DE268350C - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Str¦mungsgeschwindigkeit von Dämpfen und Gasen auf kalorimetrischem Wege - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 268350 KLASSE 42 e. GRUPPE

und Gasen auf kalorimetrischem Wege,

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Mai 1912 ab.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine zur Ausführung desselben dienende Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Dämpfen und Gasen auf kalorimetrischem Wege.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die bisherige Art und Weise solcher Messungen, z. B. nach dem Patent 224819, dadurch zu vervollkommnen und genauer auszuführen, daß die Messungen selbsttätig bewirkt werden.

Die Ausführung der Erfindung kann in verschiedener Weise geschehen. Eine Ausführungsart besteht darin, selbsttätig die einer in Bewegung befindlichen Menge trockenen Gases (einschließlich von Wasser- und andern Dämpfen) gegebene Wärme zu regeln, so daß die zwischen zwei Punkten stattfindenden Temperaturerhöhungen des Gases auf gleichbleibender Höhe erhalten werden. Eine andere Art der Ausführung besteht darin, in selbsttätiger Weise die einer in Bewegung befindlichen Menge trockenen Gases fortlaufend mitgeteilte Erwärmung auf gleicher Höhe zu halten und dann die Temperaturschwankung, die in einem der durch die Wärmeübertragung beeinflußten Elemente stattfindet, zu bestimmen, z. B. die Schwankung in der Temperaturhöhe des Gases. Die erstgenannte Ausführungsart ist vorzuziehen, bei welcher die Wärrriezunahme bekannt ist und die zur Erzielung dieser Wärmezunahme erforderliche Wärmemenge gemessen wird, während die spezifische Wärme des Gases bekannt ist oder leicht festgestellt werden kann und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases sich genau berechnen läßt.

Bei der Ausführung des Verfahrens kann di-e Erwärmung des Dampfes oder Gases durch eine beliebige Wärmequelle geschehen. Die als zweckmäßig erscheinende Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens benutzt dazu eine elektrische Heizvorrichtung oder ein Widerstandselement. Die Abgabe der Wärme durch elektrische Heizmittel ist aus dem Grunde besonders zu empfehlen, da der Wärmeverlust schnell und genau an Normalinstrumenten abgelesen _x werden kann. Es ist deshalb in der zeichnerischen Darstellung der Erfindung eine elektrische Vorrichtung zur selbsttätigen Wärmeabgabe in der geeigneten Menge und zum Messen der dadurch verursachten Temperaturerhöhung gewählt worden.

In der Zeichnung stellt

Fig. ι das Schaltungsschema dar, auf dem die Erfindung beruht.

Fig. 2 zeigt, ebenfalls vorwiegend schematisch, die Gesamtanordung einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Fig. 3 zeigt in Ansicht eine elektrische Heizvorrichtung.

Fig. 4 zeigt einen elektrischen Wärmemesser.

Das Gas, dessen Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, fließt durch die mit 1 bezeichnete Leitung. Die Temperatur dieses Gases wird durch die elektrische Heizvorrichtung 2. erhöht. Die Temperatur, welche das Gas besitzt, bevor es diese Heizvorrichtung erreicht, wird durch das Thermometer 3 ge-

messen und seine Temperatur nach der stattgehabten Erwärmung durch das Thermometer 4. Die Abweichung der Wärmegrade zwischen diesen beiden elektrischen Thermometern wird durch die Wärmeabgabe der elektrischen Heizvorrichtung hervorgebracht. Es ist, wie in der deutschen Patentschrift 224819 ausgeführt wird, ohne weiteres ersichtlich, daß unter gegebenen Umständen das schnell durch die Heizvorrichtung strömende Gas weniger erhitzt werden wird als das langsamer durchfließende Gas. Es ist ferner ohne weiteres verständlich, daß, wenn die vom Heizapparat abgegebene Wärme selbsttätig so veränderlich gemacht wird, daß zwischen den beiden Thermometern eine sich gleichbleibende Temperaturdifferenz bestehen bleibt, eine größere Wärmeabgabe erfolgen muß, um diese Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten, wenn das Gas schnell durch die Leitung fließt, also eine größere Gasmenge in einem gegebenen Zeitraum die Heizvorrichtung durchstreicht, als wenn das Gas langsam durch die Heizvorrichtung hindurchgeht.

