DE1180540B

DE1180540B - Vorrichtung zur Regelung des Z-Werts bei der Mengenmessung oder -zaehlung in einer Rohr-leitung stroemender Gase oder Daempfe

Info

Publication number: DE1180540B
Application number: DEG26719A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Gehre
Original assignee: HANS GEHRE DIPL ING
Current assignee: HANS GEHRE DIPL ING
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1959-03-26
Publication date: 1964-10-29
Also published as: GB946563A

Description

Vorrichtung zur Regelung des Z-Werts bei der Mengenmessung oder -zählting in einer Rohrleitung strömender Gase oder Dämpfe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Z-Werts, d. h. des Quotienten Z = P/T aus dem absoluten Druck und der absoluten Temperatur des Meßmittels, bei der Mengenmessung oder -zählung in einer Rohrleitung strömender Gase oder Dämpfe.
Auf dem Gebiete der Gasmessung sind bereits Maßnahmen bekannt, welche diesem Zweck dienen und erreichen sollen, daß die Anzeige des betroffenen Meßgeräts stets ein Maß für das gemessene Gasgewicht bzw. die gemessenen Normalkubikmeter ist.
Eine diesem Zweck dienende bekannte Vorrichtung bedient sich eines mittels einer Membran od. dgl. abgeschlossenen Gefäßes mit einem darin befindlichen Vergleichsgas, welches dem zu messenden Gas ausgesetzt wird, wobei das Vergleichsgas Druck und Temperatur des Meßgases annimmt und seine Volumenänderung, welche ein Maß für den Z-Wert bildet, als Hub des Membranbodens eine Drosselvorrichtung in der Zuleitung zur Meßstelle steuert. Dabei ist die Einstellung des Z-Werts abhängig von der Durchflußstärke (=Volumen je Zeiteinheit).
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dient als Vergleichsgefäß (Z-Wertfühler) der geschlossene Schenkel eines U-Rohres, welches mittels einer Sperrflüssigkeit (z. B. Quecksilber) gegen den Außenraum abgeschlossen und im Meßmedium angeordnet ist, wobei der bewegliche Spiegel der Sperrflüssigkeit den Schaltkontakt einer stromauf im Meßmedium angeordneten Heizvorrichtung derart steuern soll, daß das Verhältnis des absoluten Betriebsdrucks zur absoluten Betriebstemperatur konstant bleibt.
Geräte, welche der Regulierung des Z-Werts dienen sollen, müssen, um für die Praxis brauchbar zu sein, hohen Anforderungen genügen. Dazu gehört vor allem die Eichfähigkeit innerhalb engster Fehlergrenzen (1 1 O/o), also eine hochgradige Zuverlässigkeit ihrer Arbeitsweise und, in engem Zusammen hang damit, eine außerordentlich kurze Regulier-oder Einstellzeit.
Diese Anforderungen werden von den obenerwähnten bekannten Geräten nicht oder nur ungenügend erfüllt. Sie benötigen ohne Ausnahme zu große Regulierzeiten, denen zufolge bei Auftreten extrem gelagerter Betriebsverhältnisse und oftmals dicht aufeinanderfolgender, voneinander unabhängiger Änderungen der den Regelvorgang beeinflussenden bzw. ihn einleitenden Größen, die Einstellung auf den Sollwert praktisch unmöglich ist.
Bei der Vielseitigkeit und der ungleichen Größenordnung der bestimmenden Einflüsse kommt es zu selten zur Ausbildung eines Beharrungszustands, wie er für die gewünschte Regelung Voraussetzung ist.
Mit den bekannten Geräten läßt sich also die Forderung nach einem konstanten, fur alle Belastungen aufrechtzuerhaltenden Z-Wert im Meßgas nicht ohne weiteres erfüllen.
Bei der erstgenannten bekannten Einrichtung ist die Aufgabe einer einwandfreien Z-Wert-Regelung auch deshalb nicht durchführbar, weil bei ihr die Belastung der Membran durch den Betriebsdruck ruemals frei von Störeinflüssen ist, da sich ja sooM bei Drucksebwankungen im Netz wie auch bei Scw kungen der Entnahme die Strömungsverhältnisse am Drosselventil und damit die an der Membran wirksamen Verstellkräfte fortlaufend ändern. Folglich gibt bei diesen bekannten Geräten die Membran einstellung nicht die verlangte wahre, sondern eine verfälschte Größe des Vergleichsgasvolniaens nnrl damit einen verfälschten Maßsl!ab für die Größe PIT an. So ergeben sich, da die Zähler eine auf den gewünschten, einzuregulierenden Z-Wert eingestellte unveränderliche Zählwerksantriebsübersetzung V besitzen, ständig entsprechende Fehler der Anzeige V Z, die wegen ihrer Unkontrollierbarkeit eine Zufassung solcher Geräte für das Gebiet der eichpflichtigen Messung ausschließen.
Die zweiterwähnte bekannte Anordnung geht davon aus, daß sich bei Betriebiirruckschwankungen die absolute Temperatur des den Zähler durchströmenden Meßgases proportional mit dem abso-Nuten Betriebsdruck ändert, daß das Gas also temperiert werden muß. Für die Beheizung mitbestimmend sind außer dem absoluten Betriebsdruck die jeweilige Durchflußstärke und die jeweilige spezifische Wärme Cp, d. h. Einflußgrößen, die sich erfahrungsgemäß zeitlich und größenmäßig unabhängig voneinander verändern. Dadurch wird in den Regelvorgang eine Unruhe hineingetragen, welche die ZWert-Einstellung verfälscht und sich auch den nachgeschalteten Verbrauchs- und Regelgeräten mitteilt. Nachteilig ist außerdem, daß bei Stromausfall die Messung hinfällig wird. Bei allen bekannten Ausführungen kommt noch hinzu, daß bei Temperaturänderungen auch proportionale Druckänderungen eintreten, die sich bei den anschließenden Meß- und Steuergeräten, Wärmeanlagen usw. nachteilig bemerkbar machen.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Betriebszustandes in einer Meßleitung strömender Gase oder Dämpfe geschaffen, welcher die Nachteile des Bekannten nicht anhaften.
