DE1260808B

DE1260808B - Arrangement for measuring the flow of liquid through pipes

Info

Publication number: DE1260808B
Application number: DE1966F0049951
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Georg Szabo; Horst Lehnert
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1966-08-16
Filing date: 1966-08-16
Publication date: 1968-02-08

Description

Anordnung zum Messen des Flüssigkeitsdurchflusses durch Leitungen Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung zum Messen des Flüssigkeitsdurchflusses durch Leitungen mit Hilfe von Drosselgeräten bei zeitlich verschiedenen, vom zu messenden Durchfluß im wesentlichen unabhängigen, in Strömungsrichtung hinter der Meßstelle sich befindenden Unterwasserspiegelhöhenbereichen, wobei für den ersten Bereich vor dem Drosselgerät ein Standhöhenmeßgerät angeschlossen ist und die gemessene Standhöhe für den Durchfluß so lange charakteristisch ist, wie die Unterwasserspiegelhöhe keinen Einfluß auf die Oberwasserspiegelhöhe ausübt, wobei für den zweiten Bereich die Unterwasserspiegelhöhe auf die Oberwasserspiegelhöhe bei nur teilweiser Füllung der Leitung bzw. des Drosselgerätes von Einfluß ist und Differenzdruckmeßgeräte an einer Stelle vor dem Drosselgerät und an dem Unterwasserspiegel oder an der engsten Stelle des Drosselgerätes angeschlossen und mit nach der Bernoullischen Gleichung arbeitenden Meß- und Rechengeräten gekoppelt sind und wobei für den dritten Bereich bei vollständiger Füllung der Leitung durch entsprechende Unterwasserspiegelhöhe an einer Stelle vor dem Drosselgerät und an dessen engster Stelle angeschlossene Differenzdruckmeßgeräte mit ebenfalls nach der Bernoullischen Gleichung arbeitenden Meß-und Rechengeräten gekoppelt sind.Arrangement for measuring the flow of liquid through lines The invention is directed to an arrangement for measuring the flow of liquid through lines with the help of throttling devices at different times, from to measuring flow essentially independent, in the direction of flow behind the Measuring point located underwater level areas, whereby for the first Area in front of the throttle device, a standing height measuring device is connected and the measured Standing height for the flow is characteristic as long as the underwater level has no influence on the headwater level, although for the second area the underwater level to the upper water level with only partial filling the line or the throttle device is of influence and differential pressure measuring devices at a point in front of the throttle device and at the underwater level or at the narrowest Place of the throttle device connected and with according to Bernoulli's equation working measuring and computing devices are coupled and wherein for the third area when the pipe is completely filled by the corresponding underwater level connected at a point in front of the throttle device and at its narrowest point Differential pressure gauges with also working according to Bernoulli's equation Measuring and computing devices are coupled.

Es sind zwei Gruppen von bekannten Drosselgeräten zu unterscheiden, von denen die erste, in DIN 1952 aufgeführte Gruppe Geräte umfaßt, bei denen während der Messung die Leitung vollständig gefüllt sein muß, z. B. Venturirohre. Die zweite Gruppe schließt Geräte ein, bei denen die Leitung nur teilweise gefüllt sein darf. Dazu gehören die verschiedensten Ausführungen von Venturi- und Parshallkanälen und Wehren. A distinction must be made between two groups of known throttle devices, of which the first group, listed in DIN 1952, includes devices in which during the measurement the line must be completely filled, z. B. Venturi tubes. The second Group includes devices for which the line may only be partially filled. This includes the most diverse designs of Venturi and Parshall channels and Fight back.

