DE2440735B2 - Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser zur Messung eines in einer Hauptrohrleitung fließenden Massenstromes, bestehend aus einem von der zu messenden Strömung durchflossenen Verbindungsrohr mit entlang seiner Länge gleichbleibendem Querschnitt, einer am Eingang und am Ausgang dieses Verbindungsrohres angeschlossenen Bypassleitung, aus einer Verbindung der Bypassleitung von einem Punkt zwischen ihren beiden Enden aus über eine eine konstante Strömungsmenge fördernde Pumpe zu einem Mittelanschluß am Verbindungsrohr, zur Erzeugung einer konstanten und gleichgroßen additiven bzw. subtraktiven Zusatzströmung zu der zu messenden Strömungsmenge im Verbindungsrohr in den beiden Teilabschnitten zu beiden Seiten des Mittelanschlusses und aus einer Differenzdruckmeßeinrichtung, die zwischen zwei Punkten des Verbindungsrohres angeschlossen ist, an denen die Strömung die additive bzw. subtraktive Komponente enthält.

Bei bestimmten Arten von Durchflußmessern, welche mit Ströinungsbegrenzern ausgerüstet sind, werden Umwälzpumpen oder andere Einrichtungen verwendet, um eine bestimmte Strömungsmenge der Strömung zuzufügen oder abzuziehen, die gemessen werden soll. Ein solches Meßgerät ist im wesentlichen ein Differenzdruckmesser, das den Differenzdruck über den Strömungsbegrenzer oder die Strömungsbegrenzer mißt, durch die die vermehrte oder verringerte Strömung fließt. Die vorliegende Erfindung gehört zu einem derartigen Durchflußmessertyp.

Aus den US-Patentschriften 32 32 104, 32 32 105 und 36 62 599 sind Strömungsmesser bekannt, welche mit Meßblendenpaaren bzw. Strömungsbegrenzerpaaren ausgerüstet sind, um einen Differenzdruck zu erzeugen, welcher der Durchflußmenge proportional ist. Nachteilig bei den genannten Durchflußmessern ist einerseits, daß eine Reihe von Meßblenden erforderlich sind, welche die exakt gleichen Strömungskennlinien aufweisen müssen. Entsprechendes gilt auch für verwendete Strömungsbegrenzer, bei denen mindestens ein Strömungsbegrenzerpaar die gleiche Strömungskennlinie aufweisen muß. Werden jedoch sehr viskose Strömungsmittel gemessen, oder wird bei geringen Reynoldzahlen gearbeitet, so ändern sich die Strömungskoeffizienten der Meßblenden und beeinflussen die Genauigkeit des Durchflußmessers. Durch die Auswahl der Größen, Formen und Beziehungen dieser angepaßten Meßblendenpaare ist es jedoch möglich, einen Durchflußmesser zu schaffen, der über einen weiten Viskositätsbereich arbeitet, in dem die Meßblendenpaare so ausgewählt werden, daß die Strömungskoeffizienten eines Paares, beispielsweise durch abgerundete Meßblendenkanten, bei einer bestimmten Änderung der Viskosität des gemessenen Strömungsmittels ansteigen, während gleichzeitig die Strömungskoeffizienten des anderen Paares, das beispielsweise mit scharfen Meßblendenkanten ausgerüstet ist, geringer werden.

Aus der US-Patentschrift 32 66 309 geht ein Durchllußmesser hervor, bei dem Blendenpaare in den den Huuptstrom führenden Kanal eingesetzt sind. Mit der Verwendung von Blenden lassen sich zwar genaue

Messungen durchführen, jedoch entsteht in nachteiliger Weise ein relativ hoher bleibender Druckverlust. Weiterhin ist bei dieser bekannten Vorrichtung nachteilig, daß zwei Umwälzpumpen verwendet werden müssen, welche es äußerst schwierig ges«alten, absolut ■ gleiche Strömungsmengen zu fördern, was jedoch eine Voraussetzung für eine genaue Messung ist

