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Strömungsmeßgerät Die Erfindung betrifft Strömungsmeßgeräte für Flüssigkeiten
mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt und insbesondere ein Gerät mit einem Schwimmkörper,
der gegenüber Vertikalschwingungen stabilisiert ist.
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Strömungsmeßgeräte von der hier beschriebenen Art mit veränderlichem
Durchtrittsquerschnitt enthalten einen senkrecht verlaufenden Kanal, durch den die
zu messende Flüssigkeit nach oben strömt, und einen Schwimmkörper, der in der Flüssigkeitsströmung
schwimmt und mit dem Kanal unter Bildung einer veränderlichen Meßbegrenzung mit
ringförmigem Querschnitt zusammenwirkt. Ein gebräuchlicher Typ eines solchen Gerätes
weist einen kegelig zulaufenden langgestreckten Schwimmkörper in einem kürzeren
zylindrischen Kanal auf, während ein anderes Gerät einen langgestreckten kegelig
zulaufenden Kanal und einen kürzeren Schwimmkörper aufweist.
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Bei beiden Typen vergrößert sich der Durchtrittsquerschnitt mit sich
nach oben bewegendem Schwimmkörper. Dabei ist die senkrechte Lage des Schwimmkörpers
bei konstanter Fließgeschwindigkeit konstant, so daß die Vertikallage des Schwimmkörpers
ein Maß für die Strömung ist. Zum Messen dieser Vertikallage werden verschiedene
Anzeigegeräte verwendet.
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Bei solchen Meßgeräten sind Führungen für den Schwimmkörper bekannt,
die aus an dem Schwimmkörper befestigten und von diesem nach oben, unten oder nach
beiden Seiten ausgehenden Führungsstangen bestehen, die in Führungsbuchsen gleiten.
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Das Gleiten der Führungsstangen in den Führungsbuchsen ist mit einer
gewissen Reibung und damit mit einem Meßfehler verbunden.
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Bei anderen Meßgeräten dieser Art ist eine Vorrichtung zum Anzeigen
der Vertikallage des Schwimmkörpers vorgesehen. Diese Vorrichtungen bestehen aus
einem mit dem Schwimmkörper verbundenen Magneten, der außerhalb des Kanals oder
Schwimmkörperbehältnisses beweglich angeordnete Magneten mitnimmt. Diese mitgenommenen
Magneten werden entlang einer Skala bewegt und zeigen damit die Vertikallage des
Schwimmkörpers an.
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Schwingungen des Schwimmkörperswin senkrechter Richtung können in
jedem Meßgerät mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt auftreten. Insbesondere
treten sie bei Meßgeräten mit kegeligen Schwimmkörpern auf. Eine Schwingung tritt
um so häufiger auf, je größer das Verhältnis der Masse des Schwinunkörpers zu der
Masse der von dem Schwimmkörper verdrängten Flüssigkeit ist. Die Masse des Schwimmkörpers
ist bei Bauarten mit kegeligem Schwimin-
körper im allgemeinen höher als bei Meßgeräten
mit kegeligen Rohren, so daß kegelige Schwimmkörper besonders anfällig gegenüber
Vertikalschwingungen sind. Solche Schwingungen sind unerwünscht, da sie die Ablesung
schwierig machen und zu ungenauen Ergebnissen führen.
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Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeits-Strömungs meßgerät mit veränderlichem
Durchtrittsquerschnitt mit einem Schwimmkörper, der gegenüber Schwingungen in senkrechter
Richtung gedämpft ist.
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Die Erfindung wird hier in Anwendung auf ein geschlossenes Meßgerät
aus Metall beschrieben, das eine magnetisch betätigte Anzeigevorrichtung aufweist.
Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Meßgerätebauarten eingesetzt werden.
