DE2918051A1

DE2918051A1 - Vorrichtung zur bestimmung der charakteristik eines stroemungsmessers

Info

Publication number: DE2918051A1
Application number: DE19792918051
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Flow Tech sro
Current assignee: Flow Tech sro
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1979-11-22
Also published as: BE875970A; CA1132358A; US4152922A; FR2426247B1; MX146564A; FR2426247A1; JPS54153062A; NO155860C; NL7903900A; GB2023295B; JPS60608B2; DE2918051C2; NO155860B; NO791183L; GB2023295A

Description

PATENTANWÄLTE Λ. GRÜNECKER

. H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DR-(Na ■ AeE JCALTECH

K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

DlPL-INa

G.BEZOLD

DR R£R MAT- CKPL-OEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILtANSTRASSE A3

Vorrichtung zur Bestimmung der Charakteristik eines Strömungsmessera

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung einer Fluidströmung. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Charakteristik eines Strömungsmessers φ

TJm genaue Ablesungen von einem Strömungsmesser zu erhalten, muß dieser von Zeit zu Zeit geeicht werden, indem man seine Charakteristik bestimmt, d.i. die Proportionalitätskonstante zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Strömungsmesser fließenden Fluids und der Ablesung am Strömungsmesser. Im Pail eines Strömungsmessers vom Turbinentyp, der elektrische Schwingungen erzeugt, deren Anzahl dem Strömungsvolumen durch den Strömungsmesser proportional ist, wird diese Charakteristik ausgedrückt in der Anzahl von Impulsen, die von dem Strömungsmesser pro Volumeneinheit des durch den Strömungsmesser gehenden Fluids erzeugt wird. Die Charakteristik des Strömungsmessers ist eine Punktion der Art des Fluids, sowie der Temperatur, des Druckes und der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und ändert sich, wenn sich die Teile des Strömungsmessers im Gebrauch abnutzen. Ein Gerät zur Bestimmung der Charakteristik eines Strömungsmessers, während dieser sich in einem arbeitenden Fluidsystem befin—

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TELEFON (oao) αϋμβΟϋ TELEX OS-2BSBO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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det, kann als Kontrollgerät bezeichnet werden. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Charakteristik eines Strömungsmesser s in einem speziellen Yersuchsaufbau, d.i. nicht in einem arbeitenden Fluidsystem, wird als Eichgerät bezeichnet·

Ein gebräuchliches Verfahren zum Bestimmen der Charakteristik eines Strömungsmessers besteht darin, dessen Ansprechvermögen mittels eines sogenannten ballistischen Strömungs— eichgeräts oder -Kontrollgerätes zu vergleichen, das mit dem Strömungsmesser in Reihe geschaltet ist. Das ballistische Strömungsgerät verwendet einen Kolben, der sich in einem Zylinder synchron mit dem durch den Strömungsmesser fließenden Fluid bewegt. Durch Messung der vom Kolben für die Zurücklegung einer vorgegebenen Strecke im Zylinder benötigten Zeitspanne kann eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden, die dazu benutzt wird, die Charakteristik des Strömungsmessers zu bestimmen. In der US—PS 3 492 856 ist ein verbessertes ballistisches Strömungsgerät beschrieben, bei dem der Kolben einen durchgehenden Kanal hat und ein als Ventil dienender Stöpsel vorgesehen ist, der den Kanal abdichtet, wenn das Ventil geschlossen ist, und das Fluid von der einen zur anderen Seite des Kolbens fließen läßt, wenn das Ventil offen ist. Das Ende eines um eine Trommel gewickelten Seils ist an dem Ventil festgemacht, um den Kolben vor einem Versuchslauf an einer stromauf wärt igen Stelle festzuhalten und ihn freizugeben, wenn ein Versuch beginnt, und um den Kolben nach dem Versuchslauf wieder an die stromauf~ wärtige Stelle zurückzuholen.

Gemäß der Erfindung ist ein Hilfskolben in einem Hilfszylinder vorgesehen, der dafür bestimmt ist, sich als eine Fluidbarriere zu bewegen. Der Hilfskolben ist mit einem Meßkolben für den Fluiddurchsatz verbunden, der sich als Fluid barriere in einem Meßzylinder für den Fluiddurchsatz um die gleiche Strecke bewegt wie der Hilfskolben in dem Hilfszylinder. Der Meßzylinder ist mit einem Strömungsmesser, dessen Charakteristik bestimmt werden soll, hintereinandergeschaltet. Die

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Bewegung des Hilfskolbens wird fluidisch gesteuert, um den Meßkolben zu bewegen.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Meßzylinder einen Durchlaß und ein Ventil, das, wenn es geschlossen ist, den Durchlaß abdichtet, so daß der Meßkolben als eine Fluidbarriere durch den Meßzylinder läuft, und das, wenn, es offen ist, Fluid durch den Durchlaß strömen läßt. Der Hilfskolben wird so gesteuert, daß er den Meßkolben bei geöffnetem Ventil vor einem Versuchslauf an einer stromaufwärtigen Stelle hält, durch Schließen des Ventils den Meßkolben. für einen Versuchslauf freigibt und den Meßkolben nach dem Ver— suchslauf bei offenem Ventil an die stromaufwärtige Stelle zurückholt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung des Hilfskolbens während des Versuchslaufs so gesteuert, daß der Druckunterschied zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Meßkolbens konstant gehalten wird, wodurch Störungen in dem Fluidsystem unterdrückt werden, insbesondere wenn es sich um ein Gassystem handelt*

