DE224819C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

224819-KLASSE 42 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Dezember 1909 ab.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Apparat zur Bestimmung der durch eine Leitung fließenden Mengen von Wasser, Dampf, Luft und Gasen, deren spezifische Wärme bekannt ist. Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, daß, wenn die spezifische Wärme des Gases, dessen Menge gemessen werden soll, bekannt ist, wie dies z. B. bei überhitztem Dampf und den meisten anderen

ίο Gasen der Fall ist, die Temperaturzunahme, welche durch Zuführung eines bekannten Wärmebetrages erzeugt wird, die Bestimmung der Gasmenge durch eine einfache Berechnung oder durch Kurven und Tabellen ermöglicht, die auf Grund von Experimenten und Berechnungen angefertigt sind. Das vorliegende Verfahren ermöglicht ein genaues und, wenn erforderlich, fortgesetztes Messen der Mengen von Dampf, Luft und anderen Gasen, wie z. B. von Leuchtgas und Generatorgas. Ferner gestattet das Verfahren das Messen des Zuflusses von Gas, gleichgültig, ob dieses warm oder kalt ist. Ebenso können Dämpfe, wie z. B. nasser Wasserdampf, gemessen werden. Auch wird nach der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Verzögerung des Zuflusses solcher Gase oder Dämpfe durch den Meßapparat verhindert und außerdem der Apparat und das Verfahren zum Messen äußerst einfach gemacht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Dampf, Gas ο. dgl. durch eine Leitung geführt, welche mit Anordnungen versehen ist, die die Zuführung von Wärme entweder in einem bekannten oder in einem leicht bestimmbaren Betrage gestatten. Die Wärme wird den Gasen o. dgl. bei ihrem Durchgang durch die Leitung in einem bekannten Betrage zugeführt und sodann die hierbei erzeugte Temperaturzunahme gemessen. Wenn der Dampf o. dgl. feucht ist, so wie er aus der Speisequelle austritt, wird er entweder in demselben oder in einem anderen Apparate überhitzt (er wird in ein Gas verwandelt, wie es unter der weiter angewendeten Bezeichnung »Gas« verstanden sein soll) und der weitere durch die Hinzufügung von Wärme erzeugte Temperaturzuwachs gemessen. Die Wärme wird vornehmlich und gewöhnlich durch einen elektrischen Strom zugeführt, der durch innerhalb der später beschriebenen Leitung angeordnete Widerstände fließt, und zwar derart, daß der Gasstrom durch seinen ganzen Querschnitt hindurch mit ziemlicher Gleichförmigkeit erwärmt wird. Es ist leicht, den Betrag des für die Erwärmung verwendeten

elektrischen Stromes zu messen, und daher ist es auch leicht (weil das Wärmeäquivalent der elektrischen Energie bekannt ist), den Betrag der Wärme zu bestimmen, welche dem sich bewegenden Gasstrom zugeführt worden ist. Die Temperaturzunahme in dem fließenden Gasstrom, die durch die geschilderte Hinzufügung von Wärme erzeugt wurde, wird für gewöhnlich durch die bekannten

ίο elektrischen Thermometer bestimmt, welche Leitungswiderstände enthalten, deren elektrischer Widerstand in einem bekannten Betrage mit der Temperaturänderung variiert, welcher diese Leiter ausgesetzt sind. Durch die Leitungswiderstände wird ein geringer Strom geschickt und die Veränderung in dem fließenden Strom durch geeignete elektrische Meßapparate bestimmt. Zwei besondere Leitungswiderstände, Teile der erwähnten elektrischen Thermometer, werden quer zu der Leitung, durch welche das zu messende Gas fließt, angeordnet, wobei einer vor dem Heizwiderstand und der andere jenseits desselben angebracht wird.

Die Zeichnung veranschaulicht einen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens dienenden Apparat, und zwar in
Fig. ι in einer Gesamtansicht.
Fig. 2 ist ein senkrechter Querschnitt durch die Heizkammer und

Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie x-x der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, aus der die Verbindung des nebengeschalteten Apparates zu ersehen ist.

