DE2607863A1 - Massendurchflussmesser - Google Patents

Massendurchflussmesser

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DE2607863A1
DE2607863A1 DE19762607863 DE2607863A DE2607863A1 DE 2607863 A1 DE2607863 A1 DE 2607863A1 DE 19762607863 DE19762607863 DE 19762607863 DE 2607863 A DE2607863 A DE 2607863A DE 2607863 A1 DE2607863 A1 DE 2607863A1
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Germany
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flow
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pipe wall
pipe
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Volkhard Dipl Ing Grunert
Georg Dipl Ing Mauer
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring 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
    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/28Measuring 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 by drag-force, e.g. vane type or impact flowmeter
    • GPHYSICS
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    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/206Measuring pressure, force or momentum of a fluid flow which is forced to change its direction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78Direct mass flowmeters

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Description

  • Massendurchflußmesser
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen verlustarmen Pressung des Massenstromes von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen. Die Messung beruht auf einem neuen Prinzip, wobei die von dem strömenden Medium, im folgenden auch Fluid genannt, bei Richtungsänderung der Strömung auf die Rohrwand ausgeübte Kraft zur Massenstrommessung ausgenutzt wird.
  • Für viele Aufgaben der Technik ist es erforderlich, durch ein Rohr fließende Mengenströme von Flüssigkeiten oder Gasen zu bestimmen. Dies erfolgt bei bekannter Dichte des Fluides meist durch Bestimmung des Volumenstromes. Für den Fall einer Dichteänderung des strömenden Mediums ist es jedoch vorteilhaft, den Massenstrom zu messen, da sonst, etwa bei zwei in einem bestimmten Massenverhältnis zu mischen den Stoffen, Abweichungen vom Sollwert auftreten können.
  • Die Massendurchflußmessung soll möglichst ohne eingriff in die Strömung selbst, mit möglichst geringem Druckverlust und ohne Zufuhr von Fremdenergie in die Strömung erfolgen. Ein solches Gerät ist bisher nicht bekannt.
  • Bisherige Geräte, wie z.B. der Schwingungsdurchflußmesser (Deutsches Patent 1 498 438) oder der Turbinenmassendurchflußmesser oder der Coriolisdurchflußmesser oder der gyroskopische Durchflußmesser arbeiten mit Zufuhr von Fremdenergie, üblicherweise Dreh- oder Schwingbewegungen, die auf das Fluid einwirken.
  • Ein anderes Gerät, der Durchflußmesser mit beweglichem Rohr (Deutsches Fatent 1 648 115), mißt das auf ein doppelt gebogenes Rohr wirkende Drehmoment; Druckverluste treten auf in den beweglichen Zuführunen und an zwei Umlenkstellen. Bei veränderlicher Dichte des Fluids wird ein massenstromproportionales Signal nicht gewonnen.
  • Das erfindungsgemaße Nassendurchflußmeßverfahren weist diese nachteile nicht auf. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strömung ausgeübte Kraft auf die Rohrwand bei Umlenkung der Strömungsrichtung mithilfe einer beweglich gelagerten Fläche , deren von der Strömung beaufschlagte Oberfläche dichteabhängig veränderlich ist, erfaßt wird und daß diese Kraft durch geeignete Meßumformer in ein massenstromproportionales Signal umgewandelt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen kontinuierlich arbeitenden, auch bei pulsierender Strömung und bei beliebigem Geschwindigkeitsprofil der Strömung arbeitenden, viskositätsunabhängi gen Sassendurchflußmesser mit einfacher Gewinnung des Meßsignals bereitzlstellen.
  • Die Erfindung beruht auf folgender Erscheinung: Bei Umlenkung der Strömungsrichtung eines strömenden ediums (Gas oder Flüssigkeit oder rhasengemisch) übt dieses nach dem Impulssatz der Hydrodynamik eine Kraft auf die Rohrwand aus (bei Rohrströmung), diese Kraft wird im folenden Reaktionskraft genannt. Fig. 1 zeigt den Fall einer Umlenkung um 90° bei einem Rohr mit der konstanten Querschnittsfläche F und konstantem statischem Druck p.
  • Das in Fig. 1 mit (2) bezeichnete Rohrstück, im folenden auch Meßfühler genannt, ist beweglich gelagert und erfährt seitens der Flüssigkeit eine Kraft, die Reaktionskraft R.
