DE1648115C3

DE1648115C3 - Durchflußmesser der Winkelmomentbauart

Info

Publication number: DE1648115C3
Application number: DE1648115A
Authority: DE
Inventors: Kamekichi Tokio Shiba
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1967-10-12
Publication date: 1974-01-24
Also published as: US3538769A; DE1648115B2; GB1199624A; DE1648115A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser

der Winkelmomentbauart mit am Ende abgekrümmtem über flexible Anschlüsse beweglichem Rohr, das so angeordnet ist, daß es in Abhängigkeit von Änderungen im Winkelmoment eines hindurchströmenden Fluids eine Drehbewegung um eine feste Achse durch-

führen kann, so daß die Durchflußrate auf Grund der Beziehung zwischen dem statischen Druck, dem Staudruck und dem auf das Rohr wirkenden Drehmoment bestimmt wird.

Ein solcher Durchflußmesser, wie er in F i g. 1 im

as Prinzip dargestellt ist, besitzt ein Rohr, das Dreh- oder Schwingbewegungen um eine feststehende Achse ausführen kann und Einlaß- und Auslaßrohrabschnitte aufweist, die z. B. mit Hilfe von Bälgen an feststehende Leitungen angeschlossen sind. Der Durchflußmesser

ist so ausgebildet, daß beim Durchfluß eines Fluids durch das bewegliche Rohr in stetigem Strom das Winkelmoment, das eine Fluideinheitsmenge am Einlaßende des beweglichen Rohrs erzeugt, nicht gleich dem Winkelmoment um die gleiche Achse ist, das die Fluideinheitsmenge am Auslaßende des beweglichen Rohrs erzeugt. Die Strömungsrichtung des einströmenden Fluids kann von derjenigen des ausströmenden Fluids verschieden sein, oder es können das einströmende Fluid und das ausströmende Fluid parallel zueinander in der gleichen Richtung strömen.

Gemäß Darstellung in F i g. 1 liegen die Achsen des geraden Ein- und Auslaßrohrabschnitts des beweglichen Rohrs 1 im Abstand Re und R_A von der feststehenden Drehachse O; die Auslaßenden E und A besitzen die Querschnittsflächen Se bzw. Sa; die Bälge 4 und 5 haben die wirksamen Querschnitte Se* bzw. Sa⁺: ein Fluid hat die entsprechenden Geschwindigkeiten Vb und V_A und die zugeordneten Drücke Pe und Ρ_Λ an dem Einlaß- bzw. Auslaßende £ und A. Es wird ferner angenommen, daß das Fluid die Dichte ζ hat und durch das bewegliche Rohr 1 gemäß F i g. 1 in stetigem Strom mit einer Durchfiußrateß strömt. Somit ist Q = SbVb = S_aVa, wobei aus den bekannten Bewegungsgesetzen für das durch das Rohr 1 strömende Fluid die folgende Beziehung abgeleitet werden kann:

■ (Pa -P)-

(Pe-P)

= ζ Q* l

wobei P der Außendruck und Γ das Reaktionsmoment ist. Man erkennt aus dieser Gleichung, daß die Strömungsrate Q durch Messen der drei Größen T, Pa — P und Pb-P unter der Voraussetzung errechnet werden kann, daß die Dichte ζ bereits bekannt ist. Nach diesem Prinzip hat die Viskosität des Fluids für die Messung der Durchflußrate keine Bedeutung, da deren Einflüsse sich gegenseitig aufheben.

Es ist bereits ein Durchflußmesser der eingangs genannten Art bekannt (USA.-Patentschrift 3 203 241), bei dem ein zwei Krümmer aufweisendes S-förmiges Rohr in einem abgedichteten Gehäuse drehbar angeordnet ist. Das S-förmige Rohr ist jeweils über einen Balg an eine Zuflußleitung und eine Abflußleitung angeschlossen und besitzt in seiner Mitte, wo es auch gelagert ist, einen weiteren Balg oder eine mit dem

F i g. 2a und 2b zeigen Ausführungsformen des erlindungsge'mäßen Durchflußmessers, bei denen der Kompensationsdruck über einen zusätzlichen Balg auf ein Rohrende zur Wirkung gebracht wird, und

F i g. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen des ertindungsgemäßen Durchflußmessers, bei denen das Rohr von einem Gehäuse dicht umschlossen Ui.

