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.
Volume measuring device for flowing media.
The present invention relates to a quantity measuring device for flowing media, in which the error caused by changes in the discharge coefficient of the flow opening used for the measurement is compensated.
The linear dimensions d of the arrangement used, the flow velocity v, as well as the kinematic viscosity y (== n / s = viscosity / density) of the measuring medium as the decisive influencing variables in this context are in the so-called Reynolds' number
Re = dvr, which expresses the relationship between the dynamic forces occurring in a flow and the viscosity forces in the measuring medium and, in addition to the geometrical shape of the opening used for the measurement, the jet deformation quantity u ( From flow coefficient)
influence of the measuring medium emerging from this opening. If one introduces the factor a for the influence of the dynamic forces on the jet shape and the factor (p for the influence of the viscous forces), one obtains the well-known simple relationship for the outflow coefficient u:? =?.?.
In the area of very large Reynolds numbers, i.e. under conditions in which the dynamic forces almost alone control the flow, changes in the Reynolds number (be it by changing the flow rate), be it by changing the pressure or the temperature, i.e. the density and thus the kinematic viscosity of the measuring medium, or be it through simultaneous change of these variables contained in the Reynolds number), practically no influence on the flow formation at the opening used for the measurement and thus on the behavior of the outflow coefficient u.
This is at. all common flow openings down to a boundary zone which is practically above Re = 105 with a large opening ratio m (that is the size (ratio of the cross-section of the measuring opening to the cross-section of the measuring line), and practically below Re = 105 with a small opening ratio.
But already beginning in the border area and with the smaller Reynolds 'numbers, i.e. in areas in which the influence of the viscous forces outweighs that of the dynamic forces, every even small change in the Reynolds' number indicates a change in the flow pattern the measuring opening and thus the coefficient, z, namely does the coefficient change? depending on the geometric shape of the flow opening used for the measurement in different senses.
In the case of flow openings with bevelled or rounded inlet edges (nozzles), the influence of wall friction predominates. A so-called boundary layer is formed, which has a braking effect on the movement of the inner layers of the jet, the greater the viscosity (= internal friction) of the measuring medium, i.e. the smaller the Reynolds' eye Number is.
A beam contraction occurs here only to a minor extent, so there? The overall result of the jet deformation in the case of nozzles is an expansion, whereby the outflow coefficient in the area of small Reynolds numbers becomes smaller with decreasing Reynolds number. In the case of flow openings with sharp-edged inlet (orifices), on the other hand, in which a boundary layer that slows down the inner jet layers cannot form and the viscosity of the measuring medium consequently plays a subordinate role, the main influence prevails. the beam contraction.
In the area of small Reynolds 'numbers, this becomes less and less with decreasing Reynolds' numbers, so there? the beam cross-section increases more and more and approaches the opening cross-section of the diaphragm.
The discharge coefficient? therefore, for apertures in the region of small Reynolds numbers, the Reynolds number decreases. The outflow characteristics of most of the flow openings used in flow rate measurement are generally known and the relevant diagrams are published in technical literature. Where they are not known, they can easily be determined experimentally.
How important the influence of this variability of the discharge coefficient (on the measurement is, is derived from the well-known volume equation:
Q =, u. F. v loervor, which forms the computational basis of the flow rate measurement and in Nvelcher Q denotes the flow rate (= secondary flow rate) of the measuring medium, F the flow cross-section and v the flow velocity of the measuring medium.
Since the quantity to be determined for the determination of the constant flow rate Q, both in the differential pressure measurement as well as in the measurement with Woltman and other impeller meters as well as with eye-float meters, is exclusively the flow velocity v of the measuring medium, which is not influenced by the discharge coefficient, this equation teaches us that in the ranges of the Reynolds number in which the coefficient? is changeable, that is to say under conditions that exist in the majority of practical measurements, an erroneous display must arise, with the error increasing with decreasing Reynolds' number.
