DE2601143C2 - Massendurchsatzmesser - Google Patents

Description

a) als Hohlkörper ein Pendel (2), dessen Masse, Steifigkeit und Querschnitt in der Schwingebene derart gewählt sind, daß das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz der Pendelschwingungen und der Eigenfrequenz der Schwingungen des Mediums innerhalb des Pendels (2) in dessen Schwingebene kleiner ist als 0,1,

b) ein Frequenzmesser zum Bestimmen der Resonanz-Frequenz der Pendelschwingungen und

c) ein Druckmesser (29) zum Bestimmen des Drucks des Mediums

vorgesehen sind.

2. Massendurchsatzmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein luftdichtes Gehäuse (1), in dem das Pendel (2) durch eine elektromagnetische Spule (17) zu Schwingungen erregbar befestigt ist und an dem eine elektromagnetische Spule (26) zum Umformen der Geschwindigkeit der Pendelschwingungen in elektrische Signale angeordnet ist und mit dessen Innerem (30) der Druckmesser (29) über ein Rohr (23) verbunden ist, durch einen an einem Eingang (33) mit der Spule (26) für die Umformung der Geschwindigkeit der Pendelschwingungen und an einem Ausgang (34) mit der Spule (17) Tür die Schwingungserregung verbundenen Verstärker (32), durch einen an einem Eingang (35) mit der Spule (26) für die Umformung der Geschwindigkeit der Pendelschwingungen und an einem Ausgang (37) mit einem Steuereingang (38) des Verstärkers (32) verbundenen automatischen Verstärkungsregler (36), durch einen mit einem Eingang (39) an den Ausgang (37) des Verstärkungsreglers angeschlossenen ersten Spannungs-Frequenz-Umformer (40), dessen Ausgangsfrequenzsignal dem Massendurchsatz des Mediums proportional ist und mit dem ein erster Nullsteller (43) und ein erster Umformsteilheitssteller (46) verbunden sind, durch einen Frequenz-Spannungs-Umformer (47) und durch einen zweiten Spannungs-Frequenz-Umformer (51), dessen Ausgangsfrequenzsignal der Dichte des Mediums proportional ist und mit dem ein zweiter Nullsteller (54) und ein zweiter Umformsteilheitssteller (57) verbunden sind.

3. Massendurchsatzmesser nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Geber (58) für eine Messung des wirklichen Gasvolumengehalts eines Gas-Flüssigkeits-Mediums im Inneren des Pendels (2) und durch einen mit seinem Eingang (64) an den Ausgang dieses Gebers (58) angeschalteten dritten Spannungs-Frequenz-Umformer (65), dessen Ausgangsfrequenzsignal dem wirklichen Gasvolumengehalt des Mediums proportional ist.

4. Massendurchsatzmesser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (2) einen von dem zu messenden Medium durchströmten Kanal (72) enthält, dessen Querschnitt senkrecht zur Schwingebene eine langgestreckte Form aufweist

5. Massendurchsatzmesser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (2) einen von dem zu messenden Medium durchströmten Kanal (72) enthält, dessen Querschnitt senkrecht zur Schwingebene Kreisform aufweist.

15 Die Erfindung betrifft einen Massendurchsatzmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Messung des Massendurchsatzes von Einzelkomponenten bei Zweiphasenmedien ist wichtig in der chemischen und Nahrungsmittelindustrie, bei der Erdölförderung und in der Erdölverarbeitungsindustrie sowie bei der Ermittlung des Massendurchsatzes von staubförmigem Schüttgut und Suspensionen bei deren Transport in Rohrleitungen.

Es ist ein Verfahren zur Ermittlung von Einzelkomponenten büi Zweiphasenmedien bekannt, das in einer Vortrennung des Gemisches in Komponenten und in der Messung der durchströmenden Masse einer jeden Komponente besteht. Dieses Verfahren ist kompliziert und ungenau, da die Meßgenauigkeit von der Güte der Gemischtrennung abhängig ist.

Es ist ein Verfahren zur Messung der Durchflußmenge der Einzelbestandteile von Zweikomponentenströmen bekannt (vgl. z. B. SU-Erfinderschein 1 89 170), bei dem das ausströmende Volumen und die durchströmende Masse des Zweikomponentenstroms durch Volumenabfluß- bzw. Massendurchsatzgeber, die entsprechend nacheinander stromabwärts angeordnet sind, gemessen werden.

Die den gemessenen Werten des ausströmenden Volumens und des Massendurchsatzes entsprechenden Signale werden einem Rechner zugeführt, der ein System aus zwei Gleichungen in bezug auf Variablen berechnet, welche den Volumenabfluß und Massendurchsatz der Einzelkomponenten darstellen. Dabei wird der Einfluß des Schlupfwertes auf die Ergebnisse der Messung des Durchsatzes von Stromkomponenten nicht berücksichtigt. In diesem Falle wird die Meßgenauigkeit von den Inhomogenitäten in der Stromstruktur und in der Struktur der Geschwindigkeits- und Druckfelder beeinflußt, die an verschiedenen Stellen der Rohrleitung unvermeidlich auftreten.
Die oben erwähnten Probleme führen dazu, daß die Anzeigen der Volumenabfluß- bzw. Massendurchsatzgeber, die mit dem Strom an verschiedenen Querschnitten der Rohrleitungen in Wechselwirkung stehen, schwer einer Korrelation zu unterziehen sind. Außerdem ist es nötig, bei Benutzung von weit verbreiteten Durchsatzgebern mit mechanischen Gliedern, die mit dem Strom in Wechselwirkung stehen (Kleinturbinen. Stromlinienkörper, konvergente Vorrichtungen), den Einfluß des als ersten stromabwärts angeordneten Gebers auf den weiter im Strom liegenden Geber aus-

b5 zuschließen.

Es ist ein Verfahren zur Messung des Durchsatzes von Flüssigkeit und Gas im Strom eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches bekannt, das für luftdichte Erdöl- und

Gastanklager entwickelt wurde, in denen Erdöl und Gas gemeinsam in einer Rohrleitung strömen (vgl. z. B. »Geräte und Steuersysteme«, Nr. 10,1972, Seiten 18-20). Zur Messung der Durchflußmenge nach diesem Verfahren werden ein rotierender Volumenmesser benutzt, nach dem der Wert des Gemisch-Volumendurchsatzes ermittelt wird, und eine Drossel, z. B. eine Normblende. Wenn der durch das Meßgerät ermittelte Gemisch-Volumendurchsatz und das Druckgefalle an der Blende bekannt sind, kann die Dichte des Gas-Flüssigkeits- n> Gemisches berechnet werden. Die Dichte der Flüssigkeit und des Gases werden als bekannt angenommen und der zeitlich ausströmende Gasvolumengehalt sowie die Durchflußmenge von Flüssigkeit und Gas im Gemisch ermitteli. Dabei wird angenommen, daß der ι; wirkliche Gasvolumengehalt dem zeitlich (pro Sekunde) ausströmenden Gasgehalt gleich ist. Eine solche Annahme fuhrt zu großen Meßfehlern. Um Meßfehler bis 3-4% zu erhalten, wird für jedes zu messende Gemisch eine Sondereichung der Blende und des VoIu- > <> menmessers vorgenommen. Die Normblenden, die zur Ermittlung der Durchflußmenge einer Einphasenflüssigkeit berechnet sind, können nur unter der Bedingung eingesetzt werden, daß der Blenden-Modul mindestens 0,5 beträgt; dabei ist es erforderlich, daß der Gasgehalt r, im Gemisch den Wert 0,5 nicht übertrifft. In der Praxis steigt dieser Wert bis 25 an.

