DE1773651A1 - Durchflussmesser - Google Patents

Durchflussmesser

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DE1773651A1
DE1773651A1 DE19681773651 DE1773651A DE1773651A1 DE 1773651 A1 DE1773651 A1 DE 1773651A1 DE 19681773651 DE19681773651 DE 19681773651 DE 1773651 A DE1773651 A DE 1773651A DE 1773651 A1 DE1773651 A1 DE 1773651A1
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DE
Germany
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differential pressure
flow meter
differential
meter
rotary piston
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Pending
Application number
DE19681773651
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English (en)
Inventor
Tatsuo Kawakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oval Engineering Co Ltd
Original Assignee
Oval Engineering Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oval Engineering Co Ltd filed Critical Oval Engineering Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F3/00Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow
    • G01F3/02Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement
    • G01F3/04Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls
    • G01F3/06Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising members rotating in a fluid-tight or substantially fluid-tight manner in a housing
    • G01F3/10Geared or lobed impeller meters

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

Description

  • 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.
  • 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.
  • Die Meßgenauigkeit soll so hoch sein, daß sie der Bestsetzung von Kennwerten für eine Reihe strömbarer Medien dienen kann.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Einzelheiten bezüglich der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Am Ende der Welle 6 sitzt ein Ritzel 7.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Servorverstarker 35 ist dazu vorgesehen, die aus dem vorerwähnten Differenzdruckmesser 17 stammende elektrische Spannung zu verstärken, die darauf dem Servomotor 9 zugeführt wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Durchflu#messer mit einer Meßstrecke, die einen Eintritts- und einen Austrittskanal sowie ein dazwischen angeordnetes Drehkolbenpaar besitzt und mit einer Registriereinrichtung zum Erfassen der Drehkolbenumläufe ausgestattet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Sintritts- ' wie mit dem Austrittskanal (2 bzw. 3) je eine Differenzdruckmeßleitung (16', 16) verbunden ist, die mit ihrem anderen Ende an einen Differenzdruckmesser (17) gefuhrt ist, und daß an die Drehkolben (5) ein Servomotor (9) gekuppelt ist, der den Drehkolben in Abhängigkeit von einer aus dem Differenzdruckmesser stammenden und in einem Servoverstärker (35) verstärkten elektrischen Spannung ein sntriebsdrehmoment mitteilt.
  2. 2. Durchflußmesser nach anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Differenzdruckmesser (17) ein Differenzdruckregistrierglied (19) in Form einer Membran oder eines Balges aufweist, womit über eine Stange (22) ein Differentialumformerkern (23) verbunden ist, sowie eine einstellbare Differentialumformerwicklung (25), die in Abhängigkeit von der reXtiven Stellung des Differential--umformerkernes ein elektrisches Ausgangssignal liefert.
  3. 3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Differenzdruckmesser (17) tuftablassventile (20, 20') besitzt, zwischen denen das Differenzdruckregistrierglied (19) angeordnet ist.
  4. 4 Durchflußmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Nullpunkt-Einstellung des Differenzdruckmessers (17) ein Einstellknopf (34) vorgesehen ist, über dend»ifferentialumformer wicklung (25) gegenüber dem Differentialuformerkern (25) längsverstellbar ist.
  5. 5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Differenzdruckmessleitungen (16, 16') über eine Verbindungsleitung (16a) mit einem Ausgleichsventil (16b) verbunden sind, über welche die Drücke auf beiden Seiten des Differenzdruckmessers (17), die durch das Differenzdruckregistrierglied (19) voneinander getrennt sind, auageglichen werden können, wobei die Nullpunkt-Einstellung des Differenzdruckmessers erfolgen kann.
  6. 6. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e e, daß die Wellen (6) der beiden gleichen oder ungleichen Drehkolben (5) ein Getriebe (8) aus einer Mehrzahl von Zahnrädern tragen, über welches die Welle des Servomotors (9) mit den Antriebswellen einer integrierenden Registriereinrichtung (10) und weiterer Anzeigegeräte (11, 12, 14) verbunden ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2819238A1 (de) * 1978-05-02 1979-11-15 Pierburg Luftfahrtgeraete Verfahren und geraet zum messen einer gasmenge, insbesondere luft

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2819238A1 (de) * 1978-05-02 1979-11-15 Pierburg Luftfahrtgeraete Verfahren und geraet zum messen einer gasmenge, insbesondere luft

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