DE10016032A1 - Durchflußmesser - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses eines Fluids, bei welchem das Fluid durch ein Primärelement geführt wird und in welchem Druck auf jeder Seites eines Begrenzers (2a) auf jeder Seite einer in einem Membrangehäuse (3) angeordneten Membrane (11) einwirken kann, wobei die Membrane wiederum auf ein mit Dehnmeßelementen (27) versehenes Meßelement (17) einwirkt, die Dehnelemente mit einer Meßbrücke (5) verbunden sind, deren Signale zur Anzeige des Durchflusses durch ein Lochblech, beispielsweise auf einem Anzeigeelement (7) oder anderweitig zur Aufnahme von Änderungen in dem Durchfluß oder zur Kontrolle des Durchflusses bei einem bestimmten Wert mittels eines Steuersystems verwendet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durch­ flusses oder des Drucks eines Fluids, in welche das Fluid durch ein Primärelement geführt wird und in welcher der Druck auf jeder Seite des Begrenzers in dem Primärelement auf jeder Seite einer in einem Membrangehäuse angeordneten Membrane wirkt, wobei die Membrane wiederum auf ein Meßelement mit Dehnmeßstreifen einwirkt, die mit einer Meßbrücke verbunden sind, welche den Durchfluß durch das Primärelement anzeigt. Bei der Druckmessung wirkt der Flüssigkeitsdruck nur auf einer Seite der Membran.

Bei bekannten Durchflußmessern, die auf dem Prinzip der Mes­ sung mit Dehnmeßstreifen basieren, beispielsweise wie in der US 2,707,393 beschrieben, welche zur Messung, ob und in wel­ chem Ausmaß ein Durchfluß pulsiert, konstruiert sind, werden die Bewegungen der Membrane mittels eines Verbindungsglieds auf ein Gehäuse übertragen, welches die Dehnmeßstreifen beher­ bergt, wodurch unerwünschte Hystereseeffekte auftreten, wenn der Durchfluß ansteigt und abnimmt. Da die Dehnmeßstreifen in direkter Berührung mit dem Fluid stehen, werden die Ergebnisse der Messung außerdem durch Temperaturänderungen des Fluids beeinträchtigt. Dies trifft z. B. auf den Gegenstand der US 3,444,736 zu, aus der eine komplizierte Anordnung bekannt ist, in welcher die Membrane, die die Dehnmeßstreifen betätigt, von Silikonöl umgeben ist und von zwei weiteren Membranen einge­ schlossen ist, die wiederum die Druckdifferenz in einem Ventu­ rirohr detektieren. Diese Vorrichtung verursacht darüber hin­ aus unerwünschte Hystereseeffekte und gemäß der Patentschrift bietet diese ein Durchflußverhältnis von nur 3 : 1. Darüber hinaus müssen bei beiden Vorrichtungen die elektrischen Ver­ bindungen der Dehnmeßstreifen, die in ein Fluid unter Druck eingetaucht sind, mit elektrisch voll abgedichteten bzw. iso­ lierten Durchführungen versehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der zuvor bekannten Vorrichtungen zu eliminieren und einen Durch­ flußmesser einfacher Konstruktion zu schaffen, der bei Zunahme und Abnahme des Durchflusses gänzlich frei von Hystereseer­ scheinungen ist und der aufgrund der Tatsache, daß die Dehn­ meßstreifen vollständig außerhalb des Fluids und symmetrisch auf einem Meßelement angeordnet sind, Meßergebnisse liefert, die vollständig unabhängig von Temperaturschwankungen in dem Fluid sind. Ein weiterer Vorzug ist, daß das Fluid die Dehn­ meßelemente aufgrund seiner Aggressivität, Toxizität, Tempera­ tur, seines Drucks oder seiner abrasiven Eigenschaften nicht zerstören kann. Dies wird durch eine Anordnung erzielt, bei welcher eine in einem Membrangehäuse angeordnete Membrane durch höheren und niedrigen Druck, der auf jeder Seite des Primärelements einwirkt, betätigt wird und in welchem eine Membranachse sich im rechten Winkel zu der Membrane erstreckt, wobei ein Ende der Achse in der Mitte der Membrane angebracht ist und das andere Ende mit einem Bewegungssitz-Loch versehen ist. Ein Ende eines Fingers wird ohne Spiel mittels einer Einstellschraube mittig in dem Loch in dem freien Ende der Membranachse gehalten. Der Finger erstreckt sich abwärts durch ein hohles Meßelement, an welchem dieser an dessen unterem Ende befestigt ist. Das Meßelement, dessen hohles Inneres für den Zutritt des Fluids auf einer Seite der Membrane zugänglich ist, ist flüssigkeitsdicht mit einer Seite des Membrangehäuses verschraubt. Da die Membran dazu neigt, sich zu der Seite zu bewegen, auf welcher niedrigerer Druck vorherrscht, übt diese eine ziehende oder drückende Wirkung auf die Membranachse aus, abhängig davon, auf welcher Seite der hohe Druck wirken kann. Die Membranachse wiederum verbiegt das Meßelement über den an dieser angebrachten Finger. Die Dehnmeßelemente, die der Au­ ßenseite des Meßelementes angehaftet sind, sind in bekannter Art und Weise mit einer Wheatstoneschen Meßbrücke verbunden, die die Widerstandsänderungen der Dehnmeßelemente in elek­ trische Signale umsetzt. Dieses Signal kann verwendet werden, um eine durchflußkalibrierte Ausgabe auf einem Anzeigeinstru­ ment zu liefern und/oder anderenfalls Durchflußänderungen aufzuzeichnen oder den Durchfluß bei einem gewünschten Wert mit Hilfe eines bekannten Steuersystems zu steuern. Die vor­ liegende Erfindung bietet außerdem ein Durchflußverhältnis von 10 : 1 oder 100 : 1, wenn nur Druck gemessen wird, was signifikant höher ist als dasjenige vorbekannter Vorrichtungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren im einzelnen beschrieben, wobei

