-
Einrichtung zur Durchflußmengenmessung Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Durchflußmengenmessung nach dem Wirkdruckverfahren, bestehend aus
einem Differenzdruckmeßwerk und einem elektromechanischen Kraftkompensator zur Umwandlung
einer dem Differenzdruck entsprechenden Kraft in einen elektrischen Strom, bei der
das Meßwerk aus einem in einem beiderseits offenen Rohr angeordneten, durch Führungen
zentrierten und zusammen mit diesem in eine Sperrflüssigkeit, die beide Druckräume
des Meßwerks voneinander trennt, eintauchenden Auftriebskörper besteht, dessen mit
dem Differenzdruck wechselnde Auftriebskraft in einem Druckraum des Meßwerks mittels
eines vom Strom des Kompensators durchflossenen, auf den Auftriebskörper einwirkenden
elektromagnetischen Kraftgeber kompensiert ist.
-
Bei den bisher bekanntgewordenen Konstruktionen solcher Meßeinrichtungen
wird zum Kraftvergleich die zu messende mechanische Kraft mehrfach verändert und
umgelenkt, teils um ihre Größe der verfügbaren magnetischen Kraft anzupassen, teils
um ihre Herausführung aus dem Druckraum zu bewerkstelligen. Hierdurch entstehen
Reibungs- und Übersetzungsfehler, die die Genauigkeit der Messung insbesondere dann,
wenn Verschleiß hinzutritt, besonders bei kleineren zu messenden Differenzdrücken
einschränken. Dieses trifft auch bei solchen Anordnungen zu, bei denen der Auftriebskörper
in dem erwähnten Rohr beweglich gelagert ist und mit Ansätzen zu seiner Führung
in diesem Rohr höhenbeweglich gelagert ist.
-
In Verbesserung der bekannten Konstruktionen wird deshalb eine Vorrichtung
der eingangs näher bezeichneten Art vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet,
daß der stabförmig ausgebildete Auftriebskörper zusammen mit dem Rohr in einem beide
Bauteile hülsenförmig umgebenden, die Sperrflüssigkeit aufnehmenden Gehäuse angeordnet
ist und das Rohr an beiden Rohrenden überragt, und dadurch, daß der Auftriebskörper
über seine beiden, das Rohr überragenden Enden an zwei Stellen seiner Längsachse
mit Nadellagern, die sich am Material des Rohrs oder Erweiterungen desselben abstützen,
zentriert ist.
-
Die Figuren erläutern Ausführungsbeispiele von Einrichtungen nach
der Erfindung.
-
In F 1 g. 1 bezeichnet 1 ein Rohr, dessen Kopf 2 durch einen Ansatz3
druckdicht abgeschlossen ist.
-
Mittels der an der Innenwandung dieses Rohres bzw. des Kopfes anliegenden
Zentrierteile 4, 5 und 6 ist un Inneren des Rohrs 1 ein Rohr 7 zentrisch gehert.
Das Teil5 ist am Rohr 1 und an dem Rohr7
druckdicht befestigt. Im Inneren des Rohrs
7 ist ein an seinem unteren Ende verschlossener hohler Stab 8 höhenbeweglich gelagert,
wozu in den Ebenen 9 und 10 Nadellager vorgesehen sind. Die Ebenen enthalten je
drei um 1200 gegeneinander versetzte Nadeln 11, die sich in der Ebene 10 einerseits
an Lagern, die auf der Innenseite des ringförmigen Teils 4 und andererseits auf
dem Außenumfang des Auftriebskörpers 8 angeordnet sind, abstützen.
-
Am unteren Ende des Stabes 8 ist eine Tauchglocke 12 befestigt. Hierzu
besitzt das Glockengehäuse eine zentrische Einbuchtung 13, die sowohl das Rohr 1
als auch das Rohr 7 umfaßt. Ein am Rohr 1 befestigter Rohrstutzen 14, der die Außenseite
des Rohrs 1 mit dem Inneren der Tauchglocke verbindet, ragt in das Innere der Glocke
hinein. Das Rohr 15 verbindet den höchsten Punkt des Tauchglockeninneren mit dem
Punkt 16 am unteren Ende des Tauchglockenaußenmantels.
-
Am Kopf der Tauchglocke 12 stützen sich die einen Enden der Lagernadeln
11 der Ebene 9 ab, und die anderen Enden der Nadeln sind in Lagern am Außenmantel
des Rohrs 7 angeordnet.
-
Mit 20 ist eine Membran bezeichnet, die sich an einer Feder 21 abstützt
und deren Rückseite mit einem Raum 22 in Druckverbindung steht, der über eine Öffnung
23, eine Verbindung 24 und eine Öffnung 25 mit dem Inneren des durch den Mantel
1 und den Mantel 7 gebildeten Raums 26 in Verbindung steht.
