DE1225886B

DE1225886B - Device for measuring the material velocity or the mass flow

Info

Publication number: DE1225886B
Application number: DEF32587A
Authority: DE
Inventors: Paul Flatten
Original assignee: PAUL FLATTEN FA
Current assignee: PAUL FLATTEN FA
Priority date: 1960-11-19
Filing date: 1960-11-19
Publication date: 1966-09-29
Also published as: GB919593A

Description

Vorrichtung zur Messung der Stoffgeschwindigkeit bzw. des Mengenstromes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit bzw. des Mengenstromes flüssiger, dampf- oder gasförmiger Stoffe in einem geschlossenen Leitungssystem.Device for measuring the material velocity or the mass flow The invention relates to a device for measuring speed or the mass flow of liquid, vapor or gaseous substances in a closed Piping system.

Zu den dabei auftretenden meßtechnischen Problemen ist grundsätzlich folgendes zu bemerken: Aufgaben der oben angegebenen Art werden vorwiegend nach dem bekannten Wirkdruckverfahren durchgeführt. Hierbei handelt es sich um eine mittelbare Messung, wobei der Stoff durch eine Einschnürung (Blende oder Düse) strömt und an dieser einen Differenzdruck als Maß des Mengenstromes bildet. The metrological problems that arise in this context are fundamentally the following should be noted: Tasks of the type specified above are predominantly after carried out the known differential pressure method. This is an indirect one Measurement, whereby the substance flows through a constriction (aperture or nozzle) and approaches this forms a differential pressure as a measure of the mass flow.

Dieses Arbeitsprinzip erfordert eine Einrichtung, bestehend aus a) Wirkdruckgeber (Meßblende bzw. Düse), b) Differenzdruckmeßwerk (mit oder ohne Sperrstoff), c) Wirkdruckleitungen [als Verbindungen zwischen a) und b)], d) Absperrarmaturen (für Plus- und Minusleitung sowie Differenzdruckausgleich).This working principle requires a facility consisting of a) Differential pressure transducer (measuring orifice or nozzle), b) differential pressure measuring device (with or without bulk material), c) Differential pressure lines [as connections between a) and b)], d) Shut-off valves (for plus and minus lines as well as differential pressure compensation).

Bei der Messung dampfförmiger Stoffe müssen das Meßwerk und die Wirkdruckleitungen mit Wasser gefüllt sein, wodurch zusätzlich noch e) Kondenstöpfe als Wasservorlagen zwischen a) und b) einzuschalten sind. When measuring vaporous substances, the measuring mechanism and the differential pressure lines must be filled with water, which also e) condensate pots as water reservoirs must be switched between a) and b).

Flüssigkeiten, die chemisch aggressiv wirken oder bei Abkühlung verdicken bzw. auskristallisieren, zwingen zur Anwendung von f) Trenngefäßen, die den Meßstoff gegen das Meßwerk abschließen. Liquids that are chemically aggressive or thicken when cooled or crystallize out, force the use of f) separating vessels that contain the medium to be measured lock against the measuring mechanism.

Entsprechend dem Betriebsdruck und den Eigenschaften des Meßstoffes werden Ringwaage-, Plattenfeder- oder U-Rohr-Systeme zur mechanischen Darstellung der Differenzdrücke bzw. deren Wurzelwerte als Zeigerausschläge benutzt. - In zahlreichen Fällen muß der Meßstoff (explosions- bzw. feuergefährlich, chemisch aggressiv oder giftig) vom Meßwerk des Anzeigers bzw. Schreibers für den Mengenstrom ferngehalten werden. Des weiteren entspricht die Anwendung von Sperrstoff im Meßgerät - meist Quecksilber - nicht mehr den neuzeitlichen betriebstechnischen Bedingungen. According to the operating pressure and the properties of the medium ring balance, diaphragm or U-tube systems are used for mechanical representation the differential pressures or their root values are used as pointer deflections. - In numerous In cases, the substance to be measured must be (explosive or flammable, chemically aggressive or poisonous) kept away from the measuring mechanism of the indicator or recorder for the mass flow will. Furthermore, the use of bulky material in the measuring device - mostly corresponds Mercury - no longer the modern operating conditions.

Diese Gesichtspunkte führten zur Entwicklung des Wirkdruckwandlers. Ein solches Gerät besitzt ebenfalls ein Differenzdrucksystem als Eingangsglied. Es gleicht einem Plattenfedermeßwerk, das von beiden Seiten druckmäßig belastet wird. Der eingeprägte Differenzdruck stellt sich dabei nicht als Wegänderung (Ausschlag), sondern durch eine Kraft dar. Die Ausgangsseite des Wandlers wertet die vom Differenzdruck gebildete Meßkraft entweder in Luftdrücke oder Stromänderungen um, die dem Differenzdruck verhältnisgleich sind. Hierdurch ergibt sich der »pneumatische« bzw. »elektrische« Transmitter. These considerations led to the development of the differential pressure converter. Such a device also has a differential pressure system as an input element. It resembles a diaphragm measuring mechanism that is subject to pressure from both sides will. The impressed differential pressure does not appear as a change in path (deflection), but by a force. The output side of the converter evaluates the differential pressure formed measuring force either in air pressures or changes in current to the differential pressure are proportional. This results in the "pneumatic" or "electrical" Transmitter.

