DE202008005729U1

DE202008005729U1 - Durchflussmesser

Info

Publication number: DE202008005729U1
Application number: DE200820005729
Authority: DE
Original assignee: SYSTEC CONTROLS MES und REGELT; systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH
Current assignee: SYSTEC CONTROLS MES und REGELT; systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2018-04-25

Abstract

Primärelement zur Durchflussmessung nach dem Differenzdruckprinzip mit Öffnungen im Strömungskanal, von denen Impulsleitungen zur Übertragung der Druckdifferenz auf einen Druckdifferenzanzeiger führen dadurch gekennzeichnet dass eine oder alle Impulsleitungen hinsichtlich ihrer Länge, ihrem Volumen und ihrem Durchmesser so gestaltet sind, dass die durch pulsierende Medien ausgelösten Druckunterschiede an den Öffnungen kompensiert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Durchflusmesser nach dem Differenzdruckprinzip.
Stand der Technik
Es gibt eine Vielzahl von Primärelementen (Differenzdruckerzeuger), genormte wie Blende, Venturi oder Düse (EN-ISO 5167) und ungenormte wie Staudrucksonden oder Kegel-Elemente. Nach dem Gesetz von Bernoulli (Energieerhaltung) wird durch die Änderung Geschwindigkeit des Fluidums der Druck des Fluidums geändert. Die Druckdifferenz ist somit ein Maß für die Geschwindigkeit des Fluidums.
Die Fließgeschwindigkeit v ist proportional zur Wurzel des Differenzdruckes dp.
Allen Primärelementen gemein ist, die räumliche Trennung der Druckaufnahmen für den dynamischen Über- bzw. Unterdruck pstat + dp und den statischen Druck p stat aus denen der Differenzdruck dp gebildet wird.
Bei statischen Messvorgängen zeigt die Differenzdruckanzeige lediglich den Druckunterschied dp zwischen den beiden Druckaufnahmen.
Der statische Druck pstat in der Rohrleitung wirkt auf beide Druckaufnahmen, führt also zu keinem Ausschlag der Differenzdruckanzeige.
Dies ist nicht nachteilig, da lediglich der Differenzdruck dp für die Berechnung des Durchflusses relevant ist.
Viele Prozesse, insbesondere hochdynamische Anlagen wie Verbrennungsmotoren, Verdichter oder Kompressoren, weisen starke und schnelle Pulsationen des statischen Druckes auf.
Diese Druckpulsationen breiten sich näherungsweise mit Schallgeschwindigkeit in Rohrleitungen fort.
Entlang der Rohrleitung ergeben sich hierdurch entlang des Primärelementes Druckunterschiede (Gradienten). Durch die räumliche Trennung a der Druckaufnahmen (2) und (3) werden diese als überlagerte Differenzdruckschwankung pdiff von der Differenzdruckanzeige (6) registriert.
Hierdurch ergeben sich in nachteiliger Weise bei der Verwendung von Differenzdruckdurchflussmessungen zur Geschwindigkeitsmessung eines pulsierenden Mediums Probleme, denn die überlagerten Differenzdruckschwankungen pdiff an den beiden Druckaufnahmen sind nicht durchflussabhängig.
Dies bedeutet nachteilig, dass die Durchflussmessung durch die Druckpulsationen gestört wird, die Durchflusssignale sind verrauscht.
Ein bekanntes Mittel um pulsierende Störgrößen zu eliminieren ist eine Bedämpfung des Signals, dies hat bei der den bekannten Durchflussmessern jedoch den Nachteil, dass eine einfache, lineare Bedämpfung der Durchflussmessung mittels der Bedämpfung auf ein nichtlineares Signal angewendet werden würde.
Eine Geschwindigkeitsberechnung anhand des linear bedämpften, jedoch nichtlinear von der Geschwindigkeit abhängigen Differenzdruckes zwischen den Druckaufnahmen ist nicht möglich, da in der Geschwindigkeitsberechnung die „bedämpfte Wurzel” aus dem Differenzdruck dp nicht mehr proportional der mittleren bedämpften Geschwindigkeit ist.
Dieser Nachteil ist seit langem in der Fachwelt bekannt und wird als „Radizierfehler der Differenzdruckmessung” bezeichnet.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Durchflussmesser zu schaffen, der auf dem Prinzip der Differenzdruckmessung basiert, jedoch keinen solchen „Radizierfehler der Differenzdruckmessung” aufweist.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfinderische Zusatzeinrichtung an einem bekannten Durchflussmesser gelöst.
Die Überlegungen, die zur Entstehung der vorliegenden Erfindung führten gingen davon aus, dass die pulsierende Störgröße sich mit einer gewissen Geschwindigkeit im zu Messenden Medium fortpflanzt. Die ”strömungsaufwärtige” Öffnung des Druckaufnehmers wird von der Druckwelle also früher erfasst, als die „strömungsabwärtige” Öffnung. Durch eine Verlängerung des Weges von der strömungsaufwärtigen” Öffnung zum Druckaufnehmer lässt sich erreichen, dass keine laufzeitabhängigen Druckunterschiede am Druckaufnehmer anliegen. Da nur die pulsierende Störgröße laufzeitabhängig ist, wird am Druckaufnehmer in erfinderischer Weise nur noch der strömungsabhängige Differenzdruck auftreten.
Weitere erfinderische Überlegungen machten sich die Erkenntnis zu nutze, dass bei kompressiblen Fluiden wie Gasen oder Dampf die Impulsleitungsdurchmesser und -volumina als Dämpfungselemente wirken.
Druckschwankungen werden bei kleinen Durchmessern und großen Volumina weniger stark übertragen, da große Volumen erst durch nachströmendes Medium komprimiert werden müssen um den Druck im Volumen aufzubauen.
