DE2213193A1 - Vorrichtung zur durchflussmengenmessung - Google Patents
Vorrichtung zur durchflussmengenmessungInfo
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Description
(H 681) H 72/017 * ■
17.3.1972
La/bd/kr
Vorrichtung zur Durchflußmengenmessung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge
einer Fluss.gkeit, insbesondere eines tiefsiedenden
Flüssiggases, durch eins Flüssigkeitsabführleitung eines mit der FlUssigkeitsabführ- und einer FlüssigkeitszufUhrleitung versehenen
Speichertankes.
Es ist bereits eine Methode zum Messen der Durchflußmenge einer* Flüssigkeit bekannt, die darin besteht, in der
Strömung eine Blende anzubringen, so daß die Flüssigkeit beim Durchströmen der Blende einen Druckabfall erleidet, der durch
geeignete Maßnahmen gemessen werden kann. Der gemessene Druck-
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abfall kann dann, falls die Durchflußzahl der Blende bekannt ist,
mit Hilfe der Bernoulligleichung und der Kontlnuitätsbez/iehyiung
zur Berechnung der Durchflußmenge benutzt werden.
Der Nachteil dieser bekannten Methode liegt in ihrer Ungenauigkeit im Hinblick auf die Messung kleinerer Durchflußmengen.
Weiterhin besteht die Schwierigkeit, daß z.B. bei der Messung der Durchflußmenge eines tiefsiedenden Flüssiggases, das
sich während der Förderung in der Nähe seines Siedepunktes befindet, durch den Druckabfall in der Blende erhöhte Verdampfungsverluste
auftreten, die das Meßergebnis ungünstig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
au entwickeln, die unabhängig vom physikalischen Zustand einer geförderten Flüssigkeit und unabhängig von der geförderten
Menge eine genaue Bestimmung der Durchflußmenge einer
Flüssigkeit ermögliche.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen innerhalb des Speichertanks angeordneten
und zumindest teilweise in den Flüssigkeitsraum eingetauchten Kondensator mit einem zumindest teilweise mit Flüssigkeit
gefüllten gegenüber dem Flüssigkeitsraum geschlossenen Innenraum, welcher absperrbar einerseits über ein Ablaßventil
mit der Flüssigkeitsabfuhrleitung und andererseits über ein
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LINDE
Naehfüllventil mit dem Flüssigkeitsraum verbunden
einer Regietriervorrichtung zur Registrierung der
dee Kondensators.
Diese erflndungsgeraäße Vorrichtung ©rCiilit vorttllhaft
»lie der Aufgabenstellung zugrunde lnebeeondere ermöglicht sie die genaue Meama-a
kleiner Durchflußmengen.
Das Grundprinzip der «rf indußgsgealStti föipriohtung
beruht auf der Abhängigkeit der Kapazität ©isios Kondensators
von einem zwischen den geladenen Fllehea eaflndltchen Dielektrikum.
In dem vorliegenden Pail dient als Dielektrikum die gespeicherte Flüssigkeit, die sich in dem gegenüber dem FlUselgkeitsraum
geschlossenen Innenraum des Kondensators befindet.
Während einer Durchflußmengenmessung ist der Innenraum des Kondensators über ein Ablaßventil mit der Flüssigkeitsäbführleitung
verbunden, so daß nunmehr Flüssigkeit aus dem Innenraum des Kondensators in die FlUssigkeitsabfUhrleitung
strömt, was, da die Flüssigkeit als Dielektrikum dient, zu einer permanenten Änderung der Kapazität, die über eine
Registriervorrichtung registriert wird, führt. Sieht man nun Innerhalb des Innenraums des Kondensators mindestens zwei vertikal
übereinanderliegende Schaltpunkte vor, so läßt sich die
Durehflußmenge folgendermaßen leicht bestimmens Sobald der
Flüssigkeitsspiegel während seines Absinkens den oberen
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Schaltpunkt durchläuft, schaltet die Registriervorrichtung durch die gerade vorherrschende Kapazität veranlaßt, eine
Zeituhr ein. Diese Zeituhr wird erst wieder nach einer bestimmten
Zeit beim Durchlaufen des FlUssigkeitsspiegels durch einen zweiten, .unter dem ersten liegenden Sbhaltpunkt abgeschaltet.