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Durchflußmeßeinrich­ tung darstellt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Membrangehäuse eines Durchflußmessers darstellt und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Membrangehäuses ist.

Fig. 1 zeigt die Rohrleitung 1, die das Medium enthält, dessen Fluß oder Durchfluß zu messen ist und welches durch einen Begrenzer 2a in einem Primärelement 2 geführt wird, wobei auf jeder Seite des Begrenzers das Fluid über die Instrumentenlei­ tungen 4 mit dem Membrangehäuse 3 kommuniziert. Eine Abzwei­ gung 18, die ein Meßelement (17 in Fig. 2) beherbergt, ist mit dem Membrangehäuse verschraubt, an welchem eine Meßbrücke 5 vollständig mit Energiezufuhreinheit 6 und Anzeigeinstrument 7, welches den Durchfluß in geeigneten Einheiten anzeigt, angebracht sind.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Membrangehäuse 3 des Durchflußmessers zwischen dessen rechtem Abschnitt 9 und dessen linkem Abschnitt 10 eine Membrane 11 flüssigkeitsdicht eingeklemmt ist, und zwar unter Verwendung von O-Ring-Dichtun­ gen 12 mittels Schrauben 13. Eine Membranachse, die sich frei durch einen hohlen Durchtritt 14 in dem linken Abschnitt des Membrangehäuses erstreckt, ist auf einer Seite an die Mitte der Membrane angebracht. Das andere Ende der Achse ist mit einem Loch 16 versehen, das im rechten Winkel zur Mittellinie der Membranachse gebohrt wurde. Der linke Abschnitt des Mem­ brangehäuses ist ebenso mit einem hohlen Durchtritt 15 verse­ hen, dessen Mitte mit dem Zentrum des Lochs 16 deckungsgleich ist. Ein hohles Meßelement ist zentral um den hohlen Durch­ tritt 15 angeordnet und ist in seiner Lage flüssigkeitsdicht durch die Abzweigung 18 mittels Schrauben (19) in Fig. 3 und einer O-Ring-Dichtung 20 gesichert. Ein an dem unteren Ende 21 des Meßelements angeordneter Finger kann sich frei in dem hohlen Inneren des Meßelements bewegen, durch den hohlen Durchtritt 15 und mittig durch das Loch 16 in der Membranach­ se. Das freie Ende der Membranachse ist mit einer zentralen Gewindebohrung versehen, die eine Einstellschraube 23 auf­ nimmt, deren spitz zulaufendes Ende in die Membranachse 8 und den Finger 22 ohne Spiel eingreift, durch ein Loch 24, welches fluchtend mit der Mittellinie mit der Membranachse durch den Finger gebohrt ist. Das Meßelement 17 ist bezüglich des linken Abschnitts des Membrangehäuses mittels eines Führungsstifts 25 ausgerichtet, um zu gewährleisten, daß das Loch 24 in dem Finger mit der Mittellinie des Membrangehäuses ausgerichtet ist, wenn das Meßelement eingerichtet wird. Dehnmeßstreifen 27 sind paarweise auf der Außenseite des taillierten Mittelbe­ reichs 26 des Meßelements aufgebracht und elektrisch mit einer Meßbrücke 5 verbunden.

