DE19912587A1 - Volumenstrommeßgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Meßgeräte zur Volumenstrommessung von Strömungsmedien in Rohrleitungssystemen, die ein Signal für Steuer- und Regelvorgänge liefern, wobei elektronische Volumenstromsensoren zur Erfassung des Volumenstroms in die Gehäuse von vorhandenen, ohnehin notwendigen Anlagenkomponenten integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft Meßgeräte zur Volumenstrommessung von Strömungsme­ dien in Rohrleitungssystemen, die ein Signal für Steuer- und Regelvorgänge liefern.

Solche eigenständigen Meßgeräte sind beispielsweise durch die Zeitschrift atp, Automatisierungstechnische Praxis, 1994, als Fortsetzungsserie in den Heften 7, 8 und 9/94 veröffentlicht. Es gibt Anlagen, in denen solche Volumenstrommeß­ geräte Verwendung finden müssen, um genaue Aufschlüsse über darin gerade ablaufende Prozesse zu erhalten. Der Einbau solcher gesonderten Meßgeräte in ein Rohrleitungssystem verursacht einen Aufwand in Form von zusätzlichen Ein­ baukosten und zusätzlichen Platzbedarf. Da solche Meßgeräte eigenständige Gehäuse beinhalten, stellen die Gehäuse sicherheitsrelevante Bauelemente dar und bilden somit ein Gefährdungspotential.

Zur Volumenstrommessung innerhalb eines Rohrleitungssystems weiterhin be­ kannt sind sogenannte Strangregulierarmaturen. Hierbei handelt es sich um Armaturen, bei denen mit Hilfe extra anzuschließender Meßgeräte der Durchfluß eines nachgeordneten Rohrleitungsstranges gemessen wird, wobei ein solcher einen definierten Zustand aufweist. Bei einer Heizungsanlage ist das gewöhnlich der Betriebszustand, bei dem im sogenannten Volllastfall, also während eines Winters mit besonders tiefen Außentemperaturen, die für diesen Rohrleitungs­ strang berechnete maximale Energiemenge hindurch fließen muß.

Da zwischen der Berechnung eines solchen Rohrleitungsstranges und dem tatsächlich gebauten System im allgemeinen gravierende Unterschiede bestehen, erfolgt vor einer Inbetriebnahme ein sogenannter Strangabgleich. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe einer Strangregulierarmatur derjenige Volumenstrom fest eingestellt, wie er bei der Auslegung einer Anlage für den Volllastfall berechnet wurde. Für den Einreguliervorgang eines solchen Rohrleitungsstranges muß an der Strangregulierarmatur der gemessene Volumenstrom, im allgemeinen mit Hilfe einer örtlichen Differenzdruckmessung, erfaßt und korrigiert werden. Ein mit diesen Mitteln durchgeführter Meß- und Reguliervorgang ist sehr zeitaufwendig, weshalb er - wie die Praxis lehrt - in vielen Fällen gar nicht erst durchgeführt oder nur in unvollständiger Weise vorgenommen wird. Durch die DE-A-197 25 376 ist eine verbesserte Strangregulierarmatur bekannt, mit deren Hilfe ein Strang­ abgleich erleichtert wird. Dazu findet ein elektronischer Volumenstromsensor und ein Datenspeicher mit spezifischen Kennwerten der Strangregulierarmatur Verwendung.

Da häufig in einer Gesamtanlage die Verwendung findenden Strangregulier­ armaturen örtlich sehr weit entfernt von denjenigen Komponenten angeordnet sind, die eine Regelfunktion in einer solchen Anlage ausüben, ist die Verbindung solcher Komponenten mit einer hohen Komplexität verbunden.