Aus der gemessenen Zeit /Jt und dem zwischen den Schaltpunkten
befindlichen Volumen zJv läßt sich nun sehr genau die Durch-
^lußmenge ^jV : /\t bestimmen.
Es liegt auf der Hand, daß durch eine geeignete Wahl des Yolumenintervalls A? '.sehr kleine Durchflußmengen
bestimmt werden können.
Eine vorteilhafte Variation des Meßbereiches der
erfindun.je^emäSen Vorrichtung besteht darin, mehrere Schaltpunkte
in definiert verschiedenen Abständen übereinander anzuordnen und durch geeignete Srt^altmafinahmen den GU-.rt b:iw. das
Ausschalten der Zeituhr mit ver-schi«. ienen Schaltpunkten .να
koppeln. Bei η Scnaltpunktei, mit η --■ 1, ...,.s, ... :; körmon
2.B. folgend ο Meßbereiche umfaßt wr-r-en: ZJV, : /Jt., ...
bzw.
wobei ;j7R das Volurnenintervail :^wisehen dem (n - l}ten urjd dem
η-ten ,^-haltpunkt angibt und /Jtn die fernes-;erie Veit ir-;., die
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der Flüssigkeitsspiegel zum Durchlaufen dieses Volumenintervalls benötigt.
Sobald eine Messung beendet, ist, wird das Nachfüllventil, .das zu Beginn der Messung geschlossen wurde, wieder ge-Öffnet
und das Ablaßventil geschlossen, so daß sich nunmehr der Innenraum des Kondensators,der während der Messung ganz
oder teilweise geleert wurde, wieder bis zum oberen Niveau des Flüssigkeitsraumes füllt. Um räch der Messung eine weitere
kontinuierliche Flüssigkeltsßirderung durch die Flüssigkeitsabführleitung
zu ermöglichen, besteht eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, das Ablaßventil
als Umschaltventil derart auszubilden, daß durch einfaches Umschalten dieses Ventils die FlüssigkeitsabfUhrleitung
entweder mit dem geschlossenen Innenraum des Kondensators oder mit dem FlUsBigkeitsraum dirdtt verbunden werden kann.
Die ganze Messung läßt sich einfach automatisieren, indem nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal die Zeituhr
steuerbar sowohl mit dem Nachfüllventil als auch mit dem umschaltbaren Ablaßventil derart gekoppelt 1st, daß sie, sobald
sie den Befehl zum Abschalten erhält, einerseits das Ablaßventil auf den Flüssigkeitsraum umschaltet und andererseits das
Nachfüllventil öffnet.
Zur Erreichung extrem scharfer Signale der Regitariervorrichtung,
die zu sehr genauen Durchflußmengenmessungen
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erwünscht sind, werden nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal innerhalb des Innenraumes des Kondensators an den Stellen der
Schaltpunkte scheibenförmige Verdrängungskörper angeordnet. Diese Verdrängungskörper sind derart dimensioniert, daß lediglich
ein sehr schmaler Spalt zwischen Verdrängungskörper und geladenen Flächen des Kondensators frei bleibt. Dies hat den
Vorteil, daß im Bereich der Verdrängungskörper große Kapazitätsänderungen in kurzen Zeiten erreicht werden, sobald die
Flüssigkeit im Innenraum während einer Messung einen solchen schmalen Spalt durchläuft. Bei einer solchen Ausführungsform
kann dann die Registriervorrichtung mit einem Grenzwertschalter gekoppelt oder selbst als Grenzwertscha lter ausgebildet werden,
so daß nunmehr zum Starten bzw. zum Abschalten der Zeituhr ein scharfes, die Änderung de-' Kapazität mit der Zeit, dC : dt
anzeigendes Signal verwendet „«/erden :cann.
Eine weitere zweckmäßige Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,daß als Kondensator ein
Zylinderkondensator mit einem ringförmigen Zwischenraum zwischen einem äußeren Mantel und einem konzentrischen Kern verwendet
wird, wobei nunmehr der ringförmige Zwischenraum des Zylinderkondensators dem abgeschlossenen Innenraum des Kondensators
entspricht und dieser mit den entsprechenden Vorrichtungsteilen ausgestattet bzw. mit deren Funktionsweise verknüpft
ist. '
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Insgesamt stellt der Anmeldungsgegenstand also eine einfache und vorteilhafte Vorrichtung zur Messung einer Durch»
flußmenge, insbesondere auch einer sehr kleinen Durchflußmenge,
einer Flüssigkeit dar. .
