CH664832A5

CH664832A5 - Einrichtung zur messung des in rohrleitungen herrschenden drucks von fluessigkeiten, gasen und schuettgut.

Info

Publication number: CH664832A5
Application number: CH4017/84A
Authority: CH
Inventors: Anatoly Leonardovic Grokholsky; Dmitry Georgievich Konev; Sergei Dmitrievich Tarasenko; Mikhail Mikhailovich Gorbov; Valentin Ivanovich Gorshenev
Original assignee: Barnaulskij Ok B Avtomatiki
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1988-03-31
Also published as: SE445075B; SE8405119L; FR2569846B1; FR2569846A1; SE8405119D0; DE3431849A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Messung des Druckes in Rohrleitungen, insbesondere auf Einrichtungen zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut.

Die Erfindung kann unmittelbar für technologische Prozesse bei Erzeugung von flüssigen Stoffen, z.B. der Schwefelsäure, von geschmolzenen Mono- und Polymeren, verschiedenen Säuren und Ölen benutzt werden sowie zur Messung des Druckes von gasförmigen Stoffen, z.B. von Druckluft, Wasserstoff, Sauerstoff in Rohrleitungen und bei der Erzeugung von Schüttgut wie z.B. Zement in der chemischen und Nahrungsmittelindustrie, in der Leichtindustrie und im Maschinenbau angewandt werden.

Die gemäss der Erfindung ausgeführten Einrichtung kann auch zur Bestimmung des Durchmessers von ausgedehnten zylindrischen Körpern, z.B. der Zerstäubernadel für Dieselmotoren oder des Aussendurchmessers von Metallröhren und -Stäben im Maschinenbau benutzt werden.

Eine bekannte Einrichtung zur Druckmessung bei Stoffen in Rohrleitungen enthält eine als Druckaufnehmer wirkende Membran, die als bewegliche Elektrode eines kapazitiven Wandlers dient und zusammen mit einem Schirm gefertigt wird, sowie eine unbewegliche Elektrode, die mit der Membran eine elektrische Kapazität bildet. Eine Änderung des Stoffdruckes bewirkt eine Verschiebung der Membran und folglich eine Änderung der Kapazität zwischen der unbeweglichen Elektrode und der Membran. Nach dieser Kapazitätsänderung wird der Stoffdruck in der Rohrleitung bewertet (vgl. z.B. Ageikin D.I., Kostina E.I., Kusnezowa I.N. «Mess-grössenaufnehmer für Kontrolle und Regelung», Moskau, Verlag «Maschinostrojenije», 1965, S. 615).

Bei Messung des Stoffdruckes in Rohrleitungen mit Hilfe dieser Einrichtung führen die Temperatureinflüsse und die Einwirkung von aggressiven Medien um den Wandler bei dessen längerem Betrieb zur Korrosion der Elektrodenoberfläche und zur Änderung des gegenseitigen Abstandes der unbeweglichen Elektrode und der Membran. Dadurch ergeben sich Abweichungen der Wandlerkapazität von ihrem anfänglichen Wert und Fehler bei der Messung des Stoffdruckes in Rohrleitungen.

Es ist auch eine Einrichtung zur Messung des Druckes von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut in Rohrleitungen bekannt, die eine Brückenschaltung mit einem Messwertwandler und einem Kompensationswandler enthält. Diese Wandler stellen Dehnungsgeber dar, die am Umfang und an der Erzeugenden der Rohrleitung aufgeklebt werden (vgl. z.B. Ageikin D.I., Kostina E.N., Kusnezowa I.N. «Messgrös-senaufnehmer zur Kontrolle und Regelung», Moskau,

Verlag «Maschinostrojenije», 1965, S. 665).