  • .;ach dem Impulssatz gilt für die Reaktionskraft R bei Umlenkung des Rohres um 90° in x-Richtung : Rx= mv -pF /1/ in y-Richtung : Ryw mv -pF /2/ m = Massenstrom des Fluids v = Geschwindifkeit des Fluids Die Gleichungen /1/ bis /5/ gelten für den Fall, daß die gesamte Umlenkarbeit vom Meßfühler geleistet wird.
  • Wirkt, wie in Fig. 1 gezeigt, der statische Druck p auf beiden eiten des beweglichen Rohrstücks, hängt die Reaktionskraft nur noch von mv ab. s gilt dann: R = ru = mv /3/ Für den Massenstrom gilt mit # = Dichte des strömenden mediums : m = Fv /4/ Mit Gl. /3/ ergibt dies : Ry = Rx = 9 Fv² /5/ Die gemessene Kraft wird kleiner, wenn nur ein Teil der Strömung vom Neßfühler umgelenkt wird. Wählt man eine Richtung, in der der Meßfühler wirkt, z.B. die y-Richtung, so ist die in der dazu senkrechten ebene, hier der x-z-Obere, projizierte Fläche des Neßfühlers maßgebend für die Größe der gemessenen Kraft. Diese Flächenabhänmig keit kann zur Dichtekorrektur des Meßsignals genutzt werden. Die oben beschriebene projizierte Fläche des Meßfühlers wird mit A bezeichnet. Geht man von der geringsten bei der Messung vorkommenden Dichte des Fluids aus und ordnet dieser eine Fläche Ao so zu, daß bei maximaler vorkommender Dichte und für Zwischenwerte A = Ao # gilt, so ergibt sich für die vom Meßfühler erfaßte Kraft RA : Da Ao konstant ist, ist die Kraft RA proportional zum Quadrat des durch das Rohr strömenden Massenstromes.
  • Durch Radizierung ergibt sich eine massenstromproportionale Anzeige Da bei der -lerleitung keine Aussagen über Strömungsart, Strömungsprofil und Viskosität benötigt wurden, ist auch das Meßsignal von diesen Größen unabhängig.
  • Das Meßsignal kann auf einfache eise, beispielsweise mit Hilfe einer Feder mit quadratischer Kennlinie zur Radizierung, in ein massenstromproportionales #egsignal unOewandelt werden.
  • Das Korrekturglied zur dichteabhängigen Anpassung der wirksamen Meßfläche A kann in der Weise verwi@klicht werden, daß proportional zur Dichteänderunm des strömenden mediums ein an dem festen Teil des Rohres angebrachtes Flächenstück so vor den Meßfühler Geschoben wird, daß ein Teil der Strömung von dem vorgeschobenen Flächenstück umgelenkt wird und somit keine Kraft auf den Meßfühler ausübt. Dieses Flächenstück (8), dargestellt in Fig. 2, kann von einem dichteabhängigen Dehnkörper (10) gesteuert werden. Selbstverständlich sind auch andere Korrekturmöglichkeiten denkbar, ohne daß das erfindungsgemäße Neßprinzip davon berührt wird.
  • Die mit der erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß unter Verzicht auf Energie zufuhr von außen und ohne Eingriff in die Rohrströmung selbst der massenstrom eines strömenden mediums bei geringem Druckverlust, mit geringem meßtechnischem Aufwand kontinuierlich bestimmt werden kann; die Messung ist unabhängig von Viskosität des Fluids, Strömungsart und -profil.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Es zeigt einen tlassenstrom-durchflußmesser mit Umlenkung der Strömung um 1800; ein solches Gerät eignet sich besonders zur Nassenstrombestimmung von Gasen, da bei diesen sinke die Umlenkkraft am Iieß fühler 2mv als maximalwert erreicht, während bei kleineren Winkeln diese Kraft entsprechend abnimmt. Entsprechend Fig. a ist ein Rohrteilstück (2) beweglich in eine weiche Membran(3)eingespannt. hine oeffnung dient zur Herstellung des statischen Druckausgleichs (4). Die Außenwand (1) dichtet das Meßgerät zur Umgebung hin ab. Die von der Strömung ausgeübte Kraft auf den Meßfühler wird von der auf Druck beanspruchten Feder (5) im Gleichgewicht gehalten. Bei quadratischer Federkennlinie ergibt sich eine lineare Beziehung zwischen l-;assenstrom und Federweg, der beispielsweise mit einem Potentiometer (6), aber auch einem ardern eJgeber erfaßt werden kann. Bei pulsierender Strömung kann die Druckausg-leichsöffnung(4) als Drossel stelle zur Schwingungsdämpfung ausgeführt werden, sofern dies nicht genügt, wird ein zeschwindigkeitsproportionaler Dämpfer vorgesehen (7). Vor dem Meßfühler (2) liegt das Dichtekorrekturglied (8), das bei (9) an der festen Rohrwand(1) befestigt ist und von dem Dichtefühler (10) gesteuert wird.
  • Fig. 3 zeigt die Dichtekorrektureinrichtung allein. Han erkennt zwei symmetrisch angeordnete , vom Dichtefühler (10) gesteuerte Flächenstücke(8), die von zwei Seiten her auf die Strömung einwirken, um bessere Symnetrie der Eraftverteilung auf dem Meßfühler (2) zu gewährleisten.
  • L e e r s e i t e

