DE835224C - Apparat zur Messung der Geschwindigkeit eines stroemenden Mediums - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur Messung der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums, mit einem der Strömung ausgesetzten, beweglich gelagerten Staukörper und elektromechanischen Mitteln, die durch den Staukörper gesteuert werden und auf ihn eine veränderliche, dem Staudruck entgegengesetzte Kraft ausüben, mit dem Bestreben, ihn in einer Gleichgewichtslage zu halten.

Bei bekannten Apparaten dieser Gattung ist eine den Staukörper tragende Stange mittels einer Membran schwenkbar gelagert und beim Gebrauch auf Schiffen oder anderen Fahrzeugen allen äußeren Einflüssen unterworfen, die sie verschwenken und in Längsrichtung bewegen und dadurch das Meßresultat fälschen.

Zweck vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines äußerst empfindlichen Meßapparates der genannten Gattung, der aber die obengenannten Nachteile der bekannten Apparate nicht aufweist.

Der erfindungsgemäße Apparat ist dadurch gekennzeichnet, daß er ein rohrförmiges Gehäuse aufweist, in welchem sich in Längsrichtung eine erste und eine zweite Welle und eine diese Wellen miteinander verbindende Schraubenfeder erstreckt, wobei auf einem von der ersten auf Zapfen gelagerten Welle getragenen Arm außerhalb des Gehäuses der Staukörper befestigt ist, während die zweite Welle mit der Welle eines Elektromotors in Antriebsverbindung steht und durdh diese unter der Einwirkung von elektromechanischen, von der ersten Welle abhängigen Steuermitteln zwecks

Spannung oder Entspannung der Schraubenfeder im einen oder anderen Sinne gedreht wird, bis das Gleichgewicht der beiden entgegengesetzten, auf die beiden Federenden einwirkenden Drehmomente erreicht wird, und daß Anzeigemittel vorgesehen sind, welche die Anzahl der von der zweiten Welle bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes durchlaufenen Umdrehungen und damit die Strömungsgeschwindigkeit angeben.

ίο Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Apparates dar.

Fig. ι ist eine schematisohe Darstellung einer ersten Ausführungsform, und

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.

Bezugnehmend auf Fig. ι bezeichnet ι ein Rohr, in dessen unterem Teil eine Welle 2 auf Spitzen 3, 4 drehbar gelagert ist. An einer auf dieser Welle 2 festen Gabel 5 ist ein Staukörper 6 befestigt, der

z. 15. als Kugel, Zylinder oder Scheibe ausgebildet sein kann. Eine Schraubenfeder 7 ist mit ihrem unteren Ende an einem zur Welle 2 koaxialen, mit ihr verbundenen Teller 8 und mit ihrem oberen Ende an einer zur Welle 2 koaxialen, drehbar gelagerten Welle 9 befestigt.

Das freie Ende eines auf der Welle 2 befestigten Armes 10 trägt einen Kontakt 11, der zu einem Kontaktpaar 11, 12 eines elektrischen Stromkreises durch eine Stromquelle 13 und einen Bremslüftmagnet gehört, wobei auch ein Voltmeter 15 vorgesehen ist. Der Eisenkern des Magneten 14 ist mit einem Arm eines Winkellhebels 16 verbunden, dessen anderer Arm eine drehbar auf ihm gelagerte Druckrolle 17 trägt. Letztere betätigt ein Paar auf einer Welle 19 befestigte Reibscheiben 18 hin undher und drückt somit die eine oder die andere gegen die, auf der Welle eines immer im gleichen Sinn drehenden Elektromotors 20 aufgekeilte Trommel 21. Die Welle 19 wird dadurch in einem oder im anderen Sinn angetrieben und betätigt über Kardankupplungen, eine Welle 22 und ein Paar Kegelzahnräder 23 die Welle 9, wobei sie abwechselnd die Feder 7 spannt und entspannt.

Die Welle 19 ist weiter mittels einer sog. Leerlaufkupplung mit einer rechts in der Fig. 1 gezeigten Ablese- und Registriervorrichtung gekuppelt. Zu diesem Zweck trägt die Welle 19 einen Arm 24, die Antriebswelle 31 der Vorrichtung eine Scheibe 25 mit zwei auf ihr verstellbaren Anschlägen 26 für den Arm 24. Verschiedene Stellungen der Anschläge sind auf der Scheibe 25 mit Linien 27 markiert.