Aus der GB 10 26 602 ist ferner ein Durchflußmesser der eingangs genannten Art bekannt, der jedoch besonders darauf ausgerichtet ist, DurchflußmessLngen ι ο durchführen zu können, wenn Dichteänderungen des Strömungsmittels zu erwarten sind. Mit Hilfe einer besonderen Pumpeneinrichtung werden der Hauptströmung im Meßrohr sinusförmige Geschwindigkeitsänderungen des Strömungsmittels überlagert, welche in -,-, Form von ebenfalls sinusförmigen Druckänderungen gemessen werden können. Die sinusförmigen Druckänderungen werden in entsprechende elektrische Werte umgewandelt und mit Hilfe elektrischer Schaltungen können die überlagerten sinusförmigen Schwingungen «> eliminiert werden. Hierzu ist jedoch eine aufwendige Druckmeßeinrichtung mit einer umfangreichen elektronischen Einrichtung erforderlich.

In einer Abwandlung dieser Ausführungsform wird anstelle einer sinusförmig arbeitenden Umwälzeinrich- r, tung eine Pumpe verwendet, welche dem Hauptstrom eine Strömung mit konstanter Geschwindigkeit überlagert. Da der so erzeugte Druckabfall nicht ck r Dichte des Strömungsmittels proportional ist, sondern allein von der Viskosität abhängt, wird ein Meßfehler des m Massenstromes verursacht. Um die Wirkung d^;eser Meßvorrichtung zu verbessern, werden in den Hauptströmungskanal Meßblenden eingesetzt.

Diese Meßblenden zeigen jedoch die eingangs aufgeführten Nachteile und es lassen sich keine exakten r> Messungen insbesondere dann durchführen, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten äußerst gering sind oder wenn eine pulsierende Strömung vorliegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmesser anzugeben, der relativ einfach w aufgebaut ist und mit dessen Hilfe Strömungsmengen in einem weiten Strömungsbereich und insbesondere bei einer Anlaufströmung oder einer pulsierenden Strömung genau gemessen werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der 4> Erfindung dadurch, daß das Verbindungsrohr einen geringeren Querschnitt als die benachbarte Rohrleitung aufweist.

Hierdurch werden die Nachteile beseitig.., welche den Meßblenden in bezug auf die Begrenzung des so Meßbereiches anhaften und zum anderen wird durch die Ausbildung des gesamten Verbindungsrohres als Drosselstrecke in diesem ein Differenzdruck erzeugt, welcher linear verläuft und der Masse des Strömungsmittels proportional ist, so daß über einen weiten Bereich genaue Messungen durchführbar sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Durchflußmessers mit einem im Querschnitt verringerten Rohrstück, einer Einrichtung zur Umwälzung eines konstanten Volumens und einem Differenzdruckanzeigeroder Wandler;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Richtung der umgewälzten Strömung umgekehrt ist;

F i g. 3 und 4 Ausführungsformen mit verschiedenen Übergangsrohrstücken.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Einlaßrohr bezeichnet, dessen volumetrische Strömungsmenge Q des Strömungsmittel·;, das von einem Tank kommt und zu einer Maschine strömt, mit Hilfe des Durchflußmessers gemessen werden soll. Das Auslaßrohr 18 weist eine volumetrische Strömungsmenge auf, die gleich der im Einlaßrohr 1 ist. Ein Verbindungsrohr weist Rohrabschnitte 3 und 4 auf, welche das Einlaßrohr 1 mit dem Auslaßrohr 18 verbinden. Die Rohrabschnitte 3 und 4 wirken entlang ihrer gesamten Länge als Strömungsbegrenzer. Der Rohrabschnitt 3 ist hinsichtlich seiner Größe verringert oder begrenzt derart, daß er gleich einem bestimmten Strömungsbegrenzer ist und der Rohrabschnitt 4 ist hinsichtlich seiner Größe dem Rohrabschnitt 3 gleich. Ein Um walz- oder Umlaufrohr 9 verbindet eine Pumpe 10 zur Umwälzung eines konstanten Volumens mit einem Punkt zwischen den Rohrabschnitten 3 und 4. Das Umlaufrohr 8 verbindet die Pumpe 10 mit der Bypassleitung 5, 6, 7, welche ihrerseits mit den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden der Rohrabschnitte 3 bzw. 4 verbunden ist. Die konstant arbeitende Pumpe 10 kann als Verdrängerpumpe, Zentrifugalpumpe oder Gebläse ausgebildet sein, um eine volumetrisch konstante Strömungsmenge in dem Verbindungsrohr umzuwälzen, derart daß in den Rohrabschnitten 3 und 4 eine additive bzw. subtraktive volumetrische Strömungsmenge in dem Hauptrohrabschnitt fließt.

