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Integrator für die Durchflußmenge eines strömenden Mediums und einer
Zustandsgröße desselben Es sind Vorrichtungen bekannt; die das Zeitintegral der
fortlaufenden Anzeige von Augenblickswerten einer Messung dadurch bilden, daß der
Zeigerausschlag durch ein Fühlorgan in gleichmäßigen Zeitabständen abgetastet wird
und diese Tastwege über ein Steigrad, Sperrgetriebe o. dgl. auf einem Ziffernwerk
summiert werden. Solche Vorrichtungen bezieht man in den allgemeinen Begriff der
Zähler ein. Sie mögen in ihrer besonderen Form hier Tastzähler genannt werden, und
sie haben eine bevorzugte Bedeutung in Verbindung mit Durchflußmessern als Dampf-,
Wasser- oder Gaszähler. Diese Tastzähler sind meist durch gleichmäßiges Tasterspiel
gekennzeichnet; die Abtastung erfolgt also in gleichen Zeitabständen. Die Zeit geht
demnach als Konstante in das Zählergebnis ein. Dieses erscheint als Produkt aus
Zeit-und Meßgröße und ist daher das gewünschte Zeitintegral.
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Weiterhin ist es bekannt, ein veränderliches Tasterspiel und damit
ein ungleichförmiges Zeitmaß einzuführen, wodurch es möglich wird, eine zweite,
andere Meßgröße in diesem Zeitmaß auszudrücken. Das Ergebnis am Ziffernwerk des
Zählers ist dann das Zeitintegral aus dem Produkte der beiden Meßgrößen.
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Die Produktbildung ist besonders wichtig für Strömungsmessungen, für
die die Tastzähler auch bisher schön eine bevorzugteRolle spielten. Die Durchflußmessung
von Dampf oder Gas ist bekanntlich vom Zustande (Druck, Temperatur u. a.) abhängig
und bedarf deshalb einer sog. Zustandskorrektur, die den Veränderungen der Gas-
oder Dampfdichte Rechnung trägt. Diese Zustandskorrektur tritt als Faktor auf. Das
aus Zustandskorrektur und Durchflußmessungen zu bildende Produkt soll gemessen werden.
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Ein Durchflußmesser sei mit einem Tastzähler mit gleichmäßiger Tasthäufigkeit
ausgestattet. Je größer die Strömungsmenge, je größer also der Zeigerausschlag ist,
um so mehr Ziffern werden von dem Zählwerk in der Zeiteinheit vorgeschoben. Dabei
ist diese Zählgeschwindigkeit nur vom abgetasteten Zeigerausschlag abhängig, denn
die Abtastung erfolgt ja in immer genau gleichen Zeitabständen. Läßt man nun aber
den Zeiger in der gleichen Zeit doppelt so häufig abtasten, so werden bei gleichem
Zeigerausschlag doppelt so viril Ziffern ins Ablescfenster geschoben werden; läßt
man ihn halb so schnell abtasten, so erscheint nur eine halb so hohe Endsumme. Daraus
ergibt sich, daß das Zählergebnis tatsächlich das Produkt aus Tasthäufigkeit und
Zeigerausschlag ist.
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Es sind nun zwei Fälle möglich: Erstens kann man die Tasthäufigkeit
so bemessen, daß sie der erwähnten Zustandskorrektur proportional ist; dann ist
also der Hub proportional der unkorrigierten Durchflußmenge, und es bildet der Zähler
das Produkt aus Zustandskorrektur und Durchflußmessung; und weil
der
ganze Vorgang sich fortschreitend in der Zeit abspielt, stellt die im Ablesefenster
erscheinende Zahl das Zeitintegral aus Durchflußmessung und Zustandskorrektur dar.
Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der Form bekannt, daß die Tasthäufigkeit
durch eine Gasuhr gegeben wird, deren Drehzahl vom Gasdruck abhängt. Auf' diese
Weise wird-dann der Ausschlag eines in der üblichen Tauchglockenbauart hergestellten
Durchflußmessers in einem Zeitmaß abgetastet, welches vom Druck beeinflußt wird.
