DE1903239U - Messvorrichtung zum messen des cewichtes eines durch sie oder eine leitung waehrend einer bestimmten messzeit stroemenden gases. - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. w. Schalk · dipl.-ing. peter Wirth

DIPL.-ING.G. E.M.DANNENBERG · DR. V. SCH M I E D-KOWARZI K

F RANKFURT AM MAIN GR. ESCH ENHEIMER STR. 39

7. Sept.1964

FfI/Bh Ήο. 5007-51

ROTRON MAITUFAOTURING COMPAM, IHO. Woodstock, Ή.Υ. ( Y.St.A.)

Meßvorrichtung zum Messen des Gewichtes eines durch, sie oder eine Leitung während einer bestimmten Bleßzeit strömenden Gases

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zum Messen des Gewichtes eines durch sie oder eine Leitung während einer bestimmten Meßzeit strömenden kompressiblen Mittels, d.h. eines während dieser Zeitspanne strömenden Gases. Die Erfindung bezweckt, das Gewicht des Gasvolumens, das während dieser Zeitspanne durch die Yorrichtung strömte, genau und ohne irgendwelche Umrechnungen zu bestimmen.

I¹Ur solche Meßzwecke sind Staurand- oder Düsendurchflußmesser bekannt; mit diesen Meßgeräten kann zwar das Volumen einer Gasmenge bestimmt werden, das während einer bestimmten Meßzeit durch das Meßgerät strömte. Hingegen können bei diesen bekannten

Geräten weder die Dichte noch das Gewicht des Gases ohne umständliche Rechnungen ermittelt werden. Insbesondere erfordert die Gewichtsbestimmung verwickelte Berechnungen.

Derartige Berechnungen sind nicht nur zeitraubend, sondern sie müssen auch wiederholt gemacht werden, da die Drücke und Temperaturen des Gases in einer Rohrleitung in weitem Bereich •veränderlich sind. In der Erdgasindustrie muß jeder Lieferant oder Abnehmer viele Personen zur Berechnung und Umrechnung der Gasmengen einsetzen, die durch die Rohrleitungen strömen, weil die Kosten der Lieferung der Gasmengen und deren Abrechnung auf dem Gasgewicht, und nicht auf dem Gasvolumen, beruhen.

Die Erfindung bezweckt daher in erster Linie, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die das Gewicht, d.h. die Masse des Gases bestimmt und angibt, das während einer bestimmten Meßzeit (d.h. zwischen zwei Meßzeitpunkten) durch die Meßvorrichtung oder eine zugehörige Leitung strömte.

Ferner soll nach der Erfindung eine Meßvorrichtung geschaffen werden, die vorzugsweise auch jederzeit die Gasdichte und das Gesamtgewicht der Gasmenge abzulesen erlaubt, die durch das Meßgerät bzw. die Rohrleitung hindurchströmte.

Die Ziele der Erfindung werden dadurch erreicht, daß ein die Gasdichte fortlaufend bestimmendes Meßgerät vorgesehen ist und

entsprechend den Meßwerten die Lage eines Steuergliedes verändert, das diese Lageänderungen in eine Integriervorrichtung iiber das eine seiner Eingangsstellglieder einsteuert, daß ein G-eschwindigkeitsmeßgerät vorgesehen ist, das fortlaufend die Geschwindigkeit des Gasstromes bestimmt und diese in Form einer Bewegung dem anderen der Eingangsstellglieder der Integriervorrichtung in diese einsteuert, und daß am Ausgang der Integriervorrichtung ein Zählwerk zur Angabe des Gewichtes des Gasvolumens angeschlossen ist, das während der Meßzeit durch die Vorrichtung bzw. die Leitung strömte.

Eine solche Meßvorrichtung liefert am Zählwerk unmittelbar nicht das Gasvolumen, sondern ohne γ/eiteres das Gasgewicht der Gasmenge, das zwischen zwei gegebenen MeßZeitpunkten durch die Vorrichtung bzw. die Leitung strömte, ohne daß die Drücke und Temperaturen des Gases in den Leitungen bestimmt zu werden brauchen.

