwand getragen wird.
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Der Messer gemäß Fig. 7 und 8 eignet sich zum Messen der Druckunterschiede
von Gasen oder Gasgemischen. Er ist ebenfalls zum Messen eines Flüssigkeitsdruckes
anwendbar; in diesem Falle muß die Manometerflüssigkeit 8 schwerer sein als die
Flüssigkeit, deren Druck gemessen werden soll. Die Schwimmer 22 und 23 werden dann
so gefertigt, daß sie auf der Flüssigkeit 8 schwimmen, dagegen in der Flüssigkeit,
die den Druck zum Gerät mitteilt, untersinken. Die Flüssigkeit 8 muß so beschaffen
sein, daß sie sich nicht mit der Flüssigkeit vermischt, die den Druck in die Kammern
6 und 7 überträgt. Soll beispielsweise Wasserdruck gemessen werden, so sind für
die Manometerflüssigkeit Quecksilber und schwere Öle geeignet. Gewünschtenfalls
mag das Gerät umgekehrt aufgestellt werden; dann muß die Manometerflüssigkeit von
kleinerem spezifischem Gewicht sein als die Flüssigkeit, die den Druck in die Kammern
6 und 7 leitet. Die Schwimmer 22 und 23 haben dann so beschaffen zu sein, daß sie
auf der letztgenannten Flüssigkeit schwimmen und in der andern untersinken. In diesem
Falle können leichte Öle oder sogar Luft und andere Gase als Manometerflüssigkeit
benutzt werden.
Als Baustoff für den Behälter eignen sich Gußeisen,
Messing, Aluminium oder verzinktes ausgestanztes Eisenblech. Für die Lenker und
Anzeigearme mögen Messingstangen oder -stanzstücke oder Aluminiumpreßgußstücke verwendet
werden. Dient Wasser als Manometerflüssigkeit, so werden die Zapfen der Gelenke
vorteilhaft aus nichtrostenden Eisen- und Stahllegierungen gefertigt, beispielsweise
einer Legierung, die 18°J0 Chrom und 8°/0 _ickel enthält. Die Schwimmer können aus
elektrisch niedergeschlagenem Kupfer oder aus Messing oder Aluminium gefertigt sein,
das gezogen oder in die gewünschte Form gedrückt ist, oder aus Bakelit. Wird die
magnetische Übertragung gemäß Fig. ; und 8 benutzt, so müssen verhältnismäßig große
Massen von Eisen und Stahl bei der Fertigung der Teile möglichst vermieden werden.
Es empfiehlt sich, die Kam-Inern 6 und ; recht groß zu machen, so daß man Schwimmer
verwenden kann, die hinreichend groß sind und eine kräftige Energie zum winkligen
Verstellen des Parallelogramms besitzen. Dadurch wird eine genaue Messung kleiner
Druckdifferenzen ermöglicht, wobei man ein zwangsläufiges Anzeigen und Aufschreiben
mit einem Mindestmaß von totem Gang erhält. Bei guter Ausführung der Drehgelenke
kann die Reibung vernachlässigt werden.
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Es versteht sich, daß derjenige Zeiger, der die gemeinsame Bewegung
der beiden Schwimmer anzeigt, wegbleiben kann, wenn er nicht benötigt wird. -