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Mechanische Einrichtung zum selbsttätigen Umwerten von Meßgrößen auf
einen Normalzustand des der Messung unterworfenen Mittels
Bei Zustandsmessungen,
z. B. Geschwindigkeits-, Mengen-, Heizwert-, Dichtemessungen u. dgl., die an gasförmigen
oder flüssigen Mitteln vorgenommen werden, ist es häufig erwünscht, die am Geber
des Meßgerätes gewonnene Meßgröße selbsttätig auf einen bestimmten Normalzustand,
z. B. hinsichtlich Druck, Temperatur, Zusammensetzung u. dgl., des der Messung unterworfenen
Mittels umzuwerten. Diese Umwertung geschieht grundsätzlich durch Multiplikation
der jeweils sich ergebenden Meßgröße mit dem zur gleichen Zeit geltenden Umwertungsfaktor.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche die Umwertung
von Meßgrößen auf einen Normalzustand des der Messung unterworfenen Mittels selbsttätig
auf mechanischem Wege herbeiführt.
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Es ist eine mechanische Umwertungseinrichtung bekannt, bei welcher
ein auf den zu messenden Zustand ansprechender Meßgerätgeber und ein auf die Abweichungen
von einem Normalzustand ansprechender Umwertgerätgeber so angeordnet sind, daß ihre
Verstellrichtungen senkrecht zueinander stehen, bei der ferner ein durch den Meßgerätgeber
zu verschwenkender und bei dessen Nullstellung parallel zur Verstellrichtung des
Umwertgerätgebers liegender Schwinghebel, ein von letzterem zu verstellendes Anzeigeglied
und eine vom Umwertgerätgeber zu beeinflussende Einrichtung zur Änderung der Übersetzung
zwischen dem Meßgerätgeber und dem Anzeigeglied vorgesehen sind. Die Anzeigevorrichtung
besteht aus einem starr mit dem Schwinghebel ver-
bundenen, also
auf einer Bogenskala schwingenden Zeiger; die Einrichtung zur Übersetzungsänderung
besteht aus einem relativ zum Schwinghebel in dessen Längsrichtung verschieblichen
und am Meßgerätgeber anliegenden Glied (Verschiebeglied), das vom Umwertgerätgeber
verstellt wird und das mithin, je nach seiner Stellung, die Ausschläge des Meßgerätgebers
auf einen größeren oder kleineren wirksamen Hebelarm des Schwinghebels überträgt.
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Eine solche Einrichtung hat zunächst den Mangel, daß eine Bogenskala
für viele Zweige der Meßtechnik unzweckmäßig ist, namentlich, wenn das Meßergebnis
in einem fortlaufenden Diagramm, das planimetrierbar sein soll, aufgezeichnet werden
soll. Außerdem aber ist die Anzeige der umgewerteten Meßgrößen ungenau, weil sich
für gleiche aufeinanderfolgende Meßgerätgeberausschläge eine ungleiche Skalenteilung
ergibt und weil außerdem gleich große, aber verschieden gerichtete Abweichungen
vom Normalzustand, also je gleich große, aber nach entgegengesetzten Richtungen
erfolgende Ausschläge des Umwertgerätgebers, Zeigerstellungen ergeben, die von der
dem Normalzustand entsprechenden Stellung nicht gleich weit, sondern verschieden
weit abliegen.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer mechanischen, selbsttätig
arbeitenden Umwerteinrichtung, welche die genannten Mängel nicht aufweist.
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Beim Gerät nach der Erfindung werden ebenfalls ein Meßgerätgeber
und ein Umwertgerätgeber so angeordnet, daß die Verstellrichtungen der von diesen
Gebern zu verstellenden Glieder senkrecht zueinander gerichtet sind. Ferner ist
wieder ein Schwinghebel vorgesehen und ein relativ zu diesem Schwinghebel in dessen
Längsrichtung verschiebliches Glied (Verschiebeglied).