Fig. 5 zeigt eine besondere Ausführungsform des Apparates, und

Fig. 6 ist eine Stirnansicht eines der bei dieser Ausführungsform verwendeten Wider-

Standes. .

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 bezeichnet 1 ein Rohr, durch welches der zu messende Dampf oder ein anderes Gas hindurchfließen kann. Mit 2 ist die Heizkammer eines Meßapparates bezeichnet. Dieselbe liegt bei der dargestellten Ausführungsform im Nebenschluß zu dem Rohr 1 und ist mit diesem durch ein Speiserohr 3 und ein Rücklaufrohr 4 verbunden. In die Rohre sind geeignete Ventile 5, 6 und 7 eingeschaltet, so daß der Dampf oder ein anderes Gas nach Belieben durch die Kammer 2 geschickt werden kann oder nicht. Die elektrischen Leitungswiderstände, welche zur Erwärmung des sich bewegenden Gasstromes dienen, werden im dargestellten Fall von Gittern oder Rosten 8 (Fig. 2 und 3) gebildet, die auf Stangen 9, 9 derart angeordnet sind, daß sie mit den Stangen zusammen einen einzigen Konstruktionsteil bilden. Die Gitter sind in Serie geschaltet, wobei die angrenzenden Gitter an ihrem Mittelpunkte und an ihren äußeren Enden abwechselnd miteinander im Kontakt stehen. Ferner ist eine Verbindung durch Leiter 11 hergestellt. Um Kurzschluß durch die Stangen 9 zu vermeiden, sind die Gitter oder Roste von den Stangen 9 durch Isolierhülsen 10 aus Glimmer oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial isoliert, welch letzteres derart sein muß, daß es der Temperatur, welcher der Inhalt der Kammer 2 unterworfen werden kann, zu widerstehen imstande ist. Zwischen je zwei aneinander liegenden Gittern sind Flansche oder Ringe 12 vorgesehen, die von der inneren Wand der Kammer 2 nach innen vorragen, und zwar zu dem Zweck, zu verhindern, daß das mit dem Gas ο. dgl. mitgeführte Wasser ,usw. längs der Innenseite der Kammer 2 seinen Weg nimmt und so in Berührung mit den Gittern kommt.

In Fig. ι ist ein elektrischer Stromerzeuger 13 für die Speisung der Gitterwiderstände sowie ein elektrisches Meßinstrument 14 zum Messen des Stromzuflusses schematisch dargestellt. Mit 15 und 16 sind die Leitungen bezeichnet, welche die Pole des Apparates mit dem Stromerzeuger 13 und dem elektrischen Meßapparat 14 verbinden. In Fig. 1 sind mit 17 und 18 Thermometer bezeichnet, welche so angeordnet sind, daß durch einen Vergleich ihrer Ablesungen die Temperaturzunahme, welche durch den elektrischen, den Gitterwiderstand 9 durchfließenden Strom erzeugt wird, festgestellt werden kann. Wie in Fig. ι gezeigt, sind diese Thermometer gewöhnliche Quecksilberthermometer, jedoch werden in der Praxis elektrische Thermometer, wie in Fig. 5 gezeigt, vorgezogen.

Der in Fig. 5 dargestellte Apparat besteht aus einem Gehäuse 21, welches mit einem geeigneten Futter 22 ausgekleidet ist. Das Futter besteht vornehmlich aus Porzellan oder anderem gegen Elektrizität und Hitze isolierenden Material. Zwischen der Außenseite des Futters 22 und der Innenwandung des Gehäuses 21 ist ein Luftraum vorgesehen, welcher die Wärmeverluste durch Strahlung verringert. Das Futter 22 wird innerhalb des Gehäuses durch einen Flanschring 23 gehalten, wobei eine Packung 24 zwischengeschaltet ist, um eine dichte Verbindung zu erzielen. Die Flanschringe selbst werden durch an dem Gehäuse 21 befestigte Deckel 25 an ihrem Platz gehalten. Mit 26 sind die Gitter bezeichnet, welche den Heizwiderstand des Apparates bilden. Diese Gitter sind in Fig. 6 für sich dargestellt. Sie sind in Nuten der inneren Wandung des Futters 22 montiert und so gelegt, daß die Längsstangen der aneinander liegenden Gitter, wie Fig. 5 zeigt, quer zueinander liegen, so daß sämtliche Teile

