DE1573044A1

DE1573044A1 - Viskositaetskompensierte Mengenmess- und Regeleinrichtung nach dem Prinzip des Differenzdruckmessverfahrens

Info

Publication number: DE1573044A1
Application number: DE19661573044
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing H Nikolaus
Original assignee: NIKOLAUS DIPL ING H
Current assignee: NIKOLAUS DIPL ING H
Priority date: 1966-04-06
Filing date: 1966-04-06
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1573044B2

Description

Viskositätskompeasierte Mengenmeß- und Regeleinrichtung nach dem Prinzip des Differenzdruckmeßverfahrens 2. Beschreibung Die nach dem Prinzip des Differenzdruckmeßverf ahrens arbeitenden bekannten Normblenden und Normdüsen werden aufgrund ihrer Einfachheit und ihrer relativ billigen Herstellungskosten in großem Umfange zur Mengenmessung und -Regelung verwendet.
Leider sind diese Elemente erst von einer bestimmten Reynolds schen Kennzahl Re > 105 verwendbar, da der Durchflußbeiwert für Re < i05 mit zunehmender Kennzahl Re zu- bzw. abnimmt (Fig. 1, 2 ). Die Ursache hierfür ist in dem stark zunehmenden Reibungsverlustanteil des Gesamtwiderstandes für diesen Bereich zu suchen (Fig. 3). Unterhalb der Konstanzgrenze des Durchflußbeiwerts (Re < Rec) ist der Einsatz von Meßdüsen und Meßblenden nicht mehr möglich.
Mit Hilfe einer analytischen Rechenmethode, die in Kürze veröffentlicht wird, ist es möglich, den Viskositätseinfluß von bestimmten Widerständen zu erfassen.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, daß der unvermeidliche Viskositätseinfluß eines zur Mengenmessung verwendeten hydraulischen Widerstandes durch Zuschalten eines geeigneten Paralletwiderstandes kompensiert wird.
Das Prinzip der Kompensation. wird an Fig. 4 - 8 nachstehend erläutert.
Sie kann z. B. wie folgt vorgenommen werden: Man Setzt in eine hydraulische Brücke (Fig. 4) vier Widerstände Ra, Rb, Rc, Rd ein und dimensioniert sie derart, daß 1. der Gesamtwiderstand in einem Teilkreis in einem bestimmten Verhältnis zu'dem des anderen steht, ohne daß dieses Verhältnis von der Reynoldszahl beeinflußt wird.
Ra + Rb = const. = Kc # f (Re) Rc + Rd 2. der Viskositätseifluß von Ra unabhängig von Re im selben konstanten Verhältnis Kc zu Rc steht, Raviskos = Kc # f (Re) Rbviskos wobei gilt: Raviskos + Rbviskos c Rc + Rd viskos viskos Aufgrund dieser Voraussetzungen, die durch mathematische Rechenmethoden erfüllt werden können, ergibt sich bei entsprechender Anordnung folgendes: 1. Der Förderstrom wird in den beiden Teilsträngen im Verhältnis l/Kc geteilt. Dieses Verhältnis bleibt unabhängig von der Reynoldsschen Kennzahl -Re-konstant.
2. Die in der Diagonalen der Meßbrücke abgenommene Druckdifferenz ist unabhängig von der Reynoldsschen Kennzahl Re direkt proportional dem Quadrat der durch die Brücke fließenden Gesamtfördermenge 3e Zeiteinheit.
Es handelt sich hier also um eine viskositätskompensierte Mengenmeßeinrichtung auf der Basis der Differenzdruckmessung.
Durch Umsetzen des Drucksignals #pD der Brücke in eine elektrisuche oder mechanische Größe, die dann ein vor- oder nachgeschaltextes Steuerventil beeinflußt, kann ein viskositätskompensierter Mengenregler gebaut werden. Die prinzipielle Möglichkeit einer solchen Anordnung zeigt Fig. 5.
Hierin ist (1) die Meßbrücke, deren Drucksignal auf einen mit Federn beaufschlagten Differentialsteuerzrlinder (3) geleitet wird, der das so gewonnene Wegsignal auf das Steuerventil (2) weitergibt. Am Knopf (*) kann die gewünschte Durchflußmenge eingestellt werden. Das Steuerventil (2) kann der Brücke vor-oder nachgeschaltet werden.
Das Drucksignal kann auch (z. B. über Differenzdruckmembran mit elektrischer Weggeber) in eine elektrische Große umgewandelt werden, die mit einer Sollgröße verglichen wird. Die Abweichung kann durch Steuerimpulse auf das Steuerventil behoben werden.
Eine vereinfachte Meßanordnung erhält man, wenn ian ein Mengenteilungsverhältnis Kc 1:1 wählt. Dadurch ergeben sich zwei Widerstandspaare R1 und R2 (Fig. 6), die diagonal gegenUberliegen. Sie sind so auszulegen, daß gilt: R1viskos = Kc = 1, R2viskos d h. der Viskositätseinfluü von R1 und R2 ist gleich, der Einfluß der Turbulenz soll jedoch möglichst unterschiedlich sein (der von R2 möglichst gleich Null), damit das Drucksignal öglichst groß wird.
Eine konstruktive Ausführung einer Meßbrücke mit Kc : 11:1 zeigt Fig. 7. In Fig. 8 ist der gemessene Gesart druckverlustbeirert e0 = #Po e/2 wo2 und er diagonalverlustbeiwert #pD #D = @@@2 D / w0 über der Reinoldsschen Kennzahl Re aufgetragen. Es zeigt sich, daß der Diagonalbeiwert D über dem gesamten Meßbereich konstant und unabhängig von der Kennzahl Re ist.
Durch Anordnung von mehr als zwei Kanälen in der Meßbrücke kann der Meßbereich erweitert werden.
Bei gleichzeitigem Messen von #pD und JpO kann durch eine mathematische Beziehung die Viskosität des Durchflußmediums und bei bekannter Viskositäts-Temperaturkurve auch die Temperatur des Durchflußmediums bestimmt werden. Für die in Fig. 6 dargestellte Meßbrücke lautet die Beziehung: oder bei bestimmten vereinfachenden Voraussetzungen: K1, K2, K3 und C1 sind Gerätekonstanten.

