-
Bezeichnung : Verfahren zum quantitativen Messen eines durch
-
eine Leitung fließenden Gasstroms.
-
Bezeichnung : Verfahren zum quantitativen Messen eines durch eine
Leitung fließenden Gasstroms.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum quantitativen Messen eines
durch eine Leitung fließenden Gasstroms, bei dem der Gasstrom in ein Tauchrohr geleitet
wird, das unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels endet, die pro Zeiteinheit aus diesem
Rohrende heraustretenden Gasblasen bekannten Volumens gezählt werden und das sic
in einem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels sammelnde Gas in einer Ableitung
weitergeleitet wird.
-
Durchflußmengenmesser für Gase, auch Gaszähler genannt, sind in vielerlei
Ausführungsformen bekannt. Insbesondere in der Laborpraxis
ist
ein Verfahren zur Gasmengenmessung bekannt, bei dem die zu messende Gasströmung
aus einem Rohrende austritt, das unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels angeordnet
ist. Die aus diesem Rohrende austretenden und in der Flüssigkeit aufsteigendcn Gasblasen
haben im allgemeinen ein konstantes Volumen. Zählt -an die in einer Zeiteinheit
gebildeten Gasblasen, so kann man die Durchflußmenge des Gases bestimmen. Bei dem
bekannten Verfahren zählt ein Mensch die aufsteigenden Gasblasen inqerhelD einer
gewissen Zeitspanne, die er zum Beispiel mit einer it(EF*uhr abreißt.
-
Das bekannte Verfahren zur Gasmengenmessung eignet sich insbesondere
für zeitlich konstante Durchflußmengen, also beispielsweise für chemische Langzeitexperimente
und Leckagen-Tests. Da aufgrund der äußeren Gegebenheiten - wie zum Beispiel Gasdruck,
Größe der Ausströmungsöffnung - der Durchfluß sich bei den beiden aufgezählten Beispielen
zeitlich nicht ändert, reicht eine in einem relativ kurzen Zeitabschnitt vorgenommene
Messung aus, um die innerhalb größerer Zeit durchströmende Gasmenge angeben zu können.
Dies trifft insbesondere bei einem Test einer Gasinstallation eines Gebäudes zu,
bei dem fest-gestellt werden soll, ob eine Leckrate im hauseigenen System vorliegt,
und welche Größe die gegebenenfalls aufgefundene Leckrate hat. Dabei wird zunächst
ein Druckausgleich zwischen dem hauseigenen System und der Stadtleitung hergestellt,
anschließend die nachliefernde Versorgungsleitung gesperrt und nun parallel zu diesem
Absperrventil der Gasfluß von der Versorgungsleitung in das hauseigene Netz gemessen,
der notwendig ist, um leckbedingte Druckverluste der Hausinstallation
auszugleichen.
Bei vollständig dichtem Hausnetz bleibt der Druck in der Hausinstallation konstant
und es fließt kein Gas aus der Stadtleitung nach. Liegt jedoch ein Leck in der Hausinstallation
vor, so fließt stets eine gewisse Gasmenge in das Hausnetz hinein. Die Größe dieser
Gasmenge gibt einen Aufschluß über die Größe der Undichtigkeit oder Undichtigkeiten
im Hausnetz.
-
Das bekannte Verfahren zum Zählen der aufsteigenden Gasblasen, bei
dem ein Mensch die Zahl der gebildeten Gasblasen zählt, hat Nachteile. Ein Mensch
wird sich von Zeit zu Zeit verzählen. Er kann ie Zählung erneut beginnen, wenn ihm
der Zählfehler bewußt geworen ist, hat er den Zählfehler nicht bemerkt, so ist die
Mengenbestimmung fehlerhaft. Einmal geht also Zeit verloren, im anderen Falle ist
die angegebene Durchflußmenge inkorrekt. Nun kann man zwar die Zählung insbesondere
einer schnellen Folge von Gasblasen dadurch erleichtern, daß dem Gasmengenmesser
eine Umwegleiturg mit bekannten Durchflußeigenschaften parallel geschaltet wird.
