DE641047C

DE641047C - Micromanometer

Info

Publication number: DE641047C
Application number: DER91881D
Authority: DE
Original assignee: HANS REICHARDT DR
Current assignee: HANS REICHARDT DR
Priority date: 1934-11-14
Filing date: 1934-11-14
Publication date: 1937-01-22

Description

17 PEB, 193¹J17 PEB, 193 ¹ J.

AUSGEGEBEN AM
22. JANUAR 1937ISSUED ON
JANUARY 22, 1937

Für gewisse Steömungsuntersuchungen, z.B. Messung· kleiner Windgeschwindigkeiten, Druckabfallmessungen in weiten Rohren, benötigt man Manometer von besonders hoher Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit der in der Praxis verwendeten Flüssigkeitsmikromanometer reicht aber für manche Untersuchungen, z. B. für genaue Staudruckmessungen von Geschwindigkeiten unterhalb vonFor certain flow investigations, e.g. measurement of small wind speeds, Pressure drop measurements in wide pipes require a particularly high pressure gauge Sensitivity. The sensitivity of the liquid micromanometers used in practice but is sufficient for some examinations, e.g. B. for accurate dynamic pressure measurements of speeds below

to ι m/Sek., gar nicht aus, so daß man zu elektrischen Meßmethoden übergehen muß (Hitzdrahtanemometer) oder aber überhaupt auf die Messung extrem kleiner Druckunterschiede verzichten muß.to ι m / sec., not at all, so that one too electric Measuring methods have to pass over (hot wire anemometer) or even to the measurement of extremely small pressure differences have to do without.

Es existiert zwar das sog. Strömungsmanometer von Edelmann, dessen Empfindlichkeit (bis zu io~⁷mmW.-S.) für alle praktisch, vorkommenden Aufgaben bei weitem ausreicht. Dieses Manometer hat aber wegen verschiedener großer Nachteile keinen Eingang in die Praxis gefunden. Beim Strömungsmanometer wird nicht, wie beim Flüssigkeitsmanometer, direkt eine Druckdifferenz gemessen, sondern es wird die Kraft angezeigt, die eine vom Druck erzeugte Strömung auf eine Drehwaage ausübt. Der Effekt beim Strömungsmanometer hängt also von der Größe einer an sich unerwünschten Strömung ab, die schädliche Druckabfälle in den verschiedensten Teilen der Meßanordnung hervorruft. Die Größe des Ausschlages beim Strömungsmanometer ist außerdem abhängig von den Eigenschaften des betreffenden Mediums (Zähigkeit, Dichte), die besonders bei Luft sehr vom atmosphärischen Druck und von der Temperatur abhängen. Ferner besteht "beim Strömungsmanometer die Schwierigkeit, die Werte der Ausschläge in Millimeter W.-S. genau anzugeben, da es Vergleiclismanometer nicht gibt und da eine genaue Berechnung der Effekte aus den Abmessungen des Manometers bislang nicht ausgeführt werden konnte.There is indeed the so-called flow ^{manometer from Edelmann, whose sensitivity (up to 10 ~ 7} mmW.-S.) is by far sufficient for all practical, occurring tasks. However, this manometer has not found its way into practice because of various major disadvantages. With the flow manometer, unlike the liquid manometer, a pressure difference is not measured directly, but the force that a flow generated by the pressure exerts on a rotary balance is displayed. The effect with the flow manometer therefore depends on the size of a flow which is undesirable in itself and which causes harmful pressure drops in the most varied of parts of the measuring arrangement. The size of the deflection in the flow manometer also depends on the properties of the medium in question (viscosity, density), which, particularly in the case of air, are very dependent on the atmospheric pressure and temperature. Furthermore, "with the flow manometer there is the difficulty of precisely specifying the values of the deflections in millimeters W.-S., since there are no comparative manometers and since an exact calculation of the effects from the dimensions of the manometer has not yet been carried out.

