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Vorrichtung zum elektrischen Anzeigen oder Registrieren von Schwankungen
in einem Flüssigkeitsspiegel oder von Druckschwankungen in einer Leitung durch Änderung
der Impedanz einer oder mehrerer im Stromkreis der Anzeigevorrichtung befindlicher
Induktionsspulen vermittels metallischer Körper, deren Bewegung der Änderung des
Flüssigkeitsspiegels entspricht. Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, welche
elektrisch in beliebiger Entfernung die Schwankungen der Flüssigkeitsspiegel in
einem Kessel oder einem sonstigen Behälter oder auch Veränderungen in dem Durchfluß
einer Flüssigkeit durch eine Leitung anzeigen.
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Es sind bereits Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die elektrischen
Anzeiger oder Registrierung der Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels oder der Druckschwankungen
in der Flüssigkeitsleitung durch Änderung der Impedanz einer oder mehrerer den Stromkreis
der Anzeigevorrichtung befindliche Induktionsspulen bewirkt wird. Es ist auch schon
bekannt, die Änderung der Impedan7 der Induktionsspulen durch die Lagenänderung
metallischer Körper zu bewirken, deren Bewegung der Änderung der Flüssigkeitsspiegel
entspricht. Die Vorrichtung geel Vorrichtung in äß i der Erfindung Z, unterscheidet
sich vonden bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art im wesentlichen dadurch, daß
der bewegte metallische Körper nicht magnetisch ist und die Form einer Hülse hat,
die in der Induktionsspule oder um die Induktionsspule herum angeordnet ist. Es
hat sich nämlich gezeigt, daß bei der Verwendung magnetischer Körper der Übelstand
eintritt, daß die Vorrichtung bei derselben Stellung des Metallkörpers gegenüber
der Induktionsspule verschiedene Werte anzeigt, je nachdem, ob sich der Metallkörper
auf die Spule zu oder von der Spule fort bewegt. Dieser Übelstand wird bei der Erfindung
durch die Verwendung eines nichtmagnetischen Metallkörpers vollhcmmen beseitigt,
so daß in jedem Falle, unabhängig von der B:wegung des 1leta1lkörper s, eine genaue
Anzeige erfolgt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann nach Belieben dazu benutzt
werden, um in einer gewissen Entfernung das Anzeigen oder Registrieren von Bewegungen
eines durch Druckänderungen in einer Leitung bewegten Kolbens zu bewirken oder Bewegungen
eines Bestandteils einer Vorrichtung oder die Drehtewegung einer Welle oder eines
Schiffssteuers u. dgl., wobei dann die Stellung des Schildes entsprechend diesen
Bewegungen geändert «=erden müßte.
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Wenn die Vorrichtung zum Anzeigen und zum Registrieren der Schwankungen
des Flüssigkeitsspiegels in einem- Kessel, BFehäl-'er o. dgl. verwendet wird und
nur eine einzige Spule vorhanden ist, so kann man die nichtmagnetische Metallhülse
durch einen Schwimmer bedienen lassen oder sie selbst als Schwimmer ausbilden, welcher
vorzugsweise
in einem Raum angeordnet ist, welcher in Verbindung
mit dem Flüssigkeitsbehälter steht, so daß der Schwimmer gegenüber der Spule entsprechend
:dem Fallen und Steigen des Flüssigkeitsspiegels bewegt wird und die entsprechende
Veränderung an dem Anzeige-oder Registrierinstrument abgelesen werden kann. Diese
Instrumente können so bemessen sein, daß man die Flüssigkeitsmenge in Tonnen, Litern
oder auch nach der Höhe in Metern oder Zoll oder in einem sonst gewünschten Maß
ablesen kann.
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Wenn die Vorrichtung zum Messen des Fließens in einer Leitung dient,
besteht sie wie bei ,den bekannten Flüssigkeitsmessern in der Hauptsache aus einem
U-förmigen Rohr, dessen beide miteinander in Verbindung stehenden Schenkel oder
Behälter Quecksilber oder eine sonstige Flüssigkeit enthalten und mit den zwei Seiten
einer eine Druckdifferenz in der Leitung schaffenden Vorrichtung verbunden sind.