-
in derartiges Meßverfahren macht jedoch eine zusätzliche Umrechnung
notwendig, je nach Einstellung der Umwegleitung, wodurch iederum Fehlerquellen auftreten,
zudem ist eine derartige Umwegleitung kostspielig. Weiterhin werden für die Zählung
gute Lichtverhältnisse benötigt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Verfahrens
zu vermeiden und ein einfaches und objektives Verfahren zur Durchflußmessung von
Gasen zu schaffen, bei dem ein durch eine Leitung fließender Gasstrom auch im Dunkeln
genau, schnell und weitgehend automatisch bestimmbar ist und das auch von ungeschul
ten kräften leicht durchgeführt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß akustisch Blasengeräusche aufgenommen,
in elektrische Impulseungesetzt und elektronisch gezählt werden.
-
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß einfach und mit gutem Störabstand
von den Gasblasen ausgelöste Zählimpulse erhalten werden, die mit bekannten elektronischen
Zähleinrichtungen gezählt werden können. Der elektroakustische Wandler und der nachfolgende
Mikrophon-Verstärker lassen sich einfach auf die charakteristischen Blasengeräusche
anpassen, der elektroakustische Wandler kann bequem in Nähe der Geräuschquelle angeordnet
werden und die Zählfrequenz kann in einem sehr großen Bereich schwanken, zum Beispiel
zwischen einer Blase pro Minute und einer großen Zahl von Blasen pro Sekunde.
-
Auch in nichttransparenten Flüssigkeiten können so Blasen gezählt
werden, zum Beispiel im Quecksilber.
-
Das Verfahren ist einerseits vorteilhaft bei zeitlich konstanten Durchflußmengen,
wie diese beispielsweise im F1 .e son Leckagen
eines Installationssystems
gegeben sind. Eine kurzzeitig vcrgnommene Messung - z.B. innerhalb einer Minute
- reicnt für diese Anwendung aus, um die Leckrate zu ermitteln. Bei schwankcnden
Durchflußmengen kann durch eine Reihe derartiger Kurzzeitmessungen das zeitliche
Verhalten des Gasflusses abgefragt werden.
-
Andererseits bietet das Verfahren gerade bei Langzeitmessungen Vorteile,
da die Zählung automatisch erfolgt. Totale Durchflußmengen lassen sich einfach ermitteln,
auch bei Flußschwankln en.
-
Erfolgt die Messung beispielsweise über die Zeitspanne eines Tages,
so wird die gesamte Durchflußmenge angezeigt, da jede Blase einzeln gezählt wird
und die Anzeige die einzelnen Blasenimpulse aufsummiert.
-
Als Zähleinrichtung sind elektronische Zähler vorteilhaft, sie sind
preiswert, haben häufig eine selbstleuchtende Anzeige, sie lassen sich mit einfachen
Mitteln an Registriereinrichtungen, insbesondere Drucker oder Datenverarbeitungsanlagen,
anschliessen. Andererseits kann die Zähleinrichtung auch teilweise mechanisch ausgeführt
sein, zum Beispiel als Zählrelais.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Geräusch beim Ausbilden einer
freien Gasblase umgewandelt wird. Sobald sich eine Gasblase vom eingetauchten Ende
des Zuleitungsrohres abschnürt, entsteht ein charakteristisches Geräusch, das insbesondere
mit in die Flüssigkeit eingetauchten oder an der Wand des Flüssigkeitsbehälters
befestigten Mikrophonen einfach aufgenommen werden
kann. Weiterhin
ist es auch möglich, das Geräusch beim Zerplatzen einer Gasblase an der Flüssigkeitsoberfläche
umzuwandeln. Von den beiaen angegebenen Verfahren des Umwandelns wird man dasjenige
wählen, das bei den gegebenen Umständen das störsicherere ist Als Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens wird ausgehend von einer mit Flüssigkeit angefüllten
Hohlkammer, in die ein unoberhalb des Flüssigkeitsspiegels endendes Tauchrohr und
eine oberhalb des Flüssigkeitsspiegels endende Ableitung hineinracen, vorgeschlagen,
daD der Naßgasmesser einen mit einer elektronischen Zähleinrichtung verbundenen
elektroakustischen Wandler aufeist. Ein derartiger Naßgasrnesser läßt sich relativ
einfach und kostengünstig aufbauen und ist unkompliziert in wartung und Becienuns.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine von einer Flasche begrenzte Hohlkammer mit elektroakustischem Wandler
im Gasraum und daran angeschlossener, elektronischer Zähleinrichtung, Fig. 2 einen
Querschnitt durch eine kugelförmige Hohlkammer mit Ansatzstutzen für den elektroakustischen
Wandler und daran befestigtem elektroakustischem Wandler.
