DE1573446A1 - Elektrische Differenzdruckmesseinrichtung - Google Patents

Description

A S K A NIA GMBH

P 15 73" hhS.Q-32.-■;■-'■ Berlin, den 20.November 1970

Elektrische Differenzdruckmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Differenzdruckmeßeinrichtung bestehend aus einem mechanischen Differenzdruckmeßwerk und einem elektromechanischen Kraftkompensator zur elektrischen Abbildung der durch das Meßwerk erzeugten Meßkraft in einen elektrischen Strom, bei der das Meßwerk zwei durch eine Wandung getrennte Druckräume, in jedem Druckraum ein eine Wandungsöffnung abschließendes elastisches Element (Wellrohr, Membran od. dgl.) und eine beide Elemente starr miteinander, kuppelnde, die Wandungsoffnung durchsetzende Druckstange sowie eine den von beiden Elementen abgeschlossenen Saum dicht ausfüllende Flüssigkeitsfüllung aufweist und bei der ferner ein aus kraftschlüssig miteinander in Verbindung stehenden Getriebeteilen bestehendes Getriebe zwischen der Druckstange- und einem Meßelement des Kraftkompensators vorgesehen ist.

An Einrichtungen dieser Art ist es schwierig, eine ausreichende Dämpfung vorzusehen. Dieses ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die in dem Meßsystem auftretenden Bewegungen der beweglichen Meßsystembestandteile klein sind. Es ist deshalb üblich, das Meßsystem elektrisch zu bedampfen. Auch ist es bekannt, zu den elektrischen Ausgangsklemmen des Gerätes einen Kondensator parallel zu schalten,, der eine Mittelung des Ausgangsstromes solcher Meßeinrichtungen herbeiführt. Die üblichen Maßnahmen reichen indessen nicht aus, um die Dämpfung mit hinreichend großer Zeitkonstante durchzuführen.

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Auch tritt die Schwierigkeit auf, daß im Falle von Pulsationen des Differenzdrucks, die z.B. auch bei verschwindendem Durchflußmeßwert · auftreten.können und auf Schwingungen des Meßmediums in der von ihm durchströmten Rohrleitung zurückzuführen sind, infolge der solchen Differenzdruckmeßeinrichtungen innewohnenden Gleichrichterwirkung zu einem von Null verschiedenen Durchflußmeßwert führen oder aber den von Null verschiedenen Me-ßwert verfälschen.

Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung Einrichtungen der eingangs näher bezeichneten Art mit einer verbesserten Dämpfung auszustatten.

Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem einen Druckraum das Innere des elastischen Elements mit dem Innern eines flüssigkeitsgefüllten Ausdehnungskörpers und das Innere des elastischen Elements in dem anderen Druckraum mit dem Innern eines zweiten ebenfalls flüssigkeitsgefüllten Körpers, dessen Volumen gegen elastische Rückstellkräfte durch die Meßkraft veränderlich ist, verbunden ist und dadurch, daß an dem Meßwerk eine den Flüssigkeitsdurchtritt von dem einen Teil des flüssigkeitsgefüllten Systems in den anderen Teil drosselnde Verbindung vorgesehen ist.

Die anliegende Figur erläutert ein Ausführungsbeispiel schematisch.

In der Figur sind Dichtungen und andere technische Einzelheiten, soweit sie zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind, nicht dargestellt.

Es bezeichnen 1 und 2 zwei kappenförmige Gehäuseteile, die über (nicht dargestellte) Schraubverbindungen miteinander verbunden sind und dabei ein drittes zylindrisch geformtes Gehäuseteil 3 zwischen sich einpressen. Zwischen den Gehäuseteilen 1 und 3 ist eine quer zur Längsrichtung des Gehäuses 1, 2, 3 verlaufende, als Scheibe ausgebildete Wandung k eingespannt, die die beiden Druckräume 5 und 6-voneinander trennt.

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Der Druckraum 5 ist über eine Öffnung 7 mit einer Druckmeßstelle verbindbar, und es ist der Druckraum 6 über eine Anschlußleitung 8 mit einer zweiten Druckmeßstelle verbindbar. Die Leitung 7 ist mit der Meßstelle höheren Drucks verbunden, und es findet die dargestellte Meßeinrichtung vornehmlich zur Durchflußmessung nach dem Wirkdruckiiießverfahren zur Erfassung des Durchflusses fluider Medien durch ■Rohrleitungen unter Verwendung einer in die Rohrleitung eingeschalteten Drosselstelle Anwendung.

