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Die Erfindung bezieht sich auf eine Radiziervorrichtung, die in einfachster Weise die Ablesung der Wurzelwerte verschiedener Zahlenwerte ermöglicht und die insbesondere für die Messung und Aufzeichnung der in der Zeiteinheit durch einen gegebenen Querschnitt strömenden Gasoder Flüssigkeitsmenge geeignet ist. Diese ist bekanntlich der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit proportional, wobei letztere wieder der Quadratwurzel des in Strömungsenergie umgesetzten Druckgefälles verhältnisgleich ist.
Während die Bestimmung der jeweils herrschenden Druckdifferenz mit verhältnismässig einfachen Mitteln und hinlänglicher Genauigkeit zu bewerkstelligen ist, weisen die bisher verwendeten Vorrichtungen für die Radizierung der gegebenen Druckdifferenzwerte wesentliche Nachteile auf, die insbesondere durch die umständlichen Regulierungen am Prüfstand und dadurch bedingt sind, dass das Instrument erst in einem vom theoretischen Nullpunkt verhältnismässig weitabliegenden Wertbereich anspricht. Zufolge der hohen Eigenreibung erfordern die bekannten Anordnungen einen übermässigen Kraftbedarf und zeigen in der Regel ungenau an.
Die bisher vorgeschlagenen Ausgestaltungen setzen überdies der Einrichtung einer horizontalen Ableseskala beträchtliche Hindernisse entgegen und erfordern zum Zwecke der Aufzeichnung der Anzeigewerte komplizierte Bogen-Schreibhebel nebst besonderen Schreibstreifen, wodurch erhebliche Abmessungen, beträchtliches Gewicht und dementsprechend erhöhte Herstellungskosten der Vorrichtung entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radiziervorrichtung zu schaffen, welche die besagten Nachteile vermeidet und auf einer linearen, zweckmässig horizontalen Skala die Ablesung bzw. Aufzeichnung der Wurzelwerte (beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeiten) ermöglicht. Die Ablesewerte setzen dabei bereits bei Null ein und sind bis zu ihrem Maximum, ohne jedwede Korrektur, mit mathematischer Genauigkeit den bezüglichen Radikanden (beispielsweise den Druckdifferenzen) zugeordnet.
Einem wesentlichen erfindungsgemässen Merkmal zufolge wird dies dadurch erreicht, dass ein der Grösse des Radikanden, beispielsweise des Druckgefälles, entsprechend verdrehbarer Lenker vor- gesehen ist, der an seinem freien Ende ein senkrecht zu einer in seinem Drehpunkt beginnenden Ableseskala geführtes Lot trägt, das an dieser Skala die den Radikanden zugeordneten Wurzelwerte, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeiten, anzeigt.
In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in Anwendung auf eine Einrichtung zur Messung der Durchflussmengen dargestellt, wobei die zur Erläuterung der zugrunde liegenden theoretischen Zusammenhänge dienenden Linien dünn eingetragen sind.
Mit 1 ist der um seinen Drehpunkt 2 bewegliche Lenker bezeichnet, an dessen freies Ende 3 das Lot 4 angelenkt ist. Das Lot 4 ist mittels eines Gewichtes 5 oder mittels einer noch näher beschriebenen Führung senkrecht zur horizontalen Ableseskala 6 geführt, die in der Lotrichtung unterhalb des Drehpunktes 2 des Lenkers 1 mit ihrem Nullwert beginnt und eine dem Messbereich entsprechende Länge 2r aufweist, die gleich der Länge des Lenkers 1 ist. Die Skala 6 enthält in linearer Folge die Wurzelwerte jener Radikanden, die durch die jeweilige Stellung des Lenkers 1 bestimmt sind, wobei das Lot 4 diese Wurzelwerte an der Ableseskala abschneidet.
In vorliegendem Falle, wo es sich um die Ermittlung der einer bestimmten Druckdifferenz entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit und damit der entsprechenden Durchflussmenge handelt, bezeichnen die Einheiten die zu ermittelnde Anzahl von kglh. Die dem jeweiligen Druckgefälle entsprechende jeweilige Einstellung des Lenkers 1 wird durch einen Schwimmer 7 bewerkstelligt, der an einer mit dem Lenker 1 fest verbundenen, im Drehpunkt 2 senkrecht von demselben wegragenden Steuerstange 8 angeordnet ist.