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In Übereinstimmung mit bekannten Geräten besteht das erfindungsgemäße
Strömungsmeßgerät aus einem feststehenden Glied, einem in diesem senkrecht verlaufenden
Strömungskanal und einem in diesem beweglichen Schwimmkörper, wobei einer dieser
Teile eine vertikal kegelig verlaufende Oberfläche aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungen des Schwimmkörpers
in senkrechter Richtung zu dämpfen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine
solcheAusbildung des Strömungsmeßgerätes gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine
an einem Ende geschlossene und an ihrem anderen Ende in den Kanal einmündende, vertikal
verlaufende
Kammer, eine in der Kammer auf einem Haltemittel liegende
Scheibe, wobei das Haltemiftel unter der Scheibe liegt und zu gemeinsamer vertikaler
Bewegung mit dem Schwimmkörper verbunden und zwischen dem Umfang der Scheibe und
der Kammerwand ein enger Zwischenraum'vorhanden ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zeichnet sich das Strömungsmeßgerät
dadurch aus, daß die Kammer einen vertikalen an dem Schwamm körper befestigten Stößel
und die ringförmige Scheibe den Stößel eng umgibt mit einem Innendurchmesser, der
größer als der Durchmesser des Stößels und kleiner als der einer Schulter am unteren
Ende des Stößels ist.
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Nach einem weiteren Merkmal ist für die Kammer unterhalb des Kanals
ein Einlaß- und oberhalb des Kanals ein Auslaßmittel vorgesehen und Mittel, die
eine Strömungsverbindung zwischen dem oberen Ende des Kanals und der Kammer herstellen.
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Die Erfindung betrifft schließlich noch eine Schwimmkörperanordnung
für ein Strömungsmeßgerät mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt, das einen kegeligen
Stopfen und einen vertikal auf diesen ausgerichteten Stößel besitzt mit im Vergleich
zum Stopfen verhältnismäßig geringem Durchmesser, wobei die Schwimmkörperanordnung
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stößel an seinem unteren Ende in eine Schulter
größeren Durchmessers ausläuft und eine Ringscheibe vorgesehen ist, die den Stößel
eng umschließt und deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Stößels
und kleiner als der der Schulter ist, so daß sie frei auf dem Stößel gleiten kann.
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Die einzige Figur der Zeichnung ist ein senkrechter Schnitt durch
ein Meßgerät gemäß der Erfindung.
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Die Zeichnung zeigt ein Meßgerätgehäuse 1 mit einem Einlaß la an
ihrem rechten Ende mit Innengewinde und einem Auslaß 1 b an ihrem linken Ende mit
Innengewinde. Das Gehäuse 1 weist eine quer und horizontal verlaufende Scheidewand
lc auf, die zur Aufnahme einer mit einer Öffnung versehenen Buchse 2 mit einer zentrischen
senkrecht verlaufende denBohrung versehen ist. Die Scheidewand 1 c trend: den Einlaß
la von dem Auslaß lb. Die Buchse 2 ist dicht in die Scheidewand lc eingepaßt. Die
Buchse 2 ist in der Nähe ihres oberen Endes mit einer nach innen ragenden Schulter
mit einer zylindrischen Inneniläche- 2a versehen, die den Außenumfang des Meßdurchganges
begrenzt.
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Der Schwimmkörper enthält einen kegeligen Schwimmkörper 3, der innerhalb
des Meßdurchganges 2 a angeordnet ist und - einen von dem Schwimmkörper 3 nach oben
verlaufenden Stößel 4, der an seinem oberen Ende mit einer Gewindever längerung
4 a versehen ist. Auf der mit einem Gewinde versehenen Verlängerung 4 a sind zwei
Muttern 5 und 6 aufgeschraubt, die zwischen sich einen Dauermagneten 7 festhalten.
Zwischen dem Magneten 7 und den Muttern liegen geeignete Unterlegscheiben.
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Der Schwimmkörper 3 erstreckt sich- durch eine Öffnung in dem Gehäuse
1 nach unten und das untere Ende läuft in eineAussparung, die in einemPaßstück 8
mit geschlossenem Ende vorgesehen ist, das in das Gehäuse 1 hineingeschraubt ist.
Eine Dichtung 8 « ion Form eines O-Ringes liegt zwischen dem Paßstück 8 und dem
Gehäuse 1, wie gezeigt. Das Paßstück 8 ist auf die Buchse 2 in senkrechter Richtung
ausgerichtet.
