DD282286A5 - Anordnung zur messung der volumenstroemung von gasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Volumenstroemung von Gasen, insbesondere in Probeentnahmesystemen zur Abluft- und Raumluftkontrolle in Kernkraftwerken im Temperaturbereich bis 100C. Ziel und Aufgabe bestehen darin, eine im Aufbau einfache Anordnung zur Durchfluszmessung von stroemenden Gasen bei niedrigen Volumenstroemen und hohen Temperaturen ohne gegenseitige thermische Beeinflussung der verwendeten Thermistoren zu schaffen. Dies wird dadurch geloest, dasz in einem Zylinder aus gut waermeleitfaehigem Material, mit geringer Waermekapazitaet und glatter Oberflaeche bei einer Gesamtlaenge von mindestens 300 mm und einem Durchmesser von etwa 40 mm bei geringer Wandstaerke im in Stroemungsrichtung gesehen hinteren Teil zwei elektrische Thermistoren enthalten sind, von denen der zur Temperaturkompensation dienende Thermistor in Stroemungsrichtung gesehen vor einem zweiten beheizten Thermistor liegt, der in einem Stroemungsroehrchen unmittelbar vor einem Austrittsstutzen angeordnet ist.{Messung; Volumenstroemung; Gase; Probeentnahmesystem; Abluft-Raumluftkontrolle; Kernkraftwerk; Thermikstor; Meszkammer}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Volumenströmung von Gasen, insbesondere in Probeentnahmesystemen zur Abluft- und Raumluftkontrolle in Kernkraftwerken im Temperaturbereich bis 100⁰C.

Charakteristik des bekannten Standes der Tee' nik

Die derzeit am meisten angewandten Verfahren zur Durchsatzmessung von Gasen arbeiten nach dem Wirkdruckprinzip. Diese Methoden benötigen eine genaue Messung des Differenzdruckes als Maß für die Durchflußmenge. Dadurch ist die Anwendung dieser Verfahren für niedrige Volumenströme nicht gegeben. Die auf dem Staudruckprinzip beruhenden Meßmethoden sind nur für mittlere und hohe Strömungsgeschwindigkeiten geeignet. Nach dem Schwebekörperprinzip arbeitende Meßverfahren sind von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten einsetzbar. Allerdings werden Geräte, welche dieses Prinzip ausnutzen, erst bei Volumenströmen von > 300 l/h mit elektrischem Ausgangssignal angeboten (z.B. Durchsatzmesser des Typs MFE von MLW). Die Erzeugung elektrischer Ausgangssignale bei noch niedrigen Durchsätzen unter Verwendung des

Schwebekörperprinzips stößt auf erhebliche technische Schwierigkeiten.

Induktive Durchflußmeßverfahren sind lediglich für die Anwendung in leitenden Flüssigkeiten geeignet.

Weiterhin sind noch sogenannte Durchflußzähler (Turbinenzähler) bekannt. Als Meßgröße wird hier die integrale Impulszahl bzw. die Impulsdichte benutzt, die proportional der volumenstromabhängigen Drehzahl eines Laufrades ist. Diese Verfahren werden vorrangig für Flüssigkeiten angewandt. Bei der Anwendung auf strömende Gase können größere Ungenauigkeiten

sowie Trägheitseffekte auftreten, die eine breitere Anwendung in gasförmigen Medien begrenzen. Darüber hinaus sind relativ kompliziert gestaltete Strömungskammern und Laufräder erforderlich.

Es sind weitere Verfahren und Anordnungen bekannt, bei denen mittels Laserstrahlung oder Schallwellen der in strömenden Medien auftretende Dopplereffekt zur Strömungsmessung ausgenutzt wird. Der Hauptnachteil dieser Anordnungen besteht in einem erheblichen technisch/apparativen Aufwand.