Attempts have already been made in various ways to keep this undesired behavior of the coefficient of discharge u away from the measurement and to meet the requirements made today with regard to the accuracy of the measurement. For example, it has been proposed to simply take the measurement completely out of the range of smaller Reynolds 'numbers by using multiplication nozzles and to relocate it to the range of large Reynolds' numbers. However, this proposal is of no practical importance for either technical or economic reasons. It is true that with the help of a multiplication nozzle it is also possible to measure small flow velocities of the measuring medium with large Reynolds' numbers.
But the strong, high percentage of errors caused by the multiplier effect and thus the calibration capability questioning the spread of the u-values as well as the intolerably high pressure losses even at normal flow velocities, which according to these devices are the property of the Overload capacity is completely absent, their application possibilities very narrow.
For sharp-edged throttle openings (diaphragms) one has, starting from the fact mentioned at the beginning, that with diaphragms mainly the beam contraction as an effect of the dynamic forces and thus the factor a plays a role during the
Influence of viscosity (factor?) Is of little importance here, also suggested, the branch point for the lower pressure as close as possible to the plane of the narrowest
Diaphragm cross-section \ in which the beam contraction equals zero, the factor a is globally I.
A discharge coefficient that remains the same for all Reynolds' numbers? =? ? own these facilities which the
Serve the task when neglecting the
Factor p to bring about a constancy of the factor a in all Reynolds' numbers, not. Because on the one hand must there is always a certain amount in their practical realization
Distance from the plane in which the
Factor a would remain constant, and on the other hand, even with diaphragms, the variable influence of viscosity is not so minimal despite its small size that? it and thus the factor 99 could simply be completely neglected.
It has also been proposed to modify the inlet curve shape of conventional nozzles in various ways or to lengthen such nozzles by means of cylindrical attachments. Even with these known devices there is still a great variability of the discharge coefficient, since they also only serve the less far-reaching task of keeping the factor a constant, i.e. only those caused by the dynamic forces (numerator of the Reynolds number) caused beam deformation respectively.
Speed distribution harmless li, ah and also only within a narrow range of the Reynolds number, while the correction factor necessary to take into account the variable viscosity influence (denominator of the Reynolds number) remains completely unaffected . In the case of nozzles in particular, however, as stated at the beginning, the influence of viscosity is of decisive importance.
A perfect measurement is therefore not possible with these known devices either. To achieve this goal, the equation u = a is required. g taking into account the influence of all variable influencing variables of Reynolds' number (be it those in the numerator or those in the denominator) on the flow pattern at the flow opening used for the measurement, i.e. not the variables a or p as such must be kept constant, but rather the product? =?. ?, and not only in a narrowly defined range of the Reynolds number, but with all Reynolds numbers down to the lower measuring range limit e of the device.
It has also already been proposed to compensate for the influence of the changing viscosity of fuel oil on the supply of fuel oil to the burner by switching on a sharp-edged throttle opening of a known type in the supply line between an oil source kept under constant pressure and the burner interacts with the supply line in such a way that? the various pressure drops that occur in this line when the viscosity of the fuel oil changes, the pressure difference at the throttle opening decreases with increasing viscosity, with decreasing increased viscosity.
This known method can only be used to compensate for very small deviations in viscosity. Its applicability remains limited to the area of regulating the flow of liquids in relatively short pipelines, e.g. B. when feeding oil burners, carburetors or the like with fuel oils, whose trademarks often show deviations in terms of their viscosity.
The influence of larger differences in toughness, e.g. B. when transitioning from 01 to another liquid, cannot be compensated in this way. This known method cannot be used in flow measurement, especially for gases, because the compensating effect of the measuring line is too small due to the magnitude of the viscosity differences in question here.