Beim pneumatischen Transmitter wird die durch Kompensation der Meßkraft notwendige Gegenkraft durch einen Luftdruck erzeugt, der den Differenzdruck abbildet. Der elektrische Transmitter weist den Differenzdruck durch den Erregerstrom eines Elektromagneten nach, der die Kompensationskraft aufbringt. Der Transmitter kann in unmittelbarer Nähe des Meßortes angebracht werden. Sein pneumatisches bzw. elektrisches Ausgangssignal läßt sich durch eine Luftleitung bzw. mit Hilfe von zwei Adern nach dem Ort der Anzeige oder/und Aufzeichnung des Mengenstromes übertragen. Der pneumatische Empfänger besitzt dabei ein normales Druckmeßwerk ohne bzw. mit Radizierung des Zeigerausschlages. Zur Anschaltung an den Ausgang des elektrischen Transmitters eignet sich ein Drehspulmeßwerk. Die Eingangsseite des Wirkdruckwandlers ist in mehrfacher Hinsicht nicht als ideal zu bezeichnen. Dies betrifft sowohl die Meßmembran im Differenzsystem als auch die Zusammenarbeit zwischen Wirkdruckgeber (Blende bzw. Düse) und Transmitter. Entsprechend dem Differenzdruck und den Eigenschaften des Meßstoffes verwendet man für die Meßmembran im Transmitter entweder eine Folie aus Kunststoff oder Metall. Plastische Membranen eignen sich besonders für geringe bis mittlere Differenzdrücke, weil damit eine hohe Meßgenauigkeit erreicht wird. Es bestehen jedoch folgende Nachteile: 1. Unzureichende Überlastsicherheit des Differenzdrucksystems, 2. mangelhafte Konstanz des mechanischen Nullpunktes, 3. Neigung zur Diffusion des Meßstoffes durch die Membran insbesondere bei längerer Benutzung, 4. Dichtschwierigkeiten an der Einspannstelle der Membran.With the pneumatic transmitter, this is achieved by compensating the measuring force necessary counterforce generated by an air pressure that represents the differential pressure. The electrical transmitter indicates the differential pressure through the excitation current of a Electromagnet after which applies the compensation force. The transmitter can be installed in the immediate vicinity of the measuring location. Its pneumatic or electric The output signal can be traced through an air line or with the help of two wires the location of the display and / or the recording of the mass flow. The pneumatic one Receiver has a normal pressure measuring mechanism with or without root extraction Pointer deflection. For connection to the output of the electrical transmitter a moving coil measuring mechanism is suitable. The input side of the differential pressure transducer is in Not to be called ideal in several respects. This applies to both the measuring membrane in the differential system as well as the cooperation between differential pressure transducers (orifice resp. Nozzle) and transmitter. According to the differential pressure and the properties of the To be measured, either a foil is used for the measuring membrane in the transmitter Plastic or metal. Plastic membranes are particularly suitable for small to medium differential pressures, because this achieves a high level of measurement accuracy. It however, there are the following disadvantages: 1. Insufficient overload protection the differential pressure system, 2. insufficient constancy of the mechanical zero point, 3. The tendency for the measured substance to diffuse through the membrane, especially for longer periods Use, 4. Sealing difficulties at the clamping point of the membrane.

