DE19612370C1 - Flow determining apparatus for process fluid at regulating device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses eines Prozeßmediums an einem Stellgerät mit einem pneumatischen Antrieb, einem Stellglied, einer Ein heit zur Erfassung des Stelldrucks und einer Einrichtung zur Messung der Position eines Drosselorgans, sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses eines Prozeß mediums an einem Stellgerät mit einem pneumatischen An trieb und einem Stellglied, wobei eine Einheit zur Er fassung des Stelldrucks und eine Einrichtung zur Messung der Position eines Drosselorgans vorgesehen sind, insbe sondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. The invention relates to a method for determining the Flow of a process medium with an actuator a pneumatic drive, an actuator, an on unit for recording the signal pressure and a device for measuring the position of a throttle body, as well as a Device for determining the flow of a process mediums on an actuator with a pneumatic on driven and an actuator, being a unit to Er recording of the signal pressure and a device for measurement the position of a throttle body are provided, in particular especially for performing such a method.
Das auch heute noch am weitesten verbreitete Verfahren zur Durchflußbestimmung im Bereich der Prozeßmeßtechnik ist das Wirkdruckverfahren. Dabei wird ausgenutzt, daß eine Strömung im Bereich eines verengten Rohrquerschnitts einen Druckabfall - den Wirkdruck - erfährt, der ein Maß für den Durchfluß darstellt. Die Messung des Druckabfalls wird im allgemeinen an Norm-Drosselgeräten, wie hauptsächlich Blenden oder auch Düsen, vorgenommen.The most widespread method for Flow determination in the field of process measurement technology is the differential pressure method. It takes advantage of the fact that a Flow in the area of a narrow pipe cross section Pressure drop - the differential pressure - experiences, which is a measure of the Represents flow. The measurement of the pressure drop is carried out in the general on standard throttling devices, such as mainly Orifices or nozzles.
Es ist bekannt, daß prinzipiell auch ein Stellgerät zur gleichzeitigen Durchflußmessung nach dem Wirkdruckver fahren eingesetzt werden kann, indem der Druckabfall über dem Stellglied gemessen wird. Problematisch ist daran aber die Messung des Differenzdruckes über dem Stellglied, da die Prozeßmedien in vielen Einsatzfällen extreme Tempera turen oder chemisch aggressive Eigenschaften besitzen und der Einfluß des Drosselgerätes mit Kavitation, Pulsationen usw. die Bedingungen weiter erschwert. Die Anforderungen an die Differenzdruckaufnehmer sind deswegen sehr groß und bedeuten neben hohen Kosten für das Meßgerät auch meß technische Ungenauigkeiten, die nur mit großem Aufwand unterdrückt werden können.It is known that in principle an actuator for simultaneous flow measurement after differential pressure driving can be used by the pressure drop across the actuator is measured. The problem is, however the measurement of the differential pressure across the actuator, because the process media in many applications extreme tempera ture or chemically aggressive properties and the influence of the throttling device with cavitation, pulsations etc. made the conditions more difficult. The requirements to the differential pressure transducers are therefore very large and mean besides high costs for the measuring device also measuring technical inaccuracies that only require great effort can be suppressed.
Eine bekannte Vorrichtung und das zugehörige Verfahren zur Durchflußbestimmung sind in der EP 0 382 964 B1 be schrieben. Dabei ist an einer Drosselklappe mit einer Ventilöffnungsermittlungseinrichtung eine Drehmomenter mittlungseinrichtung vorgesehen, und der Durchfluß wird als Funktion der Ventilöffnung und des dynamischen Dreh moments berechnet.A known device and the associated method for Flow determination are described in EP 0 382 964 B1 wrote. It is on a throttle valve with a Valve opening determination device a torque averaging device is provided, and the flow is as a function of valve opening and dynamic rotation moments calculated.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist neben de-r Ein schränkung auf Drosselklappen vor allem die meßtechnische Erfassung des Drehmoments nahe der Drosselklappe. Reale Drehmomentaufnehmer erfordern einen Kompromiß zwischen Ge nauigkeit, Kosten, Baugröße, Temperatureinfluß, Rüttelein fluß etc.A disadvantage of this prior art is in addition to the one restriction to throttle valves especially the metrological Detection of the torque near the throttle valve. Real Torque transducers require a compromise between Ge accuracy, cost, size, temperature influence, vibration river etc.
