DD282069A5

DD282069A5 - DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE FLOW FLOW RATE

Info

Publication number: DD282069A5
Application number: DD32463888A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Paul; Reinhard Knauel; Bernd Grundig
Original assignee: Adl Der Ddr Inst Fuer Ruebenfo
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1990-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Durchfluszmengen von Fluiden, insbesondere kleiner Durchfluszmengen. Der Einsatz ist in allen Prozessen moeglich, in denen die Durchfluszmenge von Fluiden, auch bei deren unterschiedlicher Zusammensetzung, mit einem elektronikkompatiblen Verfahren gemessen werden soll. Das Verfahren beinhaltet einen Vergleich der Meszwerte des statischen Druckes und der Meszwerte des Gesamtdruckes der Fluide mit dem Momentanwert eines zeitlich veraenderlichen hydraulischen und/oder pneumatischen Hilfsdruckes und die Ableitung eines pulsdauerproportionalen Schaltsignals mittels einer geeigneten Vorrichtung.{Durchfluszmessung; Fluide; Automatisierungsloesung; statischer Druck; Gesamtdruck; Staudruck; Momentanwert; Hilfsdruck}The invention relates to a method and a device for measuring the flow rates of fluids, in particular small flow rates. The use is possible in all processes in which the flow rate of fluids, even with their different composition, to be measured with an electronics-compatible method. The method involves a comparison of the static pressure measurement values and the total pressure measurement values of the fluids with the instantaneous value of a time-varying hydraulic and / or pneumatic auxiliary pressure and the derivation of a pulse-duration-proportional switching signal by means of a suitable device {flow rate measurement; fluids; Automation solution; static pressure; Total pressure; Back pressure; Instantaneous value; Auxiliary pressure}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Durchflußmengen von Fluiden aller Art, insbesondere kleine Durchflußmengen. Derartige Durchflußmeßyeräte sind bei allen Prozessen erforderlich, in denen die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Durchflußmange von Fluiden, insbesondere bei deren unterschiedlicher Zusammensetzung, gemessen werden soll. Die Lösung ist speziell für den Einsatz in der Automatisierungstechnik geeignet.The invention relates to a method and a device for measuring the flow rates of fluids of all kinds, in particular small flow rates. Such Durchflußmeßyeräte are required in all processes in which the flow rate and thus the Durchflußmange of fluids, especially in their different composition, to be measured. The solution is especially suitable for use in automation technology.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist eine Vielzahl von Lösungen bekannt, die die Bestimmung von fließenden Fluidmengen unter Anwendung von Prinzipien, die auf einer Stau- bzw. Wirkdruckmessung beruhen, beschreiben. Ein geschlossenes System wird in US-PS 3.939.708 vorgestellt. Die Verbindung von zwei Druckgebern, die in einer geeigneten Anordnung das Druckgefälle an einer Venturianordnung bestimmen, mit einer Einrichtung fü^r die Erzeugung eines pneumatischen Gegendruckes zur Gleichgewichtseinstellung des Systems, sowie diversen Kontroll- und Regelkreisen mit mechanisch arbeitenden Einzelaggregaten weist eine hohe ZaIiI bewegter mechanischer Einzelteile auf, die dessen Zuverlässigkeit unter Betriebsbedingungen beeinträchtigen, relativ große Einschwingzeiten hervorrufen und einen relativ hohen Warnings- und Reparaturaufwand bedingen.A variety of solutions are known that describe the determination of fluid flow quantities using principles based on a jam measurement. A closed system is presented in U.S. Patent 3,939,708. , Fo the connection of two pressure transducers, which determine the pressure drop at a venturi in an appropriate arrangement with a device ^r the production of a pneumatic back pressure equilibration of the system, as well as various control and regulation circuits with mechanically operating individual units has a high ZaIiI moving mechanical parts on, affecting its reliability under operating conditions, cause relatively large settling times and cause a relatively high Warnings- and repair costs.

Hingegen weist DD-PS 111995 eine vereinfachte Anordnung zur Erfüllung der Meßaufgabe aus. Analog der vorgenannten Lösung wird der Druckabfall eines Gases an einer Einschnürung des Strömungsquerschnittes zur Meßwertgewinnung mittels Differenzdruckgeber ermittelt.By contrast, DD-PS 111995 has a simplified arrangement to fulfill the measuring task. Analogously to the abovementioned solution, the pressure drop of a gas at a constriction of the flow cross-section for the purpose of obtaining measured values is determined by means of differential pressure sensors.

