Drosselgerät fiir die Mengenmessung strömender Mittel.
Von den bei der Mengenmessung oder Dichtebestimmung strömender Mittel massgebenden EinfluBgröBen sind die linearen Abmessungen d der Me¯stelle, die Durchflussgeschwindigkeit v und die kinematische Zähigkeit v ( = (/@ = ZÏhigkeit/Dichte) des Messmittels in der sogenannten Reynoldssehen Zahl Re = d . v/? zusammengefa¯t, durch welche zum Ausdruck gebracht wird, in welchem VerhÏltnis die in einer Strömutig auftretenden dynamischen Kräfte zu den im Messmittel vorhandenen Zähigkeitskräften stehen und neben der ebenfalls eine Rolle spielenden geometrischen Form der f r die Messung benutzten Drosselöffnung die Strahlverformungsgr¯¯e u (Ausflusskoeffi- zient) des a. us dieser Öffnung austretenden Messmittels beeinflussen.
Führt man n für den Einfluss der dynamischen Kräfte auf die Strahlform den Faktor a, für den Einfluss der ZÏhigkeitskrÏfte den Faktor p ein, so erhält man f r den Ausflusskoeffizienten u die bekannte einfache Beziehung : u = α (.
Im Bereich sehr grosser Reynoldsscher Zahlen, also unter Verhältnissen, bei denen die dynamischen KrÏfte die Strömung so gut wie allein beherrschen, üben Änderungen der Reynoldssehen Zahl-sei es durch Ande- rung der Durchflussgeschwindigkeit, sei es durch Änderung des Druckes oder Temperatur, also der Dichte und damit der kinematischen Zähigkeit des Messmittels, oder sei es durch gleichzeitige Änderung dieser in der Reynoldssehen Zahl enthaltenen Veränder- lichen-praktisch keinen Einfluss auf das s Stromungsbild an der für die Messung benutzten Drosselöffnung und damit auf das Verhalten des Ausflusskoeffizienten Á aus.
Dieser ist bei allen gebräuchlichen Drossel öffnungen bis herab zu einer Grenzzone, die bei gro¯em Offnungsverhältnis nt ( = â/F = Querschnitt der Messöffnung/Querschnitt der Messleitung) im wesentlichen oberhalb, bei kleinem Offnungsverhältnis im wesentlichen unterhalb Re = 10 5 liegt, konstant.
Aber schon im Grenzgebiet beginnend und bei den kleineren Reynoldssehen Zahlen, d. h. in Bereichen, in denen der Einflu¯ der Zähigkeits- krÏfte denjenigen der dynamischen über- wiegt, bedeutet jede auch nur kleine mande- rung der Reynoldsschen Zahl eine ¯nderung des Strömungsbildes an der Drosselöffnung und damit des Koeffizienten, rt, wobei die Grösse dieser Änderung mit sinkender Rey- noldsscher Zahl ansteigt, und zwar je nach der geometrischen Form der für die Messung benutzten Durchflussoffnung in verschiede- nem Sinne.
Bei Drosselöffnungen mit abgeschrÏgter oder abgerundeter Einlauf kante (Düsen) nämlich überwiegt der Einfluss der Wandrei bung. Es bildet sich eine Grenzsehieht aus. welche auf die Bewegung der innern Schich- ten des Strahls eine bremsende Wirkung aus übt. und zwar in um so stÏrkerem Ma¯e. je grösser die Zähigkeit (innere Reibung) des Messmittels ist. Eine Strahlkontraktion tritt hier nur in untergeordnetem Ausmass ein. : u dass die Strahlverformung bei Düsen im Cesamtergebnis eine Expansion ist, wobei der Ausflusskoeffizient, tt im Gebiet kleiner Reynoldsscher Zahlen mit sinkender Reynoldsscher Zahl kleiner wird.
Bei Durehflussöffnungen mit scharfkantigem Einlauf (Blenden) dagegen, bei denen sich eine die innern Strahl sebichten abbremsende Grenzschicht nicht bilden kann und die Zähigkeit des Messmittels demzufolge eine untergeordnete Rolle spielt. herrseht hauptsäehlich der Einfluss der Strahlkontraktion. Diese wird im Gebiet klei- ner Reynoldsscher Zahlen mit sinkender rets noldsseher Zahl immer geringer, so dass sich der Strahlquerschnitt immer mehr vergrössert und dem Offnungsquersehnitt der Blende nÏhert.
Der Ausflu¯koeffizient @ wird also bei Blenden im Gebiet kleiner Reynoldsscher Zahlen mit sinkender Reynoldsscher Zahl immer grösser. Von den meisten in der Str¯ mungsmengenmessung verwendeten Durch- flussöffnungen sind die Ausflusscharakteristiken bei den gebräuchlichen Öffnungsverhält- nissen bekannt und die diesbezügliehen I) ia- gramme in Fachschriften veröffentlicht. Wo sie nicht bekannt sind, k¯nnen sie experimentell leicht bestimmt werden.