Eine andere Vorrichtung in Form eines Stellungsreglers mit verschiedenen Diagnoseeinrichtungen ist in der WO 95/06276 A1 beschrieben. Dort kann vorgesehen sein, den Durchfluß als Funktion der Ventilposition als Ventilcharakteristik zu speichern und während des Betriebes aktuelle Messungen des Durchflusses und der Ventilposition mit dieser Funktion zu vergleichen, um Korrekturparameter für die Regelung zu ge winnen. Dabei wird stets ein externer Durchflußaufnehmer eingesetzt, um die Regelung entsprechend zu optimieren. Eine Berechnung des Durchflusses ohne Verwendung des ex ternen Durchflußaufnehmers ist demnach nicht möglich.Another device in the form of a positioner Various diagnostic devices is in WO 95/06276 A1 described. There can be provided the flow as Function of the valve position as a valve characteristic save and current measurements of the Flow and the valve position with this function compare to ge correction parameters for the control win. An external flow sensor is always used used to optimize the control accordingly. A calculation of the flow without using the ex ternal flow sensor is therefore not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchflußbestimmung an einem Stellgerät mit einem pneumatischen Antrieb zu real isieren, die, auf dem Wirkdruckverfahren basierend, ohne die Notwendigkeit eines Differenzdruckaufnehmers eine Ermittlung des Durchflusses ermöglichen und damit besonders einfach und kostengünstig sind.The invention has for its object a method and an associated device for flow determination an actuator with a pneumatic actuator too real based on the differential pressure method without the need for a differential pressure transducer Enable determination of the flow and thus are particularly simple and inexpensive.
Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Weiterbildung des gattungsgemäßen Standes der Technik da durch gelöst, daß zum einen ohne Durchfließen des Prozeß mediums die Abhängigkeit der Position des Drosselorgans vom Stelldruck und zum anderen die am pneumatischen Antrieb im Betriebsfall wirkende Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position der Drosselorgans erfaßt werden; daß die Durchflußkennlinie in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans bestimmt wird; und daß sich der beim Durchfließen des Prozeßmediums ergebende aktuelle Durchfluß durch die Erfassung von vorhandenem Stelldruck und Position des Drosselorgans unter Verwendung der so ge wonnenen Kenndaten in einer Berechnungseinheit ermittelt wird.This object is achieved by the method according to the invention in Training of the generic state of the art there solved by that on the one hand without flowing through the process mediums the dependence of the position of the throttle body from the signal pressure to the pneumatic one Actuating flow force in operation Depends on the position of the throttle element will; that the flow characteristic as a function of Position of the throttle organ is determined; and that the current resultant when flowing through the process medium Flow through the detection of existing signal pressure and position of the throttle body using the so ge obtained characteristic data determined in a calculation unit becomes.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der Stelldruck, die Position des Drosselorgans und die Kennwerte in elektrische Signale gewandelt und die Kennwerte in einer elektronischen Speichereinheit gespeichert werden.It can be provided that the signal pressure, the Position of the throttle body and the characteristic values in converted electrical signals and the characteristic values in one electronic storage unit can be stored.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kommunikation der Komponenten des Stellgerätes über ein Feldbussystem erfolgt.Another embodiment of the invention stands out characterized in that the communication of the components of the Actuator via a fieldbus system.
Es kann auch vorgesehen sein, daß der Stelldruck direkt im pneumatischen Antrieb gemessen wird.It can also be provided that the signal pressure directly in the pneumatic drive is measured.