Der Mittelpunkt 9 des beispielsweise kugelförmigen Schwimmers 7 stellt sich stets in Höhe des Spiegels 10 einer Quecksilbersäule ein und hat hiebei vom Drehpunkt 2 den Abstand 2 r (Länge des Lenkers 1). Der Spiegel der Quecksilbersäule bewegt sich in Abhängigkeit von der jeweils gegebenen Druckdifferenz und zwar dergestalt, dass sich bei Erhöhung dieser Druckdifferenz der Spiegel 10 um ein der Erhöhung linear proportionales Ausmass senkt und umgekehrt.
Demgemäss wird bei Erhöhung der Druckdifferenz der Lenker 1
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durch den Schwimmer 7 und die Steuerstange 8 im Sinne des eingetragenen Drehpfeiles ver- schwenkt, wobei aber die Bogenausmasse dieser
Drehbewegung nicht mehr im linearen Ver- hältnis zur Vertikalverstellung des Schwimmers 7 stehen dürfen, sondern vielmehr der Projektion des jeweiligen Ausmasses der Schwimmer- verstellung auf den aus dem Mittelpunkt 2 ge- schlagenen Kreisbogen mit dem Radius 2 r entsprechen müssen. Die Projektionsrichtung ist senkrecht zur Richtung der Ableseskala 6 gedacht.
Aus den noch näher ausgeführten geometrischen bzw. goniometrischen Verhältnissen folgt so- dann, dass das in Richtung der Spiegelverstellung der Quecksilbersäule verlaufende Lot 4 an der
Ableseskala bereits die Wurzelwerte der jeweiligen
Stände der Quecksilbersäule abschneidet.
Es ist nun wünschenswert, neben den Wurzelwerten, vorliegend den jeweiligen stündlichen Durchflussmengen, auch die zugeordneten Radikanden, vorliegend die jeweiligen Druckdifferenzen, ablesen zu können. Zu diesem Zweck ist ein zusätzlicher Lenker 11 vorgesehen, der um einen vom Drehpunkt 2 des Lenkers 1 in Richtung der
Skala 6 um den Abstand r entfernten Drehpunkt 12 verschwenkbar ist. Dieser zusätzliche Lenker 11 ist mit dem Lenker 1 durch eine Übersetzungseinrichtung verbunden, die vorliegend aus drei Zahnrädern 13, 14, 15 besteht, wobei das Zahnrad 13 die Drehbewegung des Lenkers 1 mitmacht und das Zahnrad 15 in gleicher Weise mit dem zusätzlichen Lenker 11 um den Drehpunkt 12 beweglich ist.
Das Übersetzungs- verhältnis vom Rad 13 auf das Rad 15ist2 : 1, wobei sich durch Anordnung des Zwischenrades 14 die Räder 13 und 15 im gleichen Sinn verdrehen.
Ein vom Endpunkt 16 des zusätzlichen Lenkers 11 senkrecht zur Richtung der Ableseskala 17 geführtes Lot 18 zeigt an dieser Skala die Radikandenwerte, im vorliegenden Beispiel die Druckgefälle, an. Durch Anordnung der Zahnräder 13 bis 15 ist bewirkt, dass sich der Endpunkt 16 des zusätzlichen Lenkers 11 entlang eines Halbkreisbogens vom Radius r stets so bewegt, dass er hiebei jeweils in den vom Lenker 1 dargestellten Radius des aus dem Drehpunkt 2 geschlagenen Kreises mit der Halbmessergrösse 2 r fällt.
Sowohl die Skala der Wurzelwerte als auch die hiezu parallel verlaufende Skala 17 der Radikanden sind linear unterteilt und durch einen gemeinsamen Sehschlitz 19 sichtbar. Die Radikandenund Wurzelwerte können aber auch in einer einzigenlinearenskalazusammengefasstsein, welche dann doppelte Beschriftung trägt, dergestalt, dass an derselben Unterteilung mittels des Lotes 4 die stündliche Durchflussmenge in kglh und mittels des Lotes 18 die zugeordnete, diese Durchflussmenge bedingende Druckdifferenz, beispielsweise in mm Quecksilbersäule, ablesbar sind.