In den F i g. 2a bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Durchflußmessers ge-

Gehäuseinncnraum in Verbindung stehende öffnung zur Kompensation des statischen Drucks. Da der von dem zusätzlichen Balg oder der in der Rohrmitte vorgesehenen öffnung in das Innengehäuse weitergeleitete Druck von verschiedenen Größen abhängig ist, beispielsweise von dem Strömungszustand, d. h. der gerade dort herrschenden Turbulenz, was wiederum von der Viskosität beeinflußt wird, und beispielsweise von der Gesamtanordnung, die bei nur geringe"- Unsymmetrie Verfälschungen einführt, ist eine solche io maß den folgenden Beispielen dargestellt: Kompensation ungenau und führt zu entsprechenden Fehlern in den Druckmeßwerten und dementsprechend im Endergebnis für die ermittelte Durchflußrate.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Durchflußmesser der oben beschriebenen Art zu schaffen, durch den die Durchflußrate eines Fluids genauer gemessen werden kann.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Auslenkung des Rohrs durch einen von außen geregelten

Durchflußι = 0 und

Beispiel I

Das Beispiel 1 bezieht sich auf einen messer derjenigen Bauart, bei der R T=R₁S₁^ -(P,-P) ist. Die Fig. 2 a zeigt eine Ausführungsform des Durchflußmessers mit einem V-förmigen beweglichen Rohr 1, wahrend die Fig. 2b eine weitere Ausführungsform des Durchflußmessers mit einem flexiblen Rohr 1 wiedergibt. Bei beiden

Druck vollständig kompensiert ist und die'Durchfluß- ao Ausführungsformen des Durclw'iuCmessers sind mit rate nur aus Druckmeßwerten bestimmbar ist. dem zusätzlichen Balg 9 Druckregui.erungseinrichtun-

Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser wird gen U betrieblich verbunden, um den Druck in den die Auslenkung des Rohrs und damit auch der Ein- Balg 9 in der Weise zu regulieren, daß die durch einen fluß des statischen Drucks vollständig kompensiert. Diffe^entialUmformer 8 ermittelte Dreh- oder Schwing-Dadurch können die verwendeten Druckmeßinstru- 35 bewegung des Rohrs 1 zu Null gemacht wird, damit die mente auf ihren empfindlichsten Bereich eingestelltlind beiden obengenannten Bedingungen erfüllt werden. In dort betrieben werden, was eine entsprechend genaue Messung ermöglicht. Da der zur Kompensation der Rohrauslenkung verwendete Druck geregelt ist, können vorteilhafterweise Korrekturverschiebungen des 3° Meßbereichs bei_#den verwendeten Druckmessern zur Optimierung der Meßgenauigkeit bewußt vorgenommen werden.
Allgemein besitzt der erfindungsgemäße Durchfluß-

35

diesem Falle kann die Gleichung (I) in folgender Weise ausgedrückt werden

- Pr) - Γ Q-

oder

(2)

messer die folgenden bemerkenswerten Eigenschaften:

1. Mit Ausnahme gerader Einlaß- und Auslaßrohrabsch litte besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Form des Rohres.

2. Die Durchflußrate eines Fluids kann unabhängig von der Viskosität des jeweiligen Fluids gemessen werden, da die auftretenden Viskositätseinflüsse entgegengesetzt gerichtet sind und sich daher gegenseitig aufheben.

man erkennt, daß die Durchflußrate Q !ediglich durch Messen einer Größe, nämlich des Differenzdrucks Pc-Pe ermittelt werden kann. Zum Messen des obengenannten Differenzdrucks Pc-Pe kann ein Differenzdurchmesser 12 verwendet werden.

Beispiel 2

Das Beispiel 2 bezieht sich auf einen Durchflußmes- >r riorioninfln Rniinrt bei der die Beziehung 7" -- 0

■=-■■- ■" ser derjenigen Bauart,

Bei der Ermittlung der Durchflußrate treten keine +5 durch Regulierung des Drucks außerhalb des Rohrs experimentell zu bestimmende Konstanten, wie verwirklicht wird. Der Durchflußmesser dieser Art ist Strömungskoeffizienten u. dgl., auf. in der F i g. 3 gezeigt und besitzt ein doppelarmiges

λ tv.* η..*»·,« η™ υ UCU-I- bewegliches Rohr !,das als Ganzes dichtend von einem

4. Der Durchflußmesser kann ohne Schwierigkeiten _slaticf_{nären Gehäuse} η _urnschlossen ist. Mit dem Durchzur 3erucks.cht.gung von hohen Durchflußraten _{50 flL},_{Bmesser ist} betrieblich eine Druckregulierung*-

einrichtung 1! verbunden, um den Druck außerhalb des Rohrs I in der Weise zu regulieren, daß beim Durchfluß eint'S Strömungsmittel das Rohr 1 die gleiche Lage einnimmt wie für den Fall Q = 0, so daß dadurch die Beziehung T — 0 verwirklicht werden kann. Unter der Annahme, daß der Druck außerhalb des Rohrs 1 gleich P₀ ist, nimmt die Gleichung (1) die

konstruiert werden, da die Kalibrierung keinen Einfluß hat.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung eines S-förmigen Rohres zur Erläuterung des bei der Erfindung verwendeten Prinzips;

folgende Form an

- RaSa⁺(Pa - P₀) - RbSb⁺(Ph - P₀) = Cl

(Ra

K Sa

man erkennt, daß die Durchflußrate Q durch Messen der beiden Größen, nämlich des Differentialdrucks Pg — P₀ und Pa — Γ<> ermittelt werden kann. Zum Messen der Differenzdrücke Pb-P₀ und Pa-P₀ sind Differenzdruckmesser 12 bzw. 13 vorgesehen.