Diese Einrichtung liefert aber Messergebnisse mit bedeutenden Fehlern infolge der Temperaturbeeinflussung der Dehnungsgeber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gase, und Schüttgut zu entwik-keln, bei der die Ausführung der Brückenschaltung eine bedeutende Erhöhung der Genauigkeit bei der Messung des Stoffdruckes in Rohrleitungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Einrichtung zur Messung der in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut mit einem Messwertwandler und einem Kompensationswandler, die zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, erfin-dungsgemäss der Messwertwandler mit einem als Hohlzylinder ausgeführten und die Rohrleitung umfassenden Abschirmgehäuse sowie mit zwei im Abschirmgehäuse angeordneten ringförmigen Elektroden aufgebaut ist, welche einen Kondensator bilden, die Rohrleitung mit einem Spielraum umfassen und in der Axialrichtung der Rohrleitung in einem Abstand voneinander liegen.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit bei der Druckmessung ist es zweckmässig, im Kompensationswandler einen im Abschirmgehäuse des Messwertwandlers angeordneten ringförmigen Schirm vorzusehen, der die Rohrleitung mit einem Spielraum umfasst, und eine ringförmige Elektrode in das Abschirmgehäuse des Messwertwandlers einzubauen, die zusammen mit einer Elektrode dieses Messwertwandlers einen Kondensator bildet, in der Richtung der Rohrleitungsachse in einem Abstand von dieser Elektrode liegt und den ringförmigen Schirm mit einem Spielraum umfasst.

Die zum Patent angemeldete Einrichtung zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut ermöglicht eine Erhöhung der Messgenauigkeit, da der Druck von flüssigen und gasförmigen Stoffen sowie von Schüttgut in der Rohrleitung nach der Kapazitätsänderung zwischen den ringförmigen Elektroden bewertet wird.

Bei Benutzung dieser Einrichtung zur Messung des Durchmessers von langgestreckten zylindrischen Körpern ergibt sich auch eine höhere Messgenauigkeit, da die Durchmesser-grösse ebenfalls nach der Kapazitätsänderung zwischen den ringförmigen Elektroden beurteilt wird.

Die Erfindung wird an Hand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschaltbild der Einrichtung zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine Skizze der Einrichtung nach Fig. 1 (einen teilweisen Längsschnitt);

Fig. 3 eine Skizze einer anderen Ausführungsvariante der an einer Rohrleitung angeordneten Einrichtung gemäss der Erfindung (Längsschnitt im vergrösserten Massstab);

Fig. 4 ein elektrisches Prinzipschaltbild der anderen Variante der Einrichtung nach Fig. 3.

2

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664832

Die zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut bestimmte Einrichtung enthält erfindungsgemäss einen Messwertwandler 1 (Fig. 1) und einen Kompensationswandler 2, die zu einer Brückenschaltung, d.h. einer Transformatorbrückenschaltung zusammengeschaltet sind.

Ein Brückenzweig wird durch den Messwertwandler 1 und die Sekundärwicklung 3 eines Transformators 4 gebildet, dessen Primärwicklung 5 an einen Stromerzeuger 6 angeschlossen ist.

Den anderen Brückenzweig bilden der Kompensationswandler 2 und die Sekundärwicklung 3 des Transformators 4.

In der Brückendiagonale liegt ein Nullindikator 7, bei dem ein Eingang mit dem Messwertwandler 1 und dem Kompensationswandler 2 verbunden ist, während der andere Eingang an der Sekundärwicklung 3 des Transformators 4 liegt.

Der Messwertwandler 1 (Fig. 2) enthält ein als Hohlzylinder ausgeführtes Abschirmgehäuse 8, das mit einem Spielraum die Rohrleitung 9 umfasst, in welcher der Druck einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Schuttguts gemessen wird. Im Gehäuse 8 sind auf Isolatoren 10 und 11 zwei ringförmige Elektroden 12 und 13 eingebaut, die miteinander einen Kondensator bilden. Die Elektroden 12 und 13 umfassen die Rohrleitung 9 mit einem Spielraum und liegen in der Axialrichtung der Rohrleitung 9 in einem Abstand voneinander.

Der Kompensationswandler 2 stellt zwei Segmentelektroden 14 und 15 dar, die miteinander mittels einer Schraube 16 verbunden sind und einen Kondensator mit veränderlicher Kapazität bilden.

Die Elektrode 14 ist mit der Elektrode 13 elektrisch verbunden, und die Elektroden 15 und 12 haben herausgeführte elektrische Anschlüsse.

Zwecks grösserer Steigerung der Messgenauigkeit enthält der Kompensationswandler 2 (Fig. 3) nach der anderen Ausführungsvariante der Einrichtung gemäss der Erfindung einen ringförmigen Schirm 17, der im Abschirmgehäuse 18 des Messwertwandlers 1 eingebaut ist und die Rohrleitung 9 mit einem Spielraum umfasst. Im Abschirmgehäuse 18 ist eine ringförmige Elektrode 19 angeordnet, die mit einer ringförmigen Elektrode 20 des Messwertwandlers 1 wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, einen Kondensator bildet. Die ringförmige Elektrode 19 (Fig. 3) liegt in der Axialrichtung der Rohrleitung 9 in einem Abstand von der Elektrode 20 und umfasst den ringförmigen Schirm 17 mit einem Spielraum.