Weiterhin sind jeweils der rechte und linke Abschnitt des Membrangehäuses mit Gewindebohrungen 28 zur Verbindung der Instrumentenleitungen 4 mit dem Begrenzer-Primärelement 2 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des linken Abschnitts 10 des Membrangehäuses, die die durch Schrauben 19 gesicherte Ab­ zweigung 18 zeigt. Der linke und der rechte Abschnitt des Membrangehäuses sind mit Schrauben 13 zusammengefügt. Die Meßbrücke ist mit 5 bezeichnet.

Da nur Differenzdruck gemessen wird, ist die vorliegende Er­ findung vollständig unabhängig von dem statischen Druck des Fluids und von jeglichen Druckänderungen; diese ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, gilt aber auch für Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels. Die Erfin­ dung kann ebenso verwendet werden, um sowohl den Durchfluß von Gasen als auch von Flüssigkeiten zu messen. Außerdem kann die Erfindung dazu verwendet werden, den statischen Druck in einer Rohrleitung zu messen, indem eine der Instrumentenleitungen 4 an die Rohrleitung angeschlossen wird, in welcher der Druck zu messen ist. Die Erfindung kann weiterhin dazu verwendet wer­ den, um den Füllstand in einem Behälter zu messen, wenn das spezifische Gewicht der Flüssigkeit bekannt ist und der Flüs­ sigkeitsdruck am Boden des Behälters gemessen wird. Wenn der Behälter geschlossen ist und unter höherem Druck als Umge­ bungsdruck steht, sollte die zweite Instrumentenleitung 4 an die Gasphase angeschlossen sein, d. h. an den oberen Bereich des Behälters.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Durchflußmessung eines Fluids, bei welcher das in Rede stehende Fluid durch ein mit einem Begrenzer (2a) versehenes Primärelement geführt ist und in welcher der Differenzdruck an dem Begrenzer auf eine Membran (11) wirken kann, welche wiederum auf ein mit Dehnmeßelementen (27) versehenes Meßelement (17) wirkt, wobei die Dehnmeß­ elemente (27) mit einer Meßbrücke verbunden sind, die den Durchfluß durch den Begrenzer anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der Mem­ bran ohne Spiel über eine Membranachse (8) auf einen Fin­ ger (22) übertragen werden, der sich rechtwinklig zu der Membranachse erstreckt und sich in einer hohlen Durch­ führung in einem zylindrischen Meßelement (17) frei bewe­ gen kann sowie an dem unteren Ende der hohlen Durchführung befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Finger (22) in einem in der Mem­ branachse gebohrten Loch (16) im rechten Winkel zu der Mittellinie frei beweglich ist und in Spannung mit der Membran mittels einer Einstellschraube (23) mit sich ver­ jüngender Spitze gehalten wird, wobei die Schraube mittig in das Ende der Membranachse eingedreht ist, mit ihrer Spitze gegen ein in den Finger gebohrtes Loch (24) sitzend und mit ihrer Mitte mit der Mittellinie der Membranachse ausgerichtet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Meßelement außen mit einem taillierten Mittelbereich (26) versehen sind, auf welchem Dehnmeßelemente paarweise angeordnet sind.