Die Pumpe 10 wälzt das Strömungsmittel mit einer konstanten volumeirischen Strömungsmenge zwei q um. Diese Menge zwei q ist in zwei Hälften aufgeteilt, wobei eine Menge q durch das Zweigrohr 6 und eine andere Menge q durch das Zweigrohr 5 fließt. Die Begrenzer 11 und 12 sind Gleichgewichtsdurchflußbegrenzer, welche sicherzustellen, daß eine gleiche Strömungsmenge q in den Rohrabschnitten 6 und 5 auftreten. Die Strömungsmittelbegrenzer U und 12 erzeugen einen relativ hohen Druckabiall in den Zweigleitungen 6 und 5 verglichen mit den Rohrabschnitten 3 und 4. Dieser Druckabfall vermindert die Wirkung auf die Abtrennung der umwälzenden volumetrischen Strömungsmenge und zwar wegen der ungleichen Drucke, die in den Rohrabschnitten 3 und 4 eingangs- und ausgangsseitig erzeugt werden.

Die zu messende Strömungsmenge Q kann größer oder kleiner als die umgewälzte Strömungsmenge q sein. In dem Rohrabschnitt 4 fließen die umgewälzte Strömungsmenge q und die zu messende Strömungsmenge Q stets in die gleiche Richtung, so daß die Strömungen additiv sind. Im Rohrabschnitt 3 ist die Strömungsrichtung wie durch den in F i g. 1 gestrichelt dargestellten Pfeil, wenn die zu messende Strömungsmenge Q kleiner als die umgewälzte Strömungsmenge q ist, d. h. es ergibt sich q — Q mit anderen Worten, die Strömungen sind subtraktiv.

Wenn die zu messende Strömungsmenge Q größer als die umlaufende Strömung q ist, so ergibt sich in dem Rohrabschnitt 3 eine Strömungsrichtung, die durch den durchgezogenen Pfeil dargestellt ist, d. h. es wird Q — q.

Die Rohrabschnitte 3 und 4 stellen Strömungsbegrenzer dar, indem sie derartig dimensioniert sind, daß sich eine Strömungsfläche ergibt, die gleich einer äquivalenten Ausflußöffnung ist. Ähnlich einer Düse sollen die Rohrabschnitte einen Druckabfall bewirken. In den zuvor genannten Patentschriften ist gezeigt, wie die zu

messende Strömungsmenge Q, welche durch einen Strömungsbegrenzer fließt, mit Hilfe einer umgewälzten Strömung q derart verändert wird, daß die Strömung durch einen Strömungsbegrenzer q + ζ) und die Strömung durch den anderen Strömungsbegrenzer Q—q oder q— Q sein kann. Der Sinn dieser Maßnahme besteht darin, in den Strömungsbegrenzer unterschiedliche Strömungen zu erzeugen, so daß unterschiedliche Druckabfälle an jedem Strömungsbegrenzer erzeugt werden können. Die Differenz zwischen diesen Druckabfällen ist ein Differenzdruck, welcher linear verläuft und der tatsächlichen Strömungsmasse proportional ist.