Bei dieser Anordnung können beide oder auch nur eine Abteilung des U-förmigen Behälters
mit :einer Induktionsspule versehen sein, und die nichtmagnetische Metallhülse kann
die Form eines Schwimmers besitzen. Eine Abteilung steht mit der Flüssigkeit an
der einen Seite eines in die RohrleituIng eingefügten Staurandes o. dgl. in Verbindung,
während die andere Abteilung mit :der Flüssigkeit auf der anderen Seite dieses Staurandes
verbunden ist.
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Die Zeichnungen zeigen mehrere beispielsweise Ausführungsformen des
Erfindungsgegenstandes, und zwar ist: Abb. i ein Schnitt durch eine Vorrichtung,
welche vorzugsweise dann geeignet ist, wenn kleine Schwankungen in einem Flüssigkeitsmittel
angezeigt oder aufgezeichnet werden sollen.
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Abb.2 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, welche vorzugsweise
verwendet wird, wenn starke Schwankungen im Flüssigkeitsspiegel angezeigt oder aufgezeichnet
werden sollen.
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Abb. 3 ist ein teilweiser Sc ritt ,durch eine Ausführungsform einer
Vorrichtung, welche zum Messen einer fließenden Flüssigkeit: dient, wobei ein Teil
des Schnittes in einem verkleinerten Maßstab dargestellt ist.
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Abb. 4 ist ein Diagramm, welches die elektrischen Verbindungen zwischen
der Vorrichtung und dem damit verbundenen Anzeige-oder Registrierinstrument zeigt,
und Abb.5 zeigt eine Schaltvorrichtung zur Verbesserung der Nullstellung :des Instrumentes.
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Die Vorrichtung gemäß Abb. i ist insbesondere zum Anzeigen von Veränderungen
im Wasserspiegel eines Dampfkessels u. dgl. verwendbar. Sie besteht aus einer Kammer
i, welche durch zwei Stutzen 2 und 3 am oberen und unteren Ende mit :dem Dampf-
und dem Wasserraum eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kessels in Verbindung
steht. In der Mitte der Kammer erstreckt sich über einen größeren oder geringeren
Teil der Länge ein Rohr 4, welches aus irgendeinem geeigneten Material, z. B. aus
Bronze, besteht. Das Rohr q. besitzt eine Bohrung, welche an einem oder auch an
beiden °Enden nach. der äußeren Luft hin offen sein kann, und welches an den Stellen,
an denen es durch die Kammerwände hindurchgeht, abgedichtet ist. Um dieses Rohr
4. herum liegt ein Schwimmer 5, welcher eine Metallhülse 6 trägt, vorzugsweise in
Form eines Kupferrohres, welche leicht um das Rohr 4. paßt, so daß es bei kleinen
Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels bereits anspricht.
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In der Bohrung des Rohres 4. liegt eine Hemmspule 7 ,derart, daß sie
von der Kupferhülse 6 abgedeckt wird, wenn der Schwimmer in seiner untersten Lage
liegt, wie in Abb. i dargestellt ist. Die Teile können indessen auch so angeordnet
werden, daß die Spule 7 durch die Hülse 6 abgedeckt wird', wenn die Flüssigkeit
ihre höchste Stellung einnimmt. Der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer i wird stets
der gleiche sein wie der Wasserspiegel in dem Kessel, und der Schwimmer 5 wird infolgedessen
eine von ,dem Wasserspiegel in jedem Augenblick abhängige Stellung einnehmen. Die
Hemmspule 7 wird deshalb je nach :der Stellung des Schwimmers mehr oder weniger
durch das Kupferrohr 6 abgedeckt, und die Länge der nicht abgedeckten Spule 7 hängt
von dem jeweiligen Stand des Wasserspiegels in dem Kessel ab. Die Klemmen 8, an
welche .die Enden der Hemmspule 7 angeschlossen sind, liegen in einer Anschlußbüchse
9 und werden mit einer Wechselstrom-oder intermittierenden oder pulsierenden Gleichstromquelle
verbunden. Parallel zu diesen Klemmen 8 ist eine Anzeige- oder Registriervorrichtung,
z. B. ein Voltmeter, geschaltet. Das in Abb. i nicht dargestellte Instrument kann
in einer beliebigen Entfernung von .der Vorrichtung selbst aufgestellt sein. Die
Spannung an den beiden Klemmen 8 wird entsprechend der Auf- und Abbewegung des Schwimmers
5, welche durch die Änderung im Flüssigkeitsspiegel hervorgerufen werden, sich ändern.
