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Nach der Kompensationsmethode arbeitendes Meßgerät für eine physikalische
Größe Die Erfindung betrifft ein nach der Kompensationsmethode arbeitendes Meßgerät
zur Anzeige einer physikalischen Größe, die in einer Exponentialfunktion das Empfangsorgan
dieses Gerätes beeinflußt.
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Es sind bereits nach der Kompensationsmethode arbeitende Meßgeräte
für eine physikalische Größe bekannt, die mit Kurvenführungen zur Umwandlung der
Ausschläge eines von dem Servomotor angetriebenen Zeigers oder zur Ermöglichung
einer Integrierung der erhaltenen Meßgrößen ausgerüstet sind. Ferner sind auch Meßgeräte
dieser Art bekannt, bei denen die zur Ausgleichung der Stellkraft des Empfangsorgans
erforderliche Gegenkraft durch die Spannung einer Feder erhalten wird. Beispielsweise
hat man zur Messung einer Strömung an einem von einer Feder getragenen Waagearm
einen in die Strömung tauchenden Schwimmer aufgehängt und das von der Feder getragene
freieEnde des Waagebalkens auf einen Schaltkontakt für einen Servomotor einwirken
lassen, welcher unter weitgehender Übersetzung eine das andere Ende der Aufhängefeder
haltende Zahnstange in der einen oder anderen Richtung zur Änderung der Federspannung
verschiebt. Da sich die bei Fahrzeugen auftretenden Massenkräfte nicht ausgleichen
lassen, so kann die Einrichtung nur für ortsfesten Einbau verwendet werden und in
diesem Fall auch nur bei stets waagerecht liegendem Waagebalken, weil eine Änderung
der Waagenlage auch eine Änderung der Gewichtsverteilung mit sich bringt, welche
das Meßergebnis beeinträchtigt. Außerdem läßt sich nur eine ganz bestimmte, annähernd
gleichen mäßige Skalenteilung verwenden, nicht aber eine je nach dem hauptsächlich
in Frage kommenden Meßbereich ungleichförmig gehaltene Teilung, die beispielsweise
bei den niedrigen Werten eine weite Teilung und damit eine größere Genauigkeit der
Messung ergibt als bei den höheren Meßwerten.
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Ein nach der Kompensationsmethode arbeitendes Meßgerät ist ferner
bekannt, bei dem die Gegenkraft zu der zu messenden Stellkraft eines durch die Meßgröße
beeinflußten, in Form einer Membran angeordneten Empfangsorgans von einer Feder
geliefert
wird, deren Wirl ; ung iiber eine zwischen einem Servomotor
und dern Angriffspunkt der Stellkraft angeordnete Kurvenführung geändert wird, wobei
jedoch nur die Größe der Federkraft, nicht aber die Richtung derselben eine Änderung
erfährt. Bei einem anderen Meßgerät dieser Art lastet der zu messende dynamische
Druck auf einer Membran, die über ein Gestänge mit einem Waagebalken mit verschiebbarem
Stützpunkt in Ver- -bindung steht, über dem ein weiterer durch eine Feder gleichmäßig
belasteter Waagebalken mit verschiebbarem Stützpunkt liegt. Dieser obereWaagebalken
belastet mit seinem freien Ende das freie Ende des unteren Waagebalkens und führt
dadurch den Ausgleich der Stellkraft herbei. DieVerschiebung des Stützpunktes des
oberen Waagebalkens erfolgt durch einenKurvenhebel, der entgegenFederwirkung durch
einen Kolben belastet wird, auf den der statische Druck vermindert um den dynamischen
Druck einwirkt. Der Unterstützungspunkt des unteren Hebels wird durch einen von
gleichbleibendem Flüssigkeitsdruck belasteten Servomotor so lange verschoben, bis
die Membran in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Die Anzeige der Meßgröße
erfolgt durch einen in gleichbleibendem Verhältnis zur Verschiebung des Kolbens
des Servomotors beweglichen Zeiger. Zwischen dem Kolben und dem Unterstützungspunkt
des unteren Waagebalkens ist zur Ubersetzung ihrer gegenseitigen Bewegungen eine
Kurvenführung eingelegt, die aber die Lage des Unterstützungspunktes im Meßaugenblick
nicht beeinflußt und somit auch nicht die Regelung der Gegenkraft. Eine Benutzung
dieses Gerätes für Fahrzeuge ist nicht möglich, weil die Massenwirkungen der Waagebalken
nicht ausgeglichen werden können.
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Die vorliegendeErfindung betrifft ebenfalls ein nach der Kompensationsmethode
arbeitendes Meßgerät für eine physikalische Größe mit einer die Gegenkraft liefernden
Feder. deren Wirkung über eine zwischen dem Servomotor und dem Angriffspunkt der
Stellkraft angeordnete Kurvenführung und eine von dieser gesteuerte Hebelanordnung
geändert wird, es wird aber abweichend von dem Bekannten der Stützhebel für die
Feder von der Kurvenbahn gesteuert und hierdurch eine Verschwenliung des Stützpunktes
der Feder bewirkt, so daß ihre Kraft nicht nur der Größe, sondern auch der Richtung
nach durch die vom Servomotor hervorgerufene Relativbewegung zwischen der Kurvenbahn
und dem Stützhebel derart geändert wird, daß einer kleinen Änderung der Federkraft
eine große Änderung ihres Hebel armes entspricht.