Die Erfindung bezieht sich auf die erstgenannte Gattung von Regelungsvorrichtungen, und zwar auf eine Kombination mit einem nahe am Mengenzähler angeordneten, auf das Verhältnis PIT aus Absolutdruck und absoluter Temperatur (=Z-Wert) des Meßmittels ansprechenden Fühler und einer von diesem Fühler gesteuerten Regulierdrossel, bei welcher (Kombination) der Meßabschnitt in der Leitung auf der einen Seite durch diese Regulierdrossel, auf der anderen Seite durch die Drosselstelle eines auf Druckschwankungen außerhalb des Meßabschnitts ansprechenden Druckreglers begrenzt wird, und besteht im wesentlichen darin, daß in die Übertragung zwsichen dem Z-Wert-Fühler und seiner Regulierdrossel eine als Verstärker dienende Hilfsvorrichtung eingeschaltet ist, welche aus einem mit der Regulierdrossel gekuppeltem, vom Z-Wert-Fühler gesteuerten Kraftschalter besteht.
Bei dieser neuen Ausbildungsweise ist der im Meßabschnitt eingestellte 7-Wert, also auch die Ausdehnung des Fühlergefäßes, von der Durchflußstärke unabhängig, während der Durchfluß querschnitt an der Regulierdrossel ihr jedoch angepaßt wird. Dabei erfolgt die Einstellung dieser Drossel denkbar schnell und ohne Belastung durch an ihr wirksame Strömungskräfte. Die Erfindung sei im folgenden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In allen Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Zunächst seien die F i g. 1 und 2 betrachtet.
Mit 1 ist die Meßleitung bezeichnet, in welche der Zähler 2 eingebaut ist. In der Strömungsrichtung ihm vorgeschaltet ist das Z-Wert-Regelventil 3, ihm nachgeschaltet ein Druckregler 4 irgendeiner beliebigen bekannten Bauart. Zwischen der Regullervorrichtung 3 und dem Druckregler 4 liegt der zu regulierende Abschnitt der Meßleitung, welcher hier beispielsweise durch den Gaszähler 2 dargestellt ist.
Das Z-Wert-Regulierventil 3 besitzt ein Gehäuse 3', in welches ein elastisches Gefäß 5 sehr geringer Eigenfederung (Wellrohrkörper, Faltenbalg od. dgl.) eingebaut ist. In das Gefäß 5 ist ein Vergleichsgas eingeschlossen. Sein Volumen nimmt Druck und Temperatur des umgebenden Meßgases an, ist also ein Maß für den 7-Wert. Während der obere Boden des Gefäßes 5 durch eine Schraube 6 gehalten ist, die zugleich als Reguliermittel dient, bildet der bewegliche untere Boden den Antrieb eines Drosselventils 7.
Der Druckregler 4 sorgt dafür, daß in der Ausgangsleitung ein nahezu konstanter Druck einge- halten wird. Er gibt entsprechend der Durchflußstärke einen größeren oder kleineren Durchflußquerschnitt frei und beeinflußt auf diese Weise vorübergehend den Z-Wert des Meßgases im Zähler 2.
Bei abnehmender Durchflußstärke drosselt der Regler4, und der Durchfluß im Zähler 2 wird gestaut, d. h., der ZWert wird größer und das elastische Gefäß 5 zusammengedrückt. Die Verstellung des beweglichen Bodens dieses Gefäßes wird auf das Drosselventil 7 übertragen, und zwar im Sinne der Verkleinerung seines die Zuflußöffnung zum Zähler 2 bildenden Drosselquerschnitts, so daß kein weiteres Ansteigen des Z-Werts im Zähler erfolgen kann. Bei zunehmender Durchflußstärke tritt sinngemäß der umgekehrte Vorgang ein, d. h., das elastische Gefäß 5 dehnt sich aus, und der Hub seines beweglichen Bodens steuert den Durchflußquerschnitt am Drosselventil 7 im vergrößernden Sinne, wodurch ein weiteres Sinken des Z-Werts im Zähler 2 verhindert wird.
Zur Übertragung zwischen dem Z-Wert-Fühler5 und der Regulierdrossel 7 dient eine als Verstärker wirkende Hilfsvorrichtung, bestehend aus einem mit der Drossel 7 gekuppelten, vom Z-Wert-Fühler 5 gesteuerten Kraftschalter. Sie wird weiter unten ausführlich beschrieben. Zunächst seien die Vorgänge im Meßabschnitt, d. h. zwischen der Regulierdrossel 7 und dem Druckregler 4, betrachtet.
Bei der ausgangsseitigen Einstellung des Gasverbrauchs spricht bei einer Durchflußänderung zunächst der Druckregler 4 an und, wenn innerhalb des Zählers 2 der Druck etwas abgefallen, der Z-Wert also kleiner geworden ist, dann erst tritt das elastische Gefäß 5 in Aktion und steuert die Einstellung des Ventils 7. Diese Einstellung erfolgt also etwas später als die Einstellung des Druckreglers 4.