In this context, the well-known device of the so-called "double diaphragm" is to be mentioned, which consists of a pair of diaphragms placed one behind the other, in which the opening ratios Hz and the distance between the two are chosen so that the force acting upon the flow of both is one The result is a flow whose shape is essentially the same as that in a nozzle, but differs from it in that it is no longer influenced by any wall friction,
so that the cause of the nozzle characteristic and thus this itself is omitted and the speed measurement by taking pressure in front of the first and behind the second orifice is already down to fairly low Reynolds' numbers (with the most common opening ratios up to about Re = 104 , with a very small opening ratio even up to Re = 2.103), with an approximately constant discharge coefficient Á.
But these well-known devices also have properties that limit their usability for the Alesspraxis very much. For them, the occurrence of the aforementioned effect depends on the strictest adherence to certain experimentally determined geometrical relationships. Even slight deviations to one or the other side, as they often occur when the measuring point begins to become soiled, result in pronounced nozzle or diaphragm characteristics, and the desired measuring accuracy can then no longer be guaranteed.
In addition, this double aperture cannot be used to precisely measure the speed of the measuring device by means of an impeller or the like connected behind it, because the flow conditions to which the impeller is exposed are exclusively through the second of the two apertures conditionally.
Furthermore, one has already made use of the fact that in the lower range of the Reynolds 'number the coefficient a fills with decreasing Reynolds' number for nozzles, on the other hand it increases for orifices, and has suggested measuring openings, which, with reference to the behavior of the coefficient Á, in its first part as I) iise and in its other part al. Aperture work.
A known design of this type is a double beveled diaphragm. In another known design, the nozzle is represented by a truncated cone jacket of approximately 100¯ opening angle and the diaphragm by the end face of the truncated cone, which is sharply cut off for this purpose, facing the apex of the cone.
But practical experiments have shown that with the above-mentioned devices, incorrectly referred to in literature as the "middle thing" between nozzle and orifice, in the extreme case the limit value of the Retsnolds number at which the discharge coefficient Á begins to become constant in order to suppress something that is small, but not to cancel out the opposing influences of the nozzle and orifice profile against each other and thereby make the coefficient constant for all Reynolds' numbers in question, i.e. to make the measurement independent of it the absence of this effect is to be found in
The fact that these devices actually do not represent a middle thing between nozzle and diaphragm, that is to say that with them the two opening profiles with oppositely different Á-characteristics are not flowed through simultaneously, but one after the other by the medium to be measured, that is to say they are connected in series, so that the The second part of the opening is exposed to completely different flow conditions than the first and a compensation for the mentioned opposing influences and thus the u-values cannot occur.
In addition, such facilities still have the major deficiency that, with the slightest contamination, not only a strong change in their outflow characteristics per se, but also a dependency between the coefficient that can no longer be calculated; M and Reynolds' number occurs, so that the measurement is not only wrong in one sense or the other, but simply uncontrollable.
The quantity measuring device according to the invention for flowing media, the measuring element of which is provided with a correcting mechanism for taking into account changing influences, is characterized in that the correcting mechanism is controlled by a pulse generator, the output of which is a measure. for changing the discharge coefficient, u is the flow opening used for the measurement.
The volume equation should again be used for explanation. After her is
Q It.,, I now changes in the range of lower Reynolds' numbers for any arbitrarily assumed flow rate Q, for example as a result of a change in the kinematic viscosity of the measuring means, the outflow coefficient and the opening used for the measurement changes how the equation also teaches the flow velocity v and thus also the an. the measuring point as a measure Measured variable taken for the flow rate v (pressure difference, impeller speed, etc.), i.e. the measurement will be incorrect because the proportionality between Q and v is only maintained as long as the coefficient Á and thus the product Á .F remains constant.
So if one wants to achieve that the number Q determined by the measurement always corresponds to the real passage, even with lower Reynolds numbers, for which the coefficient Á is variable, so that Q and v always remain proportional to one another, then one has to do so Product u. keep constant.
For this purpose, for example, the cross section F of the measuring opening can be made variable as a function of the coefficient / <.