Die Elektroden 19 und 20 sind im Abschirmgehäuse 18 auf Isolatoren 21 bzw. 22 eingebaut und haben herausgeführte elektrische Anschlüsse.

Alle oben erwähnten Elektroden können mit gleichem Durchmesser gefertigt werden.

Die Elektroden 12 und 20, das Abschirmgehäuse 18 und die Rohrleitung 9 bilden einen Mehrfachkondensator bei dem die gegenüberliegenden Elektroden gleiche Kapazitätswerte ergeben, während die Elektroden 20 und 19, das Abschirmgehäuse 18, der ringförmige Schirm 17 und die Rohrleitung 9 einen anderen Mehrfachkondensator bilden.

Die erfindungsgemäss ausgeführte Einrichtung zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut funktioniert folgenderweise.

Die Sinusspannung eines Wechselstromes wird vom s Stromerzeuger 6 (Fig. 1) dem Transformator 4 zugeführt und in die Wicklung 3 dieses Transformators 4 transformiert, in deren Stromkreis der Messwertwandler 1 und der Kompensationswandler 2 liegen. Die Elektrode 13 (Fig. 2) des Messwertwandlers 1 ist mit der Elektrode 14 des Kompensations-lo wandlers 2 elektrisch verbunden. Die Elektroden 12 und 13 sind im Gehäuse 8 mit einem Spielraum in Bezug auf die Rohrleitung 9 eingebaut, während der Kompensationswandler 2 an einer beliebigen Stelle bezüglich der Rohrleitung 9 angeordnet wird. Bei Bewegung eines Stoffes durch die ls Rohrleitung 9 verformt der entstehende Druck die Wände dieser Rohrleitung 9, d.h. ändert sich ihr Durchmesser und somit die Kapazität zwischen den Elektroden 12 und 13.

Vor Beginn der Messung und bei fehlendem Stoff in der Rohrleitung 9 wird die Lage der Elektrode 14 des Kompensa-20 tionswandlers 2 in Bezug auf die Elektrode 15 mit Hilfe der Schraube 16 so lange geändert, bis der Abgleich der Brücke mit dem Transformator nach dem Nullindikator 7 (Fig. 1) erreicht wird.

Beim Transport des Stoffes durch die Rohrleitung 9 (Fig. 2) 25 verformt der Stoffdruck die Wände dieser Rohrleitung 9, d.h. ändert sich der Durchmesser der Rohrleitung 9 und somit die Kapazität des Messwertwandlers 1 zwischen den Elektroden 12 und 13. Das Signal der Brückenverstimmung gelangt zum Nullindikator 7 (Fig. 1), dessen Ausschlag die Druckgrösse in 30 der Rohrleitung 9 anzeigt.

Dieselbe Einrichtung nach Fig. 1 und 2 kann auch zur Messung des Durchmessers von langgestreckten zylindrischen Körpern benutzt werden, weil bei der Bestimmung des Druckes in der Rohrleitung 9 die dem Druck entsprechenden 33 Änderungen des Durchmessers dieser Rohrleitung 9 gemessen werden.

Die andere Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig. 3 und 4 funktioniert ähnlich der Einrichtung nach Fig. 1 4o und 2.

Der Unterschied besteht nur darin, dass die beiden Wandler 1 (Fig. 3) und 2 an der Rohrleitung 9 angeordnet werden. Die Elektrode 19 ist im ringförmigen Schirm 17 mit einem Spielraum in Bezug auf diesen Schirm 17 eingebaut, 45 der im Abschirmgehäuse 18 angeordnet ist. Eventuelle Änderungen der Dielektrizitätskonstante und der Temperatur des umgebenden Mediums zwischen den Elektroden 12 und 20 sowie zwischen den Elektroden 20 und 19 werden keinen Einfluss auf die Messergebnisse ausüben, da die Wandler 1 50 (Fig. 4) und 2 gleiche Anfangskapazitätswerte haben und in benachbarte Brückenzweige eingeschaltet sind.