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- Ein weiteres Faßstück 9 ist in das Gehäuse 1 über der Buchse 2
und senkrecht auf diese ausgerichtet eingeschraubt. Das Paßstück 9 weist eine zylindrische
Innenfiäche 9a auf, die den Stößel 4 mit Abstand umgibt. Eine weitere Dichtung 9
a in O-Ringform liegt zwischen dem Paßstück 9 und dem Gehäuse 1.
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Das untere Ende des Stößels 4 läuft in eine hexagonale Schulter 3
a aus, die am oberen Ende des Stopfens 3 ausgebildet ist. Eine Scheibe 10 sitzt
gleitbar auf dem Stößel 4 und gleitbar innerhalb des Zylinders 9 a. Unter »gleitbar«
wird verstanden, daß die Abmessungen des Stößels 4, der Zylinderwand 9a und der
Scheibe 10 so gewählt sind, daß ein freier Raum in der Größenordnung von wenigenTausendstel
Zoll zwischen der Scheibe 10 und dem Stößel 4 und ebenfalls zwischen dem Umfang
der Scheibe 10 und der Zylinderwand 9a.vorgesehen ist.
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Das untere Ende einer unmagnetischen Metall hülse 11 ist dicht in
das obere Ende des Paßstückes 9 eingepaßt. Das obere Ende der Hülse 11 nimmt den
Kopf einesStopfens 12 dichtend auf, und'dasAu enende der - Hülse- 11 ist unter Bildung
eines dichten Abschlusses auf eine Schulter an dem Stopfen 12 aufgewalzt. Von dem
Stopfen 12 geht ein Gewindebolzen 12a nach oben.
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Ein Glasrohr 14 ruht mit seinein unteren Ende auf einem als Puffer
und Dichtung wirkenden O-Ring 14 a, der seinerseits' auf einer an dem Paßstück 9
ausgebildeten Schulter aufliegt. Ein ähnlich wirkender O-Ringl4b wird zwischen dem
oberen Ende des Rohres 14 und einer Kappe 15 gehalten, die von einer Mutter 16 befestigt
wird, die auf den Bolzen 12 a aufgeschraubt ist Ein ringförmiger Mitnehmer 17 aus
ferromagnetischem Werkstoff liegt innerhalb des Glasrohres 14 und wird von diesem
geführt. Auf dem Glasrohr 14 ist zum Ablesen der Vertikalstellung des Mitnehmers
17 eine geeignete Skala vorgesehen.
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Das Glasrohr 14 wird vorzugsweise, mit Ausnahme einer Seite, von einer
Metailhülse 18 umschlossen.
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Das obere Ende des Schwimmkörpers 3 ist zur Aufnahme einer O-ringförmigen
Dichtung 19 gerillt, die an der Buchse 2 anliegt, wenn sich der Schwimmkörper 3
am unteren Ende seiner Bewegung befindet.
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Der Innendurchmesser des oberen Endes der mit der Öffnung versehenen
Buchse 2 ist kegelig, so daß der O-Ring 19 dichtend anliegt, um eine Rückströmung
durch das Meßgerät zu verhindern.
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Beim Eintritt von Flüssigkeit in den Einlaß la wird der aus dem eigentlichen
Schwimmkörper 3, dem Stößel 4, dem Magneten 7 und der Scheibe 10 bestehende Schwimmkörper
angehoben. Bei der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers vergrößert sich auf Grund
der Konizität des Schwimmkörpers 3 die gegenüber der Flüssigkeitsströmung offene
Durchtrittsfiäche. Ist ein Punkt erreicht, an dem die auf denSchwimmkörper in Richtung
nach oben wirkenden Kräfte die nach abwärts wirkenden Kräfte ausgleichen, kommt
der Schwirnmkörper in einer Gleichgewichtslage zur Ruhe, die ein Maß für den Strömungsgrad
ist. Fällt die Strömung dann auf ein geringeres Maß ab, verringern sich die nach
oben wirkenden Kräfte und der Schwimmkörper bewegt sich nach unten, wodurch die
Durchtrittsfläche weiter verringert wird, bis die nach oben wirkenden Kräfte wieder
die nach.unten wirkenden Kräfte ausgleichen.