Es war bisher notwendig, für alle Fälle, in denen die Leitung nur zeitweise vollständig gefüllt oder teilweise gefüllt war, je ein Drosselgerät für die volle und die teilweise Füllung einzusetzen. Dies ist aber zu aufwendig. Man hat deshalb auch schon in vielen Fällen die Leitung so verlegt, daß ein ständiges Vollsein sichergestellt ist, oder derart, daß immer nur eine teilweise Füllung zu erwarten ist und die Messung stets mit einem Venturikanal oder Meßwehr erfolgen kann. Alle diese Lösungen können aber zu keinem Erfolg führen, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Leitung auch von anderen Einflußgrößen abhängt, die vom Leitungsdurchfluß unabhängig sind, wie z. B. It was previously necessary for all cases where the line only was at times completely full or partially full, one throttle device for each insert the full and partial filling. But this is too time-consuming. Man has therefore already moved the line in many cases in such a way that a permanent Being full is ensured, or in such a way that only a partial filling is possible is to be expected and the measurement is always carried out with a venturi or measuring weir can. All of these solutions, however, may not lead to success if the fluid level changes in the line also depends on other influencing variables, such as the line flow rate are independent, such as B.

Ablaßgeschwindigkeit aus einem nachgeschalteten Behälter oder dem Flüssigkeitsstand in einem Vorfluter.Drainage rate from a downstream container or the Liquid level in a receiving water.

Diese Nachteile werden behoben, indem erfindungsgemäß das Drosselgerät als abgedeckter Venturikanal ausgebildet ist und für das Erfassen der Unterwasserspiegelhöhe ein stetig arbeitendes Standmeßgerät vorgesehen ist, das als Impulsgeber zum Umschalten des Drosselgerätes auf dasjenige Standhöhen- oder Differenzdruckmeßgerät dient, das dem jeweiligen Füllungsgrad der Durchflußleitung zugeordnet ist. These disadvantages are eliminated by the invention the throttle device as a covered Venturi canal is designed and for detecting the underwater level a steadily working level measuring device is provided, which acts as a pulse generator for switching the throttle device is used on the level or differential pressure measuring device, which is assigned to the respective degree of filling of the flow line.