Dieser Zeitunterschied ist abhängig vom Volumeninhalt des auf einen bestimmten Z-Wert einzuregelnden Leitungsabschnitts, hier also des Zählers 2, und je kleiner dieser Abschnitt gestaltet wird, desto rascher und vollkommener vollzieht sich die Einstellung.
Besonders dringend ist die Notwendigkeit kürzester Einstellzeiten immer dann, wenn sich die Durchflußstärke in den Regeleinrichtungen 3 und 4, wie es häufig vorkommt, in kurzen Zeitintervallen verändert. Die Mittel, mit denen dieser Zeitverlust weiter verringert und damit die Erfindung weiter vervollkommnet wird, sind der Deutlichkeit halber in F i g. 1 weggelassen, jedoch in die F i g. 2 eingetragen, welche im übrigen der F i g. 1 entspricht.
Hier besteht der Regulierquerschnitt für die Z-Wert-Einregelung aus zwei getrennten Drosselöffnungen 7 und 11, von denen die eine wie in F i g. 1 durch den Z-Wert-Fühler 5, die andere durch den Druckregler 4 gesteuert wird.
Mit 8, 9, 10 ist ein Gestänge bezeichnet. Über dieses Gestänge wird durch den Druckregler 4 ein dem Drosselventil 7 parallel geschaltetes Hilfsventil 11 betätigt, durch welches dem zu regelnden Abschnitt (Zähler 2) eine zusätzliche Gasmenge zufließt.
Die Einstellung dieser Hilfsdrossel ist eine Funktion der Druckreglerstellung, so daß bei stark öffnendem Druckregler 4 auch die Hilfsdrossel 11 stark geöffnet wird, d. h., es fließt dann dem einzuregelnden Meßabschnitt sowohl durch das Drosselventil 7 wie auch durch die Hilfsdrossel 11 Gas zu. Bei Bewegung des Druckreglers im umgekehrten Sinne tritt der umgekehrte Vorgang ein. Durch diese Maßnahme wird die Einregelungszeit des Systems auf ein Minimum herabgedrückt.
In Fig. 2 ist mit gestrichelten Linien auch eine Variante eingezeichnet, bei welcher die Hilfsdrossel hier mit 11' bezeichnet - in einer Umgehungsleitung 12 untergebracht ist und durch das gestrichelt dargestellte Gestänge 10' gesteuert wird. Für den Fall, daß der Gaszustand am Ausgangsstutzen des Zählers 2 maßgebend sein soll, kann das elastische Gefäß 5 natürlich auch am Ausgang des Meßabschnitts eingebaut werden, während das zugehörige Drosselventil 7 wie in F i g. 1 und 2 vor dem Zähler 2 angeordnet bleibt und die Bewegung des Hubbodens des Gefäßes 5 in passender Weise, z. B. durch ein Gestänge, hydraulisch, elektrisch usw., auf das Drosselventil 7 übertragen wird. Eine besondere zeichnerische Darstellung dieser Variante erscheint als entbehrlich.
Wie bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 und 2 ist auch bei allen folgenden in die Übertragung zwischen dem Z-Wert-Fühler 5 und der von ihm gesteuerten Regulierdrossel 7 die obenerwähnte, als Verstärker dienende Hilfsvorrichtung eingeschaltet, und zwar in allen Fällen eine solche mit pneumatischer Wirkungsweise, die als besonders geeignet erscheint. Bei ihr wird durch den beweglichen Boden des Z-Wert-Fühlers 5 ein Strahlrohr 13 verschwenkt, dessen Düse 14 sich dabei gegen eine feste, mit Öffnungen 15, 16 versehene Platte 17 verschiebt. Die Öffnungen 15 und 16 sind je durch ein Rohr mit einem Zylinder 18 verbunden, in welchem sich ein mit dem Drosselventil 7 starr verbundener Steuerkolben 19 bewegt.
Durch eine Leitung 20 wird dem Strahlrohr 13 in seinem Schwenkpunkt höhergespanntes Gas von der Zuleitung her, eventuell unter Zwischenschaltung eines (nicht gezeichneten) Filters, zugeführt. Die beiden Öffnungen 15, 16 sind hier nur der Deutlichkeit halber in Abstand zu einander dargestellt. Praktisch liegen sie so eng zusammen, daß bei geringster Verschwenkung des Strahlrohres 13 seitens des Bodens des Gefäßes 5 die Strahlrohrdüse 14 in die eine oder die andere Öffnung hineinbläst, da ja zwischen dem Eingangsstutzen 1 und dem Innenraum des Gehäuses 3' des Z-Wert-Reglers ein Druckunterschied besteht.
Hat sich der Z-Wert erhöht und tritt demzufolge die Strahlrohrdüse 14 vor die Öffnung 15, so entsteht oberhalb des Kolbens 19 ein erhöhter Druck, und der Kolben 19 bewegt sich nach unten, wodurch das Ventil 7 geschlossen wird. Wird bei abnehmendem Z-Wert das Strahlrohr abwärts verschwenkt, bis seine Düse 14 vor der Öffnung 16 steht, dann stellt sich der Überdruck unterhalb des Kolbens 19 ein und bewegt diesen aufwärts, wobei das Drosselventil 7 geöffnet wird.