Die Anzeige und Registriervorrichtung ist in einem Holzkasten 30 untergebracht. Die die Scheibe 25 tragende Welle 31 ist mit einer Trommel 32 ausgerüstet, auf deren Mantelfläche ein Draht so aufgelötet ist, daß er eine Schraubenfläche 33 mit parabolischer Steigung bildet. Ein auf einem vierkantigen Führungsstab 34 gerade geführter Schieber 35 besitzt zwei Stifte 36, zwischen denen der Draht 33 hindurchgeleitet wird. Bei ihrer Drehung verschiebt die Trommel den Schieber 35, der mit einem Schreibstift 37 ausgerüstet ist, nach links oder nach rechts. Das Diagrammpapier 38 gleitet über eine feste Unterlage, von einer Stapelrolle kommend, und wickelt sich auf einer Trommel 39 auf, die mittels eines Uhrwerks oder eines Symchronmotors 40 in gleichmäßiger Umdrehung versetzt wird.

Die Arbeitsweise der ganzen Einrichtung ist die folgende: Zuerst wird die Einrichtung mit vom strömenden Medium abgeschlossenen Staukörper auf Nullgeschwindigkeit geeicht. Der Motor 20 und der Antriebsmotor 40 der Papiertrommel 39 werden in Funktion gesetzt. Bei geschlossenem Kontaktpaar 11, 12 wird die Welle 9 und die Feder 7 im Drehsinn 41 verdreht, bis zum öffnen des genannten Kontaktpaares. Die Motortrommel 21 arbeitet dann mit der anderen Reibscheibe 18 zusammen und bewirkt die Verdrehung der Wellen 19, 22 und 9 im anderen Drehsinn 42, bis sich das Kontaktpaar 11, 12 wieder schließt. Auf diese Weise entsteht ein fortwährendes Pendeln der Welle 2 mit der Gabel 5 und dem Staukörper 6, so daß die Lagerreibung an den Spitzen 3, 4 eliminiert wird. Die Trommel 32 der Registriervorrichtung wird nur um die Differenz der Verdrehung der Welle 19 weniger der öffnungswinkel zwischen den Anschlägen 26 bewegt, so daß die Ausschläge der Zickzackkurve auf dem Registrierpapier um so viel verkleinert werden.

Zur Messung der Geschwindigkeit des strömenden Mediums wird der untere Teil des Rohres 1 so in die Strömung gesetzt, daß die Richtung der Geschwindigkeit senkrecht auf den Hebelarm des Staukörpers 6 in bezug auf die Achse der Welle steht (Geschwindigkeit senkrecht auf die Ebene des Zeichnungsblattes). Das strömende Medium, z. B. Wasser, übt auf den Staukörper eine Kraft aus, die dem Quadrat seiner Geschwindigkeit proportional ist. Die Kontakte 11, 12 werden geöffnet und bleiben es so lange, bis die Feder 7 so viel gespannt ist, daß sie die Stauwirkung aufwiegt. Die Spannung geschieht automatisch, indem beim öffnen des Stromkreises der Bremslüftmagnet 14 losgelassen wird, die Rolle 17 auf die rechte Seite (Fig. 1) drückt, so daß der Motor 20 über die Trommel 21, die linke Scheibe 18, die Welle 22, das Räderpaar 23, die Welle 9, die Feder 7 im Drehsinn 42 verdreht und dadurch spannt.

Die Federkraft ist proportional der Stromwirkung. Wird in einem Koordinatensystem der Drehungswinkel d als Ordinate aufgezeichnet und die Geschwindigkeit V des strömenden Mediums als Abszisse, so würde die Meßkurve nach der Gleichung d = K₁-V² verlaufen. K₁ ist eine Konstante, die abhängig ist von den Dimensionen des Staukörpers, der Feder, dem Hebelarm des Staukörpers und den Eigenschaften des Mediums.

