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Durchflu#messer Die Erfindung bezieht sich auf einen Durohflußmesser
mit einer Meßstrecke, die einen Eintritts- und einen Austrittskanal sowie ein dazwischen
angeordnetes Dr@hkolbenpaar besitzt und mit einer integrierenden Registriereinrichtung
zum Erfassen der Drehkolbenumläute ausgestattet ist.
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Hauptziel der Erfindung ist es, einen solchen Durchflußmesser mit
einer Servoeinrichtung auszustatten, die geeignet ist, den Unterschied zwischen
den Drücken vor bzw. hinter der Meßstrecke auszuschalten, um Leckverluste an den
Drehkolben zu eliminieren und infolgendessen die Meßgenauigkeit merklich zu verbessern.
Mit dem erfindungsgemäßen Gerät soll es möglich sein, die Durchflußgeschwindigkeit
von beliebigen Medien sehr geringer Menge, von Medien mit sehr niedriger
Viskosität,
von Gasen unter sehr hohem Druck und von anderen Medien sehr genau zu messen, wie
dies mit den herkömmlichen Burchflu#messern für unmöglich gehalten wurde.
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Die Meßgenauigkeit soll so hoch sein, daß sie der Bestsetzung von
Kennwerten für eine Reihe strömbarer Medien dienen kann.
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Dieses Ziel wird erfindungsgeiäß daduroh erreicht, daß mit dem Eintritts-
wie mit dem Auatrittokanal Je eine Differenzdruckme#leitung verbunden ist, die alt
ihrem anderen Ende an einen Differenzdruckmesser geführt ist, und daß an die Drehkolben
ein Servomotor gekuppelt ist, der den Drehkolben in Abhängigkeit von-einer aus dem
Differenzdruck stammenden und in einem Servoverstärker verstärkten eleXtrisohen
Spannung ein Antriebsdrehmoment mitteilt.
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Die Ankoppelung des Servo@motors an dio Drehkolben kanp über ein Getriebe
erfolgen, das einerseits mit einem Taehogenerator, der ein Signal an eine Anzeige-
oder Aufzeicheneinrichtung liefert, andererenita ueber eine Schalteinrichtung oder
einen kontaktlosen Unterbrecher mit einem Impulsgenerator verbunden ist.
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Der Differenzdruckmesser kann von derjenigen Art sein, die eine Membran
oder einen Balg als Registrierglied sowie einen Luftauslaß und ein Ausgleichsventil
zur Kalibrierung des Durchflu#messers besitzt.
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Weitere Einzelheiten bezüglich der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.
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Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Durchflußmesser;
figur 2 zeigt eine Frontansicht desselben Durchflu#messers; Figur 3 stellt einen
Längsschnitt durch den betreffenden Durchflußmesser dar, der wesentliche Teile desselben
erkennen läßt; Figur 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Differenzdruckmesser
eines solchen Durchflußmessers und Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm der mechanischen
Anordnung eines solchen Durchflußmessers.
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Wie aus Figur 3 erkennbar, sind zwei Drehkolben 5 innerhalb der Meßkammer
4 drehbar gelagert. Die Drehkolben 5 können an sich von jeder beliebigen Art, eo
beispielsweise vom Roots-Typ oder dergl. sein ünd über kreisförmige, elyptische
oder sonstige Zahnräder angetrieben werden.
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Mit 6 ist die Welle der Drehkolben 5 bezeichnet, die aus der Meßkammer
4 hervortritt und über eine magn@tische Kupplung oder ein mechanisches Verbindungaglied
angeschlossen ist.
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Am Ende der Welle 6 sitzt ein Ritzel 7.
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Mit dem Ritzel 7 steht unmittelbar oder mittelbar über eine Zwischenwelle
ein mehrere Zahnräder umfassendes Getriebe 8 in Verbindung. Mit 9 ist ein Servomotor
bezeichnet, der auf eines der Zahnräder des Getriebes 8 einwirkt; 10 ist eine integrierende
Registriereinrichtung, die an ein weiteres Zahnrad des Getriebes 8 gekuppelt ist,
um die Anzahl der Umläufe der Drehkolben anzugeben, 11 ist ein Tachogenerator, der
iiber ein weiteres Zahnrad des Getriebes 8 angetrieben wird und mit einer Änzeige-
oder wufzeicheneinrichtung in Verbindung steht, 12 ist ein Impulsgenerator für eine
rasche Impulsfolge, der mit noch einem weiteren Rad des Getriebes 8 verbunden ist,
um die Schaltvorrichtungzu betätigen, und 14 ist ein Impulsgenerator für eine niederfrequente
Impulsfolge, diegleichfalls mit einem Zahnrad des Getriebes 8 in Verbindung steht,
um den Schalter 15 in Punktion zu setzen. Jeder der beiden Impuisgeneratoren ist
mit dem zugehörigen Zahnrad des Getriebes 8 über eine Einstellvorrichtung verbunden.