Die Mehrheit der bekannten Verfahren zur Messung der durchströmenden Masse einzelner Komponenten bei Zweiphasenmedien wendet einen Massendurch- n< fiußmesser an, dessen Meß-Eigenschaften den Meßfc.hler in erheblichem Maße bestimmen.

Es sind auch Vibrations-Massendurchflußmesser bekannt, für die eine einfache und zweckmäßige Bauart sowie das Fehlen von rotierenden Teilen und dem j= Strom entgegenwirkenden Gliedern typisch sind. Die Vibrations-Massendurchflußmesser sind auch in ihren Anzeigen von der Zähigkeit des zu messenden Mediums unabhängig.

Es ist auch ein Vibrations-Massendurchflußmesser der eingangs genannten Art bekannt (vgl. DE-OS 14 98 438 bzw. US-PS 30 80 350), der ein freitragendes Rohrleitungsstück enthält, durch das der Strom des zu messenden Mediums läuft und störungslos in einen Beliälter abfließt. Das Rohrstück schwingt mit einer konstanten Frequenz, die der Resonanzfrequenz nahekommt. Der Durchflußmesser enthält auch eine Vorrichtung, die das Rohrstück in eine Schwingungsbewegung in bezug auf eine zur Rohrachse senkrechten Achse versetzt, und eine Vorrichtung, die die Schwingungsamplitude des Rohrstücks mißt. Außerdem enthält der Durchflußmesser eine Vorrichtung, die die Amplitude des Rohrstücks konstant hält, und eine Vorrichtung zur Messung des am Rohrstück angreifenden Momentes. Wird eine konstante Amplitude der Schwingungen eingehalten, so ist der Momentemvert der durchströmenden Masse proportional. Mit diesem Durchflußmesser kann aber der Massendurchsatz von Zweiphasengemischen nicht gemessen werden, da sich bei der Messung der durchströmenden Masse von Zwei- t>o phasenmedien mit variablem Phasenverhältnis die Schwingungsfrequenz des Rohrstücks ändern wird, was eine Störung des linearen Zusammenhangs zwischen Moment und Massendurchsatz und somit eine erhebliche Erhöhung des Meßfehlers verursacht. <,■>

Es ist ein Vibraüons-Massendurchflußmesser bekannt (vgl. z. B. SU-Erfinderschein 2 43 860, Schischkin und Riwkin oder »Geräte und Steuersysteme«, Nr. 11, 1972, Seiten 22-24), der ein freitragendes, gedämpften Schwingungen unterworfenes Rohr enthält. Am freien Ende des Rohrs ist ein Gewicht befestigt, das die Resonanzfrequenz der Rohrschwingungen stabilisiert, um den Einfluß der Änderungen des spezifischen Mediumgewichtes auszuschließen und die Meßgenauigkeit des Durchsatzes von Zweiphasenmedien zu erhöhen. Das Rohr ist in einem luftdichten Gehäuse angeordnet, wodurch Messungen unter Hochdruck möglich sind. Der Durchflußmesser enthält auch einen Elektromagneten zur Erregung von Rohrschwingungen, einen Umformer zur Umformung von mechanischen in elektrische Schwingungen und eine Schaltung zur Messung des Dämpfungsdekrementes, das dem zu messenden Massendurchsatz proportional ist.

Dieser Durchflußmesser ist ebenfalls nicht zur Messung der Durchflußmenge von Einzelkomponenten bestimmt, da die vom Durchflußmesser kommenden Erfassungssignale nur einem Kennwert, der durchströmenden Masse des Gemisches, proportional sind.

Es ist auch ein Vibrations-Massendurchflußmesser bekannt (vgl. z. B. US-PS 32 18 851), derein luftdichtes Gehäuse und ein in diesem Gehäuse durch Flachfedern befestigtes Rohrstück enthält. Der Meßmediumstrom läuft durch das Rohrstück, das den Strom in eine Schwingbewegung versetzt. Der Durchflußmesser enthält auch eine Vorrichtung zur Erregung von Schwingungen und einen Umformer, der ein der Schwinggeschwindigkeit proportionales elektrisches Signal erzeugt.

Die Einrichtung zur Messung der Schwinggeschwindigkeit des Rohres und die Vorrichtung zur Erregung dieser Schwingungen sind durch einen Verstärker verbunden und bilden gemeinsam mit dem Rohrstück einen elektromechanischen Generator. Die Schwinggeschwindigkeit des Rohrstücks wird örtlich konstant gehalten, und zwar durch automatische Regelung des Verstärkungsfaktors am Verstärker mittels eines automatischen Regelkreises. Die Energie, die dabei dem Schwingrohrstück zugeführt wird, ist dem Massendurchsatz des zu messenden Mediums proportional.

Die Bauart des Durchflußmessers ermöglicht es jedoch nicht, den Massendurchsatz einer jeden Komponente von Mehrphasenmedien zu messen. Das Ausgangssignal des Durchflußmessers ist nur dem Massendurchsatz eines Einphasenmediums proportional und enthält keine Information, durch die man die Durchflußmengen von Einzelkomponenten des Mediums ermitteln könnte.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Massendurchsatzmesser von Einzelkomponenten eines Gas-Flüssigkeits-Mediums zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfinJungsgemäß durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Massendurchsatzmesser nach dem Patentanspruch 1 wird bevorzugt dadurch betrieben, daß man durch das hohle Pendel einen Strom des zu messenden Gas-Flüssigkeits-Mediums strömen läßt, das Pendel in mechanische Schwingungen versetzt, örtlich eine konstante Schwinggeschwindigkeit des Pendels einhält, die zum Einhalten einer örtlich konstanten Schwinggeschwindigkeit erforderliche Energie mißt, den Massendurchsatz des Mediums proportional der gemessenen Energie bestimmt, die Resonanz-Frequenz der Pendelschwingungen mißt, die Durchschnittsdichte des

Mediums proportional der gemessenen Resonanz-Frequenz der Pendelschwingungen bestimmt, den Mediumdruck im Inneren des Pendelgehäuses mißt und den Massendurchsatz jeder Komponente des Mediums aus folgenden Formeln ermittelt:

