Mengenmessemrichtung für strömende Medien.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mengenmesseinrichtung f r stromende Medien, bei welcher, der durch Änderungen des Ausflusskoeffizienben der für die Messung benutzten DurohflussöffnungbedingteFeh- ler kompensiert wird.
Die linearen Abmessungen d der verwen deten Anordnung, die Strömungsgeschwin- digkeit v, sowie die kinematische Zähigkeit y (== n/s= ZÏhigkeit/Dichte) des Me(mediums als die in diesem Zusammenhang maBgeben- den Einflussgrossen sind in der sogenannten Reynolds'schen Zahl
Re= d v r zusammengefasst, durch welche zum Ausdruck gebracht wird, in welchem Verhältnis die in einer Strömung auftretenden dynamischen KrÏfte zu den im Messmedium vorhandenen Zahigkeitskräften stehen und neben der ebenfalls eine Rolle spielenden geometri- schen Form der für die Messung benutzten Íffnung die Strahlverformungsgrösse u (Aus flusskoeffizient)
des aus dieser Öffnung austretenden Messmediums beeinflussen. Führt man für den Einfluss der dynamischen Kräfte auf die Strahlform den Faktor a, f r den Einfluss der Zähigkeitskräfte den Faktor (p ein, so erhält man für den Ausflusskoeffizienten u die bekannte einfache Beziehung : ? = ?.?.
Im Bereich sehr gro(er Reynolds'scher Zahlen, also unter Verhältnissen, bei denen die dynamischen Kräfte die Strömung so gut wie allein beherrschen, üben Änderungen der Reynolds'schen Zahl (sei es durch Änderung der Durchflussgeschwindigkeit) sei es durch inderung des Druckes oder der Temperatur, also der Dichte und damit der kinematischen Zähigkeit des Messmediums, oder sei es durch gleichzeitige Änderung dieser in der Rey nolds'schen Zahl enthaltenen Veranderlichen), praktisch keinen Einfluss auf das Stromungs- bild an der für die Messung benutzten Off- nung und damit auf das Verhalten des Aus flusskoeffizienten u aus.
Dieser ist bei. allen gebräuchlichen Durchflussöffnungen bis herab zu einer Grenzzone, die bei grossem OffnungsverhÏltnis m (das ist das Gr¯(enver hältnis des Querschnittes der Messoffnung zum Querschnitt der Messleitung) praktisch oberhalb, bei kleinem Offnungsverhältnis praktisch unterhalb Re = 105 liegt, konstant.
Aber schon im Grenzgebiet beginnend und bei den kleineren Reynolds'schen Zahlen, das heisst in Bereiehen, tin denen der Einfluss der Zähigkeitskräfte denjenigen der dynamischen Kräfte überwiegt, bedeutet jede auch nur kleine Änderung der Reynolds'schen Zahl eine ¯nderung des Str¯mungsbildes an der Messoffnung und damit des Koeffizienten , z, und zwar Ïndert der Koeffizient ? je nach der geometrischen Form der f r die Messung benutzten Durcbflussoffnung in verschiedenem Sinne.
Bei Durchflussöffnungen mit abgeschräg- ter oder abgerundeter Einlaufkante (Düsen) nämlich überwiegt der Einfluss der Wand- reibung. Es bildet sich eine sogenannte Grenzschicht aus, welche auf die Bewegung der innern Schichten des Strahls eine bremsende Wirkung ausübt, und zwar in um so stÏrkerem Masse, je grosser die Zähigkeit (= innere Reibung) des Messmediums, das heisst je kleiner die Reynolds'sehe Zahl ist.
Eine Strahlkontraktion tritt hier nur in untergeordnetem Ausmass ein, so da? die Strahlverformung bei Düsen im Gesamt erbebnis eine Expansion ist, wobei der Aus flusskoeffizientimGebietkleiner Reynolds'scher Zahlen mit sinkender Reynoldsscher Zahl kleiner wird. Bei Durchflussoffnungen mit scharfkantigem Einlauf (Blenden) dagegen, bei denen sich eine die innern Strahlschichten abbremsende Grenzschicht nicht bilden kann und die Zähigkeit des Messmediums demzufolge eine untergeordnete Rolle spielt, herrscht hauptsäehlich der Einflu? der Strahlkontraktion.
Diese wird im Gebiet kleiner Reynolds'scher Zahlen mit sinkender Reynolds'seher Zahl immer geringer, so da? sich der Strahlquerschnitt immer mehr vergrössert und dem Offnungsquerschnitt der Blende nähert.