Die Wandung 4 weist eine in Richtung der Längsachse des Gehäuses T, 2, 3 verlaufende Öffnung 9 auf, die den Druckraum 5 mit dem Druckraum 6 verbindet. In dem Druckraum 5 ist eine Wellrohrmembran 10 vorgesehen, die die Öffnung 9 im Druckraum 5 überdeckt. Mit 11 ist ein zylindrisch geformtes, an der Wandung 4 befestigtes Gehäuse bezeichnet, dessen Kopfplatte 12 zur Lagerung eines zweiten Wellrohrkörpers 13 dient. Das Innere des Wellrohrkörpers 13 ist über eine Ausnehmung 14 in der Kopfleiste 12 mit dem Innern des Gehäuses 11 und von dort über eine Bohrung 15 in der Wandung 4 mit der Öffnung 9 verbunden. An den Kopfplatten 16 und 17 der Wellrohrkörper 10 und 13 ist jeweils das eine Ende einer Druckstange 18 befestigt, wobei die Stange 1-8 die beiden Wellrohrkörper starr miteinander kuppelt. Die Stange 18 ist durch die Bohrung 15 beziehungsweise durch die Bohrung 9 in der Wandung 4 hindurchgeführt, wobei -sie im Innern der Wandung 4 zur Betätigung einer Überdrucksicherung 19 dient.

Die Überdrucksicherung 19 besteht im wesentlichen und in bekannter Weise aus einem Ventil mit entsprechenden Dichtungskörpern, die beim Ansteigen des Drucks in einem der beiden Druckräume über eine vorgegebene Grenze die Öffnung 9, 15 dicht absperren. ' ' ' ■

Das Innere der Wellrohrkörper 10 und 13 und des Gebäudes 11 sind dicht mit einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit, z.B. Siliconöl, gefüllt. - -

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Im Innern des Gehäuses 11 sind die mechanischen Bestandteile einer nach dem Prinzip der selbsttätigen Kraftkompensation arbeitenden Vorrichtung zur Abbildung der an der Stange 18 fühlbaren, dem Differenzdruck proportionalen Meßkraft in einem elektrischen Strom untergebracht. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zweiarmigen Hebel 20, einem zweiarmigen Hebel 21 und einem zweiarmigen Hebel 22. Die Stange 18 wirkt über einen Anschlag 23 auf den Hebel ein, dessen Bewegung über eine lose zwischen den Hebeln 20 und 21 einliegende Druckstange 2h' auf den Hebel 21 übertragen wird. Zwischen dem Hebel 21 und dem Hebel 22 ist eine zweite, lose zwischen den Hebeln angeordnete Druckstange 25 vorgesehen, die die Bewegung des Hebels 21 auf den Hebel 22 überträgt. Der Hebel 22 steht unter der Wirkung einer Zugfeder 26, die der Meßkraft entgegenwirkt.

Der Hebel 22 dient als Meßelement des Kraftkompensators und ist hierzu mit einem induktiven Stellungsabgriff gekuppelt, der aus einer metallischen Dämpfungsfahne 27 und zwei induktiven Widerständen 28 und 29 besteht. Die Widerstände 28 und 29 sind Bestandteile einer elektrischen Brückenschaltung 30. Diese Brückenschaltung ist mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist und ihre Fehlerspannungy die der Stellung des Hebels 22 proportional ist, wird nach Verstärkung über eine Leitung 31 einem elektrischen Verstärker zugeführt. Ihm ist ausgangsseitig ein der Steuerspannung proportionaler Gleichstrom entnehmbar. Dieser Gleichstrom ist über die Leitung 33 den beiden Wicklungen 3k und 35 eines elektrodynamischen Tauchspulsystems zugeführt. Die Wicklung 351 die im Luftspalt des durch die. Wicklung 3^ gespeisten Elektromagneten beweglich ist, ist an dem Hebel 22 befestigt und zur Wicklung 3^ in Reihe geschaltet.

Die Kopfplatte 16 des Wellrohrkörpers 10 dient zur Lagerung von Stützen *fO beziehungsweise *f1, die ihrerseits eine Platte kZL tragen. Die Platte kz dient als Stützpunkt für eine Feder ^f,

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deren Kraftwirkung von der Außenseite der Kappe 1 her verstellt werden kann. Die Wirkung der Feder k, die auf den Kopf 16 des Wellrohrkörpers 10 drückt, ist der Wirkung der Feder 26 entgegengerichtet und in Richtung der Meßkraft, d.h. also in Richtung des Wirkdrucks wirksam.