Die Änderungen des Wasserspiegels in der Kammer i und infolgedessen auch in dem
Kessel können also bei geeigneter Kalibrierung ;des Voltmeters unmittelbar von diesem
abgelesen werden. Die Kalibrierung kann in Zoll, in Teilen davon oder in irgendeinem
anderen Maßsystem erfolgen. Der Durchmesser der Hemmspule 7 ist so, @daß sie die
Bohrung des Bronzerohres 4
nicht vollkommen ausfüllt, damit ein
Luftstrom durch das Rohr nach aufwärts steigen und gut die Spule kühlen kann. Wenn
es erwünscht ist, große Änderungen in einem Flüssigkeitsspiegel anzuzeigen oder
zu registrieren, kann die Vorrichtung zweckmäßiger in der in Abb.2 dargestellten
Art gebaut werden. Die hier dargestellte Einrichtung besteht aus einem Fußteil i
o, welcher aus Metall oder einem anderen geeigneten Stoff bestehen kann und Quecksilber
oder eine andere geeignete Flüssigkeit i i enthält, in welche ein Eisenrohr 12 so
eintaucht, daß ein kleiner Zwischenraum zwischen dein unteren Ende des Rohres -Lind
dem Boden der in dem Fuß gebildeten Kammer 13 vorhanden ist. Das Rohr 12 enthält
vorzugsweise an seinem oberen Ende eine Hemmspule 14.. Von dem Quecksilber i i wird
in dem unteren Teil des Rohres 12 ein Schwimmer 15 getragen, welcher an der Hemmspule
auf und ab gleiten kann und so die Spannung an den Klemmen 16 der Hemmspule in der
vorher beschriebenen Weise ändert. Die Klemmen sind wiederum mit einer Stromquelle
und mit einer Anzeige- oder Registriervorrichtung verbunden. Der Teil des Raumes
13, welcher oberhalb der Quecksilberoberfläche liegt, besitzt einen Anschluß 17,
durch welchen eine Verbindung zwischen dem Raum 13 und dem Behälter hergestellt
wird, dessen Inhalt gemessen werden soll. Im allgemeinen wird der Quecksilberspiegel
in der Kammer 13 und in dem Rohr 12 der gleiche sein, und zwar wird dieser Zustand
eintreten, wenn. der Behälter, dessen Flüssigkeitsstand zu messen ist, leer ist.
Wenn aber dieser Behälter gefüllt wird, so nimmt der Druck auf die Quecksilberoberfläche
infolge der zunehmenden Höhe der Flüssigkeit in dem Behälter entsprechend zu, so
daß das Quecksilber in dem Rohr 12 steigt, bis der L:nterschied in dem Spiegel des
Quecksilbers innerhalb und außerhalb des. Rohres durch die Flüssigkeitssäule in
dem Behälter ausgeglichen wird. Das innerhalb des Rohres 12 steigende Quecksilber
nimmt den Schwiminer 15 mit, welcher jetzt die Hemmspule 14. in einem größeren Maße
abdeckt. Die Spannung an den Klemmen 16 wird infolgedessen geändert, und sie kann
an dem in, der Zeichnung nicht dargestellten A.bleseinstrument abgelesen werden,
welches wiederum auf irgendeinem geeigneten Maßsystem, z. B. nach Litern oder Tonnen
oder Höhemetern, kalibriert sein kann.
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Wenn die Vorrichtung zum Messen eines fließenden Stromes verwendet
werden soll, so kann der wirksame Bestandteil in der aus Abb.3 ersichtlichen Weise
angeordnet werden. In diesem Falle besteht die Vorrichtung aus einem Hauptteil 18,
in welchem zwei Kammern i g und ao vorhanden sind, die an ihrem unteren Ende unterhalb
einer Teilwand 21 miteinander in Verbindung stehen. Die Kammern i9, 2o enthalten
Quecksilber oder eine andere geeignete Flüssigkeit 22, deren Spiegel gewöhnlich
in beiden Abteilungen auf der gleichen Höhe stehen wird. Der obere Teil der Kammern
i9, 2o ist so eingerichtet, daß eine Verbindung mit den beiden Seiten eines Staurandes
23 oder einer ähnlichen, eine Druckdifferenz bildenden Vorrichtung hergestellt werden
kann. Der Staurand 23 befindet sich in der Rohrleitung 2.1, durch welche der zu
messende Flüssigk:eits- oder Gasstrom fließt. Das Rohr 24 und der Staurand 23 sind
in dem oberen Teil von Abb. 3 in einem kleineren Maßstab dargestellt als die unteren
Teile. Der Raum i9 steht durch eine Leitung 25 auf der einen Seite des Staurandes
23 mit ,dem Rohr 2.1_ in Verbindung, während die Kammer 2o auf der anderen Seite
des Staurandes 23 durch ein Rohr 26 mit. der Leitung 24. in Verbindung steht.