G₁=-

C, -w

Pi

O₂ = ·

Pi

(1)

(2)

10

C₂ = (1 -C)_Pj,

C₂, C_}, C₄ = während der Geräteeichung bestimmte

Proportionalitätsfaktoren,
P₃ = Erdöldichte,

P₄ = Wasserdichte,

Pi = Pz + (P4 -Pi) σ,

wird der Gasgehalt durch a·, =<r(l - σ) ausgedrückt und der Durchsatz jeder Komponente der Flüssigkeitsphase aus folgenden Formeln berechnet:

= £l G₁ · (1 - σ)

Pi

15

G) = Massendurchsatz der flüssigen Phase, G₂ - Massendurchsatz des Gases, α, = Gasgehalt, der sich aus nachstehender Formel errechnet:

G₄ = BL

Pi

1 -

α, - P-

P\

P\

P\

(3)

Gi = Erdölmassendurchsatz,
G₄ = Wasseimassendurchsatz.

Wird für ein Zweiphasen-Dreikomponenten-Medium zusätzlich im Pendel der wirkliche Gasvolumengehalt φ , gemessen, so wird der Gasgehalt a·, aus der nachstehenden Formel ermittelt:

— = Verhältnis der Durchschnittsdichte ρ des

30 C₄- φ

(7)

W =

C₁

Mediums zur Dichte /J₁ der flüssigen Phase, = Gasphasendichte bei Normaldruck, = dimensionslose Größe, die angibt, um wieviel der gemessene Druck höher ist als der für eine Einheit angenommene, Energie, die zur Kompensierung der bei Pendelschwingungen entstehenden Verluste erforderlich ist,

(von Formel [I]) und C (von Formel [3]) = während der Geräteeichung bestimmte Proportionalitätsfaktoren.

wobei die Dichte p_x der flüssigen Phase aus der Formel berechnet wird,

Pi = Ps ⁺ (J>6 -Ps)O\

(8)

Bei Messungen an einem Erdöl-Wasser-Gas-Medium, bei dem der Gasfaktor α einen konstanten Wert für jede Lagerstätte hat und gleich dem Verhältnis zwischen Gasvolumendurchfluß Q₂ und Erdölvolumendurchfluß Q₃ ist und der Gasgehalt α_λ nur vom Wassergehalt σ abhängig ist, der aus folgender Formel ermittelt wird:

P₅ = Dichte der ersten Komponente der flüssigen Phase,

Pb > Ps,

σ, = Gehalt der ersten Komponente der flüssigen Phase in eben dieser flüssigen Phase, der aus der folgenden Formel ermittelt wird:

-φ)+Pi ■ φ-ρ

(9)

50 und der Durchsatz jeder Komponente der flüssigen Phase wird nach folgenden Formeln bestimmt:

2b±V4b^J-4aC 2a

(4)

BL-G₁H -σ,)
Pi

55 G₆=-
Pi

- σ,

(10)

(H)

_r -Cp₂,

= (1 -C) (2p₃-p₄),

60

65 G₅ = Massendurchsatz der ersten Rüssigkeitsphasenkomponente,

Gs — Massendurchsatz der zweiten Flüssigkeitsphasenkomponente.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Massendurch-. satzmesser ermöglicht es, den Massendurchsatz einer jeden Komponente eines Zweiphasen-Dreikomponenten-Gemisches zu ermitteln. Dabei ist es insbesondere

möglich, den Gehalt an Erdöl, Wasser und Begleitgas in unsepariertem Erdöl zu ermitteln und somit den Abscheidungsprozeß im Meßseparator für Erdöl-Wasser- Gas-Gemische, der heute weitgehend benutzt wird, zu eliminieren. Die Messungen können in einem weiten dynamischen Bereich ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Massendurchsatz von zähen Gemischen mit einer Zähigkeit bis 1000 cSt gemessen werden. Dank des Fehlens von rotierenden Teilen, die den Strom des Meßmediums stören könnten, wird die Meßzuverlässigkeit erhöht, und außerdem kann die Anzahl der Kontroll- und Meßgeräte zur Messung des Massendurchsatzes eines Zweiphasenmediums wesentlich vermindert werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispieler. und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt und ein Blockschaltbild für einen Massendurchsatzmesser zum Bestimmen des Massendurchsatzes von Einzelkomponenten eines Zweiphasenmediums;

F i g. 2 eine spezielle Ausführungsform für das Pendel in einem solchen Massendurchsatzmesser;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Pendel von Fig. 2 entlang der Schnittlinie HI-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch das Pendel von Fig. 1 entlang der Schnittlinie IV-IV m Fig. 1;

Fig. S einen Schnitt durch das Pendel von Fig. 1 entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 1 für eine zweite Ausführungsform des Pendels; und so

F i g. 6 eine Verstärker-Kennlinie, bei der auf der Ordinate der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, auf der Abszisse aber die gleichgerichtete Spannung angegeben ist, die von einem Elektromagneten für die Umformung der Schwinggeschwindigkeit abgenommen wird.

Der dargestellte Massendurchsatzmesser zur Messung des Massendurchsatzes von Einzelkomponenten eines Zweiphasenmediums G enthält ein luftdichtes Gehäuse 1, in dem ein hohles Pendel 2 angeordnet ist, das aus einem starkwandigen Oberteil 3, einem dünn- 4C wandigen Mittelteil 4 und einem verdickten Unterteil 5 besteht, von denen das Oberteil 3 zur Befestigung des Pendels 2 im Gehäuse 1 dient, das Mittelteil 4 die Funktion einer elastischen Aufhängung hat und das Unterteil 5 das Gewicht des Pendels 2 verkörpert.

Das Oberteil 3 des Pendels 2 stützt sich entlang des Umfangs einer unteren Stirnfläche 6 gegen einen Ringvorsprung 7 im Gehäuse 1 ab. Bei der hier beschriebenen Ausführungsart ist das Oberteil 3 des Pendels 2 mit einem Dichtungsring 8 versehen. so

Oben und unten ist das Gehäuse 1 mit Flanschen 9 bzw. ΙΟ versehen, die zum Anschluß des Gehäuses 1 an eine Rohrleitung bestimmt sind, in der das Medium G strömt

Die mechanischen Schwingungen des Pendels 2 werden durch einen Elektromagneten 11 erregt, der einen aus hartmagnetischem Werkstoff ausgeführten Zentralstab 12 eines Kerns 13 enthält Der Elektromagnet 11 sitzt im Gehäuse 1, das aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt ist Bei der hier beschriebenen Aus- eo führungsart enthält das Gehäuse 1 Einsätze 14,15 und Ii, die unter dem Elektromagneten Il angeordnet sind und aus weichmagnetischem Werkstoff, z. B. aus APMKO, gefertigte Platten zur Verminderung der Streufelder darstellen. Eine Spule 17 des Elektr'omagneten 11 hat zwei Wicklungsenden 18 und 19.