In der in DD-PS 111995 beschriebenen Anordnung wird die bei Wirkdruckmessungen übliche Blendenanordnung durch ein Magnetventil ersetzt; ein Differenzdruckgeber wird dabei mit den sich vor bzw. nach dem Magnetventil ausbildenden Druckwerten beaufschlagt. Wenn durch das strömende Fluid bei geschlossenem Magnetventil ein vorgegebener Differenzdruck erreicht wird, wird das Magnetventil mit getasteten Impulsen aufgesteuert. Dieser Schaltzustand wird beibehalten, solange der am Membrandruckschalter eingestellte Schwellwert des Differenzdruckes nicht unterschritten wird. Dies Messung des Volumanstromes erfolgt dann durch eine Zählung der vom Impulsgeber abgegebenen Impulsfolge. Als sehr nachteilig erweist sich dabei die im Strömungsweg angeordnete gesteuerte Stellvorrichtung, die nur einen intermittierenden Strömungsfluß erzeugen kann. Weiterhin wirkt sich nachteilig bei dieser Lösung die mangelhafte Zuverlässigkeit des Magnetventils aus, das bei einer starken Variation des Volumenstromes relativ hohe Schaltfrequenzen verarbeiten muß.In the arrangement described in DD-PS 111995 the usual in differential pressure measurements diaphragm assembly is replaced by a solenoid valve; a differential pressure transducer is acted upon by the pressure values forming before or after the solenoid valve. If a predetermined differential pressure is achieved by the flowing fluid when the solenoid valve is closed, the solenoid valve is turned on with keyed pulses. This switching state is maintained as long as the threshold value of the differential pressure set at the diaphragm pressure switch is not undershot. This measurement of the Volumanstromes then takes place by counting the output from the pulse generator pulse train. In this case, the controlled adjusting device arranged in the flow path, which can only generate an intermittent flow flow, proves to be very disadvantageous. Furthermore, a disadvantage of this solution is the lack of reliability of the solenoid valve, which must process relatively high switching frequencies in a strong variation of the volume flow.

Die in DE-PS 3431891 beschriebene Dosierkontrolleinrichtung besteht aus einem vor und einem nach dem Dosierventil angeordneten Druckaufnehmer. Die Differenz aus Vordruci: und Arbeitsdruck wird dabei als Steuergröße genutzt. Der Mangel dieser Anordnung offenbart sich in einer ungenügenden Rückwirkungsfreiheit der Messung auf die Meßwerte.The metering control device described in DE-PS 3431891 consists of a front and a downstream of the metering valve arranged pressure transducer. The difference between Vordruci: and working pressure is used as a control variable. The lack of this arrangement is manifested in an insufficient freedom from interference of the measurement on the measured values.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mittels derer bei erweitertem Einsatzbereich, vertretbarem Wartungs- und Reparaturaufwand und hoher Zuverlässigkeit die Durchflußmenge von Fluiden gemessen werden kann.The object of the invention is to develop a method and a device by means of which the flow rate of fluids can be measured in the case of an extended field of use, reasonable maintenance and repair expenditure and high reliability.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Durchflußmengen von Fluiden, insbesondere kleiner Durchflußmengen, zu entwickeln, so daß eine möglichst rückwirkungsfreie, quasikontinuierliche Meßwerterfassung gesichert wird sowie das System minimale Einschwingzeiten und eine geringe Anzahl bewegter mechanischer Teile aufweist.The invention has for its object to develop a method and apparatus for measuring the flow rates of fluids, especially small flow rates, so that a possible feedback-free, quasi-continuous data acquisition is secured and the system has minimal settling times and a small number of moving mechanical parts.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Messung von Durchflußmengen, insbesondere kleiner Durchflußmengen die von Meßwerte des Staudruckes mit dem Momentanwert eines zeitlich veränderlichen hydraulischen und/oder pneumatischen Hilfsdruckes verglichen werden und ein Schaltsignal abgeleitet wird.According to the invention the object is achieved in that for measuring flow rates, in particular small flow rates are compared of measured values of the back pressure with the instantaneous value of a time-variable hydraulic and / or pneumatic auxiliary pressure and a switching signal is derived.