Durch die DE-A 44 07 689 ist eine Rohrleitungsarmatur bekannt, bei der in einer Längsbohrung der Betätigungsspindel des Verschlußorgans der Fühler eines Thermometers angeordnet ist. Durch Integration des Anzeigeinstrumentes des Thermometers in den Handgriff der Armatur, kann mit dieser Lösung nur aus­ schließlich die Temperatur des durch die Armatur hindurchströmenden Fluids erfaßt werden.

Eine hierzu abweichende Lösung zeigt der Gegenstand des DE-U 29 50 6827. In die Betätigungsspindel sind Nuten eingefräst, die elektrische Kabel und Meßwert­ aufnehmer aufnehmen und die dann wieder durch eine Vergußmasse ver­ schlossen werden. Eine solche Lösung birgt jedoch die Gefahr, daß damit die Spindel der Absperrarmatur zu sehr geschwächt wird und trotzdem einen hohen zusätzlichen Bearbeitungsaufwand erfordert.

Und durch die EP-B 0 641 997 ist es für Pumpen bekannt, mit Hilfe einer Dif­ ferenzdruckmessung innerhalb des Pumpengehäuses eine Basis für die Berech­ nung des innerhalb der Pumpe vorherrschenden Volumenstromes zu schaffen. Im Pumpengehäuse sind Anschlüsse für Drucksensoren vorgesehen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, in einem Transportsystem mit hydrau­ lischen Fluiden zur thermischen Energieübertragung den Aufwand für eine Volu­ menstrommessung und ein dadurch bedingtes Gefährungspotential zu verringern.

Die Lösung dieses Problems sieht vor, daß elektronische Volumenstromsensoren zur Erfassung des Volumenstromes in die Gehäuse von vorhandenen, ohnehin notwendigen Anlagenkomponten integriert sind. Dadurch wird der Aufwand für eine Volumenstrommessung reduziert. Da die installierten Anlagenkomponenten ohnehin benötigt werden, entsteht kein zusätzlicher Personalaufwand durch den Einbau zusätzlicher Komponenten. Der elektronische Volumenstromsensor wird in diejenigen Anlagenkomponenten integriert, die den Regelfunktionen ausübenden Komponenten örtlich nächstgelegen sind. Dadurch wird der Material- und Personalaufwand zur Herstellung der Verbindung zwischen beiden Komponenten reduziert. Weiterhin entsteht kein zusätzliches Gefährdungspotential durch Verwendung zusätzlicher Gehäuse beziehungsweise Komponenten.

Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß die elektronischen Volumenstrom­ sensoren als Verschlußelement ausgebildet sind. Somit ergibt sich der Vorteil, daß ein solcher Sensor direkt in eine in den Anlagenkomponenten ohnehin vorhandene Öffnung oder vorbereitete Meßstelle in Form von Angüssen oder dergleichen eingesetzt wird. Der Sensor stellt daher lediglich ein anderes Teil dar oder dient als Ersatz für ein vorhandenes Bauteil. Beispielsweise kann somit in einfacher Weise bei Pumpengehäusen in eine für Differenzdruckmessungen am Saug- oder Druckstutzen angeordnete Entnahmeöffnung oder an anderer geeigneter Stelle ein solcher Sensor eingesetzt werden. Damit erfolgt eine Volumenstromerfassung, ohne die jeweilige Anlagenkomponente in irgendeiner Weise zusätzlich zu schwächen. Analog dazu ist der Einbau eines solchen Sensors anstelle von Verschlußelementen oder an anderer geeigneter Stelle bei Heizkörpern, Heizkesseln und dergleichen möglich.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein elektronischer Volumenstromsensor als Verschlußelement einer Armatur ausgebildet ist. So kann beispielsweise bei einem Hubventil der Sensor direkt als Verschlußelement ausgebildet sein, welches dichtend in einer Führung des Gehäuses gehalten ist. Der Sensor übernimmt damit die Funktion eines Verschlußkeiles bei Schieber­ armaturen oder eines Ventilkegels bei Hubventilen. Gleichzeitig kann der Sensor auch das Betätigungsorgan eines Verschlußelementes einer Armatur bilden. Er übernimmt zusätzlich noch die Funktion einer Spindel oder Welle.