Erst die vorliegende Erfindung erlaubt es, für die verschiedenen Füllungsgrade des Drosselgerätes, die sich in der Unterwasserspiegelhöhe ausdrücken, ein und dasselbe Drosselgerät zu verwenden, ohne daß bei dessen Auslegung auf den zu erwartenden Füllungsgrad Rücksicht genommen zu werden braucht. Only the present invention allows for the various Degree of filling of the throttle device, which is expressed in the underwater level, to use one and the same throttle device without its design on the the expected degree of filling needs to be taken into account.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die theoretischen Grundlagen eingegangen: Bei vollständig gefüllter Leitung berechnet sich der Durchfluß F nach der Gleichung wobei K eine Größenkonstante darstellt, X eine Funktion der Reynoldszahl, A2 die Querschnittsfläche an der engsten Stelle des Drosselgerätes angibt, h2 die Druckhöhe an der engsten Stelle des Gerätes bezeichnet und h1 die Druckhöhe an einer bestimmten Stelle vor der Einengung ist. Für ein nicht normgerechtes Drosselgerät berechnet sich der Durchfluß nach F= k ef fi1-h2) - k f(h1- dz)". (2) Ist die Leitung nur teilweise gefüllt, so kann der Durchfluß beispielsweise mit einem Venturikanal erfaßt werden. Die allgemein gültigste Formel lautet hierfür: k stellt hierbei eine Konstante dar, die das Verhältnis b1 berücksichtigt. Die Größen b1 und »2 geben b1 die Kanalbreiten an den Stellen der Druckhöhenmessung von h1 und h2 an. Sofern die Unterwasserspiegelhöhe ohne Einfluß auf h1 ist, d. h., daß der Abfluß keinen Rückstau verursacht, so kann bei Rechteckquerschnitt des Venturikanals die Gleichung vereinfacht werden zu 3 F = k . b2 #h13 =k.h2.h12. (4) Für einen nicht normgerechten Kanal lautet die Formel F--k h2 hl, (5) wobei n für den Parshallkanal etwa 1,55 bis 1,7 beträgt.For a better understanding of the invention, the theoretical fundamentals are discussed: When the line is completely full, the flow rate F is calculated according to the equation where K is a constant, X is a function of the Reynolds number, A2 is the cross-sectional area at the narrowest point of the throttle device, h2 is the pressure head at the narrowest point of the device and h1 is the pressure head at a specific point before the constriction. For a throttle device that does not conform to the standard, the flow rate is calculated according to F = k ef fi1-h2) - kf (h1- dz) " the most valid formula for this is: k is a constant that takes into account the ratio b1. The sizes b1 and »2 give b1 the channel widths at the points of pressure altitude measurement of h1 and h2. If the underwater level has no influence on h1, ie that the discharge does not cause any backflow, the equation can be simplified to 3 F = k for a rectangular cross-section of the Venturi canal. b2 # h13 = k.h2.h12. (4) For a non-standard canal, the formula is F - k h2 hl, (5) where n for the Parshall canal is approximately 1.55 to 1.7.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für den Fall, daß das Drosselgerät vollständig gefüllt ist und sonach als Venturirohr arbeitet, der Durchfluß als Funktion der Differenzdruckhöhe J h 14 - h2 nach den Gleichungen (1) oder (2) erfaßt. Sinkt hingegen der Flüssigkeitsspiegel so weit, daß die Leitung nur teilweise gefüllt ist, so arbeitet das Drosselgerät als Venturikanal. Es ist hierfür natürlich notwendig, die Meßstelle für h1 so anzuordnen, daß auch eine einwandfreie Messung nach den Gleichungen (3), (4) oder (5) erfolgen kann. Dabei ist h2 gleich Null zu setzen. Die Meßwerte von h1 können mit Hilfe eines Radiziergerätes z. B. in Druck oder einen elektrischen Strom umgeformt werden. Gemäß der Funktion des Radiziergerätes ist dann der durch Umformung erhaltene Druck oder elektrische Strom auf Grund der Gleichungen (1) bis (5) mit dem Durchfluß linear proportional. In diesem Falle ist es gar nicht erforderlich, je ein separates Instrument entsprechend den Gleichungen (1) oder (2) bzw. (3) bis (5) zu verwenden. Der dem Durchfluß proportionale Druck oder Strom kann mit Hilfe eines Umschalters von einem Gerät angezeigt, registriert, integriert oder gezählt werden. Sollte die Höhe des Flüssigkeits standes in der Leitung bzw. im Drosselgerät nicht allein vom Durchfluß, sondern von dem Flüssigkeitsniveau eines anschließenden Auffangbehälters oder Vorfluters abhängen, so muß diese Unterwasserspiegelhöhe als Parameter mit berücksichtigt werden. In the method according to the invention, in the event that the throttle device is completely filled and therefore works as a venturi tube, the flow as a function the differential pressure level J h 14 - h2 is determined according to equations (1) or (2). Sinks on the other hand, the liquid level is so high that the line is only partially filled the throttle device works as a venturi channel. For this it is of course necessary to arrange the measuring point for h1 in such a way that a perfect measurement after the Equations (3), (4) or (5) can be done. Here, h2 is to be set equal to zero. The measured values of h1 can be z. B. in print or a electrical current can be converted. According to the function of the eraser is then the pressure or electric current obtained by transformation based on the equations (1) to (5) linearly proportional to the flow. In this case it is not at all required, a separate instrument each according to equations (1) or (2) or (3) to (5) are to be used. The pressure or current proportional to the flow can be displayed, registered, integrated by a device with the help of a toggle switch or be counted. Should the height of the liquid level in the line or in the throttle device not only from the flow, but from the liquid level of one adjoining collecting container or receiving water depend, this underwater level must be must be taken into account as a parameter.