Von welch grosser Bedeutung der Einfluss dieser Veränderlichkeit des Ausflusskoeffi- zienten @ auf die Messung ist. geht aus der bekannten Volumeiigleiehung
Q = @@f@r hervor, welclie die rechnerische Grundtage der Str¯mungsmengenmessung bildet und in welcher Q die Durchflu¯stÏrke (= sekundliche Durchflu¯menge) des Me¯mittels, f den Durchflu¯-Querschnitt und @ die Str¯mungs- geschwindigkeit des Me¯mittels in der Me¯ öffnung @ bedeutet.
Da nÏmlich die f r die Er- mittlullg der Durchflu¯menge Q zu bestim mendeGrössesowohlbeiderDifferenzdruck- messung wie auch bei der Messung mit Woltman- und sonstigen Fl gelradmessern, sowie mit Schwimm@@essern ausschlie¯lich die Str¯mungsgeschwindigkeit r des Me¯mittels ist. welche vom Ausflusskoeffizienten nicht beeinflusst wird. so lehrt diese Glei- chung, da¯ in den Bereichen der Reynoldsschen Zahl. in denen der Koeffizient @ ver Ïnderlich ist - also gerade unter VerhÏlt nissen. wie sie bei der Mehrzahl der prakti schen Messungen vorliegen - eine fehlerhafte Anzeige entstehen mu¯.
wobei der Fch ler mit kleiner werdender Reynoldsscher Zahl immer gr¯¯er wird.
Es wurde bereits auf verschiedenen Wegen versucht. das im Grenzbereich und bei niederen Reynoldsschen Zahlen unerw nschte Verhalten des Ausflu¯koeffizienten @ aus der Messung fernzuhalten und die heute bez glieh der Genauigkeit der Messung gestellten Anforderungen zu erf@llen.
So wurde beispielsweise vorgeschlagen. die Messung durch Anwendung von Multi- plikationsd sen (Aufsatz: @Ein neuer Druck- multiplikator@ v. Gmelin und Riedmiller.
Zeitschrift f. Techn. Physik. 1937. S. 375) einfacli vollkommen aus dem Bereich der kleineren Reynoldsschen Zahlen herauszunehmen und sie in das Gebiet grosser Reynoldsscher
Zahlen zu verlegen. Eine praktische Beden- tung kommt diesem Vorschlag aber sowohl aus technischen wie auch aus wirtschaftlichen
Gründen nicht, zu. Denn man kann zwar mit Hilfe einer Multiplikationsd se auch kleine Strömungsgeschwindigkeiten des Messmittels bei groben Reynoldsschen Zahlen messen.
Aber die ebenfalls durch die Multiplikator- wirkung bedingte starke, hohen Fehlerprozenten entsprechende und dadurch die Eich- fähigkeit in Frage stellende Streuung der cl-verte sowie die schon bei normalen Strö mungsgeschwindigkeiten untragbar hohen Druckverluste, denen zufolge diesen Einrich- tungen die f r die Mengenmessung so wich- tige Eigenschaft der Überlastbarkeit vollkommen fehlt, engen ihre Anwendungsmöglichkeit sehr ein.
Für scharfkantige Drosselöffnungen (also Blenden) hat man, ausgehend von dem ein gangs erwähnten Umstand, dass bei Blenden hauptsächlieh die Strahlkontraktion als Auswirkung der dynamischen Kräfte und damit der Faktor a eine Rolle spielt, wÏhrend der Zähigkeitseinfluss (Faktorf) hier von geringer Bedeutung ist, auch schon vorgeschlagen, die Entnahmestelle für den niederen Druck möglichst nahe an die Ebene des engsten Blendenquerschnittes heranzuverlegen, in welcher die Strahlkontraktion gleich Null, der Faktor a also gleich 1 ist (Deutsche Patentschrift Nr. 590790).
Einen bei allen Reynoldsschen Zahlen gleichbleibenden Ausflusskoeffizienten, u = 9 besitzen diese Einrichtungen, welche der Aufgabe dienen, bei Vernachlässigung des Faktors S7 eine Konstanz des Faktors a bei Reynoldsschen Zahlen herbeizuführen, nicht.