Alle bisher genannten Verfahren unterliegen einem mehr oder weniger starken Einfluß der Temperatur des strömenden

Mediums. (Lehrbuch der Automatisierungstechnik, Verlag der Technik 1983; Grundlagen der Automatisierung, Fachbuch verlag

Weiterhin werden thermische Verfahren angewandt. Unter anderem sind Anordnungen bekannt, bei denen die

Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitung ausgenutzt wird. Dabei wird die Wärmeübertragung infolge erzwungener

Konvektion zwischen einem elektrisch beheizten Fühler (z. B. Thermistor) und dem strömenden Medium als Maß für die

Strömungsgeschwindigkeit benutzt. Da die Wärmeübertragung temperaturabhängig ist, muß gleichzeitig mit einem zweiten Fühler (z. B. Thermistor) die Temperatur gemessen werden. Auf diese Weise werden elektrische Signale erzeugt, die elektronisch so miteinander verarbeitet werden, daß ein temperaturkompensiertes volumenstromproportionales elektrisches

Ausgangssignal zur Verfügung steht. Die bisher bekannten Anordnungen nach DD WP 136073/127 350/206211/69463 haben einen relativ komplizierten Aufbau. Bei niedrigen Volumenströmen und höheren Temperaturen kann darüber hinaus der Einfluß der Wärmestrahlung und Wärmeleistung vom Material der Meßkammer auf die Thermistoren sowie die thermische

Beeinflussung der Thermistoren untereinander einen zusätzlichen Meßfehler verursachen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer im Aufbau einfachen Anordnung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßkammer zur Aufnahme von 2 Thermistoren so zu gestalten, daß bei niedrigen Volumenströmen (bis zu einigen 1001/h) und höheren Temperaturen (bis etwa 100°C) die gegenseitige thermische Beeinflussung der Thermistoren sowie insbesondere die Beeinflussung der Thermistoren durch Wärmestrahlung und -leitung des Kammermaterials weitgehend vermieden wird und somit elektrische Ausgangssignale zur weiteren elektronischen Verarbeitung zur Verfugung zu stellen, so daß mit diesen eine temperaturkompensiertc Messung der Volumenströme von Gasen in vielen Anv ^ndungsfällen, insbesondere jedoch in Probeentnahmesystemen zur Raum- und Abluftkontrolle von Kernkraftwerken möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine im folgenden beschriebene Anordnung gelöst:

Die eigentliche Meßkammer ist von zylindrischer Gestalt. Die Abmessungen sind derart, daß eine Abkühlstrecke zwischen Eintritt in die Meßkammer und Anbringungsort der Thermistoren liegt. Als Material für die Kammer wird vorzugsweise gut wärmeleitendes Material, z.B. Cu oder al, verwendet. Gleichzeitig wird die Wärmekapazität der Kammer durch eine geringe Masse minimiert. Die Anordnung enthält zwei Thermistoren. Davon wird ein Thermistor elektronisch so gerenelt, daß er auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird. Damit wird gleichzeitig die durch Konvektion von Thermistor an den Luftstrom übertragene Wärmemenge gemessen. Um eine möglichst große Wärmemenge zu übertragen, ist am Einbauort eine laminare Strömung bei möglichst hoher Strömungsgeschwindigkeit erforderlich.

