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Meßgerät mit einem beweglichen Meßkörper in einem Meßrohr Die Erfindung
betrifft Strömungsmengenmesser und ähnliche Geräte, in denen ein vom strömenden
Fluidum umgebener Meßkörper in einem Meßrohr beweglich ist. Bei den bekannten Geräten
dieser Art bewegt sich ein zum Messen dienender Schwebekörper unter dem Einfluß
der an ihm angreifenden Kräfte des Meßfluidums und stellt sich in einem senkrechten
konischen Meßrohr auf einen bestimmten Durchflußquerschnitt und damit auf eine bestimmte
Höhe ein, so daß ein Kräftegleichgewicht zwischen den am Körper angreifenden Widerstandskräften
und der Schwerkraft vorhanden ist. Die Höhenstellung des Schwebekörpers im Meßrohr
ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit und damit auch für die jeweilige Durchflußmenge.
Es wird also ein Ausschlag-Meßverfahren benutzt, bei dem der Schwebekörper im Meßrohr
während des Meßvorganges seine Höhenstellung erheblich und sichtbar ändert.
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Während sich bei diesen bekannten Meßverfahren das Gleichgewicht
in verschiedenen Höhenlagen des Schwebekörpers einstellt, wird es nach der Erfindung
immer in derselben Lage des Meßkörpers herbeigeführt. Sobald der Meßkörper durch
Änderungen des Meßfluidums auch nur um ein geringes Maß aus seiner Meßlage gebracht
wird, löst das sofort Rückstellkräfte aus, welche in entgegengesetzter Richtung
wirken und ihn daher in seine Meßlage zurückführen.
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Mißt man die Größe dieser Rückstellkraft oder eine mit ihr veränderliche
Größe, z.B. eine elektrische Größe, wie Spannung oder Strom, so hat man ein Maß
für die vom Meßfluidum auf den Meßkörper ausgeübten Kräfte und damit der Geschwindigkeit
und der Menge des Meßfluidums.
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Mit dem Meßkörper wird zu diesem Zweck eine Rückstellvorrichtung
verbunden, die schon bei kleinsten Lageveränderungen dieses Körpers anspricht, außerdem
ist eine Vorrichtung zur Messung und zur Anzeige der Rückstellkraft eingebaut. Die
neue Ausbildung hat sowohl in meßtechnischer als auch in baulicher Hinsicht bedeutsame
Vorteile.
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Da die Messung immer an derselben Stelle im Meßrohr vorgenommen wird,
ist auch der Strömungszustand an dieser Stelle eindeutiger bestimmt als bei bekannten
Geräten. In vielen Fällen wird damit ein höherer Grad von Meßgenauigkeit erzielt,
da die Messung unabhängig von der Genauigkeit der Konizität des Meßrohres ist.
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Durch die Formgebung des Meßrohres, insbesondere durch Erweiterungen
oder Verengungen vor und/oder nach der Meßstelle, kann man verschiedene
Grade der
Stabilität oder Labilität des Meßkörpers erreichen und die Charakteristik in gewünschter
Weise beeinflussen.
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Das Meßrohr kann gegenüber den üblichen Ausführungen bedeutend verkürzt
werden, da immer an derselben Stelle gemessen wird.
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Schließlich bereitet auch die Fernablesung des Meßergebnisses keine
Schwierigkeiten. Da die Rückstellkraft außerhalb des Meßrohres beeinflußt wird,
können in einfacher Weise Fernübertragungsmittel, z. B. elektrische oder pneumatische
Mittel, eingesetzt werden.
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Rückstellvorrichtungen sind in verschiedener Ausbildung bei Staudruck-Meßgeräten
bekannt.
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So wird beispielsweise mit der Membran des Druckmessers ein Pendelgestänge
verbunden, dessen durch Druckunterschiede an der Membran bedingter Ausschlag zur
Bewegung der Steuerfahne einer Zwillingsdüse benutzt wird, welche den Rückstellmotor
beeinflußt, der das Kräftegleichgewicht am Pendelgestänge herstellt.
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Bei einem anderen bekannten Gerät wirkt der durch Stau im Meßfluidum
erzielte Druckunterschied auf zwei durch Gestänge verbundene Balgen ein, an deren
Gestänge ein elektroinduktives Fühlersystem sitzt, welches auf einen Verstärker
arbeitet. Dieser steuert ein elektrisches Rückstellsystem, welches an dem erwähnten
Gestänge angreift.
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Schließlich ist ein Meßdruckwandler für den Wirkdruck an einem Staukörper
im Meßfluidum bekannt, bei welchem die Membranbewegung mit Hebelarmen auf ein System
aus zwei Faltenbälgen und mit Vordrossel arbeitendem Druck- und Mengenverstärker
übertragen wird, von dem auch eine entsprechend verstärkte Druckanzeige abgeleitet
wird.
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Allen diesen mit Staudruck arbeitenden Geräten gegenüber weist das
neue Gerät den Vorteil auf, daß die Differenzdruckleitungen vor und hinter der Staustelle,
die zum Manometer führen, nunmehr entfallen können. In diesen Leitungen fließt das
Meßfluidum nicht, sondern stagniert, so daß sich Ausfällungen, Staubansammlungen
u. dgl. ergeben können, die über kurz oder lang das Meßergebnis zunehmend verfälschen.