Beispiel 3

Das Beispiel 3 bezieht sich auf einen Durchflußmesser derjenigen Bauart, bei der P = P_A oder P = Pb und T= RbSb⁺(Pc-P) oder Γ= R_AS_A*(P_C- P)

ist. Der Durchflußmesser dieser Ausführung ist in F i g. 4 gezeigt und besitzt ein doppelarmiges bewegliches Rohr I das vollständig und dicht von einem stationären Gehäuse 7 umschlossen ist, ferner am Auslaßende. A des Rohrs 1 vorgesehene Federeinrichtungen 5 zum Verbinden des Rohrs 1 mit einer stationären Leitung 3 sowie ein am Einlaßende E vorgesehener Balg 4 zum Verbinden des Rohrs 1 mit einer stationären Leitung 2. Der Balg 4 ist durch ein kommunizierendes Rohr an einen zusätzlichen Balg 9 angeschlossen. Mit dem zusätzlichen Balg 9 ist eine Druckregulierungseinrichtung 11 betrieblich verbunden, um den Druck in dem zusätzlichen Balg9 derart zu variieren, daß die durch einen Differentialumformer8 ermittelte Dreh- oder Schwingbewegung des Rohrs 1 zu Null gemacht wird. Unter der Annahme, daß die oben angegebenen Bedingungen erfüllt werden, wenn der ausgleichende Druck im zusätziichen Balg Pc ist, dann läßt sich die Gleichung (3) in der folgenden Weise ausdrucken

Rf.Sb ■ (Pc -Pe)=-C Q²I -*-- + *--) (4)
\ Sa Se)

ίο man erkennt, daß die Durchflußrate Q lediglich durch Messen einer Größe, nämlich des Differenzdrucks Pc — Pe ermittelt werden kann. Zum Messen des Differenzdrucks Pc— Pr ist ein Differenzdruckmesser 12 vorsesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser der Winkelmomentbauart mit am Ende abgekrümmtem über flexible Anschlüsse beweglichem Rohr, das so angeordnet ist, daß es in Abhängigkeit von Änderungen im Winkelmoment eines hindurchströmenden Fluids eine Drehbewegung um eine feste Achse durchführen kann, so daß die Durchflußrate auf Grund der Beziehung zwischen dem statischen Druck, dem Staudruck und dem auf das Rohr wirkenden Drehmoment bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Rohrs durch einen von außen geregelten Druck vollständig kompensiert ist und die Durchflußrate nur aus Druckmeßwerten bestimmbar ist.

2. Durchfiußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beweglichem Rohr(l) mit nur einem Krümmer der flexible Anschluß am Krümmerende in Form eines Balgs(4) gebildet ist, wobei ferner ein zusätzlicher Balg (9) mit dem Krümmer derart verbunden ist, daß das bewegliche Rohr (1) durch Regulierung des Drucks im zusätzlichen Balg (9) in seiner Null-Stellung gehalten wird und daß die Durchflußrate durch Messen lediglich einer — abgeleiteten — Größe ermittelt wird, nämlich durch Ermittlung der Differenz zwischen dem Druck in dem zusätzlichen Balg (9) und dem Druck am Krümmerende im beweglichen Rohr (Fig. 2a, 2b).

3. Durchflußmesser nach Anspr-ch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beweglichem Rohr (1) mit zwei Krümmern das bewegliche Rohr (1) vollständig und dicht von einem stationären Gehäuse (7) umschlossen ist, daß ferner eine Druckregulierungseinrichtung (11) vorgesehen ist, mit der der Druck außerhalb des beweglichen Rohrs derart geregelt wird, daß das bewegliche Rohr (1) fortlaufend in seiner Null-Stellung gehalten wird, und daß schließlich die Durchflußrate (Q) durch.Messen zweier — abgeleiteter — Größen ermittelt wird, nämlich den Differenzen zwischen dem Druck am Einlaßende bzw. am Auslaßende im beweglichen Rohr (1) gegenüber dem Druck außerhalb des beweglichen Rohrs (F i g. 3).

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beweglichem Rohr (1) mit zwei Krümmern das bewegliche Rohr(1) vollständig und dicht von einem stationären Gehi'use (7) umschlossen ist und einer der flexiblen Anschlüsse des beweglichen Rohrs (1) derart ausgebildet ist, daß der Druck am zugeordneten Ende gleich dem Druck außerhalb des beweglichen Rohrs (1) wird, daß ferner ein zusätzlicher Balg (9) derart mit dem anderen flexiblen Anschluß (5) verbunden ist, daß das bewegliche Rohr (1) durch Regulierung des Drucks in dem zusätzlichen Balg (9) in seiner Null-Stellung gehalten wird, und daß schließlich die Durchflußrate (Q) durch Messen lediglich einer

abgeleiteten — Größe ermittelt wird, nämlich

der Differenz zwischen dem Druck in dem zusätzlichen Baig (9) und dem Druck im anderen Ende des beweglichen Rohrs (1) (F i g. 4).