DE1648098A1 - Vorrichtung zur Messung des Durchflusses - Google Patents

Vorrichtung zur Messung des Durchflusses

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DE1648098A1
DE1648098A1 DE19671648098 DE1648098A DE1648098A1 DE 1648098 A1 DE1648098 A1 DE 1648098A1 DE 19671648098 DE19671648098 DE 19671648098 DE 1648098 A DE1648098 A DE 1648098A DE 1648098 A1 DE1648098 A1 DE 1648098A1
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coil
inductance
measuring
taps
coils
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Application number
DE19671648098
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English (en)
Inventor
Erwin Dr-Ing Klein
Heinz Walz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/22Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters
    • G01F1/24Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters with magnetic or electric coupling to the indicating device

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Messung des Durchflusses Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchflussee, bei der ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom durch ein senkrecht stehendes Rohr geführt und ein Schwimmer aus elektrisch leitendem Material von dem Gas- od-er Flüssigkeitsstrom im Rohr getragen ist.
  • Die Durchflußmenge wird bei der beschriebenen Vorrichtung aus' der Lage des Schwimmers bestimmt. Bekannt ist es, die Lage des Schwimmers an einer Spiegelskala abzulesen. Ebenfalls bekannt ist es, mit einem permanentmagnetischen. Schwimmer eine um eine vertikale Achse drehbare, weichmagnetische \(endel zu bewegen, womit die vertikale Bewegung des Schwimmers in eine Drehbewegung um die Achse der Wendel umgesetzt wird. An die Wendel kann mechanisch, z0B. über einen Hebel, mit pneumatischen oder mit elektrischen Mitteln ein Zeigersystem angekoppelt sein, mit dem ein genaueres Ablesen und eine automatische Registrierung des Meßwertes möglich ist. Ablesevorrichtungen dieser Art sind nicht. sonderlich genau. Sie haben weiterhin den Nachteil, sehr träge zu arbeiten und lassen sich nur mit einem unverhältnismäßig großen technischen Aufwand zur Gewinnung der Regelgröße für die Steuerung des Durchflusses benutzen.
  • Aufgabe dieser Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zur Messung des Burchflusses der eingangs genannten Art ivlittel zu schaffen, mit denen der Me#wert genau bestimmt werden kann und bei denen der Meßwert direkt als Istwert für eine Regelvorrichtung zur Steuerung des Durchflusses benutzbar. ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Rohr von einer Spule umgeben ist, die aus wenigstens zwei Windungen besteht und mit Wechselstrom gespeist ist und daß höchstens von jeder Spulenwindung ein Abgriff weggeführt ist und Mittel zur Messung der Induktivität oder der Induktivitätsänderung zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffen vorgesehen sind.
  • Bei galvanischen Abgriffe kann mit einer Anzeigevorrichtung zur Feststellung der Induktivitätsänderung die Spannung, die zischen aufeinanderfolgenden Abgriffen der Spule abfällt, bestimmbar sein. Bei transformatorischen Abgriffen, zu denen wenigstens je eine Kurzschlu#windung um höchstens jede Spulenwindung gelegt ist, kann mit einer Anzeigevorrichtung zur Feststellung der Induktivitätsänderung die Spannu die in jedem transformatorischen Abgriff induziert ist, bestimmbar sein, Ist nur ein Abgriff an der Spule vorgesehen, so kann eine Me#brücke zum Induktivitätsvergleich der beiden Teilspulen vorgesehen sein.
  • Durch den Wechselstrom, der in der Spule flie#t, werden Wirbelströme in dem Schwimmer aus elektrisch leitendem Material induziert, die ihrerseits wieder auf die Spule zurückwirken.
  • Die so erzielte Induktivitätsänderung ist von Spulenwindung zu Spulenwindung je nach Lage des Schwimmers verschieden. Aus der Induktivität oder auch nur aus der Induktivitätsänderung jeder Spulenwindung lä#t sich daher die Lage des Schwimmers im Rohr sehr genau feststellen. Da die Lage des Schwimmers, der vom Gas- oder Flüssigkeitsstrom getragen wird, abhängig ist von der Durchflu#menge pro Zeiteinheit lä#t sich diese nach einer entsprechenden Eichung aus der Induktivitätsmessung direkt bestimmen. Hervorzuheben ist hierbei, da# die Anzeige einer Lageveränderung praktisch trgheitslos und sehr genau erfolgt. Zur Bestimmung der absoluten Lage des Schwimmers innerhalb des Rohres ist es günstig, eine Spule mit mehrer@ alvanisehen oder traneformatorischen Abgriffen zu benützen. Soll jedoch die Abweichung der-Schwimmerlage von einem vorgegebenen Sollwert festgestellt werden, so genügt es, die Induktivität zweier Teilspulen zu vergleichen. Man erhält mit dem so gewonnenen elektrischen Meßwert direkt eine Regelgröße. Eine solche Meßvorrichtung kann daher vorteilhaft als Istwertgeber für eine Regelvorrichtung zur Steuerung des Durchflusses benutzt werden.
  • Vorteilhaft ist es, die Spule auf die äußere Rohrwandung aufzuwickeln. Die Empfindlichkeit der Anordnung wird hierdurch optimiert. Um störende Einflüsse äußerer Felder abzuschirmen, kann die Spule oder jede Teilepule von einem Eisengehäuse umgeben sein.
  • Vorteilhafterweise sollen bei einem Vergleich der Induktivität zweier Teilspulen die beiden Teilespulen in ihrer Geometrie und in ihren Abmessungen wenigstens angenähert übereinstimmen und zwischen den benachbarten Endwindungen der Teilspulen soll ein größerer Abstand bestehen als zwischen den Windungen jeder Teilepule. lI5an kommt so bei der 1\eßbrXcke in den Bereich größter Empfindlichkeit. Weiterhin kann der Spalt zwischen den beiden Teilspulen gut auf die Schwimmerlage einjustiert werden, die dem Sollwert des Durchflusses entspricht. Abweichullgen von diesem Sollwert lassen sich mit der Me#brücke nach einer echten IQullmethode fest-stellen.