Dadurch, daß nach einem xveiteren Merkmal sowohl das
Nachftlllventil als auch das umschaltbare Ablaßventil innerhalb
des Flüssigkeitsraumes angeorndet sind, können vorteilhaft auch Durchflußmengen eines tiefsiedenden Flüssiggases, wie z.B.
eines verflüssigten .Erdgases gemessen werden,. Alle Vorrichtungsteile
sind auch während der Messungen konstanten physikalischen Bedingungen, wie z.B. gleichbleibenden Temperaturen
und gleichbleibendem Druck ausgesetzt.
Weitere Erläuterungen der Erfindung geben in den Figuren schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Figur 1 ein prinzipielles Schema eines Ausführungsbeispielos
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 einen vertikalen Querschnitt eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkondensators sowie diesem
zugeordnet eine Kurve, die den Kapazitätsverlauf C = f (X,t) angibt.
Figur 1 zeigt einen vakuumisolierten Flüssiggastank mit innerem Mantel 1 und äußerem Mantel 2. Flüssiggas gelangt
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über Leitungen 3 und 4 in den Tank und wird bei stationärem
Betrieb über Leitungen 5/6 und 7 bei entsprechend geöffnetem umschaltbaren Ablaßventil 8 wieder abgezogen.
Innerhalb des Flüssiggastankes ist vertikal ein geladener Zylinderkondensator 9 gemäß Figur 2 mit einem äußeren
Mantel 10 derart angeordnet, daß er sich teilweise im Flüssigkeitsraum
b und teilweise im Dampfraum a des Tanks befindet. Das obere Flüssigkeitsniveau des Flüssigkeitsraumes ist mit c
bezeichnet. Der Zylinderkondensator besitzt gemäß F^gur 2
zwischen äußerem Mantel 10 ,und Innerem konzentrischen Kern 25
einen ringförmigen Zwischenraum 31, der über Leitung 11 und
das umschaltbare Ablaßventil 8 sowohl mit der FlüfiSigkeltsabführleitung
6, als auch über Leitung 12 und dem Nachfüllventil IJ mit dem Flüssigkeitsraum b des Behälters verbunden ist,
so daß er bis zum Niveau c mit Flüssigkeit aufgefüllt werden kann. Innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes sind weiterhin
eine Anzahl von Schaltpunkten 14, 15» 16, 17, 18 vorgesehen,
von denen in diesem Beispiel zwei, nämlich 14 und 18 mit einer Zeituhr 19 verbunden sind. Die Zeituhr 19 wiederum ist steuerbar
mit den Ventilen I3 und 8 gekoppelt. Eine Flüsslükeitsnive&uanzeigevorrichtuns
20 steht steuerbar mit einem In tier F.üRsigkeitszufuhrleitung
3 angeordneten Ventil 21 in Verbindung und
regelt das FJüssigkeitsniveau c innerhalb des Speichertankes
auf einen permanent konstanten Wert. Die Vorrichtungsteile 22 und 23 schließlich dienen zur Verhinderung der Ausbildung eines
Überdruckes innerhalb des Flüssiggastankes,
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Die Vorrichtung gemäß dieses Ausführungsbeispieles arbeitet nun
folgendermaßen:
Im stationären Betriebszustand, d.h. in einem Betriebszustand, in dem keine Durchflußmengenmessung stattfindet,
strömt Flüssiggas über die Leitungen 3 und 4 in den Tank, sammelt
sich dort und wird über die Leitungen 5, 6 und 7 sowie das entsprechend geöffnete Ablaßventil 8 wieder abgezogen. Das
Ventil 24 ermöglicht eine grobe Dosierung der Abflußmenge. Die Zuführmenge der Flüssigkeit wird hierbei durch die Flüssigkeitsniveauanzeigevorrichtung
derart geregelt, daß sich innerhalb des Tankes ein permanent konstantes Flüssigkeitsniveau c einstellt.
Während dieses Betriebszustandes ist das Naohfüllventil
13 geöffnet, so daß der ringförmige Zwischenraum des Zylinderkondensators
bis zum Niveau c mit Flüssigkeit angefüllt ist.
