DE2314163A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der massenstroemung eines stroemungsfaehigen mediums - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum messen der massenstroemung eines stroemungsfaehigen mediumsInfo
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- G01F1/3227—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using fluidic oscillators
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Description
Postscheckkonten: Köln 1Oi? 31, Essen 203 42
Bankkonten:
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.
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^ 9V 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.
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Claims (3)
- PATENTANWALT Telefon: (0271)32409DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ΛΛ. , . τ...β™π»^γ,***«.,.sieg.n? 3 1 Λ 1 ß 3 Postscheckkonten:ί- I *Τ I W V Köln 106931, Essen 20342Bankkonten:Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ino. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straöe 227 Deutsche Bank AG.,Postfach 442 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)73 019 Kü/sch 20. MRZ. 1973Patentansprücheill ,^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. ,,.·-■"'**309840/0423 yκ*
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