Der Ausflu?koeffizient ? wird also bei Blenden im Gebiet kleiner Reynolds'scher Zahlen mit sinkender Reynolds'scher Zahl immer grösser. Von den meisten in der Str¯ mungsmengenmessung verwendeten Durch- flussöffnungen sind die Ausflu(charakteristiken bei den gebräuchlichen Offnungsverhalt- nissen allgemein bekannt und die diesbezüglichen Diagramme im Fachschrifttum ver öffentlicht. Wo sie nicht bekannt sind, können sie experimentell leicht bestimmt werden.
Von welch grosser Bedeutung der Einfluss dieser Veränderlichkeit des Ausflusskoeffi zienten, (auf die Messung ist, geht aus der bekannten Volumengleichung :
Q=, u. F. v loervor, welche die rechnerische Grundlage der Strömungsmengenmessung bildet und in Nvelcher Q die Durchflussstärke (= sekund- liche Durchflussmenge) des Messmediums, F den Strömungsquerschnitt und v die Str¯ mungsgeschwindigkeit des Messmediums bedeutet.
Da nämlich die f r die Ermittlung der Durohflussmenge Q zu bestimmende Grosse sowohl bei der Differenzdruckmessung wie auch bei der Messung mit Woltman-und sonstigen Flügelradmessern sowie mit Sehwimmermessemausschliesslich die Str¯ mungsgeschwindigkeit v des Messmediums ist, welche vom Ausflusskoeffizienten nieht beeinflusst wird, so lehrt diese Gleichung, dass in den Bereichen der Reynolds'schen Zahl, in denen der Koeffizient ? verÏnderlich ist, also gerade unter Verhältnissen, wie sie bei der Mehrzahl der praktischen Messungen vorliegen, eine fehlerhafte Anzeige entstehen muss, wobei der Fehler mit kleiner werdender Reynolds'scher Zahl immer grosser wird.
Es wurde bereits auf verschiedenen Wegen versucht, dieses unerwiinschte Verhalten des Ausflusskoeffizienten, u aus der Messung fernzuhalten und die heute bezüglich der Ge nauigkeit der Messung gestellten Anforderungen zu erf llen. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, die Messung durch Anwendung von Multiplikationsdüsen einfach vollkommen aus dem Bereich der kleineren Reynolds'schen Zahlen herauszunehmen und sie in das Gebiet gro?er Reynolds'scher Zahlen zu verlegen. Eine praktische Bedeutung kommt diesem Vorschlag aber sowohl aus technischen wie auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht zu. Denn man kann zwar mit Hilfe einer Multiplikationsdüse auch kleine Strömungsgeschwindigkeiten des Me?mediums bei grossen Reynolds'schen Zahlen messen.
Aber die ebenfalls durch die Multi plikatorwirkung bedingte starke, hohen Fehlerprozenten entsprechende und dadurch die Eichfähigkeit in Frage stellende Streuung der , u-Werte sowie die schon bei normalen Str¯ mungsgeschwindigkeiten untragbar hohen Druckverluste, denen zufolge dieser Einrichtungen die für die Mengenmessung so wichtige Eigenschaft der Uberlastbarkeit vollkommen fehlt, engen ihre Anwen, dungsmoglichkeit sehr ein.
Für scharfkantige Drosseloffnungen (Blenden) hat man ausgehend von dem eingangs erwähnten Umstand, dass bei Blenden hauptsächlich die Strahlkontraktion als Aus wirkung der dynamischen Kräfte und damit der Faktor a eine Rolle spielt, wÏhrend der
Zähigkeitseinfluss (Faktor ?) hier von gerin- ger Bedeutung ist, auch schon vorgeschlagen, die Abzweigstelle für den niederen Druck möglichst nahe an die Ebene des engsten
Blendenquerschnittes \heranzuverlegen, in welcher die Strahlkontraktion gleich Null, der Faktor a also gloich I ist.
Einen bei allen Reynolds'schen Zahlen gleichbleibenden Ausflusskoeffizienten ? = ? ? besitzen diese Einrichtungen, welche der
Aufgabe dienen, bei Vernachlässigung des
Faktors p eine Konstanz des Faktors a bei allen Reynolds'schen Zahlen herbeizuf hren, nicht. Denn einerseits mu? bei ihrer prak tischen Verwirklichung stets ein gewisser
Abstand von jener Ebene, in welcher der
Faktor a konstant wÏre, bestehen bleiben, und anderseits ist auch bei Blenden der veränder- liche Zähigkeitseinfluss bei aller Kleinheit nicht so minimal, da? er und damit der Faktor 99 einfach vollkommen vernachlÏssigt werden könnte.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Einlaufkurvenform gewöhnlicher Düsen in verschiedener Weise abzuwandeln oder solche Düsen durch zylindrische AnsÏtze zu verlängern. Auch bei diesen bekannten Einrichtungen bleibt immer noch eine starke VerÏnderlichkeit des Ausflu(koeffizienten ? bestehen, da auch sie ausschlieBlich der weniger weit gestecken Aufgabe dienen, den Fak- tor a konstant, das heisst nur die durch die dynamischen Kräfte (Zähler der Reynoldsschen Zahl) verursachte Strahlverformung bezw.