Metallmembranen sind überlastsicher, undurchlässig für den Meßstoff und gut abzudichten. Diese Vorteile gehen allerdings auf Kosten einer geringeren Meßempfindlichkeit. Die Wahl des Membranwerkstoffes wird noch erschwert, wenn es sich um chemisch aggressive Meßstoffe handelt und/oder hohe Betriebstemperaturen auftreten. Eine besondere Schwierigkeit besteht, wenn der Meßstoff bei Temperaturrückgang verdickt bzw. fest wird oder auskristallisiert. In solchen Fällen muß das Differenzdrucksystem unter Einschluß der Wirkdruckleitungen beheizt werden. Der Wirkdruckgeber wird zur Ursache von Meßstörungen bzw. Fehlmessungen, wenn der Durchflußstoff Festbestandteile enthält oder verunreinigt ist. Hierbei verstopfen bzw. verlagern sich die Wirkdruckentnahmen am Geber (Meßblende oder Düse). Die Messung von flüssigen oder dampfförmigen Stoffen bringt einwandfreie Ergebnisse, wenn beide Kammern des Differenzdrucksystems nur mit Flüssigkeit gefüllt sind. Diese Voraussetzungen erfordern die Entlüftung der Meßkammern und Wirkdruckleitungen. Der Wandler ist daher unterhalb des Meßortes anzubringen. Bei der Durchflußmessung von Gasen wird die Anordnung des Wandlers über dem Wirkdruckgeber notwendig, um anfallendes Kondensat vom Differenzdrucksystem fernzuhalten. Metal diaphragms are overload-proof and impermeable to the medium and seal well. However, these advantages come at the expense of a smaller one Measurement sensitivity. The choice of membrane material is made even more difficult when it chemically aggressive media and / or high operating temperatures appear. A particular difficulty arises when the medium to be measured falls in temperature thickened or solidified or crystallized out. In such cases the differential pressure system are heated with the inclusion of the differential pressure lines. The differential pressure transducer is used for Cause of measurement disturbances or incorrect measurements if the flow substance has solid constituents contains or is contaminated. In the process, the differential pressure taps clog or shift on the encoder (measuring orifice or nozzle). The measurement of liquid or vaporous substances brings perfect results if both chambers of the differential pressure system only are filled with liquid. These conditions require the venting of the Measuring chambers and differential pressure lines. The transducer is therefore below the measuring point to attach. When measuring the flow of gases, the arrangement of the transducer necessary via the differential pressure transducer to remove any condensate from the differential pressure system keep away.

Im einzelnen ist zum Stand der Technik folgendes zu bemerken: Es ist vorgeschlagen worden, den Differenzdruck mit Hilfe einer durch einen Servomotor verstellbaren Drosselklappe zu erzeugen und durch Steuerung des Servomotors bei unterschiedlichem Mengenstrom konstant zu halten, wobei der Stellweg des Servomotors im Ausschlagsverfahren Maß für den Mengenstrom ist. - Ebenso sind Drosselklappen in anderer Weise zur Erzeugung des Differenzdruckes zur Messung der Stoffgeschwindigkeit bzw. des Mengenstromes verwendet worden. Diese Vorrichtungen arbeiten sämtlich nach dem oben beschriebenen Wirkdruckverfahren und weisen somit die eingangs ausgeführten Nachteile auf. The following is to be noted in detail with regard to the state of the art: Es It has been proposed to use a servo motor to control the differential pressure adjustable throttle valve and by controlling the servomotor at to keep different flow rates constant, the travel of the servomotor is a measure of the mass flow in the deflection process. - The same are throttle valves in another way to generate the differential pressure to measure the material velocity or the mass flow has been used. These devices all work afterwards the differential pressure method described above and thus have the above-mentioned Disadvantages on.

Darüber hinaus sind Strömungsmesser bekannt, die mit Stauscheiben arbeiten, wobei die von der Strömung auf die Stauscheibe bewirkte Kraft im Ausschlagsverfahren gemessen als Maß für die Stoffgeschwindigkeiten bzw. Mengenströme benutzt wird. In addition, flow meters are known that have baffle plates work, with the force caused by the flow on the baffle plate in the deflection process measured as a measure for the material velocities or mass flows is used.

Weiterhin ist versucht worden, die Strömung mit einer quer zur Strömung und in dieser stehenden Stauscheibe zu messen, wobei die von der Strömung auf die Stauscheibe aufgebrachte Kraft durch eine von außen aufgebrachte Kompensationskraft kompensiert und diese Kompensationskraft gleich als Meßgröße benutzt wird. Mengenstrom und Kompensationskraft stehen bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch nicht in reproduzierbarem Zusammenhang. Man beobachtet vielmehr unkontrollierte Fluktuationen und erhält im Ergebnis nicht einmal im zeitlichen Mittel hinreichende Meßgenauig keit, so daß auch die mit Stauscheiben sowohl im Ausschlagsverfahren oder im Kompensationsverfahren arbeitenden Vorrichtungen zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme bei der Messung der Geschwindigkeit bzw. des Mengenstromes flüssiger oder gasförmiger Stoffe nichts beigetragen haben.Attempts have also been made to control the flow with a cross-flow and to measure in this standing baffle plate, the from the flow to the Baffle plate applied force by an externally applied compensation force compensated and this compensation force is used as a measured variable. Mass flow and compensation force are not reproducible in this known device Connection. Rather, one observes uncontrolled fluctuations and receives im The result is not sufficiently accurate even in terms of the time average speed, so that too those with baffles both in the deflection process or in the compensation process working devices to solve the problems identified above in the measurement the speed or the mass flow of liquid or gaseous substances nothing have contributed.