  • Mit einigen Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, wird im folgenden die Erfindung näher erläutert, Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung, der Meßvorrichtung, mit der die absolute Lage des Schwimmers im Rohr festgestellt werden kann. Das Durchflußrohr 1, das aus Glas hergestellt sein kann, wird von einem Flüssigkeits- Gasstrom durchströmt, von dem ein Schwimner 2 getragen wird. Der Schwimmer 2 ist aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Aluminium oder einem Kunststoff mit Metalleinlage, hergestellt. Das Rohr ist von einer Induktionsspule 3 umgeben, wobei es günstig ist, die Induktionsspule auf das Glasrohr 1 direkt aufzuwickeln. Die Induktionsspule ist aus einer Wechselstromquelle- 6 gespeist, Der Wechselstrom soll mittelfrequent sein, z.B. kann er eine Frequenz von 1000 fiz besitzen. In der ig. 1 ist von jeder Windung der Induktionsspule 3 ein galvanischer Abgriff 4 nach außen gefährt. Zwischen aufeinanderfolgenden galvanischen Abgriffen 4 sind Spannungsme#geräte 5 vorgesehen. Kit den Spannungsme#geräten 5 kann die Spannung gemessen werden, die zwischen einanderfolgenden galvanischen Abgriffen 4 an der Induktionsspule 3 abfällt. Aus diesen Spannungsmessungen läßt sich die Veränderung der induktivität direkt ermitteln, die eintritt, wenn die Lage des Schwimmers sich ändert. Mit einer entsprechendeil Eichung der me#geräte kann damit an diesen die Lage des Schwimmers und dämit die Darchflu#menge pro Zeiteinheit direkt abgelesen werden. Um sicherzustellen, daß eine Induktivitätsänderung nicht aus einer Änderung des flie#enden Stromes folgt, kann im Stromkreis ein Strommeßinstrument 7 vorgesehen sein.
  • Pig. 2 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach Sig. 1, mit der ebenfalls die absolute Lage des Schwimmers 2 in Rohr 1 festgestellt werden kann. Es sind anstelle der galvanischen Abgriffe 4 der Fig. 1 transformatorische Abgriffe 8 vorgesehen. hierzu sind Kurzschlu#windungen 9 um jede Windung der Spule 3 gelegt. Mit den Spannungsme#geräten 5 wird die Spannung gemessen, die in den Kurzschlußwindungen 9 induziert wird, die zur gleichen Windung der Spule 3 gehören. Diese induzierten Spannungen sind wieder ein direktes Ma# für die Induktionsänderung er Spule 3 und damit für die Schwimmerlage und die Durohflußmenge pro Zeiteinheit. Vorteilhaft bei den transformatorischen Abgriffe 8 ist, daß sie auf gleichem Potential liegen können.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß mit den in Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungen das Me#prinzip charakterisiert sein soll.
  • Es besteht die Möglichkeit, die Messungen weitgehend zu rationalisieren.
  • In der Fig. 3 ist eine Me#vorrichtung dargestellt, bei der von der Induktionsspule 3 nur ein Abgriff 4 nach au#en geführt ist und die Spule mittels des Abgriffes in zwei Teilspulen 10 bzw.
  • 11 aufgespaltet ist, Die beiden Teilspulen 10 und 11 sind zusammen mit zwei Brückenwiderständen 12 und 13 zu einer Me#brücke zusammengefa#t. Die Me#brücke wird wieder aus einer Wechselstromquelle 6 gespeist, deren Frequenz ungefähr 1000 Hz sein soll.
  • Mit einer Me#vorrichtung 14, die z.B. ein Nullinstrument oder ein volltransistorisierter Differnzverstärker mit nachgeschaltenem Instrument oder Regelvorrichtung sein kann, wird ein Signal registriert, das einer Abweichung des Schwimmers 2 von einer vorgegebenen Lage, z.B. dem Sollwert des Durchflusses, direkt proportional ist. Diese Me#vorrichtung 14 besitzt den Vorteil einer echten Nullmethode. Eine Abweichung des Durchflusses vom Sollwert wird verzögerungsfrei ein Differenzsignal in der Me#-vorrichtung 14 hervorrufen, das als elektrisches Signal direkt als Istvrert für eine Regelvorrichtung-verwendbar ist. Als nach geschaltete Regelvorrichtung zur Steuerung des Durchflusses kariri ein üblicher Dreipunktregler verwendet werden.
  • In der Fig. 4 ist die konstruktive Ausführung einer Vorrichtung mit zwei Teilspulen 10 und 11 dargestellt, wobei die Schaltung der Me#brücke der Einfachheit halber weggelassen ist. Auf das Durchflu#rohr 1, das von einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom durchströmt ist, der einen Schwimmer 2 trägt, sind zwei Teilspulen 10 und 11- aufgesteckt. Die Spulen 10 und 11 sind aus Draht-Windungen 15, die in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, hergestellt. Beide Spulen 10 und 11 sind von je eine geerdeten Eisengehäuse 16 umgeben. Durch das Eisengehäuse 16 werden Störfelder abgeschirmt. Beide Spulen 10 und 11 und die zugehörigen Eisengehäuse 16 sind so zueinander angeordnet, daß ein Spalt 17 zwischen beiden Spulen verbleibt. Man @ann diesel Spalt 7 so einjustieren, daß die Sollage des Schwimmers 2 genau in ih@ liegt. Dieses Einjustieren kann durch Verschieben der Spulen längs der Rohrwandung geschehen. Eine Abweichung des Schwimmers 2 von der Sollage wird dann eine Abweichung des i. eßsignals vom Nullpunkt bedingen, wobei die größte Empfindlichkeit der eßbrücke garantiert ist, da beide Spulen in ihrem geometrischen Aufbau und in ihren Abmessungen übereinstimmen. Das erhaltene Signal für die Istwertabweichung kann in der bereits erwähnten Weise weiter verwendet werden.
  • Zu bemerken ist noch, daß mit einer Vorrichtung nach Fig. 4 auch eine genaue Messung der absoluten Schwimmerlage möglich ist. Durch Verschiebung beider Spulen 10 und 11 längs der Rohr wandung läßt sich der Me#spalt 17 immer auf die Schwimmerlage sehr genau einjustieren. Mit einer Me#skala läßt sich dann aus der Lage der Spulenkörper die Schwimmerlage bestimmen. Wisit einer Noniuseinteilung kann man damit eine sehr genaue Bestimmung der Durchflu#menge pro Zeiteinheit erreichen. Vergessen darf hierbei jedoch nicht werden daß eine solche ?;ießvorrichtung zur Bestimmung der absoluten Schwimmerlage äußerst träge ist und daher nur bei Spezialaufgaben Verwendung finden wird.
  • 4 Figuren 8 Patentansprüche

