DE2314163A1

DE2314163A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der massenstroemung eines stroemungsfaehigen mediums

Info

Publication number: DE2314163A1
Application number: DE19732314163
Authority: DE
Inventors: John Grant
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-04
Also published as: US3889534A; FR2177926A1; GB1400831A; FR2177926B1

Description

PATENTANWALT Telefon: (0271)32409 DIPL-ING. ERICH SCHUBERT T.legromm-Adr.: Patschub, Siegen

Postscheckkonten: Köln 1Oi? 31, Essen 203 42 Bankkonten:

Abs.: Potentanwalt Dipl.-Ina. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner StroBe 227 Deutsche Bank AG., Postfach 462 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

73 019 Kü/Sch ²⁰· ^{März 1973}

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY, 11, Charles II Street, London SWlY 4QP / England

Für diese Anmeldung werden die Prioritäten aus der britischen Provisional Specification Nr. 14130/72 vom 24. März 1972 und der Complete Specification vom 13· März 1973 beansprucht.

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Massenströmung eines strömungsfähigen Mediums

Die Erfindung bezieht sich auf Strömungsmesser und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Messen einer Massenströmung dadurch, dass die Strömung durch einen fluidlschen Oszillator hindurchgeschickt wird, also eine Vorrichtung, welche Schwingungen erzeugt, wenn sie durch eine Strömungsmittelströmung erregt wird.

Mit einem fluidischen Oszillator können in einem fließenden Medium Schwingungen aufgebaut werden, derart, dass die Schwingungsfrequenz nahezu proportional der Volumenströmung und somit der Strömungsmittelgeschwindigkeit 1st, wobei die Frequenz im wesentlichen unabhängig von der Dichte und Viskosität der Strömungsmittelströmung ist.

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Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zum Messen einer Strömungsmittel-Massenströmung aus den Verfahrensschritten des Hindurchschickens der Strömungsmittelströmung durch einen fluidischen Oszillator hindurch, des Abtastens von Druckänderungen in der Strömungsmittelströmung durch den Oszillator, des Umwandeins der abgetasteten Druckänderungen in Signale, welche die Amplitude und Frequenz der Druckänderung darstellen, des Integrierens der Signale und schließlich des Bestimmens des Wertes des integrierten Signals.

Erfindungsgemäß weist ein Massenströmungsmesser eine fluidischen Oszillator, einen übertrager zum Abtasten von Änderungen im Druck des Strömungsmittels, welches durch den Oszillator fließt, und zur Umwandlung der Änderungen in Signale, die der Amplitude und Frequenz der Änderungen entsprechen, ferner eine Einrichtung zum Integrieren der Signale und schließlich eine Einrichtung zum Bestimmen des Wertes der integrierten Signale auf.

, Für eine gut entwickelte turbulente Strömung durch einen fluidischen Oszillator hindurch sind im allgemeinen die durch diese Strömung verursachten Druckänderungen proportional der Dichte ^ der Strömung und dem Quadrat der Strömungsmittelgeschwindigkeit. Dies kann durch den Umstand erklärt werden, daß die Drücke durch die Änderungsrate bzw. Änderungsgeschwindigkeit der Bewegungsgröße ( des Momentums ) am Meßpunkt erzeugt werden. Da die Strömungsmittelgeschwindigkeit proportional der Volumenströmung V ist, kann jede Druckänderung P infolge der Strömung ausgedrückt werden als

P = K<?V²,

wobei K eine Konstante ist, die durch die Bauart des Oszillators und die Stelle, an welcher der Druck gemessen wird, festgelegt ist. Wenn daher die Schwingung in einem fluidischen Oszillator durch einen Druckwandler gemessen wird, dann wird die Amplitude

2 der Schwingung ( d.h. die Druckänderung ) K.9 V sein. Dies kann ein Maß für die Massenströmung ( = 9 V) dadurch liefern, daß die Druckänderung durch die Volumenströmung V dividiert wird. In dem

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Pall, wo die Schwingung sinusförmig oder so ähnlich ist, kann diese Division wie folgt durch Integration ausgeführt werden.

Angenommen, die Schwingung, wie sie durch den Wandler gemessen wird, ist ein Signal, welches einer Druckänderung X entspricht, dann ist

X = K₂^ V² cos CJt,

wobei Ul die Schwingungsfrequenz (proportional der Volumenströmung V) ist.

Wenn diese Gleichung integriert wird und ψ und V als Konstante relativ zu cos tut betrachtet werden, da sie sich nur langsam mit der Zeit ändern, so ist das Ergebnis

X₁ = K₂ 9J^ sin wt

oder K, f V sin u/t,
da unproportional V ist.

Der Wert von X₁ kann bestimmt werden, indem ein Instrument, wie beispielsweise ein Wechselstrom-Voltmeter, verwendet wird, und kann ein Maß für die Massenströmung (9V) durch Eichung bzw. Kalibrierung des Instrumentes liefern.