Für diesen Bereich II muß das Radiziergerät besonders ausgelegt sein, da die Meßhöhe h1 nicht nur vom Durchfluß, sondern auch von der Unterwasserspiegelhöhe ha abhängt. Um diesen Einfluß zu erfassen, ist das Radiziergerät auf einen Durchfluß Fmaz für den Meßbereich I mit einer entsprechenden Druckhöhe h1 rnaz als Endausschlag ausgelegt. Das heißt, Fmaz entspricht dem Endausschlag des Instrumentes. Bezeichnet man die Unterwasserspiegelhöhe beim Niveau A bzw. B mit h3A bzw. h3B, so haben Versuche für den Meßbereich II zwischen h3 A und h3B gezeigt, daß der Durchfluß ein Produkt ist, das man erhält, wenn die Werte nach den Gleichungen (3) bis (5) mit einer Funktion von (ha - h3 A) im Bereich für h3A - # # h3 # h3B + # multipliziert werden. 8 und e sind Zusatzgrößen, die mit Modellversuchen bestimmt werden können und die durch Strömungsverhältnisse verursachte Niveau- verschiebungen berücksichtigen. Der Durchfluß F2 ist zwischen den Niveaus ha - - <3 und h3B + e F2 = - (h3A - #)] ' F1 wobei F1 den Wert aus den Gleichungen (3) bis (5) bedeutet.The eraser must be specially designed for this area II, because the measurement height h1 depends not only on the flow, but also on the underwater level ha depends. In order to record this influence, the eraser is on a flow Fmaz for the measuring range I with a corresponding pressure height h1 rnaz as the final deflection designed. That means, Fmaz corresponds to the end deflection of the instrument. Designated the underwater level height at level A or B with h3A or h3B, so have experiments for the measuring range II between h3 A and h3B it has been shown that the flow rate is a product is obtained when the values according to equations (3) to (5) with a function by (ha - h3 A) in the range for h3A - # # h3 # h3B + #. 8 and e are additional quantities that can be determined with model tests and that are made by Flow conditions caused level consider shifts. The flow F2 is between the levels ha - - <3 and h3B + e F2 = - (h3A - #)] 'F1 where F1 means the value from equations (3) to (5).

In einer Zeichnung sei nun die Erfindung an einem schematischen Ausführungsbeispiel erläutert, und zwar zeigt im Schnitt F i g. 1 einen abgedeckten Venturikanal gemäß Schnitt SS' in F i g. 2 im Grundriß und F i g. 2 den Venturikanal in der Seitenansicht einschließlich der Meßeinrichtung, wobei die verwendeten Symbole dem DIN-Blatt 19227 entsprechen. The invention is now based on a schematic exemplary embodiment in a drawing explained, namely shows in section F i g. 1 shows a covered venturi according to Section SS 'in FIG. 2 in plan and FIG. 2 the Venturi duct in a side view including the measuring device, with the symbols used according to DIN sheet 19227 correspond.

In F i g. 1 ist in die Leitung 1 der Venturikanal 2 eingebaut. Er weist die Einschnürung 3 auf, deren engste Durchflußbreite mit b2 bezeichnet ist und die mit dem Druckhöhenmeßanschluß 4 versehen ist. In Fig. 1, Venturi channel 2 is built into line 1. He has the constriction 3, the narrowest flow width of which is denoted by b2 and which is provided with the pressure height measuring connection 4.

Vor dem Venturikanal ist ein weiterer Druckhöhenmeßanschluß 5 angeordnet. Der Kanal 2 besitzt an dieser Stelle die Breite bl. An den Venturikanal 2 anschließend ist hinter einem Schacht 6 ein Vorfluter 7 angeordnet.A further pressure height measuring connection 5 is arranged in front of the Venturi channel. The channel 2 has the width bl at this point. Subsequently to the Venturi channel 2 a receiving water 7 is arranged behind a shaft 6.

In Fig. 2 ist die Meßeinrichtung für die drei verschiedenen Meßbereiche dargestellt: Liegt die Unterwasserspiegelhöhe h3 im Vorfluter 7 unterhalb des Niveaus A, so findet die Messung im Unterwasserspiegelhöhenbereich I statt. Der Mininlumgrenzkontakt 8 und der Maximumgrenzkontakt 9 werden vom Druckhöhenmeßanschluß 10 für die Unterwasserspiegelhöhe ha über den Standdruckumwandler 11 und den Kontaktdruckanzeiger 12 betätigt. Solange die Unterwasserspiegelhöhe im Bereich I, also unterhalb der Höhe A, d. h. unterhalb des Niveaus der Venturikanalsohle liegt, erfolgt die Messung des Durchflusses F nach den Gleichungen (3) bis (5). In Fig. 2 is the measuring device for the three different measuring ranges shown: Is the underwater level h3 in the receiving water 7 below the level A, the measurement takes place in the underwater level area I. The minimum limit contact 8 and the maximum limit contact 9 are from the Druckhöhenmeßanschluss 10 for the underwater level ha actuated via the static pressure converter 11 and the contact pressure indicator 12. So long the underwater level in area I, i.e. below height A, d. H. below the level of the venturi bottom, the flow rate F is measured according to equations (3) to (5).