Geschwindigkeitsverteilung unschäd li, ah zu machen und auch das nur innerhalb eines eng abgesteokten Bereiches der Reynolds'schen Zahl, während die zur Ber ck sichtigung des veränderlichen Zähigkeitseinflusses (Nenner der Reynolds'schen Zahl) notwendige Korrekturgr¯?e ç bei ihnen ganz unbeeinflusst bleibt. Gerade bei Düsen ist aber, wie eingangs dargeban, der Zähigkeits- einfluss von ausschlaggebender Bedeutung.
Auch mit diesen bekannten Einrichtungen ist daher eine einwandfreie Messung nicht möglich. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es nach der Gleichung u = a. g der Berück- sichtigung des Einflusses aller veränderlichen Einflussgrossen der Reynolds'schen Zahl (sei es derjenigen im ZÏhler, sei es derjenigen im Nenner), auf das Stromungsbild an der für die Messung benutzten Durchflussoffnung, das heisst nicht die Grossen a oder p als solche müssen konstant gehalten werden, sondern das Produkt ? = ?. ?, und das nicht nur in einem eng abgesteckten Bereich der Reynoldssehen Zahl, sondern bei allen Reynolds'schen Zahlen bis herab zur untern Messbereichgrenze e des GerÏtes.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Einfluss der wechselnden Zähigkeit von Brennöl auf die Zuführung desselben zum Brenner dadurch zu kompensieren, dass man in die Zuführungsleitung zwischen einer unter konstantem Druck gehaltenen Olquelle und dem Brenner eine scharfkantig be grenzte Drosselöffnung bekannter Bauart eingeschaltet hat, die mit der Zuführungs- leitung derart in Wechselwirkung tritt, dass ? die in dieser Leitung bei sich ändernder Zähigkeit des Brennöls auftretenden versehie- denen Druckabfälle den Druckunterschied an der Drossel¯ffnung bei steigender ZÏhigkeit verringern, bei fallender vergrossem.
Mit diesem bekannten Verfahren kann man nur sehr geringe ZÏhigkeitsabweichungen kompensieren. Seine Anwendbarkeit bleibt beschränkt auf das Gebiet der Zuflussregelung von Flüssigkeiten in relativ kurzen Rohrleitungen, wie z. B. bei der Speisung von Ílbrennern, Vergasern oder dergleichen mit Brennölen, deren Handelsmarken bezüglieh ihrer Zähigkeit oft Abweichungen zeigen.
Der Einfluss grösserer Zähigkeitsunterschiede, z. B. bei Übergang von 01 auf eine andere Flüssigkeit, kann auf diese Weise nicht kom- pensiert werden. So ist dieses bekannte Verfahren denn auch in der Str¯mungsmengenmessung, insbesondene für Gase nicht anwendbar, weil die kompensierende Wirkung der Messleitung infolge der hier in Frage kommenden Gr¯?enordnung der Zähigkeits- untersehiede zu gering ist.
In diesem Zusammenhang Ist auch die bekannte Einrichtung der sogenannten ,,Doppel blende"zu nennen, welche aus einem Paar hintereinandergesehalteter Blenden besteht, bei denen die Offnungsverhältnisse Hz und der Abstand beider zueinander so gewÏhlt sind, dass das bei der Durchströmung beider wirksam werdende Eräftesplel eine Strömung ergibt, die hinsichtlich ihrer Form im vesent- lichen derjenigen in einer Düse entsprieht, sich von dieser jedoch dadurch unterscheidet, dass sie von so gut wie keiner Wandreibung mehr beeinfln?t ist,
so dass die Ursache der Düsencharakteristik und damit diese selbst in Wegfall kommt und die Geschwindigkeitsmessung durch Druckentnahme vor der ersten und hinter der zweiten Blende bereits bis zu ziemlich niederen Reynolds'schen Zahlen (bei den meist gebräuchlichen Offnungsverhält- nissen noch etwa bis zu Re = 104, bei sehr kleinem Offnungsverhältnis sogar bis zu Re = 2 . 103), mit annähernd konstantem Ausflu?koeffizienten Á erfolgen kann.
Aber auch diese bekannten Einrichtungen sind mit Eigenschaften behaftet, die ihre Verwendbarkeit für die Alesspraxis sehr einengen. So hängt bei ihnen das Eintreten der vorgenannten Wirkung von der genauesten Einhaltung bestimmter experimentell ermit telter geometriseher Verhältnisse ab. Bereits geringe Abweichungen nach der einen oder der andern Seite, wie sie oft schon bei beginnender Verschmutzung der Messstelle auftreten, haben das Entstehen einer ausgespro- chenen Diisen-oder Blendencharakterisiik zur Folge, und die angestrebte Me?genauigkeit kann dann nicht mehr gewährleistet werden.