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Hierdurch wird gegenüber den bekannten Kompensationseinrichtungen
der Vorteil erreicht, daß bei kleiner Federkraft die Reibungen, und zwar nicht nur
die Reibung zwischen der Rolle und der Kurvenbahn, sondern auch besonders die Reibung
in den Drehpunkten so gering werden, daß die Anordnung auch für kleine Meßgrößen
sehr empfindlich wird.
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Diese Eigenschaften und Vorteile des Geräts nach der Erfindung haben
auch die weitere ÄVirkung, daß man mit sehr mäßigen Größenwerhältnissen der Hebelarme
und anderer Teile einen Meßberzch auf der Skala von mehr als 2400 erreichen kann,
und daß die Federkraft auch bei Fahrten von 40 Knoten so niedrig wie 10 kg bei 10
mm Federver-Iängerrmg und bei einer voll aus genügenden Größe der Membran gehalten
werden kann.
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Die Schaltung des Servomotors erfolgt dadurch, daß das die Stellkraft
aufnehmende, durch die Gegenkraft in die Nullage zurückgeführte Meßorgan auf den
einen kurz gehaltenen Arm eines doppelarmigen Hebels einwirkt, dessen zweiter langer
Arm an einer in der Nullstellung etwa radial zum Hebelschwenkpunkt liegenden Feder
angreift und eine Abzweigung aufweist, die den Anlasser des Servomotors trägt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist auf den
Zeichnungen veranschaulicht. Das Ausführungsbeispiel enthält, um ein betriebsfertiges
Gerät zu bringen, Einzelheiten, die nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung
gehören. Es ist Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Anzeige
der Geschwindigkeit und des von einem Schiff zurückgelegten Weges. Die Abbildung
zeigt die Stellung der verschiedenen Teile der Anordnung, wenn keine Bewegung des
Schiffes gegeniiber dem es umgebenden Wasser stattfindet.
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Fig. 2 zeigt die Stellung der Hauptteile der Anordnung, wenn das
Schiff mit zunehmender Geschwindigkeit durch das Wasser fährt.
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Fig. 3 gibt die Stellung der gleichen Teile wie in Fig. 2 wieder,
wenn die Einrichtung sich im Gleichgewicht befindet, d. h. wenn das Schiff mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit durch das Wasser fährt.
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Eine Pitotsche Röhre I mit ihrer Öffnung 3 zur Aufnahme des dynamischen
Druckes ragt von dem Schiffsboden 2 aus nach unten. In gleicher Höhe mit dem Schiffsboden
ist außerdem ein Rohr 4 zur Aufnahme des statischen Druckes mit seiner Öffnung g
vorgesehen.
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Ein Kessel 6 ist durch eineBiegehaut7 (Membran oder Balg) in zwei
Kammern geteilt, von denen die eine mit der Pitotschen Röhre und die andere mit
dem statischen Rohr verbunden ist. Eine Stange 8 ist mit der Biegehaut 7 verbunden.
Die obenerwähnten Teile I bis 8 bilden das Aufnahmeglied der Anordnung. Ein Hebel
9, der um eine Schwenkachse
10 schwenkbar ist, weist einen Arm
II auf. Der Hebel 9 wirkt zusammen mit einem elektrischen Schaltglied 12 für einen
Anlaß-und Regulierwiderstand I3. Die Teile g bis 13 bilden den Anlasser. Ein elektrischer
Wendemotor I4 bildet die Antriebsvorrichtung.
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Auf einer von dem Wendemotor angetriebenen Welle 15 ist eine Schnecken6
angeordnet, die mit einem Schneckenrad 17 zusammenarbeitet, welches starr mit einerDaumenscheibe
IS verbunden ist. An dem freien Ende eines doppelarmigen Hebels 20, der um eine
Achse 2I schwenkbar ist, ist eine Gleitrolle 19 vorgesehen, während an seinem anderen
Ende im Punkte 23 eine Feder 22 angreift, die außerdem im Punkte 24 mit dem Hebelg
verbunden ist. Die Teile 15 bis 22 bilden die Ausgleichanordnung.
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Ein mit der Daumenscheibe starr verbundener Zeiger 25 bestreicht
eine Skala 26. Die Form der Kurvenbahn der Daumenscheibe wird der in jedem besonderen
Falle erwünschten Skalaeinteilung angepaßt. Die Teile 25 und 26 bilden die Anzeigevorrichtung
für die Geschwindigkeit. Auf der Welle I5 ist ferner ein Gewindegang 27 vorgesehen,
der mit einer Schiebemutter 28 zusammenarbeitet. Diese verschiebt ein Reibrad 29
auf einer kegeligen Scheibe 30, welche durch eine Welle 31 mit einem Uhrwerk 32
verbunden ist. Ein Zählwerk33 wird durch die Welle des Reibrades 29 weitergeschaltet.
