AT383421B

AT383421B - Vorrichtung und verfahren zur durchflussmessung an tiefkalten einphasigen medien

Info

Publication number: AT383421B
Application number: AT275781A
Authority: AT
Original assignee: Gerhold Juergen Dipl Ing Dr Te
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1987-07-10
Also published as: ATA275781A

Description


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   Durchflussmessungen an tiefkalten Medien sind mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden. 



   Bekannt ist die Messung nach dem sogenannten Wirkdruckprinzip (vgl. DIN 1952), bei der der an
Blenden oder auch Düsen bei der Strömung entstehende Wirkdruckabfall erfasst wird, was aber bei tiefkalten Gasen oder Flüssigkeiten geringer Dichte wegen der dann im Vergleich zum Absolutdruck des Mediums häufig kleinen Wirkdruckabfälle schwierig durchzuführen ist. Darüber hinaus sind
Messeinrichtungen bekannt, in denen das strömende einphasige Medium unter konstantem Druck oder zumindest bei kleinem Druckabfall stationär beheizt und die vor und nach der Heizstrecke auftre- tenden Mediumtemperaturen gemessen werden.

   Derartige Messeinrichtungen müssen ausreichend ther- misch isoliert sein, so dass allenfalls mit der Umgebung ausgetauschte, nicht messbare Wärmelei- stungen vernachlässigbar gegenüber der dem Medium von der Heizeinrichtung zugeführten und gemessenen Wärmeleistung bleiben. Bei bekannter Wärmeleistung P kann der Durchfluss m des Me- diums aus   m = P/Ah (l)    berechnet werden, wobei die Enthalpiedifferenz Ah des Mediums vor dessen Eintritt und nach des- sen Austritt aus der Heizstrecke bei bekanntem Mediumdruck an Hand der thermodynamischen Zu- standsfunktion des Mediums auf Grund der vor dem Eintritt und nach dem Austritt aus der Heiz- strecke gemessenen Mediumtemperaturen zu ermitteln ist.

   Ist dabei der in der Messstrecke auftreten- de Druckabfall vernachlässigbar gegenüber dem Absolutdruck des Mediums und ändert sich die spezifische Wärme desselben bei konstantem Druck zwischen der Ein- und Austrittstemperatur aus der beheizten Strecke nicht oder nur unwesentlich, so kann die in obiger Gleichung aufscheinende Enthalpiedifferenz in einfacher Weise durch die gemessene Temperaturdifferenz AT zwischen Ausund Eintritt und die spezifische Wärme c des strömenden Mediums gemäss 
Ah = c. AT (2) ersetzt werden. 



   Bei nur wenig unterhalb der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen bereitet die Durchführung derartiger Durchflussmessungen keine nennenswerten Schwierigkeiten. Bei tiefen Temperaturen treten jedoch erhebliche messtechnische Probleme auf, die darin begründet sind, dass einerseits die zuzulassenden Heizleistungen und Temperaturdifferenzen mit Rücksicht auf den II. Hauptsatz sowie unerwünschte Störungen des Prozessablaufes sehr niedrig liegen sollten, dass aber anderseits geeignete Temperaturmessfühler für derartige Messbedingungen kaum zu beschaffen sind.

   Bekanntlich weisen Tieftemperaturmessfühler zeitliche Drift-Erscheinungen auf, darüber hinaus sind auch bei sorgfältiger Eichung in zeitlich kurzen Abständen absolute Messungenauigkeiten von grössenordnungsmässig mehreren Hundertstel Kelvin praktisch unvermeidbar, ganz abgesehen vom oft erheblichen Einfluss der Wärmeübergangsbedingungen zwischen strömenden Medien und Messfühler. Dies führt dazu, dass bei Tieftemperaturdurchflussmessungen auf der Basis einer stationären Beheizung mit je einem Messfühler vor und nach der Heizstrecke erfahrungsgemäss durch Heizleistung Temperaturunterschiede von grössenordnungsmässig 1 K oder sogar darüber sichergestellt werden müssen, um einigermassen befriedigende Messgenauigkeit bei der Durchflussmessung erreichen zu können.

   Derartige für Tieftemperaturprozesse verhältnismässig grosse Temperaturerhöhungen durch Heizung sind fast immer unzulässig. 



   Im Sinne der Erfindung sollen diese Schwierigkeiten umgangen und eine den Prozessverlauf praktisch nicht störende Durchflussmessung mit kleiner Temperaturdifferenz dadurch erreicht werden, dass für die Messung ein einziger Temperaturmessfühler üblicher Absolutgenauigkeit, jedoch hoher Empfindlichkeit, am Ende der die Heizeinrichtung enthaltenden Messstrecke vorgesehen und mit ihm die Temperatur des strömenden Mediums einmal bei ausgeschalteter und unmittelbar anschliessend bei eingeschalteter Heizung, deren stationäre Wärmeleistung bekannt sein muss, gemessen wird. 



