Messgeräte im Industriebetrieb

323 Pages·1936·16.27 MB·German

by  Guido Wünsch, Hans Rühle (auth.)

MESSGERATE
1M INDUSTRIEBETRIEB
VON
GUIDO WONSCH HANS ROHLE
UND
BERLIN-FRIEDEN AU BERLIN-CHARLOTTENBURG
MIT 371 TEXTABBILDUNGEN
BERLIN
VERLAG VON JULIUS SPRINGER
1936
ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER tiBERSETZUNG
IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN.
ISBN-I3 978-3-642-98130-2 e-ISBN-I3 978-3-642-98941-4
DOl 10.1007/978-3-642-98941-4
COPYRIGHT 1936 BY JULIUS SPRINGER IN BERLIN.
Reprint ofthe original edition 1936
Vorwort.
In den letzten Jahren ist in den Industriebetrieben eine besondere
MeBtechnik entstanden und zu solchem Umfang entwickelt worden,
daB ihre Beherrschung nicht mehr "nebenbei" moglich ist. Die groBen
Industriewerke haben besondere Abteilungen eingerichtet, die mit Fach
leu ten fiir MeBtechnik besetzt sind, und deren Hauptaufgabe die mes
sende Verfolgung und Uberwachung der Betriebsvorgange und des Ver
brauchs an Gas, Kohle, Wasser, Strom, Warme usw. ist. Als Hilfs
mittel hierzu sind eine Unzahl von MeBgeraten und MeBverfahren
herausgebracht worden, und es kommt taglich Neues hinzu.
Dem Betriebsmann im kleinen und mittleren Betrieb sind nun zwar
die meBtechnischen Einrichtungen fiir die Fertigung gelaufig, da er
taglich mit ihnen umgeht; es ist jedoch fiir ihn sehr schwer, z. B. auch
Fragen der Energiewirtschaft richtig zu beurteilen, die seltener an ihn
herantreten und meistens auch schwieriger zu beantworten sind. Er
wird unverhaltnismaBig viel Zeit darauf verwenden miissen, das ge
eignete MeBverfahren herauszufinden und an Hand der ungleichartigen
Angebote del' verschiedenen Lieferwerke das fiir den vorliegenden Zweck
beste Gerat auszusuchen, wenn er nicht auf ein eigenes Urteil verzichten
und sich auf die Werbeangaben der Hersteller verlassen will.
Es erschien deshalb angebracht, das Material, das in der Fachlite
ratur, in den Werbeschriften del' Hersteller und in unveroffentlichten
Erfahrungen vorliegt, zu sichten, nach bestimmten Gesichtspunkten zu
bearbeiten und zu ordnen und damit eine Ubersicht zu schaffen, mit
deren Hilfe auch scheinbar schwierige Zusammenhange auf eine ein
fache Form gebracht werden konnen. Es diirfte damit auch allen denen
gedient sein, die auf Fachschulen und in der Praxis eine Anleitung
suchen.
Unter diesen Voraussetzungen ist das vorliegende Buch entstanden.
Es erhebt keinen Anspruch, als "wissenschaftlich" zu gelten, und kann
auch nicht "vollstandig" sein, da ja die Entwicklung dauernd fort
schreitet; es mochte lediglich dem Betriebsmann Hilfe und Wegweiser
werden.
Wer sich ausfiihrlicher unterrichten will, der sei auf Sammelwerke
wie das "Archiv fiir technisches Messen (,ATM')", den "Chemie-Inge
nieur" u. a. verwiesen.
Berlin, im Februar 1936.
Die Verfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung: Zweck der Messung 1
Erster Teil.
Allgemeine Grundlagen.