Die elektrischen Wärmemesser oder Widerstandselemente 3, 4 befinden sich je in einem Schenkel einer Wheatstoneschen Brücke 5. Wenn diese Brücke gehörig ausgeglichen ist und der geeignete Temperaturunterschied zwisehen den beiden Thermometern aufrechterhalten wird, so befindet sich der Zeiger des Galvanometers 6 in seiner Mittelstellung. Sobald die Durchgangsgeschwindigkeit abnimmt, wird die Temperatur des die Wärmemeßvorrichtung 4 durchstreichenden Gases steigen, und die Wheatstonesche Brücke wird aus der Gleichgewichtslage gebracht werden, wodurch der galvanische Zeiger ausschlägt. Dieser Zeiger berührt dabei einen Ortsstromkreis und schließt ihn, wodurch eine der Windungen 7 erregt und der Widerstand in der mit der Heizspule in Reihe geschalteten Wicklung 8 erhöht wird. Infolgedessen wird der Heizstrom abgeschwächt, und der Temperaturunterschied zwischen den beiden Thermometern wird wieder auf das gewollte Maß zurückgeführt oder hat das Bestreben, auf dieses Maß zurückzukehren. Wenn die Durchgangsgegeschwindigkeit des Gases aus irgendeiner Ursache zunimmt, so wird der gewollte Temperaturunterschied der beiden Thermometer kleiner werden, der Zeiger des Galvanometers wird nach der entgegengesetzten Richtung ausschlagen, wodurch die andere der beiden Spulen 7 erregt, der Widerstand 8 verringert und der Heizstrom verstärkt wird. Auf diese Weise wird der Heizstrom selbsttätig verändert, um den gewollten Temperaturunterschied aufrechtzuerhalten. Der Verbrauch an elektrischer Energie in der Heizvorrichtung wird durch einen Wattzähler 9 gemessen.

Fig. 2 zeigt eine für den gewerblichen Betrieb geeignete Ausführungsform des durch die schematische Darstellung in Fig. 1 im allgemeinen erläuterten Apparates.

Der Heizstrom wird durch den Rheostaten 10 verändert. Der Kontaktarm 11 dieses Rheostaten wird in der einen oder andern Richtung durch ein Sperrad 12 und Sperrklinken 13 gedreht,' die von Elektromagneten 14 in Tätigkeit gesetzt werden, um den Widerstand größer oder kleiner zu machen. Jede der beiden Klinken wird von einem Winkelhebel 15 getragen, der beständig von einer Gelenkstange 16 in Schwingung versetzt wird; diese Bewegung geht von einer Kurbel 17 ans, die von einem Motor 18 mittels eines geeigneten, verlangsamenden Getriebes in Umlauf gesetzt wird. Die Klinken 13 befinden sich für gewöhnlich außer Eingriff mit dem Sperrad 12, doch kann jede der Klinken eingerückt werden durch die Erregung des zugehörigen Elektromagneten 14, um dem Sperrade eine schrittweise Fortschaltung zu erteilen. Es können geeignete Vorkehrungen getroffen sein, um ein zufälliges gleichzeitiges Eingreifen beider Klinken 13 in das Sperrad 12 zu verhindern.

Die Erregung des Elektromagneten 14, wird herbeigeführt durch den Zeiger 6¹ des Galvanometers; dieser Zeiger dreht sich spielend auf seinem Drehzapfen, sobald die Wheatstonesche Brücke ihre Gleichgewichtslage verändert. Oberhalb des Zeigers 6¹ sind eine Mehrzahl von Kontakten 19 in zwei Gruppen angebracht. Unmittelbar unterhalb des Zeigers 6¹ sind zwei Kontaktstreifen 20 auf einer geeigneten Isolierung 21 befestigt. Diese Isolierung wird nachgiebig getragen, wie bei 22 ersichtlich ist, und sie wird stetig auf und nieder bewegt, indem sie mit dem Motor 18 durch geeignete, verlangsamende Getriebe und Gelenke verbunden ist. Die Anordnung ist in der Weise getroffen, daß, wenn der Zeiger 6¹ nach der einen oder andern Seite ausschlägt, die Hebung der Kontaktstreifen 20 ein Festklemmen des Zeigers zwischen einem dieser Kontakte unmittelbar über dem Zeiger und einem der Isolierstreifen während eines bestimmten Zeitraumes bewirkt. Dadurch wird der Stromkreis des einen oder andern der beiden Elektromagneten 14 zeitweise durch diesen Zeiger 6¹ geschlossen. Der Stromkreis wird auch durch einen der drei Kontaktstreifen 23 geschlossen, die auf einer Arbeitstrommel 24 sitzen, und durch Stromabnehmerbürsten 25, die mit diesen Kontaktstreifen 23 zusammenwirken. Der Stromkreis wird ferner geschlossen durch den Kontaktstreifen 26 und die mit diesem zusammenwirkende Bürste 27 ; die Kontakte auf. der Trommel 24 sind alle elektrisch in der dargestellten Weise verbunbunden. Die Trommel 24 wird fortlaufend