The same success can be achieved, for example, by changing the transmission ratio between the differential manometer decreasing the effective pressure (difference in static pressures) at the opening and the associated display device, or if the opening used for the measurement goes to an impeller or Woltman meter or the like ¯rt, for example by changing the direction in which the flowing medium or a partial flow acts on the impeller, or by changing the translation between the impeller and the counter.
Devices in which the drive size taken from a flow opening is changed as a function of a variable size for error correction, the output of an auxiliary device influenced by the variable size controlling a correction mechanism in one of the above-mentioned ways, are known per se in flow meters .
For example, in the case of flow meters with a measuring element that is in contact with the medium to be measured and is set in rotation (Woltman and other impeller meters, rotary piston and other capsule meters), they are used to take into account the effects caused by the measuring element bearings, the stuffing box friction, the counter drive resistance, etc. . caused error as well as the slip loss influenced by these braking forces. Such devices are also used to take account of changes in density of the medium to be measured.
However, only the density (pressure temperature) as such and the changed coefficient a corresponding to the flow cross-section changed by the correcting mechanism and thus the changed opening ratio M, but not the influence of density changes on the force ratio (Reynolds' number) on the Me Opening and thus the discharge coefficient is taken into account.
With such devices, however, one can also switch off the influence of changes in the outflow coefficient Á of the flow opening used for the measurement on the measurement result, if in accordance with the invention. Way, the correction mechanism is controlled by a pulse generator, the output of which is a measure for the change in the coefficient Á.
Such a pulse generator consists, for example, in the fact that in a line through which the medium to be measured flows, an auxiliary opening with a characteristic of the coefficient that rises as the Reynolds number falls, u1 (e.g. an aperture), and an auxiliary opening with a characteristic of the coefficient that decreases as the Reynolds number falls Á2 (e.g.
B. a nozzle), are arranged at a distance one behind the other, and that on the one hand a quotient generator is provided, on which the measured quantities taken at the auxiliary openings with oppositely different Á characteristics are made effective and whose deflection is transferred to the correction mechanism, while on the other hand a converter is arranged, through which the regularity of the correction process is automatically adapted to the Á characteristics of the opening used for the measurement.
The mode of operation of this arrangement results from the following consideration:
The volume equation for auxiliary opening 1 (orifice) is
Q = yl. F. v, for the auxiliary opening 2 (nozzle) it reads:
Q == Á2òFòv.
And the relationship applies: Á1òFòv == Á2òFòv or
EMI6.1
Since in the areas in question the Iioefficient, ul for the diaphragm with a falling Reynolds number, for example with a falling Reynolds number. If the flow velocity increases or if the kinematic viscosity of the measuring means increases, but the coefficient Á2 for the nozzle becomes smaller, the quotient Á1 / Á2 and thus the quotient? p2 /? p1 changes with the Reynolds' number.
This quotient (deflection of the quotient generator) is therefore a measure for the Reynolds number. And all that remains is to adapt the regularity of the correction process to the Á characteristic of the opening used for the measurement, for which purpose the above-mentioned converter is used.
Quotient generators, in particular quotient balances, are generally known devices in measurement technology. Your training is not the subject of the present invention.
In Fig. 1 of the drawing an Ausfüh approximately example of a measuring device according to the present invention is shown in which the failure of a quotient generator generated in the above-mentioned manner controls a correction mechanism through which the cross section used for the measurement at one of the measurement openings in one handling assigned regulating opening is changed.
In this arrangement, an orifice 1 and a nozzle 2 are connected one behind the other at a distance in a branch line carrying a partial flow of the measuring medium. The branch line is labeled 3. The pressure drop that occurs at the diaphragm 1 is transmitted via lines 4 and 5 to the adjusting member 6 of a differential manometer 7 designed as a diaphragm element, and the pressure drop that occurs at the nozzle 2 is transmitted via the lines 8 and 9 to the adjusting member 10 of a second configured in a corresponding manner Differential manometer 11 transferred. Instead of the membrane device, any other device that can be used as a differential manometer can of course be provided.