Je nach der Ausgangszahl des Zählwerkes kann statt des Gewichtes der Gasmenge, die zwischen den beiden Meßzeitpunkten strömte, auch das Gesamtgewicht bestimmt oder abgelesen werden, das ausgehend von einem früheren Zeitpunkt bis zur Beendigung des Meßzeitraumes durch die Vorrichtung strömte.

Eine praktische Ausführungsform der Erfindung, die außer der vorgenannten Bestimmung des Gasgewichtes zusätzlich auch noch jederzeit den Augenblickswert der Gasdichte abzulesen

erlaubt, enthält erfindungsgemäß ein Meßgerät zur Bestimmung der Gasdichte, das aus folgenden Teilen besteht: einem den Druckunterschied vor und hinter einer leitungsverengung messenden Differenzdruckmeßgerät, das eine elektrische Spannung erzeugt, die dem Differenzdruck und damit dem Produkt aus dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit mal der Gasdichte proportional ist, einem vom Geschwindigkeitsmeßgerät angetriebenen Verbundgenerator, der eine elektrische Spannung liefert, die dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist, und einem Quotientenmeßgerät, in welches die Spannungen eingesteuert werden und das eine dem Quotienten, d.h. der Gasdichte proportionalen Größe durch die Lage eines Anzeigegliedes und/oder des Steuergliedes wiedergibt.

Ein so ausgebildetes erfindungsgemäßes Meßgerät kann die Gasdichte in ihrem zeitlichen Verlauf auch in Form einer Kurve aufzeichnen und hierdurch bei entsprechender Eichung der Skala des Quotientenmeßgerätes das Gasgewicht in Kilogramm pro Zeiteinheit angeben. Das Gesamtgasgewicht für jeden gewählten Meßzeitraum könnte dann durch Integration der aufgezeichneten Kurve über die Zeit als Plächenintegral gewonnen werden. In Verbindung mit einer Integriervorrichtung und einem Zählwerk der vorgenannten Art erübrigt sich jedoch auch noch diese nachträgliche Flächeilintegration.

Eine weitere praktische Ausführungsform "benötigt in Verbindung mit der Integriervorrichtung, dem geschilderten Meßgerät und dem Zählwerk das vorgenannte Quotientenmeßgerät nicht; vielmehr besteht bei dieser Ausführungsform die Meßvorrichtung aus einem die Gasdichtefortlaufend bestimmenden Meßgerät, das diese !Dichte unmittelbar liefert und vorzugsweise auch ein anzeigendes Gerät ist, das mit dem Ausgang eines Gebläses oder einer Pumpe verbunden ist, die in einem Gas durchströmten Hebenschlußkreis der Gasleitung liegt»

Andere Vorteile der praktischen Ausführung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung, und zwar zeigt

Pig. 1 ein Schema einer Ausführungsform der Vorrichtung,

Pig« 2 ein Schema einer anderen Ausführungsform der

Vorrichtung.

Die Erfindung beruht darauf, daß es, obwohl keine bekannte Meßvorrichtung die oben geforderten Ergebnisse selbst liefert, Meßgeräte gibt, die genau verschiedene Funktionen derjenigen Daten messen, die notwenidg sind, um z.B. das Gewicht eines durch eine Rohrleitung strömenden Gases zu bestimmen.

Fig. 1 zeigt eine Venturimeßdüse 1. Alles durch dieses Meßgerät hindurchströmende Gas strömt ebenso durch einen Geschwindigkeitsmesser 3. Die Kombination zweier solcher Meßgeräte liefert alle gewünschten Daten über das Gas. Die Venturimeßdüse 1 dient beispielsweise als sogenanntes "erstes Meßgerät", jedoch kann an ihrer Stelle jede andere Meßdüse oder -blende verwendet werden.