Wenn an der Rohrleitung 9 (Fig. 3) ein dielektrischer Film entsteht, wird die Kapazität C des Messwertwandlers 1 wie 55 folgt definiert:

C~Co

, 2b 81-1 /2b y { ei-l\ 2 /i_in\

'--r • —" rrj )

(1)

Wenn aber die Elektrode 19 mit einem dielektrischen Film überzogen wird, ergibt sich die Kapazität des Kompensationswandlers 2 zu

C~Co

"1 +

2b H

£1 + 1 81

(-f-r-m

+,

(2)

hierbei sind b die Filmdicke;

664 832

ei die Dielektrizitätskonstante des Films;

ei-L-ln2

C-0

71

die Anfangskapazität des Mehrfachkondensators; H der Abstand zwischen den Elektroden 12 und 20 oder 20 und 19, dem Abschirmgehäuse 18 und der Rohrleitung 9 oder dem ringförmigen Schirm 17 des Mehrfachkondensators; L mittlere geometrische Länge der Elektroden 12,20,19. Bei Korrosionsbildung entstehen auf den Innenflächen des Abschirmgehäuses 18, des ringförmigen Schirmes 17, der Elektroden 12,20,19 in den Wandlern 1 und 2 dielektrische Filme, die im ersten Fall (nach Gl. /I/) eine Verringerung der Kapazität und im zweiten Falle (nach G1./2/) eine Ver-grösserung der Kapazität bewirken. Die summarische Änderung der Kapazität der Wandler 1 und 2 wird dabei eine vernachlässigbare Grösse von ungefähr

Ih;

Infolge der Einschaltung des Messwertwandlers 1 (Fig. 4) und des Kompensationswandlers 2 in die benachbarten Zweige der Transformatorbrücke haben die Änderungen der Dielektrizitätskonstante und der Temperatur des umgebenden Mediums keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit, wenn die Elektroden 12, 20,19 der beiden Kondensatoren gleiche Länge L haben.

Eine Änderung des Durchmessers der Rohrleitung 9 s (Fig. 3) infolge des geänderten Stoffdruckes wird sich nur auf die Elektroden 12 und 20 auswirken, während Änderungen des Rohrleitungsdurchmessers im Bereich der Elektroden 20 und 19 zu keiner Änderung der Kapazität zwischen diesen Elektroden 20 und 19 führen, da die Elektrode 19 in bezug io auf die Rohrleitung 9 im ringförmigen Schirm 17 angeordnet ist. Die der Druckänderung in der Rohrleitung 9 proportionale Änderung der Kapazität des Wandlers 1 wird vom Nullindikator 7 registriert.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Messung des in 15 Rohrleitungen Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut ergibt eine höhere Genauigkeit bei der Messung des Stoffdruckes in Rohrleitungen.

Diese Einrichtung kann man auch für die Messung des Durchmessers von langgestreckten zylindrischen Körpern 20 benutzen.

Die Möglichkeit einer operativen Kontrolle gestattet die Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung zur Druckmessung in Rohrleitungen, über die Stoffe transportiert werden, die durch ihren Druck auf die Rohrleitungs-25 wände Änderungen des Rohrleitungsdurchmessers bewirken.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

664 832 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Messung des in Rohrleitungen herrschenden Drucks von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgut mit einem Messwertwandler (1) und einem Kompensationswandler (2), die zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertwandler (1) ein als Hohlzylinder ausgebildetes Abschirmgehäuse (8 ; 18), das die Rohrleitung (9) umfasst, und zwei im Abschirmgehäuse (8; 18) eingebaute ringförmige Elektroden (12,13 ; 12,20) enthält, die einen Kondensator bilden, die Rohrleitung (9) mit einem Spielraum umfassen und in der Axialrichtung der Rohrleitung (9) in einem Abstand voneinander liegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Aufbau des Kompensationswandlers (2) mit einem im Abschirmgehäuse (18) des Messwertwandlers (1) eingebauten ringförmigen Schirm (17), der die Rohrleitung (9) mit einem Spielraum umfasst, und mit einer im Abschirmgehäuse (18) des Messwertwandlers (1) eingebauten ringförmigen Elektrode (19), die mit einer Elektrode (20) dieses Messwertwandlers (1) einen Kondensator bildet, von dieser Elektrode (20) in der Axialrichtung der Rohrleitung (9) in einem Abstand liegt und den ringförmigen Schirm (17) mit einem Spielraum umfasst.