Hierzu wird am Standhöhenmeßanschluß 5 die Standhöhe h1 gemessen und von Standdruckumwandler 13 über das Radiziergerät 14 zum Umschalter 15 geleitet, der den-Meßkreis I mit dem Druckanzeiger 16 und dem Registriergerät 17 verbindet. Am Meßanschluß 10 für ha werden die Minimum- und Maximumkontakte 8 bzw. 9 auf die Standhöhen (h3A - #) und (haB + s) einmalig eingestellt, um die Meßkreise bei der Erreichung obiger Standhöhen von I auf II bzw. II auf III umzuschalten. Beim Überschreiten des Niveaus A bzw. (h3A - <3) schaltet der Minimumkontakt 8 entsprechend dem Standhöhenbereich II den Umschalter 15 auf den Meßkreis II: an den Meßanschlüssen 4 und 10 wird der Differenzstand h zwischen h1 und ha gemessen und vom Differenzstandumwandler 18 über das Radiziergerät 19 und den Multiplikationstransmitter 20 dem Umschalter 15 zugeführt. Steigt die Unterwasserspiegelhöhe ha über das Niveau B bzw, (h3B + 8), So schaltet der Maximumkontakt 9 den Umschalter 15 auf den Meßkreis III: an den Meßanschlüssen 4 und 5 wird der Differenzdruck dIh h zwischen h1 und h2 festgestellt.For this purpose, the standing height h1 is measured at the standing height measuring connection 5 and from the stationary pressure converter 13 via the eraser 14 to the switch 15, which connects the measuring circuit I with the pressure indicator 16 and the recorder 17. At the measuring connection 10 for ha, the minimum and maximum contacts 8 and 9 are on the Stand heights (h3A - #) and (haB + s) set once in order to keep the measuring circles at the To reach the above stand heights, switch from I to II or II to III. When crossing of level A or (h3A - <3), the minimum contact 8 switches accordingly Stand height area II switch 15 to measuring circuit II: at the measuring connections 4 and 10 the difference level h between h1 and ha is measured and by the difference level converter 18 via the eraser 19 and the multiplication transmitter 20 to the switch 15 supplied. If the underwater level ha rises above level B or (h3B + 8), So the maximum contact 9 switches the switch 15 to the measuring circuit III: on The differential pressure dIh h between h1 and h2 is determined at the measuring connections 4 and 5.

Dieser Differenzwert wird über den Differenzdruckumwandler 23 und das Radiziergerät 24 an den Umschalter 15 weitergegeben.This differential value is via the differential pressure transducer 23 and the eraser 24 is passed on to the switch 15.

Claims

Claim: arrangement for measuring the flow of liquid through lines with the help of throttling devices at different times, from to measuring flow essentially independent, in the direction of flow behind the Measuring point located Underwater level ranges, where For the first area in front of the throttle device, a standing height measuring device is connected and the measured standing height is characteristic of the flow as long as how the underwater level has no influence on the upper water level, where for the second area the underwater level is equal to the upper water level is of influence when the line or the throttle device is only partially filled and Differential pressure gauges at a point in front of the throttle device and at the underwater level or connected at the narrowest point of the throttle device and with after the Bernoullische Equation working measuring and computing devices are coupled and being for the third Area 5 when the pipe is completely filled due to the corresponding underwater level connected at a point in front of the throttle device and at its narrowest point Differential pressure gauges with also working according to Bernoulli's equation Measuring and computing devices are coupled, that is, that the throttle device is designed as a covered venturi and that for the A steadily working level measuring device is provided for recording the underwater level is used as a pulse generator to switch the throttle device to the standing height or differential pressure measuring device, which is used to determine the degree of filling of the flow line assigned.