Das Lot 4 ist vorliegend in eine Parallelogrammführung eingebaut, die durch den Lenker 1 und eine parallel zu diesem angeordnete Führungsstange 20 gegeben ist, welche, um einen festen Punkt 21 verdrehbar, mit dem Lot 4 bei 22 in gelenkiger Verbindung steht. Durch diese Anordnung kommt das Lot 4 stets senkrecht zur Richtung der Ableseskala zu liegen, wodurch sich die bei Verwendung eines im Gelenk 3 frei aufgehängten Pendellotes erforderliche genaue Horizontaleinstellung der Ableseskala erübrigt. Auch das zusätzliche Lot 18 kann in eine derartige Führung eingebaut sein.
Die Lote 4, 18 sind mit Lotgewichten 5, 231' und die Lenker 11,20 mit Ausgleichsgewichten 232, 233 versehen, die zwecks Korrektur allfälliger Übertragungsfehler der ausserhalb der eigentlichen Radiziervorrichtung befindlichen Antriebsvorrichtung, nachstellbar sein können. Das Auftreten von Fehlern innerhalb der Radiziervorrichtung ist ausgeschlossen, doch kann das Ausmass der Verdrehung der Steuerstange 8, beispielsweise durch Querschnittsungenauigkeiten des die Quecksilbersäule beinhaltenden Gefässes, beeinträchtigt sein, welche Fehlerquellen durch die verstellbaren Ausgleichsgewichte eliminiert werden können. Für das Aufzeichnen der Anzeigewerte können von den Loten 4, 18 gesteuerte Schreibstifte vorgesehen sein.
Sinkt die Quecksilbersäule und bewegt sich der Schwimmer 7 nach abwärts (was einer Erhöhung des Druckgefälles entsprechen soll), so bewegen sich die Steuerstange 8 und der Lenker 1 sowie die Räder 13 bis 15 und der zusätzliche Lenker 11 in den eingetragenen Drehpfeilrichtungen, wobei die Lote 4, 18 an den Skalen 6, 17 die jeweilige stündliche Durchflussmenge und die Grösse der jeweiligen Druckdifferenz abschneiden. Diese Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist durch Auswertung folgender geometrischer bzw. goniometrischer Verhältnisse be- dingt :
Eine quadratische Funktion kann durch die Parabelgleichung y2 = 2 rx bzw. y = V 2 rx dar- gestellt werden, wobei 2 r der Länge des Lenkers 1 und r der Länge des Lenkers 11 entspricht.
Wird der Verdrehungswinkel des Lenkers 11 mit T bezeichnet, so ergibt sich an Hand der zeichnenrischen Darstellungen : y = 2 r cos (90-/2) und x = 2 r cos2 (90-f/2)..
Mit y ist dabei der Wurzelwert bezeichnet, während x den Radikanden darstellt. Der Wurzelwert eines bestimmten Wertes x (welch letzterer durch das Lot 18 an der Skala 17 abgeschnitten wird) ist demnach auch durch den jeweiligen Abstand des Endpunktes 16 des Lenkers 11 vom Drehpunkt 2 des Lenkers 1 gegeben. Dieser Abstand wird bei der erfindungsgemässen Konstruktion durch die Länge 2 r des Lenkers 1 und das Lot 4 auf die horizontale Skala 6 über- tragen, da in dem rechtwinkeligen Dreieck 2, 3, 3' die in Richtung der Ableseskala verlaufende Kathete immer gleich der Hypotenuse des ähnlichen rechtwinkeligen Dreieckes 2, 16, 16', nämlich gleich y, ist.
Auch aus der Ähnlichkeit dieser rechtwinkeligen Dreiecke folgt die Abhängig- keit der Grösse y von der Grösse x gemäss einer Parabelfunktion, da x : y = y : 2 r, d. h. y2 = 2rx ist.
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Die an den Ableseskalen 6, 17 durch die Lote 4, 18 gegebenen Wertepaare stehen daher stets im Verhältnis des Radikanden zum entsprechenden Wurzelwert oder auch im Verhältnis des Quadrates einer bestimmten Zahl zu dieser Zahl selbst, weshalb die erfindungsgemässe Vorrichtung in gleicher Weise auch zum Quadrieren verwendet werden kann. In der Zeichnung sind dabei, über der Skalenteiung der Abszissenachse, die den x-Werten entsprechenden y-Werte aufgetragen, die miteinander verbunden, eine Parabel ergeben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Radiziervorrichtung, insbesondere für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen in Abhängigkeit vom Druckgefälle, gekennzeichnet durch einen der Grösse des Radikanden, beispielsweise des Druckgefälles, entsprechend verdrehbaren Lenker (1),
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Wurzelwerte, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeiten, anzeigt.