Weiterhin ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart vorgesehen, daß als Meßprinzip des elektronischen Volumenstromsensors das kalorimetrische Meßprinzip Anwendung findet. Es werden keine beweglichen Bauteile benötigt, wodurch ein wartungsfreier Betrieb gewährleistet ist. Es entstehen somit keine Wartungskosten. Der Sensor wird nahezu bündig mit dem umgebenden Strömungsraum angeordnet, wodurch keine zusätzlichen Strömungsverluste beziehungsweise keine zusätzlichen Energiekosten entstehen.

Die Signalübertragung erfolgt mit Hilfe von Verbindungsleitungen, die innerhalb des Sensorelementes oder in dazu gehörigen Verlängerungen angeordnet sind.

Steckverbindungen innerhalb der Übertragungsleitungen für die Sensorsignale ermöglichen eine einfache Verbindung mit dem elektronischen Volumenstrom­ sensor selbst und damit verbundenen Geräten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen die

Fig. 1 den schematischen Schaltplan eines hydraulischen Kreislaufes mit darin eingesetzten Anlagenkomponenten, die

Fig. 2 eine Zwei-Wege-Armatur in Flanschausführung, die

Fig. 3 eine Pumpe mit integriertem Volumenstromsensor und die

Fig. 4 eine Armatur in Muffenausführung.

In der Fig. 1 sind in einem hydraulischen System Anlagenkomponenten in Form eines Energieerzeugers E und eines Verbrauchers V gezeigt. Selbstverständlich können auch mehrere Verbraucher V Verwendung finden. Das hier gezeigte Schema kann z. B. bei einer Heizungsanlage Verwendung finden.

Das Fluid wird vom Energieerzeuger E durch eine Pumpe, die in denselben integriert sein kann, zu einem Verteiler VT gefördert und von diesem auf ver­ schiedene Rohrleitungsstränge 1, 2 und 3 verteilt. Aus Gründen der Übersicht­ lichkeit wurde auf die Darstellung der vollständigen Rohrleitungsstränge 2 und 3 verzichtet. In dem Rohrleitungsstrang 1 befindet sich weiterhin eine mit Stellantrieb ausgerüstete Mischarmatur 4 sowie eine Umwälzpumpe 5. Letztere ist für den Transport des hydraulischen Fluids verantwortlich. Beispielhaft für andere in solchen Strängen angeordnete Armaturen ist eine Armatur 6 mit Stellantrieb dargestellt. Ein Sammler SA führt die aus den Strängen 1 bis 3 zurückkehrenden Fluide zusammen und leitet diese zum Energieerzeuger E zurück. In diesen Anlagenkomponenten ist schematisch die mögliche Einbaulage des elektronischen Volumenstromsensors 8 symbolisiert.

Die Fig. 2 zeigt eine 2-Wege-Regelarmatur 6, in deren Gehäuse 7 ein elektronischer Volumenstromsensor 8 angeordnet ist. Diese Armatur 6 verfügt über einen Stellantrieb 9 mit integriertem bzw. adaptiertem Regler 10. Zwischen dem elektronischen Volumenstromsensor 8 und dem Regler 10 besteht eine Wirkverbindung 11. Dadurch kann das Sensorausgangssignal direkt als Eingangs­ signal für den Regler 10 verwendet werden.

