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Wasserstandsanzeiger mit Auffangschirm-und einer künstlichen Lichtquelle
Bei den neuzeitlichen Wasserrohrkesseln mit großen Abmessungen ist das unmittelbare
Ablesen des Wasserstandes für den Beobachter, der auf dem Fußboden des Kesselraumes,
d. h. in großer senkrechter Entfernung von dem Wasserstandsanzeiger, steht, außerordentlich
schwierig.
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Es handelt sich nun um die Aufgabe,, bei solchen Kesseln den Wasserstand
ebenso deutlich sichtbar zu machen, wie dies bei einer Beobachtung aus geringer
Entfernung der Fall ist, und zwar mit der gleichen Sicherheit und Bequemlichkeit
wie bei den gewöhnlichen kleinen Dampfkesseln.
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Man könnte offenbar optische Apparate anwenden, die dem Beobachter
den Wasserspiegel näher bringen; aber ein solcher Kunstgriff bietet keine eigentliche
Lösung der Aufgabe, weil man stets irgendeine Operation ausführen muß, um eine Ablesung
zu machen, d. h. mit anderen Worten, man muß dem tatsächlichen Wasserspiegel seinen
eigentlichen Charakter als Anzeiger nehmen, der für das gesamte Personal wie ein
Manometer immer sichtbar ist.
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Man hat auch bereits vorgeschlagen, die Messung des Wasserstandes
mittels Anzeigevorrichtungen vorzunehmen, bei denen ein Lichtstrahlenbündel, welches
von einer einzigen Lichtquelle ausgeht, auf das zylindrische Glasrohr gerichtet
wird, welches die beiden übereinander befindlichen Mittel von verschiedenen Brechungsexponenten
enthält. Man erhält auf diese Weise zwei gebrochene Strahlenbündel, die waagerecht
gegeneinander verschoben sind. Das gebrochene Strahlenbündel, welches von demjenigen
Teil des zylindrischen Rohres ausgeht, welches den Dampf enthält, wird zurückgehalten,
während das gebrochene Strahlenbündel, welches von demjenigen Teil des Rohres ausgeht,
welcher das Wasser enthält, allein sichtbar bleibt. Man erhält also auf einem Schirm
nur ein einziges Lichtband.
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Überdies ist es bei diesen bekannten Vorrichtungen unmöglich, ein
scharfes Bild zu erhalten. Das erhaltene Bild oder- Band ist immer weich und verwischt,
und man kam> nicht genau durch eine leichte Ablesung die genaue Stellung des Wasserspiegels
ermitteln.
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile zu beseitigen
und einen Wasserstandsanzeiger zu schaffen, der die augenblickliche Ablesung des
Wasserspiegels beispielsweise in einem Kessel ermöglicht, gleichgültig, welches
dessen Abmessungen sind.
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Der Wasserstandsanzeiger gemäß der Erfindung ist gegenüber den bekannten-
Anzeigern dadurch gekennzeichnet, daß die beiden waagerecht gegeneinander verschobenen
Strahlenbündel je ein leuchtendes Bild oder Band erzeugen, wobei diese leuchtenden
Bilder oder Bänder selbst waagerecht gegeneinander verschoben sind und eine genaue
Ablesung der Stellung des Wasserspiegels in dem WasserAandsglas ermöglichen.
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Man erhält mit Hilfe des neuen Anzeigers eine genaue Angabe der Stellung
des Wasserspiegels. Man kann nämlich leicht eine Linie feststellen, die durch die
Unterkante des. einen
leuchtenden Bildes oder Bandes und durch die
Oberkante des anderen leuchtenden Bildes oder Bandes geht. Wenn der Schirm eine
Teilung hat, so ist es leicht, den von dieser Linie getroffenen Teilstrich abzulesen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Wasserstandsanzeiger dadurch gekennzeichnet,
daß die Ein- und Austrittsflächen des Strahlenbündels von durchsichtigen ebenen
Körpern gebildet werden, die einen Winkel miteinander einschließen.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Wasserstandsanzeiger gemäß der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. i ist eine schaubildliche Darstellung, welche die Lichtquelle,
das Wasserstandsglas und den Schirm zeigt.
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Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i.
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Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt durch ein Wasserstandsglas
nach Fig. 3. Gemäß der Erfindung wird zur Messung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
der Unterschied der Brechungsexponenten zweier Mittel, beispielsweise von Dampf
und Wasser, benutzt.
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In den schematischen Fig. i und 2 ist ein Wasserstandsglas dargestellt,
welches aus einem prismatischen Mantel besteht, der eine Flüssigkeit, beispielsweise
Wasser, umschließt, wobei die Trennungsebene mit dem Dampf bei 2 angedeutet ist.
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Das Wasserstandsglas i befindet sich zwischen einer Lichtquelle, die
durch die Linie S, S1' S1' angedeutet ist, und einem Schirm E2 F2.
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Wenn man zunächst zwecks Vereinfachung annimmt, daß die Lichtquelle
nur aus einem Punkt S1' besteht, so erleidet ein von S1 ausgehender und das Wasserstandsglas
i oberhalb der Trennungsebene 2 durchquerender Lichtstrahl keine Ablenkung, da sich
oberhalb der Trennungsebene 2 Dampf befindet. Dieser Lichtstrahl bewegt sich also
in gerader Richtung und wird bei S2' auf den Schirm E2 F2 geworfen. (Fig. i und
2).
