DE2017928C3 - Massendurchflußmesser - Google Patents

Description

•Die Erfindung betrifft einen Massendurchflußmesser für ein durch eine Rohrleitung strömendes Gas, bestehend aus

a) einer in der Rohrleitung eingesetzten Meßdüse,

b) einem an die Meßdüse angeschlossenen Differenzdruckmesser,

c) einer mittels einer Einlaß- und einer Auslaßleitung zu beiden Seiten der Meßdüse im Nebenschluß an die Hauptrohrleitung angeschlossenen Probenkammer, und

d) einer in der Probenkammer angeordneten Einrichtung zum kontinuierlichen Messen einer Zustandsgröße.

Eine einfache Art, durch eine Rohrleitung 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 Staurad proportional. Für eine exakte Messung der Gasmasse ist ein genau arbeitendes Meßgerät zur Messung der Dichte des Gases, d. h. ein Densitometer, erforderlich. Eine der Schwierigkeiten, die bei Densitometern auftreten, besteht 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° F) verursacht nämlich bereits eine Differenz von 1% in der Dichte.

Aus der DE-PS 600 882 ist schon ein Massendurchflußmesser bekannt, bie dem die Durchflußrate aus dem Differenzdruck an einer Meßdüse bestimmt wird und eine Meßeinrichtung für eine Zustandsgröße des Gases in einer im Nebenschluß zur Düse angeschlossenen Probenkammer untergebracht ist. Zum Aus-

2a gleich von Druck- und Temperaturschwankungen bei Mengenmessung von strömenden Medien ist dort eine Ringwaage vorgesehen, bei der ein Gegengewicht aus einem beweglich aufgehängten Gefäß eines Flüssigkeitsdifferenzdruckmessers besteht, wobei zur Berücksichtigung des Druckes das bewegliche Gefäß unter dem statischen Druck des strömenden Mediums und zur Berücksichtigung der Temperatur ein festes Gefäß i'nter dem Druck einer abgeschlossenen Menge des Mediums steht, die auf der Temperatur des strömenden Mediums gehalten wird.

Es ist weiterhin aus der DE-PS 970111 bekannt, an einer Blende im Hauptstrom des Mediums einen Nebenschluß anzuschließen, der eine Probenkammer mit einer Dichtemeßeinrichtung aufweist. Zur Durchflußmessung ist ein separater volumetrischer Durchflußmesser vorgesehen, mittels dessen in Verbindung mit dem Dichtemesesr in der Probenkammer der Massendurchfluß bestimmt wird. Dabei wird die Meßgröße eines von dem Medium durchströmten Volumenmessers von einem Dichtemesser so beeinflußt, daß sic laufend entsprechend der gemessenen Dichte zur Anzeige des Flüssigkeitsgewichts verändert wird. Darüber hinaus ist aus der DE-AS 1067228 ein Massendurchflußmesser mit einer Strömungsdrossel und einer eine Dichtemeßeinrichtung enthaltenen Probekammer bekannt, bei der das Strömungsmittel durch eine eingeschnürte Öffnung einer Leitung hindurchgeleitet wird und wobei durch Druckabfallschwankungen an der Öffnung bei üurchflußschwan-

w kungen der wirksame Querschnitt der Öffnung so verändert wird, daß der Druckabfall für eine vorgegebene Dichte im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei insbesondere mittels einer die Dichte des Strömungsmittel erfassenden Einrichtung eine solche

Änderung des wirksamen Querschnitts der Öffnung und des sich ergebenden Druckabfalls bewirkt wird, daß der wirksame Öffnungsquerschnitt dem Massendurchfluß des Strömungsmittels entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß in einfacher Weise bei übereinstimmender Temperatur der gemessenen Probe und des durchfließenden Mediums der zur Bestimmung der Massendurchflußraten notwendige Differenzdruck über eine Meßdüse sowie die Dichte des Mediums meßbar ist, wobei gleichzeitig eine Eichmöglichkeit gegeben sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem

Massendurchflußmesser der eingangs genannten Art durch die folgenden Merkmale gelöst:

e) die Probenkammer ist innerhalb der Hauptrohrleitung angeordnet, so daß deren Außenfläche sich in Kontakt mit dem in der Hiiuptrohrleitung strömenden Gas befindet,

f) innerhalb der Probenkammer ist ein mittels mechanischer Schwingungen arbeitender Dichtemesser eingebaut,

g) in einer der Verbindungsleitungen des Nsbensch'usses ist eine Drossel angeordnet, durch welche das die Probenkammer durchströmende Gas annähernd auf dem Druck gehalten wird, der an der stromaufwärtigen Seite der Meßdüse herrscht,

h) in der Einlaß- und der Auslaßleitung ist ein Einlaß- bzw. Auslaßventil eingesetzt, und

i) die Probenkammer weist einen außerhalb der Haupt-Rohrleitung zugängigen Durchlaß auf zum Einfüllen eines Eichgases iii die Probenkammer.

