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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß mit den in Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungen
das Me#prinzip charakterisiert sein soll.
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Es besteht die Möglichkeit, die Messungen weitgehend zu rationalisieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4 Figuren 8 Patentansprüche