Schreibt man also für den zu regulierenden Meßabschnitt (Zähler 2) einen bestimmten Z-Wert (Sollwert) vor, so wird bei geringster Abweichung von diesem Wert das elastische Gefäß 5 zusammengedrückt oder ausgedehnt, also die Spitze 14 gegen die öffnung 15 oder die Öffnung 16 verschwenkt, und sofort wird der Kolben 19 und damit das Drosselventil 7 ansprechen, und zwar so lange, bis bei Erreichung des ZSollwerts der bewegliche Boden des elastischen Gefäßes 5 und damit das Strahlrohr 13 wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, in welcher seine Spitze 14 wieder genau in der Mitte zwischen den Öffnungen 15 und 16 liegt, so daß der Soll-7-Wert wieder eingestellt ist. Der Kolben 19 kommt in diesem Augenblick zum Stillstand, und die von ihm und dem Drosselventil 7 eingenommene Stellung ist der neuen Durchflußstärke angepaßt.
Um im Augenblick des Schließens des Regulierventils7 auch den Gasstrom durch die Leitung 20 absperren zu können, kann man ein Schließglied vorsehen, welches von der Bewegung des Strahlrohres 13 mitgenommen wird, sobald die Strahlrohrdüse 14 über die obere Öffnung 15 hinausschwingt. Dieses Schließglied kann z. B. auch durch den Schwerpunkt des Strahlrohres 13 gebildet werden, welcher zu diesem Zweck als Hahn od. dgl. ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig.3 gezeigt. Wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung ist hier das elastische Gefäß 5 unterhalb des von ihm verschwenkten Strahlrohres 13 angeordnet. Die Lochbezeichnungen 15 und 16 an der Platte 17 sind hier gegenüber der Anordnung in den Fig. 1 und 2 miteinander vertauscht, weil das elastische Gefäß 5 das Strahlrohr 13 jetzt im umgekehrten Sinne verschwenkt. An die Stelle des Steuerkolbens 19 ist eine Membran 19' getreten, welche das Drosselventil 7 betätigt und es bei ihrer Abwärtsbewegung öffnet, bei der Aufwärtsbewegung drosselt, also im umgekehrten Öffnungs- und Schließsinne wie bei den Anordnungen nach den F i g. 1 und 2.
Ebenfalls mit dem Strahlrohr 13 und gleichzeitig seitens des elastischen Gefäßes 5 verschwenkbar ist ein Strahlrohr 21 angeordnet, welches über die Leitung 20 mitgespeist wird und an seinem freien Ende eine Strahldüse 22 besitzt. Das Strahlrohr 21 wirkt mit einer beweglich angeordneten Platte 23 zusammen, in welcher Öffnungen 24 und 25 vorgesehen sind. Die Platte 23 ist mit dem Schaft einer in einem Steuergehäuse 26 angeordneten Membran 27 verbunden. Ihre Öffnung 24 ist über eine biegsame Leitung 28 an den Raum 29 unterhalb der Membran 27 und die Öffnung25 über eine entsprechende Leitung 30 an den Raum 31 oberhalb der Membran 27 angeschlossen. Oben ist die Platte 23 mit einer abdichtend durch die Wandung des Gehäuses 3' hindurchgeführten Stange 32 versehen.
Je nach der Ausdehnung des Gefäßes 5 tritt die Strahldüse 22 mehr vor den Kanal 24 oder vor den Kanal 25 der Platte 23. Die Öffnungen dieser beiden Kanäle muß man sich wieder dicht zusammengerückt vorstellen, so daß die geringste Verschiebung der Strahlrohrspitze 22, welche im Beharmngszustand die aus ihr ausströmende Gasmenge zu gleichen Teilen beiden Öffnungen zur endet (Staudruckgleichheit in beiden Kanälen), den einen oder anderen von ihnen in der Beschickung bevorzugt und ihm damit den größeren Staudruck zuteilt.
Sinkt im Meßabschnitt (Zähler2) und damit zugleich auch im Z-Wert-Regler3.der 7-Wert, z.B. der ihn mitbestimmende Druck, so dehnt sich das elastische Gefäß 5 aus und verschwenkt dabei das Strahlrohr 13 nach oben, das Strahlrohr 21 nach unten. Die Spitze 14 des Strahlrohres 13 tritt vor den Kanal 16, und die Membran 19' öffnet das Drosselventil 7. Der Z-Wert-Regelvorgang vollzieht sich, wie oben ausführlich beschrieben. Sobald nun die Spitze 14 vor den Kanal 16 tritt, gelangt die Spitze 22 des Strahlrohres 21 vor die Kanalöffnung 25. Infolge des hier entstehenden Staudrucks stellt sich oberhalb der Membran 27 ein Überdruck ein, der die Membran nach unten bewegt und mit ihr die Platte 23, und zwar so lange, bis der austretende Strahl beide Öffnungen 24 und 25 gleichermaßen trifft und beiderseits der Membran 27 wieder der gleiche Druck herrscht und ihre Bewegung und damit auch die Bewegung der Platte 23 zum Stillstand kommt.
Wird der Z-Wert im Meßabschnitt (Zähler 2) und somit auch im Inneren des Z-Wert-Reglers größer, dann wird das Vergleichsgasvolumen mitsamt dem es einschließenden Gefäß 5 zusammengedrückt, und die Spitzen 14 und 22 der Strahlrohre 13 und 21 gelangen vor die Öffnungen der Kanäle 15 und 24. Die Membran 19' macht eine Aufwärtsbewegung und das Drosselventil 7 eine Bewegung im Schließsinne.
Die Membran 27 macht ebenfalls eine Aufwärtsbewegung, und zwar so lange, bis der aus der Spitze 22 austretende Strahl die Öffnungen 24 und 25 je zur Hälfte trifft und die Membran 27 und die Platte 23 zum Stillstand kommen.