The movements of the adjusting members 6 and 10 of the two differential manometers act via the associated linkage 12 and 13, 14 on the quotient scales 15-18 serving as a quotient generator. The adjusting force of the link 6 is transferred via the rod 12 to the arcuate part of the lever 16, that of the link 10 via the rod 13 and the joint 14 to the angle lever 17 of the quotient balance.
The scale of the quotient scale, the size of which is determined by the equilibrium of the moments which the forces corresponding to the pressure differences? -P2 and? P1 exert on the fulcrum 15 of the levers 16 and 17, is actuated by the lever 18 via a correction gear 19 serving as a converter, 20, and a linkage 21, 22 transferred to a regulating member 23 which is axially displaceable in an opening 24.
This opening 24 is arranged in an IT passage 25 to the measuring line 26, in which a nozzle 27 is provided as a measuring element. The opening 24, to a certain extent forming part of the same, is assigned to the measuring cross section of the nozzle 27 as a regulating cross section. This regulating cross-section can be given the profile of a diaphragm as well as that of a diaphragm.
By means of the described device, the regulating cross-section 24 and thus the total cross-section formed from the cross-sections 24 and 27 are enlarged to the required extent in accordance with the mathematical explanation given above when the coefficient u of the opening used for the measurement is smaller and vice versa. In other words: the measured flow rate v at the opening used for the measurement remains proportional to the flow rate Q even when the coefficient / 'of the opening changes. with a proportional approximation that is sufficient for practice, with which the goal set in the task is achieved.
The regulating member 23 (mandrel, plate or the like) can of course also be designed in such a way, or the correction gear 19, 20 can be selected in such a way that the flow rate is in any other desired relationship to the? Values. The regulating member 23 can also be given a shape such that it performs the function of the converter itself. In. In this case, the correction gear 19, 20, for example, is superfluous.
Of course, the regulation can also be applied directly instead of on the regulation cross section 24. the cross section 27 used for the measurement. The handling 25 with the regulating cross section 24 is then omitted. Instead of the nozzle 27 indicated in the drawing, an extended nozzle, a diaphragm or a Venturi tube can of course also be used as the measuring element. In cases in which a vane wheel, Woltman vane or the like is used as the measuring element, a nozzle plate or some other opening suitable for this purpose with a nozzle or baffle effect can be connected upstream as the measuring cross section.
In the arrangement shown in the drawing, the combination orifice nozzle acting on the quotient generator is located in a branch line. Of course, any other combination of two flow openings arranged one behind the other can also be provided, one of which with regard to the flow coefficient, and orifice characteristics, whose other nozzle characteristics have, for example, the combination of orifice-Venturi-tube, orifice-capillary throttle, orifice or nozzle with a large. Orifice or nozzle with a small opening ratio.
The auxiliary openings 1, 2 can of course also be arranged in the measuring line 26 together with the opening used for the measurement. However, if they are accommodated in the branch line, they are largely protected from the risk of contamination. And in this case, when using a regulating cross-section 24 connected in parallel to the measuring opening 27 in the bypass 25, the arrangement can also be made such that the bypass 25 at the same time forms the branch line in which the auxiliary openings 1, 2 are accommodated are.
When the auxiliary openings 1, 2 are accommodated in the main line 26, the arrangement can also be made such that one of the two flow openings of the pulse generator, for example the nozzle 2, is itself used as a measuring cross section. Is then, for example, the pressure difference at opening 2 as a measure? For the flow rate taken, a further differential manometer or another differential pressure meter, which shows the flow rate, is to be arranged on ibr in addition to the differential manometer 11 acting on the quotient generator.