Das gilt auch für sogenannte Verhältnisschieber, die eine veränderliche Kraftübertragung zulassen.This also applies to so-called ratio sliders, which are variable Allow power transmission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der in realen Strömungen mit den dort unvermeidlich auftretenden unkontrollierbaren Fluktuationen Geschwindigkeiten bzw. The invention is based on the object of creating a device with that in real currents with the uncontrollable ones that inevitably occur there Fluctuations in speeds or

Mengenströme eindeutig und reproduzierbar mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.Mass flows are measured clearly and reproducibly with high accuracy can be.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit bzw. des Mengenstromes flüssiger, dampf- oder gasförmiger Stoffe aus einer in dem Stromfluß beweglich angeordneten Widerstandsfläche und einem Ausgleichsystem mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung. Die Erfindung besteht darin, daß die Widerstandsfiäche als eine an sich bekannte, um eine quer zur Strömungsrichtung liegende Achse drehbare Drosselklappe ausgeführt ist und mit einer an sich ebenfalls bekannten Ausgleichsvorrichtung verbunden ist, die so ausgelegt ist, daß sie das durch den Stofffluß an der Drosselklappenachse erzeugte Drehmoment kompensiert. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, die mit einer um eine Achse drehbaren Drosselklappe arbeitet, überraschenderweise eindeutige und reproduzierbare Meßwerte bei hoher Meßgenauigkeit liefert. Insbesondere werden in jeder realen Strömung infolge der Strömungsinhomogenitäten entstehenden Schwankungen kompensiert und stören den Meßvorgang nicht. The invention relates to a device for measuring speed or the mass flow of liquid, vapor or gaseous substances from one in the Current flow movably arranged resistance surface and a compensation system with associated display device. The invention consists in that the resistance surface as a known per se, rotatable about an axis lying transversely to the direction of flow Throttle valve is designed and with a compensation device also known per se is connected, which is designed so that it is through the flow of material on the throttle valve axis generated torque compensated. It has been shown that the device according to the invention, which works with a throttle valve that can be rotated around an axis, surprisingly delivers clear and reproducible measured values with high measuring accuracy. In particular arise in every real flow as a result of the flow inhomogeneities Fluctuations compensate and do not interfere with the measuring process.

Durch diese Art der Messung wird der beim Wirkdruckverfahren notwendige Umweg - vom Mengenstrom über den Differenzdruck zur Meßkraft - vermieden. This type of measurement makes it necessary for the differential pressure method Detour - from the mass flow via the differential pressure to the measuring force - avoided.

Die Lage der Widerstandsfläche in der Leitung ermöglicht auch den ungehinderten Durchgang von Stoffen, die kleinere Festbestandteile mitführen oder verschmutzt sind. Diese Betriebseigenschaft des Meßorgans schaltet Meßstörungen bzw. Fehlmessungen aus. Das Arbeitssystem gemäß der Erfindung beschränkt die Anwesenheit des Meßstoffes auf die Durchflußleitung, was ein wesentlicher betriebstechnischer Vorteil ist. Die sonst üblichen Armaturen und Leitungen a) bis f) - eingangs beschrieben -entfallen. The position of the resistance surface in the line also enables the unhindered passage of substances that carry smaller solid components or are dirty. This operating property of the measuring element switches measurement disturbances or incorrect measurements. The work system according to the invention restricts attendance of the substance to be measured on the flow line, which is an essential operational engineering Advantage is. The otherwise usual fittings and lines a) to f) - described at the beginning - not applicable.

Es ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, daß die Ausgleichsvorrichtung als pneumatischer bzw. elektrischer Meßkraftumwerter an sich bekannter Bauart ausgeführt ist und daß zur Änderung des Meßbereiches ein bekannter Verhältnisschieber vorgesehen ist. It is a preferred embodiment of the invention that the balancing device designed as a pneumatic or electrical measuring force corrector of a known type is and that a known ratio slide is provided to change the measuring range is.

Durch die Erfindung lassen sich wesentliche meß-und betriebstechnische Vorteile erzielen. Die Anordnung des Meßorgans innerhalb der Stoffleitung ermöglicht eine verzögerungsfreie, weil unmittelbare Darstellung der Meßgröße. Des weiteren ist die Anwesenheit des Meßstoffes auf die Durchfiußleitung begrenzt. Es sind deshalb auch keine Armaturen für die Inbetriebnahme und Nullpunktkontrolle erforderlich. Bei der Durchflußmessung dampfförmiger Stoffe entfallen auch die sonst notwendigen beiden Kondensgefäße als Wasservorlagen. Da das Meßorgan einen Bestandteil der Stoffleitung bildet, können die bekannten Schwierigkeiten, die durch Verdicken bzw. Festwerden oder Auskristallisieren des Stoffes im Meßkreis ergeben würden, nicht auftreten. The invention enables essential measurement and operational engineering Achieve advantages. The arrangement of the measuring element within the substance line enables a delay-free, because immediate representation of the measured variable. Further the presence of the medium to be measured is limited to the flow line. It is therefore also no fittings required for commissioning and zero point control. When measuring the flow of vaporous substances, the otherwise necessary ones are also omitted two condensation vessels as water reservoirs. Since the measuring element is a component of the substance line forms, can the known difficulties caused by thickening or solidification or crystallization of the substance in the measuring circuit would result, do not occur.