Die Fig. 3 zeigt als Beispiel ein einstufiges Pumpengehäuse in Spiralbauweise. Solche Gehäuse 12 weisen überlicherweise an ihrer tiefsten Stelle eine Ablaßöffnung 13 auf, um für eventuelle Wartungsarbeiten sicherzustellen, daß in der Pumpe befindliches Fluid vollständig aus dem Gehäuse 12 abgelassen werden kann. Solche Ablaßöffnungen 13 sind gewöhnlich durch ein Verschluß­ element verschlossen. Des Weiteren verfügen solche Pumpengehäuse über vorbereitete Druckentnahmeöffnungen 14, 15 im Saug- und Druckstutzen, die einem späteren Benutzer eines solchen Pumpengehäuses 12 die Möglichkeit zum Anschluß von Druckmanometern bieten. Eine solche Öffnung 14, 15 kann problemlos auch durch einen darin angeordneten elektronischen Volumenstromsensor 8 verschlossen werden. Diese Lösung bietet den Vorteil der Reduzierung der Bauelemente sowie des Bearbeitungsaufwandes bei gleichzeitiger Verbesserung der Funktionalität einer solchen verbesserten Anlagenkomponente. Zusätzliche Dichtstellen entstehen nicht, wodurch das Gefährdungspotential in keiner Weise vergrößert wird.

Bei Bauteilen, bei denen durch die Anordnung des Sensors gewährleistet wird, daß eine Erhöhung des Gefährdungspotentials ausgeschlossen ist, kann der elektronische Volumenstromsensor auch an jeder anderen geeigneten, strömungsgünstigen Stelle angeordnet werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Armatur 16 in Muffenbauweise. Deren Armaturengehäuse 17 weisen üblicherweise geringe Außenabmessungen auf, wobei in deren Gewinde 18 Rohrleitungen eingeschraubt werden. Infolge der kleineren Abmes­ sungen solcher Armaturen 16 kann der elektronische Volumenstromsensor 8 direkt als Absperrorgan Verwendung finden. Dadurch wird in einfachster Weise und ohne zusätzliche Einbauten sowie unter Vermeidung eines vergrößerten Gefährdungspotentiales eine solche Armatur 16 in entscheidender Weise technisch aufgewertet.

Ein am elektronischen Volumenstromsensor 8 aufgebrachtes Außengewinde 19 ermöglicht mit einer drehbar innerhalb des Gehäuses 17 gelagerten Spindelmutter 20 dessen Hubverstellung. Aus der in der Fig. 4 gezeigten "Geschlossen"- Stellung wird der elektronische Volumenstromsensor 8 infolge der Drehbewegung eines Handrades 21 und der damit gekoppelten Spindelmutter 20 durch eine Hubbewegung von einem Ventilsitz 22 entfernt. Der bei geöffnetem Ventil durch die Armatur 16 hindurchströmende Volumenstrom wird vom Sensor 8 erfaßt und dessen Signal durch eine hier gezeigte steckbare Leitung 23 zu einer Auswerte­ elektronik 24 oder Regeleinheit geführt, mit deren Hilfe das Volumenstrommeß­ signal weiter be- oder verarbeitet wird. Die Auswerteelektronik 24 kann vielfältige Funktionen besitzen.

Eine in die Leitung 23 integrierte Steckverbindung 25 erleichtert die Installation der Bauelemente.

Claims (6)

1. Die Erfindung betrifft Meßgeräte zur Volumenstrommessung von Strömungsmedien in Rohrleitungssystemen, die ein Signal für Steuer- und Regelvorgänge liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere elektronische Volumenstromsensoren (8) in die Gehäuse (7, 12, 17) von vorhandenen, ohnehin notwendigen Anlagenkomponten (E, V, VT, SA, 4, 5, 6) integriert sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Volumenstromsensor (8) als Verschlußelement ausgebildet ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Volumenstromsensor als Verschlußelement einer Armatur (16) ausgebildet ist.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Volumenstromsensor (8) als Verschlußelement und dessen Betätigungsorgan ausgebildet ist.

5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Volumenstromsensor (8) nach dem kalorimetrischen Meßprinzip arbeitet.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem elektronischen Volumenstromsensor (8) verbundene Übertragungs­ leitungen (23) für die Sensorsignale mit Steckverbindungen (25) ausgerüstet sind.