in Drehung versetzt durch den Motor 18, wobei die Anordnung in der Weise getroffen ist, daß die Kontaktstreifen 23 unter den Bürsten dann hindurchgehen, wenn der Zeiger in der Stromschlußstellung festgeklemmt ist. Die drei Kontaktstreifen 23 haben verschiedene Länge; wenn daher der Zeiger 6¹ nur einen geringen Ausschlag nach rechts oder links empfängt, so wird der Stromschluß mit dem entsprechenden Elektromagneten 14 nur für einen kurzen Zeitraum erfolgen, nämlich während der Zeit, wo der rechtsseitige, kürzeste Konttaktstreifen 23 mit seiner zugehörigen Bürste in Berührung bleibt. Wenn der Zeiger 6¹ seinen größten Ausschlag erhält, so wird auch der Stromkreis des zugehörigen Elektromagneten während der längsten Zeitdauer geschlossen werden, nämlich während der Zeit, während welcher der längste Kontaktstreifen 23 sich mit der entsprechenden Bürste in Berührung befindet. Im ersteren Falle wird die Sperrklinke mit dem Sperrade 12 erst dann in Eingriff gebracht werden, wenn die entsprechende Winkelplatte 15 ihren aufwärts gerichteten Hub schon nahezu beendigt hat; das Sperrad 12 wird demgemäß auch nur um einen Zahn weitergeschaltet. Der Arm 11 des Rheostaten wird daher auch nur um einen einzigen Schritt fortbewegt, um den Widerstand zu vergrößern oder zu verringern, je ..nach welcher Seite hin der Zeiger ausschlägt. Wenn der Stromschluß durch den längsten Kontaktstreifen 23 auf der Trommel 24 herbeigeführt worden ist, so wird die Klinke schon bei Beginn der Aufwärtsbewegung der entsprechenden Platte 15 angezogen, und das Sperrad 12 erhält die größte Teildrehung, entsprechend drei Zähnen. Wenn der Stromschluß durch den Kontaktstreifen von mittlerer Länge bewirkt wird, so erfolgt auch ein mittlerer Ausschlag des Kontaktarmes 11. Natürlich kann die Zahl der Kontaktstreifen und der mit ihnen zusammenwirkenden Teile nach Gefallen verändert werden, wonach dem Rheöstatarme jede beliebige Bewegung erteilt werden kann.

Vermöge dieser Anordnung kann sich der Zeiger während des größten Teiles der Zeit drehen, und seine Bewegungen sind nicht durch Reibung beim Hingleiten über eine Reihe von Kontakten behindert. Ferner wird der Stromkreis zwischen den Kontaktstreifen 23 und den Bürsten 24 unterbrochen, bevor der Zeiger aus seiner festgeklemmten Stellung ausgelöst wird. Folglich wird ein Verdrehen des Zeigers verhindert.

