DE1098728B

DE1098728B - Stroemungsmengenmesser

Info

Publication number: DE1098728B
Application number: DEA28565A
Authority: DE
Inventors: Philippe Arragon
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1957-01-02
Filing date: 1957-12-24
Publication date: 1961-02-02
Also published as: FR1164330A; GB861337A; US3027764A

Description

Die Messung der Durchflußmengen von Strömungsmitteln, insbesondere Gasen, kann entweder mit Hilfe von Apparaten erfolgen, welche den Druckabfall des Strömungsmittels beim Vorbeiströmen an einem Strömungshindernis messen, oder mit Hilfe von volumetrischen Apparaten oder mit Hilfe von Apparaten, welche für andere physikalische Wirkungen empfindlich sind, insbesondere für Wärmewirkungen.

In diesem letzteren Fall erlaubt die verhältnismäßige Kompliziertheit der Vorgänge im allgemeinen nicht die theoretische Bestimmung der Beziehung zwischen der Meßgröße, der Strömungsmenge und der Anzeigegröße, z. B. einer elektrischen Stromstärke. Es muß dann eine vorherige Eichung des Meßgeräts vorgenommen werden. Diese grundsätzlich verhältnismäßig einfache Eichung wird jedoch schwierig und kostspielig, wenn das Gerät zur Messung von hohen Strömungsmengen, z. B. in der Größenordnung von 10 000 m³/h, bestimmt ist.

Man hat bereits versucht, eine Messung der Durchflußmenge nur an einem genau bestimmten Bruchteil der gesamten Durchflußmenge vorzunehmen. So ist insbesondere in der französischen Patentschrift 465 624 vom 21. April 1914 vorgeschlagen worden, daß Meßgerät durch einen Abschnitt der Strömungsmittelleitung zu bilden, welcher in mehrere gleiche Leitungen unterteilt ist, von denen eine mit einer Meßvorrichtung versehen ist, während die anderen mit ähnlichen, aber unwirksamen Vorrichtungen versehen sind, so daß der Druckabfall des Strömungsmittels beim Durchgang durch alle Leitungen des Bündels der gleiche bleibt, was die Aufrechterhaltung der Gleichheit der Durchflußmenge in den Leitungen gestattet. Es ist jedoch in der Praxis sehr schwierig, einen genau gleichen Druckabfall des Strömungsmittels beim Durchfluß durch die verschiedenen Leitungen zu erhalten, so daß eine Einstellung des Druckabfalls beim Durchströmen aller Leitungen vorgenommen werden muß, was zeitraubend und schwierig ist. Ferner ist es zwar möglich, auf diese Weise die Hauptleitung in eine kleine Zahl von Leitungen zu unterteilen, z.B. zwei, drei oder vier, und die Messung und somit die vorherige Eichung für einen bedeutenden Bruchteil der gesamten Durchflußmenge vorzunehmen, z. B. für die Hälfte, das Drittel oder das Viertel, an die Benutzung eines derartigen Geräts kann jedoch nicht gedacht werden, wenn die Messung an einem erheblich kleineren Bruchteil der gesamten Durchflußmenge erfolgen soll, z. B. in der Größenordnung von einem Hundertstel, was bei den obenerwähnten großen Durchflußmengen erforderlich ist, da es dann praktisch unmöglich wird, in jeder Leitung eine der Meßvorrichtung entsprechende Vorrichtung anzuordnen.

Demgegenüber gestattet das erfindungsgemäße Ge-Strömungsmengenmesser

Anmelder:

L'Air Liquide, Societe Anonyme

pour l'Etude et !'Exploitation

des Procedes Georges Claude,

Paris

Vertreter: Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hildastr. 32

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 2. Januar 1957

Philippe Arragon, Asnieres (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

rät, die Messung der großen Durchflußmengen dadurch vorzunehmen, daß man nur einen geringen Bruchteil der gesamten Durchflußmenge durch die Meßvorrichtung strömen läßt, wobei jedoch nur eine einzige derartige Vorrichtung vorhanden ist. Das Gerät weist wie die bereits bekannten Geräte ein in eine Leitung des Strömungsmittels eingeschaltetes Rohrbündel auf, wobei eines dieser Rohre mit einer Meßvorrichtang versehen ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Rohre leer und einander gleich sind und daß die Abmessungen des Meßrohrs so gewählt sind, daß der Druckabfall des Strömungsmittels beim Durchströmen des leeren Rohres um eine Größe kleiner als beim Durchströmen der anderen Rohre ist, welche gleich dem durch die Einführung der Meßvorrichtung verursachten zusätzlichen Druckalbfall ist. Man gibt z. B. dem Meßrohr einen etwas größeren Querschnitt als den anderen Rohren. Wenn die Meßvorrichtung unmittelbar in die Strömungsmittelströmung gebracht wird, ist es in der Praxis ziemlich schwierig, eine genaue Abgleichung zu erhalten. Es ist daher einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechend zweckmäßig, dem Meß rohr solche Abmessungen zu geben, daß der Druckabfall bei seiner Durchströmung unter Berücksichtigung des Vorhandenseins der Meßvorrichtung etwas kleiner als der gewünschte Wert ist, und ihn genau mit Hilfe einer Zusatzeinrichtung einzustellen, welche einen kleinen regelbaren Hilfsdruckabfall schafft. Diese Zusatzvorrichtung kann z. B. eine kleine