Das Meßgerät 1 besitzt zwei Meßstellen in Form zweier Rohre 2' und 2¹', von denen das eine vom Strömungskanal des Gases vor der Venturidüse an das zweite am engsten Düsenquerschnitt abzweigt. Diese beiden Rohre führen zu' einer Vorrichtung 2, die den Druckunterschied zwischen den Rohren 2^! und 2¹¹ mißt. Als Vorrichtung 2 soll z.B. ein Differentialdruck-Umsetzungsgerät dienen, das eine elektrische Spannung erzeugt, die dem Druckunterschied proportional ist. Diese Spannung sei mit V-, bezeichnet. Andere ähnliche Vorrichtungen zur Messung des Druckunterschiedes können an Stelle dieses besonderen Gerätes verwendet werden.

Bekanntlich kann der Druckunterschied P als Funktion der Dichte J ausgedrückt werden:

P₀ = J . Ic₁ . v²,

wobei k₁ eine Gerätekonstante und ν die Geschwindigkeit darstellen.

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Der Durchflußmesser kann so geeicht sein, daß man unmittelbar die Gasgeschwindigkeit ablesen kann.

Da zwischen dem Durchfluß- bzw. Düsenquerschnitt des Meßgerätes 1 und dem wirksamen Querschnitt des Meßgerätes 3 ein Unterschied bestehen kann, muß man eine passende Konstante so einführen, daß infolge entsprechender Eichung des z.B. als V/irbelrad ausgebildeten Rotors des Meßgerätes 3 durch die Rotorgeschwindigkeit, z.B. am Umfang, die Geschwindigkeit des durch den Durchfluß- bzw. Düsenquerschnitt hindurchgehenden Gases gemessen werden kann. Diese Umlaufgeschwindigkeit kann in Meter je Zeiteinheit so ausgedrückt sein, daß sie der Geschwindigkeit ν der Strömung in dem Durchflußbzw. Düsenquerschnitt entspricht und diese Geschwindigkeit ν fn jedem Augenblick durch die Anzeige des Meßgerätes 3 unmittelbar gegeben ist; andererseits ist nun aber, wie für dan Meßgerät 1 oben schon beschrieben wurde, der Druckunterschied eine Funktion der Dichte multipliziert mit dem Quadrat der Geschwindigkeit v, nämlich

P₀ = k₁ · J . v².

Das je Zeiteinheit durch das Meßgerät 1 strömende Gasgewicht Yf muß eine Punktion sein, in der der Durchfluß- bzw· Düsenquerschnitt A enthalten ist, und es muß (bei Weglassung von Konstanten) gleich sein dem Produkt aus Düsenquerschnitt A

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(in m ), Geschwindigkeit ν (in Meter je Zeiteinheit) und Dichte J (z.B. in kg/m ), d.h.

W = A · ν · J.

Da AJv gleich ist P multipliziert mit der Konstante A, ist es nur noch erforderlich, P mit A zu multiplizieren und durch ν zu teilen, um für jeden Augenblick das Gasgewicht zu erhalten, das je Zeiteinheit durch die Rohrleitung strömt,

Das Differentialdruck-Umsetzungsgerät 2 erzeugt unter dem Einfluß des Druckunterschiedes in seiner Ausgangsleitung, die ihn mit einem in Potentiometerbauart, z.B. Weston-Bauart, ausgeführten Quotientenmeßgerät 4 verbindet, eine elektrische Spannung V₁. Diese Spannung ist eine eindeutige Punktion

von Jv .

Wenn nun vom Meßgerät 3 ein Generator 3¹ angetrieben würde, so würde dessen zum Quotientenmeßgerät 4 führende Ausgangsleitung diesem Gerät 4 eine zweite Spannung Vp zuführen. Eine Skala mit Zeiger 4' des Quotientenmeßgerätes könnte dann so geeicht sein, daß sie das Gasgewicht in Kilogramm je Zeiteinheit angibt. Außerdem könnte ein Schreibstift angebracht werden, der zusammen mit der Zeiger 4' bewegt würde und auf einem uhrwerkgetriebenen Papierstreifen eine Linie aufzeichnet. Das Gesamtgewicht für jeden gewählten Zeitabschnitt würde dann als die zwischen der Grundlinie und der Anzeigelinie liegende

Fläche gemessen. Diese Maßnahmen würden noch die Integration der Kurve als !Flächenintegral erfordern, um die gewünschten Ergebnisse ohne Rechnen zu erhalten.