Der Meßkreis bedarf keiner Entlüftung bei Flüssigkeit bzw. keiner Entwässerung für gasförmige Stoffe.The measuring circuit does not require venting in the case of liquid or none Drainage for gaseous substances.

Installationen im Meßkreis entfallen. Die Meßeinrichtung arbeitet wartungsfrei und ist daher stets betriebsbereit. Infolge des erfindungsgemäßen Aufbaus des Meßorgans kann auch der Mengenstrom von Stoffen, die verunreinigt sind oder kleinere Festbestandteile enthalten, im Dauerbetrieb ohne Meßstörungen bzw. Fehlmessungen erfaßt werden. Das Meßorgan ist überlastsicher, besitzt eine hohe Konstanz des mechanischen Nullpunktes und ausreichende Genauigkeit auch bei kleineren Mengen strömen. Der Meßbereich läßt sich nicht nur, wie an sich bekannt, am Verhältnisschieber des Hebelsystems, sondern zusätzlich durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Öffnungswinkels der Klappe ändern. Bei symmetrischer Ausbildung der Drosselklappe wird außerdem die Messung des Mengenstromes unabhängig von der Richtung des Stoffflusses.There are no installations in the measuring circuit. The measuring device works maintenance-free and is therefore always ready for use. As a result of the structure according to the invention of the measuring element can also be the mass flow of substances that are or are contaminated Contains smaller solid components, in continuous operation without measurement disturbances or incorrect measurements can be detected. The measuring element is overload-proof and has a high degree of mechanical stability Zero point and sufficient accuracy flow even with smaller quantities. Of the The measuring range can be determined not only, as is known, on the ratio slide of the lever system, but also by increasing or decreasing the opening angle change the flap. With a symmetrical design of the throttle valve is also the measurement of the mass flow independent of the direction of the material flow.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt F i g. 1 den Meßwertgeber einer Vorrichtung, die mit einer Drosselklappe arbeitet, F i g. 2 den Verlauf des von einer Drosselklappe nach F i g. 1 erzeugten Drehmomentes in Abhängigkeit des Öffnungswinkels, Fig.3 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 4 bei der Vorrichtung nach F i g. 3 im Detail die stopfbuchsenlose Durchführung der Klappenwelle aus dem Druckraum. The device according to the invention will be illustrated with reference to the following Description and the drawings explained in detail; it shows F i g. 1 the transducer a device that works with a throttle valve, FIG. 2 the course of the of a throttle valve according to FIG. 1 generated torque depending on the Opening angle, FIG. 3 schematically shows a device according to the invention and FIG. 4 in the device according to FIG. 3 shows the glandless bushing in detail the valve shaft from the pressure chamber.

Zunächst werden die Zusammenhänge zwischen Mengenstrom, Druckdifferenz und resultierendem Drehmoment bei Verwendung einer Drosselklappe in einem geschlossenen Leitungssystem betrachtet. First of all, the relationships between mass flow and pressure difference and resulting torque when using a throttle in a closed one Line system considered.

Hieraus geht hervor, daß die Drosselklappe in bestimmten Stellungen zur Flußrichtung nicht nur ein Differenzdruckgeber, sondern vor allem ein unmittelbar wirkender Drehmomentgeber zur Darstellung der Stoffgeschwindigkeit und somit des Mengenstromes ist.This shows that the throttle valve is in certain positions to the direction of flow not only a differential pressure transducer, but above all a direct one Acting torque transmitter for displaying the material speed and thus the Mass flow is.

Wird die Klappe in eine bestimmte Stellung zur Flußrichtung gebracht, die zwischen geschlossener und ganz geöffneter Stoffleitung liegt, dann erzeugt diese - wie jedes Einschnürglied - durch den Mengenstrom einen Differenzdruck. Seine Größe kommt durch die Beziehung P- r. w2 (1) 2g zum Ausdruck. If the flap is brought into a certain position in relation to the flow direction, which lies between the closed and fully open fabric line is then generated this - like every constricting link - creates a differential pressure due to the mass flow. His Greatness comes from the relationship P- r. w2 (1) 2g for expression.