-
Am Kopf des stabförmigen Auftriebskörpers 8 ist über eine Verbindung
30 eine Spule 31 starr befestigt. Sie ist im Luftspalt eines Elektromagneten, dessen
Wicklung mit 32 bezeichnet ist, angeordnet.
-
Mit 33 ist eine magnetische Platte bezeichnet, die ebenfalls am Kopf
des Körpers 8 starr befestigt ist Sie beeinflußt den Wechselstromwiderstand zweier
Induktivitäten 34 und 34A, die in einer Mittelstellung des Stabes 8 gleich groß
sind. Ihre Differenz ist ein Maß für die Stabstellung.
-
Der Raum 35 steht über öffnungen 36 und 37 mit dem Inneren des Raums
7 in Druckverbindung, und es ist der Raum 35 über eine (nicht dargestellte) Bohrung
im Kopf 2 mit einer Druckleitung verbindbar. In gleicher Weise ist der Raum 26 mit
einer zweiten Druckleitung verbindbar.
-
Die F i g. 2 erläutert diese Ausbildung. In ihr bezeichnen 40 und
41 die beiden Bohrungen. Die Rohr rung 40 steht mit der Druckleitung 42 und die
Bohrung 41 über ein Mehrwegeventil 44 mit einer Druckleitung 43 in Verbindung. Die
Leitung 43 führt z. B. den größeren Druck, und es ist der Differenzdruck zwischen
den Leitungen 42 und 43 gemessen.
-
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in das Innere des Rohrs 1 eine Sperrflüssigkeit,
z. B. Quecksilber, eingebracht. Bei Druckgleichheit in den beiden durch sie getrennten
Räumen 26 und 35 liegt das Niveau der Sperrflüssigkeit im Inneren des Rohrs 1, im
Inneren der Tauchglocke 12 und im Inneren des Rohrs 7 in der Ebene A. Bei steigendem
Druck im Raum 26 steigt die Sperrflüssigkeit im Inneren des Rohrs 7 und erzeugt
am Auftriebskörper eine entsprechende Auftriebskraft. In Fig. 1 bezeichnet B eine
Ebene, bis in die das Quecksilber im Inneren des Rohrs 7 bei einem gegebenen Druckunterschied
zwischen den Räumen 26 und 35 emporgestiegen ist. Die Auftriebskraft führt zu einer
Stellungsänderung des Körpers 8, der mittels des induktiven Abgriffs 33, 34, 34A
erfühlt ist und in einen elektrischen Gleichstrom umgewandelt ist, der die in Reihe
geschalteten Wicklungen 31 und 32 des elektromagnetischen Kompensationssystems durchfließt
und eine Kompensationskraft zur Folge hat, die auf den Auftriebskörper 8 im Sinne
der Kompensation der Auftriebskraft einwirkt und die dem Quadrat des Spulenstroms
proportional ist. Für den Fall, daß die Auftriebskraft durch die elektromagnetische
Gegenkraft voll kompensiert ist und am Tauchkörper 8 Gleichgewicht der Kräfte besteht,
ist der Spulenstrom der Quadratwurzel aus der Auftriebskraft und damit der Quadratwurzel
aus der Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken in den Leitungen 42 und 43 proportional.
-
Die zur Erzeugung des Kompensationsgleichstroms verwendeten Mittel
sind in F i g. 3 dargestellt.
-
In dieser Figur bezeichnen 34 und 34A die beiden Induktivitäten der
F i g. 1. Sie sind in einer Brückenschaltung 51 angeordnet, die aus demWechselstromnetz
50 mit einer Wechselspannung gespeist ist. Die Fehlerspannung der Brücke ist in
ihrer Amplitude der Stellung des Stabes 8 proportional. Ihr Phasenwinkel springt
in der Nullstellung des Stabes um 1800. Die Fehlerspannung ist dem Röhrenverstärker
52 zugeführt, dessen Ausgangsspannung mittels eines Übertragers 53 auf die phasenempfindlichen
Gleichrichter 54, 55, 56 und 57 übertragen ist. Diese Gleichrichter steuern mit
ihren Ausgangsspannungen die vier Verstärkerröhren 58, 59, 60 und 61, wozu die Ausgangsspannungen
der Gleichrichter den Steuergittern dieser Röhren zugeführt sind. Die Anoden der
Röhren 60 und 61 sind jeweils mit den Kathoden der Röhren 58 und 59 verbunden, und
es
sind die Anoden der Röhren 58 und 59 über die Induktivitäten 32, 32 a und 32b
sowie über die Potentiometer 69 und 70 sowie einen Doppelweggleichrichter 7t mit
dem Wechelstromnetz 50 verbunden. Die Induktivität 32 entspricht der entsprechenden
Wicklung des Elektromagneten der F i g. 1. Sie ist in die Teile 32, 32 a und 32
b zerlegt, und diese Teile sind in der dargestellten Schaltung angeordnet.