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Erfindungsgemäß sind dieser Schwinghebel und sein Verschiebeglied
folgendermaßen angeordnet: Der Schwinghebel wird durch den Umwertgerätgeber verschwenkt,
wobei er sich beim Normalzustand des der Messung unterliegenden Mittels parallel
zur Verstellrichtung des Meßgerätverstellgliedes erstreckt; das Verschiebeglied
wird in einer sich parallel zur Verstellrichtung des Umwertgerätverstellgliedes
erstreckenden Führung geführt; der Abstand zwischen dieser Führung und dem Hebelschwinggelenk
ist entsprechend dem Ausschlag des Meßgerätgebers veränderbar, derart, daß bei der
Nullage des Meßgerätgebers die Angriffsstelle des Verschiebegliedes am Hebel sich
mit dem Hebelschwinggelenk deckt. Ferner sind Mittel zur Bildung der Summe der Verschiebungen
des Meßgerätverstellgliedes und des Verschiebegliedes vorgesehen.
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Es kann entweder das Hebelschtvinggelenk an das Meßgerätverstellglied
angeschlossen und die Verschiebegliedführung ruhend angeordnet sein oder es kann
das Hebelschwinggelenk ruhend angeordnet und die Verschiebegliedführung an das Meßgerätverstellglied
angeschlossen sein.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung.
Diese veranschaulicht in den Abb. 1 bis 4 mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
in wesenhafter Darstellung.
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Die Abb. 1 a und z a dienen zur klareren Darstellung der geometrischen
Verhältnisse der Beispiele nach Abb. I und 2.
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Übereinstimmende Teile verschiedener Abbildungen sind gleich bezeichnet.
Die Pfeile a bedeuten die Verstellrichtung des Meßgerätverstellgliedes bei zunehmendem
Meßwert. In den Abbildungen bedeutet 1 das Verstellglied des Meßgerätgebers, II
dessen Führung, 2 das Verstellglied des Umwertgerätgebers 3, 12 die Führung des
Umwertgerätverstellgliedes. Die Achse dieser letztgenannten Führung steht senkrecht
zur Achse der Führung II. 4 ist ein durch den Umwertgerätgeber 3 um ein Gelenk 5
zu verschwenkender Hebel, dessen Mittellinie sich parallel zur Verschieberichtung
des Meßgerätverstellgliedes I erstreckt, wenn der Zustand des der Messung unterliegenden
Mittels dem Normalzustand entspricht. g ist ein an den Hebel 4 verschieblich und
im Gelenk 8 drehbeweglich angeschlossenes Glied (Verschiebeglied), das in Führungen
19 geführt rist, deren Achse sich parallel zur Achse der Führung 12 des Umwertgerätverstellgliedes
2 erstreckt. Das Gelenk 8 des Verschiebe gliedes 9 deckt sich mit dem Schwinggelenk
5 des Hebels 4, wenn der Meßgerätgeber sich in seiner Nulllage befindet (in Abb.
I und 4 gezeichnete Stellung).
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20 ist ein Anzeige- oder Schreibglied, dessen Verschiebung gegenüber
einer festliegenden Skala 21 die Größe des umgewerteten Meßwertes angibt.
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Beim Beispiel nach Abb. 1 ist das Hebelschwinggelenk 5 an das Meßgerätverstellglied
I angeschlossen.
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An einer von diesem Schwinggelenk 5 abliegenden Stelle 6 trägt der
Hebel eine Rolle7, die in einer kulissenartigen, sich parallel zur Verschieberichtung
des Verstellgliedes I erstreckenden, am Umwertgerätverstellglied 2 festliegenden
Führung 22 verschieblich ist. An einen Vorsprung 10 des Meßgerätverstellgliedes
I ist ein Zugglied angeschlossen, dessen einer Strang 13 zu einer auf dem Verschiebeglied
g angeordneten Rolle 15 führt, während der andere, von dieser Rolle weiterführende
Strang 14, mit dem die Anzeige- bzw. Schreibvorrichtung 20 verbunden ist, parallel
zur Verschieberichtung des Verschiebegliedes 9 verläuft. Der an den Vorsprung 10
angeschlossene Strang I3 verläuft parallel zur Verschieberichtung des Meßgerätverstellgliedes
1, wenn das der Messung unterworfene Mittel den Normalzustand aufweist.
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Die Einrichtung wirkt wie folgt: Steht der Meßgerätgeber in der Nullage,
so nimmt das Meßgerätverstellglied I die in Abb. I dargestellte Lage ein, bei welcher
sich das Hebelschwinggelenk 5 mit dem Gelenk 8 des Verschiebegliedes g deckt. Der
Zeiger 20 steht in diesem Fall immer auf Null, gleichgültig, welchen Zustand das
der Messung unterworfene Mittel aufweist, und welche Lage demzufolge der Schwinghebel
4 einnimmt. Befindet sich das genannte Mittel im Normalzustand, so fällt die Mittellinie
des Hebels 4 mit der Verschieberichtung des Meßgerätverstellgliedes I zusammen.