Ein Elektromagnet 20 dient zur Umformung der Scbwinggeschwindigkeit des Pendels 2 in ein elektrisches Signal. Ein Zentralstab 21 eines Kerns 22 im Elektromagneten 20 ist aus einem hartmagnetischen Werkstoffausgeführt. Der Elektromagnet 20 ist ebenfalls im Gehäuse 1 angeordnet. Bei der hier beschriebenen Ausfuhrungsart enthält das Gehäuse 1 drei Einsätze 23,24, 25 aus weichmagnetischem Werkstoff. Eine Spule 26 des Elektromagneten 20 hat zwei Wicklungsenden 27 und 28.

Der Durchsatzmesser besitzt weiter einen Druckmesser 29, der zur Druckmessung im Inneren 30 des Gehäuses 1 bestimmt ist. Der Druckmesser 29 ist über ein Rohr 31 mit dem Inneren 30 des Gehäuses 1 verbunden. Das Rohr 31 wird an das Gehäuse 1 auf beliebige bekannte Art, z. B. durch das Schweißen, angeschlossen. Als Druckmesser 29 wird ein beliebiges bekanntes Gebergerät mit elektrischem Ausgangsfrequenzsignal/] benutzt.

Die Blockschaltung zur Messung der Wandlersignale enthält einen Verstärker 32 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, der zur Verstärkung des Ausgangssignals des Elektromagneten 20 bestimmt ist. Der Verstärker 32 ist nach der bekannten Schaltung eines Analog-Multiplikators ausgeführt (vgl. z. B. Schilo W. L. »Lineare integrierte Schaltungen bei nachrichtenelektronischen Geräten«, Moskau, Verlag »Sowjetischer Rundfunk«, 1974, S. 163).

Ein Eingang 33 des Verstärkers 32 ist an das Wicklungsende 27 des Elektromagneten 20 angeschaltet. An den Ausgang 34 des Verstärkers 32 ist das Wicklungsende 18 des Elektromagneten 11 für die Schwingungserregung angeschaltet.

Mit dem Eingang 33 des Verstärkers 32 ist der Eingang 35 eines automatischen Verstärkungsreglers 36 verbunden. An den Ausgang 37 des automatischen Verstärkungsreglers 36 sind der Steuereingang 38 des Verstärkers 32 und der Eingang 39 eines ersten Spannungs-Frequenz-Umformers 40 angeschlossen. Das Ausgangsfrequenzsignal f₂ des Spannungs-Frequenz-Umformers 40 ist ein Wechselstrom, dessen Frequenz dem Massendurchsatz des zu messenden Mediums proportional ist. An den Eingang 41 des Spannungs-Frequenz-Umformers 40 ist der Ausgang eines Nullstellers 43 angeschaltet, der nach einem bekannten Schaltplan ausgeführt ist; (vgl. z. B. Schilo W. L., a. a. O., 1974, S. 128, Fig. 4, 13 a).

An den Eingang 44 des Spannungs-Freqüenz-Umformers 40 ist der Ausgang 45 eines Umformsteilheitsstellers 46 angeschaltet, der ein Potentiometer darstellt.

Die Blockschaltung enthält weiter einen Frequenz-Spannungs-Umformer 47, der zur Umformung der Schwingfrequenz des Pendels 2 in eine Spannung bestimmt und nach einer bekannten Schaltung ausgeführt ist (vgl. z. B. P. W. Nowizki, W. G. Knorring, W. S. Gutnikow, »Digitalgeräte mit Frequenzgebern«, Verlag »Energie« Leningrad, 1970, S. 275-276, Fig. 10-32). Der Eingang 48 des Umformers 47 ist mit dem Wicklungsende 27 des Elektromagneten 20 verbunden.

Der Ausgang 49 des Frequenz-Spannungs-Umformers 47 ist mit dem Eingang 50 eines zweiten Spannungs-Frequenz-Umformers 51 verbunden.

Das Ausgangsfrequenzsignal/₃ des Spannungs-Frequenz-Umformers 51 ist ein Wechselstrom, dessen Frequenz der Durchschnittsdichte ρ des zu messenden Zweiphasenmediums proportional ist

An den Eingang 52 des Spannungs-Frequenz-Umformers 51 ist der Ausgang eines zweiten Nullstellers 54 angeschaltet, der dem Nullsteller 43 ähnlich ist An den Eingang 55 des Spannungs-Frequenz-Umformers 51 ist

der Ausgang 56 eines Umformsteilheitsstellers 57 angeschaltet, der dem Umformsteilheitssteller 48 ähnlich ist.

Zur Ermittlung des Massendurchsatzes einer jeden Komponente des Zweiphasen-Dreikomponenten-Mediums ist ein Geber 58 für den wirklichen Gasvolumengehalt vorgesehen. Bei der hier beschriebenen Ausfuhrungsart ist dieser Geber 58 ein Funkisotopmeßgerät zur Ermittlung des wirklichen Gasgehaltes (vgl. z. B. W. L. Mamajew, G. A. Odischarin »Hydrodynamik der Gas-Flüssigkeits-Gemische in Rohrleitungen«, Verlag »Njedra«, Moskau, 1969, S. 92-95).

Der Geber 58 enthält eine Quelle 59 für radioaktive Strahlung, die am Gehäuse 1 liegt, und ein Strahlungsintensitätsmeßgerät 60, das an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist.

Das Ausgangssignal vom Meßgerät 60 wird dem Eingang 61 eines Verstärkers 62 zugeführt, der am Ausgang eine Integriervorrichtung aufweist. Der Ausgang 63 des Verstärkers 62 ist an den Eingang 64 eines dritten Spannungs-Frequenz-Umformers 65 angeschaltet.

Das Ausgangsfrequenzsignal /₄ des Spannungs-Frequenz-Umformers 65 ist proportional dem wirklichen Gasgehalt.

Es kann auch eine Ausführungsart genommen werden, bei der der Geber 58 zur Messung des wirklichen Gasgehaltes ein Kondensatorwandler für den wirklichen Gasgehalt ist (vgl. z. B. Hoodenkorn C. L, Chemical Eng. Sc. Nr. 9, Nr. 4, 1959).

In solchem Falle ist das Unterteil 5 (Fig. 2) des Pendels 2 aus einem Isolationswerkstoff ausgeführt. Am Unterteil 5 sind zwei Metallplatten 66 und 67 (Fig. 3) befestigt, die die Beläge des Kondensatorwandlers bilden. An die Platten 66 und 67 (Fig. 2) sind elektrische Leitungen 68 bzw. 69 angeschlossen, die mit einem Sekundärgerät 70 zur Kapazitätsmessung verbunden -werden.