Weiterhin kann die Möglichkeit bestehen, daß der Eingangsdruck des Stellglieds gemessen, an die Be rechnungseinheit übermittelt und für die Durchflußer mittlung verwendet wird.Furthermore, there may be the possibility that the Input pressure of the actuator measured to the Be unit of account transmitted and for the flow averaging is used.
Dabei kann auch vorgesehen sein, daß der Ausgangsdruck des Stellglieds gemessen, an die Berechnungseinheit über mittelt und für die Durchflußberechnung verwendet wird.It can also be provided that the outlet pressure of the Actuator measured to the calculation unit averaged and used for the flow calculation.
Die Erfindung sieht auch vor, daß die Kenndaten für die Position des Drosselorgans in Abhängigkeit vom Stelldruck und/oder die Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans und/oder die Durchflußlinie in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans als bau artbedingt bekannte Zusammenhänge in der Speichereinheit abgelegt werden.The invention also provides that the characteristic data for the Position of the throttle element depending on the signal pressure and / or the flow force depending on the Position of the throttle body and / or the flow line in Dependence on the position of the throttling element as a construction well-known correlations in the storage unit be filed.
Eine weitere Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kenndaten für die Position des Drosselorgans in Abhängigkeit vom Stelldruck und/oder die Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans und/oder die Durchflußlinie in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans aus theoretischen oder empirischen Formeln berechnet werden.Another embodiment of the invention stands out characterized in that the characteristics for the position of the Throttle device depending on the signal pressure and / or the Flow force depending on the position of the Throttle device and / or the flow line depending from the position of the throttle organ from theoretical or empirical formulas can be calculated.
Es kann vorgesehen sein, daß die Kenndaten für die Position des Drosselorgans in Abhängigkeit vom Stelldruck und/oder die Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans und/oder die Durchflußlinie in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans aus einem oder mehreren Initialisierungsläufen bestimmt werden.It can be provided that the characteristic data for the Position of the throttle element depending on the signal pressure and / or the flow force depending on the Position of the throttle body and / or the flow line in Dependence on the position of the throttle body from one or several initialization runs can be determined.
Die Erfindung sieht auch vor, daß die Dichte des Prozeß mediums ermittelt und in der Massendurchflußberechnung verwendet wird.The invention also provides that the density of the process mediums determined and in the mass flow calculation is used.
Dabei kann auch vorgesehen sein, daß der Expansions koeffizient bei kompressiblen Prozeßmedien ermittelt und in der Massendurchflußberechnung verwendet wird.It can also be provided that the expansion determined with compressible process media and is used in the mass flow calculation.
Die Erfindung sieht auch vor, daß Daten des ermittelten Durchflusses an einen Stellungsregler übergeben und dort zur Regelung verwendet werden.The invention also provides that data of the determined Flow to a positioner and there can be used for regulation.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche die oben angege bene Aufgabe löst, ist in Weiterbildung des gattungsgemäßen Standes der Technik gekennzeichnet durch eine Speicherein heit, in der Kenndaten für die Abhängigkeit der Position des Drosselorgans vom Stelldruck ohne Durchfließen des Prozeßmediums, die am pneumatischen Antrieb im Betriebs fall wirkende Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans und die Durchflußkennlinie in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans ge speichert sind; und eine Berechnungseinheit, die den ak tuellen, sich beim Durchfließen des Prozeßmediums erge benden Durchfluß aus den gemessenen Werten von Stelldruck und Position des Drosselorgans unter Verwendung der Kenn daten berechnet.The device according to the invention, which indicated the above bene task solves, is in further training of the generic State of the art characterized by a memory in the characteristics for the dependence of the position of the throttle body from the signal pressure without flowing through the Process medium operating on the pneumatic drive acting flow force depending on the Position of the restrictor and the flow characteristic in Depends on the position of the throttle body stores are; and a calculation unit that the ak tuell, erge when flowing through the process medium flow from the measured values of signal pressure and position of the throttle body using the characteristic data calculated.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Berechnungseinheit einen Mikroprozessor aufweist.It can be provided that the calculation unit has a microprocessor.
