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Widerstandsgeber für Mengenmessungen mit U-Rohr Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf einen elektrischen Mengenmesser, und zwar auf solche Systeme, die
sich Widerstandsgebern mit U-Rohr bedienen.
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Erfindungsgemäß kommt es darauf an, dieses an sich bekannte System
derart zu verbessern, daß unl>eschadet großer Nteßgenauigkeit Aufbau und Handhabung
denkl)ar einfach sind, außerdem mehrere Ießl>ereiche bis zu beliebig hohen Drücken
zur Verfügung stehen. Auch sollen alle beweglichen und zerbrechlichen 13estandteile
vermieden werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
auf einen Isolierkörper gewickelte Widerstand mit Hilfe einer einschraul>-barren,
zündkerzenähnlichen Durchführung in einen Schenkel des völlig aus Metall bestehenden
U-Rohres druckfest eingeführt ist und der Widerstand von der Quecksilherfülluslg
entsprechend seiner Standhöhe h freigegeben oder kurzgeschlossen wird. Das Quecksilber
ist also an der Stromzuführung nicht beteiligt; vielmehr wird die Widerstandswendel
vom Quecksilber nach Maßgabe der Standhöhe kurzgeschlossen, weshalb grundsätzlich
alle Kontaktschwierigkeiten und Korrosionserscheinungen vermieden werden. Bei dem
erfindungsgemäßen Widerstandsgeber für Mengenfernmessungen mit Normblende vermeidet
man nicht nur alle beweglichen und zerbrechlichen Bestandteile, sondern auch alle
Stopfbuchsen und erreicht völlige Unempfindlichkeit gegen Staub und Feuchtigkeit.
Ferner hat das erfindungsgemäße Gerät ein geringes Gewicht und ist leicht transportabel.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert: Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau des
Widerstandsgebers
und die zugehörige elektrische Schaltung.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß das U-Rohr I völlig aus Metall
besteht. Als Werkstoff kommt für dieses kalibrierte Rohr V 2a-Stahl in Betracht,
und zwar in einer Wandstärke, die Drücke bis zu 250 atü zuläßt. Von Bedeutung ist
die Polierung der Innenfläche. Alle Verbindungsstellen sind hart gelötet bzw. geschweißt.
Als Sicherung gegen Quecksilberverlust bei Überlastung dienen Fangkammern.
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Im übrigen entspricht die Ausführung der an sich hekannten Art.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die U-Röhre I etwa bis zur
Hälfte mit Quecksilber 2 gefüllt. Die Quecksilbersäule wird mit gutem Turbinenöl
überschichtet.
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Der Körper 3 des Widerstandsgebers besteht aus glasierter keramischer
Masse oder aus Kunststoff.
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Der Zylindermantel des Körpers 3 besitzt eine schraubenförmige Rille
gleichmäßiger Ganghöhe, 1 bis 1,5 mm, und gleichmäßiger Tiefe, in die der Widerstandsdraht
4 gewickelt wird. Die Tiefe der Schraubenrille ist so zu bestimmen, daß die Mantelfläche
des Körpers 3 bei aufgewickeltem Draht glatt bleibt. Sonst ist eine strenge Proportionalität
mit der Standhöhe für die Standhöhenzunahme A Jt nicht gewährleistet.
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Wie weiter aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Körper 3 zur Rückführung
des oberen Endes des Widerstandsdrahtes 4 axial durchbohrt. Nach Durchführung des
Drahtes wird die Bohrlochöffnung mit Kitt druckfest verschlossen. Bei bifilarer
Wicklung des Widerstandsdrahtes erübrigt sich die axiale Durchbohrung. Am unteren
Ende hat der Körper 3 einen wulstförmigen Ring 5, der druckfest iii eine Nietallfassung
6 wie bei einer Zündkerze eingesetzt ist. Durch eine kleine exzentrische Bohrung
im Wulstring 5 wird auch das untere Ende des Widerstandsdrahtes druckfest nach außen
geführt.
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Als wesentlich für die Erfindung ergibt sich somit, daß der auf den
Isolierkörper 3 gewickelte Widerstand4 mit Hilfe einer einschraubbaren, zündkerzenähnlichen
Durchführung 6 in einen Schenkel des völlig aus Metall bestehenden U-Rohres I druckfest
eingeführt ist. Dabei wird der Widerstand vom Quecksilber 2 entsprechend seiner
Standhöhe h freigegeben oder kurzgeschlossen.
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Im einzelnen ist der Durchmesser des Schenkels Ia, in den der Widerstandsgeber
3, 4 eingeführt wird, so zu wählen, daß der reine Quecksilberquerschnitt in beiden
Schenkeln, also in Ia und 1b gleich ist, sofern nicht eine Anzeige-Übersetzung oder
-Untersetzung gewünscht wird, die durch einfaches Auswechseln des normalen Widerstandskörpers
gegen andere mit genau festgelegten Querschnitten erreicht werden kann.