An Stelle nur eines Generators 3' der vorgenannten Ausführungsmöglichkeit ist nun noch, wie Fig. 1 zeigt, ein zweiter Generator 3'' derart angeschlossen, daß er eine Spannung Vp liefert, die nun nicht der Geschwindigkeit v, sondern

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deren Quadrat ν proportional ist. Der Zeiger 4^f gibt dann nicht eine dem augenblicklichen Gewicht W, sondern eine dem Augenblickswert der Dichte J proportionale Anzeige. Vom Differentialdruck-Umsetzungsgerät 2 erhält man nämlich eine

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Spannung V-,, die Jv ausdrückt, und vom Generator 3'* erhält

2
man eine Spannung Vpj die ν ausdrückt:

2 2 Teilt man dann V-, durch Vp oder Jv durch ν , so erhält man J, die Dichte bzw. das spezifische Gewicht.

Das Quotientenmeßgerät 4 betätigt dann über ein Glied 5 eine einen Schlitten bewegende Stoßstange 6' eines Integrators 6.

Wie oben zu dem z.B. als Wirbeldurchflußmesser arbeitenden Geschwindigkeitsmeßgerät 3 angegeben wurde, kann die Geschwindigkeit des Eotors dieses Meßgerätes, z.B. an seinem Umfang als augenblickliche Geschv/indigkeit ν geeicht sein; statt dessen kann ebenso gut, da ja der Querschnitt konstant

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ist, durch entsprechende Eichung die absolute Anzahl der pLOtorumdrehungen als eine von der Zeit unabhängige Volumengröße wiedergegeben werden (da das Produkt von Anzahl der Umdrehungen und Querschnitt dem Volumen gleich ist).

Zu diesem Zweck ist ein Synchroii-Drehmomentenwandler oder -verstärker 7 vorgesehen, der von dem nach dem Yiirbelprinzip arbeitenden Geschwindigkeitsmeßgerät 3 aus über einen Selsyn- oder Drehfeldgeber 8 und einen Selsyn- oder Drehfeldempfänger 8' gespeist wird und die Welle 6^!l des integrators 6 im Drehzahlverhältnis 1:1 (oder einem anderen gewählten Drehzahlverhältnis) antreibt. Der Integrator multipliziert deshalb die Dichte J, wie sie durch das G-lied 5 des Quotientenmeßgerätes 4 in ihm eingesteuert wird, mit dem durch das Geschwindigkeitsmeßgerät 3 angegebenen und mittels des Synchron-Drehmomentenwandlers weitergeleiteten Volumenbetrag. ·

Das Ergebnis wird durch die absolute Anzahl von Umdrehungen der Integratorwelle 9 ausgedrückt, an die ein Zähler 10 für diese Anzahl von Umdrehungen angeschlossen ist. Dieser Zähler kann so untersetzt sein, daß die auf der Skala angezeigte Zahl in den gewünschten passenden Einheiten das gesamte Gewicht des Gases angibt, das durch die Rohrleitung strömte.

Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, bei der ein Dichtemesser 11 an Stelle des Ließgerätes 1 verwendet

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ist. Dieser Dichtemesser 11 mißt durch, den Unterschied zwischen demjenigen Druck, der durch ein Zentrifugalgebläse oder eine Pumpe 12 erzeugt wird, und dem in der an die Saugseite der Pumpe angeschlossenen Rohrleitung herrschenden Druck, die Dichte J des Gases mittels einer Differentialeinrichtung 13. Die Skala nebst Zeiger 14 dieser Einrichtung ist, wie beim Zeiger 4¹ in Fig. 1, in Dichteeinheiten geeicht. Der Dichtemesser 11 bewegt ein G-Iied 5' in der gleichen Weise, wie das Glied 5 in Pig. 1 gesteuert wird. Der übrige Teil der Vorrichtung nach Pig. 2 ist der gleiche wie nach Fig. 1.