Der Ausgang 71 des Sekundärgerätes 70 ist mit dem Eingang 64 des dritten Spannungs-Frequenz-Umformers 65 verbunden.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsart enthält das Pendel 2 einen Kanal 72 (Fig. 4), dessen Querschnitt eine in der zur Pendelschwingebene senkrechten Richtung gestreckte Form aufweist und beispielsweise ein Rechteck ist. Dabei sind die mit der Schwingebene des Pendels 2 zusammenfallende Querschnittsgröße und die Steifigkeit des dünnwandigen Mittelteils 4 (Fig. 1) des Pendels 2 so gewählt, daß das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz der Schwingungen des Pendels 2 und der Eigenfrequenz der Schwingungen des im Kanal 72 des Pendels vorhandenen Meßmediums in der Schwingebene des Pendeis 2 weniger als 0,1 beträgt.

Das dünnwandige Mittelteil 4 (Fig. 1) des Pendels 2 ist mit Steifigkeitsrippen73 versehen, die zur Verminderung der Verformung der "Wände am Mittelteil 4 des Pendels 2 infolge des Druckgefälles bestimmt sind, das am Pendel 2 bei dessen Durchströmung entsteht.

Es kann weiter eine Ausführungsart des Kanals 72 im Pendel 2 vorgesehen werden, bei der der Querschnitt einen Kreis (F i g. 5) darstellt, dabei sind dann der Kreisdurchmesser d, die Masse des Pendels 2 und seine Steifigkeit so gewählt, daß das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz der Schwingungen des Pendels 2 und der Eigenfrequenz der Schwingungen des im Kanal 72 im Pendel 2 vorhandenen Meßmediums in der Schwingebene weniger als 0,1 beträgt

Das dünnwandige Mittelteil 4 des Pendels 2 hat zwei gegenüberliegende Längsvorsprünge 74, die zur Erzeugung einer Anisotropie der Biegefestigkeit am Mittelteil 4 (Fig. 1) des Pendels 2 bestimmt sind.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Durchsatzmessers wird nachstehend eine vereinfachte Theorie dargestellt.

Die Differentialgleichung für die Momente des schwingenden Pendels 2 hat folgende Gestalt:

, Θ + (B+1¹ G) Θ + kl ■ Θ = Λ/,

ίο mit

(12)

(13)

J₁- trägheitsmoment des mit Meßmedium

gefüllten Pendels 2,

J₁ - Trägheitsmoment des leeren Pendels 2,
J₃ - Trägheitsmoment des im Pendel 2 enthaltenen Mediums,
/ - Länge des Pendels 2,

B - Energieeigenverluste im schwingenden Pendel 2,
G = G_x +G₁ = Gesamtmassendurchsatz

= Massendurchsatz G, der flüssigen Phase + Massendurchsatz G_: des

Gases,

k - Biegefestigkeit des Pendeis 2,
Θ - Drehwinkel des Pendels 2,
θ - Geschwindigkeit der Drehwinkeländerung des Pendels 2,

θ - Beschleunigung der Drehwinkeländerung des Pendels 2.

Die Schwingungsgeschwindigkeit θ des Pendels 2 wird in ein proportionales elektrisches Signal Λ', θ umgeformt, wobei A', = Koeffizient der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem Elektromagneten 20 für die Umformung der Schwinggeschwindigkeit und dem Pendel 2 ist; Moment M, das durch den Elektromagneten 11 für die Schwingungserregung erzeugt wird, ergibt sich dann zu:

M = Κ· Κ_λ· θ

(14)

*--> K ist hier der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 32, der den Elektromagneten 20 Tür die Umformung der Schwinggeschwindigkeit mit dem Elektromagneten 11 für die Schwingungserregung verbindet.

Durch Einsetzen von (14) in Gleichung (13) erhält

so man:

J_x ■ Θ + (B^I²G-KK₁) ■ Θ + kl ■ θ = 0 (15)

Bei einem stabilen Schwingungszustand, wenn die dem Pendei 2 zugeführte Energie derjenigen gleich ist, die durch das schwingende Pendel 2 bei dessen Durchströmung durch das Meßmedium verbraucht wird, gilt die Gleichung:

²G-KX₁) θ = 0

daraus folgt

I²G-KK₁ = 0.

(16)

07)

Die Schwingungen des mit dem Meßmedium gefüllten Pendels 2 verlaufen mit einer Resonanzfrequenz:

Π 12

, _ A- ■ / _ A: ■ / _ /c_/ gangsstromes ;', zur Speisung des Elektromagneten 11

^ω J / j_} \ / _Wj \ und der Spannung U_x, die dem Eingang 33 des Verstär-

•M 1 + -J-J h U ⁺ — ) kers 32 vom Elektromagneten 20 zugeführt wird:

p₇ S₇ Offenbar muß zur Erhaltung linearer Abhängigkeit

des Wertes G von K der Wert U_x konstantgehalten wer-Hierbei ist io den.

Die Konstanz des Wertes von U_x wird durch Änderung

2 ₌ k · I des Stromwertes /, eingehalten, was durch Regelung des

^ω° J₂ Faktors AT des Verstärkers 32 erreicht wird. Der Verstär

ker 32 hat eine Kennlinie, die in Fi g. 6 dargestellt und

die Frequenz der Eigenschwingungen des leeren Pen- 15 durch die Gleichung (24) gegeben ist: dels 2.
Außerdem sind K = K_max(\ - S₀ · U₂) (24)

ρ - Dichte des Meßmediums mit

ρ, - Dichte des Werkstoffs des Pendels 2 20

S - Durchströmquerschnittsfläche des Kanals U₂ - Spannung zur Regelung des Verstärkungs-

72 im Pendel 2 faktors des Verstärkers 32

S₇ - Querschnittsfläche des Pendel 2 K_max = maximaler Verstärkungsfaktor K des Ver- K₂ - Proportionalitätsfaktor. stärkers 32

25 S₀ = Kennliniensteilheit

*2 = ^~^ (20) Spannung U₂ = K₅(U_x - U₃) (25)

m₃ - Masse einer Längeneinheit des mit Meßme- mit

dium gefüllten Pendels 2, 30

m₂ - Masse einer Längeneinheit des leeren Pen- K₅ = Verstärkungsfaktor des automatischen

dels 2. Verstärkungsregler 36

£/3 = Vergleichsspannung des automatischen

Die Gleichung (18) kann in bezug auf die Meßme- Verstärkungsreglers 36.

diumdichte gelöst und umgeformt werden: 35

Aus den Gleichungen (22) und (24) folgt:

⁽²¹⁾ S₀U₂ = I-A-BG (26)

mit

/0 -

Die Gleichung (21) gibt die Beziehung zwischen der 45 Dichte des Zweiphasenmediums und der zu messenden Frequenz/ an.