1. Allgemcines iiber MeBsysteme und MeBverfahren 4
A. Mechanische MeBsysteme. . . . . . . . . . . . . . 4
B. Ubersicht iiber die Werkstoffe des MeBinstrumentenbaues 5
C. MeBleitungen, Anschliisse und SchutzmaBnahmen. . . . . 6
D. Ubersicht iiber die elektrischen MeBsysteme . . . . . . . 10
E. Kompensationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
F. Schrittschaltwerke und Relaisapparate mit besonderer Hilfskraft 18
G. Energieverbrauch bei Messungen . . . . . 18
H. Das statische Verhalten der MeBsysteme . 19
J. Das dynamische Verhalten der MeBsysteme 23
II. Das moderne Anzeigeinstrument . . 26
A. Die auBere Form der Anzeigeinstrumente 26
B. Hilfsmittel der Anzeige . . . . . . 28
1. Ausfiihrung der Skalen . . . . . 28
2. Ausfiihrung der Zeiger . . . . . 30
3. Verwendung von Licht und Farbe 30
C. GroBanzeiger . . 32
III. Registrierung . . . . . . 34
A . .AuBere Merkmale . . . . 35
1. Art der Aufzeichnung . 35
2. Schreibpapier 37
3. Mehrfachschreiber. . . 40
B. Hilfsmit~el der Registrierung 41
1. Das Ubertragungswerk . . 41
2. Schreibwerk . . . . . . . 44
3. Diagrammpapier und Papierfiihrung 47
4. Triebwerk . . . . . . . . . . . . 51
C. Schnellschreiber und StorungsschreibeT 52
1. Schnellschreiber. . . . . . . . 52
2. Storungsschreiber. . . . . . . 55
IV. ?ahlung und Mittelwertbildung. 56
Ubersicht . . . . . . . . 56
A. Planimeter . . . . . . 56
B. Angebaute Zahlwerke . 59
C. Selbstandige Zahlwerke 61
D. Mittelwertbildung, Maximumschreiber und Summenzahler . 62
V. :fern ii bertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
A. Die Fernmessung auf hydraulischem und auf pneumatischem Wege 64
B. Die elektrische FernmeBtechnik. . . . . . . . . . . 65
1. Ange),Jaute Fernsender fiir maBige Entfernung .. 66
2. Die Ubertragungsverfahren fiir groBe Entfernungen 68
v
Inhaltsverzeichnis.
Seite
VI. Eingliederung der Instrumente in den Betrieb 72
tlbersicht . . . . . . . . . . . . . . . 72
A. Kombinationen fiir besondere Zwecke . 72
1. Fiir einen einzigen MeBwert 72
2. Instrumententafeln . . 73
3. Umschaltungen. . . . . . 73
4. Folgezeigerinstrumente 75
5. Anzeige von Summen und Quotienten 76
B. Schaltschranke, MeBwarten. . . . . . . 76
C. Hilfsmittel bei Betriebsfiihrung mit vielen Instrumenten 78
1. Sinnbildliche Darstellung der Zusammenhange 78
2. Selbsttatige Signalabgabe . . . . . . . . . 81
3. Fernkommandoabgabe. . . . . . . . . . . 82
D. Fernbetatigung von Maschinen und Apparaten. 82
VII. Genauigkeit :. . . . . 84
A. Allgemeine Ubersicht 84
1. Verfahrensfehler 84
2. BezugsgroBen. . . 85
B. Die einzelnen Komponenten des MeBfehlers . . . . . . . 85
1. Fehler im MeBsystem und im tlbertragungsmechanismus 86
2. Fehler in der Montage, der Inbetriebsetzung und der Nullstellung 87
3. Fehler in der Ablesung . . . . . . . . . 87
4. Fehler durch auBere betriebliche Umstandp 88
C. Geforderle und gewahrte Genauigkeit. . . . 88
1. Eichungcn und Nacheichungen ..... 88
2. Zahlenangaben fiir bestimmte Messun,gen, nach MeBwerten ge-
ordnet ...... , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Zweiter Teil.
Verfahren und Bauarten, nach MeBwerten geordnet.
VIII. Druckmessung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
A. Uber- und Unterdruckmesser. . . . . . . . . . . . . . 94
1. Manometer mit MeBfliissigkeit und ohne besondere selbsttatige
Anzeigevorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
a) Einfache U-Rohr-Manometer S.94. - b) Sonderbauarten
S.95. - c) Mikromanometer S.97.
2. Manometer mit besonderer Anzeigevorrichtung. . . . . . . . 101
a) Ringwaagen S. 101. - b) Glockenmesser S. 103. - c) Feder
manometer S. 103.
3. Sonstige Druckmesser, insbesondere fiir sehr kleine oder fiir
schnell wechselnde Driicke. . . . . . . . . . . . . .. llO
B. Beliebiger Bezugsdruck (eigentliche Druckunterschiedmesser) III
1. Allgemeines . . . . . . . . . . III
2. Federmanometer . . . . . . . . . . . . III
3. Durchfiihrungen aus Druckraumen . . . . 112
4. Hilfsmittel zur Eichung und Nacheichung. 115
C. Messer fiir absoluten Druck 116
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . 116
2. Barometer. . . . . . . . . . . . . . . 116
a) U-Rohr-Manometer S.116. - b) Membran-Barometer S.117.
3. Vakuummeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ll8
a) Baro-Vakuummeter S.118. - b) Absolute Vakuummeter
S.120. - c) Sonstige Messer fii.r absoluten Druck S.121.
IX. Temperaturmessungen ............. . 122
Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . 122
A. Mechanische Temperaturmesser. . . . . . . . . . 124
1. Ausdehnungsthermometer mit Fliissigkeitsfiillung. 124
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
2. Ausdehnungsstab-Thermometer. . . . 126
3. Flussigkeitsdruckthermometer . . . . 126
4. Siededruck- (Tensions-) Thermometer. 128
5. Bimetallthermometer . . . . . . . 129
6. Sonstige mechanische Thermometer. 130
B. Elektrische Widerstandsthermometer 131
1. Wirkungsweise . . . . . . 131
2. Einbau und Betrieb. . . . 133
3. Bauarten. . . . . . . . . 134
C. Thermoelektrische Pyrometer. 135
1. Wirkungsweise . . . . . . 135
2. Kompensation . . . . . . . . 138
3. Gebrauchliche Thermoelemente. 139
4. Schutzrohre . . . . . 141
5. Pyrometer-Bauarten. . 143
6. Durchsauge.Pyrometer. 144
7. Oberflachen-Pyrometer 145
D. Strahlungspyrometer. . . 146
1. Allgemeines . . . . . 146
2. MeBprinzipien . . . . 148
3. Eignung del' Verfahren 150
4. Beschreibungen. . .. .. 151
a) Gesamtstrahlungspyrometer S.151. - b) Teilstrahlungs
pyrometer S. 152. - c) Farbpyrometer S. 157
5. Besondere Fragen. . . . 158
X. Messung stromender Stoffe 159
Ubersicht . . . . . . . . . . 159
A. Volumenmessung . . . . . 160
1. Motorische Gaszahler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
a) Trockene Gaszahler S. 161. - b) Nasse Gaszahler S. 164. -
c) Hochdruckgaszahler S. 167. - d) Selbsttatige Berichtigungen
S.169. - e) GroBgaszahler S.170. - of) Anemometer S.171.
2. Motorische Zahler fur Flussigkeiten. . ........... 172
a) Kippzahler S. 174. - b) Trommelzahler S. 174. - c) Hub-
und Drehkolbenzahler S. 175. - d) Turbinenzahler S.l77.
B. DurchfluBschwimmermessung . . . . . . 181
C. Staudruck- und Druckunterschiedmessung . . . ... 187
1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 187
2. Staudruck und Staurohr. . . . . . . . . . . . . . .. 188
3. Blende, Diise, Venturirohr. . . . . . . . . . . . . .. 192
a) Eigenschaften und Berechnung von Diise und Blende S. 192.
- b) Formgebung und Einbau S.196. - c) Das Venturirohr
S.198. - d) Die Wahl des richtigen Drosselgerats S.199. -
e) Anordnung der Druckentnahmestellen S.201. - £) Sonder
formen fur MeBdruckgeber S. 203. - g) Umrechnungen S.205.
4. Instrumentelle Einzelheiten . . . . . . . . . . . . . . . . 208
a) Wurzelziehung S.208. - b) Selbsttatige Berichtigungen
S. 208. - c) Uberlastfahigkeit und Uberlastschutz S. 209. -
d) Umstellung des MeBbereiches und Messung kleiner Mengen
S.210. - e) Messung pulsierender Stoffstrome S.212.
5. Bauarten del' Mengenmesser ................ 212
a) Einfache Druckunterschied-Manometer S. 212. - b) Elek
trisch messende Druckunterschied-Manometer S. 214. -
c) Schwimmer-Druckunterschiedmesser S. 216. - d) Glocken
messer S. 219. - e) GefaBwaagen S. 221. - f) Ringwaagen
S. 222. - g) Membranmesser S. 225.
D. Teilstrommessung . . . . . . . . 228
l. Unmittelbare Teilstrommessung 228
2. Stromungsteiler. . . . . . . . . . 230
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
E. Sonderverfahren zur Mengenmessung . . . . . . . . . . .. 233
1. Rilfsstrommessung . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 233
2. Messung groBer Flussigkeitsmengen. . . . . . . . . . . . . 235
a) Wehrmessung S.235. - b) Venturikanalmesser S.236. -
c) Sonstige Verfahren S.238.