Für aggressive Meßfluiden ist die Staudruckmeßmethode mit Manometer in der Regel
nicht
geeignet. Weiter entfällt für kleinere Nennweiten des Durchgangs
die empirische Eichung, die bisher erforderlich ist, da brauchbare Berechnungsmethoden
noch nicht vorliegen.
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Gegenüber dem bekannten Gerät mit beweglichem Meßkörper besteht der
Vorzug, daß es nicht mehr erforderlich ist, einen sehr genau gearbeiteten Meßkonus
zu verwenden und das Verhältnis vom Durchflußquerschnitt des Konus zum Durchmesser
des Schwebekörpers für jede Höhenlage im Konus zu berechnen. Die praktisch unveränderliche
Lage des Meßkörpers im Meßraum ergibt vielmehr weitgehend gleichbleibende Verhältnisse
und damit eine Steigerung der Meßgenauigkeit.
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Die Rückstellkraft kann auch für die Erfindung durch pneumatische
oder elektrische Mittel erzielt werden. Einige besonders einfache Ausbildungsmöglichkeiten
sind in der Zeichnung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen mit pneumatischer Rückstellung arbeitenden Durchflußmengenmesser;
F i g. 2 gibt einen solchen mit induktiver Messung der Veränderung und elektrischer
Rückstellvorrichtung wieder; F i g. 3 stellt eine ähnliche Ausführung, jedoch mit
Lichtstrahlanzeige dar, an der F i g. 4 die Lichtblende wiedergibt.
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In dem kurzen Meßrohrl nach Fig.1 befindet sich ein Meßkörper2, etwa
in Form einer Scheibe mit Staurand. Er ist an einem Hebel3 mit Drehachse 4 und Abdichtung
5 befestigt. Das Unterende dieses Hebels ist als Steuerfahne 6 ausgebildet, welche
das Ausströmende 7 der Düse 8 mehr oder weniger abdeckt, je nachdem, in welcher
Stellung sich Meßkörper und Hebel 3 befinden.
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Wird der Meßkörper von dem strömenden Mittel nach links bewegt, so
wird die Düsenmündung stärker abgedeckt. Aus der Düse strömt ständig die von der
Leitung 10 herkommende Druckluft aus. Eine durch Ventil 11 gänzlich oder teilweise
abschließbare Zweigleitung 12 führt zu einem Kolben im Zylinder oder einem Balg
13, dessen eines Ende festliegt, während das andere beweglich ist. Über ein kurzes
Gestänge 14 greift es am Hebel 3 an.
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Ein Manometer 15 mißt den Druck in der Zweigleitung 12, es kann unmittelbar
auf die Durchflußmenge geeicht werden.
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Wird nämlich, wie beschrieben, die Mündung der Düse 8 von der Steuerfahne
6 stärker abgedeckt, so steigt entsprechend der Druck in Leitung 12 und Balg 13
und damit wird auf die Endplatte 13 a ein stärkerer Druck ausgeübt, der zum Rückstellen
des Meßkörpers 2 über Stangel4 und Hebel3 benutzt wird. Der erhöhte Luftdruck in
der Leitung 12 wird gemessen und gibt ein Maß für die Durchflußmenge des Meßfluidums.
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In der Ausführung nach F i g. 2 wird ein senkrechtes Meßrohr 21 benutzt,
in welchem sich der Meßkörper 22 befindet. Er ist mit zwei zylindrischen Spulenkernen
ausgerüstet, von denen der obere in eine Kammer 25 hineinragt, die von der Spule
26 eines Differentialtransformators umgeben wird. Dieser Differentialtransformator
läßt sich so ausführen, daß schon eine sehr geringe Lageänderung des Kernes 23 eine
merkbare Spannungs- bzw. Stromänderung ergibt. Sie wird im Verstärker 27 vergrößert.
Der entsprechend verstärkte Strom treibt den Motor 28,
welcher über ein Triebwerk
29 den elektrischçn Widerstand 30 im Stromkreis 31 verändert. Die Stromquelle ist
bei 32 symbolisch angedeutet. Mit dem Widerstand30 ändert sich die Einwirkung der
Spule93 auf den Kern 24, und dadurch wird der Afeßkorper 2 wieder in die Meßlage
zurUckgetixhrt.
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Die Rückstellkraft und damit die Durchflußmenge kann durch das Milliamperemeter
35 gemessen werden.
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Statt der Induktionsspule 26 kann man nach F i g. 3 auch eine Lichtschranke
zum Messen der geringen Abweichung des Meßkörpers von seiner Lage benutzen. Der
Stab 24 trägt in diesem Falle eine Blende 40, welche in den Lichtstrahl 41 hineinragt,
der von einer Lichtquelle 42 ausgesandt wird.
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Eine Photozelle 43 zeigt durch Stromveränderung die Lageänderung des
Stabes 24 und damit des Meßkörpers 22 an. Diese Änderung wird bei 27 verstärkt und
wiederum zum Bewegen des Motors 28 mit Triebwerk 29 benutzt, sa daß die gleiche
Wirkung, wie für F i g. 2 beschrieben, eintritt.
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Die Blende 40 kann eine besondere Form erhalten, die ihrer Aufgabe
angepaßt ist. Sie erhält vorzugsweise eine Öffnung 41 mit abgeschrägten Kanten,
so daß bei einer Lageänderung der Blende der Lichtstrahl zunehmend abgedeckt oder
freigegeben wird.
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Die Blendenkante kann auch nach einer Kurve gestaltet sein.