Ausserdem kann man diese Doppel- blen, den nieht dazu benutzen, die Geschwin- digkeit des Messmittels durch ein dahinterge- schaltetes Flügelrad oder dergleichen genau zu messen, denn die Stromungsverhältnisse, denen das Fl gelrad ausgesetzt ist, sind ausschliesslich durch die zweite der beiden Blenden bedingt.
Man n hat sich ferner bereits den Umstand zunutze gemacht, dass in dem untern Bereich der Reynold's'schen Zahl der Koeffizient, a mit kleiner werdender Reynolds'scher Zahl bei D sen fÏllt, bei Blenden dagegen steigt, und hat Me?¯ffnungen vorgeschlagen, welche mit Bezug auf das Verhalten des Koeffizienten Á in ihrem zuerst durehflossenen Teil als I) iise und in ihrem ändern Teil al. Blende wirken.
Eine bekannte Ausf hrung dieser Art stellt eine doppelt abgeschrägte Blende dar. Bel einer andern bekannten Ausführung wird die Diise durch einen Kegelstumpf- mantel von etwa 1OO¯ Íffnungswinkel und die Blende durch die der Kegelspitze zuge kehrte Endfläche des zu diesem Zweek scharf abgeschnittenen Kegelstumpfes dargestellt.
Aber praktische Vcrsuche haben gezeigt, dass man mit den vorgenannten, im Schrifttum fÏlschlich als ,,Mittelding" zwischen Düse und Blende bezeichneten Einrichtungen im äussersten Falle den Grenzwert der Rets- nolds'schen Zahl, bei welchem der Ausfluss- koeffizient Á beginnt konstant zu werden, um ein Geringes herabzudrücken, nicht aber die gegenteiligen Einfliisse von Düsen-und Blendenprofil gegeneinander aufzuheben und dadurch den Koeffizienten bei allen in Frage kommenden Reynolds'schen Zahlen konstant, das heiB± die Messung von ihm unabhängig zu machen venna-g. Die Ursache f r das Ausbleiben dieser Wirkung ist darin zu suchen,
daB diese Einrichtungen in Wirklichkeit gar kein Mittelding zwischen Düse und Blende darstellen, das heisst darin, dass bei ihnen die beiden Offnungsprofile mit entgegengesetzt verschiedener Á-Charakteristik nicht gleichzeitig, sondern nacheinander vom zu messenden Medium durchflossen werden, also gewissermaBen hintereinandergeschaltet sind, so daB der zweite Offnungsteil ganz andern Stramungsverhaltnissen ausgesetzt ist als der erste imd eine Kompensation der erwähnten gegenläufigen Einflüsse und damit der, u-Werte nicht eintreten kann.
AuBerdem haben solche Einrichtungen noch den grossen Mangel, dass bei der gering- sten Verschmutzung nicht nur eine starke Veränderung ihrer Ausflusscharakteristik an sich, sondern darüber hinaus eine überhaupt nicht mehr berechenbare Abhängigkeit zwi schen dem Koeffizienten ; M und der Reynolds'schen Zahl eintritt, so dass die Messung nicht nur im einen oder andern Sinne faIsch, sondern einfach unkontrollierbar wird.
Die erfindungsgemässe Mengenmesseinrich- tung f r strömende Medien, deren MeBorgan mit einem Eorrigiermechanismua zur Berück- sichtigung verÏnderlicher Einflu?gr¯?en versehen ist, kennzeichnet sich dadurch, daB der Korrigiermechanismus von einem Impulsgeber gesteuert wird, dessen Aussehlag ein Ma? für die Änderung des Ausflusskoeffizien- ten, u der für die Messung benutzten Durch flussoffnung ist.
Zur Erläuterung sei wiederum die Volu mengleichung herangezgoen. Nach ihr ist
Q It. , , i verändert sich nun im Bereich niederer Reynolds'scher Zahlen bei irgendeiner beliebig angenommenen Durchflussmenge Q, beispielsweise infolge Änderung der kinematischen ZÏhigkeit des Me?mittels, der AusfluBkoeffizient , u der für die Messung benutzten Öffnung, so ändert sich, wie die Gleichung lehrt, auch die Durchflu?geschwindigkeit v und damit auch die an. der Me?stelle als Ma? für die DurchfluBgeschwindigkeit v abge nommene Messgrosse (Druckdifferenz, Flügel- raddrehzahl usw.), das heisst die Messung wird fehlerhaft, weil die Proportionalität zwischen Q und v nur erhalten bleibt, solange der Koeffizient Á und damit das Produkt Á .F konstant bleibt.