Aufgrund der durch den kleinen Durchmesser begrenzten Menge des Mediums dauert es daher länger bis sich im Volumen der höhere Druck aufgebaut hat. Dies macht sich bemerkbar bei unterschiedlich langen Druckleitungen mit gleichem Durchmesser, da in der längeren Leitung der Druck langsamer aufgebaut wird.
Eine asymmetrische Länge der Impulsleitungen als Einzelmaßnahme führt also noch nicht zu der gewünschten Kompensation der pulsierenden Störgröße.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht daher eine Kombination von unterschiedlicher Leitungslänge und unterschiedlichem Volumen der von der jeweiligen Öffnung bis zum Druckaufnehmer verlaufenden Druckleitung vor.
Die Leitung von der strömungsaufwärtigen Öffnung zum Druckaufnehmer verlaufende Leitung ist erfindungsgemäß länger als die Leitung, die von der strömungsabseitigen Öffnung zum Druckaufnehmer führt.
Das Volumen der Leitung von der strömungsabseitigen Öffnung zum Druckaufnehmer ist größer als das Volumen der strömungsaufwärtigen Leitung.
Durch die Anpassung der Leitungsvolumen, der Leitungslängen und der Leitungsdurchmesser lassen sich die Störungen weitgehend kompensieren, pdiff wird hiermit im Idealfall zu null.
Vorteilhafte Wirkungen
Durch die Anpassung der Leitungsvolumen, der Leitungslängen und der Leitungsdurchmesser lassen sich die Störungen weitgehend kompensieren, pdiff wird hiermit im Idealfall zu null.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt als Beispiel für den bekannten Stand der Technik ein Venturirohr (1) mit den beiden Druckaufnahmen (2) und (3), zweier Impulsleitungen (4) und (5) sowie einer schematisch dargestellten Differenzdruckanzeige (6) Bei statischen Messvorgängen zeigt die Differenzdruckanzeige (6) lediglich den Druckunterschied dp zwischen den beiden Druckaufnahmen (2) und (3) an. Der statische Druck pstat in der Rohrleitung wirkt auf beide Druckaufnahmen (2) und (3), führt also zu keinem Ausschlag der Differenzdruckanzeige (6). Dies ist gewünscht, da lediglich der Differenzdruck dp für die Berechnung des Durchflusses relevant ist.
Die 2 zeigt den bekannten Stand der Technik aus 1 bei der Messung eines pulsierenden Mediums. Die gepunktete Linie zeigt den laufzeitabhängigen Wert der durch das Pulsieren hervorgerufenen Druckänderung.
Die Werte eines pulsierenden Druckes sind daher an den Orten der beiden Druckaufnahmen (2) und (3) unterschiedlich, die Differenzdruckanzeige (6) registriert diesen Unterschied in nachteiliger Weise.
Viele Prozesse, insbesondere hochdynamische Anlagen wie Verbrennungsmotoren, Verdichter oder Kompressoren, weisen starke und schnelle Pulsationen des statischen Druckes auf. Für eine Strömungsgeschwindigkeitsmessung solcher Prozesse sind die Durchflussmesser nach dem Stand der Technik nicht gut geeignet.
Die 3 zeigt die erfindungsgemäße Abänderung des bekannten Standes der Technik. Durch die Verwendung einer geeigneten Kombination aus einer angepassten Länge der einen Leitung und einer entsprechenden Anpassung des Volumens und des Durchmessers der anderen Leitung lassen sich die überlagerten Druckschwankungen nahezu auslöschen. Im gezeigten Beispiel ist die Leitung (7) verlängert und in die andere Leitung ist ein zusätzliches Volumen (8) integriert. Der Durchmesser der Leitung ist entsprechend angepasst, damit die zum ”Füllen” des Volumens (8) benötigte Zeit der Laufzeit der pulsierenden Druckwelle im Messsystem angepasst ist.
Die 4 zeigt einen erfinderischen Durchflussmesser nach dem Prinzip der Staudrucksonde. Bei derartigen Staudrucksonden liegen die Öffnungen der zum Differenzdruckmesselement führenden Leitungen schon prinzipbedingt näher beisammen, als bei einem Durchflussmesser nach dem Venturi Prinzip.
Aufgrund dieser räumlichen Nähe sind die störenden, pulsationsabhängigen Differenzdruckschwankungen prinzipbedingt geringer als bei einem Venturi Durchflussmesser weshalb die beschriebene Kompensation mittels angepasster Leitungslänge, Leitungsvolumen und Leitungsdurchmesser zu einem hochdynamischen Durchflussmesser führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EN-ISO 5167 [0002]

Claims

Primärelement zur Durchflussmessung nach dem Differenzdruckprinzip mit Öffnungen im Strömungskanal, von denen Impulsleitungen zur Übertragung der Druckdifferenz auf einen Druckdifferenzanzeiger führen dadurch gekennzeichnet dass eine oder alle Impulsleitungen hinsichtlich ihrer Länge, ihrem Volumen und ihrem Durchmesser so gestaltet sind, dass die durch pulsierende Medien ausgelösten Druckunterschiede an den Öffnungen kompensiert werden.
Primärelement zur Durchflussmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsaufwärtige Impulsleitung, um den Betrag langer ist als die strömungsabwärtige Impulsleistung, der dem Abstand zwischen den Öffnungen entspricht.
Primärelement zur Durchflussmessung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder alle Impulsleitungen Zusatzvolumina zur Dynamikanpassung der Druckübertragung enthalten
Primärelement zur Durchflussmessung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder alle Impulsleitungen eine Durchmesseranpassung zur Dynamikanpassung der Druckübertragung enthalten.
Primärelement zur Durchflussmessung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärelement eine Staudrucksonde ist.