Aus der Gleichung (17) erhält man:

Q _ _f^_ _ jf_ /22\ ^3U °° "^^{2 mia} * " ( '

¹ ' Subtrahiert man Gleichung (26) von Gleichung (27),

mit so erhält man:

α = -J-, ft, --[L. ⁵⁵ AU₂=_Ulmax-u₂=^--G, (28)

Somit ist der Massendurchsatz des Gemisches pro- hieraus folgt portional abhängig vom Verstärkungsfaktor des Verstär kers 32, der den Elektromagneten 20 mit dem Elektro- 60 c = — ■ AU = K ■AU ί29ϊ magneten 11 koppelt, da der zweite Term B ^{3 2}

a _ B d. h. der Massendurchsatz G des Zweiphasenmediums

"Γ ψ ist proportional der Spannungsänderung bei der Rege-

65 lung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 32.

für ein bestimmtes Pendel 2 eine feste Größe ist. Der Wegen Verstärkersfaktor K des Verstärkers 32 ist gleich dem

Wert des Verhältnisses zwischen dem Wert des Aus- G = G_% + G₁

40	mit A	also	So-	α bx	Pendel, so	gilt
	Fehlt	K ' K "■max "-max		U2 = U2max,
	G	das Meßmedium im
45	- 0, Uy = Ulmax,
50	■ U2max = 1 - A

ft

G₁ = ρ, ■ ft, G₂ = p₂ft und α, = -^- (30)

kann die Gleichung für den Durchsatz der flüssigen Phase wie folgt geschrieben werden:

(31)

Somit iiiind die zwei wichtigsten Ausgangsformeln (21) und (31) zur Ermittlung des Massendurchsatzes der komponenten eines Zweiphasenmediums erhalten.

Die einfachste Variante eines Zweiphasenmediums Gas/Flüssigkeit ist ein Medium, das einen Bestandteil in zwei Phasen, einer flüssigen und einer gasförmigen enthält. Die Dichte eines solchen Mediums wird durch folgende Gleichung bestimmt:

Aus Gleichung (36) ist ersichtlich, daß für Luft-Wasser-Gemische bei ausreichend großen Froude-Zahlen Fr der wirkliche Gasgehalt φ = 0,8IjS beträgt und nicht von der Froude-Zahl Fr für Gemische abhängig ist, d. h. es tritt der selbstmodellierende bzw. -formende Strömungsverlauf des Zweiphasenmediums durch das Pendel 2 ein.

Für den Fall von nicht ansteigenden und horizontalen Strömen tritt der selbstmodellierende Bewegungsablauf bereits bei Froude-Zahlen Fr > 4 ein, für den Fall von absteigenden Strömen aber tritt der selbstmodellierende Strömungsverlauf in Abhängigkeit von der Art des Zweiphasenmediums bei großen Froude-Zahlen ein.

Die Konstruktion des Pendels 2 gewährleistet die Unabhängigkeit der Größe φ von der Froude-Zahl Fr im ganzen Meßbereich:

■ß-c.%

(37)

S\ , S₂

P — P] ' ~7Γ ■■" Ρ21 ' ~ϊΓι

(32)

p_2J = P₂ · Ρ\ = Gasdichte unter Druck P₁,

= dimensionale Größe,

mit C = Koeffizient, der durch Versuche für die gegebene Bauat. des Pendels 2 und für das zu messende Medium bestimmt wird;

= — - Volumendurchsatz der Gasphase beim ° Druck P₁.

die angibt, um wieviele Mal der absolute Druck im Inneren des Gehäuses größer als der Außendruck P₃ ist, P₂ = Überdruck.

5 = Gesamtquerschnitt der Pendelöffnung,

Si, ,S₂ deren durch Flüssigkeit bzw. durch Gas bea Lifschlagte Anteile.

S, -I- S₂ = S.

(33)

Deshalb kann die Gleichung (32) auch in folgender Form geschrieben werden:

P = Ρ\ ~(Ρ\ - Pi' Ρ\)'~ξ- = Ρ\-(Ρ\- P₂- Ρ\)· φ, (34)

mit φ = wirklicher Gasvolumengehalt.

Aus Gleichung (34) erhält man für φ den folgenden Ausdruck:

P =

_ P\-P

Ρ\-Ρι·Ρ\

(35)

Zwischen dem wirklichen Gasvolumengehalt

und dem Gasgehaltdurchsatz β existiert für häufig auftretende Glas-Flüssigkeits-Gemische eine empirische Abhängig.ceit für φ von β und von der Froude-Zahl Fr (vgl. z. B. Mamajew W. A., Odischarija G., Semjonow N. I., Totschigin A. A., »Hydrodynamik der Gas-Flüssigkeits-Gemische in Rohrleitungen«, Verlag »Njedra«, 1969, S. 146, Fig. 56 und 57):

φ = 0,81./3(I -

^u/w

(36)

Wegen

a +

(38)

„ _ ft "■ft

ft ft

C-.

(39)

Von den in Gleichung (35) enthaltenden Größen sind bekannt: Flüssigkeitsdichte p,, Gasdichte p₂\ P₂ wird gemessen; die Dichte ρ des Gemisches wird aus Gleichung (21) ermittelt;/₀ = const., die Schwingungsfrequenz/ des Pendels 2 wird gemessen; φ wird nach Gleichung (35) ermittelt und α, wird nach Gleichung (39) bestimmt.

Nach Bestimmung von a-, und Einsetzen in die Gleichung (31) erhält man den Massendurchsatz G₁ der flüssigen Phase des Meßmediums. Das zeitlich ausströmende Gasphasenvolumen wird aus der Formel

Pi

(40)

bestimmt.

Für Erdölbohrungen, die ein Gemisch aus Erdöl, Wasser und Gas liefern, bei dem die flüssige Phase aus zwei Komponenten - Wasser und Erdöl - besteht, ist das Verhältnis α zwischen Erdöl und Gas für eine gegebene Lagerstätte eine konstante Größe und durch Folgende Gleichung angegeben:

Qi = a ■ Q₃

(41)

mit a = Gasfaktor (Gas/Öl-Verhältnis). Infolge Kon-

stanz des zeitunabhängigen Gasfaktors, der für die gegebenen Meßverhältnisse einen bekannten Wirt darstellt, kann der Massendurchsatz einer jeden Komponente des Erdöl-Wasser-Gas-Mediums ohne zusätzliche Messungen ftrmittelt werden.

Indem man nach Gleichung (11) die Mediumdichte ρ berechnet, wird dann auch der Wassergehalt bestimmt Für ein Erdöl-Wasser-Gas-Medium gelten folgende Gleichungen:

Pi = Pi + (Pa - Pi) ο Ct_x = a(l - σ);

= Erdöldichte,

(42) (43)

P₄ = Wasserdichte, σ = Wassergehalt.