3. Messung groBer Gasmengen . . 239
4. Thomas-Gasmesser . . . . . . 239
F. Messung pulsierender Striimungen. 240
G. Messung von Warmemengen . . . 243
Allgemeines. . . . . . . . . . . 243
1. Messung an einen Stoff gebundener Warmemengen 244
2. Warmeleit- und -verlust-Messung. 247
XI. Behalterstandsmessung . . . . . . . . . . . . . . 248
Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
A. Messer fUr den Fliissigkeitsspiegel in offenen Behaltern. 249
B. Messer fUr den Flussigkeitsspiegel in Druckbehaltern . 253
C. Gasometerstandsanzeiger . . . . . . . . . . . . 258
D. Bunkerstandsanzeiger . . . . . . . . . . . . . 259
XII. Gaszusammensetzung und Untersuchung der Eigenschaf-
ten. . . . . . . . . . 260
Ubersicht . . . . . . . 260
A. Spezifisches Gewicht. 261
1. Auswagung. . . . 261
2. Gassaulenmessung. 263
3. Mittelbare MeBverfahren. 263
B. Heizwert. . . . . . . . . 265
1. Hand-Kalorimeter. . . . 267
2. Selbsttatige (schreibende) Kalorimeter 270
3. Besondere Verfahren zum Ersatz oder zur Erganzung der Ka
lorimeter. . . . . . . . . . . .'. . . . . . . . . . . . . 275
C. Uberwachung der Gaszusammensetzung, insbesondere der }'eue
rungsabgase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
1. Orsat· und orsatahnliche Apparaturen fUr Versuchsmessungen . 278
2. Selbsttatige Apparaturen fUr Betriebsmessungen. . . . . . . 279
3. Einbau und sonstige allgemeine Richtlinien fiir Rauchgaspriifer 286
4. Besondere Verfahren zur Erganzung und zum Ersatz der Rauch-
gaspriifer. . . . . . . . . . . . . . 287
D. Besonderheiten der Nutzgasiiberwachung . . 289
E. Sonstige Beimengungen in Gasen. . . . . . . . . . . . . . . 291
1. Feuchtigkeitsgehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
a) Absolute Feuchtigkeit S.293. - b) Taupunkt S.294. -
c) Haarhygrometer S.295. - d) Psychrometer S.297.
2. Staub . . 303
Firmenverzeichnis. 307
Sachverzeichnis. . 309
Ein Verzeichnis der im Buch erwahnten,
MeBgerate bauenden Firmen und der benutzten Abkiirzungen ihrer Namen
befindet sich auf S. 307-308.
Einleitung.
Zweck der Messung.
Die MeBtechnik liefert die Unterlagen fiir Verbesserungen in der
Betriebswirtschaft, insbesondere der Warmewirtschaft, indem sie Auf
klarung iiber die inneren Vorgange gibt. Dabei hilft sie auch durch
Sichtbarmachen von VerlustqueIlen, mit den von der Natur gebotenen
Energievorraten sparsam umzugehen. Der Endzweck der MeBtechnik
ist nicht das Bestreben, mit dem geringsten Aufwand eines Stoffes aus
zukommen und damit den Einzelwirkungsgrad einer bestimmten Vor
richt ung hochzutreiben, sondern sie soIl im Hinblick auf die Wirtschaft
lichkeit des zusammengehorigen Betriebsganzen eine Ubersicht iiber
Verbesserungsmoglichkeiten bieten.
Die Apparaturen der MeBtechnik sind die Hilfsmittel zur Ent
deckung der Verlustquellen. In den letzten fiinf Jahren sind dem In
genieur AusfUhrungen zur Verfiigung gestellt worden, die ihm als wirk
lich zuverlassige Werkzeuge dienen konnen. Auf allen Gebieten der
MeBtechnik ist es zu weitgehender Klarung der wissenschaftlichen
Grundlagen gekommen; es sei in diesem Zusammenhang nur an die
Mengenmessung mit Drosselgeraten und die Messung hoher Tempera
turen erinnert.
Eine rohe, aber doch fast durchgehend zutreffende Gliederung der
Instrumente sieht folgende Einteilung vor:
a) Instrumente als Hilfsmittel fUr die Bedienung
im Betriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anzeiger,
b) Instrumente fur die Uberwachung der Bedienung
lind des Zustandes der Anlagen . . . . . . . . . . Schreiber,
c) Instrumente fur die Verrechnung und Statistik . Zahler,
d) Instrumente fUr Versuche und Prufungen tragbare Ausfuhrungen
von a) und b).