Die Teile 27 bis 33 bilden eine Anzeigevorrichtung für den zurückgelegten Weg. Die
Bewegung des Hebels g wird durch Anschläge 34 und 35 begrenzt.
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Die ganze Einrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Wenn das Schiff
sich in Ruhe- befindet, wird ein gleicher statischer Druck, der von dem Tiefgang
des Schiffes abhängt, auf beide Seiten der Biegehaut 7 ausgeübt. Wenn das Schiff
anfängt zu fahren, so wird ein bestimmter Druck, der Geschwindigkeitsdruclç, in
der Pitotschen Öffnung 3 hervorgerufen und von dort auf die untere Kammer des Kessels
6 übertragen, wo er zu dem vorher erwähnten statischen Druck hinzukommt. Dieser
Geschwindigkeitsdruck steht in einem quadratischen Verhältnis zu der Geschwindigkeit
selbst. Die Biegehaut ist somit auf ihrer einen Seite dem Geschwindigkeitsdruck
plus dem statischen Druck ausgesetzt und auf ihrer anderen Seite nur dem statischen
Druck allein, sie wird daher durch eine Kraft beeinflußt, die gleich dem Geschwindigkeitsdruck
ist und wird sich nach oben hin bewegen.
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Diese Aufwärtsbewegung wird durch die Stange 8 auf den Arm 11 des
Hebels g übertragen und kippt den letzteren nach rechts.
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Das Schaltglied I2, das über ein Zahnrad mit einer am Hebel 9 befestigten
Zahnstange in Eingriff steht, verläßt seine anfängliche neutrale Stellung und nimmt
eine Stellung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ein, wodurch der Motor 14 in einer
solchen Richtung angelassen wird, daß die mit dem Motor und der Schnecke I6 verbundene
Welle 15 das Schnekkenrad I7 in der durch den Pfeil angezeigten Richtung dreht.
Da die Daumenscheibe i8 starr mit diesem Schneckenrade verbunden ist, so wird sie
sich drehen und infolge ihrer Kurvenform den Hebel 20 um seinen Schwenkpunkt 21
herum schwenken. Die Feder 22 wird dann ihre Stellung und Spannung ändern, wodurch
ihr Zug an demHebelgwächst.
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Der Motor 14 setzt seinen Lauf fort, dreht die Daumenscheibe I8 und
vergrößert dadurch die Kraft der Feder am Hebel 9, bis sie größer ist als die Kraft,
die auf den Hebel durch den Geschwindigkeitsdruck ausgeübt wird, so daß der Hebel
9 sich nach links bewegt, bis das Schaltglied I2 wieder in seine neutrale Ausgangsstellung
zurückgekehrt ist.
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Der Motor hört dann auf zu laufen, und die ganze Einrichtung befindet
sich im Gleichgewicht, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
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Die Einzelteile. der Ausgleichsanordnung sind in diesem Falle so
ausgefiihrt, daß die Winkelbewegung der Daumenscheibe sich in dem gleichen Verhältnis
ändert wie die Geschwindigkeit und daß die Stellung des starr mit der Daumenscheibe
verbundenen Zeigers 25 die gerade vorhandene Geschwindigkeit auf der Skala 26 anzeigt.
Die andere in Fig. I gezeigte Anzeigevorrichtung, die aus den Teilen 27 bis 33 besteht,
zeigt den durch das Schiff zurückgelegten Weg an und arbeitet in folgender Weise:
Wenn die Welle 15 sich dreht, so ändert sich die Stellung der Schiebemutter 28 mit
ihrem Reibrade 29. Da das Reibrad durch die mit gleichmäßiger Geschwindigkeit über
die Welle 31 durch das Uhrwerk 32 angetriebene, kegelige Scheibe 30 getrieben wird,
so wird die Zahl der Umdrehungen des Reibrades während einer bestimmten Zeitdauer
unmittelbar abhängen von dem durch das Schiff während dieser Zeit zurückgelegten
Weg. Die Zahl der Umdrehungen des Reibrades wird in Seemeilen auf dem Zähler 33
angezeigt.
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Wenn die Geschwindigkeit des Schiffes abnimmt, so wird offensichtlich
die Biegehaut 7 auf Grund des abnehmenden Geschwindigkeitsdruckes nach unten bewegt,
wodurch der Hebeln nach links kippt und das Schaltglied I2 gegen den unteren Teil
des Widerstandes I3 hin bewegt. Der Wendemotor 14 wird dann in einer Richtung zu
laufen anfangen, die entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Motors bei wachsender
Geschwindiglseit ist.
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Dadurch wird die Ausgleichanordnung in soleher Weise bewegt, daß die
auf den Hebel 9 durch die Feder ausgeübte Kraft sich verringert, bis der Hebel das
Schaltglied 12 in seine neutrale Ausgangsstellung zurückgebracht hat und das Gleichgewicht
wiederhergestellt ist. Dieser Geschwindigkeitswechsel wird in gleicher Weise, wie
vorher beschrieben, auf der vorgesehenen Anzeigevorrichtung angezeigt. Ein übermäßig
großer Ausschlag des Hebels g wird durch die Anschläge34 und 35 verhütet.