Denn einerseits muss bei ihrer praktisehen Verwirklichung stets ein gewisser Abstand von jener Ebene, in welcher der Faktor a konstant wÏre, bestehen bleiben, und anderseits ist auch bei Blenden der veränderliche Zähigkeitseinfluss bei aller Kleinheit nicht so minimal, dass er und damit der Fa. ktor qp einfach vollkommen vernachlässigt werden könnte.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Einlaufkurvenform gewöhnlicher Düsen in verschiedener Weise abzuwandeln oder solche Düsen durch zylindrische AnsÏtze zu verlängern. (Aufsatz von Koennecke :"Neue Düsenformen für die Durchflussmessung bei kleinen und mittleren Reynoldsschen Zahlen", ATM (Arch. f. Techn.
Messen), V 1242, 3. Januar 1939.) Auch bei diesen bekannten Einrichtungen bleibt immer noch eine starke Veränderlichkeit des Ausflusskoeffizienten, u bestehen, da a. uch sie ausschliesslich der weni- ger weit. ges. tee. kten Aufgabe dienen, den Faktor a. konstant, d. h. nur die durch die dynamischen Kräfte (Zähler in der Formel für die Reynoldssehe Zahl) verursachte Strahlverformung bezw.
Geschwindigkeitsverteilung unschädlich zu machen und auch das nur innerhalb eines eng abgesteckten Bereiches der Reynoldsschen Zahl, wahrend die zur Beriieksichtigung des veränderlichen Zä- higkeitseinflusses (Nenner in der Formel f r die Reynoldssche Zahl) notwendige Korrek turgrosse p bei ihnen ganz unbeeinflusst bleibt. Gerade bei Düsen ist aber, wie eingangs dargetan, der Zähigkeitseinfluss 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 = a. g der Berück- sichtigung des Einflusses aller veränderlichen Einflussgrossen der Reynoldssehen Zahl-sowohl derjenigen im ZÏhler wie auch derjenigen im Nenner - auf das Strömungsbild an der für die Messung benutzten Dureh- flussöffnung. d. h. nicht jede der Grössen a und cp f r sich sollte konstant gehalten werden.
sondern das Produkt, u = a.@, und das nicht nur in einem eng abgesteekten Bereich der Reynoldsschen Zahl, sondern bei möglichst allen Reynoldsschen Zahlen bis zur untern Messbereichsgrenze des Gerätes.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden. den Einfluss der wechselnden Zähigkeit von Brennöl auf die Zuführung desselben zum Brenner dadurch zu kompensieren, da. man in die Zuführungsleitung zwischen einer unter konstantem Druck gehaltenen Ölquelle und dem Brenner eine scharfkantig begrenzte Drosselöffnung bekannter Bauart eingeschal- tet hat, die mit der Zuführungsleitung derart in Wechselwirkung tritt, dal3 die in dieser Leitung bei sich Ïndernder ZÏhigkeit des Brennöls auftretenden verschiedenen DruckabfÏlle den Druckunterschied an der Drosselöffnung bei steigender Zähigkeit, verringern, bei fallender vergrössern (Brit. Patentschrift Nr. 468985).
Nit diesem bekannten Verfahren kann man nur sehr geringe ZÏhigkeitsabweichungen kompensieren. Seine Anwendbarkeit bleibt beschränkt auf das Gebiet der Zufluss- regelung von tropfbaren Flüssigkeiten in relativ kurzen Rohrleitungen, wie z. B. der Speisung von Ílbrennern, Vergasern oder dergleichen mit Brennölen deren Handels- marken bezüglich ihrer Zähigkeit oft Ab- weichungen zeigen. Der Einfluss grösserer Zähigkeitsuntersehiede, z.
B. bei Übergang von 01 auf eine andere Fl ssigkeit, kann auf diese Weise nieht kompensiert werden. So ist dieses bekannte Verfahren denn auch in der Strömungsmengenmessung, insbesondere fiir Gase, nicht anwendbar, weil die kompensie- rende Wirkung der MeBleitung infolge der hier in Frage kommenden Grössenordnung der Zähigkeitsuntersehiede zu gering ist.
In diesem Zusammenhang ist auch die be kannte Einrichtung der sogenannten"Doppel- blende" (Aufsatz :"Die Doppelblende"von WÏlzholz, Zeitschr. @Forschung auf d. Geb, des Ingenieurwesens"1936, Seiten 191-201) zu nennen, welche aus einem Paar hintereinandergesehalteter Blenden besteht, bei denen die öffnungsverhältnisse und der Abstand beider zueinander so gewählt sind, da? das bei der Durehströmung beider wirksam werdende Kräftespiel eine Strömung ergibt, die hinsichtlich ihrer Form im wesentlichen derjenigen in einer Düse entspricht, sich von dieser jedoch dadurch unterseheidet dass si.
l von so gut wie keiner Wandreibung mehr beeinflusst ist, so dass die Ursache der Düsen- charakteristik und damit diese selbst inWeg- fall ko-mmt und die Gesc. hwindigkeitsmpssung durch Druckentnahme vor der ersten und hinter der zweiten Blende bereits bis wu ziemlich niederen Reynoldsschen Zahlen-- bei den meist gebräuchlichen Offnungsver- hältnissen noch etwa bis zu Re = 104, bei sehr kleinem Offnungsverhältnis sogar bis zu Re = 2. 10"-. mit annähernd konstantem
Ausflu?koeffizienten u erfolgen kann.