Da die Grö&e ρ vom Wassergehalt σ abhängig und unbekannt ist, erhält man durch Einsetzen von (35) in Gleichung (39):

Pi

Pi

Pi

(44)

Durch Einsetzen vonp, aus (42) und a_x aus (43) in die Gleichung (44) erhält man eine quadratische Gleichung, aus der der Wassergehalt σ bestimmt werden kann:

<7=1--

+ (45)

a_x

- Pi

D₂ -

Pa - Pi P

beaufschlagt sind.

Der relative Gehalt der ersten Komponente in der flüssigen Phase ist aus folgender Gleichung zu entnehmen:

Jetzt kann die Durchflußmenge der Bestandteile eines Erdöl-Wasser-Gas-Mediums aus folgenden Formeln ermittelt werden:

Pi P\ Erdöl-Durchflußvolumen

Q₄ = — = — σ

Pa P\

Wasser-Durchflußvolumen

Q₂ =

9σ

Pi

(47)

(48)

(49)

°\ = jT (Sl)

dann erhält die Gleichung (42) folgende Gestalt: Pi = Ps+ (Pi~ Ps) ■ o\ · (52)

Durch Einsetzen der Gleichung (52) in (34) erhält man a_x aus Gleichung:

Gas-Durchflußvolumen

Der komplizierteste Fall liegt vor, wenn der Durchsatz fur die Einzelbestandteile eines Mediums zu bestimmen ist, bei dem die flüssige Phase aus zwei Substanzen besteht und das Verhältnis zwischen allen Komponenten des Gemischs sich im Verlauf der Messung willkürlich ändern kann.

In diesem Falle wird der wirkliche Gasgehalt zusätzlich gemessen.

Die Durchschnittsdichte des Mediums wird nach Gleichung (21) berechnet.

Für das Verhältnis zwischen der Dichte der flüssigen Phase und den Dichten der Komponenten dieser Phase gilt folgende Gleichung:

(50)

mit p₅ und p₆ - Dichte der ersten bzw. zweiten Komponente der flüssigen Phase, und p₆ > p₅; S₅ und S₆ = Durchlaufquerschnitte des Pendels 2, die durch die erste bzw. zweite Komponente der flüssigen Phase

°\ ⁼7T

- φ) + P29 - ρ

(Pe - Ps) (1 - p)

(53)

Zur Ermittlung von a_x, G₁, G₅, G₆, Q₂ werden Gleichungen (45), (31), (47), (48), (40) benutzt, dazu wird σ, statt σ, α, statt a, G_x und ρ statt G₃ und p₃ eingesetzt.

Die Ableitung der Grundgleichungen ist unter Einhaltung von mehreren Bedingungen richtig. Für die Lösung der Gleichung (1) wurde angenommen, daß das Gas-Flüssigkeitsgemisch eine quasihomogene inkompressible Flüssigkeit mit variabler Dichte ist. Diese Annahme ist durchaus zulässig, da die Messung einer Spannung A U₁, die dem Wert des Massendurchsatzes eines Zweiphasenmediums proportional ist, und einer Frequenz, die der Durchschnittsdichte des Mediums proportional ist, während eines endlichen Zeitintervalls erfolgt, die Größen aber, die bei der Ableitung benutzt wurden, einen im Verlauf dieses Zeitintervalls angenommenen durchschnittlichen Wert haben.

Die lineare Abhängigkeit zwischen dem wirklichen und durchströmenden Gasgehalt im vorgegebenen Durchflußmengen-Meßbereich wird eingehalten, falls der Strömungsquerschnitt im Pendel 2 so angenommen wurde, daß im ganzen Meßbereich des Zweiphasenmedium-Massendurchsatzes der selbstmodellierende Ablauf des Zweiphasenstroms vorhanden ist.

Damit die Annahme der Inkompressibilität der Flüssigkeit eingehalten wird, ist ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Frequenz der Pendelschwingungen und

der Eigenfrequenz der Schwingungen des Mediums im Pendel zu gewährleisten, was durch eine bestimmte Form und Verhältnisse zwischen den geometrischen Pendelabmessungen erreicht wird, die aufgrund folgender Überlegungen gewählt werden.

An sich kann das aus Gas und Flüssigkeit bestehende Medium im Pendel 2 infolge seines Gasgehaltes nicht als inkompressibles Medium angesehen werden. Die Mediumspannung verursacht die Fntstehung von Schwingungen im Medium, die senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufen. Somit bilden Pendel 2 und das dieses Pendel 2 füllende kompressible Medium zwei verbundene Schwingungssysteme. Der Kopplungsfaktor für beide Systeme wird durch das Verhältnis zwischen den Eigenfrequenzen, zwischen der Kompressibilität des Zweiphasenmediums und der Zähigkeit des letzteren bestimmt

Zur Erzeugung von Schwingungen des Zweiphasenmediums ist eine bestimmte Energie erforderlich. Diese zusätzliche Energie verursacht einen Fehler im Wert des gemessenen Massendurchsatzes. Diese Ener gie wird durch die Pendelwände den Mediumteilchen mitgeteilt Die Schwingungen im Medium breiten sich mit Schallgeschwindigkeit aus und sind vom Wert des zeitlich ausströmenden Gasgehaltes

β =

(54)

abhängig.

Die Schwingfrequenz eines Zweiphasenmediums kann annähernd aus folgender Gleichung

'■^ci

berechnet werden, mit:

(55)

C₇ = Schallgeschwindigkeit im Medium
Δ ■- Länge des störungslosen Schallwellenweges, der in diesem Falle durch den Querschnitt des Pendelinneren bestimmt ist.

Die Schwingungen des Pendels 2 sind für das im Pendel 2 vorhandene Medium eine äußere Erregerkraft. Die Amplitude der Mediumschwingungen ist vom Verhältnis zwischen Pendelfrequenz und Mediumfrequenz und vom Wert des Dämpfungsdekrementes des Mediums abhängig. Gilt das Verhältnis

ω Pendel „ _n ,

ω Medium

wird die relative Schwingungsamplitude des Zweiphasenmediums annähernd gleich 1 sein und folglich erreicht die Energieentnahme durch das schwingende Medium ihren Minimalwert. Bei einer Erhöhung der Zähigkeit des Mediums wird diese Erscheinung bei einem größeren Verhältniswert von

ω Pendel

ω Medium

erreicht.
FaIs die Bedingung

ω Pendel . . ,

für minimale Schallgeschwindigkeiten im Zweiphasen medium (ca. 18-25 m/s) eingehalten ist, so wird in allen anderen Fällen das Verhältnis von

ω Pendel - „ .