Will man also errei chen, dass die durch die Messung ermittelte Zahlengrösse Q auch bei niederen Reynolds- schen Zahlen, bei denen der Koeffizient Á veränderlich ist, immer dem wirklichen Durchgang entspricht, dass also Q und v einander stets proportional bleiben, so muss man das Produkt u. konstant halten.
Man kann zu diesem Zweck beispielsweise den Querschnitt F der Messoffnung in Abhängigkeit vom Koeffizienten/ < veränderlich machen.
Zum gleichen Erfolg kommt man beispielsweise durch Änderung des Über setzungsverhältnisses zwischen dem den Wirkdruck (Differenz der statischen Drucke) an der Offnung abnehmenden Differential- Manometer und der zugehörigen Anzeigevorrichtung oder, wenn die f r die Messung benutzte Offnung zu einem Flügelrad-oder Woltmanzähler oder dergleichen geh¯rt, beispielsweise durch Änderung der Richtung, in welcher das stromende Mittel oder ein Teilstrom desselben das Flügelrad beaufschlagt, oder durch Änderung der Ubersetzung zwi- schen Flügelrad und Zählwerk.
Einrichtungen, bei denen zur Fehlerkorrektur die an einer Durchflussöffnung abgenommene Antriebsgrösse in Abhängigkeit von einer verÏnderlichen Grösse geändert wird, wobei der Aussohlag eines von der ver änderlichen Grösse beeinflussten Hilfsgerätes in einer der oben genannten Weisen einen Korrigiermechanismus steuert, sind bei Str¯ mungsmengenmessern an sich bekannt.
Zum Beispiel bei Mengenmessern mit vom zu messenden Mittel angeströmten und in Umdrehung versetztem Messglied (Woltman-und andere Flügelradzähler, Drehkolben-und andere Kapselzähler) dienen sie zur Berück- sichtigung des durch die Me?gliedlagerung, die Stopfb chsenreibung, den Zählwerks- antriebswiderstand usw. bedingten Fehlers sowie des von diesen Bremskräften mitbe einflussten Schlupfverlustes. Auch zur Be rüeksichtigung von Dichteänderungen des zu messenden Mittels werden solche Einrichtun- gen verwendet.
Dabei wird aber nur die Dichte (Druektemperatur) als solche sowie der dem durch den Korrigiermechanismus veränderten Durchflussquerschnitt und damit dem veränderten Offnungsverhältnis M ent- sprechende veränderte Koeffizient a, nicht aber der Einfluss von Dichteänderungen auf das Kräfteverhältnis(Reynolds'schen Zahl) an der Me?¯ffnung und damit auf den Ausflu?koeffizienten Á ber cksichtigt.
Man kann aber mit solchen Einrichtungen auch den EinfluB von Änderungen des Aus- flu?koeffizienten Á der f r die Messung benutzten DurchfluBöffnung auf das MeBergebnis ausschalten, wenn in der erfindungs- gemÏ?en. Weise der Eorrigiermechanismus von einem Impulsgeber gesteuert wird, dessen AussehlageinMassfürdieÄnderungdes Koeffizienten Á ist.
Ein solcher Impulsgeberbesteht beispielsweise darin, daB in einer von dem zu messenden Mittel durchflossenen Leitung eine Hilfsöffnung mit bei fallender Reynoldsscher Zahl ansteigender Charakteristik des Koeffizienten, u1 (z. B. eine Blende), und eine Hilfsoffnung mit bei fallender Reynoldsscher Zahl abfallender Charakteristik des Koeffizienten Á2 (z.
B. eine Düse), in Abstand hintereinander angeordnet sind, und dass einerseits ein Quotientenbildner vorgesehen ist, auf den die an den Hilfsöffnungen mit entgegengesetzt verschiedener Á-Charakteristik abgenommenen Messgrössen wirksam gemacht sind und dessen Ausschlag auf den Korrigiermechanismus übertragen wird, wahrend anderseits ein Umwandler angeordnet ist, durch welchen die Gesetzmässigheit des Korrekturvorganges selbsttÏtig der Á-Charak teristik der für die Messung benutzten Öff- nung angepasst wird.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung er- gibt sich aus folgender Überlegung :
Für die Hilfs¯ffnung 1 (Blende) lautet die Volumengleichung
Q = yl. F. v, für die Eilfsöffnung 2 (Düse) lautet sie :
Q == Á2òFòv.