Aus dem Gesagten ist unschwer erkennbar, daß die Lage der Platte 23 stets der Stellung der Spitze 22, also der Verschwenkung des Strahlrohres 21 entspricht und demzufolge ein genaues Maß für den Z-Wert darstellt. Für den Fall, daß aus irgendeinem Grunde der ZWert-Regler eine längere Regulierzeit benötigt, wird die Lageveränderung der Platte 23 dazu benutzt, ein veränderliches thbersetzungsgetriebe 33 einzustellen, welches zwischen dem Zähler 2 und seinem Zählwerk 34 angeordnet zu denken ist. Dabei erfolgt die Übertragung z. B. über die obenerwähnte Stange 32 und einen bei 35 schwenkbar gelagerten Winkelhebel 36 auf die Steuerstange 37 des erwähnten Übersetzungsgetriebes 33. Die Übersetzung wird entsprechend dem Verhältnis des augenblicklichen Z-Werts Za zum Soll-Z-WertZs eingestellt, also entsprechend Zo:Zs.
Der Sinn dieser Maßnahme besteht also darin, die während des Regelvorgangs vorübergehend vorhandene Abweichung des Z-Werts vom Sollwert Zs durch das gesteuerte Übersetzungsgetriebe 33 in der Zählwerksanzeige auszugleichen. Dadurch wird es ermöglicht, daß auch bei nie zur Ruhe kommenden Entnahme- oder Druckschwankungen der Soll-Z-Wert stets schnell genug in der Anzeige zur Berücksichtigung gelangt (Sicherstellung der Eich fähigkeit).
Die Aufgabe und Funktion der Reguliervorrichtung 3 ist die gleiche, wie bei den F i g. 1 und 2 beschrieben. Im übrigen lassen sich alle bisher erwähnten Varianten und Vervollkommnungen, wie z. B. die Hilfsdrossel 11 mit ihrer Steuerung, auch bei der Ausführung nach F i g. 3 verwenden. Bei der gezeichneten Anordnung werden beide Strahlrohre als Ganzes von einem einzigen elastischen Gefäß 5 verschwenkt. Natürlich kann man die beiden Strahlrohre auch getrennt antreiben und dazu auch zwei getrennte elastische Gefäße vorsehen.
In Fällen, in denen der Zähler 2 ein Balg-Gaszähler ist, kann an Stelle des veränderlichen Übersetzungsgetriebes 33 auch ein Mittel zur veränderlichen Begrenzung des Balgenhubes, z. B. ein verstellbarer Anschlag im Zähler, vorgesehen werden, durch welchen der Soll-Z-Wert im Meßwerk des Zählers berücksichtigt wird.
Die Ausführung nach F i g. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2. Nur ist an die Stelle des gewöhnlichen Druckreglers 4 ein nach Art eines Schwimmermessers 39, 40 ausgebildetes Gerät vorgesehen, durch welches die Durchflußstärke auf einen konstanten Hinterdruck gesteuert wird. Der Schwimmer 39 hat beispielsweise die Form eines Tellers. Eine Führungsstange 41 führt ihn koaxial zur Rohrachse des bei solchen Schwimmermessern üblichen trichterförmigen Durchgangs 40. Das Gehäuse ist mit 42 bezeichnet. Die Stange 41 ist bei 43 geführt und an ihrem unteren Ende mit dem um einen Stützpunkt 44 verschwenkbaren Hebel 45 gelenkig verbunden. Außerdem greift an der Stange 41 ein bei 46 gelagerter Doppelhebel 47 an, welcher an seinem anderen Ende das Gewicht 48 trägt.
Der Schwimmer 39 wird nach unten hin, d. h. entgegegesetzt zur Durchflußrichtung des Gases, durch die Kraft einer Rollmembran 50 belastet, welche mittels eines Schaftes 51 auf den I Hebel 45 übertragen wird. Auf die Membran 50 wirkt der Überdruck im Meßleitungsabschnitt (Zähler 2). Die Größe dieser Membran und die Übersetzung am Hebel 45 sind so bemessen, daß ihre Belastung am Schwimmer 39 gleich dem Produkt aus der Schwimmerfläche f und dem auf der Rollmembran 50 lastenden Überdruck ist. Als weitere Belastung des Schwimmers wirkt sein Eigengewicht, welches dem Produkt aus einem gewünschten konstanten Druckabfall Jp am Schwimmer 39 und der Schwimmerffäche f gleich ist. Schließlich gehört zu seiner Belastung auch der gewünschte konstante Hinterdruck (Überdruck) Pk am Schwimmer 39 entsprechend einer Belastungskraft Ph Diesen Belastungskräften wirkt das Gewicht 48 entgegen, welches so bemessen ist, daß seine am Schwimmer 39 wirksame Kraft gleich (A'n+Pk) f ist.
Mit anderen Worten: Der Schwimmer 39 wandert so lange, bis durch Anderung des Durchflußquerschnitts bei 40 der Hinterdruck Ph seinen Sollwert erreicht.
Wei die Stellung des Schwimmers 39 wegen der erwähnten Belastungsverteilung kein eindeutiges Maß für die Durchflußstärke mehr ist, wird zur Steuerung des Ventils 11, dessen Querschnitt von der Durchflußstärke des Meßmittels abhängig sein soll, eine druckabhängige Übersetzung vorgesehen, welche seitens der Führungsstange 41 betätigt wird.