Zu diesem Zweck wird der beheizte Thermistor innerhalb eines zusätzlich' η Strömungsrohres angeordnet. Da der Prozeß der Wärmeübertragung von der Tempetatur abhängt, wird ein zweiter Thermist· r zur Messung der Temperatur des Gasstromes in der Meßkammer installiert. Die beiden Thermistoren wurden in Strömungsrichtung gesehen am Ende der Meßkammer installiert. Sie müssen sowohl voneinander als auch von der Kammerwand möglichst weit entfernt sein, um thermische Einflüsse zu minimieren. Des weiteren wird der zu beheizende Thermistor in Strömungsrichtung gssehen nach dem der Temperaturmessung dienenden Thermistoren angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, elektrische Ausgangssignale zu erzeugen, die weitestgehend nur von der Temperatur des Gasstromes und der Strömungsgeschwindigkeit, nicht aber von der Temperatur des Kammermaterials abhängen. Diese Signale werden in bekannter Weise so weiterverarbeitet, daß ein nur dem Volumenstrom proportionales Ausgangssignal entsteht.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispieles und der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Gemäß der Figur besteht die Erfindung aus einem Al-Zylinder 1 mit einem Innendurchmesser von etwa 40 mm, einer Längp von etwa 300 mm, hei einer Wandstärke von etwa 2-3mm. Die Oberfläche des Zylinders 1 ist glatt oder poliert gestaltet. An der in Strömungsrichtung vorn liegenden Stirnwand ist der Eintrittsstutzen 2 angeordnet. In der hinteren Stirnwand 9 befindet sich der Austrittsstutzen 3, der etwa 30mm in den Zylinder 1 hineinragt. Unmittelbar vor dem Austrittsstutzen 3 ist innerhalb eines speziellen Strömungsröhrchens aus AI4 zur Realisierung der gewünschten Strömungsverhältnisse der zu beheizende Thermistor 5 installiert. Mit diesem Strömungsröhrchen 4, das einen Innendruchmesser von etwa 10mm hat, werden bei Volumenströmen von ν = 1001/h laminare Strömungsverhältnisse salisiert. Über zwei fest in der Stirnwand 9 isoliert installierte 2-mm-Cu-Drähte 6 wird der Thermistor 5 gehalten und das ideßsignal nach außen geführt. Ein zweiter Thermistor 7, der zur Temperaturmessung im Gasstrom dient, ist vor dem Thermistor 5 angeordnet. Die Halterung des Thermistors 7 und die Ableitung des Meßsignals erfolgt ebenfalls mit zwei in der Stirnwand 9 isoliert installierten 2-mm-Cu-DrMhten 8. Zum Zwecke des einfachen und schnellen Wechsels der Thermistoren 5 und 7 ist die hintere Stirnwand 9 mittels Feingowinde M40 χ 1 im Al-Zylinder 1 befestigt.

Wegen der Gestaltung des Zylinders 1 hinsichtlich seiner Abmessungen und der Materialauswahl wird bei Volumenströmen im Bereich von etwa 20l/h bis 200 l/h das Aufheizen des Zylinders 1 bei Gastemperaturen bis etwa 100⁰C unter normalen Umgebungsbedingungen minimiert. Deshalb und durch die Installation der Thermistoren 5 und 7 im hinteren Bereich des Zylinders 1 wird die thermische Beeinflussung der Thermistoren 5und7durch aenZylinder 1 weitgehend vermieden. Durch die räumliche Trennung der Thermistoren 5 und 7 und die Anordnung des beheizten Thermistors 5 in Stiömungsrichtung hinter dem der Temperaturmessung dienenden Thermistor wird die gegenseitige thermische Beeinflussung ausgeschlossen. Damit werden auf sehr einfache Weise mit geringem Aufwand die Nachteile anderer Anordnungen kompensiert. Des weiteren werden Meßsignale erzeugt, welche lediglich von der Temperatur und der Volumenströmung des Gases abhängen. Aus diesen läßt sich mit elektronischen Mitteln ein temperaturabhängiges volumenstromproportionales Ausgangssignal erzeugen, durch eine Änderung des Durchmessers des Strömungsröhrchens 4 ist eine Meßbereichserweiterung sowohl nach unten als auch nach ober um etwa eine Größenordnung erreichbar.

Claims (2)

1 Anordnung zur Messung der Volumenströmung von Gasen mit geringen

Strömungsgeschwindigkeiten im Temperaturboreich bis zu etwa 100⁰C, gekennzeichnet dadurch, dai; in einem Zylinder (1) aus gutwärmeleitfähigem Material mit geringer Wärmekapazität und
glatter Oberfläche bei einer Gesamtlänge von mindestens 300 mm und einem Durchmesser von
etwa 4Qmm bei geringer Wandstärke im in Strömungsrichtung gesehen hinteren Teil zwei
elektrische Thermistoren (5,7) enthalten sind, von denen der zur Temperaturkompensation
dienende Thermistor (7) in Störmungsrichtung gesehen vor einem zweiten beheizten
Thermistor (5) liegt, der in einem Strömungsröhrchen (4) unmittelbar vor einem Austrittsstutzen (3) angeordnet ist.

2. Anordnung zur Messung der Volumenströmung von Gasen nach Anspruch 1, gekennzeichnet
dadurch, daß der Zylinder (1) aus Al oder Cu besteht.