In der US-PS 3282084 ist eine Schwingungsmeßeinrichtung zum Bestimmen der Dichte eines Gases dargestellt, wie sie vorteilhafterweise bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmesser beim Merkmal f) verwendbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in die Hauptrohrleitung ein Zwischenstück mit vergrößertem Querschnitt eingesetzt ist, in welchem die Probenkammer angeordnet ist, so daß durch die Probenkammer keine Behinderung der Gasströmung in der Hauptrohrleitung hervorgerufen wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein 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.

In Fig. 1 weist eine von einem Gas durchströmte übliche Hauptrohrleitung 10 eine übliche Meßdüse 12 auf, die im wesentlichen aus einem Staurand sowie einem Meßinstrument 14 zur Messung des Differentialdruckes am Staurand besteht. Gegebenenfalls kann die Meßdüse Richtflächen besitzen.

Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf die Fig. 1, 2 und 3. Eine geschlossene Probenkammer 18 ist innerhalb der Hauptrohrleitung 10 angeordnet, und zwar vorzugsweise stromaufwärts der Meßdüse 12, obwohl sie, falls es erwünscht ist, auch stromabwärts angeordnet werden kann. Es ist wesentlich, daß sich die Außenfläche 20 der Probenkammer 18 in Kontakt mit dem Gas befindet, welches durch die Hauptrohrleitung 10 hindurchströmt. Dadurch wird gewährleistet, daß die Temperatur in der Probenkammer 18 stets mit der Temperatur des fließenden Gases übereinstimmt.

In relativ weiten Leitungen, mit einem Querschnitt von 15 cm oder mehr, ^n-. Me Probenkammer 18 direkt in die Hauptrohrleitung 18 eingesetzt werden, ohne daß der Gasfluß ungünstig beeinflußt oder beschränkt wird. Ih dünneren Leitungen jedoch ist es vorzuziehen, ein Zwischenstück 22 (Fig. 1) mit vergrößertem Querschnitt einzusetzen, in dem die Probenkammer 18 angeordnet wird. Hierdurch wird erreicht, daß das durch die Hauptrohrleitung 10 strömende Gas durch die Probenkammer 18 nicht in ungünstiger Weise behindert wird.

Zwischen einem Punkt der Hauptrohrleitung 10, welcher vorzugsweise stromariwärts der Meßdüse 12 liegt, und der Probenkammer 18 ist eine Einlaßleitung 24 vorgesehen, durch die eine Gasprobe in die Probenkammer 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 Hauptrohrleitung 10 verläuft, der stromabwärts des Staurandes der Meßdüse 12 Hegt. Wie am besten aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist vorzugsweise in der Auslaßleitung 26 eine Drossel 28 vorgesehen, um die Probe in der Probenkammer 18 auf dem Druck der stromaufwärts gelegenen Leitung zu halten. Außerdem begrenzt die Drossel 28 den die Meßdüse 12 umgehenden Gasfluß auf einen vernachlässigbaren Betrag. Wenn also die Verbindungsleitungen 24 und 26 des Nebenschlusses über die Düse 12 verbunden sind, wird auf diese Weise durch die Verbindungsleitungen 24 und 26 ein Differentialdruck aufgebaut, durch den eine kontinuierliche Gasströmung von der Hauptrohrleitung 10 durch die Probenkammer 18 bewirkt wird. Hierdurch ist eine exakte Messung der Dichte des in der Hauptrohrleitung 10 fließenden Gases möglich. Wenn es auch vorzuziehen ist, daß die Probenkammer 18 sich stromaufwärts der Meßdüse 12 befindet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, so kann die Probenkammer 18 doch auch stromabwärts der Meßdüse 12 angeordnet werden, -wenn nur die Verbindungsleitungen 24 und 26 an entgegengesetzten Seiten der Meßdüse 12 angeordnet sind, so daß ein Differentialdruck erzeugt wird, durch den ein Gasfluß durch die Probenkammer 18 bewirkt wird.