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Bei der zweiten möglichen Gruppe bekannten Einrichtungen ist die Tasthäufigkeit
nicht von der Zustandsgröße, sondern von der Durchflußmenge abgeleitet, der Hub
entspricht also der Zustandsgröße. Demgegenüber bieten die Apparate der ersten Gruppe
folgende wesentlichen Vorteile. Was bei einer korrigierten Mengenmessung für den
Betriebsmann in erster Linie wichtig ist, ist die unkorrigierte Durchflußmenge;
die Zustandsgröße interessiert ihn erst in zweiter Linie. Wenn nun bei diesen bekannten
Einrichtungen irgendeine Störung eintritt, so kann sich der Betriebsleiter zwar
noch über die Zustandsgröße, im Beispielsfalle die Temperatur, unterrichten; irgendeinem
Überblick über die augenblickliche Durchflußmenge hat er je-
doch nicht. Tritt
dagegen bei den Einrichtungen der ersten Gruppe eine Störung ein, so sieht der Betriebsleiter
stets den unkorrigierten Durchflußwert, der sich nur um den Betrag der Korrektur,
also um einige Prozent von dem wahren Wert unterscheidet. E@ kann also sehr wohl
nach den Mengenangaben wichtige Schlüsse für die Weiterführung des Betriebes ziehen.
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Die Erfindung betrifft nun einen zur ersten Gruppe gehörigen Integrator
für die Durchflußmenge eines strömenden Mediums und einer Zustandsgröße desselben,
z. B. der Temperatur, bei welchem ein Zählwerk mit einem der Durchflußmenge proportionalen
Hub und einem der Zustandsgröße proportionalen Takt geschaltet wird. Das Neue besteht
darin, daß als die den Takt bestimmende Vorrichtung ein Integrator, insbesondere
ein solcher mit Tastorgan dient, weldher das Zeitintegräl der Zustandsgröße bildet.
DieResultatwelle dieses Integrators ruft entsprechend ihrer Drehzahl pro Zeiteinheit
Stromstöße hervor, welche den Takt des Integrators für die Durchflußmenge steuern.
Gegenüber der bekannten Einrichtung, bei welcher die Tasthäufigkeit von .einer Gasuhr
gesteuert wird, hat, die Einrichtung gemäß der Erfindung den Vorzug, daß die Erfassung
der Durchflußmenge und die Erfassung der Korrekturgröße mechanisch vollkommen voneinander
getrennt ist und mittels normaler Meßwerke erfolgt. Die bekannte Einrichtung ist
lediglich zur Berücksichti. gung des Druckes als veränderliche Zustandsgröße geeignet,
und bei ihr ist ein komplizierter Apparat verwendet, dessen Bauteile je-
weils
besonders hergestellt werden müsser und bei dem infolge der verwickelten Bauara
Störungen unvermeidlich sind. Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung ist es dagegen
möglich, die an sich normalen Bauteile lediglich durch elektrische Leitungen miteinander
zu verbinden, so daß sie örtlich getrennt an passenden Orten untergebracht werden
können. Außerdem beeinflußt eine Störung im Korrekturmeßwerk das Meßwerk für die
Durchflußmenge nicht, während bei der Bauart mit vereinigtem Korrektur- und Durchflußmeßwerk
Störungen im Korrekturmeßwerk in den meisten Fällen auch das Durchflußmeßwerk in
Mitleidenschaft ziehen müssen.
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Die Verwendung eines Fallbügelinstrumentes als Integrator der korrigierten
Durchflußmenge ist bei einer Vorrichtung der zweiten Gruppe an sich bekannt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die unkorrigierte Dampfmenge in t/h wird mit dem Mengenmesser i erfaßt, der nur
schematisch durch seinen Zeiger 2 dargestellt ist. Der Druck des Dampfes wird durch
den Druckmesser 3 gemessen, der ebenfalls nur schematisch durch seinen Zeiger q.