  Dank der hohen Temperaturmessfühlerempfindlichkeit lassen sich die Temperaturerhöhungen infolge Heizung gegenüber dem unbeheizten Zustand leicht auf ein den Prozessverlauf nicht beeinträchtigendes Mass begrenzen,   z. B.   auf wenige hundertstel Kelvin. Ausserdem erlauben es die bei tiefen 

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 Temperaturen kleinen Wärmekapazitäten der das strömende Medium einschliessenden Wände der Heizeinrichtung sowie des Temperaturmessfühlers, den thermischen Beharrungszustand nach Ein- bzw. 



  Ausschalten der Heizeinrichtung rasch zu erreichen, d. h. die Temperatur am Messfühler wird sich nahezu sprunghaft einstellen. Dadurch kann die Heizzeit kurzgehalten und die dem Prozess insgesamt zugeführte Wärmemenge, die ja irgendwann im Prozessverlauf wieder weggekühlt werden muss, gegenüber einer stationären Beheizung stark vermindert werden. 



   Die Zeichnung möge die prinzipielle Anordnung sowie die Vorgangsweise bei der erfindungsgemässen Durchflussmessung verdeutlichen. 



   Der   Kanal --1-- führt   das strömende einphasige   Medium --2-- und   enthält eine Heizeinrichtung --3--, der in Strömungsrichtung gesehen eine   Temperaturmessstelle --4-- nachgeschaltet   ist. 



  An dieser wird die Temperatur des Mediums --2-- mittels eines empfindlichen Temperaturmessfühlers einerseits bei mittels eines Schalters --5-- eingeschalteter Heizeinrichtung --3--, deren Wärmelei- 
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 wird, und anderseits bei ausgeschalteter Heizeinrichtung --3-- über eine mit dem Temperaturmessfühler verbundene   Temperaturmesseinrichtung --7-- gemessen.   Aus der sich ergebenden Temperaturdifferenz zwischen beheiztem und unbeheiztem Zustand und der erfassten Wärmeleistung wird der Durchfluss mittels Gleichung   (1)   bzw. (2) errechnet. 
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 Temperaturdifferenz gegenüber dem unbeheizten Zustand sehr klein bleibt und überdies die Beheizungszeit kurz gehalten werden kann.

   Zu diesem Zweck sollte im Bereich der Messstrecke die Wand des   Kanals --1-- möglichst   dünn sowie die Heizeinrichtung --3-- und die Temperaturmessstelle --4-- mit geringer Masse ausgeführt sein, um die an sich im Vergleich zum Medium --2-- kleine spezifische Wärme von festen Stoffen im Sinne einer kleinen Wärmekapazität der genannten Teile bestens nutzbar zu machen und damit kleine thermische Ausgleichszeiten und möglichst rasches Erreichen der jeweiligen Endtemperaturen sicherzustellen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Vorrichtung zur Durchflussmessung an tiefkalten einphasigen Medien auf der Grundlage der Feststellung deren Temperaturerhöhung infolge bekannter Wärmeleistungszufuhr über eine Heizeinrichtung in den thermisch isolierten Strömungskanal kleiner Wärmekapazität, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (3) mittels Schalters (5) ein-bzw. ausschaltbar ist, dass eine Heizleistungsmesseinrichtung (6) vorhanden ist, und dass zur Messung der Temperatur des Mediums 
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 ist. 

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Claims

2. Verfahren zur Durchflussmessung an tiefkalten einphasigen Medien auf der Grundlage der Feststellung deren Temperaturerhöhung infolge bekannter Wärmeleistungszufuhr durch eine Heizeinrichtung, wobei die Messung der Temperatur in Strömungsrichtung gesehen nach der Heizeinrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgesehen von der Wärmeleistungszufuhr konstant gehaltenen äusseren Strömungsbedingungen die jeweils stationären Temperaturen des Mediums (2) im thermisch nach aussen isolierten Kanal (1) kleiner Wärmekapazität an der der Heizeinrichtung (3) strömungsmässig nachgeschalteten Temperaturmessstelle (4) mit ein-und demselben Temperaturmessfühler über eine Temperaturmesseinrichtung (7) jeweils bei mittels eines Schalters (5) bis zum Erreichen stationärer Zustände ein-bzw.

ausgeschalteter Heizeinrichtung (3) gemessen werden und der Durchfluss aus der sich ergebenden Temperaturdifferenz, der mittels der Heizleistungsmesseinrichtung (6) festgestellten Wärmeleistung und der spezifischen Wärme des Mediums (2) in bekannter Weise errechnet wird. **WARNUNG** Ende CLMS Feld Kannt Anfang DESC uberlappen**.