Es bedeutet P = Differenzdruck an der Drosselklappe in kg/m2 y = Wichte des Durchflußstoffes in kg/NmS, g = Erdbeschleunigung in m/sec, w = Stoffgeschwindigkeit in m/sec. It means P = differential pressure at the throttle valve in kg / m2 y = Weight of the flow material in kg / NmS, g = acceleration due to gravity in m / sec, w = material velocity in m / sec.

Der Widerstandsbeiwert t ist eine dimensionslose Zahl, die nur von der Form der Drosselklappe und deren Einstellung zur Flußrichtung bestimmt wird. The drag coefficient t is a dimensionless number that can only be used by the shape of the throttle valve and its setting to the flow direction is determined.

Für eine bestimmte Bauart und Ausführung der Klappe ist deren Widerstandsbeiwert (2) Hierbei gilt ç als Einstellwinkel, gerechnet von der Schließ- in die Öffnungsstellung der Klappe.For a certain type and design of the flap, its drag coefficient is (2) Here, ç is the setting angle, calculated from the closed to the open position the flap.

Gibt die Klappe den ganzen Öffnungsquerschnitt frei oder sperrt sie diesen restlos ab, so verteilt sich die Belastung gleichmäßig auf beide Flügel derselben. In oder Zwischenstellung wird die dem Stofffluß entgegengesetzte Seite der Klappe stärker belastet als die andere. Da die Drehachse die Klappe halbiert, ist das resultierende Drehmoment bestrebt, die Klappe zu schließen.The flap releases or blocks the entire opening cross-section this completely, so the load is evenly distributed on both wings of the same. The side of the flap opposite to the flow of material is in or intermediate position more burdened than the other. Since the axis of rotation bisects the flap, the resulting Torque strives to close the flap.

Die Größe des vom Mengenstrom hervorgerufenen Drehmomentes ergibt sich aus der Gleichung D, =adsdp. (3) Es bedeutet Dr = resultierendes Drehmoment in mkg/Drehmoment, a = Koeffizient als Funktion des Öffnungswinkels der Drosselklappe, d = lichter Durchmesser der Klappenöffnung in m, dp= an der Klappe erzeugter Differenzdruck in kg/m2. The size of the torque caused by the mass flow results from the equation D, = adsdp. (3) It means Dr = resultant torque in mkg / torque, a = coefficient as a function of the opening angle of the throttle valve, d = clear diameter of the flap opening in m, dp = differential pressure generated at the flap in kg / m2.

Wird das gebildete Drehmoment durch ein gleich großes Gegenmoment kompensiert, dann kann sich die vorgegebene Stellung der Klappe nicht ändern. The generated torque is generated by an equally large counter-torque compensated, then the predetermined position of the flap cannot change.

Dadurch bleibt gemäß Gleichung (2) der Widerstandswert der Klappe konstant. Setzt man den nach (1) definierten Differenzdruck A p in die Gleichung (3) ein, so läßt sich schreiben: Dr = a . d3 . #γ . w² . (4) 2 g Bei einer Drosselklappe bestimmter Größe und Ausführung, deren Stellung zur Flußrichtung gegeben ist, sind die Werte d und a bekannt. 5 wird durch q7 bestimmt. Vereinigt man die für eine bestimmte Größe, Bauart und Einstellung der Drosselklappe geltenden Werte zu einer Konstante, so ergibt sich: D, = C r W2- (5) Da der Mengenstrom (V) der Stoffgeschwindigkeit (w) verhältnisgleich ist, wird: Dr = C y. V2 (6) und somit Kommt das Gegenmoment zur Kompensation von Dr durch eine Kraft (p) zustande, die an einem Hebel mit bestimmter Wirklänge angreift, so gilt: An Stelle der Kompensationskraft (p) tritt beim pneumatischen Transmitter der notwendige Luftdruck (P,). Für den elektrischen Transmitter ersetzt der Erregerstrom (l>) des Kompensationsmagneten die Größe P.As a result, the resistance value of the flap remains constant according to equation (2). If the differential pressure A p defined according to (1) is inserted into equation (3), one can write: Dr = a. d3. # γ. w². (4) 2 g For a throttle valve of a certain size and design, the position of which is given in relation to the direction of flow, the values d and a are known. 5 is determined by q7. If the values that apply to a certain size, type and setting of the throttle valve are combined to form a constant, the result is: D, = C r W2- (5) Since the flow rate (V) is proportional to the material velocity (w), the following becomes: Dr = C y. V2 (6) and thus If the counter-torque to compensate for Dr is created by a force (p) that acts on a lever with a certain effective length, the following applies: Instead of the compensation force (p), the pneumatic transmitter uses the necessary air pressure (P,). For the electrical transmitter, the excitation current (l>) of the compensation magnet replaces the quantity P.