Claims (4)

  1. Patentansprüche Kontinuierlich arbeitender Massendurchflußmesser für Rohrströmung von Gasen, Flüssigkeiten oder Nehrphasenströmungen, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Srömung ausgeübte Kraft auf die Rohrwand bei Umlenkung der Strömungsrichtung mithilfe einer beweglich gelagerten Fläche, d.r.n von der Strömung beaufschlagte Oberfläche-dichteabhängig veränderlich ist, erfaßt wird und daß diese Kraft durch geeignete eßumformer in ein massenstromproportionales Signal umgewandelt wird.
  2. 2. Nassendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Dichte oder unerheblicher Dichteänderung des strömenden Mediums eine Dichtekorrektureinrichtung nach Anspruch 1 nicht vorgesehen wird.
  3. 3. trassendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtekorrektureinrichtun eine Vorrichtung, bestehend aus Ausdehnungskörper, zweiarmigem Hebel und strömungsumlenkender Fläche vorgesehen wird, wobei der Befestigungspunkt des Hebels am nicht beweglichen Teil der Rohrwand liegt.
  4. 4. IîassendurchfluBmesser nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtekorrektureinrichtung nach Anspruch 3 das der Messung dienende bewegliche Rohrstück symmetrisch von zwei gegenüberliegenden Seiten her überdeckt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3134079A1 (de) * 1981-08-28 1983-03-17 Alfa-Laval Agrar Gmbh, 2056 Glinde Verfahren und vorrichtung zum messen von milchmengen
EP0158745A1 (de) * 1984-04-17 1985-10-23 The Dow Chemical Company Durchfluss- und Dichtheitsmessvorrichtung und deren Anwendung
EP0171937A1 (de) * 1984-08-04 1986-02-19 The British Petroleum Company p.l.c. Durchflussmengenmesser

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DE3134079A1 (de) * 1981-08-28 1983-03-17 Alfa-Laval Agrar Gmbh, 2056 Glinde Verfahren und vorrichtung zum messen von milchmengen
EP0158745A1 (de) * 1984-04-17 1985-10-23 The Dow Chemical Company Durchfluss- und Dichtheitsmessvorrichtung und deren Anwendung
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