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Vorrichtung zum Messen und Registrieren des Verhältnisses zweier Drucke
Für viele Zwecke der Meßtechnik ist es erforderlich, das Verhältnis zweier Drucke
direkt zu messen bzw. zu registrieren. Es wurde nun gefunden., daß sich dies in
einfacher Weise dadurch ermöglichen läßt, daß man mit einem Kreismanometer, das
an die beiden Drucke angeschlossen ist, eine Vorrichtung kombiniert, welche eine
dein einen Druck proportionale Direktionskraft erzeugt.
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Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise darin bestehen, daß
man an einem Punkt außerhalb der Achse des Kreismanometers eine Kraft angreifen
läßt, die einem der Drucke proportional ist. Die Wirkungsweise einer derartigen
Anordnung sei an Hand der schematischen Abb. z a erläutert. In dieser sei a die
Achse des Kreismanometers b, das an die Drucke p1 und p2 angeschlossen ist. Der
Radius des Kreismanometers sei r, sein lichter Querschnitt q.
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C sei eine weitere mit dem Kreismanometer starr verbundene Achse,
an der eine dem Druck pl proportionale, vertikal gerichtete Kraft K=c#pl angreift.
Der Abstand a - C sei 1.
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Die Drucke p1 und p2 üben auf die Trennwand der beiden Kammern des
Kreismanometers die Kräfte K1 und K2 aus, die dem Kreismanometer das Drehmoment
NI = (K2 - K1) # r - (p2 - p1)
q ' 7"
erteilen. Schlägt das Kreismanometer um den Winkel a aus, so
erzeugt die Kraft K ein gegen die Nullage gerichtetes (rücktreibendes) Drehmoment
M,.: 1VI,,=K#1#sina=c#pl-1#sina. Da für kleine Ausschlagwinkel sin a = a
gesetzt
werden kann, ist annäherungsweise 1V1,. - C # p1 ' 1 - a. (a)
Die Direktionskraft
ist demnach
d. h. proportional dem Druck p1.
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Soll sich das Kreismanometer irn Gleichgewicht befinden, so muß 1V1-M,.=D#a
sein, also (P2-Y1) *q*r=C'P11'U. und damit
Da c, Z, q und ; Apparatekonstanten sind, kann
gesetzt werden. Damit wird
Werden an der Ableseskala die Werte von -
. a -E- i aufgetragen, so kann an ihr direkt das Verhältnis der Drucke abgelesen
werden. Die Teilung
der Skala wird linear, solange der Ausschlagwinkel a nicht zu groß ist, da für diesen
Fall nach Gleichung (5) das Druckverhältnis
eine lineare Funktion von a ist.
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Eine für nicht zu große Ausschlagwinkel dem Druck p1 proportionale
Direktionskraft kann z. B. dadurch erzielt werden, daß man an einer Achse unterhalb
der Achse des Kreismanometers, die mit diesem starr verbunden ist, ein Gefäß aufhängt,
in das durch den Druck p1 eine diesem proportionale Flüssigkeitsmenge übergedrückt
wird. Das Gewicht des Gefäßes muß dabei durch Gegengewichte derart ausgeglichen
-,v erden, daß sich die Vorrichtung im indifferenten Gleichgewicht befindet, d.
h. der Zeiger in jeder Lage stehenbleibt, wenn p1 - o und p2 - o sind.
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An Stelle des unterhalb der Kreismanometerachse aufgehängten Gefäßes
kann man auch einen Schwimmer an einer Achse oberhalb der Kreismanometerachse angreifen
lassen. Dieser schwimmt auf dem einen Schenkel einer in einem U-Rohr befindlichen
Flüssigkeitssäule, auf deren anderen Schenkel der Druck p1 -wirkt. Das Gewicht bzw.
der Auftrieb des Schwimmers im drucklosen Zustand (p1 - o; p2 - o) wird, wie oben
beschrieben, durch Gegengewichte derart ausgeglichen, daß sich die Vorrichtung im
indifferenten Gleichgewicht befindet.
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Sollen Flüssigkeiten nach Möglichkeit vermieden -werden, so verbindet
man zweckmäßig die Membran eines an dem Druck p1 angeschlossenen Membramnanometers
durch ein geeignetes 'Übertragungsorgan, z. B. einen Druckstift, mit einer Achse,
die außerhalb der Achse des Kreismanometers liegt und mit dieser starr verbunden
ist. Die von der Manometermembran im drucklosen Zustand (pl-p2 =o) evtl. ausgeübten
Kräfte müssen wieder durch Gegengewichte derart ausgeglichen werden, daß sich die
Vorrichtung im indifferenten Gleichgewicht befindet.
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Die Abb. i, 2 und 3 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen
der Vorrichtung. In Abb. i ist a die als Schneide ausgebildete Achse des Kreismanometers-
b. Unterhalb der Schneide a, mit ihr starr verbunden, ist die Schneide c angebracht,
an der das Gefäß d aufgehängt ist. In dieses ragt das $-förmig gebogene, als Heber
wirkende Rohr e, das die Erweiterung f besitzt. Das obere Ende der letzteren
ist mit der Zuleitung g des Druckes p1 verbunden. An diese Zuleitung sowie an die
Zuleitung h für den Druck p2 ist außerdem mittels leicht biegsamer Rohre oder Schläuche
das Kreismanometer b angeschlossen. An der Achse a sind noch die Führungsstangen
i und k für die Gegengewichte L bz-w. in angebracht. b, d
und
f sind teilweise, e ganz mit einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. Öl oder Quecksilber,
gefüllt.
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Die Gegengewichte Z und in werden so eingestellt, daß für p1
- p2 - o der Zeiger in jeder Lage in Ruhe bleibt. Werden nun die Drucke
p, und p2, deren Verhältnis gemessen werden soll, angelegt, so wird durch den Druck
p, eine diesem proportionale Flüssigkeitsmenge von f nach d gedrückt.
Dadurch erhält das Kreismanometer b eine p1 proportionale Direktionskraft. In b
wird eine der Druckdifferenz p2 - p1 proportionale Flüssigkeitsmenge von
der Seite höheren Drucks nach der niedrigeren Drucks bewegt. Diese erzeugt ein p2
- p1 proportionales Drehmoment, welches das Kreismanometer so lange bewegt,
bis das dem Ausschlagwinkel a proportionale, durch die Direktionskraft erzeugte
Gegendrehmoment gleich dem Drehmoment des Kreismanometers ist.
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Abb.2 zeigt eine Ausführungsform finit Schwimmer. d ist der Schwimmer,
welcher an der Achse c angreift. Er befindet sich in einem Schenkel des U-Rohres
e, dessen zweiter Schenkel f erweitert ist. Die übrige Anordnung sowie die Wirkungsweise
entsprechen der ersten Ausführungsform.
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In Abb.3 ist eine Ausführungsform mit Membranmanometer dargestellt.
Die Membran d ist mittels Stange e mit der Achse c verbunden. Das
Manometer ist an die Zuleitung des Druckes p1 angeschlossen. Der Druck p1 sucht
die Membran durchzubiegen und iibt dabei auf e eine p1 proportionale Kraft aus.
Diese ergibt an der Achse c eine Direktionskraft für das Kreismanometer b. Im übrigen
entspricht die Wirkungsweise den Ausführungsformen i und 2.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen kann der Meßbereich durch geeignete
Wahl der Querschnitte von b und d bzw. des Durchmessers der Membran
d (Abb. 3) sowie des Abstandes der Achsen a und c beliebig eingestellt werden.