DE1027418B - Einrichtung zur Druck- bzw. Temperatur-berichtigung fuer Membrandurchflussmesser - Google Patents

Einrichtung zur Druck- bzw. Temperatur-berichtigung fuer Membrandurchflussmesser

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DE1027418B
DE1027418B DES43082A DES0043082A DE1027418B DE 1027418 B DE1027418 B DE 1027418B DE S43082 A DES43082 A DE S43082A DE S0043082 A DES0043082 A DE S0043082A DE 1027418 B DE1027418 B DE 1027418B
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DE
Germany
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pressure
compensation
current
coil
temperature
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Application number
DES43082A
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English (en)
Inventor
Dr Rer Nat Heinz Kronmueller
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/50Correcting or compensating means
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00Control of flow
    • G05D7/06Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Druck- bzw, Temperaturberichtigung für Membrandurchflußmesser Bei einer bekannten Ausführung von Membrandurchflußmessern wird die Auslenkung der Membran mit Hilfe einer elektrodynamisch erzeugten Gegenkraft kompensiert. Der die Gegenkraft erzeugende Strom durchfließt hierbei nacheinander beide Wicklungen des elektrodynamischen Systems. Hierdurch wird eine Radizierung bewirkt und eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Anzeige bei der Messung des Stromes erhalten. Der Druckunterschied (Wirkdruck) an der Meßmembran iI p ist der Dichte e des strömenden Mediums und dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit v proportional. Ändert sich die Dichtet infolge Temperatur- und Druckschwankungen des Mediums, so ändert sich der Wirkdruck im entsprechenden Maß, und es treten Meßfehler auf.
  • Es ist nun bei der Durchflußmessung zwar bekannt, in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur eines Meßgases je einen elektrischen Widerstand zu verstellen - und diesen Widerstand zu den beiden in Reihe geschalteten Spulen des elektrodynamischen Meßwerks für die Kraftkompensation parallel zu schalten. Hierdurch wird jedoch eine Druck- und Temperaturberichtigung der Anzeige nur mit sehr grober Annäherung und nur innerhalb eines eng begrenzten Druck- und Temperaturbereiches erhalten.
  • Gemäß der Erfindung erreicht man eine exakte Druck-und Temperaturberichtigung dadurch, daß der das elektrodynamische System durchfließende Kompensationsstrom eine elektrische Brücken- oder Differenzschaltung mit den vom Druck bzw. der Temperatur beeinflußten Widerständen speist und der mit Hilfe eines Verstärkers verstärkte, dieser Schaltung entnommene Differenz- oder Diagonalstrom eine zusätzliche, die Kraft einer Spule des elektrodynamischen Systems vergrößernde oder verkleinernde Kompensationskraft erzeugt.
  • Für die Kraftkompensation wird zweckmäßig ein fremderregtes Tauchspulmeßwerk benutzt. In diesem Fall wird der verstärkte Strom der Brücken- bzw. Differenzschaltung vorteilhafterweise einer zusätzlichen Erregerwicklung zugeführt, die magnetisch im Sinne der Haupterregerwicklung wirkt. Der der Brücken- bzw. Differenzschaltung entnommene Strom kann nach einer Abart der Erfindung nach Verstärkung zur Verstellung eines Servomotors dienen, der einen Parallelwiderstand zu einer Spule des elektrodynamischen Kompensationssystems einstellt und hierdurch die Druck- bzw. Temperaturberichtigung bewirkt.
  • Im folgenden sollen kurz die mathematischen Beziehungen angegeben werden, aus denen sich ergibt, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine exakte Druck- und Temperaturberichtigung in einem praktisch beliebigen Bereich möglich ist.