Wie weiter aus F i g. 1 hervorgeht, wird der Differenzdruckfühler 15 mit der Anzeigevorrichtung 16 dazu verwendet, diesen Differenzdruck zu messen. Der Differenzdruckfühler ist mit den Rohrabschnitten 3 und 4 mit Hilfe der Leitungen 13 und 14 auf beiden Seiten verbunden, wo sich die Strömung 2q teilt und bevor die geteilte Strömung q in jedem Rohrabschnitt 3 und 4 in die Zweige 6 und 5 eintritt. Der Druck in dem Rohrabschnitt 3 wird mit P 2 bezeichnet und der Druck im Rohrabschnitt 4 mit P3. Da die Strömung in dem Rohrabschnitt 3 stets kleiner als die Strömung im Rohrabschnitt 4 ist, ist der statische Druck Pl stets höher als PZ. Dies resultiert daher, daß die Leitungen hinsichtlich des Strömungsquerschnittes gleich sind und der statische Druck in einer Rohrleitung mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit steigt. Dies läßt sich auf Fälle anwenden, bei denen q größer oder kleiner als das zu messende ζ)ist. Somit ist hinsichtlich, daß ein einziger Differenzdruckfühler 15 verwendet werden kann, um den Differenzdruck in einem Strömungsbereich zu messen, in dem das zu messende Q größer oder auch kleiner als die umzuwälzende Strömungsmenge q ist. Wenn die zu messende Strömung Q gleich Null ist, so ist der Druck P 2 gleich P 3 und es ergibt sich auch ein Differenzdruck von Null.

Aus Fig.2 ist eine Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei der die umzuwälzende Strömung, verglichen mit der Ausführungsform nach F i g. 1, eine umgekehrte Richtung aufweist. Es läßt sich hier die gleiche Theorie anwenden, jedoch mit der Ausnahme, daß nunmehr P 3 stets größer ais PI ist. Die Messung wird in den Zweigrohrleitungen zwischen Punkten durchgeführt, bei denen die umgewälzte volumetrische Strömungsmenge in bezug auf die zu messende volumetrische Strömungsmenge additiv bzw. subtraktiv ist.

Sowohl in F i g. 1 als auch in F i g. 2 sind konisch oder venturiförmig verlaufende Zugangs- und Ausgangszwischenstücke für die Rchrabschr.itte 3 und 4 %'orgesehen.

Mit der Verjüngung der Eingangs- und Ausgangsrohrabschnitte wird die Verminderung des gesamten Druckabfalles der Flüssigkeitsströmung von dem Eingangsrohr 1 zum Rohrabschnitt 3 und vom Rohrabschnitt 4 zur Ausgangsleitung 18 beabsichtigt. Um dieses Ziel zu erreichen, können jedoch auch andere Zugangs- und Ausgangsformen und kombinierte Formen verwendet werden. Solche kombinierten Formen sind aus F i g. 3 zu entnehmen. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, führt zum Rohrslück 3 ein abgerundetes Teil und aus dem Rohrstück 4 ein konisch verlaufendes Rohrteil. Die aus Fig.4 zu entnehmende Ausführungsform kann dann verwendet werden, wenn der Durchflußmesser, hinsichtlich seiner Länge, begrenzt ist, vorausgesetzt, daß die Gesamtdruckverluste zwischen den Eingangs- und Ausgangsrohrstücken kein Problem darstellen. Die Übergänge vom Eingangs- zum Meßrohr und Meßrohr zum Ausgangsrohr sind hier scharf. Unter gewissen Umständen kann eine Kombination von Übergangsrohrstücken und abrupten oder scharfen Übergangsstücken verwendet werden.