Aber auch diese bekannten Einrichtungen sind mit Eigenschaften behaftet, die ihre Verwendbarkeit für die Messpraxis sehr ein engen. So hängt bei ihnen das Eintreten der vorgenannten Wirkung von der genauesten Einhaltung bestimmter, experimentell ermittelter, geometrischer VerhÏltnisse ab. Bereits geringe Abweichungen nach der einen oder der ändern Seite, wie sie oft schon bei he ginnender Verschmutzung der Me?stelle auf treten. haben das Entstehen einer ausgespro chenen D sen- oder ausgesprochenen Blen den-Charakteristik zur Folge, und die ange strebte Messgenauigkeit ist dann nicht mehr vorhanden.
Au?erdem kann man diese Dop pelblenden nicht dazu benutzen. die Ge schwindigkeit des Messmittels durch ein da hintergeschaltetes Fingelrad oder dergleichen genau zu messen, denn die Strömungsverhält- nisse. denen das Fliigelrad ausgesetzt ist. sind ausschliesslich durch die zweite der beiden Blenden bedingt.
Man hat sich ferner bereits den Umstand zunutze gemacht, da? der Koeffizient Á mit kleiner werdender Reynoldsscher Zahl bei Dü- sen fÏllt, bei Blenden dagegen steigt, und hat Me?¯ffnungen vorgesehlagen, welche mit Bezug auf das Verhalten des Koeffizienten Á in ihrem znerst durchflossenen Teil als Düse und in ihlem alsdann durehflossenen Teil als Blende wirken. Eine bekannte Ausf hrung dieser. Art stellt eine doppelt abgeschrägte Blende dar. (clin 1952. @Regeln f r die Durchflussmessung mit genormten Düsen und Blenden". IV. Anfl. 1937 [VDI-Verlag].
Seite 14. Fig. XXII.) Bei einer andern be kannten Ausf hrung wird die D se durch einen Kegelstumpfmantel von etwa. 100¯ Íff nungswinkel und die Blende durch die der Kegelspitze zugekehrte Endfläche des Zll die sem Zweck scharf abgeschnittenen Kegel- stumpfes dargestellt. (Deutsche Patentschrift Nr. 508345.)
Aber pnaktische Versuche haben gezeigt. dass man mit den vorgenannten, im Schrifttum (G. Wünsch u. H. RüMe : Messgeräte im Industriebetrieb" [Verlag J.
Springer, Berlin 1936], S. 204-231) fälsehlich als"Mittel- ding"zwischen Düse und Blende bezeichneten Einrichtungen im äussersten Falle den Grenzwert der Reynoldssehen Zahl, bei welehem der Ausflusskoeffizient, u beginnt, konstant zu werden, um ein Geringes herab- drücken, nicht aber die gegenläufigen Einflüsse von Düsen-und Blendenprofil gegeneinander aufheben und dadurch den Koeffi- zienten a bei allen Reynoldssehen Zahlen konstant, d. h. die Messung von ihm unabhängig machen kann.
Die Ursache für das Ausblei- ben dieser Wirkung ist darin zu suchen, da? diese Einrichtungen in Wirklichkeit gar kein Mittelding zwischen Düse und Blende darstellen, d. h. darin, dass bei ihnen die beiden Íffnungsprofile mit entgegengesetzt verschiedener u-Charakteristik nicht gleichzei- tig, sondern nacheinander vom zu messenden Mittel durchflossen werden, also gewisserma?en hintereinander geschaltet sind, so dass der zweite Offnungsteil ganz andern Strö- mungsverhältnissen ausgesetzt ist als der erste und eine Kompensation der erwähnten gegenläufigen Einflüsse und damit auch des ÁWertes nicht eintreten kann.