Diese Lösung stellt bei minimiertem Einsatz mechanischer Teile gegenüber dem Stand der Technik eine Variante dar, die bei Verwendung eines relativ einfachen fertigungstechnologischen Prinzips ein Verfahren darstellt, daf?· ein mikroelektronisch verarbeitbares Signal liefert, eine hohe Meßdynamik besitzt und eine zuverlässige Lösung darstellt. Bei der Vorrichtung zur Messung von Druchflußmengen ist in einem Strömungsrohr je ein Sondenrohr zur Messung des statischen Druckes und ein Sondenrohr zur Messung des Gesamtdruckes des strömenden Fluids angeordnet, denen jeweils eine kugelgesteuerte Einrichtung nachgeordnet ist, die aus einem rohrförmigen Gehäuse, in dem sich eine axial verschiebbare Kugel befindet, besteht. Beide kugelgesteuerte Einrichtungen sind über eine Leitung jeweils mit einer Hilfsenergiequelle verbunden. Die axial verschiebbare Kugel in den rohrförmigen Gehäusen besteht aus einem Ferromagnetikum oder aus nichtleitendem Material, das mit einer leitfähigen Umhüllung versehen ist. Der am nichtleitenden Gehäuse angeordnete elektronische Sensor ist je nach Art des Kugelmaterials als Magnetfeld- (z. B. Hallsensor) bzw. dielektrischer Sensor ausgebildet. Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen und robusten Aufbau aus, der mit konventionellen fertigungstechnischen Mitteln ausgeführt werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt.This solution, with the minimized use of mechanical parts over the prior art, represents a variant which, when using a relatively simple manufacturing technology principle, represents a process that delivers a signal which can be processed by microelectronics, has a high dynamic range and represents a reliable solution. In the apparatus for measuring Druchflußmengen a probe tube for measuring the static pressure and a probe tube for measuring the total pressure of the flowing fluid is arranged in a flow tube, each of which a ball-controlled device is arranged downstream of a tubular housing in which an axial slidable ball is. Both ball-controlled devices are connected via a line in each case with an auxiliary power source. The axially displaceable ball in the tubular housings consists of a ferromagnetic or non-conductive material provided with a conductive sheath. The electronic sensor arranged on the non-conductive housing is designed as a magnetic field sensor (eg Hall sensor) or a dielectric sensor, depending on the type of ball material. The device is characterized by a simple and robust construction, which can be carried out with conventional production equipment and has a high reliability.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained with reference to an embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: Schematische Darstellung der Vorrichtung zur Messung von Durchflußmengen für Fluide Fig. 2: Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes des Druckes der pneumatischen Hilfsenergiequelle.Fig. 1: Schematic representation of the apparatus for measuring flow rates for fluids Fig. 2: Diagram showing the time course of the pressure of the pneumatic auxiliary power source.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. Von der Hilfsenergiequelle 8 wird ein Druck erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf in Figur 2 dargestellt ist und sich dadurch auszeichnet, daß im Bereich t₀—t,—1₂ der Druck linear von der Zeit abhängt. Die verfahrensbedingten Wirkungen sollen im folgenden für den in Figur 2 dargestellten Zeitabschnitt to bis η beschrieben werden. In diesem Zeitabschnitt ist der Druck der pneumatischen Hilfsenergiequelle 8 größer als die von den Sondenrohren 2 und 3 aufgenommenen Druckwerte p,,_a,;,_ch und p_o„_imt. Dadurch verschließt die Kugel 11 im rohrförmigen Gehäuse 4 den Ventilsitz 18. Gleichze'iig verschließt die Kugel 12 im rohrförmigen Gehäuse 5 den Ventilsitz 21. Zum Zeitpunkt U unterschreitet der Wert des Hilfsdruckes p_H den Wort des Gesamtdruckes p_aM,_m>. Damit wird die Kugel 11 in die durch Ventilsitz 19 festgelegte Endlage bewegt, wie in Figur 1 dargestellt. Die Lage der Kugel 12 ändert sich im rohrförmigen Gehäuse 5 zu diesen Zeitpunkt nicht.The operation of the device according to the invention will be explained with reference to the drawings. From the auxiliary power source 8, a pressure is generated, the time course is shown in Figure 2 and is characterized in that in the range t ₀ -t, -1 _2, the pressure depends linearly on the time. The process-related effects will be described below for the time period to to η shown in FIG. In this period, the pressure of the pneumatic auxiliary power source 8 is greater than the recorded by the probe tubes 2 and 3 pressure values p ,, _a ,;, _ch and p _o " _imt . 11 thereby closing the ball in the tubular housing 4 the valve seat 18 Gleichze'iig closes the ball 12 in the tubular housing 5 21 of the valve seat at the time U, the value of the auxiliary pressure p _H is less than the word of the total pressure p _aM, _m>. Thus, the ball 11 is moved to the valve seat 19 fixed end position, as shown in Figure 1. The position of the ball 12 does not change in the tubular housing 5 at this time.