Claims (8)

  1. Pateritansprüche 1. Vorrichtung zur Messung des Durchflusses, bei der ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom durch ein senkrecht stehendes Rohr geführt und ein Schwimmer aus elektrisch leitendem Katerial von den Gas- oder Flüssigkeitsstrom im Rohr getragen ist9 dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) von einer Spule (3) umgeben ist, die aus wenigstens zwei Windungen besteht und mit Wechselstrom (6) gespeist ist, und daß höchstens von jeder Spulenwindung ein abgriff (4 bzvr5 8) weggeführt ist und Mittel (5 bzw, 14) zur essung der Induktivität oder der Induktivitätsänderung zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffen vorgesehen sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Spule ()) auf die äu#ere Rohrwandung aufgewickelt ist0
  3. 3. Vorrichtung nach anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei galvanischen Abgriffe (4) mit einer Anzeigevorrichtung (5) zur Feststellung der Induktivitätsänderung die SpannurQ9 die zwischen auf einanderfolgenden Abgriffen (4) der Spale (3) abfällt, bestimmbar ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da# bei transformatorischen Abgriffen (8), zu denen wenigstens je eine Kurzschlu#windung (9) um höchstens jede Spulenwindang ()) gelegt ist, mit einer Anzeigevorrlchtung (5) zu) zur Feststellung der Induktivitätsänderung die Spannung, die in jedem transformatorischen Abgriff induziert ist bestimmbar ist0 5.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein galvanischer Abgriff (4) an der Spule (3) vorgesehen ist und eine Meßbrücke (12, 13, 14) zum Induktivitätsvergleich der beiden Teilspulen (10 und 11) vorgesehen ist.
  6. .g, Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eilapulen- (10 und 11) in ihrer Geometrie und in ihren Abmessungen wenigstens angenähert übereinstimmen und da# zwischen den benachbarten Endwindungen der Teil spulen ein größerer Abstand (17) besteht als zwischen den Windungen Jeder Teilspule.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Istwertgeber für eine Regelvorrichtung zur Steuerung des Durchflussese
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Spule (3) oder jede Teilspule (10 und 11) von einem Eisengehäuse (16) umgeben ist.
    Leerseite
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3940280A1 (de) * 1989-11-10 1991-05-16 Siebert & Kuehn Dr Vorrichtung zur ermittlung der durchflussmenge eines stroemungsmediums

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