Ausserdem haben solche Einrichtungen noch den gro?en Mangel, dass bei der geringsten Verschmutzung nicht nur eine starke Veränderung ihres Koeffizienten an sich, sondern dar ber hinaus eine überhaupt nicht mehr berechenbare Abhängigkeit zwischen dem Koeffizienten, ce und der Reynoldssehen Zahl eintritt, so dass die Messung nicht nur im einen oder andern Sinne falsch, sondern einfach unkontrollierbar wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Mängel zu vermeiden. Sie bezieht sich auf ein Drosselgerät zur Mengenmessung in einer Leitung strömender Mittel, da. s einen Drosselquerschnitt mit zweierlei Randprofilen aufweist, das eine derart, dass eine Durchflussoffnung mit diesem Randprofil im untern Bereich der Reynoldsselien Zahl bei kleiner werdender Reynoldsscher Zahl einen kleiner werdenden Ausflusskoeffizienten aufweist, und das andere derart, dass eine Durch flussöffnung mit diesem andern Randprofil im untern Bereich der Reynoldsschen Zahl bei kleiner werdender Reynoldsscher Zahl einen grösser werdenden Ausflusskoeffizienten aufweist.
Infolge dieser Ausbildung werden die zwei Randprofile nicht wie bei bekannten Einrichtungen nacheinander, sondern nebeneinander vom zu messenden Mittel durchflos@ sen. Die Strömungsverhältnisse eines Randprofils sind demnach nicht den Einflüssen des andern Randprofils ausgesetzt, und die gegenläufigen Einflüsse der verschiedenartigen Randprofile auf den Ausflusskoeffi zienten, können bei entsprechender Wahl einander aufheben.
Der untere genannte Bereich der Reynoldsschen Zahl reicht dabei herauf bis zu derjenigen Reynoldsschen Zahl, von welcher ab der Ausflusskoeffizient praktisch bei sich ändernder Reynoldsscher Zahl konstant ist.
Beispielsweise liegt diese Grenze für die deutsche Norm-D se bei etwa Re = 105, für die Norm-Blende bei etwa Re = 2 X 105. Im übrigen sind diese Grenzwerte durch die in den Normen als Toleranzgrenzen bezeichneten Werte angegeben.
Da nach dem Reynoldsschen Ahnlichkeitsgesetz das Strömungsbild und damit auch die Ausflusscharakteristik bei geometrisch ähnlichen Durchflussöffnungen ähnlich ist. kann man bei dem. Me?gerÏt nach der vorliegenden Erfindung z. B. statt einer Norm Düse auch jede andere Durchflussöffnung mit düsenähnlicher Ausflusscharakteristik, z. B. eine Venturi-Düse oder ein Woltmanmesser Gehäuse, als deren kinematisches Gegenstück usw., und einer Normblende jede andere Durchflussöffnung verwenden, sofern sie nur eine blendenähnliche Ausflusscharakteristik besitzt, z. B. ein Schieberventil.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sebematisch dargestellt.
Das in Fig. 1 gezeigte Gerät weist eine Durchflussöffnung 1 auf, die ein solches Randprofil a. ufweist, dass im untern Bereich der Reynoldsschen Za. hl bei kleiner werdender Reynoldsscher Zahl der Ausflusskoeffizient dieser Íffnung u2 kleiner wird. Ferner weist es eine der Durchflussöffnung 1 in Parallel- schaltung zugeordnete Durchflussoffnung ? auf, welche ein solches Randprofil aufweist, daB im untern Bereich der Reynoldssehen Zahl bei kleiner werdender Reynoldsscher Zahl der Ausflu¯koeffizient @2 dieser Íffnung gr¯¯er wird.
Die genaue Parallelschaltung beider den Drosselquerschnitt bildenden Durchfluss öffnungen 1, 2, die von einer Düse und einer Blende gebildet wird, ist daran zu erkennen. da¯ die Ausflussquerschnitte beider Teilebei einer Blende ist der Ausflussquerschnitt zugleich der Einstr¯mquerschnitt - in einer und derselben Ebene A-B, der Trennebene zwischen der Vordruckseite und der Hinter druekseite der Messstelle, nebeneinanderliegen.
Je genauer die Parallelsehaltung, desto vollkommener ist die Kompensationswirkung. Bei diesem Beispiel ist der Einfachheit halber der theoretische Fall a. ngenommen, dass die fallende @1-Kurve der einen Durchflussöff- nung genau oder angenähert das Spiegelbild der steigenden @2-Kurve der andern Dureh- flussöffnung und damit das zu wählende Grössenverhältnis f1. @1 :
F2 @2 der beiden C) ffnungen etwa gleich 1 : 1 sei. 3 ist die Messleitung, in welche die Drosselstelle, die durch zwei gattungsversehiedene Durchfluss- öffnungen gebildet ist, untergebracht ist, 4 stellt eine Trennwand dar (Schirm, Rohr oder dergleichen), die auch weggelassen werden kann. Der Pfeil gibt die Durchflussrich- tung an.