ω Medium

noch kleiner ausfallen. Daraus folgt, daß der Einfluß der Kompressibilität des Gas-Flüssigkeits-Mediums auf die Verluste im Pendel 2 und auf die Fehlergröße bei der Messung des Massendurchsatzes des Mediums kleiner sein wird. Diese Bedingung kann durch ein Pendel 2 eingehalten werden, bei dem der Hohlraum die Gestalt eines flachen Kanals hat. Die Größe des Strömungsquerschnitts im Kanal des Pendels, die mit der Schwingungsebene übereinstimmt, ist so gewählt, daß die Einhaltung der Bedingung

ω Pendel - „ ,

ω Medium

gewährleistet ist, das Verhältnis zwischen der erwähnten Größe und der Breite des Kanaldurchlaufquerschnittes aber sorgt für den selbstmodellierenden Ablauf im erforderlichen Meßbereich der Durchflußmengen.

Die Anisotropie der Biegefestigkeit, durch die die elastische Pendelaufhängung eine minimale Steifigkeit in der Ebene aufweist, die durch die Gehäuseachse und die Mittelpunkte der Elektromagnete läuft, wird durch die Pendelgestalt selbst gewährleistet, die die Form eines steifen rechteckigen Rohres aufweist.

Der Strömungsquerschnitt im Pendel kann auch als rund angenommen werden. Bei einer solchen Form wird die Anisotropie der elastischen Pendelaufhängung durch zwei Längs vorspränge an den gegenüberliegenden Kanalwänden gewährleistet. Eine derartige Pendelgestalt ist nur möglich, wenn der Durchmesser des Strömungsquerschnittes im Pendel die Einhaltung beider Bedingungen -

ω Pendel ^ _Λ ,

ω Medium

ω Medium '

und Selbstmodellierung des Ablaufs - gewährleistet, oder falls das Pendelinnere mit Zwischenwänden versehen ist, die eine Einhaltung der erwähnten Bedingungen sicherstellen.

Der Betrieb des dargestellten Durchsatzmessers verläuft wie folgt.

Durch das hohle Pendel 2 läßt man einen Strom eines zu messenden Mediums G fließen, das ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch darstellt. Das Pendel 2 wird in mechanische Schwingungen versetzt, denen elektrische Schwingungen im Stromkreis eines elektromechanischen Generators entsprechen, der den Elektromagnet 11 für die Schwingungserregung, das Pendel 2, den Elektromagneten 20 zur Umformung der Schwinggeschwindigkeit und den Verstärker 32 mit automatisch regelbarem Verstärkungsfaktor enthält.

In diesem Stromkreis stellen sich Schwingungen ein. deren Frequenz der Resonanzfrequenz des mit dem Meßmedium gefüllten Pendels 2 gleich ist. Das Pendel 2 wirkt, indem es schwingt, mit dem magnetischen Gleichfeld des Elektromagneten 20 zusammen. Dadurch wird in der Spule 26 des Elektromagneten 20 eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert, die der Schwinggeschwindigkeit des Pendels proportional ist.

Diese variable elektromotorische Kraft U₁ wird dem Hingang 33 des Verstärkers 32 zugeführt Das verstärkte Signal wird vom Ausgang 34 des Verstärkers 32 zum Eingang 18 der Spule 17 am Elektromagneten 11 für die Schwingungserregung geleitet

Die fallende Kennlinie (Fig. 6) des Verstärkers 32 ermöglicht es, stabile Schwingungen des Pendels 2 zu erhalten. Die Amplitude der Schwingungen des Pendels 2 wird durch die Sollspannung U₂, mit der die Spannung U_x ununterbrochen verglichen wird, eingestellt

Der automatische Verstärkungsregler 36 hält den Anfangsweit der Schwingungsamplitude des Pendels 2 konstant ein. Der durch das Pendel 2 laufende Mediumstrom nimmt einen. Energieteil mit, der zum Einhalten einer konstanten Schwingungsamplitude erforderlich ist Dabei wird in dem automatischen Verstärkungsregler 36 ein Signal erzeugt, das den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 32, in dem eine Spannung U_x = U₃ - U₁ eingeführt wird, erhöht Auch der Erregerstrom, der durch die Spule 17 des Elektromagneten 11 für Schwingungserregung läuft, wird entsprechend erhöht

Aus dem Wert der Regelungsspannung A U₁ wird der Massendurchsatz des Flüssigkeitsmediums bestimmt.

Die vom Ausgang des automatischen Verstärkungsreglers 36 entnommene Regelungsspannung U₁, die dem Massendurchsatz proportional ist, wird dem Eingang 39 des Spannungs-Frequenz-Umformers 40 zugeführt, der mit dem Nullsteller 43 und dem Umformsteilheitssteller 46 ausgestattet ist Durch das Vorhandensein dieser Steller ist es für beliebige Pendel 2 möglich, unabhängig von der bei der Pendelfertigung stattfindenden Kennwertstreuung, daß alle Pendel identische Umformungskennlinien aufweisen.

Die vom Elektromagneten 20 abgenommene Spannung Ui wird dem Eingang 48 des Frequenz-Spannungs-Umformers 47 zugeführt, vom Ausgang 49 des letzteren aber dem Eingang 50 des Spannungs-Frequenz-Umformers 51, der mit dem Nullsteller 54 und dem Umformsteilheitssteller 57 ausgestattet ist

Die zweifache Umformung der Frequenz und Spannung υ_λ ist zur Erzeugung von identischen Umformungskennlinien bei verschiedenen Pendeln erforderlich. Die Ausgangsfrequenz der Spannung U_x ist der Durchschnittsdichte des zu messenden Zweiphasenmediums proportional.
Gleichzeitig wird im Hohlraum 30 des luftdichten Gehäuses 1 der Druck gemessen, der dem Druck am Ausgang des Pendels 2 gleich ist Die Messung erfolgt durch einen Druckgeber 29 mit Ausgangs-Teilsignal. Wenn der Druckwert bekannt ist können die Kenndaten der gasförmigen Phasö auf die Meßverhältnisse reduziert werden.

Zur Ermittlung der Durchflußmenge von Einzelkomponenten eines Zweiphasenmediums, dessen flüssige Phase aus zwei gegenseitig unlöslichen Komponenten besteht, ist es erforderlich, zusätzlich den wirklichen Gasgehalt zu messen. Dieser Gasgehalt wird durch den Geber 58 geraessen. Die Intensität der Strahlung von der Quelle 59 des Gebers 58 am Meßgerät 60 ist dem wirklichen Gasgehalt in der Ebene der Quelle 59 proportional.

Das Ausgangssignal des Gebers 58 wird als eine Frequenz erhalten, die dem wirklichen Gasgehalt in dem zu messenden Medium proportional ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Massendurchsatzmesser mit einem vom zu messenden Medium durchströmten Hohlkörper, mit einem Antrieb zum Erregen dieses Hohlkörpers zu mechanischen Schwingungen mit örtlich konstanter Schwinggeschwindigkeit und mit einem Energiemesser zum Messen der dazu vom Antrieb benötigten Energie, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Massendurchsatzes von Einzelkomponenten eines Gas-Flüssigkeits-Mediums