In this case, the deflection of the quotient scale would influence the transmission ratio between the adjusting element and the display device of this differential pressure meter. However, if the opening 2 is connected upstream of an impeller, Woltman blade or the like as a differential pressure transducer, the deflection of the quotient can again be either the cross section of the opening or the transmission ratio between the impeller shaft and the display device or the direction in which the meter is applied ? change against the impeller and thus its drive pulse.
In all cases, the display is independent of the variability of the coefficient?, So there? Even with low Reynolds numbers, error-free recording of the flow rate Q is guaranteed by measuring the flow rate v.
As a further example, FIG. 2 of the drawing shows a variant of the device shown in FIG. 1, which is intended for a special case that frequently occurs in practice.
If a counter, for example an impeller counter or the like, is provided as the measuring element, which is already equipped with one of the above-mentioned known correction devices to take into account the impeller bearings, the stuffing box friction, the counter drive resistance, changes in density etc.
If the meter concerned was to have two regulating elements, namely one controlled by the quotient that is dependent on the coefficient and one in some way, it would lead to an intolerable structural complexity at the measuring point provide controlled by a variable variable size.
To avoid this, a device is proposed by means of which both correction pulses (linkage misalignments) are combined into a single new one, in that one has a translation-changing effect on the transmission of the other. The measuring device according to FIG. 2 of the drawing, which otherwise corresponds to that of FIG. 1, has such a device. Here the lever 18 of the quotient balance displaces the pivot pin 28 of the lever 21, which forms an arcuate link in its central part. The arrangement controlled by the lever 21 corresponds to that according to FIG.
If the lever 30 is now moved by any drive not belonging to the invention, for example to control the device 22-27 for correcting friction or slip errors, the lever 21 swings around the pin that engages in the link 29 28 of the lever 18, whereby the mandrel 23 moves in the opening 24 and changes its cross section in the sense of error correction. The path of the pin 28 when the lever 18 is pivoted is indicated by the circular arc drawn in dashed lines.
If the backdrop 29 would coincide with this circular arc, there would be no deflection of the lever 21 in the event of a change in position of the pin 28 in the backdrop 29 caused by the deflection of the quotient balance, that is, no displacement of the link 23 in the opening 24 occur, but only the transmission ratio on lever 21 would experience a change. Because, however, the link 29 is pivoted against the circular arc, when the pin 28 is pivoted, in addition to the change in the transmission ratio on the lever 21, the same is also pivoted and thus the regulating member 23 is displaced.
This can be brought to the? -Value assigned to each pivoting of the lever 18, that is to say to each failure of the quotient scale, by appropriate training (curvature) of the link 29. The pivoting of the lever 21 brought about by any correction variable via the lever 30 and the resulting adjustment of the regulating member 23 is corrected in this way according to the change in the coefficient.
The practical limits within which the coefficient also fluctuates, in some cases justify using the difference between the active pressures taken at the nozzle on the one hand and at the orifice plate on the other hand, as long as the deviations caused by the design of a guide curve or the like (correction gear 19, 20 in Fig. 1 or gate 28 in Fig. 2) can be compensated. Instead of a quotient waa. ge or the like would then, for example, a simple balance (differential balance) occur, either the differential manometers 7 and 11 or the balance itself with the carrier of a restoring force, e.g. B. are provided with a spring or a weight pendulum or the like.
Here, too, any other dependency of the flow rate v on the cross section h, used for the measurement on the coefficient u, required by any operating conditions or peculiarities of the measuring system, can be established by appropriate design of the backdrop or the otherwise used transmission device.
As a result of the invention explained in the foregoing, a stability of the measurement accuracy that cannot be achieved with the known devices is achieved even with the smallest of runs. The measurement result does not lose its usefulness even if the device used is grossly soiled, because an error caused by soiling remains roughly constant for all Reynolds' numbers. For this reason, the invention provides the possibility of using the same measuring device as desired for a wide variety of measuring means without recalibration.