Zur Bildung der KonstanteC müssen die Werte für a und t bekannt sein. Die Größe d ist für eine bestimmte Drosselklappe gegeben. To form the constant C, the values for a and t must be known. The size d is given for a specific throttle valve.

Der Drehmomentkoeffizient a läßt sich für jeden Öffnungswinkel aus der Kennlinie (F i g. 2) der Klappe entnehmen. Wurden Dr und dp gemessen, so ist a nach der Oleichung (3) berechenbar. Der für die Einstellung einer Drosselklappe bestimmter Bauart geltende Widerstandsbeiwert liegt auf Grund von Versuchen fest, worüber graphische Darstellungen bestehen [ = f(ç)]. Die Berechnung von ¢ ist auch nach der Bezeichnung (1) möglich. The torque coefficient a can be omitted for each opening angle refer to the characteristic curve (Fig. 2) of the flap. When Dr and dp were measured, so is a can be calculated according to equation (3). The one for adjusting a throttle valve The drag coefficient applicable to a certain type of construction is determined on the basis of tests, what graphical representations consist of [= f (ç)]. The computation of ¢ is also after the designation (1) possible.

Die Konstanz der Werte a und C, als Voraussetzung für die genaue Messung des Mengenstromes, ist gegeben, wenn die Drosselklappe durch die Kompensationswirkung ihre vorgewählte Einstellung zur Flußrichtung nicht ändern kann. Der pneumatische bzw. elektrische Abgriff der Meßgröße müßte daher theoretisch ohne Wegänderung erfolgen. Obwohl diese Forderung in der Praxis nicht erfüllbar ist, arbeiten pneumatische bzw. elektrische Meßkraftumwerter mit ausreichender Genauigkeit. In beiden Fällen ist zur Aussteuerung des Meßkraftabgriffes nur eine Wegänderung zwischen 10 und 100 y notwendig, die an einem mit der Klappenachse verbundenen Hebel relativ großer Wirklänge angreift. The constancy of the values a and C, as a prerequisite for the exact The flow rate is measured when the throttle valve is compensated cannot change their preselected setting for flow direction. The pneumatic one or electrical tapping of the measured variable should therefore theoretically take place without changing the path. Although this requirement cannot be met in practice, pneumatic ones work or electrical measuring force correctors with sufficient accuracy. In both cases is to control the measuring force tap only a change in distance between 10 and 100 y necessary, the relatively large on a lever connected to the flap axis Actual sounds attacks.

Es ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, daß zur Veränderung des Meßbereiches der Arbeitsbereich des Meßorgans durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Öffnungswinkels innerhalb von 0 bis 700 änderbar ist. It is a preferred embodiment of the invention that to change of the measuring range the working range of the measuring organ by enlarging or reducing the opening angle can be changed between 0 and 700.

F i g. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführungsform mit pneumatischem Umwerter der Meßgröße. F i g. 3 shows the basic structure of an embodiment with pneumatic corrector of the measured variable.

Als pneumatischer Umwerter ist hierbei die an sich bekannte Düsen-Prallplatten-Steuerung dargestellt, deren Luftdruckänderung sowohl auf den Balg zur Erzeugung der Kompensationskraft als auch auf die Ausgangsleitung zur Anschaltung eines Meßwerkes für die Anzeige und/oder Aufzeichnung der Meßgröße dient. The known nozzle / flapper control is used as a pneumatic corrector shown, the change in air pressure both on the bellows to generate the compensation force as well as the output line for connecting a measuring unit for the display and / or recording of the measured variable is used.

Am Anschluß 1 wird Luft unter konstantem Druck zugeführt, die über die Vordrossel 2 strömt und an der Düse 3 austritt. Die Vordrossel 2 bildet den fest eingestellten und die Ausgtrömdüse 3 den veränderbaren Strömungswiderstand. Der Düse 3 gegenüber liegt die Prallplatte 4, die am Hebel 5 befestigt ist. At port 1 air is supplied under constant pressure, which is about the choke 2 flows and exits at the nozzle 3. The choke 2 forms the fixed and the discharge nozzle 3 the variable flow resistance. Opposite the nozzle 3 is the baffle plate 4, which is attached to the lever 5.

Der Hebel 5 ist mechanisch mit der Drehachse der Drosselklappe 6 verbunden. Erreicht der Luftfluß von 1 über 2 und 3 nach der Atmosphäre seinen Höchstwert, dann tritt an der Vordrossel 2 der größte Differenzdruck auf. Hierbei besteht zwischen 2 und 3, d.h. in den Luftwegenla, ib und 1c der geringste Druck.The lever 5 is mechanically connected to the axis of rotation of the throttle valve 6. If the air flow from 1 through 2 and 3 to the atmosphere reaches its maximum value, then the greatest differential pressure occurs at choke 2. There is between 2 and 3, i.e. in the airways la, ib and 1c the lowest pressure.