-
Dic Hohlkammer 1 in Fig. 1 wird vom Innenraum einer Flasche 2 begrenzt,
die durch einen Korken 3 abgeschlossen ist. Durch den
Korken 3
sind ein Tauchrohr 4 und eine Ableitung 5 so hindurchgeführt, daß die Hohlkammer
1 bei verstopftem Tauchrohr 4 und verstopfter Ableitung 5 gas- und flüssigkeitsdicht
gegen die Außen velt abgeschlossen ist.
-
ie Hohlkammer ist zu etwas mehr als der Hälfte mit einer transpatenten
Flüssigkeit 6 gefüllt. Oberhalb des Flüssigkeitsspieaels 7 dieser Flüssigkeit 6
befindet sich ein Gasraum 8. Das Austrittsende 9 des Tauchrohrs 4 ist in die Flüssigkeit
6 eingetaucht, bei vollständigem Druckausgleich zwischen Hohlkammer 1 und Außenwelt
ist damit das Innere des Tauchrohrs bis zur Höhe des Flüssickeltsspiegels 7 mit
der Flüssigkeit 6 angefüllt. Der Einlaß 10 der ableitung 5 endet innerhalb des Gasraums
8 unterhalb des rxor ens 3.
-
Im Gasraum 8 und etwa unterhalb der Mitte des Korken 3 ist ein lektroakustischer
Wandler 11 am Korken 3 befestigt, und über ine elektrische Zuleitung mit einem Zählgerät
13 verbunden.
-
m Betrieb arbeitet der gezeigte Naßgasmesser wie folgt: ird der Eingang
14 des Tauchrohrs 4 mit einem Gasdruck beaufchlagt, der den am Ausgang 15 des Auslasses
5 herrschenden Gasruck übersteigt, so wird die Flüssigkeitssäule im Tauchrohr 4
eruntergedrückt, am Austrittsende 9 des Tauchrohrs 4 bilden sich ausblasen aus,
die sich abschnüren und einzeln nach oben steigen nd am Flüssigkeitsspiegel 7 zerplatzen.
Das Gas sammelt sich im asraum 8, tritt in den Einlaß 10 der Ableitung 5 und verläßt
diese
Ableitung 5 an ihrem Ausgang 15. Der elektroakustische Wandler
11 ist oberhalb der Stelle des Flüssigkeitsspiegels 7 angeordnet, an der die Gasblasen
16 zerplatzen. Das dabei entstehende Geräusch wird in ein elektrisches Signal umgewandelt
und mittels der Zuleitung 12 dem Eingang der Zähleinrichtung 13 zugeleitet.
-
Die Zähleinrichtung 13 wird entweder kurz vor Beginn der Messung freigegeben
und der Zählvorgang durch das erste Blasensignal ausgelöst, oder der Zählvorgang
wird nach Ausbildung einiger Blasen manuell gestartet. Mit Start des Zählvorgangs
beginnt die Uhr des Zählers 13 zu laufen und dieser registriert die in einer Zeiteinheit
aufgestiegenen Gasblasen 16. Ist das Volumen der Gasblasen 16 bekannt, so kennt
man auch die Durchflußmenge pro Zeiteinheizt. Vorteilhafterweise kann der Zähler
direkt in Flußraten geeicht sein. Der Zählvorgang stoppt über eine Uhr im Zähler
gesteuert automatisch nach Ablauf einer vorgegebenen Zeiteinheit oder wird manuell
unterbrochen. Die Durchflußmenge bleibt zumindest für eine gewisse Zeit an der Zähleinrichtung
13 angezeigt.