Und es gilt die Beziehung : Á1òFòv == Á2òFòv oder
EMI6.1
Da nun in den fraglichen Bereichen der Iioeffizient, ul fiir die Blende bei fallender Reynolds'scher Zahl, also zum Beispiel bei sinkende. r Durchflussgeschwindigkeit oder bei steigender kinematischer Zähigkeit des Me?mittels grösser, der Koeffizient Á2 f r die D se dagegen kleiner wird, so Ïndert sich auch der Quotient Á1/Á2 und damit der Quotient ?p2/?p1 mit der Reynolds'schen Zahl.
Dieser Quotient (Ausschlag des Quotienten- bildners) ist demnach ein Mass für die Reynolds'sche Zahl. Und es bedarf nur noch einer Anpassung der Gesetzmässigkeit des Korrek- turvorganges an die Á-Charakteristik der für die Messung benutzten Öffnung, wozu der genannte Umwandler dient.
Quotientenbildner, insbesondere Quotientenwaagen sind in der Messtechnik allgemein bekannte Einrichtungen. Ihre Ausbildung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel einer Messeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei wel- ehem der in der genannten Weise erzeugte Aussehlag eines Quotientenbildners einen Eorrigiermechanismus steuert, durch den der für die Messung benutzte Querschnitt an einer der Messöffnung in einem Umgang zugeordneten Regulieröffnung geändert wird.
Bei dieser Anordnung sind in einer einen Teilstrom des Messmediums führenden Zweigleitung eine Blende l und eine D se 2 in Abstand hintereinandergeschaltet. Die Zweigleitung ist mit 3 bezeichnet. Der sich an der Blende 1 einstellende Druckabfall wird über Leitungen 4 und 5 auf das Verstellglied 6 eines als MembrangerÏt ausgebildeten Diffe rentialmanometers 7 und der sich an der Düse 2 einstellende Druckabfall über die Leitungen 8 und 9 auf das Verstellglied 10 eines in entsprechender Weise ausgebildeten zweiten Differentialmanometers 11 übertragen. An Stelle des Membrangerätes kann natürlich jede andere als Differentialmanometer verwendbare Einrichtung vorgesehen werden.
Die Bewegungen der Verstellglieder 6 und 10 der beiden Differentialmanometer wirken über die zagehörigen Gestänge 12 und 13, 14 auf die als Quotientenbildner dienende Quo tientenwaage 15-18. Dabei wird die Verstellkraft des Gliedes 6 über die Stange 12 auf den kreisbogenförmigen Teil des Hebels 16, diejenige des Gliedes 10 ber die Stange 13 und das Gelenkstück 14 auf den Winkel- hebel 17 der Quotientenwaage übertragen.
Der Ausschla der Quotientenwaage, dessen Grösse durch das Gleichgewicht der Momente bestimmt ist, welche die den Druckdifferenzen ?-p2 und ?p1 entsprechenden KrÏfte auf den Drehpunkt 15 der Hebel 16 und 17 ausüben, wird vom Hebel 18 ber ein als Umwandler dienendes Eorrekturgetriebe 19, 20, und ein Gestänge 21, 22 auf ein Regulierglied 23 übertragen, welches in einer Offnung 24 axial versehieblich ist.
Diese Íffnung 24 ist in einem ITmgang 25 zur Messleitung 26 ange- ordnet, in welcher als Messorgan eine Düse 27 vorgesehen ist. Dem Messquerschnitt der D se 27 ist die Offnung 24,, gewissermassen einen Teil derselben bildend, als Regulierquerschnitt zugeordnet. Diesem Regulierquer- schnitt kann sowohI das ProfiI einer Diise wie auch das einer Blende gegeben werden.
Durch die beschriebene Einrichtung wird , der Regulierquerschnitt 24 und damit der aus den Querschnitten 24 und 27 gebildete Ge- samtquerschnitt gemäB der oben gegebenen mathematischenErläuterung im erforderlichen Masse vergrössert, wenn der Beiwert, u der für die Messung benutzten Öffnung kleiner wird und umgekehrt. Mit andern Worten : die gemessene Durchflussgeschwindigkeit v an der f r die Messung benutzten Öffnung bleibt der Durchflussmenge Q auch bei Änderung das Koeffizienten/'der Öffnung propor- tional bezw. mit für die Praxis hinreichender Annäherung proportional, womit das in der Aufgabestellung gesteckte Ziel erreicht ist.
Das Regulierglied 23 (Dorn, Platte oder dergleichen) kann man natürlich auch so gestalten, oder das Korrekturgetriebe 19, 20 so wählen, dass die Durchflussgeschwindigkeit in irgen, deinem andern gewollten AbhängigkeitsverhÏltnis zu den ?-Werten steht. Auch kann man dem Regulierglied 23 eine solche Form geben, dass es selbst die Funktion des Umwandlers ausübt. In. diesem Fall ist dan-n zum Beispiel das Eorrekturgetriebe 19, 20 überflüssig.