Die Ermittlung der Durchflussgesehwin digkeit erfolgt in der üblichen Weise durch Messung der Druckdifferenz zu beiden Seiten des Drosselquerschnittes, mittels (hier nicht gezeichneter) Druekentnahmeleitungen, die an ein (ebenfalls nicht gezeichnetes) Diffe rentialmanometer angeschlossen sind. Man kann die Fig. 1 auch als Schnitt einer von zwei verschieden gearteten Randprofilen begrenzten Ringdrossel auffassen, deren oberer Teil Düsenprofil, deren unterer Teil Blenden- profil besitzt. Diese Ausführung wurde sieh auch zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit durch Impulsmessung mittels eines dahintergeschalteten Fliigel-oder Schrauben- rades eignen.
Die vorerwähnten Druckent- nahmeleitungen und das Differentialmano- meter kamen dann in Wegfall.
Bei dem. in der Fig. 2 gezeigten Beispiel ist der Drosselquerschnitt durch zwei ohne gegenseitige Abgrenzung ineinander über- gehende Durchflussoffnungen gebildet. Die eine () ffnlmg mit bei kleiner werdender Rey noldsscher Zahl absinkendern Ausflusskoeffi- zienten ist durch einen Woltmanmesser, dessen Flügel-oder Schraubenrad 5 auf der Welle 6 sitzt, die bei 7 und 8 gelagert ist. gebildet, @ebildet, und zwar durch den Stromungskur- per 10 des Woltmanmessers. hier ein Um drehungsparaboloid.
Die Durchflussoffnung mit bei kleiner werdender Reynoldsscher Zahl ansteigendem Ausflusskoeffizienten ist durch eine Blende 11 gebildet, sie ist in koachsialer Anordnung dem Woltmanmesser parallelgeschaltet. d. li. die Ausstromkante der Blende 17.
ttnd die Stelle des grössten ITm- fanges des Str¯mungsk¯rpers 10, welche die Ausstromkante der düsenartigen Durchfluss offnung bildet, und damit die Ausflussquer- schnitte beider Íffnungsteile, liegen in einer und derselben Ebene A-B, der Trennebene zwischen der Vordruckseite und der Hinterdruckseite der Messdrossel, koachsial nebeneinander. Es ist hier der Drosselquerschnitt durch eine Ringöffnung gebildet, die aussen von der einen und innen von der andern Profilart begrenzt wird.
Selbstverständlich kann man auch der äussern Berandung die abge- rundete (d senf¯rmige) und der innern Berandung die seharfe (blendenformige) Ein- laufkante geben.
Dabei ist hier in jedem Fall eine fiir die Messpraxis ausreichend vollkommene Kom- pensation erzielbar. Denn man kann an Hand im Handel erhältlicher Kurvenblätter bezw. experimentell ermittelter Diagramme, welche beispielsweise den Koeffizienten @1 (Ordi- nate) für eine Normdüse oder eine düsenähn liche Durchflussoffnung und den Koeffizien ten (Ordinate) für eine Normblende oder eine blendenähnliche DurchfluBöffnung, welche der andern Offnung in Parallelschal tung zugeordnet ist, in Abhängigkeit von der Reynoldssehen Zahl (Abszisse) bei den gebräuchlichen Offnungsverhaltnissen wieder- geben,
leicht ermitteln, in welchem Grossen- verhältnis die Werte, u1. 1 des einen Off nungsprofils und @2. F2 des Ïndern Íffnuugs- profils in jedem Einzelfalle zueinander stehen müssen, um eine f r die Praxis ausrei chende Kompensation zu ergeben. Für Aus führungen mit mehr als zwei Offnungspro- filen ist die Ermittlung sinngemäss durchzu- führen.
Eine hinreichende Konstanz des Koeffi- zienten ist übrigens bei der beschriebenen
Messvorrichtung auch bei Verschmutzung derselben gewÏhrleistet. Denn Düse und
Blende bezw. Durchflussöffnungen mit düsen- ähnlicher und solche mit blendenähnlicher
Ausflusscharakteristik weisen bekanntlich auch bei Verschmutzung ein gegensätzliches
Verhalten a. uf, indem der Ausflusskoeffizient /t bei Blenden usw. bei zunehmender Ver schmutzung steigt, bei D sen usw. dagegen fällt. Die diesbezüglichen Einflüsse und Ge setzmässigkeiten wurden experimentell genau ermittelt (Aufsatz :"Betriebserfahrungen bei der Durchflussmessung"von R. Witte, Arch. f. Warmewirtsch. u.
Dampfkesselwesen 1937,
S. 89 ff.), und bei richtiger Wahl des Gr¯ ssenverhältnisses, @1. F1 : @2. F2 ergÏnzen bezw. kompensieren sich die hier zusammenwirken den Gesetzmässigkeiten so, dass eine den An forderungen der Messpraxis genügende, d. h. innerhalb der Toleranzgrenzen liegende Won- stanz des auf die kombinierte Messdrossel als
Ganzes bezogenen Ausflusskoeffizienten, gug bis zur untern Messbereichsgrenze des GerÏtes erhalten bleibt.