Weiterhin kann die Vorrichtung nach der Erfindung gekenn zeichnet sein durch ein Feldbussystem zur Kommunikation zwischen der Berechnungseinheit, der Speichereinheit, mindestens einem Datenaufnehmer sowie einer Ein- und Ausgabe.Furthermore, the device according to the invention can be identified is characterized by a fieldbus system for communication between the calculation unit, the storage unit, at least one data recorder and one input and Output.
Es kann auch vorgesehen sein, daß das Feldbussystem mit einem Stellungsregler kommuniziert; und daß der von der Berechnungseinheit ermittelte Durchfluß zur Regelung und/oder Funktionsüberprüfung des Stellgerätes verwendbar ist.It can also be provided that the fieldbus system with communicates with a positioner; and that of the Calculation unit determined flow for regulation and / or functional check of the actuator can be used is.
Die Erfindung sieht vor, daß die Einheit zur Erfassung des Stelldrucks einen Druckaufnehmer im pneumatischem Antrieb aufweist.The invention provides that the unit for detecting the Signal pressure a pressure sensor in the pneumatic drive having.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Einrichtung zur Messung der Position des Drosselorgans als Teil eines Stellungsreglers ausgebildet ist.It can also be provided that the device for Measurement of the position of the throttle element as part of a Positioner is trained.
Die Erfindung sieht auch vor, daß die Berechnungseinheit als Teil eines Stellungsreglers ausgebildet ist.The invention also provides that the calculation unit is designed as part of a positioner.
Dabei kann auch vorgesehen sein, daß die Speichereinheit als Teil eines Stellungsreglers ausgebildet ist.It can also be provided that the storage unit is designed as part of a positioner.
Die Erfindung sieht vor, daß mit der Berechnungseinheit ein Druckaufnehmer für den Eingangsdruck eines Betriebs mediums verbunden ist.The invention provides that with the calculation unit a pressure sensor for the inlet pressure of a company mediums is connected.
Die Erfindung sieht auch vor, daß mit der Berechnungsein heit ein Druckaufnehmer für den Ausgangsdruck eines Betriebsmediums verbunden ist.The invention also provides that with the calculation unit for the outlet pressure of a Operating medium is connected.
Dabei kann auch vorgesehen sein, daß mit dem Feldbussystem eine Einrichtung zur Ermittlung der Dichte des Prozeß mediums verbunden ist.It can also be provided that the fieldbus system a device for determining the density of the process mediums is connected.
Vorteilhaft werden nach der Erfindung die Größen für den Stelldruck, die Position des Drosselorgans und die Kenn werte in elektrische Signale gewandelt und die Kennwerte in einer elektronischen Speichereinheit gespeichert.According to the invention, the sizes for the Signal pressure, the position of the throttle body and the characteristic values converted into electrical signals and the characteristic values stored in an electronic storage unit.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kommunikation der bei der Durchführung des Verfahrens ver wendeten Komponenten über ein Feldbussystem erfolgt.In a further embodiment it is provided that the Communication of the ver components used via a fieldbus system.
Ebenso wird vorgeschlagen, daß der Stelldruck direkt im pneumatischen Antrieb gemessen wird.It is also proposed that the signal pressure directly in the pneumatic drive is measured.