Tritt jetzt am Meßgerätgeber eine endliche Meßgröße auf, so verschiebt sich sein
Verstellglied I entsprechend dem Betrage dieser Meßgröße in der Richtung des Pfeiles
a (nach links) und nimmt dabei den Hebel 4 mit, der sich dabei gegenüber dem Verschiebeglied
g verschiebt, ohne daß letzteres seine Lage ändert. Zugleich wird die Verschiebung
des
Verstellgliedes I mittels des Zuggliedes I3, 14 in ihrer ursprünglichen Größe auf
den Zeiger 20 übertragen. Tritt jetzt eine Änderung des Zustandes des der Messung
unterworfenen Mittels ein, so wird der Umwertgerätgeber 3 eine Veränderung erfahren,
und dabei die Kulisse 22 aus der dem Normalzustand entsprechenden Lage (Normallage)
nach unten oder nach oben verstellen. Diese Verstellung der Kulisse 22 hat eine
Verschwenkung des Hebels 4 um sein Schwinggelenk 5 zur Folge, zugleich aber, da
jetzt das Schwinggelenk 5 in einiger Entfernung links vom Gelenk 8 des Verschiebegliedes
g liegt, auch eine Verschiebung des Verschiebegliedes g in der Verschwenkrichtung.
Diese Verschiebung des Verschiebegliedes 9 hat eine zusätzliche Verstellung des
Anzeigegliedes 20 zur Folge, und zwar entweder in positivem Sinn (bei Aufwärtsbewegung
des Verstellgliedes 2 und des Verschiebegliedes 9) oder in negativem Sinn (bei Abwärtsbewegung
der genannten Teile).
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An Hand der Abb. Ta sei noch näher erläutert, daß sich auf diese
Weise der gesuchte umgewertete Meßwert ergibt. Es sei A der Ausschlag des Meßgerätgebers
(die nicht umgewertete Meßgröße), a = I + ß der Umwertungsfaktor, A' = a zu A =
A H P +BA A umgewertete Meßgröße, g1 der Ausschlag des Umwertgerätgebers, h die
wirksame Länge (zwischen den Punkten 5 und 6) des Schwinghebels4, n die Verschiebung
des Verschiebegliedes 9 bei der Änderung des Zustandes des der Messung unterliegenden
Mittels vom Normalzustand zu dem dem Umwertungsfaktor a entsprechenden Zustand,
z die Gesamtverstellung des Zeigers 20.
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Der Umwertgerätgeber 3 wird so bemessen, daß sein Ausschlag bei dem
dem Umwertungsfaktor a entsprechenden Zustand die Größe g1 = ß h hat.
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Gemäß Abb. Ia gilt (mit großer Annäherung) : g1 A A :h daraus n1
= g1 A = ßA. h Die Gesamtverstellung des Zeigers 20 ergibt sich zu z = A + n, =
A + ß A = A '.
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Der Zeiger 20 zeigt also die gewünschte umgewertete Größe A ' an.
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Abb. 2 zeigt eine Einrichtung, bei welcher die Verstellung des Verschiebegliedes
9 unmittelbar der umgewerteten Größe entspricht. Mit dem in der Führung II geführten
Verstellglied I des Meßgerätegebers ist im Gelenk 5 ein Hebel in Gestalt einer Scheibe
24 gelenkig verbunden. Diese Scheibe trägt an einer vom Schwinggelenk 5 abliegenden
Stelle 6 eine Rolle 7, die in der am Umwertgerätverstellglied 2 festliegenden Kulisse
22 verschieblich ist, wobei die Verbindungslinie der Punkte 5, 6 sich bei der Normallage
der Kulisse parallel zur Verschieberichtung des Stellgliedes I erstreckt. Diese
Verbindungslinie entspricht also der Mittellinie des Hebels 4 der Abb. 1. Die Scheibe
24 ist nach einer Seite durch eine geradlinige Leitbahn 25 begrenzt, welche vom
Schwinggelenk 5 ausgeht und mit der Verbindungslinie der Punkte 5, 6 einen spitzen
Winkel einschließt. Gegen die Leitbahn 25 stützt sich unter dem Druck einer schwachen
Feder 26 das in den festliegenden Führungen 19 geführte, das Anzeigeglied 20 tragende
Verschiebeglied g mittels einer Rolle 27 ab. Die Anordnung ist so getroffen, daß
bei der Nullstellung des Meßgerätgebers der Punkt, in dem die Rolle 27 die Leitbahn
25 berührt, mit dem Gelenkpunkt 5 zusammenfällt.