Selbstverständlich kann die Regulierung anstatt an dem Regulierquerschnitt 24 ohne weiteres auch unmittelbar an. dem f r die Messung benutztem Querschnitt 27 vorgenommen werden. Der Umgang 25 mit dem Regulierquerschnitt 24 fallut dann weg. An Stelle der in der Zeichnung angegebenen Düse 27 kann als Messorgan natürlich auch eine erweiterte Düse, eine Blende oder ein Venturi-Rohr benutzt werden. In FÏllen, in denen als Messorgan ein Fl gelrad, Woltman- Flügel oder dergleichen verwendet wird, kann als Messquerschnitt eine Düsenplatte oder sonst eine für diesen Zweck geeignete Off nung mit Düsen-oder Staurandwirkung vorgeschaltet sein.
Bei der in. der Zeichnung dargestellten Anordnung befindet sich die auf den Quotientenbildner wirkende Kombination Blende Düse ineinerZweig'leitung.Esbannnatür- lich auch jede andere Kombination zweier in Abstand hintereinandergeschalteter Durch- flussöffnungen vorgesehen sein, deren eine bezüglich des Durchflussbeiwertes, u Blenden- eharakteristik, deren andere D sencharakte ristik besitzt, also etwa die Kombination Blende-Venturi-Rohr, Blende-Kapillardrossel, Blende oder D se mit gro?em. Blende oder Düse mit kleinem ÍffnungsverhÏltnis.
Die Hilfs¯ffnungen l, 2 können aber natiirlieh ebensoout mit der f r die Messung'benutzten Offnung zusammen in der Me?leitung 26 angeordnet sein. In der Zveigleitung unterge- bracht sind sie jedoch weitgehend der Gefahr der Verschmutzung entzogen. Und man kann in diesem Falle bei Anwendung eines der Me?¯ffnung 27 in dem Umgang 25 parallel geschaltetenRegulierquerschnittes24 die Anordnung aueh so treffen, dass der Umg'ang 25 zugleich die Zweigleitung bildet, in wel- cher die Hilfs¯ffnungen l, 2 Untergebracht sind.
Bei Unterbringung der Hilfs¯ffnungen l, 2 in der Hauptleitung 26 kann die Anordnung auch so getroffen sein, dass eine der beiden Durchflussöffnungen des Impulsgebers, etwa die Düse 2, selbst als Me?querschnitt benutzt wird. Wird dann an der Öff- nung 2 beispielsweise die Druekdifferenz als Ma? f r die Durchflussmeng'e abgenommen so ist an ibr neben dem auf den Quotienten- bildner wirkenden Differentialmanometer 11 noch ein veiteres Differentialmanometer oder an seiner Stelle ein anderer Wirkdruckmesser anzuordnen, der die Durchflussmeng'e anzeigt.
Der Ausschlag der Quotientenwaage w rde in diesem Falle das ¯bersetzungsverhÏltnis zwischen dem Verstellglied und der Anzeige vorriehtung dieses Wirkdruckmessers beeinflussen. Ist die Íffnung 2 jedoch einem Fl gelrad, Woltman-Fl gel oder dergleichen als Wirkdruckgeber vorgeschaltet, so kann auch hier wieder der Ausschlag der Quotienten wagage entweder den Querschnitt der Öffnung oder das ¯bersetzungsverhÏltnis zwischen Fl gelradwelle und Anzeigevorrichtung oder die Anstr¯mrichtung des Me?mittels gegen das Flügelrad und damit dessen Antriebsimpuls ändern.
In allen FÏllen ist die Anzeige unabhÏngig von der VerÏnderlichkeit des Beiwertes ?, so da? auch bei niederen Reynoldssehen Zahlen eine fehlerfreie Erfassung der Durehflussmenge Q durch Messung der Durchflu?geschwindigkeit v gewÏhrleistet ist.
Die Fig. 2 der Zeichnung stellt als wei teres Beispiel eine fiir einen in der Praxis häufig vorkommenden Sonderfall bestimmte Variante der in Fig. l gezeigten Einrichtung dar.
Wird nämlich als Messorgan ein ZÏhler, beispielsweise ein Flügelradzähler oder dergleichen, vorgesehen, welcher bereits mit einer der oben genannten bekannten Korrek- turvorrichtungen zur Berücksichtigung des durch die Flügelradlagerung, die Stopf büchsenreibung, den Zählwerksantriebswiderstand, durch Dichteänderungen usw.
bedingten Fehlers versehen ist, so w rde es zu einer für die Praxis untragbaren baulichen Verwicklung an der Messstelle führen, wollte man an dem betroffenen ZÏhler zwei Regu- lierglieder, nämlich ein durch den Quotienten bildner in AbhÏngigkeit vom Koeffizienten z u gesteuertes und ein in irgendeiner NVeise von einer ändern veränderlichen Grösse gesteuertes vorsehen.