In der Einlaßleitung 24 ist ein Einlaßventil 30 und in der Auslaßleitung 26 ein Auslaßventil 32 vorgesehen, um die Probenkammer 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 Hauptrohrleitung 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 Hauptrohrleitung 10 gehalten wird, kann die Probenkammer 18 nach bekannten Dichtewerten mit jedem beliebigen Gas geeicht werden, dessen p, V, T-Diagramm bekannt ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ein Meßgerät zur Gasdichtemessung oder ein Dichtemesser 45 vorgesehen, welches einen biegsamen Schwingkörper 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-Resonanzfrequenz des Schwingkörpers 40 liegt. Es sind Einrichtungen 48, 50 zur Schwingungserregung des Schwingkörpers 40 und zur Messung der Schwingungen des Schwingkörpers 40 vorgesehen, welche ein Maß für die Gasdichte in 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 Zuführun-

gen 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-Resonanzfrequenz des Schwingkörpers 40, da hierdurch eine größere Empfindlichkeit erreicht wird.

Das elektromagnetische Meßinstrument ist eben- ι ο falls 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 Meßspule 60 erzeugte Signal auf ein geeignetes Anzeigeinstrurneni übertragen, beispielsweise ein Voltmeter oder einen Schreiber (nicht dargestellt). Der Schwingkörper 40 weist auch einen Arm 66 auf, der einen Schwinganker 68 trägt, welcher bei seiner Schwingung in der Spule eine Spannung induziert, die ein Maß für die Schwingungen des flexiblen Schwingkörpers 40 ist.

Wenn also der Schwinganker 56 durch die Spule 48 auf ein aufgegebenes elektrisches Signal hin in Schwingungen versetzt wird, schwingen der Schwingkörper 40 und der masseempfindliche Flügel 42 in Übereinstimmung mit diesem Signal. Ebenso schwingt der Schwinganker 68 unter dem Einfluß der Schwingungen des Schwingkörpers 40 und induziert in den elektrischen Zuführungen 62 und 64 ein Signal, welches dem Schwingungsbetrag des Schwingkörpers proportional ist. Dieser wiederum hängt von der Gasdichte in der Probenkammer 18 ab.

Zu bemerken ist, daß in der Probenkammer 18 bei Gebrauch stets die Temperatur des in der Hauptrohrleitung 10 strömenden Gases herrscht. Die Probenkammer 18 kann von der Hauptrohrleitung 10 getrennt werden, indem die Ventile 30 und 32 geschlossen werden. Wenn die Probenkammer 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 der Dichtemesser 45 geeicht werden kann. Dann wird der Durchlaß 34 ge^ schlossen. Die Ventile 30 und 32 können geöffnet werden, wodurch sich ein Gasstrom von der Hauptrohrleitung 10 durch die Probenkammer 18 hindurch einstellt. Das durch die Probenkammer 18 strömende Gas entspricht dem Gas, welches durch die Hauptrohrleitung 10 hindurchströmt. Der Dichtemesser 45 mißt die Dichte der hindurchfließenden Gasprobe. Diese Messung wird dann mit der Messung des Differentialdrucks kombiniert, der durch das Meßinstrument 14 angezeigt wird. Auf diese Weise läßt sich die Masse des Gases messen, welche durch die Düse 12 hindurchfließt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Massendurchflußmesser für ein durch eine Rohrleitung strömendes Gas, bestehend aus

a) einer in der Rohrleitung eingesetzten Meßdüse,

b) einem an die Meßdüse angeschlossenen Differenzdruckmesser,

c) einer mittels einer Einlaß- und einer Auslaßleitung zu beiden Seiten der Meßdüse im Nebenschluß an die Hauptrohrleitung angeschlossenen Probenkammer, und

d) einer in der Probenkammer angeordneten Einrichtung zum kontinuierlichen Messen einer Zustandsgröße,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

e) die Probenkammer (18) ist innerhalb der Hauptrohrleitung (10) angeordnet, so daß deren Außenfläche sich in Kontakt mit dem in der Hauptrohrleitung (10) strömenden Gas befindet,

f) innerhalb der Probenkammer (IS) ist ein mittels mechanischer Schwingungen arbeitender Dichtemesser (45) eingebaut,

g) in einer der Verbindungsleitungen (24, 26) des Nebenschlusses ist eine Drossel (28) angeordnet, durch welche das die Probenkammer (18) durchströmende Gas annähernd auf dem Druck gehalten wird, der an der stromaufwärtigen Seite der Meßdüse herrscht,

h) in der Einlaß- und der Auslaßleitung (24,26) ist ein Einlaß- bzw. Auslaßventil (30, 32) eingesetzt, und

i) die Probenkammer (18) weist einen außerhalb der Haupt-Rohrleitung (10) zugängigen Durchlaß (2(4) auf zum Einfüllen eines Eichgases in die Probenkammer (18).

2. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hauptrohrleitung (10) ein 2'wischenstück (22) mit vergrößertem Querschnitt eingesetzt ist, in welchem die Probenkammer (18) angeordnet ist, so daß durch die Probenkammer (18) keine Behinderung der Gasströmung in der Hauptrohrleitung (10) hervorgerufen wird.