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Zur Gewährleistung eines völlig gleichen Widerstandes je cm Länge
und mme Querschnitt ist der Widerstandsdraht über die ganze Länge gleichartig zu
gestalten. Ferner darf ihn das Quecksilber nicht verändern oder angreifen. Durch
eine Vorbehandlung nach den Vorschriften der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt
(PTR) für die Herstellung von Präzisionswiderständen, können Alterungen des Materials
vermieden werden.
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Falls nicht ein Material mit möglichst kleinem Temperaturkoeffizienten
zur Verfügung steht, so wählt man einen solchen Temperaturkoeffizienten, daß er
den Temperatureinfluß auf das U-Rohr kompensiert.
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Die lineare Widerstandszunahme mit der Körperhöhe ist, wie Untersuchungen
ergeben haben, mit + 0,20/0 einzuhalten.
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Von Bedeutung ist für den erfindungsgemäßen linearen Widerstandsgeber,
daß eine genaue Nullpunkteinstellung der Quecksilbersäule nicht erforderlich ist;
vielmehr wird der Nullpunkt elektrisch beim Brückenabgleich eingestellt.
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Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß der Geber 3, 4 von unten oder
von oben in den U-Rohr-Schenkel auf der Druck- oder Unterdruckseite eingesetzt werden
kann. Im ersteren Falle nimmt der Widerstand proportional mit der Standhöhe zu,
im anderen Falle dagegen ab. Dementsprechend kann die Anzeige von h = o bei der
Zeigerstellung Null oder beim Endausschlag des Instrumentes liegen.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß nicht h, sondern h/2 gemessen wird.
Die Skala des anzeigenden Instrumentes 7 wird indessen in h geeicht. Beim Anschluß
eines Schreibers wird der Verlauf von h12 in linearen Koordinaten aufgezeichnet.
Zur Bestimmung der Menge selbst wird das Diagramm planimetriert, der erhaltene Wert
verdoppelt und hieraus die Wurzel gezogen.
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Sieht man eine selbsttätige Umschalteinrichtung vor, so können bis
zu 6 Geber auf einen Schreiber geschaltet werden.
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Wird eine lineare Anzeige des gh -Wertes gewünscht, so wird entweder
der Widerstand 3 entsprechend gewickelt, was auch durch Formgebung des Widerstandskörpers
3 erreicht werden kann, oder aber erhält der andere Schenkel 1b ein entsprechendes
Profil. In diesem Falle kann der Nullabgleich nicht mehr elektrisch erfolgen. Die
Standhöhe h der Quecksilbersäule ist mit Hilfe der durch eine Schraube 9 verschließbaren
Prüfbohrung in diesem Falle genau einzustellen.
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Der Widerstandsgeber 3 liegt, wie aus dem Schema der Figur ersichtlich,
in dem einen Zweig einer Brücke Io. Bei dem vorliegenden Beispiel ist zur Vermeidung
einer Batterie die Stromversorgung aus dem Lichtnetz über den Transformator 1 1
mit Gegentaktgleichrichter I2 vorgesehen. Der Transformator unterscheidet sich von
einem gewöhnlichen durch die besondere Bemessung der Eisenquerschnitte. Er arbeitet
nämlich im Sättigungsgebiet und hält die Ausgangsspannung bei Netzspannungsschwankungen
von + I50/o auf + o,s°/o konstant. Zur noch weiteren Beseitigung der Netzspannungsschwankungen
kann als Stabilisator auf der Sekundärseite ein Eisenwasserstoffwiderstand 13 eingeschaltet
werden. Liefert jede Wicklungshälfte 8 Volt Wechselspannung, so können bis zu 5
Volt Gleichspannung entnommen werden.
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Bei dem vorgesehenen Ausführungsbeispiel ist
als
Anzeigeinstrument 7 ein Drehspulmeßwerk, Klasse 0,2, vorgesehen. Wie ohen angedeutet,
kann auch ein Schreiler gegehenenfalls mit unterdrücktem Nullpunkt Verwendung finden.
Steht ein Dauerfeld-Kreuzspulinstrument zur Verfügung, so sind die Maßnahmen zur
Stabilisierung der Meßspannung überflüssig, weil Spannungsschwankungen bis zu +
I50/o in diesem Falle nicht ins Gewicht fallen.
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Beim Rau des Gerätes ist die für Präzisionsinstrumente übliche Sorgfalt
aufzubringen, damit die Genauigkeit der U-Rohr-Messung wie beim Ablesen der Standhöhe
Ii erreicht wird. außer den genannten Vorzügen ist die mechanische Unempfindlichkeit
besonders hervorzuhelen, w eshalh sich das Gerät vor allem für Fernmessungen unter
Tage in schlagwettergefährdeten Grul>enräumen eignet.
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PATENTANSPPi,CI{E I. Widerstandsgeber für Mengenmessungen mit U-Rohr,
dadurch gekennzeichnet, daß der auf einen Isolierkörper gewickelte Widerstand mit
Hilfe einer einschraubbaren, zündkerzenähnlichen Durchführung in einen Schenkel
des völlig aus Metall bestehenden U-Rohres druckfest eingeführt wird und der Widerstand
vom Quecksilber entsprechend seiner Standhöhe h freigegeben oder kurzgeschlossen
wird.