Den Antrieb des Ventils 11 bildet eine längsverschieblich angeordnete Stange 53, welche bei 54 abdichtend durch die Trennwand 55 hindurchgeführt und um den Durchführungspunkt schwenkbar ist.
Diese Stange ragt mit einem an ihr vorgesehenen Kugelkopf in eine Gabel 56 der Führungsstange 41 und überträgt mit ihrem anderen Ende ihre Schwingbewegung über einen Winkelhebel 57 und das bereits in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Gestänge 8, 9, 10 auf das Hilfsventil 11 (oder 11').
Die Stange 53 wird seitens einer Membran 6E, welche vom Überdruck im Meßabschnitt (Zähler2) gegen eine Druckfeder 61 gedrückt wird und dabei einen Winkelhebel 62 betätigt, verschoben, und zwar desto mehr, je größer der Überdruck im Meßabschnitt ist. Dadurch gelangt der Kugelkopf 63 der Stange 53 immer näher an den Schwenkpunkt 54, so daß bei gleich großer Verschiebung der Führungsstange 41 der Ausschlag der Stange 53 und damit der des Winkelhebels 57 vergrößert wird. Fällt der Druck im Meßabschnitt 2, so wird dieser Ausschlag kleiner. Die Bewegung des Winkelhebels 57 kann im Bedarfsfalle auch über ein (hier nicht gezeichnetes) korrigierendes Wälzhebelpaar dem Hebel 10 (oder 10') mitgeteilt werden.
Bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen wurden mechanische Übertragungsmittel verwendet.
Es versteht sich jedoch, daß für den gleichen Zweck auch hydraulische, elektrische und optisohe obere tragungen Verwendung finden können. Diese Abwandlungen bedürfen hier keiner besonderen zeichnerischen Darstellung.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in Fig.5 gezeigt, in welcher ein Balg-Gaszähler den einzuregelnden Meßabschnitt bildet und der Druckregler 4 wieder ein Gerät gebräuchlicher Ausbildung und hier in einem schematischen Schnitt gezeigt ist.
Das elastische Gefäß 5, welches gemeinsam mit diesem Druckregler das Drosselventil 7 steuert, ist hier durch eine angeschaltete Kammer 5' vergrößert.
Durch diese Vergrößerung, die natürlich bei allen beschriebenen Ausführungen anwendbar ist, wird gewährleistet, daß schon bei geringer Z-Wert-Anderung ein großer Verstellhub an der Drossel 7 erreicht und damit die Feinfühligkeit derZ-Wert-Regulierung erhöht wird. So wird auch durch diese Maßnahme dazu beigetragen, daß der Z-Wert im Meßabschnitt innerhalb der vorgeschriebenen Fehlergrenzen pendelt.
Fest im Gehäuse 3 ist das elastische Gefäß 5 mit der volumenvergrößernden Kammer 5' untergebracht.
Der bewegliche Boden des Gefäßes 5 ist unter Zwischenschaltung des oben ausführlich beschriebenen Strahlrohr-Kraftschalters 13, 15, 16, 18, 19, 20 mit dem einen Ende eines das Drosselventil 7 steuernden Differentialhebeis 64 verbunden, an dessen anderes Ende eine Verbindungsstange 65 und diese bei 66 an eine Gabel 67 angelenkt ist. In diese Gabel greift eine Stange 68 mit einem an ihr befestigten Kugelkopf 69 ein. Die Stange 68 ist in Lagern 70 und 71 axial geführt. Eine Membran72, welche einerseits über eine Leitung 52 durch den in der Zuleitung 1 herrschenden, andererseits durch den im Gehäuse 3 herrschenden Druck belastet ist, teilt ihre Schubkraft der Zugfeder 73 und ihre Bewegung über den bei 74 verschwenkbar befestigten Doppelhebel 75 der Stange 68 mit. Die Stellung des Kugelkopfes 69 ist somit eine Funktion des auf die Membran 72 wirksamen Druckunterschiedes, der, wie gesagt, seinerseits jenem am Ventil 7 entspricht. Die Gabel 67 besitzt eine Nase 76, an welcher ein in einer Stopfbuchse 77 verschwenkbarer Hebe178 angelenkt ist, dessen anderes Ende 79 vom Führungsschaft 80 des Druckreglers 4 eingestellt wird.
Der Kugelkopf 69 bildet den Schwenkpunkt der Gabel 67, so daß bei seiner Wanderung nach links der Abstand des Gelenkpunkts 66 vom Kugelkopf 69 größer wird. Dieser Abstand ist maßgebend für die Größe des vom Schaft 80 des Druckreglers 4 auf den Hebe164 übertragenen Hubes. Bei großem Wert, d. h. bei geringem Druckabfall an der Membran 72, überwiegt die Federkraft der Zugfeder 73, so daß der Schwenkpunkt 69 nach rechts wandert, wobei er sich dem Gelenkpunkt 66 nähert. Bei der Schließbewegung des Druckreglers 4 steigt der Druck im Gehäuse 3 so lange, bis auch das Ventil 7 schließt.
