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Druckunabhängiger Volumenmesser für gasförmige Stoffe Die gebräuchlichen,
nassen oder trockenen Gasmesser lassen sich in solchen Fällen nicht zur Mengenmessung
verwenden, wenn das Gas weder mit Füllflüssigkeit noch mit brennbaren Stoffen, wie
Leder, 0l o. dgl., in Berührung kommen soll. Dies gilt z: B. für Sauerstoff, der
in vielen Betrieben in verschiedenster Spannung Verwendung findet. Die volumetrische
Messung hochgespannter Gase wird dabei noch dadurch erschwert, daß zum mindesten
der Meßdruck, bei großen Abweichungen auch die Temperatur gemessen und zur Umrechnung
auf Normalkubikmeter herangezogen werden muß.
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Volumenmesser mit metallischen Membranen nach dem Verdrängungsprinzip
sind hierfür bisher ohne Erfolg vorgeschlagen worden., da Metallmembranen den Dauerbeanspruchungen
der großen. Verdrängungshübe nicht gewachsen sind. Drehkolbenmesser sind bei kleinen
Gasmengen wegen der Spaltverluste ungeeignet.
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Erfindungsgemäß wird für derartige und ähnliche Zwecke ein trockener
Messer vorgeschlagen, bei dem ohne Verdrängungsmembran mittels einer oder mehrerer
im Gasweg angeordneter Schleusenkammern von im wesentlichen unveränderlichem Rauminhalt
eine Volumenmessung erfolgt, die von vornherein vom Druck des zu messenden Gases
unabhängig ist, also abgesehen von Temperatureinflüssen keiner Reduktion bedarf.
Der Messer kennzeichnet sich dadurch, daß die mit einem Einlaß- und einem Auslaßorgan
versehene Schleusenkammer wechselweise auf einen etwas höher als der Verbrauchsdruck
liegenden oberen Grenzdruck aufgefüllt und auf einen um einem bestimmten, stets
gleichen Wert unter diesem oberen Grenzdruck liegenden unteren Grenzdruck entleert
wird, wobei die Umschaltung des Einlaß- und des Auslaßorgans selbsttätig durch ein
Kippsteuerwerk (mit oder ohne Abreißknaggen) erfolgt, welches durch eine dem wechselnden
Druck der Schleusenkammer unterliegenden geeigneten Membran, z. B. eine Metallmembran,
umgesteuert wird. Die Membran braucht dann nur einen sehr geringen Hub zu vollführen,
durch welchen der Rauminhalt der Schleusenkammer nicht wesentlich geändert wird
und dem sie auch auf die Dauer gewachsen ist. Die Zahl der Umschaltungen ist das
Maß für die hindurchgeschleuste Gasmenge.
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Bei diesem Meßprinzip wird die Gesetzmäßigkeit ausgenutzt, daß bei
einem gegebenen Gasvolumen der Gesamtdruck als Summe von Teildrücken aufgefaßt werden
kann. Man entnimmt hier einem Gasvolumen V vom Gesamtdruck P eine Menge, die das
betreffende Volumen mit dem Teildruck a ausfüllt, so daß der Druck des verbleibenden
Restes P-a beträgt. Dann füllt man die Restmenge mit neuem Gas wieder auf den Druck
P auf und so fort. Das durch die Meßkammer hindurchgeschleuste Gasquantum bleibt
so lange stets das gleiche, als man dafür sorgt, daß der tiefste Druck in ihr stets
um den Betrag a, z. B. 0,5 at, unter dem höchsten liegt (und solange die
Temperatur
konstant bleibt). Wie groß dabei die Drücke selbst sind,
ist gleichgültig, der Meßvorgang kann sich ebensowohl zwischen = und 0,5
wie zwischen 2o,5 atü und 2o atü abspielen, es genügt, die Ventilumschaltungen zu
zählen, um eine druckunabhängige Volumenmessung zu erhalten.
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Die einerseits vom wechselnden Druck in der Schleusenkammer beaufschlägte,
mittels des Kippspannwerkes die Ventile umsteuernde Membran wird andererseits einem
konstanten Druck ausgesetzt. Als eine solche künstliche Atmosphäre kann erfindungsgemäß
das zu messende Gas selbst verwendet werden, wobei durch Abschluß der an die Membran
grenzenden, den Vordruck enthaltenden Kammer während der Entleerungsperiode oder
der Füllperiode der Schleusenkammer dafür gesorgt wird, daß der Druck ihres Inhalts
während des Entleerens bzw. des Füllens der Schleusenkammer konstant bleibt.