Es besteht also ein Bedarf nach einem Mikromanometer, das die außerordentliche Empfindlichkeit des Strömungsmanometers besitzt, das aber die Nachteile des Strömungsmanometers möglichst vermeidet. Ein solches Mikromanometer ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung. 'So there is a need for a micromanometer that can provide the extraordinary Has the sensitivity of the flow manometer, but this avoids the disadvantages of the flow manometer as far as possible. One such Micromanometer is the subject of the present invention. '

Um die hohe Empfindlichkeit wie beim Strömungsmanometer zu erreichen, kommt für das neue Instrument in bekannter Weise nur die Richtkraft einer schwachen Feder, z. B. eines Torsionsfadens, in Frage. Um andererseits die Druckdifferenz in genau angebbarer Weise anzeigen zu können, muß man den Druckunterschied auf einen Kolben wirken lassen, der in einem Zylinder bewegbar angeordnet ist. Dieser Kolben darf aber nicht im Zylinder reiben, da ja äußerst geringe Kräfte angezeigt werden sollen. Man muß also einen Ringspalt zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinderwand zulassen. Dadurch entsteht zwar auch bei dem neuen Druckmeßgerät eine unerwünschte Strömung; diese ist aber im Vergleich zu der beim Strömungsmanometer strömenden Menge sehr gering, In order to achieve the high sensitivity as with the flow manometer, comes for the new instrument in a known manner only the straightening force of a weak spring, z. B. a torsion thread, in question. On the other hand, the pressure difference can be precisely specified To be able to display one way, one has to act on the pressure difference on a piston let, which is movably arranged in a cylinder. But this piston must not rub in the cylinder, since extremely small forces are to be displayed. One must thus allow an annular gap between the piston surface and the cylinder wall. Through this It is true that an undesirable flow arises even with the new pressure measuring device; this is but very small compared to the amount flowing in the flow manometer,

wenn der Spalt sehr eng und der Spaltumfang bzw. der Kolbendurchmesser klein gemacht wird. Eine gänzliche Verhinderung der Spaltströmung, etwa durch. Ölschmierung oder durch eine bewegliche Membran, wie sie bereits bekannt wurde, ist nicht möglich, da die Kräfte, die das neue Meßgerät anzeigen soll, sehr viel geringer sind als die Kräfte, die ein dichtendes Zwischenglied auf das System ausüben würde.if the gap is made very narrow and the gap circumference or the piston diameter is made small will. A complete prevention of the gap flow, for example through. Oil lubrication or through a movable membrane, as it was already known, is not possible, since the Forces that the new measuring device is supposed to display are much lower than the forces that a sealing pontic would exert on the system.

Das Prinzip des nicht reibenden Kolbens ist zwar schon in einer Ausführung bekanntgeworden, bei der ein Kolben durch Blattfedern ohne Berührung mit der Zylinderwandung geführt wird. Dort wird aber auf einen möglichst geringen Kolbenumfang bzw. -durchmesser kein Wert gelegt. Auch läßt sich der Kolben der bekannten Ausführung nicht in Verbindung mit einem Torsionsfaden verwenden, wenn, wie beim Impulsmanometer, ein wesentlicher Ausschlag erzielt werden soll.The principle of the non-rubbing piston has already become known in an embodiment in which a piston is actuated by leaf springs is guided without touching the cylinder wall. There, however, the piston circumference or diameter is as small as possible placed no value. Also, the piston of the known design cannot be used in conjunction with a torsion thread, if, as with the pulse manometer, a significant deflection is to be achieved.

Zur Erreichung eines größeren Ausschlages könnte man einen in einem kreisförmig gekrümmten Zylinder bewegten Kolben verwenden, der um eine durch den Krümmungsmittelpunkt gehende Achse drehbar gelagert ist (im folgenden Drehkolben genannt). Ein bekannter Drehkolben, der in einem langgestreckten, kreisförmig gebogenen Zylinder geführt wird, kommt jedoch nicht in Frage. Würde man diesen Kolben nicht reibend anordnen, so würde der Spalt entweder sehr lang sein, oder, wenn er kurz wäre, würde er mit dem Ausschlagwinkel wandern und könnte, außer bei Ein- und Austritt, sonst an keiner Stelle seiner Bewegung durch den Zylinder beobachtet werden. Die nicht reibende Bewegung eines Drehkolbens bei engem Spalt zwischen Kolben und Zylinder läßt sich nur dann 4.0 technisch einwandfrei bewerkstelligen, wenn die Tiefe des Spaltes gering ist und wenn der Spalt an einer bestimmten, vom Ausschlagwinkel unabhängigen Stelle liegt, wo er in Aufsicht und Durchsicht gut beobachtbar ist. Der Spalt liegt nur dann an bestimmter Stelle fest, wenn sich ein langgestreckter Drehkolben durch einen kurzen Zylinder bewegt.To achieve a larger deflection one could do one in a circular shape Use curved cylinder moving piston, which is rotatably mounted about an axis passing through the center of curvature is (hereinafter referred to as rotary piston). A well-known rotary piston, which is in an elongated, circular curved cylinder is performed, but is out of the question. If this piston were not arranged to be rubbing, so the gap would either be very long, or, if it were short, it would wander with the deflection angle and could, except at entry and exit, at no other point of its movement through the cylinder to be observed. The non-frictional movement of a rotary piston with a narrow gap between Pistons and cylinders can only be achieved technically flawlessly if the depth of the gap is small and if the gap is at a certain, from the deflection angle independent body is where it can be easily observed in supervision and inspection. The gap is only fixed at a certain point if there is an elongated rotary piston moved by a short cylinder.