Um dem Rechnung zu tragen und eine lineare Aufzeichnung der Geschwindigkeit durch die Registriervorrichtung zu erreichen, hat, wie bereits erwähnt, die Trommel 32 einen Schiebernocken 33. der in Abwicklung längs einer Parabel verläuft. Die Ausschläge A des Schreibstiftes 37 sind durch eine lineare Funktion V=K.,- A mit der zu messenden Geschwindigkeit verbunden. Die aufgezeich-

Claims (6)

1. nete Kurve kann also planimetriert werden, um den Mittelwert der Geschwindigkeit über einen gewissen Zeitabstand zu erhalten.

   Bei Gleichgewicht der Federwiikung und der Stauwirkung führt die Welle 2 wieder ihre Pendelbewegungen aus.

   Zur augenblicklichen Ablesung ist der Führungsstab 34 mit einer Geschwindigkeitsskala versehen. Brucnteile einer Umdrehung der Trommel 32 können mittels einer auf dem Umfang der Scheibe 25 angebrachten Skala 43, die sich gegenüber einem Zeiger 44 bewegt, abgelesen werden.

   Das Voltmeter dient zur Kontrolle der Arbeitsweise der Einrichtung.

   Bei der zweiten Ausführungsform werden zwei Scheil>en 51, die in Abstand voneinander am freien Ende eines Armes 52 befestigt sind, einem durch ein Röhrensystem herbeigeführten Nebenstrom des llauptstromes mit zu messender Geschwindigkeit durch eine Röhre 50 ausgesetzt.

   An zwei diametral gegenüberliegenden Stellen der Röhre 50 sind bei Nichtgebrauch durch einen Deckel verschlossene Gewindelöcher 53 vorgesehen, in die nun Stopfbüchsen 54 eingeschraubt werden, die ol>ere davon samt dem Rohr 55 und der ganzen darauf aufmontierten Meßeinrichtung und dem an seinem unteren Ende befestigten Anschlußstück 56, aber ohne die Einfluß- und Ausflußröhren 57, 58, die LMSt von innen her (die Röhre 50 ist eine solche von Turbinenzuläufen) montiert werden. Das untere Rohr 55° wird dann von unten her ebenfalls auf das Anschlußstück 56 aufgeschraubt. Die beiden Rohre 55 und 55°, aneinander befestigt, dienen als auf und ab verschiebbarer und verschwen'kbarer Einrichtungsträger, wobei gleichzeitig die Einmündung der Röhre 57 den ganzen Querschnitt des Rohres 50 bestreichen kann.

   Die durch die Röhre 57 einströmende Flüssigkeit fließt durch die Leitung 59, das Ventil 60, den Stutzen 61, das kalibrierte Rohr 62 und zurück durch den Stutzen 63, ein zweites Ventil 60, die Leitung 64, das Abflußrohr 58 in den Hauptstrom. Das kalibrierte Rohr 62 wird durchkreuzt durch ein Rohr 65, welches selber wieder durch das Rohr 66 durchkreuzt wird, in letzterem ist, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, eine Welle 2 auf Spitzen 3, 4 gelagert und mit einer Schraubenfeder 7 verbunden, deren unteres Ende mit einem polumschaltbaren Motor 67 mit Umschaltrelais 68 verbunden ist. Die Welle 2 trägt am oberen Ende den Arm 52 mit den Scheiben 51, und einen Arm 69 mit einer Blende 70. Letztere bewegt sich in einem durch eine Lichtquelle 71 erzeugten Lichtstrom, so daß dieser nur zeitweise an eine Photozelle 72 gelangen kann. Der hier erzeugte elektrische Strom betätigt, nachdem er in einem Röhrenverstärker 73 verstärkt wurde, das Umschaltrelais 68 des Servomotors 67 und einen Fernregisterapparat (nicht dargestellt).

   Zwecks Eichung der Meßeinrichtung auf Nullgeschwindigkeit werden die Ventile 60 geschlosssen. Die Welle 2 mit den beiden Armen 52 und 69, den Scheiben 51 und der Blende 70 pendelt hin und her; die Wirkungsweise der Einrichtung ist der der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Blende 70 übernimmt die Rolle des dort erwähnten Kontaktpaares 11, 12.