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Die Einrichtung wirkt wie folgt (vgl. auch Abb. 2 a) Beim Normalzustand
des der Messung unterliegenden Mittels entspricht einem bestimmten Ausschlag des
Meßgerätverstellgliedes I eine verhältnisgleiche Verschiebung des Verschiebegliedes
g und seines Zeigers 20, deren Größe von der Winkelneigung der Leitbahn 25 abhängt.
Die Skalenwerte der Zeigerverschiebung entsprechen hierbei unmittelbar den Verstellungen
des Meßgerätverstellgliedes I. Ändert sich der Zustand des der Messung unterliegenden
Mittels. so erfährt die Scheibe 24 durch den Umwertgerätgeber 3 eine Verschwenkung
in der einen oder anderen Richtung.
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Diese Verschwenkung ergibt eine zusätzliche Verstellung des Zeigers
20, die der Entfernung des Gelenkes 5 von der Achse des Verschiebegliedes 9 und
dem Ausschlag der Kulisse 22 verhältnisgleich ist.
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Die Gesamtverstellung des Zeigers 20 entspricht dann der umgewerteten
Meßgröße. Es sei A der Ausschlag des Meßgerätgebers, m = γ A die dem AusschlagA
verhältnisgleiche Verschiebung des Verschiebegliedes 30 und seines Zeigers 40 beim
Normalzustand (wobei y = Verhältniszahl), a = I fl der Umwertungsfaktor, g2 der
Ausschlag des Umwertgerätgebers, h der Abstand der Gelenke 5, 6 der Scheibe 24,
n2 die zusätzliche Verstellung des Zeigers 20 bei der Änderung des Zustandes vom
Normalzustand zu dem dem Umwertungsfaktor entsprechenden Zustand, m' = m + n2 die
Gesamtverstellung des Zeigers 40.
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Das Umwertgerät wird so bemessen, daß der Ausschlag seines Gebers
3 bei dem dem Umwertungsfaktor a entsprechenden Zustand die Größe g2 = ß y h hat.
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Es gilt dann angenähert (bei ziemlich kleinem Winkel 8 zwischen Leitbahn
25 und Verbindungslinie der Punkte 5, 6 und bei kleinem Verschwenkungswinkel e der
Scheibe 24) n2 g2 =A: h daraus n2--ßyA Beim.
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Die Gesamtverstellungm' des Zeigers 20 wird sonach m' = m + ß m =
α m.
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Der diesem Ausschlag in' des Zeigers go entsprechende Skalenwert
ist sonach unmittelbar die gesuchte umgewertete Meßgröße.
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Bei dem Beispiel nach Abb. 3 ist das Schwinggelenk 5 des Schwinghebels
4 festliegend angeordnet; die davon abliegende Stelle 6 des Hebels greift mit
einer
Rolle 7 in eine Kulisse 22 ein, die am Ende des Umwertgerätverstellgliedes 2 angeordnet
ist und sich senkrecht zu dessen Verstellrichtung erstreckt. Die Führungen 19 des
Verschiebegliedes 9 sind mittels eines Bügels 30 mit dem Meßgerätverstellglied I
verbunden. Bei der Nullage des letztgenannten Verstellgliedes nimmt die Achse des
Verschiebegliedes g die durch eine strichpunktierte Linie g' angegebene Lage ein,
bei welcher die Achsen der Gelenke 5 und S sich decken, so daß ein Ausschlag des
Umwertgerätgebers 3 keine Verstellung des Verschiebegliedes g in Richtung seiner
Achse hervorrufen kann. Beim Normalzustand des der Messung unterliegenden Mittels
liegt der Schwinghebel 4 parallel zur Verstellrichtung des Meßgerätverstellgliedes
I, So daß in diesem Fall ein Ausschlag des letzteren ebenfalls keine Verstellung
des Verschiebegliedes g in Richtung seiner Achse zur Folge hat. Eine Verstellung
dieses Verschiebegliedes g tritt wiederum erst dann ein, wenn sowohl der Meßgerätgeber
als auch der Umwertgerätgeber bestimmte Ausschläge machen. Zur Summierung des Meßgerätausschlages
und der Verschiebegliedverstellung sind zwei Rollen 3I, 32 vorgesehen, von welchen
die eine, 3I, an das Meßgerätverstellglied I angeschlossen, die andere, 32, in einem
festliegenden Lager 33 gelagert ist. Über diese Rollen ist ein Zugglied 34 gelegt,
das mit seinem einen Ende 35 an das Verschiebeglied 9 angeschlossen ist und sich
bis zur Rolle 31 parallel zur Verschieberichtung des letzteren erstreckt, dessen
mittlerer, zwischen den Rollen 3I, 32 liegender Teil sich parallel zur Verschieberichtung
des Meßgerätverstellgliedes I erstreckt und an dessen anderes Ende 36 die Anzeigevorrichtung
20 angeschlossen ist.