-
Über eine Leitung 62 ist die Kathode der Röhre 58 mit der Kathode
der Röhre 59 und damit auch mit der Anode der Röhre 61 verbunden. Die Leitung 62
enthält die Elektromagnetwicklung 31, die Arbeitswicklungen 63 und 64 zweier Relais
sowie die Meßinstrumente 65 und 66 sowie die Zähler 67 und 68.
-
Mit 72 ist die Arbeitswicklung des Relais bezeichnet, das das Mehrwegeventil
der Fig. 1 schaltet. Mit 73 ist ein weiteres Relais bezeichnet, das mit seinen Kontakten
in den Arbeitsstromkreis 62 und in den Schaltstromkreis der Relais 63 und 64 eingreift.
-
Die bis hierher beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Werden
die beiden Druckräume 26 und 35 der Meßvorrichtung nach F i g. 1 so mit den Druckleitungen
42 und 43 verbunden, daß ein extrem großer Differenzdruck auf die Sperrflüssigkeit
einwirkt, so steigt die Sperrflüssigkeit im Inneren der Tauchglocke empor und entleert
das Innere der Tauchglocke von eventuellen Gasresten, die durch die Sperrflüssigkeit
über die Leitung 15 aus dem Inneren der Tauchglocke entfernt werden.
-
Im normalen Betriebsfall ist der Druckraum 35 mit der Leitung 42
und der Druckraum 26 über das Magnetventil 44 mit der Druckleitung 43 verbunden,
und ein auftretender Differenzdruck hat ein Ansteigen der Sperrflüssigkeit im Inneren
des Rohrs 7 beispielsweise bis zur Höhe der Ebene B zur Folge.
-
Die Auftriebskraft am Stab 8 führt zu einer entsprechenden Stellungsverlagerung
dieses Stabes.
-
Diese wird mittels eines Abgriffsystems 33, 34, 34A erfühlt und hat
eine Verstimmung der Brücke 51 zur Folge.
-
In der Nullstellung des Stabes 8 sind die Induktivitäten 34 und 34A
gleich groß, und die Verstärkerröhre52 wird durch kein Fehlersignal angesteuert.
-
In diesem Zustand der Meßanordnung erzeugen die phasenempfindlichen
Gleichrichter 54, 55, 56 und 57 an ihren Ausgängen elektrische Gleichspannungen,
die als Steuerspannungen den Gittern der Röhren 58, 59, 60 und 61 zugeführt sind
und diese Röhren sperren. Bei Auslenkung des Stabes 8 in einer Wirkrichtung wird
eine Fehlerspannung an der Brücke 51 ausgesteuert, die verstärkt an den Ausgängen
der phasenempfindlichen Gleichrichter beispielsweise für die Röhren 59 und 60 Steuerspannungen
erzeugt, die diese Röhren weiter sperren, während die Gittervorspannungen für die
Röhren 58 und 61 nach positiven Werten hin verschoben werden. Es fließt deshalb
über den Gleichrichter und die Spulenwicklungen 32, 32 a bzw. 32b und über die Leitung
62 ein Gleichstrom, der eine entsprechende Kompensationskraft am Auftriebskörper
zur Folge hat. Bewegt sich der Stab aus seiner Nullage in die andere Richtung, so
wird die beschriebene Steuerwirkung an den vier Röhren vertauscht, und es fließt
über die Leitung 62 bei sonst ungeänderten Verhältnissen nunmehr der Kompensationsstrom
in umgekehrter Richtung, wodurch sich auch die Stromrichtung in der Spule 31
umkehrt
und eine Umkehr der Richtung der Kompensationskraft herbeigeführt wird.
-
Die Potentiometer 69 und 70 können von Druck-oder Temperaturmeßgeräten
in geeigneter Weise verstellt werden, um entweder Zustandskorrekturen bei der Mengenmessung
von kompressiven Medien selbsttätig anzubringen oder irgendwelche Produktbildung,
z. B. zur Bestimmung von Wärmemengen, durchzuführen.