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Der Schwimmkörper kommt dann in einer neuen Gleichgewichtslage zur
Ruhe, die ein Maß für den neuen Strömungsgrad ist. Die Durchtrittsfiäche und
die
Vertikalstellung des Schwimmkörpers stehen in einem Verhältnis zu der Größe der
durch das Meßgerät durchtretenden Strömung. Die Skala 14 kann so geeicht werden,
daß sich dieses Verhältnis in Einheiten der Größe der Flüssigkeitsströmung ausdrücken
läßt.
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Das dargestellte in Metall eingehüllte Meßgerät, das mit einem durch
einen Dauermagneten betätigten Mitnehmeranzeiger ausgerüstet ist, wird dort verwendet,
wo die zu messenden Flüssigkeiten feuergefährlich oder trübe sind, so daß die Vertikalstellung
des Schwimmkörpers nicht ohne weiteres durch ein Glasrohr beobachtet werden kann.
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Der Zylinder 9 a bildet einen Teil einer Kammer, die an ihrem oberen
Ende geschlossen und an ihrem unteren Ende offen ist und dort zu einer Leitung führt,
durch welche die Flüssigkeit strömt. Bei einer Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers
in dieser Kammer muß etwas Flüssigkeit durch den engen Zwischenraum zwischen der
Scheibe 10 und der Zylinderwand 9 a durchtreten. Dieser verengte Strömungsdurchtritt
an der Scheibe 10 verlangsamt oder hemmt die Bewegung der Scheibe und damit des
Schwimmkörpers in Aufwärtsrichtung. Diese Hemmwirkung entzieht dem Schwimmkörper
kinetische Energie. Bewegt sich andererseits der Schwinunkörper nach unten, wirkt
sich die Hemmung nur auf die Scheibe aus. Die anderen Teile des Schwimmkörpers können
sich schneller nach unten bewegen und lassen die Scheibe hinter sich zurück. Man
ersieht hieraus, daß die Masse des Schwimmkörpers bei einer Aufwärtsbewegung tatsächlich
einen höheren Wert und bei einer Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers einen niedrigeren
Wert hat. Man erkennt weiter, daß sich der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers die
Hemmwirkung der Scheibe 10 entgegenstellt, während bei rascher Abwärtsbewegung diese
Hemmwirkung sich wirkungsvoll nur auf die Scheibe und nicht auf die anderen Teile
des Schwimmkörpers auswirkt.
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Neigt der Schwimmkörper 3 zu Schwingungen, läßt er bei jeder Abwärtsbewegung
der Schwingungsperiode die Scheibe 10 hinter sich und bei der nächsten Aufwärtsbewegung
hat sich die Scheibe 10 aus ihrer höchsten Stellung ein kurzes Stück nach unten
bewegt und der Schwimmkörper trifft auf die Scheibe 10, bevor er seine höchste Stellung
erreicht.
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Man erkennt, daß sich die offenbarte Konstruktion Schwingneigungen
durch Stören der natürlichen Schwingfrequenzen auf mindestens drei verschiedene
Weisen entgegenstellt, nämlich: 1. durch Entzug von kinetischer Energie aus dem
Schwimmkörper während versuchter Schwingungen; 2. durch Ausbilden verschiedener
Massen des Schwimmkörpers während der Aufwärts- und der Abwärtsbewegung, und
3. durch
eine verschieden starke Hemmung des Schwimmkörpers während der Aufwärts- und der
Abwärtsbewegung.
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Diese drei und vielleicht auch weitere Gegenschwinggrößen wirken
auf ziemlich verwickelte Weise in dem Gerät zusammen. Es ist daher darauf hinzuweisen,
daß die Erfindung nicht auf eine bestimmte Theorie beschränkt ist, mit der das Dämpfen
der Schwingungen erläutert werden könnte.