Soll nun von Zelt zu Zeit eine Durchflußmessung durch das Rohr 6 stattfinden, so wird das Ablaßventil 8 auf Leitung
umgeschaltet, und das Nachfüllventil 13 geschlossen. Nun strömt
Flüssigkeit aus dem ringförmigen Zwischenraum des Zylinderkondensators in die Leitung 6, wobei sich der Flüssigkeitsspiegel
zwischen den geladenen Flächen des Kondensators permanent senkt. Hierdurch ändert sich aber die Kapazität des Kondensators. Sobald
der absinkende Flüssigkeitsspiegel den Schaltpunkt 18 erreicht hat, wird automatisch die Zeituhr 19 in Betrieb gesetzt,
die dann mit dem Durchlaufen des Flüssigkeitsspiegels durch den
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Sohaltpunkt l4 wieder abgeschaltet wird. Gleichzeitig werden
hiermit aber das Ablaßventil 8 wieder auf die Leitung 5 umgeschaltet
und das N&ohfül!ventil 13 wieder geöffnet, womit der
stationäre Betriebszustand wieder hergestellt ist. Da das Volumen Δν des ringförmigen Zwischenraumes zwischen den Schaltpunkten
18 und 14 bekannt 1st und die Zeit Δt des Absinkens
des Flüssigkeitsspiegels vom Schaltpunkt 18 zum Punkt 14 sehr genau gemessen wurde, läßt sich nunmehr der Durchfluß, also
:At durch die Leitung 6 exakt bestimmen.
Dieses zunächst allgemeine Prinzip der Messung einer Durchflußmenge wird in Figur 2 unter den speziellen Gesichtspunkten
der Herstellung geeigneter Anfangs- und Endsignale zum Betreiben der Zeituhr näher erläutert, wobei gleiche Verrichtungsteile
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 2 stellt in ihrem linken Teil einen vertikalen Querschnitt des verwendeten Zylinderkondensators dar. Er besteht
aus einem äußeren Mantel 10 und einem konzentrischen Kern
25. Die Kapazität eines solchen Kondensators errechnet sich zu
Qx). ra
"^e^Nf =*£# £ x/ln ~s wobei C9die absolute Dielektrizitätskonstante 6 die relative Dielektrizitätskonstante, in diesem Falle also die der im ringförmigen Zwischenraum befindlichen Flüssigkeit, χ die gerade vorliegende vertikale Höhe der Flüssigkeit innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes, re den Radius des äußeren Kondensatormantels und r^ den Radius des konzentrischen Kerns angibt. *.-p
"^e^Nf =*£# £ x/ln ~s wobei C9die absolute Dielektrizitätskonstante 6 die relative Dielektrizitätskonstante, in diesem Falle also die der im ringförmigen Zwischenraum befindlichen Flüssigkeit, χ die gerade vorliegende vertikale Höhe der Flüssigkeit innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes, re den Radius des äußeren Kondensatormantels und r^ den Radius des konzentrischen Kerns angibt. *.-p
A'-4 O*
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Erfindungsgemäß werden nunmehr innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes
eine Anzahl, in diesem Beispiel vier, ringförmige horizontale Scheiben (26, 27, 28 29) vertikal übereinander angeordnet.
Der Radius r_ dieser Scheiben ist etwas kleiner als der des äußeren Mantels re, so daß im Bereich der Scheiben nur ein
relativ schmaler Ringspalt zwischen äußerem Scheibenrand und innerer Oberfläche des Kondensatormantels frei bleibt. Insgesamt
gilt also (ra - r ) viel kleiner (r - r.).
as Bl ι.
Der vertikale Abstand einzelner Scheiben ist definiert verschieden, wobei das jeweilige Volumen Δ V zwischen einzelnen
Scheiben aber feststeht.
Den Kapazitätsverlauf eines derart ausgestalteten Zylinderkondensators
als Funktion der Zeit bzw. als Punktion der Absenkgeschwindigkeit der im ringförmigen Zwischenraum des Zylinderkondensators
befindlichen Flüssigkeit gibt der rechte Teil der Figur 2 wieder. In dieser Kurve ist als Abezisee die Kapazität
C', die durch die Registriervorrichtung j50 registriert wurde, und als Ordinate die Zeit t aufgetragen. Der Kurvenverlauf
zeigt, daß bei einem grundsätzlich linearen Verlauf an der Stelle der Scheiben in kurzen Zeiten relativ große Kapazitätesprünge
auftreten. In diesem Bereich ist also die Änderung der Kapazität mit der Zeit sehr groß. Erfindungsgemäß werden nun aber gerade
diese großen KapazitätssprUnge zur Erzeugung geeigneter elektrischer
Signale zum Start bzw. zum Abschalten der Zeituhr 19 zu-
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hilfe genommen, indem beispielsweise die Registriervorrichtung J30 ein Grenzwertschalter ist oder mit einem solchen gekoppelt
ist.