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Körnerschraube sein, welche mehr oder weniger in das Rohr eingeführt wird.

Es ist auch möglich, dem Meßrohr die gleichen Abmessungen wie den anderen Rohren des Bündels zu geben, wenn die Meßvorrichtung in die Wand des Meßrohres selbst eingebaut wird, so daß sie kein Hindernis für die Strömung des Strömungsmittels bildet. Die Benutzung einer Zusatzvorrichtung zur Schaffung eines Druckabfalls kann dann leichter vermieden werden.

Die dank der auf die obige Weise erzielten gleichmäßigen Verteilung der Durchflußmenge des Strömungsmittels auf die verschiedenen Rohre des Rohrbündels enthaltene Genauigkeit der Ergebnisse wäre jedoch illusorisch, wenn das Strömungsmittel an dem Eingang des Rohfbündels nicht unter homogenen Temperatur- und Druckbedingungen ankäme oder zu schnell diese Homogenität bei seinem Austritt verlieren würde. Diese Homogenität wird nun nur unvollkommen in Leitungen für große Durchflußmengen erreicht, welche einen großen Durchmesser haben und in welchen die Strömungsmittelschichten am Umfang dem Wärmeaustausch mit der umgebenden Atmosphäre stärker ausgesetzt sind als die mittleren Schichten und bei welchen außerdem die Strömung in der Nähe der Wand langsamer als in der Mitte ist.

Der erforderliche Temperatur- und Druckausgleich wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß die Gesamtheit des Strömungsmittels vor und hinter dem zur Messung der Durchflußmenge dienenden Rohrbündel durch Homogenisierungsvorrichtungen geleitet wird, z. B. sogenannte Beruhigungskammern, in welchen das Strömungsmittel auf einem gewundenen Weg strömt, auf welchem die verschiedenen Schichten ihre Wärme austauschen und sich miteinander mischen, bevor sie zu dem Eingang des Rohrbündels gelangen.

Die am häufigsten benutzte Meßvorrichtung beruht auf der Veränderung der von dem Strömungsmittel von einem in den Strom derselben gebrachten heißen Körper abgeführten Wärmemenge in Abhängigkeit von der Durchflußmenge. Dieser heiße Körper ist im allgemeinen ein durch Joulesche Wärme geheizter elektrischer Draht, wobei man entweder den Widerstand des Drahtes mißt, welcher eine Funktion 4-5 seiner Temperatur ist, indem man in ihm eine konstante Leistung entwickelt, oder die Leistung, welche ihm geliefert werden muß, um einen Widerstand und somit eine Temperatur konstant zu halten. Zur Vermeidung der etwa durch die Temperaturschwankungen des Strömungsmittels verursachten Fehler wird vor dem geheizten Widerstand ein zweiter Widerstand angeordnet, welchen man die Temperatur des Strömungsmittels annehmen läßt, und die beiden Widerstände werden gemäß einer bekannten Schaltungrin die Zweige einer Wheatstoneschen Brücke eingeschaltet. Die von einem Meßgalvanometer gegebene Anzeige ist dann von der Temperatur des Strömungsmittels unabhängig.

Man kann auch Meßvorrichtungen benutzen, welche für andere physikalische Eigenschaften des Strömungsmittels empfindlich sind, z. B. die magnetischen Eigenschaften.

Bei einem elektrisch leitenden oder ionisierbaren Strömungsmittel kann man das Meß rohr in das magnetische Feld eines hufeisenförmigen Magneten bringen und die in dem Strömungsmittel induzierten Spannungsunterschiede durch zwei in der Wandung des Meßrohres einander gegenüberliegend angeordneter Kontakte über ein Voltmeter messen.