Selbst bei sehr grober'Ver- schmutzung verliert das s Me¯ergebnis nicht seine Brauchbarkeit, weil ein dadurch ver ursachter Messfehler bei allen Reynoldsschen
Zahlen mit für die Praxis hinreichender An näherung konstant bleibt, al. so durch eine ein fache Justiermassnahme berücksichtigt wer den kann.
Bei dem Beispiel der Fig. 2 wird die Durchflussgeschwindigkeit des Messmittels an der lVIeBdrossel durch Impulsmessung mittels des Flügel-oder Schraubenrades 5 des Woltmanmessers ermittelt. Man kann sie aber natürlich auch durch Messung der Druckdif- ferenz zu beiden Seiten der Drossel bestim- men. In diesem Falle müssten die beiden Seiten der Messdrossel in der üblichen Weise durch Druckentnahmeleitungen mit einem Differentialmanometer verbunden werden, und das s Flügel-oder Schraubenrad 5 kÏme in Wegfall.
Die an der beschriebenen Vorrichtung mit einem Differentialmanometer oder mit @ einem Flügelrad oder dergleichen gemessene
Durchflu¯geschwindigkeit ist also, da der Ausflusskoeffizient, cs nunmehr weder durch die Strömungsgeschwindigkeit noch durch die kinematische Zähigkeit des Messmittels beeinflusst wird, ein exaktes Mass für die Durchflussmenge Q und gestattet es, auch kleinste Durchflussmengen genau zu erfassen und die gleiche Messeinrichtung ohne Neueichung nach Belieben für die verschieden- sten strömenden Mittel zu benutzen.
Durch Messung des Druckunterschiedes zu beiden Seiten der Messdrossel und des Durc. hgangsvolumens bei der Eichung lässt sich in einfacher Weise die Konstanz des auf die kombinierte Messdrossel als Ganzes be zogenen Ausflu¯koeffizienten @@ kontrollie- ren, und man kann je nach der eventuellen positiven oder negativen Abweichung dieses @@-Wertes bei kleinen Reynoldsschen Zahlen bestimmen, in welchem Grössenverhältnis die Durchflussöffnungen mit der einen und die mit der ändern Ausflusscharakteristik zueinander stehen müssen bezw. wie die Durahmesser- bei der Ausführung nach Fig.
2 mit 12, 13, 14 bezeichnet-zu Ïndern sind, damit eine Kompensation der gegenläufigen Einflüsse und damit eine f r die Messpraxis hinreichend vollkommene Konstanz des Ausflusskoeffizienten erzielt wird.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfüh- rungsform bestehen die beiden Durchfluss- öffnungen aus zwei Teilringoffnungen. Die äussereTeilringöffnung wird au?en durch das von der Blende 11 gegebene Profil, die innere Teilringöffnung wird innen durch die Haube 10 begrenzt, die Düsencha-rakteristik hat. In der innern Teilringoffnung herrscht daher ein Strömungsbild mit Düsencharakter, wäh- rend in der äussern Teilringoffnung eine Strömung mit Blendencharakter herrscht.
Jedes Messmittelteilchen, welches die Ringöffnung durchströmt, befindet sich dabei also entweder in dem einen oder im andern Bereich oder. im Grenzfall, teils im einen, teils im andern Bereich. Und jedes Teilchen unterliegt daher auch immer entweder dem einen oder dem andern oder. wie- derum im Grenzfall, teils dem einen, teils dem andern Einfluss. Die Wirkung ist in jedem Falle die, dass die gegenläufigen Ein- flüsse beider Profilarten einander aufheben.
Für die Anwendung der Erfindung bei einem Venturimesser zeigt Fig. 3 ein Beispiel.
An das Venturirohr 101 ist in an sich belçannterWeise einWoltmanmesser oder der- gleichen 102 als Teilstrommesser angeschal- tet, dessen Zuleitung 103 vor der Verengung des Venturirohres 101 von der Hauptleitung 104 abgezweigt ist und dessen Ableitung 105 an der engsten Stelle des Venturirohres in dieses einmündet.
Nach den Strömungsgesetzen ist bekannt- lich die Angabe des Woltmanmessers 102 cin Ma? f r die Gesamtdurchflu?stÏrke. Das ist aber gemäss den einleitenden Betrachtungen nur so lange richtig, wie sich die, u-Werte an den Messstellen 101 und 102 nicht Ïndern.
