DE2017928A1

DE2017928A1 - Meßgerät zur Messung der Gasdichte

Info

Publication number: DE2017928A1
Application number: DE19702017928
Authority: DE
Inventors: William Burkhardt Houston Tex. Banks (V.St.A.)
Original assignee: Automation Products Inc., Houston, Tex. (V.St.A.)
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE2017928B2; DE2017928C3; US3572094A; JPS497178B1; GB1298519A; NL7005391A; BE748241A; FR2043116A5

Description

Automation Products« Ine·, Houston, Staat Texas (V.St.A.)

Heßgerät zur Messung der Gasdichte

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung der Dichte eines Gases, welches durch eine Rohrleitung hindurchströmt, die eine Meßdüse aufweist.

Eine einfache Art, durch eine Bohrleitung fließendes Gas zu messen, besteht darin, daß die Masse des Gases bestimmt wird, die durch eine Meßdüse fließt. Dabei ist die fließrate des Gases in kg/h der Quadratwurzel des mit der Gasdichte multiplizierten Differentialdruckes am Staurand proportional. Für eine exakte Messung der Gasmasse 1st ein genau arbeitendes Meßgerät zur Messung der Dichte des Gases, d.h. ein Densitometer, erforderlich· Eine der Schwierigkeiten, die bei Densitometern auftreten, besteht

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darin, daß die Gastemperatur in der Probenkammer mit der Temperatur des durch die Meßdüse hindurchströmenden Gases übereinstimmen muß. Eine Temperaturdifferenz von 2,8° C (5° ^) verursacht nämlich bereits eine Differenz von 1% in der Dichtemessung·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zu schaffen, welches genauer arbeitet als bisher bekannte Geräte, beispielsweise das in dem USA-Patent 3 276 264 beschriebene Gerät. Insbesondere soll bei dem neuen Gerät gewährleistet sein, daß die Temperatur der gemessenen Gasprobe mit der Temperatur des durch die Rohrleitung hindurchströmenden Gases übereinstimmt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Meßgerät der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, welches gekennzeichnet ist durch eine geschlossene Probenkammer, die innerhalb der Rohrleitung an einer Seite der Meßdüse derart angeordnet ist, daß ihre Außenfläche sich in Kontakt mit dem strömenden Gas befindet, wodurch die Temperatur der Kammer mit der Temperatur des strömenden Gases übereinstimmt; einen in der Kammer angeordneten biegsamen Schwingkörper; eine Einrichtung zur Messung der Schwingungen des Schwingkörpers; eine eine Verbindung zwischen einer ersten Seite der Düse und der Probenkammer herstellende Einlaßleitung; eine die andere Seite der Düse mit der Probenkammer verbindende Auslaßleitung; und eine Drossel in einer der Leitungen, durch welche das durch die Probenkammer hindurchströmende Gas annähernd auf dem Druck gehalten

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wird, der an der ersten Seite der Meßdüse herrscht.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß infolge der Temperaturgleichheit zwischen der in der Probenkammer gemessenen Gasprobe und dem die Rohrleitung durchströmenden Gas eine exakte Dichtemessung möglich ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß in die Leitung ein Zwischenstück

mit vergrößertem Querschnitt eingesetzt ist, in "

welchem die Probenkammer angeordnet ist, so daß durch die Kammer keine Behinderung der Gasströmung in der Leitung hervorgerufen wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Probenkammer gleichzeitig ' als Eichkammer dient, wodurch auch die Eichung in einer Kammer erfolgt,/innerhalb der Leitung liegt und deren Temperatur auf der Temperatur des fließenden Gases gehalten wird. Eine Einlaßleitung stellt eine Verbindung zwischen einer vorzugsweise stromaufwärts der Meßdüse gelegenen Stelle der λ Leitung und der Probenkammer her, während eine Auslaßleitung die Probenkammer mit einer bevorzugt stromabwärts der Meßdüse gelegenen Stelle der Leitung verbindet. In der Auslaßleitung befindet sich eine Drossel, welche dazu dient, die durch die Probenkammer strömende Gasprobe auf dem Druck zu halten, welcher in der stromaufwärts gelegenen Leitung herrscht. Dabei sind in der Einlaß- und Auslaßleitung Ventile vorgesehen, um den Ströaungsweg durch die Probenkammer zu schließen, so daß diese

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bei der Temperatur des die Bohrleitung durchströmenden Gases geeicht werden kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Meßgerät zur

Gasdichtemessung in einer Rohrleitung mit einer Meßdüse in der Vorderansicht;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 mit einem Schema der Eicheinrichtung; und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen teilweisen Schnitt durch die Probenkammer nach der Erfindung.

In Fig. 1 weist eine von einem Gas durchströmte übliche Rohrleitung 10 eine übliche Meßdüse auf, die im wesentlichen aus einem Staurand 12 sowie einem Meßinstrument 14 zur Messung des, Differentialdruckes am Staurand besteht. Gegebenenfalls kann die Meßdüse Richtflächen 15 besitzen, die pudctiert dargestellt sind, wie es bei Düsenmessungen üblich ist.

Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf die Figuren 1,2 und 3. Eine geschlossene Probenkammer 18 ist innerhalb der Leitung 10 angeordnet, und zwar vorzugsweise stromaufwärts des Staurandeβ 12, obwohl sie, falls es erwünscht ist, auch stromabwärts angeordnet werden kann· Es ist wesentlich, daß sich die Außenfläche 20 der Kammer 18 in Eontakt alt dem Gas befindet, welches durch die Leitung 10 hindurchströmt. Dadurch wird gewährleistet, daß die Tempera-

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tür in der Kammer 18 stets mit der Temperatur des fließenden Gases tibereinstimmt·

In relativ weiten Leitungen, mit einem Querschnitt von 15 cm ader mehr kann die Kammer 18 direkt in die Leitung eingesetzt werden,ohne daß der Gasfluß ungünstig beeinflußt oder beschränkt wird. In dünneren Leitungen Jedoch ist es vorzuziehen, ein Zwischenstück (Fig· 1) mit vergrößertem Querschnitt einzusetzen, in dem die Kammer 18 angeordnet wird. Hier- -durch wird erreicht, daß das durch die Leitung 10 *

strömende Gas durch die Kammer 18 nicht in ungünstiger Weise behindert wird·

Zwischen einem Punkt der Leitung 10, welcher vorzugsweise stromaufwärts der Düse 12 liegt, und der Probenkammer 18 ist eine Einlaßleitung 24 vorgesehen, durch die eine Gasprobe in die Kammer 18 eingelassen werden kann. Um eine Strömung durch die Probenkammer 18 hindurch zu erzeugen, ist eine Auslaßleitung 26 vorgesehen, welche von der Probenkammer 18 zu einem Punkt der Rohrleitung 10 verläuft, der stromabwärts des Staurandes 12 liegt. Wie am besten aus Fig. 2 und ä 3 zu ersehen ist, ist vorzugsweise in der Leitung 26 eine Drossel 28 vorgesehen, um die Probe in der Probenkammer 18 auf de_m Druck der stromaufwärts gelegenen Leitung zu halten. Außerdem begrenzt die Drosselte den die Meßdüse 12 umgehenden Gasfluß auf einen vernachlässigbaren Betrag* Wenn also die Leitungen 24 und 26 über die Düse 12 verbundensind, wird auf diese Weise durch die Leitungen 24 und 26 ein Differentialdruck aufgebaut, durch den eine kontifi»-

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ierliche Gasströmung von der Rohrleitung durch die Probenkammer 18 bewirkt wird. Hierdurch ist eine exakte Messung der Dichte des in der Leitung 10 . fließenden Gases möglich. Wenn es auch vorzuziehen ist, daß die Probenkammer 18 sich stromaufwärts der Düse 12 befindet, wie es in Fig. 1 dargestellt isb, so kann die Kammer 18 doch auch stromabwärts der Düse angeordnet werden, wenn nur die Leitungen 24 und 26 an entgegengesetzten Seiten der Düse 12 angeordnet sind, so daß ein Differentialdruck er-P zeugt wird, durch den ein Gasfluß durch die Kammer 18 bewirkt wird·

In der Leitung 24 ist ein Einlaßventil 30 und in der Leitung 26 ein Auslaßventil 32 vorgesehen, um die Kammer 18 zu Eichzwecken abtrennen zu können. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Durchlaß 34 vorgesehen, welcher eine Verbindung zwischen der Probenkammer 18 und einen Punkt außerhalb der Rohrleitung 10 herstellt und mit einem Manometer 36 und einem Vorratsbehälter 38 eines Eichgases, wie z.B. Stickstoff, verbunden werden kann. Da die Probenkammer ^ 18 auch dann, wenn die Ventile 30 und 32 geschlossen sind, auf der Temperatur der Rohrleitung gehalten wird, kann die Kammer nach bekannten Dichtewerten mit jedem beliebigen Gas geeicht werden, dessen p, V, T-Diagramm bekannt ist.

Jede geeignete Einrichtung zur Messung der Gasdichte kann verwendet werden, z.B. die in den USA-Patenten 2 973 639, 3 100 390 und 3 282 084 beschriebenen Geräte. Wie in Fig.3 dargestellt, ist z.B. ein Meßgerät

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zur Gasdichtemessung 45 vorgesehen, welches einen biegsamen Schwingkorper 40 aufweist, an dem zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein Paddel bzw. Flügel 42 befestigt werden kann. Zur Ausführung einer Schwingbewegung ist der Flügel an einem Punkt 44 befestigt, welcher vorzugsweise beim Knotenpunkt der Eigen-Resonanz frequenz des Schwingkörpers 40 liegt. Es sind Einrichtungen zur Schwingungserregung des Schwingkörpers 40 und zur Messung der Schwingungen des Schwingkörpers 40 vorgesehen, welche ein Haß für die Gasdichte in j

der Probenkammer 18 sind.