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Mit 16 und 16'sind Differenzdruckmeßleitungen bezeichnet, die mit
einem Ende vor bzw. hinter den Drehkolben 5 mit der Meßstrecke in Verbindung stehen
und mit ihrem anderen Ende in eine Differenzdruckmekammer 18 des Differenzdruckmeçrs
17 mnden. Zwischen den beiden Leitungen 16 und 16t ist eine Verbindungsleitung vorgesehen,
in die ein Ausgleichsventil 16b
eingeschaltet ist. Dieses dient
dazu, die Drücke innerhalb der beiden Hälften der Meßkammer 18 auszugleichen, die
durch das Differenzdruckregistrierglied 19 voneinander getrennt sind.
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Das Differenzdruckregistrierglied 19 kann, wie gezeigt, aus einer
Membran oder aus einem Balg bestehen und ist zwischen die Öffnungen der Differenzdruckmeßleitungen
16 und 16' geschaltet. Mit 20 und 20' sind einander gegenüberliegende Luftablaßventile
bezeichnet, zwischen denen das Regi strierglied 19 liegt. Die Ventile 20 und 20'
dienen dazu wahrend des Meßvorganges Luft aus den Leitungen 16 und 16' sowie der
Kammer austreten zu lassen. An den Ventilen 20 und 20' sind Verbindungsleitungen
21 und 21'vorgesehen, aus denen während des Ablaßvorganges ein Medium austreten
kann.
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Sofern ein Gas untersucht wird, das leicht brennbar oder schädlich
für den menschlichen Körper ist, dienen die Leitungen 21 und 21' dazu, dieses Gas
dem Austrittskanal der Meßstrecke 1 oder einem besonderen Behälter zuzuführen, um
Schwierigkeiten damit zu verhindern und Fehler auszuschalten, die sich bei der eichung
des Differenzdruckmessers und der Messung der Druckdifferenzen sonst einstellen
könnten. Mit 22 ist eine Differenzdruckmeßstange bezeichnet, die mit einem Ende
über eine Platte oder geeignete Feder 22' mit dem Registrierglied 19 und mit ihrem
anderen Ende mit einem Differentialumformerkern23verbunden ist, der innerhalb eines
Hohlzylinders 24 beweglich ist. 25 gibt eine Differentialumformerwicklung zur Registrierung
des Difierenzdruckes an,
die sich auf dem Zylinder 24 befindet.
Zwischen der Wicklung 25 und dem Grundkörper des Druckmessers ist eine Schraubenfeder
26 vorgesehen die so vorgespannt ist, daß sie die icklung von dem Grundkörper wegzudrücken
sucht.
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27 ist ein Ring, der in Anlage an dem anderen winde der iicslung 25
gehalten wird. Hinter dem Ring 27 befindet sich ein Stift 29, der in ein Langloch
28 des Zylinders 24 hineinragt.
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Der Zylinder 24 trägt einen Gewindeabschnitt 30, der in eine Jewindebohrung
31 des Zahnrades 32 eingreift. Durch eine Stirnseite des Zahnrades 72 wird der Ring
27 gegen die tiicklung 25 gedrückt. Mit 33 ist ein Einstellritzes bezeichnet, las
mit dem Zahnrad 32 kämmt. Die Welle 33' des Ritzels 33 ragt aus dem Grundkörper
nach außen und ist dort mit einem Einstellknopf 24 versehen.
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Ein Servorverstarker 35 ist dazu vorgesehen, die aus dem vorerwähnten
Differenzdruckmesser 17 stammende elektrische Spannung zu verstärken, die darauf
dem Servomotor 9 zugeführt wird.
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Um den Differenzdruckmesser 17 zu eichen oder vor dem Meßvorgang auf
null einzustellen, ist es erforderlich, das Ausgleichsventil 16b zu öffnen, die
Leitungen 16 und 16' zu verbinden, die Luftablaßventile 20 und 20' zu öffnen, die
Luft gänzlich aus den Leitungen 16 und 16' und der Differenzdruckmeßkammer 18 auszutreiben,
die Kammer mit dem der
Druckübertragung dienenden Medium zu füllen
und gleichzeitig den Druck in den beiden @ammerhälften gleichzuhalten.
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Darauf muß der Einstellknopf 34 des Differenzdruckmessers 17 von Hand
verstellt werden, der das Einstellritzel 33 und über dieses das Zahnrad 32 antreibt.
Dadurch wird das letztere auf dem Gewindeabschnitt 30 nach vorne oder hinten verschoben,
so da# auch die @ifferentialumformerwicklung 25 sich entsprechend über den Hing
2, der an der einen Seite des Zahnrades 32 anliegt, auf dem Zylinder 24 entlang
bewegt.