Wird also während einer Durchflußmengenmessung, der anfangs vollständig mit Flüssigkeit gefüllte ringförmige Zwischenraum
des Zylinderkondensators entleert, so registriert der Grenzwertschalter z.B. zum ersten Mal eine starke Kapazitätsänderung
beim Eintritt des Flussigkeitsspiegels in den Spalt der
Scheibe 29 und schaltet nunmehr die Zeituhr ein. Bei der nächsten starken Änderung, die er z.B. beim Eintritt des Flussigkeitsspiegels
in den Spalt der Scheibe 28 registriert, schaltet er diese wieder ab. Aus der Zeit At. und dem durchflossenen
Volumen AiV1 läßt sich nun die Durchflußmenge ^JVsps At1
leicht bestimmen. Durch geeignete Schaltvariationen lassen sich natürlich auch andere Durchflußmengen, z.B. AV2 : A^2,
^v5 : Atj bzw. (Av1 + Av2) i ( ^t1 + At2), (Av1 +
+ AVj) : ( /It1 +A^2+ AtJ und ( ZlV2 + AVj) :
2 + <At,) bestimmen. Welcher Meßbereich gerade verwendet
wird, hängt grundsätzlich von der geförderten Flussigkeitsmenge
und der erforderlichen Genauigkeit der Messung ab.
Grundsätzlich lassen sich jedoch durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung sehr genau die Mengen auch sehr kleiner Durchflüsse einer kontinuierlichen Strömung durch ein Rohr oder
irgendein anderes Fördersystem bestimmen.
geändert pomSß Eingabe
eingegeben cm ...f:i....i*-?
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Darüber hinaus können aber auoh diskrete Flussigkeitsmengen
nach der erfindungsgeraäflen Vorrichtung sehr genau ermittelt werden.
8 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen
2 Blatt Zeichnungen
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Claims (8)
1.]Vorrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer Flüssigkeit,
insbesondere eines tiefsiedenden Flüssiggases, durch eine Flüssigkeitsabführleitung eines mit der Flussigkeitsabführ-
und einer Flüssigkeitszufuhrleitung versehenen Speichertankes,
gekennzeichnet durch einen innerhalb des Speichertankes angeordneten und zumindest teilweise in den Flüssigkeitsraum eingetauchten
Kondensator (9) mit einem zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllten, gegenüber dem Flüssigkeitsraum
geschlossenen Innenraum (31), welcher absperrbar einerseits
über ein Ablaßventil (8) mit der FlussigkeitsabfUhrleitung (6)
und andererseits über ein NaohfUliventil (13) mit dem FlUssigkeitsraum
(b) verbunden ist, und durch eine Registriervorrichtung (30) zur Registrierung der Kapazität des Kondensators
(9)·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (8) ein Umschaltventil ist, durch das die Flüssigkeitsabführleitung
(6) mit dem Flussigkeitsraum (b) verbindbar
ist.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT A"
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich-■
net, daß die Registriervorrichtung (30) mit einer Zeituhr
(19) gekoppelt ist, welche die Ventile (8, 13) steuert.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,
daß im Innenraum (31) des Kondensators (9) in dem mit
Flüssigkeit gefüllten Bereich mindestens zwei horizontal angeordnete scheibenförmige Verdrängungskörper (29, 28) unter
Freilassung eines schmalen Schlitzes zwischen dem äußeren " Rand der Verdrängungskörper und den Kondensatorflächen vertikal
übereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem oder'mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Registriervorrichtung (30) die Änderung der Kapazität mit der Zeit frr- registriert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die
Registriervorrichtung (30) ein Grenzwertsehalter ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator ein Zylinderkondensator
(9) mit einem ringförmigen Zwischenraum (31) zwischen
dem äußeren Kondensatormantel (10) und dem konzentrischen
Kern (25) ist.
3098 38/0326 ί^
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl das Nachfüllventil (IjJ) als auch das
umschaltbare Ablaßventil (8) im Fluss igke its raum (b) des
Speichertankes angeordnet sind.
309838/0326
Leerseite
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