Dieser Zustand entspricht der unbelasteten Drosselklappe, also dem Mengenstrom 0. Kommt in der Leitung 7 ein Stofffluß zustande, so will sich die Klappe im Schließsinn dienen, was eine Annäherung der Prallplatte 4 an die Ausströmdüse 3 zur Folge hat. Damit vermindert sich der Luftfluß durch 3, und der Differenzdruck an 2 geht zurück. Der Druck in la, lb und lc steigt. Der Druckkörper 8 erhöht seine Kraft, die über eine Schneidenrolle 9 auf den Hebel 5 wirkt. Hierdurch hebt sich die Schließtendenz der Drosselklappe auf. Der größten Klappenbelastung, d. h. dem maximalen Mengenstrom in der Leitung7 entspricht somit auch die stärkste Kompensationswirkung durch den Druckkörper 8. Der zur Erhaltung der vorgegebenen Klappenstellung notwendige Luftdruck im Körper 8 und den Leitungen la, lb und 1 c bildet den Mengenstrom in der Leitung 7 ab. Durch die Hebel 5 und 10 mit der Schneidenrolle9 ergibt sich ein Verhältnisschieber, der die änderung des Meßbereiches für denMengenstrom gestattet. This state corresponds to the unloaded throttle valve, i.e. the Mass flow 0. If a substance flow occurs in the line 7, the flap wants to close serve in the closing direction, which brings the baffle plate 4 closer to the discharge nozzle 3 entails. This reduces the air flow through 3, and the differential pressure to 2 goes back. The pressure in la, lb and lc increases. The pressure body 8 increases his Force which acts on the lever 5 via a cutting roller 9. This stands out the tendency of the throttle to close. The greatest valve loading, i.e. H. to the maximum volume flow in line 7 thus also corresponds to the strongest compensation effect through the pressure hull 8. The one necessary to maintain the specified valve position Air pressure in the body 8 and the lines la, lb and 1 c forms the mass flow in the line 7 from. The levers 5 and 10 with the cutting roller 9 result in a Ratio slide that allows the measuring range for the mass flow to be changed.

Mit dem Symbol 11 ist ein Empfangsgerät dargestellt, das zur Anzeige oder/und Aufzeichnung der Meßgröße dient. The symbol 11 shows a receiving device that is used for display or / and recording of the measured variable is used.

F i g. 4 veranschaulicht die stoffbuchsenlose Übertragung des Klappendrehmomentes aus dem Druckraum mit Hilfe des an sich bekannten Torsionsrohres. F i g. 4 illustrates the linerless transmission of the flap torque from the pressure chamber with the help of the known torsion tube.

Diese Art der Übertragung ist für den Erfindungsgegenstand besonders geeignet, weil es sich praktisch um eine weglose Messung handelt. Hierbei dienen die kreisförmigen Dichtflächen 12 und 13 des Rohres 14 als Abschlüsse der Stoffleitung 7 gegenüber Atmosphäre. In Punkt 13 als Mantellinie besteht die Verbindung der Klappenachse 15 mit dem Rohr 14.This type of transfer is special for the subject matter of the invention suitable because it is practically a pathless measurement. Serve here the circular sealing surfaces 12 and 13 of the pipe 14 as terminations of the substance line 7 opposite atmosphere. The flap axis is connected in point 13 as the surface line 15 with the pipe 14.

Der Hebel 5 überträgt das Drehmoment der Klappe.The lever 5 transmits the torque of the flap.

An der wählbaren Wirklänge des Hebels 5 kann die Kompensationskraft zur Herstellung des Drehmomentengleichgewichtes, d. h. für die Abbildung der Meßgröße, angreifen.At the selectable effective length of the lever 5, the compensation force to establish the torque equilibrium, d. H. for the mapping of the measurand, attack.

Der Öffnungswinkel der Klappe für die Messung soll etwa 700 nicht überschreiten, weil sonst eine Umkehr des Drehmomentes eintritt. The opening angle of the flap for the measurement should not be around 700 because otherwise the torque will be reversed.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the speed or of the mass flow of liquid, vapor or gaseous substances from one in the substance flow movably arranged resistance surface and a compensation system with associated Display device, d a d u r c h g e -. Indicates' that the resistance surface as a known per se, about an axis (15) transverse to the direction of flow rotatable throttle valve (6) and the compensation device known per se compensates their torque generated by the flow of material.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the compensating device as a pneumatic or electrical transducer of known type executed and a known ratio slide (9) for changing the measuring range is provided.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the working range of the measuring element by increasing or decreasing the opening angle can be changed within 0 to about 700.

Considered publications: German Patent Specifications No. 848 270, 846 800, 396 819, 390 953, 390 150; German utility model No. 1 821 902