DE1648115C3 - Durchflußmesser der Winkelmomentbauart - Google Patents
Durchflußmesser der WinkelmomentbauartInfo
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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 RA 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 VA und die zugeordneten
Drücke Pe und ΡΛ 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 = SaVa, 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
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-
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.
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 slaticfnären 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.
Das Beispiel 3 bezieht sich auf einen Durchflußmesser derjenigen Bauart, bei der P = PA oder P = Pb
und T= RbSb+(Pc-P) oder Γ= RASA*(PC- 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)
\ 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 (4)
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).
Applications Claiming Priority (1)
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