Somit schafft die Erfindung eine einfache und v/irksame Meßvorrichtung, die Rechnungen überflüssig macht und eine unmittelbare Gewichtsanzeige der Gasmenge liefert, die durch die Rohrleitung strömte. Ferner ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mittels einer Zusatzeinrichtung Meßer— gebnisse oder Anzeigen liefert, die den Ablauf der Gasströmung in der Rohrleitung wiedergeben und aufzeichnen und festzuhalten erlauben.

Claims (3)

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   U, 630 ÖÖ8-8.9.54

   Schutzansprüche :

   *■ 1. Heßvorrichtung zum Messen des Gewichtes eines durch sie oder eine Leitung während einer "bestimmten Heßzeit strömenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Gasdichte J fortlaufend bestimmendes Meßgerät vorgesehen ist und entsprechend den Meßwerten die Lage eines Steuergliedes (5) verändert, das diese Lageänderungen in eine Integriervorrichtung (6), über das eine seiner Eingangsstellglieder (6¹, 6^lf) einsteuert, daß ein Geschwindigkeitsmeßgerät (5) vorgesehen ist, das fortlaufend die Geschwindigkeit ν des Gasstromes bestimmt und diese in Form einer Bewegung des anderen (6¹¹) der Eingangsstellglieder (6', 6^!l) der Integriervorrichtung in diese einsteuert, und daß am Ausgang der Integriervorrichtung ein Zählwerk (10) zur Angabe des Gewichtes des Gasvolumen angeschlossen ist, das während der Meßzeit durch die Vorrichtung bzw. Leitung strömte.
2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gasdichte J bestimmende Meßgerät aus folgenden Teilen besteht: einem den Druckunterschied vor und hinter einer Leitungsverengung messenden Differenzdruckmeßgerät (1, 2), das eine elektrische Spannung Y^ erzeugt, die dem Differenzdruck P und damit dem Produkt aus dem Quadrat der

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   Strömungsgeschwindigkeit ν mal der Gasdichte J proportional ist, einem vom Geschwindigkeitsmeßgerät (3) angetriebenen Verbundgenerator (3', 5''), der eine elektrische Spannung V₂ liefert, die dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist, und einem Quotientenmeßgerät (4), in welches die beiden Spannungen V₁ und Vp eingesteuert werden und das eine dem Quotienten sr-, d.h. der Gasdichte J proportionalen Größe durch die Lage eines Anzeigegliedes (4¹) und/oder des Steuergliedes (5) wiedergibt.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gasdichte fortlaufend bestimmende Meßgerät ein unmittelbar diese Dichte J lieferndes und vorzugsweise auch anzeigendes Gerät (13) ist, das mit dem Ausgang eines Gebläses oder einer Pumpe (12) verbunden ist, die in einem gasdurchströmten Hebenschlußkreis der Gasleitung liegt.

   Der Patentanwalt:

   3»ί Diese Umerioge (Csschfeibun? uno Scnuuanspr.) ist die ,iuieizt eingereicht*, Sie ive«*H ron der fassung d* ursprünglich eingefelchten Unlsdoge« ob. Die rechtliche Bedeutung der Abvrefchung ist nicht geprüft. )tfc urspKingtteh eingereichten Unterlagen befinden sich <r\ ien Amtsokten. Sie können jederzeit ohne MaohY«* rechtlichen Interesses gebührenfrei eir.gesehee «erdsß. ^ Antrag werden hierwn weh Foiokoplen oder Flta»- zu (tefi üWichep Preisse geliefeii. Osvhchss ?oieiitcsa!. itä