Die thermostatischen Widerstände 3 und 4 können entweder positive oder negative Temperaturkoeffizienten haben. Unter der Annähme, daß das Gas durch die Meßvorrichtung von links nach rechts hindurchfließt, wird der Wärmemesser 4 für gewöhnlich eine höhere Temperatur und folglich einen höheren Widerstand haben als das Widerstandsthermometer 3. Deshalb ist ein ausgleichender Widerstand 28 in den Stromkreis des Widerstandes 3 zugeschaltet, er kann jedoch durch ' den Schaltpflock 28¹ kurzgeschlossen werden, wenn die Wheatstonesche Brücke zu Anfang ins Gleichgewicht gebracht wird. Die Höhe des Widerstandes 28 entspricht der Höhe des sich den Thermometerwiderständen 3, 4 entgegenstellenden Widerstandes, der der vorausbestimmten Temperaturerhöhung zuzuschreiben ist, die durch die Wirkung der Heizspule 2 hervorgerufen wird. Beim Ausgleichen der Wheatstoneschen Brücke wird der Hilfswiderstand 29 so eingestellt, daß der Zeiger 6 seine Mittelstellung einnimmt, wenn kein Strom durch den Galvanometer fließt. Der Pflock 28¹ wird dann entfernt und die Brücke dadurch aus dem Gleichgewicht gebracht, wodurch der Zeiger seinen Ausschlag erhält. Dieser Zeigerausschlag setzt den Rheostatarm 11 in Wirkung, wodurch so viel Strom durch die Heizspule fließt, um die gewollte Temperaturverschiedenheit zwischen den Widerständen 3 und 4 zu erhalten. Der Zeiger kehrt darauf in die ausgeglichene Stellung zurück. Jede Abweichung von der bestehenden gewollten Temperaturungleichheit verursacht einen Ausschlag des Zeigers nach der einen oder andern Seite, wie bereits beschrieben, wonach der Rheostat 10 in Tätigkeit gesetzt wird, um die Gleichgewichtslage wieder herzustellen. Um zu vermeiden, daß der Arm 11 des Rheostaten sich über die gewönlich beabsichtigten Grenzen hinausbewegt, ist das Sperrad 12 mit einem Stifte 30 versehen, welcher entweder die eine oder die andere der beiden ausgeschalteten Kontaktzungen 31 anschlägt und dadurch den Stromkreis nach dem entsprechenden Elektromagneten 14 öffnet und eine Weiterbewegung des Rheostatarmes in der einen Richtung, aber nicht in der anderen, verhindert.

In Fig. 3 ist eine Heizspule dargestellt, die sich als besonders zweckmäßig erweist; sie besteht aus einer Doppelpyramide oder einem Isolierrahmen 32, auf. den der Widerstandsdraht 33 aufgewickelt ist. Der Widerstandsdraht ist durch diese Form gleichmäßig über die ganze Meßvorrichtung verteilt und überträgt daher die Wärme gleichmäßig auf alle Teile des Querschnitts der Leitung, die von dem Gase durchflossen wird.

Fig. 4 zeigt eine besonders zweckmäßige Ausführung der Widerstandsthermometer 3 und 4. Der Widerstandsdraht ist auf ein Gitter 34 so befestigt, daß er von allen Teilen des die Meßvorrichtung durchstreichenden Gases berührt und beeinflußt wird und deshalb

die Durchschnittitemperatur des Gasstromes richtig anzeigt.

Der Wattzähler 9 kann so eingestellt sein, daß er unmittelbar den Gasdurchfluß, anstatt des Verbrauchs an elektrischer Energie, anzeigt, da der Gasdurchfluß proportional zur elektrischen Energie, die zur Erwärmung des Gases gebraucht wird, ist. Der Wattzähler sowie alle Teile der Vorrichtung außer der

xo eigentlichen Meßvorrichtung können an einer ganz beliebigen Stelle und in jeder gewünschten Enfernung von der eigentlichen Meßvorrichtung aufgestellt werden.

Die Genauigkeit der Messung wird nicht durch Schwankungen in der Temperatur des durchfließenden Stromes beeinflußt, weil die Messung auf einer Differenz der Temperaturen beruht. Auch Unterschiede im Gasdruck vermögen die Genauigkeit der Messung nicht zu stören, weil das Gewicht des Gases die Einheit der Messung bildet. Ferner ist der Zeitverzug der Thermometer hinreichend, um zum größten Teil die Schwankungen der Temperaturveränderungen, die auf dem Wattzähler bemerkbar werden, auszugleichen, so daß richtige Durchschnittswerte erhalten werden. Die Meßvorrichtung ist deshalb sehr wohl dazu geeignet, die Ausströmung von Gasen oder Luft aus Kompressoren oder Gebläsen richtig zu messen, wo geringe und schnell aufeinanderfolgende Schwankungen im Gasdruck vorhanden sind. Der Verbrauch an elektrischer Energie für den Betrieb der Vorrichtung ist gering im Verhältnis zu dem großen Volumen des Gases, dessen Durchfluß durch die Leitung gemessen wird; die wirklich benötigte Menge an elektrischer Energie kann noch in gewissen Grenzen dadurch geändert werden, daß die vorausbestimmte, konstante Temperaturdifferenz, auf die der Apparat eingerichtet ist, verändert wird.