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Damit ist die Lage der Wicklung 25 gegenüber derjenigen des Differentialumformerkernes
23 innerhalb des Zylinders 24 genau einstellbar. Die elektrische Eichung, die erforderlich
ist,damitdie Jruckdifferenz zu null wird, ist damit vollendet.
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Anschlie#end wird das Ausgleichsventil 16b geschlossen. Wenn einmal
das betrefende Medium sich in dem Differenzdruckmeßsystem befindet, übertragen sich
die Driicke des auf d-ie Drehkolben 5 zuströmenden und von diesem abströmenden Mediums
auf die Differenzdruckmesskammer 18, um das Registrierglied 19 entsprechend der
Druckdifferenz auszulenken.
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In @bhanigkeit davon wird auch die an dem Glied 19 befestigte Stange
22 innerhalb des Zylinders 24 verschoben und mit dieser der Differentialumformerkern
23, der an der Stange 22 befestigt ist. Die relative Verlagerung des kernes 23 gegenüber
der Wicklung 25, welche den Zylinder 24 umgibt, wird dabei als elektrische Spannung
übertragen, die1 durch den
Servoverstärker 35 verstärkt, dem Motor
9 als Speisespannung zugeführt wird.
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Das von dem Motor 9 gelieferte Drehmoment teilt sich dem Getriebe
8 und über dieses und die Welle 6 den Drehkolben 5 mit. Damit kann die Druckdifferenz
zwischen den beiden Seiten der Meßstrecke vor und hinter den Drehkolben auf null
gebracht werden. Über das mit dem Getriebe 8 verbundene integrierende Registriergerät
10 kann die Durchflußmenge ermittelt werden. Die Anzeige- und. Aufzeicheneinrichtung
wird über den Tachogenerator 11 betätigt, der gleichfalls mit dem Getriebe 8 verbunden
ist. Einer oder beide der Impulegeneratoren 12 und 14, die weiterhin mitßem Getriebe
8 verbunden sind, kann bzw. können entsprechend den Eigenschaften und der Strömungsgeschwindigkeit
des Meßmediums Verwendung finden.
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Aus der vorausgehenden Beschreibunigeht hervor, daß die Erfindung
Vorteile bietet, dadurch, daß die Druckdifferenz zwischen dem einströmenden und
dem ausströmenden Medium durch einen Differenzdruckmesser ermittelt wird, bei dem
ein Registrierglied, das zur Steuerung eines Servomotors dient, mechanisch verlagert
wird, so daß die Drehkolben einen Antrieb erfahren, mit dem sich der Druckunterschied
zwischen der Eintritts- und der Austrittsseite unterdrücken, Leckverluste und Volumetrische
Schwankungen des Messmediums völlig ausschalten und Messungen hoher Genauigkeit
durchführen lassen.
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Die Erfindung ermöglicht, den Durchfluß von Medien mit außerordentlich
geringer Geschwindigkeit zu messen, was mit herkömmlichen Durchflußmessern absolut
unmöglich war, dass sowohl ein Druckverlust (außer ein solcher, der auf die Zuführungsleitungen
zurückzuführen ist) als auch ein Engieverlust, der vermutlich während des Aufhnthaltes
des Mediums in der Meßeinrichtung entsteht, im wesentlichen ausgeschaltet werden,
dass ein bestimmter Genauigkeitsgrad bei der Messung jeder Art von atrömbarem Medium
gewährleistet wird, unabhängig davon, ob das Medium etwa ein stetig fließendes oder
ein pulsierendes ist, daß die Ansprechzeit wie auch die Ansprechempfindlichkeit
merklich verbessert werden und daß die Messung im wesentlichen unabhängig von dem
Leitungsdruck durchgeführt werden kann.
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Es ist dabei bemerkenswert, daß der erfindungagemäße Durchflußmesser
anatelle des herkömmlichen geeichten Meßbehälters für die Messung und Aufstellung
charakteristischer Werte solcher Gase und Flüssigkeiten verwendet werden kann, die
unter hohem Druck stehen, wodurch auf ein umfangreiches Gefäß (land) verzichtet
werden kann, das sonat erforderlich war, wenn ein geeichter Meßbehälter zur Verwendung
kam. Der erfindungsgemäße Durchflußmesser erweist sich weiterhin als vorteilhaft,
indem erbeispielsweise zur Eichung von Blendendurchflußmessern, Turbinendurchflu#messern,
elektromagnetischen Durchflußmessern und anderen Präaisionsdurchflußmessern Verwendung
finden kann.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung keineswegs
auf das hier beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern erlaubt
im Rahmen des Erfindungsgedankens vielerlei Abwandlungen.