des sich bewegenden Gasstromes der Heizwirkung der Gitter unterworfen werden und der ganze Querschnitt des Gasstromes mit ziemlicher Gleichmäßigkeit erwärmt wird. Die Gitter sind durch Leitungsblöcke 27 in Serie geschaltet. Die Deckel 25 tragen geeignete Anschlußklemmen 28, die mit dem untersten und obersten Gitter in Verbindung gebracht sind. Die Klemmen stehen ebenfalls mit einem elektrischen Stromerzeuger 13 und mit einem elektrischen Strommeßinstrument 14 in Verbindung, wie dies bei Fig. 1 der Fall ist. Mit 29, 29 sind die veränderlichen Widerstandselemente der elektrischen Thermometer bezeichnet, die an der Rück- und Vorderseite der durch die Gitter 26 gebildeten Heizleitung angeordnet sind, so daß der eine dieser Thermometerwiderstände der Temperatur des Gasstromes vor der Erwärmung, der andere dagegen der Temperatur des Gases nach der Erwärmung ausgesetzt ist. Mit 30 und 31 sind Leitungen bezeichnet, die von den beiden Thermometerwiderständen 29 zu einem elektrischen Meßinstrument 32 führen, durch welche die Differenz in den Beträgen des Zuflusses durch die Stromkreise 30 und 31 bestimmt wird. In der Praxis wird dieses Instrument gewöhnlich von einer Wheatstoneschen Brücke gebildet, da solche Brücken, wie bekannt, geeignet sind, den Betrag des Zuflusses durch verschiedene Stromkreise zu vergleichen. Bei der praktischen Ausführung einer Anlage nach der vorliegenden Erfindung werden die Instrumente 14 und 32 oft in einer beträchtlichen Entfernung von der Leitung angeordnet, durch welche der Dampf oder auch ein anderes Gas, dessen Zufluß gemessen werden soll, hindurchgeht. Die betreffenden Instrumente werden z. B. häufig an den Schaltbrettern, Meßständen oder in dem Bureau des Betriebes untergebracht, wodurch ein bequemes Feststellen des Betrages des Dampfzuflusses oder eines anderen Gases, welches gemessen werden soll, für den Wärter, Oberingenieur o. dgl. möglich ist. Bei Anwendung des beschriebenen Apparates kann die Menge des während einer Zeiteinheit durch den Apparat fließenden Dampfes oder Gases durch die folgende Gleichung festgestellt werden:

W =

K-Cp(T₁-T₂)

In dieser Gleichung bedeutet Q die zugeführte elektrische Wärme pro Zeiteinheit, W das Gewicht des Dampfes in Kilogramm pro Zeiteinheit, Cp die spezifische Wärme des Dampfes, K der experimentell bestimmte Koeffizient für Strahlungsverluste, T₁-T₂ die Differenz zwisehen der durch die Thermometer 18 und 17 (Fig. 1) angezeigten Temperaturen oder die Temperaturdifferenz, welche durch das Instrument 32 (Fig. 5) angezeigt wird.