Mit ändern Worten : der Ausflu?koeffizient @ der Messdrossel muss fiir alle Reynoldssehen Zahlen konstant bezw. angenÏhert konstant sein. Ist die Anzeige des Woltmanmessers 102 bereits unabhÏngig von Änderungen des Koeffizienten ( (vergleiche beispielsweisc die Ausführung nach Fig. 2\ so genügt es. wenn die Ausflusskoeffizienten bei allen Reynolds- schen Zahlen in einem bestimmten konstanten Verhältnis zueinander stehen, da? also die - Werte bei ¯nderung der Reynoldsschen Zahl sich prozentual um gleiche Beträge Ïndern.
Cm diese Gesichtspunkte zu berücksich- tiges, wird dem die eine Durchflussöffnung bildenden Venturirohr. da dieses Diiseneigen- sehaften besitzt, in einem bei Mengenmessern an sich bekannten Umgang 106 eine die zweite Durchflussöffnung bildende Blende 107 oder dergleichen In Parallelschaltung zugeordnet, d. h. die Anordnung ist so getroffen.
dass die Ausflussquerschnitte beider gemeinsam den Drosselquerschnitt bildenden Durehflussöffnungen in der Ebene.- welche die Vordruckseite von der Hinterdruckseite der Alessstelle trennt nebeneinan derliegen. Dabei Ist die Stelle, an welcher der Umgang 106 vor demVenturirohr 101 abzweigt. und die Wiedereinmündungsstelle hinter dem Venturirohr am besten versuchsmässig so zu bestimmen, dass der an der Abzweig-und M ndungsstelle der Umgehungsleitung 106 herrschende Druckunterschied angenähert als Wrass fiir die Durchflussgeschwindigkeit gel- ten kann.
dit, die Verhaltnisse sind wieder so zu wÏhlen. da? die Verkleinerung des Wertes/'j beim Venturirohr 101 bei Ver- kleinerung der Reynoldssehen Zahl der Ver- gr¯?erung des Wertes ?2 bei der Blende 107 entspricht und umgekehrt.
Genou so wie der Einfluss des Durch- flusskoeffizienten/fdesVenturirohres101 durch Parallelschaltung der Blenden¯ffnung
107 kompensiert und damit unschÏdlich gemacht wurde. mu? nun aber sinngemÏ? auch zum ZÏhler 102 eine Íffnung 108 in der Ebene CD parallelgeschaltet werden. Diese mu?, da das GehÏuse des Woltmanmessers 102 als kinematisches Gogenst ck eines Ven turlrohres bez glich des Koeffizienten ? D sencharakteristik besitzt. Blendencharakteri- stick besitzen. Erst durch diese Massnahme wird die Angabe des Messers 102 zu einem exakten Ma? f r die Gesamtdurchflu?stÏrke.
Es versteht sich. da? die Blenden 107 und
108 durch Ventile, Sehieber oder dergleichen ersetzt werden knnnen. welche angenähert die (-Charakteristik einer Blende besitzen. Diese
Anordnung hat den Vorzug. da? man das gegenseitige VerhÏltnis der Ausflu?quer schnitte Flol I07 bezw. P : L02 : Pios einstellbar machen kann.
Will man jedoch die Geschwindigkeitsmessung im Hauptstrom vornehmen, so tritt an die Stelle der Nebenleitung 103, 105 mit dem Teilstrommesser 102 und der ihm par allelgeschalteten Kompensationsöffnung 108 ein gewöhnliches Differentialmanometer, z. B. ein U-Rohr oder dergleichen 109, dessen Anzeige dann ebenfalls ein exaktes, weil durch ¯nderungen des Koeffizienten ( nicht beeinflusstes Mass für die Durchflussgeschwin- digkeit ist.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei einem Wolt manmesser.
In der Hauptleitung 104 ist ein Woltmanmesser 133 eingebaut und es ist ein Umgang 134 vorgesehen, in welchem dem Messer die Öffnung 135 parallelgeschaltet ist. Der die eine Durchflussoffnung bildendeWoltmanmesser 133 verhält sich bezüglich seines Ausflusskoeffizienten ähnlich wie ein Venturirohr. Daher muss auch hier für die Kompen- sation eine zweite Durchflussoffnung 135 gewählt werden, deren, u-Wert bei Veränderung der Reynoldsschen Zahl ein umgekehrtes Verhalten zeigen wie der y-Wert des Woltmanmessers.
Wird dann bei gleichbleibender Durch flussstärke beispielsweise der Koeffizient ( des Woltmanmessers kleiner, derjenige der Blende 135 im LTmgang 134 entsprechend grösser, so verschieben sich, ohne dass die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit geändert wird, die Mengen an den beiden parallelgeschalteten.
Durchflussquerschnitten zueinander so, da-ss die Anzeige des Woltmanmessers von den Änderungen der in der Reynoldssehen Zahl enthaltenen veränderlichen Grossen unbeein- flusst bleibt.