Die Erfindung betrifft einen digitalen Gasdurchflussmesser mit zwei kommunizierenden Rohren.
Im Laboratorium werden in herkömmlicher Weise vorwiegend Schwebekörper-Durchflussmesser (Rotameter) für Gasflussmessungen im Bereich von einigen Litern bis einigen m3 pro Stunde verwendet. Für kleine Gasdurchflussmengen unter ca. 2 milmin (0,12 Liter/h) ist es schwierig, entsprechende Messrohre zu erhalten. Daneben verwendet man für kleine Gasmengen Strömungsmanometer. In beiden Fällen ist die Messung abhängig von der Art des Gases (Viskosität und spez. Dichte). Es müssen verschiedene Eichkurven für verschiedene Gase ermittelt werden. Der Messbereich übersteigt in beiden Fällen kaum zwei Dekaden. Eine Umwandlung der Messgrösse in ein entsprechendes elektrisches Signal ist aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kleinste Gasdurchflussmengen (bis unter 0,1 mUmin) zu messen und den Messwert als elektrisches Signal zu erhalten. Der Messwert der erfindungsgemässen Messvorrichtung ist wenig abhängig von der Gasart und der Messbereich erstreckt sich vorzugsweise über drei Dekaden. Die digitale Anzeige erlaubt diesen Messbereich ohne Schwierigkeiten abzulesen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass oberhalb der Basisverbindung zweier kommunizierender Rohre diese zusätzlich durch ein leicht geneigtes Messrohr miteinander verbunden sind, wobei eine Ausbuchtung des einen Rohres an der höhergelegenen Mündungsstelle des Messrohres sich bis zum Niveau der tiefergelegenen Mündungstelle des anderen Rohres erstreckt und soviel einer nichtflüchtigen und die Messrohrinnenwand nichtbenetzenden Flüssigkeit in dem Rohrsystem vorhanden ist, dass die untere Mündungsstelle des Messrohres gerade verschlossen wird und die obere Mündungsstelle noch über der Flüssigkeit liegt, wobei ferner zur Erfassung der Bewegung eines Flüssigkeitspfropfens im Messrohr elektrische Detektoren vorgesehen sind, deren Ausgangssignale durch elektronische Mittel verarbeitet und die so ermittelte Messgrösse digital angezeigt wird.
Im folgenden werden zuerst das Prinzip anhand von Fig.
1 der beiliegenden Zeichnungen und ein Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 2 erläutert
Die eigentliche Messvorrichtung besteht, wie Fig. 1 zeigt, aus zwei kommunizierenden Rohren, welche oberhalb der Basisverbindung zusätzlich durch ein leicht geneigtes Rohr mit genau bekanntem Innendurchmesser miteinander verbunden sind. Das eine Rohr, wo die Verzweigung in dieses Rohr höher liegt, weist an dieser Stelle eine Ausbuchtung auf, die bis nahe zur Höhe der tiefergelegenen Verzweigung an dem anderen Rohr reicht. In der Folge wird das Verbindungsrohr als Messrohr bezeichnet In den kommunizierenden Rohren befindet sich soviel einer nichtflüchtigen und leichtviskosen Flüssigkeit, dass das tiefergelegene Ende des Messrohres gerade von dieser verschlossen wird, aber das höhergelegene Ende noch oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt.
Der Durchmesser der kommunizierenden Rohre muss etwa gleich gross wie beim Messrohr sein. Das zu messende Gas tritt in das Rohr mit der tiefergelegenen Verzweigung ein. Das durchströmende Gas transportiert nun den Flüssigkeitspfopfen durch das Messrohr und er fällt am oberen Ende durch die Ausbuchtung wieder in die Flüssigkeitssäule.
Der sich nun hebende Flüssigkeitsspiegel verschliesst das untere Ende des Messrohres wieder. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich nun dauernd. Aus der Zeit, in welcher der Flüssigkeitspfropfen eine bestimmte Länge im Messrohr zurücklegt, wird die zeitliche Durchflussmenge ermittelt.
Diese Zeit wird gemessen, indem man an zwei Stellen des Messrohres Detektoren anbringt, die den Durchgang des Pfropfens registrieren und ein elektronisches Zeitmessgerät ansteuern.
Das Messrohr, oder dessen Kontaktfläche mit der Arbeitsflüssigkeit, muss aus einem Material bestehen, welches von der verwendeten Arbeitsflüssigkeit nicht benetzt wird.
Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Die Messvorrichtung besteht aus Glas, als Arbeitsflüssigkeit wird Quecksilber verwendet. Unter Umständen kann man auch andere schwerflüchtige Flüssigkeiten, z. B.
Hochvakuumöle, verwenden. Sie müssen möglichst niedrige Viskositäten haben. Der Innendurchmesser des Messrohres richtet sich nach dem Messbereich. Im erwähnten Beispiel beträgt er 2,478 mm und die Messstrecke (in der Zeichnung mit 1 bezeichnet) 250 mm. Das Beispiel ist besonders für eine Feindosierung zwischen etwa 1 bis 220 ml Gas pro Minute geeignet Die Ein- und Austrittstellen des Gases sind gegen ein Austreten der Arbeitsflüssigkeit geschützt Als Detektoren werden Lichtschranken, L1 und L2 in der Zeich- nung, verwendet. Sie steuern ein elektronisches Zeitmessgerät mit Digitalanzeige.
Bei kürzeren Messzeiten kann man durch Aufsummieren von jeweils zehn Einzelmessungen (durch entsprechende Beschaltung des Zeitmessgerätes) die Messsicherheit erhöhen.
Um sehr lange Messzeiten bei kleinsten Durchflussmengen zu vermeiden, kann man die Messstrecke mit mehreren Detektoren mit kürzeren Abständen unter sich abtasten.
Falls man sich nicht direkt für die zeitliche Durchflussmenge interessiert, sondern eine Zeitgrösse, die proportional der Messzeit ist, z. B. die Aufenthaltszeit des Gases in einem nachfolgenden Gefäss oder die Kontaktzeit mit einem Katalysator in einem Reaktionsrohr usw., so kann man durch
Wahl einer der Proportionalität entsprechenden Taktfre quenz für das digitale Zeitmessgerät die gewünschte Grösse in einer gewählten Zeiteinheit direkt digital messen.
PATENTANSPRUCH
Gasdurchflussmesser für kleine Gasmengen mit zwei kommunizierenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass ober halb der Basisverbindung der beiden Rohre, diese zusätzlich durch ein leicht geneigtes Messrohr miteinander- verbunden sind, wobei eine Ausbuchtung des einen Rohres an der höher gelegenen Mündungsstelle des Messrohres sich bis zum Ni veau der tiefergelegenen Mündungsstelle des anderen Roh res erstreckt und soviel einer nichtflüchtigen und die lnnen- wand des Messrohres nicht benetzenden Flüssigkeit in dem
Rohrsystem vorhanden ist, dass die untere Mündungsstelle des Messrohres gerade verschlossen wird und die obere Mün dungsstelle noch über dem Flüssigkeitsniveau liegt, wobei fer ner zur Erfassung der Bewegung eines Flüssigkeitspfropfens im Messrohr elektrische Detektoren vorgesehen sind,
deren
Ausgangssignale durch elektronische Mittel verarbeitet und die so ermittelte Messgrösse digital angezeigt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Gasdurchflussmesser nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch die Verwendung von Quecksilber als Arbeitsflüssigkeit.
2. Gasdurchflussmesser nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch die Verwendung einer flüssigen Metallegierung als Arbeitsflüssigkeit.
3. Gasdurchflussmesser nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Messrohres aus einem Kunststoff besteht, welcher eine unbenetzbare Oberfläche aufweist
4. Gasdurchflussmesser nach Patentanspruch, oder nach Unteranspruch 1 oder 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Lichtschranken als Detektoren.
5. Gasdurchflussmesser nach Patentanspruch, oder nach Unteranspruch 1 oder 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Unterteilung der Messstrecke durch mehrere Detektoren.
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The invention relates to a digital gas flow meter with two communicating tubes.
In the laboratory, mainly variable area flow meters (rotameters) are used for gas flow measurements in the range from a few liters to a few m3 per hour. For small gas flow rates below approx. 2 milmin (0.12 liters / h) it is difficult to obtain suitable measuring tubes. In addition, flow manometers are used for small amounts of gas. In both cases, the measurement depends on the type of gas (viscosity and specific density). Different calibration curves have to be determined for different gases. In both cases, the measuring range barely exceeds two decades. Converting the measured variable into a corresponding electrical signal is complex.
The invention is based on the object of measuring the smallest gas flow rates (down to less than 0.1 mUmin) and of receiving the measured value as an electrical signal. The measured value of the measuring device according to the invention is little dependent on the type of gas and the measuring range preferably extends over three decades. The digital display allows this measuring range to be read off without difficulty.