Claims

3) Patentansprüche 1. Viskositätskompensiertes Mengenmeßgerät für Flüssigkeiten und Gase dadurch gekennzeichnet, daß in einer hydraulisohen Brücke mehrere Widerstände so angeordnet werden, daß das Druckdifferenzsignal in der Brückendiagonalen unabhängig der Viskosität des Durohflußmediums proportional dem Quadrat der Durohflußmenge pro Zeiteinheit ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Viskositätseinfluß der parallelgeschalteten Widerstände kompensiert wird.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstände vorzugsweise Querschnittserweiterungen verwendet werden.

4. Meßanordnungen nach Anspruch 1 biß 3 daduroh-gekennzeichnet, daß der Förderstrom in einem bestimmten Verhältnis geteilt wird, das unabhangig von der Reynolds'schen Kennzahl Re 5. Meßanordnungen nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß beim Mengenteilungeverhältnis 1/1 *zwei gleiche Widerstände (in der Brücke diagonal angeordnet) verwendet werden.

6. Meßanordnungen nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbrücke so ausgelegt wird, daß der turbulente Widerstandseinfluß von R1 wesentlich größer als der von R2 die Viskoseeinflüsse beider Widerstände Jedoch gleioh sind.

* Je 7. Meßanordnungen nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzwiderstandseinfluß von R2 praktisch gleich Null ist.

8. Meßanordnungen nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß durch wahlweise Verwendung von mehr als zwei Teilströmen der Meß- bzw. Regelbereich der Anordnung verändert werden kann.

9. Neßanordnungen nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß durch Vor- oder Nachschalten eines durch das Druckdifferenzsignal in der Brückendiagonalen gesteuerten verstellbaren Widerstandes die Anordnung als viskositätsunabhängiger Mengenregler verwendet werden kann.

10. Meßanordnungen nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß durch gleichzeitiges Messen der Gesamtdruckdifferenz der Anordnung und der der Diagonalen die Viskosität bzw. die Temperatur des Durchflußmediums ermittelt und geregelt werden kann.

L e e r s e i t e