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Hierbei ist es von Vorteil, daß die Metallmembran, die die Umsteuerung
der Ventile -bei genau dem Druckunterschied a in der Meßkammer zu überwachen bzw.
einzuleiten hat, insofern unter sehr günstigen Bedingungen arbeitet, als sie nur
für dieses eine Druckgefälle, dem man sie nach der erfindungsgemäßen Anordnung unmittelbar
aussetzen kann, passend hergestellt zu werden braucht. Man kann daher in dieser
Hinsicht große Genauigkeit erzielen,. Ferner ist- es von Vorteil, daß bereits Umschaltwerke
bekannt sind, deren Führungshebel mit Hüben von wenigen Millimetern, ja unter i
mm Größe auskommt.
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Um zu vermeiden, daß die beiden Ventile der Schleusenkammer gleichzeitig
geöffnet sind, was zur Folge hätte, daß ungemessenes Gas durch den Messer strömen
würde, werden die Ventile durch Federn geschlossen und zwischen -dem die Ventile
öffnenden Hebel des Kippwerkes und den -Ventilen bzw. deren Spindeln Schleppkupplungen
angeordnet, so daß immer erst das offene Ventil abgeschlossen, ehe das andere geschlossene
Ventil geöffnet wird.
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Um die Drucke vor und evtl. auch hinter der Meßkammer auf gewünschter
Höhe zu halten, wird erfindungsgemäß vor und evtl. auch hinter dieselbe ein Regler
geschaltet. Der vorgeschaltete Regler wird dabei zweckmäßig durch den Verbrauchsdruck
gesteuert und regelt die zur Meßkammer strömende Menge auf einen Druck, der etwa
eine Atmosphäre höher liegt als der Verbrauchsdruck. Er bedarf als Differenzdruckregler
keines ,atmosphärischen Anschlusses. Seine Membran kann ebenfalls aus Metallblech
sein.
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In Abb. r ist ein Schema des Messers beispielsweise dargestellt. Aus
einer Leitung i wird mittels eines Handventils z o. dgl. Druckgas entnommen, dessen
Menge festzustellen ist. Die Verbrauchsleitung 3 führt zu einer Verbrauchsstelle.
Das Druckgas durchströmt das Regelventil q, welches von einer Membran 7 gesteuert
wird, deren Oberseite dem Verbraucherdruck mittels Leitung 5 ausgesetzt wird, während
der Druck hinter dem Ventil q. sie anhebt und das Ventil zu schließen bestrebt ist.
Die Druckdifferenz zwischen Leitung 6 und 3 wird durch die Gewichts- oder Federbelastung
der Membran 7 auf beispielsweise eine Atmosphäre eingestellt. Das Gas strömt durch
Leitung 6 über ein. Ventil g, welches vom Umsteuerwerk mitgesteuert wird, in eine
Vorkammer =o, von hier durch das Einlaßventil =i in die Meßkammer 12, aus dieser
durch das Auslaßventil 1.3 in die Sammelkammer =q.. Hinter dieser kann auch ein
Regler 15 angeordnet sein, der den -Verbrauchsdruck erforderlichenfalls genau
konstant hält, doch wird dies nicht immer notwendig sein.
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Die Ventile =i und 13 werden wechselweise entweder durch die Kraft
ihrer Federn 18, =g zugehalten oder mittels des Hebels 21 geöffnet. Dieser gehört
zu einem Umschaltwerk, für welches als Beispiel eine an sich bekannte Ausführung
gewählt ist. Eine auf Knickung beanspruchte Blattfeder 25 spreizt sich gegen einen
im Punkte 22 gelagerten Kipphebel 26. Die hierdurch gebildete Brücke wird durch
die Kraft der Druckfeder 23 belastet, deren Gegenende sich gegen die Membran 24
stützt.