Die Rohre 6 und 5 können auch an anderen Stellen als bei den Rohrabschnitten 3 und 4 angeordnet werden. So können diese beispielsweise bei dem Eingangsrohr 1 und dem Ausgangsrohr 18 oder an Stellen dazwischen angebracht werden, beispielsweise an den Übergangsrohrabschnitten 2 und 17, wie aus Fi g. 2 zu entnehmen ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Eingangs- und Ausgangsrohrabschnitte 1 bzw. 18 mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen und weisen den doppelten Durchmesser des Verbindungsrohres auf, das aus den Rohrabschnitten 3 und 4 besteht. Die Durchmesserverringerung ist so dimensioniert, daß die verbindenden Rohrabschnitte als Durchflußgrenzer wirken, welche einen ausreichenden Druckabfall erzeugen, um ein meßbares Druckdifferenzsignal zu erzeugen. Die diesbezügliche Dimensionierung hängt von den Anwendungsfällen ab. Die Zweigleitungen 5 und 6 der hier beschriebenen Ausführungsformen weisen einen halb so großen Durchmesser wie das Verbindungsrohr auf und die Strömungsbegrenzer 11 und 12 sind in Form einer Meßblende ausgebildet und derartig dimensioniert, daß ein relativ hoher Druckabfall in den Zweigleitungen 6 und 5 erzeugt wird, verglichen mit den Rohrabschnitten 3 und 4, wie zuvor näher erläutert wurde. Die Druckmeßeinrichtung ist mit den gleichen Punkten des Verbindungsrohres verbunden und bewirkt eine lineare Anzeige der Strömungsmenge von Null bis zu einer maximalen Strömungsmenge Q, die kleiner oder größer als q sein kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser zur Messung eines in einer Hauptrohrleitung fließenden Massenstromes, bestehend aus einem von der zu messenden Strömung durchflossenen Verbindungsrohr mit entlang seiner Länge gleichbleibendem Querschnitt, einer am Eingang und am Ausgang dieses Verbindungsrohres angeschlossenen Bypassleitung, aus einer Verbindung der Bypassleitung von einem Punkt zwischen ihren beiden Enden aus über eine eine konstante Strömungsmenge fördernde Pumpe ;tu einem Mittelanschluß am Verbindungsrohr, zur Erzeugung einer konstanten und gleichgroßen additiven bzw. subtraktiven Zusatzströmung zu der zu messenden Strömungsmenge im Verbindungsrohr in den beiden Teilabschnitten zu beiden Seiten des Mittelr.nschlusses und aus einer Differenzdruckmeßeinrichtung, die zwischen zwei Punkten des Verbindungsrohres angeschlossen ist, an denen die Strömung die additive bzw. subtraktive Komponente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (3,4) einen geringeren Querschnitt als die benachbarte Rohrleitung (1,18) aufweist.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Druckabfalles im Meßgerät mindestens zwischen den Eingangs- und Ausgangsrohren (1 bzw. 18) und dem Verbindungsrohr (3, 4) ein Übergangsrohr (2 bzw. 17) angeordnet ist.

3. Durchflußmesser nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangs-, Ausgangs- und Verbindungsrohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (13 bis 16) einen Differenzdruckfühler (15, 16) mit Einrichtungen zur Anzeige des Differenzdruckes aufweist.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente der Strömungsmenge (q) größer oder kleiner als die zu messende Strömungsmenge (Q) ist.

6. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtung (5 bis 12) Zweigrohre (5, 6) aufweist, die mit dem Verbindungsrohr (3, 4) strömungsmäßig verbunden sind und daß in den Zweigrohren (5, 6) jeweils Strömungsbegrenzer (11, 12) angeordnet sind.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtung eine Fördereinrichtung (10) zur Umwälzung eines konstanten Volumens aufweist, die einerseits mit den Zweigrohren (5, 6) an einer Stelle verbunden ist, welche zwischen den Strömungsbegrenzern (11, 12) liegt und andererseits mit dem Verbindungsrohr (3,4) an einer Stelle, die zwischen den Anschlüssen der Zweigrohre (5, 6) mit dem Verbindungsrohr (3, 4) liegt, um eine konstante Strömungsmenge von 2q zu fördern, wobei die Strömungsbegrenzer (11, 12) derartig dimensioniert sind, daß durch die Zweigrohre (5,6) jeweils eine gleichgroße Strömungsmenge q strömt.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Übergangsrohrabschnitte (2, 17) an den Enden des Verbindungsrohres venturiförmig ausgebildet sind.