Wenn nasses Gas oder nasser Dampf gemessen werden soll, so muß zuvor eine Trocknung oder Überhitzung durch beliebige Mittel vorgenommen werden.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Dämpfen und Gasen auf kalorimetrischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von Wärme aus einer Wärmequelle in die Dämpfe oder Gase in selbsttätiger Weise derart geregelt wird, daß der eine der beiden Faktoren, nämlich die Wärmemenge oder die durch letztere in einem der Elemente bedingte Temperaturänderung konstant erhalten und die Wirkung dieser Wärmeübertragung in einem der Elemente bestimmt wird.
2. 2. Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι in der Weise, daß dem Gasstrome Wärme zugeführt wird, um eine bestimmte Temperaturzunahme zu erzeugen und der dazu erforderliche Wärmebetrag gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der zugeführten Wärme durch die Temperaturänderungen erfolgt, die durch in bekannter Weise neben der Wärmequelle angeordnete Meßmittel erkannt werden.
3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einer Leitung, durch die die Gase ziehen und der Wärme durch eine elektrische Heizvorrichtung zugeführt wird, und bei der elektrische Thermometer zur Bestimmung des Temperaturanstieges in der Leitung neben der Heizvorrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermometer (3, 4) mit einer Wheatstoneschen Brücke (5) in solcher Weise verbunden sind, daß bei Abweichung von der bestimmten Temperaturzunahme die Brücke aus der Gleichgewichtslage kommt und der Zeiger oder die Nadel eines mit ihr verbundenen GaI-vanometers (6) in Schwingung gerät, daß ferner eine Spule eines Spulenpaares (7, 7) eingeschaltet wird, die mittels eines Rheostaten (8) das selbsttätige Steigen oder Sinken des der Heizvorrichtung (2) zügeführten Betrages an Heizstrom herbeiführt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanometernadel derart angeordnet ist, daß sie absatzweise zwischen einem der Kontakte (19) über der Nadel und einem der Kontaktstreifen (20) festgeklemmt werden kann, die unter der Nadel auf einem isolierten Träger (21) angeordnet sind und durch einen Motor (18) ununterbrochen auf und nieder bewegt werden, zum Zweck, absatzweise Stromkreise zu schließen, die dem Kontaktarm (11) eines regelnden Rheostaten (10) eine Schrittbewegung erteilen, so daß die dem Gase zugeführte Wärme selbsttätig geregelt wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in fortlaufender Drehung befindliche Trommel (24) mit no Kontaktstreifen verschiedener Länge besetzt ist, durch die je nach der jeweiligen Ausschlagweite des Galvanometerzeigers ein Stromschluß von verschiedener Zeitdauer und eine Zu- oder Abnahme des mitwirkenden Widerstandes im Verhältnis zum Ausschlag des Zeigers nach der einen oder anderen Seite herbeigeführt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte auf der Arbeitstrommel (24) so gegenüber einem mit der Trommelwelle und dem isolierten

   Träger (21) verbundenen Kurbelarm angeordnet sind, daß der Stromkreis zwischen den Trommelkontakten und den Bürsten (25) unterbrochen wird, während die Nadel im geschlossenen Stromkreis festgehalten wird, so daß Funkenbildung an der Nadel nicht auftreten kann.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, gekennzeichnet durch ein mit dem Kontaktarm (11) des Rheostaten verbundenes Sperrad (12) mit zwei beständig in Schwingung erhaltenen Schaltklinken, deren jede dem Sperrad eine schrittweise Fortschaltung in der einen, aber nicht in der entgegengesetzten Richtung erteilen kann, so daß die Tätigkeit der einen oder anderen dieser beiden Sperrklinken davon abhängt, nach welcher Seite hin der Galvanometerzeiger ausschlägt und den zugehörigen, die betreffende Sperrklinke einrückenden Elektromagneten (14) erregt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, gekennzeichnet ' durch Ausschaltevorrichtungen (31), welche die Bewegungen der Kontaktarme über bestimmte Grenzen hinaus verhindern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.