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Die für das Kippwerk erforderlichen Anschläge, die den Ausschlag der
Hebel 26 und 2i begrenzen, werden bekanntlich so gewählt, daß der gemeinsame Gelenkpunkt
der Elemente 25 und 26 auf der gleichen Seite der Verbindungslinie ihrer Lagerungspunkte
verbleibt, also im einen Fall etwas näher, im anderen etwas weiter von seiner Totlage
entfernt ist. Ein Nachlassen des Druckes der Feder 23 bewirkt daher Umschlagen in
die Linkslage, ein Zunehmen in die Rechtsstellung. Diese Zu- und Abnahme des Federdruckes
wird bewirkt durch die Stellung der Membran 2¢, die unter der Rückwirkung der Feder
23 etwas links durchgewölbt ist und stets in diese Form zurückzukehren sucht. Die
Membran 24 ist nun so eingebaut, daß sie dem Druckgefälle zwischen Vor- und Meßkammer
unterliegt. Sobald dieses Druckgefälle einen bestimmten Wert, z. B. 0,5 at, überschreitet,
schaltet das Kippwerk so um, daß Ventil =i geöffnet, i3 geschlossen wird. Mit Ventil
=i ist das Ventil g mit Hilfe einer Schleppkupplung 27 o. dgl. verbunden, so daß
es ebenfalls öffnet. Die Vorkammer =o und Meßkammer 12 füllen sich nun auf einen
Druck, der von der Regelmembran 7 bestimmt wird. Sobald in. Kammer =o und 12 ein
um einen bestimmten Betrag gegenüber dem anfänglichen kleineres Druckgefälle oder
Druckgleichheit herrscht, hat die Membran eine Stellung erreicht, in der die Kippbrücke
nach
der anderen Seite umschlägt. Ventil 9 und ii werden geschlossen, Ventil 13 geöffnet.
Die Meßkammer entleert sich bis auf den Druck, bei dem die Membran 24 wieder zurückschaltet,
und so fort.
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Um die Apparatur bei Inbetriebnahme zum Anlaufen zu bringen, müssen
die Ventile 9 und ii offen stehen. Da anfangs an der Membran 24 Druckgleichheit
herrscht, sind sie jedoch geschlossen. Zweckmäßig wird deshalb das Ventil 9 durch
ein (nicht gezeichnetes) Gestänge der anfangs in Tieflage befindlichen Reglermembran
7 offen gehalten, bis der Regier in Tätigkeit ist.
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Die Justierung und evtl. Nacheichung des Messers kann auf o° 76o mm
QS oder beliebige Bezugswerte erfolgen und gestaltet sich einfach. Man kann z. B.
die Belastung der Membran 24 verändern, indem man mittels einer Schraube 29 die
Vorspannung der Feder 25 ändert oder die Membran mit einer Zusatzfeder belastet,
deren Spannung man einstellt. Oder aber man ändert den Rauminhalt der Meßkammer
12 durch Einbringen von festen Körpern.
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Anstatt mit der Membran 24 könnte man die Umschaltung auch mittels
eines Quecksilbermanometers o. dgl. bewirken, was aber umständlicher ist. Es ist
ferner nicht notwendig, daß die Kraft für die Umsteuerung der Ventile durch die
Membran übertragen wird, vielmehr können die Ventile von einem Federwerk aus betätigt
werden, während die Membran 24 nur die Steuerung dieser Bewegung durch Sperren,
z. B. Abreißkulissen, übernimmt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Die Schaltenergie
könnte dabei anstatt durch ein Federwerk durch eine beliebige Kolbenmembran, die
im Strömwege des Gases, z. B. in Leitung 6, zwischengeschaltet wird, aufgebracht
werden.
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Statt einer können mehrere Meßkammern wechselweise betrieben werden.
Die durch die Kompressionsvorgänge eintretenden Temperaturänderungen gleichen sich
schnell aus, wenn man für genügende Berührungsflächen des Gases mit der Wandung
sorgt.
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Abb. 2 zeigt das Schema einer Anordnung, bei welcher die einerseits
von wechselndem Druck in der Schleusenkammer 35 beaufschlagte Membran 31 andererseits
ebenfalls dem Vordruck des zu messenden Gases ausgesetzt ist, wobei dieser jedoch
während der Füllperiode konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck werden die aus der
Vordruckkammer 3o in die Schleusenkammer 35 und auf die andere Seite der Membran
31 führenden Öffnungen durch gegenläufige Ventile 33 und 32 gesteuert- Die Funktion
des Einlaßventils 33 und des Auslaßventils 34 der Schleusenkammer 35 ist im übrigen
die gleiche wie bei dem in der Abb i dargestellten Ausführungsbeispiel. Hier besteht
der Vorteil, daß vor Inbetriebnahme des Messers das Ventil 32 offen steht, so daß
der hinter die Membran 31 gelangende Vordruck die Ventile 33 und 34 umschaltet
und so den Messer zum Anlaufen bringt.