In diesem Falle ist überhitzter oder wenigstens trockener Dampf angenommen. Ist dies nicht der Fall, so wird eine beträchtliche elektrische Energie zugeführt, um den Dampf zu trocknen und ihn bis auf eine gegebene Temperatur zu überhitzen. Diese Temperatur wird dann als Temperatur T₂ in der obigen Gleichung verwendet. Durch Zuführung von mehr Energie wird der Dampf um irgendeinen weiteren Betrag erhitzt, und die so gewonnene Temperatur wird in der obigen Gleichung für T₁ eingesetzt. Nunmehr kann durch Berechnung nach der obigen Gleichung das Gewicht des Dampfes erhalten werden. Q bezeichnet in der Gleichung den hinzugefügten Betrag an Energie, der erforderlich war, um die Temperatur des Dampfes auf den vorher bestimmten, die erste Überhitzungstemperatur übersteigenden Betrag zu bringen, das ist die Differenz zwischen der zur Erzielung der Temperatur T₁ erforderlichen elektrischen Energie (der höhere Grad der Überhitzung) und der elektrischen Energie, die erforderlich war, um die Temperatur T₂ (der niedrigere Grad der Überhitzung) zu erzielen, zurückgeführt auf die äquivalenten Wärmeeinheiten. Die Messung der durch den Apparat fließenden Gasmenge wird, im Falle andere Gase als Wasserdampf in Frage kommen, in der gleichen Weise bestimmt, wenn die spezifische Wärme der Gase bekannt ist. In der Praxis wird es unnötig sein, die Gleichung zu lösen; vielmehr werden hier Kurven oder Tafeln verwendet werden, so daß es nur erforderlich ist, den Betrag an elektrischer Energie zu messen, der erforderlich ist, um die Temperatur des Gases um einen gewissen bekannten Betrag zu steigern. Es ist dann aus der Kurve oder Tabelle die Menge des Gases zu entnehmen. Die verwendete Kurve oder Tabelle beruht auf mit dem Meßapparat angestellten Experimenten. Wenn es gewünscht wird, braucht nur ein kleiner Teil des Gesamtbetrages an Dampf oder Gas, welches durch das Rohr 1 fließt, den Apparat zu passieren. In einem solchen Falle besitzt das Rohr 3 im Vergleich zu dem Rohr ι einen verringerten Durchmesser, oder es ist mit einer Ausflußöffnung 19 (Fig. 4) versehen, welche einen bekannten Querschnitt hat. In solchem Falle fließt der Dampf oder das Gas durch die Hauptleitung 1 und durch die Nebenleitung 3. Die Öffnung in dem Teil 19 steht im umgekehrten Verhältnis zu dem bezüglichen Widerstand, der sich dem Durchgang des Dampfes oder Gases durch das Rohr 1 und den Mündungsteil 19 bietet. Das Verhältnis dieser Widerstände kann leicht bestimmt werden. Wenn das-

selbe einmal bekannt ist, ist es durch Messung des durch die Nebenleitung fließenden Dampfes oder Gases leicht, den durch die Hauptleitung r fließenden Betrag an Dampf oder Gas zu bestimmen und hieraus den Gesamtbetrag an fließendem Gas oder Dampf festzulegen. In der Praxis ist der Dampf oder Gasbetrag, der durch den Meßapparat fließt, proportional der Dampfmenge,

ίο die durch das Hauptrohr und den Meßapparat zusammen fließt, und daher kann die Energie, die zum Steigern der Temperatur des durch den Meßapparat gehenden Dampfes oder Gases erforderlich ist, ein Maß für die durch die Hauptleitung fließende Dampf- oder Gasmenge bilden.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zur Bestimmung der Mengen von durch Leitungen strömenden Gasen, Dämpfen usw., dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasstrom eine bekannte Wärmemenge zugeführt und die hierdurch in dem Gasstrom entstehende Temperaturzunähme bestimmt wird, oder daß dem strömenden Gas genügend Wärme zugeführt wird, um eine vorher bestimmte Temperaturzunahme zu erzeugen, worauf sodann der zur Erzeugung dieser vorher bestimmten Zunahme erforderliche Wärmebetrag gemessen oder bestimmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Mengen von Dämpfen, z. B. Wasserdampf, diesem zunächst die zum Trocknen und Überhitzen erforderliche Wärmemenge zugeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch Umwandlung von elektri- scher Energie in Wärme stattfindet und die entstehende Temperaturzunahme durch Vergleich der durch mit elektrischen Widerständen ausgestattete Kreise hindurchgehenden Strombeträge bestimmt wird, wobei die Leitungsfähigkeit der Widerstände der Temperaturzunahme entspricht, und der eine Widerstand an einer Stelle der Leitung vor dem Wärmezufuhrapparat, der andere hinter demselben angeordnet wird.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Leitung Heizwiderstände sowie sich gegenüberliegend auf je einer Seite der Widerstände elektrische Thermometer eingeschaltet und außerdem elektrische Meßeinrichtungen vorgesehen sind, mittels welcher der durch die Heizwiderstände und die elektrischen Thermometer fließende Strom bestimmt werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.