Das neue Druckmeßgerät, dessen Hauptmerkmale in Vergleich mit bekannten Manomeiern vorstehend beschrieben sind, ist in Abb. ι und 2. dargestellt, α ist der langgestreckte Drehkolben mit der Drehachse d, der mit einem Zeiger b oder mit einem Spiegelchenc versehen ist. e ist der kurze Zylinder, der die Üb er druckkammer/ mit der Unterdruckkammer σ verbindet und durch den sich der Kolben α bewegt, ohne die Zylinderwand zu' berühren.The new pressure measuring device, the main features of which are described above in comparison with known manometers, is shown in Fig. Ι and 2., α is the elongated rotary piston with the axis of rotation d, which is provided with a pointer b or with a Spiegelchenc. e is the short cylinder that connects the overpressure chamber / with the underpressure chamber σ and through which the piston α moves without touching the cylinder wall.

Für eine bestimmte, noch zulässige Strömungsgeschwindigkeit durch die Anschlußleitungen treten bei dem neuen Manometer (im folgenden Kleindruckwaage genannt) sehr viel größere Drehmomente auf als beim Strömungsmanometer, da die Strömung bei der Kleindruckwaage lediglich eine Nebenerscheinung ist, während beim Strömungsmanometer der ganze Effekt von der strömenden Menge abhängt. Wegen des verhältnismäßig hohen Drehmoments ließ sich die Kleindruckwaage für nicht allzu hohe Empfindlichkeiten (zwischen io""⁴ und io~⁵ mm W.-S.) sogar noch als Zeigerinstrument ausbilden. Dagegen sind die empfindlichsten Flüssigkeitsmanometer, obwohl wesentlich unempfindlicher als die Druckwaage, sämtlich Nullinstrumentc. Ein weiterer Vorteil der Kleindruckwaage ist der, daß sie gegenüber Neigungsschwankungen der Unterlage längst nicht so empfindlich ist wie die Flüssigkeitsmikromanometer.For a certain, still permissible flow velocity through the connection lines, the new manometer (hereinafter referred to as the low pressure balance) produces much greater torques than the flow manometer, since the flow in the low pressure balance is only a side effect, while in the flow manometer the whole effect of the flowing Amount depends. Because of the relatively high torque, the small pressure balance could even be designed as a pointer instrument for not too high sensitivities (between io "" ⁴ and io ~ ^{5 mm W.-S.).} In contrast, the most sensitive liquid manometers, although much less sensitive than the pressure balance, are all zero instruments. Another advantage of the small pressure balance is that it is by no means as sensitive to fluctuations in the inclination of the surface as the liquid micromanometer.