Ein elektromagnetischer Schwingungserreger kann in einem Gehäuse 46 untergebracht sein. Im wesentlichen besteht er aus einer elektromagnetischen Spule 48, einem Magnetkern 50 und elektrischen Zuführungen 52 und 54, welche von einer äußeren Stromquelle aus die Spule 48 mit Strom versorgen, wodurch In einem mit einem Arm 55 des Schwingkörpers 40 verbundenen Schwinganker 56 eine Schwingung erzeugt wird, durch die der Schwingkörper 40 mit der Frequenz der angelegten äußeren Stromquelle in Schwingungen versetzt wird, und zwar vorzugsweise mit der Eigen-Hesonanzfrequenz des J Schwingkörpers 40, da hierdurch eine größere Empfindlichkeit erreicht wird.

Das elektromagnetische Meßinstrument ist ebenfalls in dem Gehäuse 46 angeordnet und weist im wesentlichen einen Magneten 58 sowie eine elektromagnetische Spule 60 auf, welche an elektrische Zuführungen 62 und 64 angeschlossen ist, die das in der Keßspule 60 erzeugte Signal auf ein geeignetes Anzeigeinstrument übertragen, beispielsweise ein Voltmeter oder einen Schrei-

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ber (nicht dargestellt)· Der Scfawtngära^pea? 4.0 weist auch einen Arm 66 auf, der einen Stfhwlngaiikex 5ß trägt, welcher bei seiner Schwingung in der eine Spannung Induziert, die ein HaB für dia gungen des flexiblen Schwingkörpera %Q !«alt«·

Venn also der Schwinganker 56 duiseli (die ISjähI» -48 ein aufgegebenes elektrisches Signal liiaa in SeIbMmgungen versetzt wird, schwingen der 40 und der masseempfindliche Flügel 42 in stimmung mit diesem Signal· Eben«® ®daa*33Etgit <äesr Schwinganker 68 unter dem Einfluß <d<er des Schwingkörpers 40 und induziert im den sehen Zuführungen 62 und 64 ein SIgEmI, welche» <&am Schwingungsbetrag des Schwingkörpers propojrtrl<cwaal ist· Dieser wiederum hängt von der Cbasllebte in d-esr Kammer 18 ab.

Zu bemerken ist, daß in der Probenkammer bei Gebasaacli stets die Temperatur des in der Rohrleitung 10 strömenden Gases herrscht· Die Probenkammer 18 kann von der Rohrleitung 10 getrennt werd«»,, indem die Ventile 30 und 32 geschlossen werden. Venn die Kammer 18 abgetrennt ist, kann das Gerät geeicht werden. Es kann dann ein Vorratsbehälter, welcher ein Gas mit bekannten Dichtewerten enthält., mit dem Durchlaß 34 verbunden werden, wodurch &as Meßgerät für die Messung der Gasdichte 45 geeicht werden kann· Dann wird der Durchlaß 34 geschlossen. Die Ventile 30 und 32 können geöffnet werden, wodurch sich ein Gasstrom von der Leitung 10 durch die Probenkammer 18 hindurch einstellt· Das durch die Kammer strömende

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Sas entspricht dem Gas, welches durch die Leitung 1⁵Qi bindurchsteomt. Sas Meßgerät zur Dichtemessung 45 mißt die Sichte der hindurchfließenden Gasprobe· Biese Messung wird dann mit der Messung des Diffe-Eeatialdrucks kombiniert, der durch das Meßinstrument14 angezedigt: wird. Auf diese Weise läßt sich die Masse des Gases messen, welches durch die Düse 12 hindurchfließt.

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Claims

Patentansprüche

Btsssssamasessssixss

I₅/ Meßgerät zur Messung der Dichte eines durch eine Rohrleitung hindurchströmenden Gases, die eine Meßdüse aufweist, gekennzeichnet durch eine geschlossene Probenkammer 18, die innerhalb der Rohrleitung (10) an einer Seite der Meßdüse (12) derart angeordnet ist, daß ihre Außenfläche sich in Kontakt mit dem strömenden Gas befindet, wodurch die Temperatur der Kammer mit der Temperatur des strömenden Gases übereinstimmt; einen biegsamen in der Kammer angeordneten Schwingkörper (40); eine Einrichtung (58, 60) zur Messung der Schwingungen des Schwingkörpers; eine eine Verbindung zwischen einer ersten Seite der Düse und der Probenkammer herstellende Einlaßleitung (24)j eine die andere Seite der Düse mit der Probenkammer verbindende Auslaßleitung (26); und eine Drossel (28) in einer der Leitungen (26), durch welche das durch die Probenkammer hindurchströmende Gas annähernd auf dem Druck gehalten wird, der an der ersten Seite der Meßdüse herrscht.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung ein Zwischenstück (22) mit vergrößertem Querschnitt eingesetzt ist, in welchem die Probenkammer (18) angeordnet ist, so daß durch die Kammer keine Behinderung der Gasströmung in der Leitung hervorgerufen wird.

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3· Heßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kammer und einer außerhalb der Rohrleitung (10) gelegenen Stelle ein Durchlaß (34) zum Eingeben eines Eichgases in die Kammer vorgesehen ist.
4 · Heßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3« dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (24) ein Einlaßventil (30) und in der Auslaßleitung (26) ein Auslaßventil (32) vorgesehen ist.

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