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Beim Beispiel nach Abb. 4 ist an das Meßgerätverstellglied 1 ein
Rahmen 40 fest angeschlossen, welcher Führungen 45 für eine Stange 50 trägt, die
in diesen Führungen senkrecht zur Verschieberichtung des Verstellgliedes I verschieblich
ist und an der der Schwinghebel 4 in einem ihm gegenüber verschieblichen Gelenk
6' gelagert ist. An ihrem dem Umwertgerätverstellglied 2 zugekehrten Ende trägt
die Stange 50 eine Kulisse 55, deren Schlitz sich parallel zur Verschieberichtung
des Meßgerätverstellgliedes I erstreckt. In diesen Schlitz greift eine am Umwertgerätverstellglied
2 angeordnete Rolle 52 ein. Auf der vom Verstellglied I abliegenden Seite trägt
der Rahmen 40 einen in der festliegenden Führung 53 verschieblichen Führungszapfen
54. Auf dem Schwinghebel 4 sitzt mittels des verschieblichen Gelenkes 8 das in festliegenden
Führungen 19 geführte Verschiebeglied g, dessen Achse sich parallel zur Verstellrichtung
der Stange 50 erstreckt. Die Anordnung ist wie beim Beispiel nach Abb. I SO getroffen,
daß die Achsen der Gelenke 8 (zwischen Verschiebeglied g und Hebel 4) und 5 (zwischen
Hebel 4 und Verstellglied 1) sich decken, wenn der Meßgerätgeber seine Nullage einnimmt.
Das Verschiebeglied 9 trägt eine Rolle 15, über welche ein Band gelegt ist, dessen
einer Teil 13, der sich bei der Nullage des Umwertgerätverstdlgliedes z parallel
zur Verschieberichtung des Verstellgliedes I erstreckt, an einen Festpunkt 10 des
Rahmens 40 angeschlossen ist, während sein anderer, senkrecht dazu verlaufender
Teil 14 mit dem Anzeigeglied 20 verbunden ist. Die bei bestimmten Ausschlägen der
beiden Verstellglieder 1 und 2 sich ergebende Verstellung des Verschiebegliedes
9 ist hierbei dem Produkt dieser Ausschläge stets genau verhältnis gleich.
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Ein grundsätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Umwertungseinrichtung
besteht darin, daß die größeren, dem Meßwert entsprechenden Verschiebebewegungen
durch den in der Regel die größere Stellkraft aufweisenden Meßgerätgeber zu leisten
sind, während der meist nur mit verhältnismäßig geringen Stellkräften belastbare
Umwertgerätgeber im wesentlichen lediglich einen Hebel entsprechend der vorzunehmenden
Berichtigung des Meßwertes zu verschwenken hat, was naturgemäß viel weniger Verstellarbeit
erfordert als die große Verschiebung. Diese gute Anpassung der von den Einzelgeräten
aufzubringenden Verstellarbeiten an ihre Belastbarkeit ergibt ein auftretenden Zustandsänderungen
schnell folgendes, dabei auch schon auf kleine Änderungen ansprechendes, also empfindliches
Gesamtgerät, das aus diesen Gründen und zufolge seiner besonderen Gestaltung die
gesuchte umgewertete Meßgröße zuverlässig anzeigt.