-
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Hohlkammer 1 von
einer Glaskugel 17 begrenzt. Durch die Wandung dieser Glaskugel 17 sind drei Rohre
hindurchgeführt und an ihrer Außenseite mit der Glaskugel 17 dicht verschmolzen.
Das Tauchrohr 4 ragt mit seinem Austrittsende 9 zu etwa 2/3 in die Hohlkammer 1
hinein.
-
Im Winkel von 900 zum Tauchrohr 4 und ebenfalls senkrecht zur Wandung
der Glaskugel 17 ist die Ableitung 5 angeordnet. Diese Ableitung
5
sti=at in Innen- und AuBendurchmesser mit den entsprechenden Abmessungen des Tauchrohrs
4 überein.
-
Auf der Winkelhalbierenden zwischen Tauchrohr 4 und Ableitung 5 ist
ein Stutzen 18 angeformt, der zur akustischen Ankopplung und Befestigung des elektroakustischen
Wandlers 11 dient. Dieser elektroakustische Wandler ii ist in einem geringen Abstand
oberalb des Stutzens 18 angeordnet, jedoch chne diesen Stutzen 18 z berühren. Wandler
11 und Stutzen 18 sind mittels eines Sch rpfschlauchs 19 gas- und wasserdicht fest
miteinander verbunden.
-
Um den elektroakustischen Wandler 11 vor Feuchtigkeit und Nässe zu
schützen, ist er mit einer Folie 20 umgeben. über die außenseitigen Enden des Tauchrohrs
4 und der Ableitung 5 sind je e; Schlauch 21,22 gestülpt, durch die die Zu- und
Ableitung des zu messenden Gasstromes erfolgt. Die Schläuche 21, 22 sind aus weichem,
die Schallfortpflanzung hemmenden Material hergestellt.
-
Damit wird eine Zuleitung von Störgeräuschen über die Installationsleitungen
des zu untersuchenden Systems verringert und auch die akustische Reflexion von Blasengeräuschen
in diesem System unterdrückt, die~Meßkammer also akustisch isoliert. ZurSchallisolation
sind die Kugel 17 und ihre festen Extremitäten in einem schallschluckenden Material
23 eingebettet.
-
Im einfachsten Fall kann der elektroakustische Wandler 11 direkt mit
dem Eingang einer Zähleinrichtung 13 verbunden werden. Um Störsignale auch elektrisch
möglichst weitgehend unterdrücken zu
können, ist jedoch von Vorteil,
die von dem elektroakustischen Wandler 11 abgegebenen Impulse zunächst aufzubereiten.
Daher wird zweckmäßig ein Bandpaßfilter vor den Eingang des Zählers 13 geschaltet,
das in seinem Frequenzverhalten dem Blasengeräusch angepaßt ist. Zudem wird eine
Impulsformerstufe, zum Beispiel ein Schmitt-Trigger eingefügt, der Impulse unterhalb
einer Schwellspannng negiert und so Nebengeräusche vom Zähler 13 fernhält.
-
Der elektroakustische Wandler 11 kann auch in einer Seitenka=er des
Tauchrohrs 4 oder in dem Schlauch 21 angeordnet sein. Ebenso ist eine Anordnung
in der Ableitung 5 oder dem Schlauch 22 möglich, zum Beispiel mittels eines T-Stücks,
in dessen drittem Ende der elektroakustische Wandler untergebracht ist.
-
Bezugszeichenliste 1 Hohlkammer 15 Ausgang des Auslasses 2 Flasche
16 Gasblasen 3 Korken 17 Glaskugel 4 Tauchrohr 18 Stutzen 5 Ableitung 19 Schrumpfschlauch
6 Flüssigkeit 20 Folie 7 Flüssigkeitsspiegel 21 Schlauch an Tauchrohr 8 Gasraum
22 Schlauch an Ableitung 9 Austrittsende des Tauchrohrs 23 schallschluckendes Material
10 Einlaß der Ableitung 11 elektroakustischer Wandler 12 Zuleitung 13 Zähleinrichtung
14 Eingang des Tauchrohrs