Auch ist es möglich, in das Meßrohr an verschiedenen Punkten einen Sender und ein Empfangsgerät einzubauen und mit Hilfe dieser Anordnung die in dem Strömungsmittel auftretenden Phasenverschiebungen zu registrieren.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshaliber in ihrer Anwendung für die Messung von Durchflußmengen von Gasen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch das gesamte mit einem Rohrbündel versehene Gerät;

Fig. 2 zeigt ein Meßrohr, in welchem die Widerstände durchDrähte gebildet wenden, welche auf einen in der Achse des Rohres angeordneten isolierenden Halter aufgewickelt sind;

Fig. 3 zeigt ein Meß rohr, in welchem die Widerstände durch Wandabschnitte des Rohres gebildet werden;

Fig. 4 zeigt eine Kammer zur Homogenisierung der Temperatur und des Drucks eines Gases am Eingang des Rohrbündels, welche insbesondere für Gase mit hoher Geschwindigkeit (über 1 m/s) geeignet ist.

In Fig. 1 kommt das Gas, dessen Durchflußmenge gemessen werden soll, durch die Leitung 1 an und gelangt zunächst in eine sogenannte »Beruhigungskammer« 2, welche die Homogenisierung seiner Temperatur und seines Drucks ermöglicht. In dieser Kammer befindet sich eine Wand 3, welche den Gasstrom in Richtung auf den Umfang der Kammer ablenkt. Der so abgelenkte Gasstrom tritt anschließend durch Öffnungen 4 in der Nähe des Endes der Wand 3 in eine durch eine zweite Wand 5 begrenzte Ringzone, in welcher er zurückströmt. Hierauf gelangt er in die durch die Wand 5 begrenzte mittlere Zone und strömt zu dem Eingang des Rohrbündels 6. Die Länge dieser durch die Wand 5 begrenzten mittleren Zone ist vorzugsweise etwa gleich dem Durchmesser des Rohrbündels 6. Die obige Beruhigungskammer ist für Gase mit mäßiger Geschwindigkeit (kleiner oder gleich 1 m/s) zweckmäßig. Wie bereits oben angegeben, ist weiter unten eine andere Beruhigungskammer für höhere Gasgeschwindigfceiten beschrieben.

Das Rohrbündel 6 besteht aus einer gewissen Zahl von gleichen Rohren 7 und einem Meßrohr 8. Obwohl der Klarheit halber in der Figur nur eine kleine Zahl von Rohren dargestellt ist, kann diese Zahl in der Praxis ziemlich groß sein.

Zur Erzielung einer tadellos gleichmäßigen Aufteilung der gesamten Strömungsmenge auf alle Rohre haben diese sehr genaue Durchmesser und Längen, und ihre Innenfläche ist so gleichmäßig wie möglich gemacht, z. B. durch Verchromung und elektrolytisches Polieren.

Das Meßrohr enthält zwei Widerstände 9 und 10, welche in dem einfachsten, in der Figur dargestellten Fall durch zwei in der Achse des Rohres gespannte metallische Widerstandsdrähte gebildet werden. Der Draht 9 soll die Temperatur des Gases annehmen, um den etwaigen durch eine Veränderung derselben bewirkten Fehler auszugleichen, und der Draht 10 bildet den eigentlichen geheizten Widerstand. Diese beiden Drähte bilden zwei Zweige einer nicht dargestellten Wheatstoneschen Brücke, welche in bekannter Weise mit Meßapparaten versehen ist.

Am Austritt aus dem Rohrbündel strömt das Gas durch eine zweite Homogenisierungskammer 11, welche wie die Kammer 2 ausgebildet ist und zwei Wände 12 und 13 aufweist, von denen die zweite an ihrem Ende mit Öffnungen 14 versehen ist. Das Gas gelangt hierauf in die strömungsabwärts gelegene Leitung 15.

In Fig. 2 tritt das Gas durch das linke Ende in das Meßrohr 20 ein. Dieses weist den Strömungskanal 21 auf, welcher durch metallische Endstücke 22 gehalten wird, welche mittels einer ringförmigen Dichtung 23 dicht in die Eintrittsrohrplatte des Bündels eingesetzt sind. Die Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen dem Kanal 21 und dem Eingangsendstück 22 wird ebenfalls durch eine Dichtung

24 hergestellt. Die Meßvorrichtung weist zwei Drähte

25 und 26 aus einem nicht oxydierbaren Metall mit ziemlich hohem elektrischem spezifischem Widerstand auf, welche auf ein Rohr 27 mit geringem Durchmesser und geringer Dicke aus oberflächlich oxydiertem Aluminium, aufgewickelt sind (da Aluminiumoxyd ein ausgezeichneter elektrischer Isolierstoff ist), welches in der Aohse des Meßrohrs angeordnet ist. Die Eingangs- und Ausgangsverbindungen 25 A und 255, 26^4 und 265 sind natürlich elektrisch von dem Meßrohr isoliert.