Damit erreicht der Wirkdruck an der Membran 72 ein Minimum, und die Zugfeder 73 schiebt die Stange 68 und damit den Kugelkopf 69 so weit nach rechts, wie es ein Anschlag 83 auf der Stange 68 zuläßt. Vorzugsweise ist die Einstellung dieses An- schlags so vorzunehmen, daß beim Anschlagen der Schwenkpunkt 69 nahezu über dem Gelenkpunkt 66 liegt, weil sich dann die Schließvorgänge und auch die entstehenden Verstellkräfte der Regler 3 und 4 gegenseitig nicht stören. Denn die Reaktionskraft des Z-Wert-Fühlers 5 beim Schließen des Ventils 7 kann sich wegen der Übereinanderlage der Gelenkpunkte 69 und 66 nicht auf die Gabel 67 und daher nicht auf den Führungsschaft 80 des Druckreglers 4 auswirken, wie auch umgekehrt die Schließkraft des Druckreglers sich dann nicht auf das Gestänge 64 des ZWert-Reglers 3 auswirken kann (Sperrvorrichtung). Mit 81 ist das Drosselventil des Druckreglers 4 bezeichnet, dessen Bauart, wie gesagt, dem Gebräuchlichen entspricht und nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Bei kleinem Z-Wert ist der Wirkdruck an der Membran 72 größer, so daß deren Stellkraft die Kraft der Zugfeder 73 überwindet. Das hat zur Folge, daß die Stange 68 etwas nach links verschoben wird und der Führungsschaft des Druckreglers 4 bei abfallendem Hinterdruck über den Hebel 78 die Nase 76 der Gabel 67 anhebt und der Gelenkpunkt 66 der Gabel sich abwärts bewegt, so daß das Ventil 7 gelüftet wird. Dieselbe Bewegung des Ventils 7 wird bei kleiner werdendem Z-Wert durch das sich dann ausdehnende Gefäß 5 hervorgerufen. Aus dem Gesagten geht der steuernde Einfluß des Druckreglers 4 auf das Drosselventil des Z-Wert-Reglers eindeutig hervor. Der Innenraum der Reguliervorrichtung 3 bildet zusammen mit dem Balg-Gaszähler 2 und der Anschlußkammer 82 den Meßabschnitt, in welchem der Z-Wert geregelt wird. Die Pfeillinien geben die Durchflußrichtung an.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der am häufigsten vorkommende Fall angenommen, daß die Durchfluß stärke seitens des Verbrauchers im Ausgangsteil der Meßleitung 1 bestimmt wird. Beim folgenden Ausführungsbeispiel (Fig. 6) wird ein Fall angenommen, bei welchem die Einstellung der Durchfluß stärke irgendwo im Eingangsteil der Meßleitung>;,also vor der Z-Wert-Regelung, erfolgt.
In diesem Falle wird an Stelle eines gewöhnlichen Druckreglers 4 ein Überdruekregler, d. h. eine Art Sicherheitsventil, verwendet, welches am Eingang des Meßabschnittes (Zähler 2) angeordnet ist und dessen Aufgabe darin besteht, den Überdruck in der Zuleitung 1 durch Regelung des Gas abflusses in den Meßabschnitt konstant zu halten, während der nunmehr dem Meßabschnitt nachgeschaltete ZWert-Regler 3 im Meßabschnitt einen konstanten Soll-Z-Wert einregeln soll.
Das Gehäuse des Überdr,ückreglers 4 besitzt eine Kammer 84 mit einer Membran 85, deren Führungsschaft 86 mit ausreichendem Spiel durch die Gehäusewand hindurch nach augen geführt ist. An seinem unteren Ende trägt der Schaft 86 ein Ventilglied 87 sowie eine Gewichtsbelastung 88, welche den Durchgangsquerschnitt bei §9 durch Senken des Ventilgliedes 87 zu schließen sucht. Bei stationärer Durchflußströmung hält die aufwärts gerichtete Kraft der Membran 85 dem Gewicht 88 die Waage und das Ventilglied 87 in der Schwebe, so daß es bei 89 einen Durchflußquerschnitt freigibt, welcher die Strömung bei dem durch das Gewicht 88 und die Größe der Membran 85 vorgeschriebenen Gasdruck in der Zuleitung 1 zum Meßabschnitt hin passieren läßt. wandert sich die Durchflußstärke, so ändert sich sin:lgemäß die Stellung des Ventilgliedes 87, bis dieses - bei gleichem Gasdruck in der Zuleitung 1 wie bisher - den Durchgangsquerschnitt bei 89 der neuen D,rchflußstärke angepaßt hat.
Die Größe dieses Qersrhnitts ist also 'æ dem durch das System 85, 87, 88 konstant gehaltenen Gasdruck in der Zuleitung 1 eine Funktion der Durchflußstärke. Der Regler 4 ist also ein Vordruckregler. Von ihm gelangt das Gas in den Meßabschnitt 2 und von dort in den Z-Wert-Regler 3, welcher die Aufgabe hat, den Gasabfluß in den Ausgangsteil der Meßleitung 1 so zu regeln, daß der Z-Wert im Meßabschnitt konstant bleibt.
Im Gegensatz zu den Ausführungen nach den F i g. 1 bis 4 wird hier die Drossel 7 bei steigendem ZWert im Meßabschnitt (Zusammendrückung des Gefäßes 5) geöffnet, bei sinkendem gedrosselt. Die in den Ausgangsteil der Meßleitung 1 abfließende Gasmenge ist also bei gleichbleibendem Z-Wert veränderlich. Auch bei dieser Ausführung können die in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Mittel zur weiteren Verkürzung der Einregelungszeiten Verwendung finden. Dabei wird beispielsweise das Hilfsventil 11 seitens des Führungsschafts 86 über den hier gekrümmten Hebel 10 eingestellt.
Bei der Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele war der Z-Wert-Fühler als ein elastisches Vergleichsgasgefäß dargestellt worden, wie es bei älteren Volumenumwerter-Bauarten gebräuchlich ist.