Um dies zu vermeiden, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, durch welche beide Kor rekturimpulse (Gestängeversehiebungen) dadurch zu einem einzigen neuen vereinigt werden, dass jeweils der eine übersetzungs Ïndernd auf die Übertragung des andern wirkt. Die Messeinrichtung naeh Fig. 2 der Zeichnung, welche Im übrigen derjenigen nach Fig. 1 entspricht, besitzt eine solche Vorrichtung. Hier verlagert der Hebel 18 der Quotientenwaage den Schwenkzapfen 28 des in seinem mittleren Teil eine kreisbogenför- mige Kulisse bildenden Hebels 21. Die durch den Hebel 21 gesteuerte Anordnung entspricht derjenigen nach Fig. l.
Wenn nun seitens irgendeines nicht zur Er findung gehörenden Antriebes der Hebel 30 bewegt wird, beispielsweise um die Einrich- tung 22-27 zur Korrektur von Reibungs- oder Schlupffehlern zu steuern, so schwingt der Hebel 21 um den in die Kulisse 29 eingreifen, den Zapfen 28 des Hebels 18, wodurch der Dorn 23 sich in der Offnung 24 verschiebt und deren Querschnitt im Sinne der Fehlerkorrektur verändert. Der Weg des Zapfens 28 bei Veraohwenkung des Hebels 18 ist durch den gestrichelt eingetragenen Kreisbogen angedeutet.
W rde die Kulisse 29 sich mit diesem Kreisbogen decken, so würde bei einer durch den Ausschlag der Quotientenwaage verur- sachten Lageveränderung des Zapfens 28 in der Kulisse 29 kein Ausschlag des Hebels 21, das hei?t keine Verstellung des Gliedes 23 in der Íffnung 24 eintreten, sondern es w rde lediglich das Übersetzungsverhältnis am Hebel 21 eine Änderung erfahren. Dadurch, dass aber die Kulisse 29 gegen den Kreisbogen verschwenkt ist, tritt bei Ver schwenkung des Zapfens 28 neben der Än- derung des ¯bersetzungsverhÏltnisses am Hebel 21 auch noch eine Verschwenkung desselben und damit eine Verschiebung des Re guliergliedes 23 ein.
Diese kann durch ent sprechende Ausbildung (Krümmung) der Kulisse 29 auf den jeder Verschwenkung des Hebels 18, das heisst jedem Aussehlag der Quotientenwaage, zugeordneten ?-Wert gebracht werden. Die durch irgendeine Kor- rekturgrosse über den Hebel 30 herbeigeführte Verschwenkung des Hebels 21 und die dadurch bedingte Verstellung des Regulier- gliedes 23 wird auf diese Weise der Ver änderung des Beiwertes entsprechend berichtigt.
Die praktischen Grenzen, in denen der Koeffizient, äussersbenfalls schwankt, rechtfertigen es in manchen FÏllen, die Differenz der an der Düse einerseits und an der Blende anderseitsabgenommenenWirkdrucke zu verwerten, so lange die dadurch bedingten Abweichungen durch die Gestaltung einer Leitkurve oder dergleichen (Korrekturgetriebe 19, 20 in Fig. l oder Kulisse 28 in Fig. 2) ausgeglichen werden können. An die Stelle einer Quotientenwaa. ge oder dergleichen w rde dann beispielsweise eine einfache Waage (Differentialwaage) treten, wobei entweder die Differentialmanometer 7 und 11 oder die Waage selbst mit dem Träger einer Rückstellkraft, z. B. mit einer Feder oder einem Gewichtspendel oder dergleichen, versehen sind.
Auch hierbei lässt sich durch entsprechende Ausbildung der Kulisse oder der sonst verwendeten Ubertragungsvorrich- tung jede andere durch etwaige Betriebsbe- dingungen oder Eigentümlichkeiten der Messanlage geforderte Abhängigkeit der an dem f r die Messung benutzten Querschnitt h, errschenden Durchflussgeschwindigkeit v vom Beiwert u herstellen.
Durch die im vorstehenden erläuterte Erfindung wird eine mit den bekannten Einrichtungen nicht erzielbare Stabilität der Messgenauigkeit auch bei kleinsten Durch- gängen erreicht. Dabei verliert das Messergebnis selbst bei grober Verschmutzung der benutzten Einrichtung nicht seine Brauch barkeit, weil ein durch Verschmutzung ver ursachter Fehler bei allen Reynolds'schen Zahlen etwa konstant bleibt. Aus diesem Grunde gibt die Erfindung die Möglichkeit, die gleiche MeBvorrichtung ohne eine Neueichung nach Belieben für die verschiedensten Me?mittel zu benutzen.