Damit die Durchflußmenge in dem Kanal 21 trotz des durch die Drähte und ihren Halter eingeführten zusätzlichen StrömungsWiderstandes· gleich der Durchflußmenge der anderen Rohre des Bündels ist, hat der Kanal 21 einen etwas größeren Durchmesser als die anderen Rohre, und in der Nähe des Austrittsendes des Rohres ist eine feine regelbare Körnerschraube 28 angeordnet, welche mehr oder weniger in das Rohr eingeführt werden kann.

In Fig. 3 hat der Kanal 21 einen Durchmesser, welcher genau gleich dem der anderen Rohre des Bündels ist, und der die Gastemperatur annehmende Widerstand 25 und der geheizte Widerstand 26 werden durch Wandteile des Kanals gebildet. Der Widerstand 25 ist mit dem elektrischen Meßkreis durch die Verbindungen 25 yi und 255 und der Widerstand 26 durch die Verbindungen 2£>A und 265 verbunden, welche bei ihrem Durchgang durch die Außenwand des Rohres elektrisch isoliert sind. Ferner sind zur Erzielung einer elektrischen Isolierung die Endstücke 22 nicht aus Metall, sondern aus Isolierstoff, und zwischen den Widerständen 25 und 26 ist ein isolierender Halter 29 mit Kanälen 29^4 angeordnet, welche dem Gas gestatten, die andere Seite der Wand 21 zu erreichen und so einen Ausgleich mit dem Innendruck zu schaffen, welcher sonst die Wand verformen könnte, welche verhältnismäßig dünn sein muß, um einen genügenden elektrischen Widerstand zu haben.

Die in Fig. 4 dargestellte, am Eingang des Rohrbündels vorgesehene Beruhigungskammer weist einen etwas anderen Aufbau als die oben beschriebene auf. Sie gestattet, die Homogenität der Temperatur und des Drucks selbst bei hohen Gasgeschwindigkeiten (über 1 m/s) zu erhalten. Das durch die Leitung 1 in der Kammer 2 ankommende Gas wird durch die Wand 3 in Richtung auf den Umfang abgelenkt. Hierauf tritt es durch die öffnungen 4 in eine von einer zweiten Wand 31 begrenzte Ringzone 30. Es erreicht unter Führung durch die Wand 32 die mittlere Zone 33, welohe von der Wand 34 begrenzt wird, welche von einem Mantel 35 umgeben ist, in welchen das Gas der Ringzone 30 durch die Öffnungen 36 eintreten kann. Hierauf tritt das Gas schließlich in das Rohrbündel 6.

Obwohl die Erfindung in ihrer Anwendung auf die Messung von Durchflußmengen von Gasen mit Hilfe von Vorrichtungen beschrieben wunde, welche die thermische Leitfähigkeit derselben ausnutzen, ist die Erfindung nicht auf diesen Sonderfall beschränkt und kann auch für die Messung von Durchflußmengen von Flüssigkeiten verwendet und in Kombination mit beliebigen Vorrichtungen benutzt werden, welche für andere physikalische Eigenschaften des Strömungsmittels empfindlich sind, vorausgesetzt, daß sie nicht einen Druckabfall als die Durohflußmenge anzeigende Größe benutzen. Ferner können von den oben beschriebenen abweichende Beruhigungskammern verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Strömungsmengenmesser mit einem in eine Leitung des Strömungsmittels eingeschalteten Rohrbündel, bei welchem ein Rohr mit einer Meßvorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Meßrohres (8) so gewählt sind, daß der Druckabfall des Strömungsmittels beim Durchströmen des leeren Meßrohres (8) um eine Größe, welche dem durch die Einführung der Meß vorrichtung (9,10) in das Meß rohr (8) erzeugten zusätzlichen Druckabfall gleich ist, kleiner ist als beim Durchströmen durch die übrigen Rohre (7), die frei von Einbauten sind und unter sich gleichen Querschnitt besitzen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Meßrohr angeordnete Zusatzvorrichtung (28) einen regelbaren kleinen Hilfsdruckabfall erzeugt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung durch zwei um die Achse des Rohres aufgewickelte Widerstandsdrähte (25,26), deren einer (26) geheizt wird, gebildet wird.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Meßrohres (20) gleich denen der anderen Rohre des Rohrbündels sind und daß die Meßvorrichtung (25, 26) in der Wand (21) desselben angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus zwei durch Wandteile des Rohres gebildeten Widerständen (25., 26), deren einer, (26), beheizt wird, besteht.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kammern (2,11) zur Homogenisierung der Temperatur und des Druckes vor und hinter dem Rohrbündel angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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