Insbesondere bei Verwendung von kompressiblen Prozeßmedien ist zur korrekten Durchflußberechnung die Kenntnis des Eingangs- oder des Ausgangsdrucks notwendig. Dafür wird vorgeschlagen, den Eingangs- oder den Ausgangsdruck zu ermitteln und an die Berechnungseinheit zu übergeben. Ebenso wird für kompressible Prozeßmedien vorgeschlagen, den Expansionskoeffizienten zu ermitteln und in der Durch flußberechnung als Korrekturfaktor zu verwenden. Im allge meinen ist der Expansionskoeffizient aus der Durchfluß kennlinie bekannt und in den Kenndaten gespeichert.Especially when using compressible process media is the knowledge of the correct flow calculation Inlet or outlet pressure necessary. For that proposed to increase the inlet or outlet pressure determine and transfer to the calculation unit. It is also proposed for compressible process media that to determine the expansion coefficient and in the through flow calculation to use as a correction factor. Generally mine is the expansion coefficient from the flow characteristic curve known and stored in the characteristic data.
Die in der Speichereinheit abgelegten verschiedenen Kenn daten können abhängig von den Möglichkeiten und Genauig keitsanforderungen auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Bauartbedingte Kenndaten, die in der Speicherein heit abgelegt sind, bieten eine Möglichkeit mit minimalem Aufwand. Eine andere Möglichkeit, die Kenndaten zu ge winnen, besteht in der Berechnung aus empirischen oder theoretischen Formeln. Am aufwendigsten ist im allgemeinen das Durchführen von Initialisierungsläufen an Einzelge räten.The various characteristics stored in the storage unit Data can depend on the possibilities and accurate requirements in different ways will. Design-related characteristics that are in the memory stored, offer an opportunity with minimal Expenditure. Another way to get the characteristics win, the calculation consists of empirical or theoretical formulas. The most complex is in general performing initialization runs on single units advise.
Im übrigen ist es bei der Erfindung auch möglich, zur Erhöhung der Genauigkeit der Durchflußberechnung in der Berechnungseinheit einen Korrekturalgorithmus zu ver wenden, um Hystereseeinflüsse zu kompensieren, wobei Kenn daten des Hystereseeinflusses aus Kennlinienmessungen ermittelt und in der Speichereinheit abgelegt werden.Otherwise, it is also possible with the invention for Increase the accuracy of the flow calculation in the Computing unit to ver a correction algorithm turn to compensate for hysteresis influences, whereby Kenn data of the influence of hysteresis from characteristic curve measurements are determined and stored in the storage unit.
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Durchflußberechnung können bei einem derartigen Korrekturalgorithmus die Kenn daten des Hystereseeinflusses auch mit einem Verfahren er mittelt werden, wie es in der DE 44 19 548 A1 beschrieben ist. To increase the accuracy of the flow calculation With such a correction algorithm, the characteristic data of the hysteresis influence also with a method be averaged, as described in DE 44 19 548 A1 is.
Werden, wie dies bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehen ist, die Daten des be rechneten Durchflusses an einen Stellungsregler übergeben und für die Regelung verwendet, so ermöglicht dies eine höhere Genauigkeit der Regelung und weiterhin die Funk tionsüberwachung des Stellgerätes.Be like this in one embodiment of the method is provided according to the invention, the data of the be Transfer the calculated flow to a positioner and used for the regulation, this enables a higher accuracy of control and still the radio tion monitoring of the actuator.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung nach der Erfindung sind dadurch besonders vorteilhaft, daß prinzipiell keine spe zielle Stellgliedart erforderlich ist, lediglich ein pneu matischer Antrieb wird benötigt. Weiterhin ist die Messung des Stelldrucks - falls eine extra Meßeinrichtung notwendig ist - vergleichsweise einfach. Für die Genauigkeit der Be rechnung ist allerdings wichtig, daß die Strömungskraft einen im Vergleich zu den pneumatischen Antriebskräften bzw. der Federkraft meßtechnisch gut erfaßbaren Anteil liefert. Durch entsprechende Auswahl des pneumatischen Antriebs läßt sich diese Auslegung aber optimieren.The method and the device according to the invention thereby particularly advantageous that in principle no spe The final actuator type is required, only one tire Matic drive is required. Furthermore, the measurement the signal pressure - if an extra measuring device is necessary is - comparatively simple. For the accuracy of the loading It is important, however, that the flow force one compared to the pneumatic driving forces or the proportion of the spring force that is easy to measure delivers. By appropriate selection of the pneumatic This design can be optimized for the drive.