   Die Fernübertragung der Meßresultate kann mit bekannten Mitteln erreicht werden, wobei es dem Fachmann ein Leichtes ist> die Resultate auf Grund der parabolischen Meßkurve in der gewünschten Form in lineare Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zu ibringen. Es kann dazu die Trommel 32 mit dem Draht 33 zur Betätigung des Schiebers eines als Potentiometer geschalteten Regelwiderstandes benutzt werden.

   Paten ta χ s prC

   i. Apparat zur Messung der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums, mit einem der Strömung ausgesetzten, beweglich gelagerten Staukörper und elektromechanischen Mitteln, die durch den Staukörper gesteuert werden und auf ihn eine veränderliche dem Staudruck entgegengesetzte Kraft ausüben, mit dem Bestreben, ihn in einer Gleichgewichtslage zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß er ein rohrförmiges Gehäuse (1,66) aufweist, in welchem sich in Längsrichtung eine erste und eine zweite Welle und eine diese Wellen miteinander verbindende Schraubenfeder (7) erstreckt, wobei auf einem von der ersten auf Zapfen gelagerten Welle (2) getragenen Arm (5, 52) außerhalb des Gehäuses der Staukörper (6, 51) befestigt ist, während die zweite Welle mit der Welle eines Elektromotors (20, 67) in Antriebsverbindung steht und durch diese unter der Einwirkung von elektromechanischen, von der ersten Welle (2) abhängigen Steuermitteln zwecks Spannung oder Entspannung der Schraubenfeder (7) im einen oder anderen Sinne gedreht wird, bis das Gleichgewicht der beiden entgegengesetzten, auf die beiden Federenden einwirkenden Drehmomente erreicht wird, und daß Anzeigemittel vorgesehen sind, welche die Anzahl der von der zweiten Welle bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes durchlaufenen Umdrehungen und damit die Strömungsgeschwindigkeit angeben.
2. 2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Motorwelle (21) beständig im einen Sinne läuft, daß besagte Steuermittel ein Paar von elektrischen Kontakten (11,12) von denen der eine (11) starr mit dem den Staukörper (6) tragenden Arm verbunden und der andere (12) ortsfest ist, einen Steuerelektromagneten (14) und einen Erregerstromkreis für letzteren umfassen, in welchem Stromkreis besagtes Paar von Kontakten eingeschaltet ist, und daß ein durch besagten Elektromagneten (14) l>etätigtes Reibungsgetriebe (17, 18) vorgesehen ist, welches die zweite Welle (9) im einen oder im anderen Si urne in Drehung versetzt, je nach-

   dem ob das Paar von Kontakten offen oder ge- ^: schlossen ist.
3. 3. Apparat nach einem der Ansprüche ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel eine drehbare, mit der zweiten Welle (9) verbundene Trommel (32) umfassen, welche mit einem Sdhiebernocken (33) versehen ist, welcher in Abwicklung längs einer der Eichkurve des Apparates ähnlichen Parabel verläuft und einen geradegeführten Schieber (35) betätigt, der über eine lineare Skala läuft und einen Schreibstift (37) mit sich führt.
4. 4. Apparat nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen mit der zweiten Welle (9) verbun- ; denen Mitnehmer (24), der die Trommel (32) jeweils mittels des einen von zwei Anschlägen (26) mitschleppt, die auf einer Scheibe verstell- :

   bar angeordnet sind, welche mit der Trommel (32) fest verbunden ist.
5. 5. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (66) eine radiale, be sagten Arm (52) umgebende Erweiterung (65) besitzt, mit welcher ein kalibrierter Zylinder (62) verbunden ist, in dem der durch zwei Scheiben (51) gebildete Staukörper beweglich angeordnet ist, und der in Rohrleitungen eingeschaltet ist, die einen Teil des Mediums, dessen Strömungsgeschwindigkeit zu messen ist, vom Hauptstrom abzweigen.
6. 6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 3c zeichnet, daß besagte Steuermittel eine Photozelle (72) umfassen, die einem durch eine mit dem Arm (52) starr verbundene Blende (70) gesteuerten Lichtstrom ausgesetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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