Das geschah aber nur wegen der zeichnerischen Einfachheit. Selbstverständlich können auch alle andersartigen ZWert-Fühler, insbesondere solche ohne Vergleichsgasgefäß, zur Steuerung des Ventils 7 herangezogen werden, wie z. B. die bekannten neueren Bauarten, bei denen die Einflußgrößen (Druck, Temperatur, Barometerstand) über eine Rechenvorrichtung, z. B. einen Quotientenbilder, in eine Z-proportionale geometrische Verstellgröße umgeformt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Betriebszustandes in einer Leitung strömender Gase oder Dämpfe, die durch einen Mengenzähler gemessen werden, mit einem nahe am Mengenzähler angeordneten, auf das Verhältnis PIT aus Absolutdruck und absoluter Temperatur (wert) des Meßmittels ansprechenden Fühler und einer von diesem Fühler gesteuerten Regulierdrossel, bei welcher (Vorrichtung) der Meßabschnitt in der Leitung auf der einen Seite durch diese Regulierdrossel, auf der anderen Seite durch die Drosselstelle eines auf Druckschwankungen außerhalb des Meßabschnitts ansprechenden Druckreglers begrenzt wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß in die Übertragung zwischen dem ZWert-Fühler (5) und der Regulierdrossel (7) eine als Verstärker dienende Hilfsvorrichtung eingeschaltet ist, welche aus einem mit dem Ventil (7) gekuppelten, vom ZWert-Fühler gesteuerten Kraftschalter (18, 19) besteht.
2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit pneumatischer Hilfsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftschalter ein an sich bekannter Strahlrohr-Kraftschalter (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) dient, wobei dessen vorzugsweise an die Zuleitung 1 angeschlossenes Strahlrohr (13, 14) durch den Z-Wert-Fühler (5) gesteuert wird.
3. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Z-Wert-Regelung zwei getrennte Regulierdrosseln (7 und 11) vorgesehen sind, von denen eine (7) durch den Fühler (5), die andere (11) durch den Druckregler (4) gesteuert wird (F i g. 2 4 und 6).
4. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Z-Wert-Fühler (5), wenigstens was die von ihm gesteuerte Drossel (7) anbetrifft, in Strömungsrichtung gesehen vor dem zu regelnden Meßabschnitt (2) angeordnet ist und als Abschluß dieses Abschnitts ein nach Art eines Schwimmermessers ausgebildeter Durchflußstärkeregler (4) dient, welcher die Durchflußstärke am Zähler auf konstanten Hinterdruck steuert, wobei durch ihn eine mit dem Vordruck veränderliche Übersetzung verstellt und die Verstellbewegung auf die Mittel zur Einstellung des Gesamtdrosselquerschnitts (7 plus i1) des Z-Wert-Reglers übertragen wird (F i g. 4).
5. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der druckgesteuerten Übersetzung eine Sperrvorrichtung vorgesehen ist, durch welche in der Schließstellung beider Drosselglieder (7 im Z-Wert-Reg-1er 39, 40 bzw. 81 im Durchflußstärkeregler 4) die gegenseitige Übertragung von Kräften ausgeschaltet wird (F i g. 5).
6. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Z-Wert-Regler den Ausgang des Meßabschnitts (2) bildet und der Durchflußstärkeregler (4) an seinem Eingang angeordnet und als ein an sich bekannter Vordruckregler ausgebildet ist (F i g. 6).
7. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer bei Mengenzählern an sich bekannten veränderlichen Übersetzung (33) im Antrieb des Zählwerks (34) ein Kraftschalter (26, 27, 29, 31) vorgesehen ist, der vom Z-Wert-Fühler (5) über ein von diesem gesteuertes Strahlrohr (21) und ein Öffnungspaar (24, 25) gesteuert wird, wobei dieses Öffnungspaar sich in einer vom Kraftschalter verstellbaren Platte (23) befindet, deren Bewegung über ein Gestänge (32, 35, 36, 37) auf den veränderlichen Zählwerksantrieb (33) übertragen wird (F i g. 3).
8. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welcher der Z-Wert-Fühler (5) nur eine einzige Regulierdrossel (7) steuert, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Differentialübertragung, deren eine Seite den Hub des Z-Wert-Fühlers (5), deren andere Seite den Hub des Führungsschafts (41 in F i g. 4 bzw. 80 in Fig. 5) des Druckreglers (4), gegebenenfalls unter Einschaltung einer druckgesteuerten Übersetzung, aufnimmt und durch welche die Summe beider Hübe auf das Drosselglied (7) des Z-Wert-Reglers übertragen wird.
9. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Drucksteuerung eine Membran (72) od. dgl. dient, welche einerseits vom Druck innerhalb des zu regulierenden Meßabschnitts (2), andererseits vom Vordruck beaufschlagt und deren Bewegung unter Mitwirkung einer Zugfeder (73) auf das Übersetzungsgetriebe übertragen wird, um dessen Schwenkpunkt (69) einzustellen, und daß ein Anschlag (83) vorgesehen ist, welcher die Verstellbarkeit des Schwenkpunktes (69) begrenzt (Fig. 5).
10. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Druckregler nach Art eines Schwimmermessers gemäß Anspruch 4 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmerschaft (41) zusätzlich durch eine Membran (50) gesteuert wird, welche einerseits vom Druck im Meßabschnitt als Vordruck, andererseits vom Außendruck belastet ist (Fig. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 704 621, 721 896; Patentschrift Nr. 13 792 des Amtes für Erfindungswesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; USA.-Patentschrift Nr. 2861453; italienische Patentschrift Nr. 584 347.