Die Vorteile der Realisierung mit einer entsprechenden Vorrichtung werden besonders deutlich bei Verwendung eines Feldbusses, da die Erfassung vieler angesprochener Meß größen keinen Zusatzaufwand darstellt, wenn diese Größen über den Bus zugreifbar sind.The advantages of realizing with an appropriate Device become particularly clear when using a Field bus, since the acquisition of many addressed measurement sizes does not represent additional effort if these sizes are accessible via the bus.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der Aufbau und Funktionsweise von Ausführungsbeispielen anhand der schematischen Zeichnung erläutert sind. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention result from the description below, in the structure and Operation of exemplary embodiments based on the schematic drawing are explained. It shows:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Ver fahrens bzw. der Vorrichtung nach der Er findung in einem Blockschaltbild; und Fig. 1 shows a first embodiment of the method or the device according to the invention in a block diagram; and
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Weiterbildung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung nach der Erfindung in Fig. 1 entsprechender Dar stellung. Fig. 2 shows an embodiment of a development of the method or the device according to the invention in Fig. 1 corresponding Dar position.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist ein Stellgerät 1 einen pneumatischen Antrieb 3 auf, der mit einem Stellglied 4 formschlüssig verbunden ist. Eine Einheit 5 zur Erfassung des Stelldrucks und eine Einrichtung 7 zur Positions messung eines Drosselorgans übergeben jeweils Daten an eine mit einer Speichereinheit 9 kommunizierende Berech nungseinheit 11.As can be seen in FIG. 1, an actuator 1 has a pneumatic drive 3 which is positively connected to an actuator 4 . A unit 5 for detecting the signal pressure and a device 7 for measuring the position of a throttle body each transfer data to a calculation unit 11 communicating with a storage unit 9 .
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind ein Druckauf nehmer 15 für die Messung des Eingangsdrucks des Stell gliedes 4 und ein Druckaufnehmer 17 für die Messung des Ausgangsdrucks des Stellgliedes 4 vorgesehen. Ein Feldbus system 19 verbindet die Druckaufnehmer 15 und 17 mit der Einheit 5 zur Erfassung des Stelldrucks, der Einrichtung 7 zur Messung der Position des Drosselorgans, der Berech nungseinheit 11, der Speichereinheit 9, einem Stellungs regler 21 und einer Ein-/Ausgabe 23, wobei eine derartige Ein-/Ausgabe 23 sowie eine Rohrleitung 25 auch beim Aus führungsbeispiel von Fig. 1 vorgesehen sind.In the embodiment of Fig. 2, a pressure to participants 15 for measuring the inlet pressure of the actuating member 4 and are provided a pressure sensor 17 for measuring the output pressure of the actuator 4. A fieldbus system 19 connects the pressure transducers 15 and 17 to the unit 5 for detecting the signal pressure, the device 7 for measuring the position of the throttle element, the calculation unit 11 , the storage unit 9 , a positioner 21 and an input / output 23 , such an input / output 23 and a pipe 25 are also provided in the exemplary embodiment from FIG. 1.
Bei Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird ohne Durchfließen des Prozeßmediums die Abhängigkeit der Position des Drosselorgans vom Stelldruck ermittelt. Weiterhin wird die am pneumatischen Antrieb 3 im Betriebs fall wirkende Strömungskraft in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans erfaßt, ferner wird die Durch flußkennlinie bestimmt. Anhand dieser ermittelten Kenn daten wird dann der aktuelle Durchfluß aus dem Stelldruck und der Position des Drosselorgans berechnet.When carrying out the method according to the invention, the dependence of the position of the throttle element on the signal pressure is determined without flowing through the process medium. Furthermore, the flow force acting on the pneumatic drive 3 during operation is detected as a function of the position of the throttle element, and the flow characteristic is determined. The current flow rate is then calculated from the signal pressure and the position of the throttle element on the basis of these determined data.