  • Zwischen dem Wirkdruck J p und der Strömungsgeschwindigkeit v besteht, wie bereits anfangs erwähnt, die Beziehung zl p e g v2. Die Dichte Q1 bei der Temperatur T1 und dem Druck p1 verhält sich zur Dichte Qa bei der Temperatur T2 und dem Druck P2 bei idealen Gasen wie el = p1 T2 P2 P2 . T1 Bezieht man auf die Normaldichte Qo bei der Temperatur T0 und dem Druck PO und setzt man P1 = Po + undT1=T0Ö% sogilt (PO+8P)TO 1 +E Po = Qo PO (TQ + 6 T) Q° 1 t y wobei #p #T £ = 8 = p0 Der Wirkdruck A p ist also proportional 2 (1 t s) 1 + # Dieser Wirkdruck wird bei einem elektrodynamischen, radizierenden Meßwertumformer nach dem Prinzip des Kraftvergleichs, z. B. durch die Kraft eines fremderregten Tauchspulmeßwerks, ausgewogen. Diese Kompensationskraft ist dem Produkt aus dem durch die Tauchspule fließenden Strom und dem Strom durch die Erregerspule proportional.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mit Hilfe einer elektrischen Schaltung aus dem Kompensationsstrom i, der die Erregerspule und die Tauchspule nacheinander durchfließt, einen Strom I zu gewinnen, der von der Temperatur und dem Druck des Meßgases abhängig ist, und durch diesen Strom eine zusätzliche Kompensationskraft zu erzeugen, die die auf die Tauchspule oder die Erregerspule ausgeübte Kraft unterstützt.
  • Hierdurch wird im Strom i, der durch die Tauchspule und die Erregerspule fließt, ein druck- und temperaturunabhängiges Maß für die Strömungsgeschwindigkeit v erhalten. Da der Wirkdruck d p von der Kompensationskraft des Tauchspulmeßwerks ausgewogen wird, gilt # p ~ i (i + I) ~ v2 1 +8 ; 1 + # da i ein Maß für v sein soll, kann i proportional v gesetzt werden. Hieraus folgt i (i + I) ~ i² 1 + # und I ~ i # - # .
  • 1 + # 1 + # Die funktionelle Abhängigkeit 1 = 1 (i, e, ?7) wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Schaltung, in der die elektrisch abgebildeten Werte von e und n mit Normalwerten verglichen werden und die vom Kompensationsstrom i gespeist wird, dargestellt. Wählt man für die elektrische Schaltung eine Brückenschaltung gemäß Fig. 1, die an den Punkten 1 und 2 vom Kompensationsstrom i gespeist wird und aus den Widerständen R1 + rl, R2 + r,, R3 und R4 aufgebaut ist (r1 ist hierbei ein Maß für die Abweichung von der Normaltemperatur, während r2 ein Maß für die Abweichung vom Normaldruck darstellt; R1, R2, R3, R4 sind Festwiderstände), so erhält man nach elementarer Rechnung für die Diagonalspannung Ub, die an den Punkten 3 und 4 der Brücke auftritt, unter der Voraussetzung, daß die Bedingung R1 : R2 = R2 : R4 erfüllt ist, R4 Setzt man r1 Rs = # und r2 = #, so wird Ub=Ki 8-17 1 + +8 R2 R4 (K = Konstante) e und 8 können durch geeignete Wahl der Bezugsgrößen R4 immer kleiner als 1 gemacht werden. Wählt man R3 sehr groß, so wird Ub # K i # - # .
  • 1 + # Diese Gleichung läßt sich durch Wahl geeigneter Widerstände mit beliebiger Genauigkeit erfüllen, so daß eine praktisch exakte Druck- und Temperaturberichtigung erhalten wird. Die Brückenverstimmung Ub ist ein Maß für 1. Korrigiert man nur die Temperatur des Mediums, wird 21 = 0, und es gilt exakt: Ub =K + 8 Erfindungsgemäß wird U, in einen Meßverstärker gegeben. Der Verstärker liefert im Ausgang den Kompensationsstrom I, der z. B. durch eine Zusatzwicklung der Erregerspule des Tauchspulsystems fließt.
  • An Stelle einer Brückenschaltung kann auch eine Differenzschaltung der druck- bzw. temperaturabhängigen Widerstände mit Normalwiderständen verwendet werden.
  • Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung aufgebaute Schaltung. In die Rohrleitung 5, welche das Gas führt, dessen Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, ist in bekannter Weise eine Meßblende 6 eingesetzt. Der Wirkdruck d P wird, wie in der Figur schematisch angedeutet, über die Impulsleitungen 7 und 8 entnommen und dem Membrandurchflußmesser 9 zugeführt. Die Auslenkung der Membran wird über den an einen Waagebalken 10 angelenkten Hebel 11 durch eine Gegenkraft kompensiert. Am anderen Ende des Waagebalkens 10 ist die Tauchspule 12 des Tauchspulmeßwerks 13 angebracht. Zur Erregung des Magnetfeldes dient die Erregerspule 14. Magnetisch im gleichen Sinne wirkt die zusätzliche Wicklung 15, die vom Strom I für die Druck-und Temperaturkompensation gespeist wird. Bei einer Auslenkung der Membran 9 wird die am induktiven Geber 16 liegende Spannung verändert und vom Ausgang des Verstärkers 17 der Kompensationsstrom i geliefert, der die Tauchspule 12 und die Erregerspule 14 sowie die Brückenschaltung 18 durchfließt und hierbei die Kompensationskraft für die Rückführung der Membran 9 in die Ausgangslage erzeugt. Der Widerstand Rl + r1 der Brücke 18 wird von einem Temperaturmeßgerät 19 im Gasstrom eingestellt, während der Widerstand R2 + r2, von einem Druckmeßgerät 20 beeinflußt wird.
  • Die an den Punkten 3 und 4 auftretende Spannung Ub wird in dem Verstärker 21 verstärkt, und der Ausgangsstrom I dieses Verstärkers speist die Zusatzwicklung 15, welche magnetisch im gleichen Sinne wie die Haupterregerwicklung 14 wirkt. Am Meßinstrument 22, welches vom Kompensationsstrom i durchflossen wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar abgelesen werden, und sämtliche Meßfehler, die bei allen bekannten Einrichtungen durch Druck- und Temperaturschwankungen des strömenden Mittels hervorgerufen werden, sind eliminiert.
  • Die beschriebene Anordnung kann auch dahin abgewandelt werden, daß der Strom I einer zweiten Wicklung auf der Tauchspule zugeführt wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRUCHE: 1. Einrichtung zur Druck- und bzw. oder Temperaturberichtigung für Membrandurchflußmesser mit elektrodynamischer, radizierend wirkender Kraftkompensation des Membranausschlags, wobei der Kompensationsstrom durch in Abhängigkeit von dem Druck bzw. der Temperatur des Meßgases verstellten elektrischen Widerständen zusätzlich beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der das elektrodynamische System durchfließende Kompensationsstrom eine elektrische Brücken- oder Differenzschaltung mit den vom Druck bzw. der Temperatur beeinflußten Widerständen (Rl + rl bzw. R2 + r2) speist und daß der mit Hilfe eines Verstärkers (21) verstärkte, dieser Schaltung entnommene Differenz- oder Diagonalstrom eine zusätzliche, die Kraft einer Spule (15) des elektrodynamischen Systems (13) unterstützende oder vermindernde Kompensationskraft erzeugt.
  2. 2. Einrichtung zur Druck- und bzw. oder Temperaturberichtigung nach Anspruch 1 mit einem fremderregten Tauchspulmeßwerk für die Kraftkompensation, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkte Strom der Brücken- bzw. Differenzschaltung eine magnetisch im Sinne oder Gegensinne der Haupterregerwicklung (14) wirkende zusätzliche Wicklung (15) des Tauchspulmeßwerkes oder eine zusätzliche Wicklung auf der Tauchspule speist.
  3. 3. Einrichtung zur Druck- und bzw. oder Temperaturberichtigung nach Anspruch 1 mit einem elektrodynamischen Meßwerk, z. B. Tauchspulmeß- werk zur Kraftkompensation, dadurch gekennzeichnet, daß durch den verstärkten Strom der Brücken- bzw. Differenzschaltung z. B. über einen Servomotor ein Parallelwiderstand zur Tauchspule oder der Erregerspule verstellt wird.
DES43082A 1955-03-18 1955-03-18 Einrichtung zur Druck- bzw. Temperatur-berichtigung fuer Membrandurchflussmesser Pending DE1027418B (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3053083A (en) * 1960-04-28 1962-09-11 Hagan Chemicals & Controls Inc Pressure and temperature corrected fluid flow meters
DE1241133B (de) * 1958-09-30 1967-05-24 Siemens Ag Schaltungsanordnung fuer Gasdurchfluss-Messumformer zur Korrektur der Anzeige nach mehr als zwei Zustandsgroessen des Gases
DE1281850B (de) * 1963-02-07 1968-10-31 Halbergerhuette G M B H Vorrichtung zum Schutz von Kreiselpumpen gegen UEberhitzung

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