Die Integration kann durch ein Netzwerk oder einen Integrierverstärker ausgeführt werden. Integriervorrichtungen sowie Filter und andere Einrichtungen, die den Integrierungseinrichtungen sehr ähnliche Vorgänge ausführen, sind allgemein bekannt. Der Integriervorgang kann auch durch mechanische Analogien der Integrierfilter erzeugt werden. Es ist zweckmäßig, einen Druckwandler zu verwenden, der die Frequenz der Schwingung ermittelt und als Ausgang ein

elektrisches Signal X, = K₁^ 9^V cos u»t hat, sowie einen Integrierverstärker (oder ein Filter, dessen Wirkung einem Integrierverstärker angenähert ist), welcher bzw. welches mit dem elektrischen Ausgang des Druckwandlers verbunden ist, damit sich das erforderliche Massenströmungssignal ergibt.

Der fluidische Oszillator kann von dem Wandbefestigungstyp sein, wie er in der US-PS 3 69Ο 171 und in der GB-PS 1 297 beschrieben ist.

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Es 1st ein Vorteil der Erfindung, daß ein fluidischer Oszillator, der keine beweglichen Teile aufweist, verwendet wird. Es ist außerdem ein Vorteil der Erfindung, daß nur ein einziges Stück der Ausrüstung (ein Druckwandler) in den Strömungsweg des Strömungsmittels einzuführen ist und daß die Integration eines elektrischen Signals eine relativ einfache Punktion ist, verglichen mit bisherigen Verfahren zum Messen der Massenströmung durch separates Messen von Volumenströmung und DruckgefSlle infolge einer Impedanz, dann Ausführung einer Division.

Zusätzlich zur Anzeige der Amplitude des Signals X, als ein Maß für die augenblickliche Massenströmung pro Zeiteinheit, kann das sinusförmige Signal auch gleichgerichtet und erneut integriert werden, damit sich ein Maß für die gesamte oder zeitintegrierte Strömung ergibt. Beispielsweise kann das gleichgerichtete Signal dazu verwendet werden, einen Elektromotor anzutreiben, dessen Wellendrehung eine Integration des antreibenden Signals darstellt, und die Welle kann einen mechanischen Zähler betätigen. Alternativ kann das gleichgerichtete Signal auch einem integrierenden Leistungsverstärker zugeführt und der Ausgang auf einem elektrischen Meßgerät angezeigt werden.

Wenn das Signal nicht sinusförmig ist, so kann ein Fehler in der Massenströmungsmessung auftreten. Wenn die Abweichung von einer Sinusform auf die Aufschaltung eines stetigen bzw. konstanten Drucks auf das oszillierende Signal zurückzuführen ist, dann kann der Fehler durch Wechselstromkopplung des elektrischen Signals mittels bekannter Verfahren korrigiert werden. Wenn das Signal nicht sinusförmig ist, weil es Harmonische (Oberschwingungen) enthält, dann wird das Drucksignal folgende Form haben:

P = pV [A sin tut + B sin 2wt + C sin

L cos tc't + M cos 2tot + M cos 3wt +

Wenn dieses Signal durch die bereits erwähnten Mittel integriert wird, dann ist das sich ergebende Signal:

X = KyV² Γα cos ujt + B cos 2wt + £ cos 3&>t ... ω 2 3

-L sin tot -M sin 2wt -M sin 3i*/t .../ 2 T ■ ^J

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Dies ist eine Wellenform, die anders als die ursprüngliche Druckwellenform ist, doch ist deren Amplitude immer noch proportional der Massenströmung, ^V, da u) proportional V ist.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANWALT Telefon: (0271)32409

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT _ΛΛ. , . τ..._β™π»^γ,***«.,.s_ieg.n

? 3 1 Λ 1 ß 3 Postscheckkonten:

ί- I *Τ I W V Köln 106931, Essen 20342

Bankkonten:

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ino. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straöe 227 Deutsche Bank AG.,

Postfach 442 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

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Patentansprüche

ill ,^Verfahren zum Messen einer Strömungsmittel-Massenströmung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Hindurchleiten der Strömungsmittelströmung durch einen fluidischen Oszillator;

Abtasten von Druckänderungen in der Strömungsmitfeelströmung durch den Oszillator hindurch;

Umwandlung der abgetasteten Druckänderungen in Signale, die der Amplitude und Frequenz der Druckänderung entsprechen; Integrierung der Signale; und
Bestimmung des Wertes des integrierten Signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal gleichgerichtet und erneut integriert wird.
3. Massenströmungsmesser, gekennzeichnet durch einen fluidi schen Oszillator, einen übertrager bzw. Wandler zum Abtasten von Änderungen im Druck des durch den Oszillator strömenden Strömungsmittels und zum Umwandeln der Änderungen der Signale, die der Amplitude und Frequenz der Änderungen entsprechen, durch eine Einrichtung zum Integrieren der Signale sowie durch eine Ein richtung zum Bestimmen des Wertes der integrierten Signale.

ή. Massenströmungsmesser nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Gleichrichten des integrierten Signals sowie durch eine Einrichtung zum Integrieren des gleichgerichteten Signals. ,,.·-■"'**

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