-
Die Meßinstrumente 65 und 66 weisen einen unterschiedlichen Meßbereich
auf; z. B. weist das Meßinstrument 66 einen größeren Meßbereich auf als das Meßinstrument
65, und es ist die Anordnung an den Relais 63 und 64 derart getroffen, daß bei großen
Differenzdrücken das Relais 64 über das Relais 73, das mit einem Selbsthaltekontakt
ausgerüstet ist, auf das Magnetventil44 einwirkt und dieses bei einem Kompensationsstrom
von 100 0/o, der über die Leitung 62 fließt, so betätigt, daß der Druckraum 26 mit
der Leitung 43 verbunden ist Durch den Selbsthaltekontakt des Relais 73 bleibt dieser
große Meßbereich so lange eingeschaltet, bis das Relais 63 bei einem Kompensationsstrom
von z. B. 18e/o des maximalen Stroms durch Öffnen des Selbsthaltestromkreises das
Relais 73 abfallen läßt, wodurch das Magnetventil 44 betätigt und die Leitung 43
mit dem Anschlußstutzen 14 und damit mit dem Inneren der Tauchglocke verbunden wird.
-
Gleichzeitig wird das Instrument 65 in die Leitung 62 eingeschaltet,
und die Meßeinrichtung der Figur arbeitet nunmehr mit der Tauchglocke 12 als Meßinstrument,
wodurch die Meßcharakteristik am unteren Teil des Meßbereiches der Meßeinrichtung
wesentlich verbessert wird.
-
Tritt in der beschriebenen Vorrichtung eine Umkehr der Wirkrichtung
des Differenzdrucks ein, so ist zu beachten, daß sich die Kraftrichtung der durch
den Elektromagneten erzeugten Kraft ebenfalls umkehrt und der quadratische Zusammenhang
zwischen Kraft und elektrischem Strom auch weiterhin erhalten bleibt. Es ist jedoch
das Verhältnis der erzeugten Kraft zum Quadrat des Stroms ein anderes, da per aus
der Selbstinduktion der Ankerspule entspringende Kraftanteil sein Vorzeichen behält.
Man kann dieses Verhältnis und damit den Eichfaktor dieses Meßumformers in beiden
Stromrichtungen gleich groß machen, wenn man entweder in einem Teil der Feldspule
des Elektromagneten den Strom zugleich mit der Ankerspule umkehrt oder aber im Nebenschluß
zur Ankerspule - wie in F i g. 4 dargestellt -einen Widerstand mit Sperrzelle legt,
der in einer Stromrichtung den Strom in der Ankerspule vermindert, in der anderen
dagegen nicht. Diese Anordnung kann auch durch eine solche ersetzt werden, bei der,
wie in F i g. 5 dargestellt, in die Spule 32 ein Zusatzstrom eingespeist ist, der
lediglich in einer Stromrichtung fließt.
-
Die F i g. 6 und 7 zeigen vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 abweichende
konstruktive Gestaltungen von Durchflußmengeneinrichtungen nach der vorliegenden
Erfindung. In Fig. 6, die einen Teil des beschriebenen Meßumformers wiedergibt,
fehlt die Tauchglocke der F i g. 1, und es ist am unteren Ende des Auftriebskörpers
8 ein Bauteil 70 befestigt, das an dem Teil 8 starr befestigt ist und Lochungen
aufweist. Das Teil 70 umfaßt das Rohr 7 und weist an seinem Kopf eine Erweiterung
auf, die zur Aufnahme der Nadellager 11 dient. Die Anordnung nach F i g. 7
weist
an ihrem Ende bei sonst gleicher Gestaltung eine Verjüngung des Außenrohrsl auf,
um so die Meßempfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen.
-
Die in F i g. 1 dargestellte Membran 20 dient zur Kompensation des
Druckeinflusses im Meßwerk auf den Auftrieb. Der bei steigendem Druck zunehmende
Auftrieb wird durch druckabhängige Senkung des Sperrflüssigkeitsspiegels ausgeglichen.
-
Im übrigen ist die Anordnung der elektrischen Einrichtung zur Aussteuerung
des Kompensationsgleichstroms an Stelle der Ausbildung nach Fig.4 oder 5 auch so
zu treffen, daß in der Spule, durch die der Kompensationsstrom mit unveränderlicher
Stromflußrichtung fließt, eine Hilfsspule angebracht wird, welche von einem in Richtung
und Stärke dem Strom durch die Spule mit umkehrbarer Stromrichtung entsprechenden
Strom so durchflossen ist, daß felderregende Wirkungen der letzteren auf die Spule
mit unveränderlicher Stromrichtung durch die Hilfsspule kompensiert werden.
-
Abschließend sei noch ergänzend bemerkt, daß die zur Lagerung des
Auftriebskörpers dienenden Lagemadeln, die im wesentlichen radial zur Achse des
Auftriebskörpers gelegen sind, in einer Lagerebene vorzugsweise derart angeordnet
sind, daß in dieser Ebene wenigstens zwei Nadeln derart orientiert sind, daß sie
im entgegengesetzten Sinne an der Stabachse vorbeizeigen.