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Dagegen wird ein von S1 herkommender Lichtstrahl, der das Wasserstandsglas
unterhalb der Trennungsebene 2 durchquert, wo sich Wasser befindet, nach der gebrochenen
Linie S,' Tli V.' S3 abgelenkt. Dieser Lichtstrahl wird also bei S3 auf den Schirm
E2 F2 geworfen. Die Wirkung ist also derart, als wäre der Lichtstrahl ohne Ablenkung
von dem virtuellen Bilde S$ der Lichtquelle S1 ausgegangen, wenn das Prisma für
die geringste Ablenkung eingestellt ist.
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Wenn man die gleiche Betrachtung für alle Punkte der geraden Lichtquelle
S, S," anstellt, so kann man feststellen, daß die Projektion eines von der geraden
Linie S1 S1" ausgehenden Strahlenbündels auf den Schirm E2 1,2 eine gebrochene Linie
SB S4 S5' S7 ist.
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Die gerade Linie SB S4 entspricht demjenigen Teil des Strahlenbündels,
welches den Dampfraum des Wasserstandsglases i durchquert hat, während die gerade
Linie Sj S,', welche gegenüber der geraden Linie Ss S4 verschoben ist, demjenigen
Teil des Strahlenbündels entspricht, welches eine Ablenkung beim Durchqueren des
mit Wasser gefüllten Teils des Wasserstandsglases i erfahren hat.
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Die Linie S4 Sj entspricht der Ebene 2, d. h. dem Wasserspiegel in
dem Wasserstandsglas i. Die Stellung dieser Linie S4 S,; auf dem Schirm E2 F2 ändert
sich also, wenn die Trennungsebene :2 sich bewegt, so daß diese Linie die Stellung
der Ebene 2, d. h. die Stellung des Wasserspiegels anzeigt.
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Um die Projektion S4 S,' S" S7 möglichst scharf zu erhalten, stellt
man das von dem Wasserstandsglas i gebildete Prisma derart ein, daß dieses. Prisma
so wenig wie möglich das Lichtstrahlenbündel ablenkt. Diese besondere Einstellung
des Prismas i hat gleichzeitig die Wirkung, daß die Entfernung zwischen den Linien
S4 S4 und S5 S,' möglichst klein wird, so daß der Schirm E2 F2 möglichst geringe
Abmessungen erhält.
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Um die Wirkungen von Schatten und Halbschatten zu vermeiden, die beispielsweise
durch die Reflektionen der Strahlenbündel auf der Trennungsebene :2 zwischen Wasser
und Dampf oder auch durch Brechungen der diese Ebene durchquerenden Strahlenbündel
entstehen, ordnet man die Lichtquelle in der Nähe dieser Verlängerung der Ebene
:2 an. (Fig. i).
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Die Projektion der Strahlenbündel gemäß der gebrochenen Linie S,'
S4 S5 S7 zeigt zwar genau die Stellung der Ebene :2 an, indessen ist es vorteilhaft,
diese Stellung messen zu können. Zu diesem Zweck versieht man den Schirm E2 F2 mit
einer Teilung G, die man mit zerstreutem Licht erhellt. Diese Erhellung des Schirmes
ohne Beeinflussung der Schärfe der Projektionen ermöglicht es, die Teilung G zu
erkennen. Man erhält auf diese Weise durch einfache Ablesung die genaue Stellung
der Trennungsebene 2.
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Die in den Fig. i und 2 dargestellte Vorrichtung hat praktisch nicht
die besten Ergebnisse, denn die Strahlenbündel, die natürlich divergieren, ergeben
keine Projektionen von vollkommener Schärfe auf dem Schirm E2 F2.
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Die in den Fig. 3 und 4 beispielsweise dargestellte Vorrichtung zeigt
ein Wasserstands glas i, das zwei durchsichtige Platten 3, 4 hat, deren Ebenen einen
gewissen Winkel 2A miteinander bilden. Die Platten 3, 4 sind in
eine
Fassung 5 eingesetzt, in welcher sich ein Raum 6 befindet, der den Durchgang der
Strahlenbündel gestattet.
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Das Wasserstandsglas i befindet sich zwischen der Lichtquelle S1,
welche konvergierende Strahlenbündel aussendet, und einem Schirm E2 F2.
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Die Abmessungen des Systems sind derart gewählt, daß der Konvergenzpunkt
61 der von S1 ausgehenden Strahlenbündel sich auf dem Schirm E2 F2 befindet. Infolgedessen
befindet sich der Konvergenzpunkt 62 des abgelenkten Strahlenbündels ebenfalls auf
dem Schirm E2 F2. Hieraus ergibt sich, daß die Projektionen der genannten Strahlenbündel
auf dein Schirm E. F., sehr scharfe Linien bilden, welche in dem Fall der Fig. 3
mit- den Punkten 61, 62 zusammenfallen.
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Die Größe des Winkels aA ist für die Schärfe der Projektion von großer
Wichtigkeit. Die günstigste Größe des Winkels liegt zwischen 15 und 3o°. Dieser
Wert des Winkels ermöglicht es auch, eine Verschiebung zwischen den Linien 61 und
62 zu erhalten, die keine zu großen Abmessungen der Gesamtanordnung ergibt.
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Die Abmessungen des optischen Systems, welches den Wasserstandsanzeiger
bildet, können offenbar in verschiedenster Weise gewählt werden. Die Lichtquelle
kann parallele Lichtstrahlen aussenden. Man erhält alsdann zwei Strahlenbündel,
die aus parallelen Strahlen bestehen. An Stelle zweier Bilder und der in einer festen
Ebene liegenden Lichtquelle erhält man zwei leuchtende Bänder, gleichgültig, welches
der Abstand des Schirmes und des Wasserstandsglases ist.