Die Kopfplatte 16 dient weiterhin zur Lagerung eines zweiten Wellrohrkörpers 50. In ihm ist eine sich zwischen der Kopfplatte Ϊ6 und einer Kopfplatte 51 abstützende Feder 52 angeordnet. Die Kopfplatte 16 ist durchbohrt. Ihre Bohrungen 53 verbinden das Innere des Wellrohrkörpers10 mit dem Innern des Wellrohrkörpers 50·

Weiterhin ist die Kopfplatte 17-durchbohrt, und sie trägt einen als Ausdehnungskörper dienenden Wellrohrkörper 60. Der Wellrohrkörper ist als schlappes Element ausgebildet, d.h. seine elastischen Rückstellkräfte sind möglichst klein gewählt, und sein Inneres steht über die ,Bohrungen 61 in der Kopfplatte 17 mit dem Innern des Wellrohrkörpers in Verbindung, Das Innere des Wellrohrkörpers 50> des Wellrohrkörpers 10, des Gehäuses 11, des Wellrohrkörpers 13 und des Wellrohrkörpers 60 ist dicht mit der Flüssigkeit ausgefüllt.

Der Durchmesser der Bohrung 15 ist klein gewählt, so daß die von der Stange 18 ausgefüllte Bohrungsquerschnittsfläche möglichst klein in bezug auf die Wirkflächen beider Wellrohre ist.

Ferner ist die Bohrung 9 über den Kanal 70 und über die Bohrung 71 mit dem Innern des Gehäuses 11 verbunden. Die Durchtrittsöffnung der Bohrung' 71 ist von der Gehäuseaußenseite her durch Betätigung der Schraube 72 einstellbar, und es ist die Anordnung derart getroffen, daß die Fläche des von der Stange 18 und der Bohrung 15 gebildeten Ringspalte klein gegen die öffnung der Bohrung 71 ist.

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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet dynamisch wie folgt: . Unterstellt man zur Beschreibung der Wirkungsweise, daß der Druck in dem Druckraum 5 zum Zeitpunkt t sprunghaft vom Wert P auf den Wert ρ ansteigt, eo ist zunächst davon auszugehen, daß vor diesem Zeitpunkt der Druck im Innern des Wellrohrkörpers 10 dem Drück in dem Druckraum 6 entspricht. Danach komprimiert der Druck im Kaum 5 den Wellrohrkörper 50 entgegen der Kraftwirkung der Feder 52 so lange, bis der Innendruck zusammen mit der Kraftwirkung der Feder 52 dem Außendruck das Gleichgewicht hält. Dabei wird der Druck im Innern des Systems 10, 50 - bis auf einen kleinen Fehler - sprunghaft auf . den Druck im Druckraum 5 erhöht, so daß an der Stange 18 zunächst " lediglich eine Kraft spürbar ist, die dem Querschnitt der Stange in der Bohrung 15 proportional ist. Sie ist der gewählten Dimensionierung entsprechend klein. Danach strömt die Flüssigkeit aus dem Innern des Systems 10, 50 gedrosselt über die Bohrung 9> 70, 71 in den Raum 11 bzw. in das Innere des Ausdehnungskörpers 60, wodurch sich der Druck im Innern des Systems 10, 50 langsam abbaut und die an der Stange 18 spürbare Meßkraft langsam bis zu der dem zu messenden ,Differenzdruck entsprechenden Kraft anwächst.

Die an der Stange fühlbare Kraft steigt dabei nach einer Exponentialfunktion von einem ursprünglichen Wert auf einen Wert an, der der Druckdifferenz zwischen den Druckräumen 5 ^und 6 entspricht. Die Zeitkonstante dieses Anstiegs ist dabei durch Einstellung des Durchtrittsquerschnitts der Bohrung 71 einstellbar. Sie kann leicht in die Größenordnung von 10...20 Sekunden gebracht werden und ist zweckmäßig zwischen 1... 20 Sekunden einstellbar.

Im übrigen weist die Platte h2 eine" Bohrung 59 auf, die zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) Schraube dient. Diese Schraube paßt in eine mit Gewinde versehene Bohrung in der Kopfplatte 51 des Well- rohrs 50, und sie gestattet es, die Kopfplatte 51 in ihrer Lage zu fixieren. Die Dämpfung kann dadurch außer Betrieb gesetzt werden.