Die Durchflußkennlinie kann dabei entsprechend den üblichen Bezeichnungen durch den kv-Wert und die Strömungskraft durch den Strömungskraftbeiwert Cdyn beschrieben werden. Beide Koeffizienten sind vor allem abhängig von der Position des Drosselorgans. Der im Betrieb gegenüber dem Betriebsfall ohne Durchfluß veränderte Stelldruck in Abhängigkeit von der Position des Drosselorgans ermöglicht so eine direkte Berechnung des Durchflusses.The flow characteristic can be described in accordance with the usual designations by the k v value and the flow force by the flow force coefficient C dyn . Both coefficients are primarily dependent on the position of the throttle element. The signal pressure, which is changed during operation compared to the operating case without flow, depending on the position of the throttle body, enables a direct calculation of the flow.
Mathematisch läßt sich das beschriebene Vorgehen fol gendermaßen erklären. Ausgehend vom Kräftegleichgewicht am pneumatischen Antrieb werden die Kräfte eingeteilt:Mathematically, the procedure described can be fol explain in an appropriate manner. Starting from the balance of forces on pneumatic drive, the forces are classified:
FA: Antriebskräfte
FF: Federkräfte
FM: Massenkräfte
FR: Reibungskräfte
Fstr: Strömungskräfte (infolge der Strömung durch das
Stellglied)
FDi DichtkraftF A : driving forces
F F : spring forces
F M : mass forces
F R : frictional forces
F str : flow forces (due to the flow through the actuator)
F Di sealing force
Die Gleichgewichtsbedingung ergibt den Zusammenhang:The equilibrium condition gives the relationship:
FA=FF+FM+FR+Fstr+FDi F A = F F + F M + F R + F str + F Di
Für die Durchflußbestimmung ist vor allem die Strömungs kraft Fstr, die oft durch den Strömungskraftbeiwert Cdyn beschrieben wird, von Bedeutung. Die anderen Kräfte sind aufgrund der Konstruktion des Stellgerätes bekannt oder können, wie möglicherweise für die Reibungskräfte notwen dig, mit einem anderen Verfahren ermittelt werden. Auf grund der Strömungskraft Fstr unterscheidet sich der Stell druck pst im dynamischen Fall (d. h. mit Strömung) vom sta tischen Fall. Mit Kenntnis der Strömungskraft bzw. des Strömungskraftbeiwerts Cdyn läßt sich der Differenzdruck am Stellglied und damit bei bekannter Durchflußkennlinie, z. B. in Form des kv-Wertes, der Durchfluß berechnen.The flow force F str , which is often described by the flow force coefficient C dyn , is of particular importance for the flow determination. The other forces are known due to the construction of the actuator or, as may be necessary for the frictional forces, can be determined with another method. Due to the flow force F str , the signal pressure p st differs from the static case in the dynamic case (ie with flow). With knowledge of the flow force or the flow force coefficient C dyn , the differential pressure at the actuator and thus with a known flow characteristic, e.g. B. in the form of the k v value, calculate the flow.
BezugszeichenlisteReference list
1 Stellgerät
3 Pneumatischer Antrieb
4 Stellglied
5 Einheit zur Erfassung des Stelldrucks
7 Einrichtung zur Messung der Position des Drosselorgans
9 Speichereinheit
11 Berechnungseinheit
15 Druckaufnehmer
17 Druckaufnehmer
19 Feldbussystem
21 Stellungsregler
23 Ein-/Ausgabe
25 Rohrleitung. 1 actuator
3 Pneumatic drive
4 actuator
5 unit for recording the signal pressure
7 Device for measuring the position of the throttle body
9 storage unit
11 calculation unit
15 pressure transducers
17 pressure transducers
19 fieldbus system
21 positioners
23 input / output
25 pipeline.
Claims (23)
Priority Applications (2)
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