According to the invention, this object is achieved in that above the base connection of two communicating pipes they are additionally connected to one another by a slightly inclined measuring pipe, a bulge of one pipe at the higher-lying opening point of the measuring tube extending to the level of the lower-lying opening point of the other tube and so much a non-volatile liquid that does not wetting the inner wall of the measuring tube is present in the pipe system, so that the lower opening point of the measuring tube is just closed and the upper opening point is still above the liquid, furthermore electrical detectors are provided for detecting the movement of a liquid plug in the measuring tube, the output signals of which are through processed electronically and the measured variable thus determined is displayed digitally.
In the following, the principle will first be explained with reference to Fig.
1 of the accompanying drawings and an exemplary embodiment are explained with reference to FIG
The actual measuring device consists, as FIG. 1 shows, of two communicating tubes which are additionally connected to one another above the base connection by a slightly inclined tube with an exactly known inner diameter. One pipe, where the branching into this pipe is higher, has a bulge at this point which extends to close to the level of the lower branching on the other pipe. In the following, the connecting tube is referred to as the measuring tube.In the communicating tubes there is so much of a non-volatile and slightly viscous liquid that the lower end of the measuring tube is closed by it, but the higher end is still above the liquid level.
The diameter of the communicating pipes must be roughly the same as that of the measuring pipe. The gas to be measured enters the pipe with the lower branch. The gas flowing through now transports the liquid plug through the measuring tube and it falls back into the liquid column at the upper end through the bulge.
The now rising liquid level closes the lower end of the measuring tube again. The process described is now repeated continuously. The flow rate over time is determined from the time in which the liquid plug covers a certain length in the measuring tube.
This time is measured by attaching detectors at two points on the measuring tube, which register the passage of the plug and control an electronic timing device.
The measuring tube, or its contact surface with the working fluid, must consist of a material that is not wetted by the working fluid used.
Fig. 2 of the accompanying drawings shows an embodiment. The measuring device is made of glass and mercury is used as the working fluid. Other non-volatile liquids, e.g. B.
Use high vacuum oils. They must have the lowest possible viscosities. The inside diameter of the measuring tube depends on the measuring range. In the example mentioned, it is 2.478 mm and the measuring section (denoted by 1 in the drawing) is 250 mm. The example is particularly suitable for a fine metering of between 1 and 220 ml of gas per minute. The inlet and outlet points of the gas are protected against leakage of the working liquid. Light barriers, L1 and L2 in the drawing, are used as detectors. You control an electronic timing device with a digital display.
In the case of shorter measurement times, the measurement reliability can be increased by adding up ten individual measurements (by appropriately connecting the timing device).
In order to avoid very long measuring times with the smallest flow rates, the measuring section can be scanned with several detectors with shorter distances between them.
If you are not directly interested in the temporal flow rate, but a time variable that is proportional to the measurement time, e.g. B. the residence time of the gas in a subsequent vessel or the contact time with a catalyst in a reaction tube, etc., you can go through
Choosing a clock frequency that corresponds to the proportionality for the digital timing device. Measure the desired size directly digitally in a selected time unit.
PATENT CLAIM
Gas flow meter for small amounts of gas with two communicating tubes, characterized in that above the base connection of the two tubes, these are also connected to one another by a slightly inclined measuring tube, with a bulge of one tube at the higher point of the mouth of the measuring tube extending to the Ni veau of the lower opening point of the other tube and so much a non-volatile liquid that does not wetting the inner wall of the measuring tube in the
The pipe system is present so that the lower opening point of the measuring tube is just closed and the upper opening point is still above the liquid level, with electrical detectors also being provided to detect the movement of a liquid plug in the measuring tube,
their
Output signals processed by electronic means and the measured variable thus determined is displayed digitally.
SUBCLAIMS
1. Gas flow meter according to claim, characterized by the use of mercury as the working fluid.
2. Gas flow meter according to claim, characterized by the use of a liquid metal alloy as the working fluid.
3. Gas flow meter according to claim, characterized in that the inner wall of the measuring tube consists of a plastic which has a non-wettable surface
4. Gas flow meter according to claim, or according to dependent claim 1 or 2 or 3, characterized by the use of light barriers as detectors.
5. Gas flow meter according to claim, or according to dependent claim 1 or 2 or 3, characterized by the subdivision of the measuring section by several detectors.
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