Wenn man sich, wie bei den bekannten Mikromanometern, mit dem jedesmaligen Einregulieren einer Nullstellung abfinden will, so kann man für jeden Ausschlag der Druckwaage ein Durchströmen der Anschlußleitungen sogar gänzlich vermeiden, indem man die in Abb. 4 dargestellte Zusatzvorrichtung verwendet, h ist eine parallel zum Drehkolben liegende kleine Pumpe, und / ist ein Strömungsmesser, z. B. ein Strömungsmanometer, der die Richtung des Luftstromes in den An-Schlußleitungen anzeigt. Die Pumpe h ist so einzuregulieren, daß der Strömungsmesser auf Null zeigt. Dann wird die durch den Spalt strömende Menge in den Überdruckraum zurückgeschafft, wodurch die Anschlußleitungen stromlos werden bzw. schädliche Druckabfälle gänzlich verhindert sind.If, as with the known micromanometers, you want to come to terms with the need to adjust a zero position every time, you can even avoid flowing through the connection lines for every deflection of the pressure compensator by using the additional device shown in Fig. 4, h is a parallel one to the rotary piston lying small pump, and / is a flow meter, z. B. a flow manometer that shows the direction of the air flow in the connection lines. Adjust the pump h so that the flow meter points to zero. Then the amount flowing through the gap is brought back into the overpressure space, whereby the connection lines are de-energized and harmful pressure drops are completely prevented.

Die Skala der Druckwaage ist bei normalem Drehkolben (Abb. 1) streng proportional der angelegten Druckdifferenz, was bei reinen Druckmessungen auch erwünscht ist. Man kann aber auch durch Verwendung eines Kolbens, dessen Querschnitt mit dem Ausschlagwinkel veränderlich ist, andere Skalen erzeugen. Bei dem sichelförmigen Kolben der Abb. 3 z. B. wird eine Skala erhalten, die proportional der Wurzel aus der Druckdifferenz bzw. proportional der Strömungsgeschwindigkeit ist, wenn diese Druckdifferenz durch den Stau einer Strömung erzeugt wird.The scale of the pressure compensator is strictly proportional for a normal rotary piston (Fig. 1) the applied pressure difference, which is also desirable for pure pressure measurements. Man but can also be done by using a piston whose cross-section corresponds to the deflection angle is changeable, produce other scales. In the sickle-shaped piston of Fig. 3 z. B. a scale is obtained that is proportional the square root of the pressure difference or proportional to the flow velocity is when this pressure difference is created by the stagnation of a flow.

Bei Druckwaagen, bei denen sich der wirksame Kolbenquerschnitt mit dem Ausschlagwinkel verändert, ist auch die Spaltweite mit dem Ausschlagwinkel veränderlich. Diese Spaltänderung hat aber als solche gar keinen physikalischen Sinn; sie ist lediglich kinematisch bedingt, da verschieden große Kolbenquerschnitte im Kanal Platz finden müssen. Demgegenüber ist die Spaltänderung bei den bekannten StaufLügelanemometem mit vergleichmäßigter Skalenteilung eine physikalische Maßnahme. Durch sie wird erreicht,For pressure compensators where the effective piston cross-section is related to the deflection angle changed, the gap width also changes with the deflection angle. However, this gap change does not have any as such physical sense; it is only due to the kinematics, since the piston cross-sections are of different sizes have to find space in the canal. In contrast, the gap change in the known Stauf wing anemometers is more uniform Graduation a physical measure. Through them it is achieved

daß durch. Veränderung der strömenden Luftmenge die am System angreifenden Druckunterschiede gegenüber dem Staudruck mehr oder weniger herabgesetzt werden. Beim Druckwaagenanemometer dagegen ist die strömende Menge auch, bei größter Spaltweite noch relativ gering, so daß der am System angreifende Druckunterschied bei jedem Ausschlagwinkel nicht viel geringer ist als der ίο Staudruck.that by. Change in the amount of air flowing through the pressure differences affecting the system be reduced more or less compared to the dynamic pressure. In the case of the pressure compensator anemometer, on the other hand, the flowing Amount also, with the largest gap width, still relatively small, so that on the system attacking pressure difference at each deflection angle is not much less than that ίο back pressure.

Claims

Patent claims:

i. Micromanometer in which a piston is guided by its guide in a cylinder plays without touching the cylinder wall and the gap is as narrow as possible, characterized in that a z. B. at elongated rotary piston suspended from a torsion thread of as low a value as possible Circumference or diameter through one of the overpressure space and the underpressure space connecting short channel reaching through.

2. micromanometer according to claim 1, characterized in that the im The piston cross-section located in the duct and acted upon by the pressure difference with the deflection angle or with the pressure difference changes.

3. Micromanometer after. Claim 1 or 2, characterized in that one small pump parallel to the rotary piston and a flow meter in the connection line is switched on.

Please refer to the sheet of drawings