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In der einen der beiden Kammern 1g und 20, z. B. in der Kammer 2o,
ist eine Hemmspule 27 vorgesehen, die von einer Metallhülse 28 umgeben wird. Letztere
wirkt nach Art eines Schwimmers und wird von dem O_uecksilber so getragen, daß bei
dem Auftreten einer Druckdifferenz zu beiden Seiten des in die Leitung 2.1. eingeschalteten
Staurandes 23 das Quecksilber in der einen Kammer 20 höher steigen wird als in der
anderen ig und hierbei die Metallhülse 28 so bewegt, daß sie die Hemmspule 27 mehr
oder weniger abdeckt und auf diese Weise die Spannung an ihren Polen und infolgedessen
auch andern Anzeigeinstrument in der vorher angegebenen Weise ändert.
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Man kann natürlich auch zwei Hemmspulen vorsehen, und zwar in jeder
Kammer i9 und 20 eine, so daß die Änderung der Impedanz für irgendeine Änderung
des Flüssigkeitsspiegels doppelt erreicht wird. Bei dieser Anordnung ist die Empfindlichkeit
der `Torrichtung größer, weil sie auf kleinere Flüssigkeitsänderungen anspricht,
als dies sonst der Fall wäre.
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Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann ferner durch die Vertvendung
einer Hülse erhöht werden, welche aus zwei oder mehreren konzentrisch angeordneten
Rohren besteht, die erforderlichenfalls oberhalb und unterhalb des ringförmigen
Raumes zwischen zwei benachbarten Rohren oder zwischen dem inneren und äußeren Rohr
allein geschlossen werden können. Es wird hierdurch .der Auftrieb des zusaimnengebauten
Rohres erhöht. Die Impedanz wird erhöht durch die Verwendung von mehr als einer
Hülse, und der besondere Weg einer Hülse ergibt eine größere Änderung
der
elektrischen Bedingungen des Stromkreises, als mit einer Hülse erreichbar ist. Die
Meßvorrichtung wird infolgedessen auch geringere Änderungen des Flüssigkeitsspiegels
anzeigen, als es sonst der Fall wäre.
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Abb. 4 ist eine Schaltung, welche die elektrische Verbindung zwischen
der wirksamen Vorrichtung, welche hier schematisch dargestellt und mit .dem Bezugszeichen
31 versehen ist, mit dem Anzeige- oder Registrierinstrument 29 und der Stromquelle
30 andeutet. Der Stromkreis enthält einen gewissen Widerstand 32, bis die
Hemmspule in die Reihe eingeschaltet ist.
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Die in Abb. 2 dargestellte wirksame Vorrichtung kann auch für andere
Zwecke verwendet werden, z. B. zum Anzeigen des Tiefganges eines Schiffes. In einem
solchen Falle werden zwei Vorrichtungen verwendet, die eine vorn und die andere
hinten. Außerdem kann eine weitere Vorrichtung an den beiden Seiten des Schiffes
angeordnet werden, um anzuzeigen, in welcher Lage es sich befindet.
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Wenn eine besondere Genauigkeit erforderlich ist, so kann es notwendig
werden, eine geringere Änderung der Spannung und der Frequenz des elektrischen Stromes
herbei7uführen. Zu diesem Zweck kann das in Abb. 4 gezeigte Schaltungsschema in
der Weise abgeändert werden, @daß man eine Hilfsspule 33 in den Stromkreis einschaltet,
welche eine Induktanz von bekanntem Wert hat. Bevor man die Anzeigevorrichtung abliest,
werden die Schalter 34 auf diese Hilfsspule 33 umgeschaltet und die Ablesung vorgenommen.
Sollte der abgelesene Wert oberhalb und unterhalb der bekannten Ablesung liegen,
welche vorhanden ist, wenn die elektrische Stromzufuhr stimmt, so wird der Fehler
vorgemerkt und die nachherige Ablesung mit der Spule 31 entsprechend verbessert.