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Die mit dem Anstieg der Kraftwirkung an der Stange 1S eintretende Verlagerung des Hebels 22 wird durch Verstimmung der Brückenschaltung, die die Widerstände ?.8 und 29 enthält, elektrisch abgebildet, und der über di.e Leitung 33 den Spulen $k und 35 zugeführte Strom erzeugt an dem als Meßelement des Kraftkompensator dienenden Hebel 22 ein Gegendrehmoment, das dem Quadrat des Stroms proportional ist. Das Instrument 80, das in die Leitung 33 eingeschaltet ist, zeigt demzufolge in bekannter Weise den Durchfluß eines fluiden Mediums durch eine Rohrleitung an. '

Die beschriebene Anordnung weist den Vorzug auf, daß Pulsationen des der Meßeinrichtung zugeführten Wirkdrucks ohne Einfluß auf das Meßergebnis auch dann bleiben, wenn z.B. in der Rohrleitung ein Durchfluß tatsächlich nicht stattfindet und ein Wirkdruck mit wechselndem Vorzeichen nur deshalb auftritt, weil eine Flüssigkeitssäule in der Rohrleitung hin- und herschwingt.

Im übrigen sei bemerkt, daß die zu den Widerständen 28 und 29 beziehungsweise zu den Spulen 3¹+ und 35 führenden elektrischen Zuleitungen durch eine Öffnung 81 in der Wandung k druckdicht hindurchgeführt sind.

Abweichend von dem Ausführungsbeispiel können die in den Druckräumen 5 und 6 vorgesehenen Ausdehnungskörper 50 und 60 auch an anderer Stelle, z.B. an der Wandung k_y gelagert sein und über entsprechende Zuleitungen mit dem Innern des jeweils ihnen zugeordneten Teils des flüssigkeitsgefüllten Systems verbunden sein. Die in dem Druckraum 6 des Meßwerks angeordneten Teile des Kraftkompensator können auch außerhalb des Differenzdruckmeßwerks angeordnet sein. Die Meßkraft ist dann durch das Gehäuse 1, 2, 3 hindurch nach außen zu übertragen. Hierzu können elastische Durchführungen oder aber auch Magnetkupplungen verwendet werden. ·

3 Patentansprüche 1 Zeichnungsblatt

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Claims (3)

P 15 73 Mf 6.. 0-52 20.11.1970 - Patentansprüche

1) Elektrische Differenzdruckmeßeinrichtung - vorzugsweise zur Durchflußmessung an fluiden.Medien in Eohrleitungen - bestehend aus einem mechanischen Differenzdruckmeßwerk und einem elektromechanischen Kraftkompensator zur elektrischen Abbildung der vom Meßwerk erzeugten Meßkraft in einen elektrischen Strom, bei der das Meßwerk zwei durch eine Wandung getrennte Druckräume, in jedem Druckraum ein eine Wandungsöffnung abschließendes elastisches Element (Wellrohr, Membran od. dgl.) und eine beide Elemente starr miteinander " kuppelnde, die Wandungsöffnung durchsetzende Druckstange sowie

eine den von beiden Elementen abgeschlossenen Raum dicht ausfüllende Flüssigkeitsfüllung aufweist und bei der ferner ein aus kraftschlüssig miteinander in Verbindung stehenden Getriebeteilen bestehendes Getriebe zwischen der' Druckstange und einem Meßelement des Kraftkompensators vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Druckraum (6) das Innere des elastischen Elements (13) mit dem Innern eines flüssigkeitsgefüllten Ausdehnungskörpers (60) und das Innere des elastischen Elements (10) in dem anderen Druckraum (5) mit dem Innern eines zweiten ebenfalls flüssigkeitsgefüllten Körpers (50), dessen Volumen gegen elastische l^ückstellkräfte (52) durch die Meßkraft veränderlich ist, verbunden ist und dadurch, daß an dem Meßwerk (1, 2, 3) eine den Flüssigkeitsdurchtritt von dem einen Teil (50, 10) des flüssigkeitsgefüllten Systems in den anderen Teil (13, 60) drosselnde Verbindung (9,70,71) vorgesehen ist.

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2) Elektrische Differenzdruckmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,'daß der Durchtrittsquerschnitt der Öffnung (9, 70, 71) mittels einer Stellvorrichtung (72) von der Außenseite des Gehäuses (1, 2, J>) des Meßwerks einstellbar ist.

3) Elektrische Differenzdruckmeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausdehnungskörper (50, 60) koaxial zu den koaxial angeordneten elastischen Elementen (1Q, 13) angeordnet sind, wobei jedes elastische Element als Träger für _; den ihm zugeordneten Ausdehnungskörper dient.

ASKANIA GMBH in Gen. VoIIm-* Nr. IOI/7O

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(Dr.Brackertz)

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