Zum Zeitpunkt t2 unterschreitet der pneumatische Hilfsdruck p_H den Wert des statischen Druckes p_tuli_Kh des strömenden Fluids, so daß die Kugel 12 im Gehäuse 5 die Endlage im Ventilsitz 20 einnimmt. Das beschriebene Verfahren erlaubt damit die Abbildung der Druckdifferenz zwischen statischen und Gesamtdruck, d.h. also des Staudruckes eines strömenden Fluids auf eine durch die Zeitpunkte ti und tj definierte Zeitdifferenz.At time t2, the pneumatic auxiliary pressure p _H falls below the value of the static pressure p _tul i _K h of the flowing fluid, so that the ball 12 in the housing 5 assumes the end position in the valve seat 20. The described method thus allows the mapping of the pressure difference between static and total pressure, ie the back pressure of a flowing fluid to a time difference defined by the times ti and tj.

In einer Auswerteschaltung 22 werden mit einer logischen Verknüpfung die Signale der dialektrischen Sensoren 9 und 10 als pulsdauerproportionales Signal der Anzeigevorrichtung 23 zugeführt.In an evaluation circuit 22, the signals of the dialectric sensors 9 and 10 are supplied as a pulse duration proportional signal of the display device 23 with a logical operation.

Bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung befindet sich in einem Strömungsrohr 1 ein Sondenrohr 3 zur Aufnahme des statischen Druckes des strömenden Fluids, das in der Wandung des Strömungsrohres 1 angebracht und mit dem Flansch 14 eines rohrförmigen, nichtleitenden Gehäuses 5, in dem eine metallisierte, axial beweglich3 Kugel 12 angeordnet ist, verbunden ist. Des weiteren ist im Strömungsrohr 1 ein als PITOT-Rohr ausgebildetes Sondenrohr 2 angeordnet, mit dem der Gesamtdruck des strömenden Mediums erfaßt wird. Dieses Sondenrohr 2 ist ebenfalls mit einem rohrförmigen Gehäuse 4 verbunden, in dem sich eine metallisierte, axial bewegliche Kugel 11 befindet.In the device shown in Figure 1 is located in a flow tube 1, a probe tube 3 for receiving the static pressure of the flowing fluid, which is mounted in the wall of the flow tube 1 and with the flange 14 of a tubular, non-conductive housing 5, in which a metallized, axially movable3 ball 12 is arranged, is connected. Furthermore, in the flow tube 1 designed as a PITOT tube probe tube 2 is arranged, with which the total pressure of the flowing medium is detected. This probe tube 2 is also connected to a tubular housing 4, in which a metallized, axially movable ball 11 is located.

Die Ventilsitze 19,20 stehen über die Flansche 15 und 16 der rohrförmigen Gehäuse 4 und 5 und die Leitung 13 miteinander und mit einer pneumatischen Hilfsenergiequelle 8 in Verbindung, deren Druck zeitlich linear verändert wird. An den rohrförmigen Gehäusen 4 und 5 befinden sich kapazitive) Sensoren 9 und 10, die es gestatten, die Lage der metallisierten Kugeln 11,12 berührungslos zu erfassen. Die Sensoren 9,10 sind mit der Auswerteschaltung 22 und der Anzeigevorrichtung 23 in der dargestellten Weise verbunden.The valve seats 19,20 are connected via the flanges 15 and 16 of the tubular housing 4 and 5 and the line 13 with each other and with a pneumatic auxiliary power source 8 in connection whose pressure is linearly changed over time. On the tubular housings 4 and 5 are capacitive) sensors 9 and 10, which allow to detect the position of the metallized balls 11,12 without contact. The sensors 9,10 are connected to the evaluation circuit 22 and the display device 23 in the manner shown.

Claims

1. A method for measuring flow rates for fluids, in particular small flow rates, characterized in that the measured values of the static pressure and the measured values of the total pressure of the fluids are compared with the instantaneous value of a time-varying hydraulic and / or pneumatic auxiliary pressure and a Schalisignal is derived.

2. A device for measuring flow rates for fluids, in particular small flow rates, characterized in that on a flow tube (1) each have a probe tube (2) for measuring the total pressure and a probe tube (3) for measuring the static pressure of the flowing fluid are arranged which are each followed by a ball-controlled device (6, 7) which are each arranged in the immediate region of sensors (9, 10), both ball-controlled devices (6, 7) being connected via a line (13) to an auxiliary energy source (8). are connected.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the ball-controlled means (6, 7) consist of tubular non-conductive housings (4,5), in each of which a ball (11,12) is arranged axially displaceably between two valve seats.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the balls (11,12) consist of a Ferromagnetikum, wherein the housing (4,5) arranged electronic sensor (9,10) as a magnetic field sensor (eg Hall sensor) is formed is.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the balls (11,12) consist of non-conductive material, and are provided with a conductive sheath, wherein the housing (4,5) arranged electronic sensors (9,10) as a dielectric Sensors are formed.