dargestellt ist. Die Zustandskorrektur, mit welcher das unkorrigierte Ergebnis des
Mengenmessers zu multiplizieren ist, ist also durch den Ausschlag des Druckmesser
3 gegeben. Um das Zeitintegral der Zustandsgröße zu bilden, ist auf die Welle 5
des Zeigers q. eine Kurvenscheibe 6 gesetzt, welche in regelmäßigen Abständen durch
den Tastarm 7 abgetastet wird. Im Beispielsfalle wird hier die regelmäßige Folge
der Abtastung dadurch bewirkt, -daß der Tastarm 7 durch einen kleinen Synchronmotor
8 angetrieben wird. Die einzelnen durch die Abtastung erfaßten Ausschläge werden
mittels der Ratsche 9 zu einer Drehbewegung der Welle im summiert. Bei kleinem Drück
macht der Tasthebel 7 nur einen kleinen Weg und schiebt die Ratsche 9 nur um kleine
Stücke in der Zeiteinheit vor, während bei hohemDruck der Tastweg verlängert wird
und entsprechend in der Zeiteinheit die Welle io schneller gedreht wird. Auf der
Welle " io sitzt ein Nocken i i, welcher j e nach seiner Stellung die Schaltröhre
12 nach links oder nach rechts kippt. In der gezeichneten nach links gekippten Stellung
verbindet die Schaltröhre die beiden Leitungen a und b, während in
der umgelegten nach rechts gekippten Stellung die Leitungen a und e miteinander
verbunden werden.
Durch einen Tastarm 13, der von dem Motor 14 angetrieben
wird, kann der Ausschlag des Mengenmessers 2 in Abständen, deren Größe noch näher
bestimmt wird, abgetastet werden. Je nach der Größe des Ausschlages, den der Zeiger
2 gerade macht, wird der Tastweg länger oder kürzer und entsprechend die Welle der
Ratsche 15 mehr oder weniger gedreht. Diese Welle ist mit einem Ziffernwerk üblicher
Bauart verbunden. Bei großem Ausschlag des Zeigers 2 wird also für jede Tastung
der Drehweg der Ratsche und damit der Vorschub für das Ziffernwerk groß, während
bei kleinem Zeigerausschlag- das umgekehrte auftritt. Die Kurvenscheibe I¢, welche
bei einem einmaligen Umlauf ein Tasterspiel bewerkstelligt, wird von einem Motor
16 angetrieben. Dieser Motor 16 liegt nicht unmittelbar an der Stromquelle, sondern
erhält seinen Strom über die Schaltröhre 1.2 imTastwerk des Druckmessers und über
die Schaltröhre I7 , die im Tastwerk des Mengenmessers untergebracht ist. Diese
Schaltröhre 17 kann durch einen Nocken 18 in der gleichen Weise gekippt werden,
wie die Schaltröhre 12.
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Stehen die Schaltröhren so, wie es der Abbildung entspricht, so erhält
der Motor 16 Strom, und zwar so lange, bis ein einmaliges Tasterspiel des Tastarmes
13 vollzogen ist. Dann ist nämlich auch die Nockenscheibe 18 so weit gedreht, daß
die Schaltröhre 17 umgelegt wird; dabei wird die Verbindung zwischen Leitung
a und b aufgehoben und zwischen a und c hergestellt. Da der Motor
somit von der Stromquelle abgeschaltet ist, bleibt er stehen. Ein erneutes Tasterspiel
kommt erst dann zustande, wenn im Tastwerk des Druckmessers die Welle io so weit
gedreht ist, daß die Schaltröhre 12 ebenfalls umgelegt ist. Dann erhält der Motor
16 über die Leitungen a und c Strom, vollzieht ein Tasterspiel und setzt sich durch
Umlegen der Schaltröhre 17 wiederum selbst still. Ein neues Tasterspiel kommt erst
zustande, wenn die Schaltröhre 1.2 erneut umgelegt wird.
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Es ergibt sich also daraus, daß für das ziffernmäßige Gesamtergebnis
zunächst maßgebend ist der Hub, welchen der Tastarm T3 macht; dieser hängt vom Ausschlag
des Mengenmessers 2 ab. Außerdem ist das ziffernmäßige Gesamtergebnis abhängig von
der Tasthäufigkeit des Armes 13. Diese Tasthäufigkeit wird durch elektrische Stromstöße
von der Resultatwelle des mit dem Druckmesser verbundenen Integrators gesteuert,
so daß die Tasthäufigkeit vom Zeitintegral des Druckes bestimmt wird.