Der Mann im Betriebe braucht ein Gerat, das ihm die notigen An
weisungen fUr die beste Einstellul1g seiner Maschine oder seiner An
lage gibt. Dieser Apparat muB sich leicht ablesel1 lassen; er soIl also
ein Zeigerinstrument wie das Manometer sein oder wenigstens wie das
Wasserstandsglas die Moglichkeit zu einer sofortigen, keinen Irrtiimern
ausgesetzten Ablesung bieten. Instrumente mit groBen Skalen werden
bevorzugt. Sie miissen sich am Ort der Bedienung befinden oder von
dort aus gut sichtbar sein, so daB der Bedienungsmann, del' eine not
wendig gewordene Verstellung am Schieber oder Schalter vornimmt,
auch gleich die Wirkung seines Eingriffs verfolgen kann.
Wiinsch-Riihle, MeBgcriLtc. 1
2 Zweck der Messung.
Die "Oberwachung der Anlage solI riickwar~sschauend iiber den
Zustand, insbesondere die allmahliche Verschlechterung der Betriebs
eigenschaften Auskunft geben. Ferner solI sie auch der Kontrolle des
Bedienungspersonals dienen. Hierfiir kommen vorzugsweise Schreib
instrumente in Frage.
Die dritte Gruppe der zur Verrechnung dienenden Instrumente
ist zum Teil mit denen der zweiten Gruppe identisch. Es handelt sich
meistens urn die Feststellung von Mengen, die zwischen Hersteller und
Verbraucher verrechnet werden. Oben sind sie kurz Zahler genannt
worden. Die Aufzeichnungen der "Oberwachungsinstrumente konnen
zwar haufig durch Planimetrieren fUr die Zwecke der Verrechnung
brauchbar gemacht werden. Doch tritt unverkennbar in den letzten
Jahren das Bestreben hervor, fUr aIle Stoffe und MeBbedingungen
selbstandige Zahlwerke nach Art der bekannten Gas- und Wasserzahler
zu schaffen. Man erkennt hier eine besondere Gruppe von Verrech
nungsinstrumenten.
Versuchsapparaturen setzen sich aus den Instrumenten allel'
drei Gruppen, jedoch iiberwiegend der ersten zwei zusammen. Sie
werden, da es sich meist urn Wandermessungen handelt, lediglich in
eine handlichere Form gebracht. Eine besondere Stellung, die mit den
drei iibrigen Gruppen gleichberechtigt ware, kommt ihnen im Grunde
nicht zu.
Jedes Instrument solI an seinem Platze wirklich gebraucht werden,
sonst verfehlt es seinen Zweck, stol't und lenkt abo Seine Anzeige muB
von EinfluB auf die Betriebsfiihrung sein, sonst ist es entbehrlich. Ein
unbrauchbares, vielleicht auch nur unpraktisch gebautes Instrument
bringt die Gefahr mit sich, das Vertrauen zu samtlichen anderen zu
untergraben. Eine zu groBe Zahl von Bedienungsinstrumen~n wirkt
sich dahin aus, daB sie aIle nur als lastig empfunden werden und keins
mehr die notige Beachtung erhalt. Man beschrankt sich daher besser
auf wenige, aber anerkannt gut gebaute und unmittelbar niitzliche
Ausfiihrungen, als daB man durch "Oberzahl den, der sie brauchen solI,
zur allgemeinen Nichtbeachtung verleitet.
Sehr wesentlich ist hierbei die Genauigkeit und damit in gewissem
Zusammenhang die GroBe des MeBbereiches. Jeder MeBwert hat einen
groBten und einen kleinsten Wert, der noch mit gemessen werden solI.
Gewohnlich laBt sich auch ein mittlel'er Wert angeben. Dieser solI im
MeBbereich moglichst hoch liegen, weil die Genauigkeit aller Instru
mente nach dem Skalenende zu groBer wird. Als iiblich gilt, daB sich
der MeBwert etwa auf % des Bereiches bewegen solI. Einzelheiten
dieser Fragen sollen spater erortert werden. Die Genauigkeit wird,
allerdings falschlich, fast immer an die Spitze aller Forderungen ge
stellt; deshalb ist ihrer Erorterung (s. S. 84) breiterer Raum gegeben.
Die allgemeine Nol'mung der Instrumente ist noch nicht weit ge
diehen. Sie beschrankt sich zur Zeit auf einige Teile der Ausriistung;
del'en Bedeutung darf abel' doch nicht unterschatzt werden, so sind
z. B. Schreibbreiten und Uhrwerksvorschub genormt. 1m iibrigen ist
es gewissermaBen zu Werksnormen gekommen. Bestimmte Bauformen