Gemäß einem bevorzugten Erfindungsgedanken ist ein Meßzylinder, der an seinen Enden einen Einlaß und einen Auslaß hat, in einem Fluidsystem mit einem Strömungsmesser in Reihe geschaltet. Ein Meßkolben ist so gestaltet, daß er sich in. dem Meßzylinder als Fluidbarriere bewegen kann. An der Einlaßseite des Meßkolbens ist ein Tellerventil vorgesehen, das in geschlossenem Zustand einen durch den Meßzylinder gehenden Durchlaß verschließt, so daß sich der Meßkolben durch den Meßzylinder als Fluidbarriere bewegt, und das in geöffnetem Zustand Fluid durch den Durchlaß strömen läßt. Ein Rüekholkolben bewegt sich in einem Rückholzylinder, der einen, kleineren Querschnitt hat als der Meßzylinder, als Fluidbarriere. Eine Stange verbindet den Rückholkolben mit dem Tellerventil, um das Tellerventil zu öffnen und zu schließen, wenn sich der Rückholkolben relativ zum Meßkolben bewegt. Die Bewegung des

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Rückholkolbens durch den Rückholzylinder wird derart gesteuert, daß der Meßkolben vor einem Versuchslauf an einer strom— aufwärtigen Stelle des Meßzylinders gehalten wird, dann freigegeben wird, wenn ein Versuchslauf in Gang gesetzt wird, und der Meßkolben in die stromauf wärt ige Lage zurückgeholt wird, nachdem der Yersuchslauf beendet ist. In. einer Ausführungsform wird die Bewegung des Rückholkolbens während des Versuchslaufs derart gesteuert, daß zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Meßkolbens eine konstante Druckdifferenz aufrechterhalten wird·

Die Erfindung macht es möglich, während des Betriebszyklus, in dem die Charakteristik eines Strömungsmessers bestimmt wird, zu verschiedenen Zeiten und auf verschiedene Weise eine effektive Kontrolle über den Meßkolben auszuüben.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Pig.1 ein Blockbild eines Kontrollgerätes und eines Strömungsmessers, in einem Pluidsystern hintereinand ergeschaltet %

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfinä ungsgemaß en Kontrollgerätes}

Pig.3 eine Seitenansicht des Kontrollgerätes der Pig.2 ohne die Zuleitung und mit einer schematischen Darstellung der fluidischen Steuerschaltung;

Pig.3A einen Teil der Pig.3 in dazu vergrößerter Darstellung;

Pig.4 einen Seitenriß einer abgewandelten Ausführungsform des Kontrollgerätes der Pig.2 und 3;

Pig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Kontrollgerätes der Pig.2 und 3.

Bezüglich des Standes der Technik wird auf die US-PS'n 3 403 544 und 3 492 856 verwiesen.

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In ]?ig.1 sind ein Strömungsmesser 10 und ein Kontrollgerät 11 in einer Fluidleitung 12 eines Fluidsystems, die stromabwärts vom Eontrollgerät 11 ein Sperrventil 14 hat, in Reihe geschaltet. Die Fluid strömung durch das System ist mit ducken Pfeilen angedeutet. Der Ausgang des Strömungsmessers 10 ist über eine elektrische Leitung 13 mit dem Kontrollgerät 11 verbunden»

Wie aus den Pig. 2 und 3 ersichtlich, weist das Kontrollgerät 11 einen Meßzylinder ."17 für den Fluiddurchsatz auf, in dem ein Meßkolben 18 für den Fluiddurchsatz derart angeordnet ist, daß er sich als Fluid barriere bewegen kann. Der Meßzylinder 17 wird von einem zylindrischen Rohr 16 gebildet, das an beiden Enden mit Flanschen versehen ist. Eine Endplatte 19 ist an dem stromaufwärtigen Flansch des Rohres 16 und eine Endplatte 20 an dem stromabwärtigen Flansch des Rohres mit nicht gezeigten Mitteln befestigt. Mit der Platte 20 ist in einem Stück ein Rohrstutzen 21 geformt, der in den Zylinder offen ist und den Auslaß des Zylinders 17 bildet. Am Ende des Rohrstutzens 21 ist ein Befestigungsflansch 22 angebracht, der für den Anschluß des Kontrollgerätes an den stromabwärtigen Teil der Fluidleitung 12 (Fig.1) dient. In der Platte 19 sind zu beiden Seiten der Mittelachse des Rohres 16 zwei öffnungen 23 geformt. Ein Rohr 24, dae die Form eines Y hat und durch die Öffnungen 23 in das Rohr 16 mündet, dient als Einlaß zum Zylinder 17. Am Ende des Rohres 24 ist ein Befestigungsflansch 25 angeformt, mit dem da3 Kontrollgerät 11 an das stromaufwärtige Stück der Fluidleitung 12 (Pig. 1) angeschlossen ist.

Der Meßkolben 18 umfaßt einen im wesentlichen scheibenförmigen Teil 30 und einen im wesentlichen scheibenförmigen. Teil 31, zwischen welchen sieh mehrere (z.B. vier) Abstand stücke 32 erstrecken. Die Scheiben 30 und 31 und die Abstand stück« 32 können gesonderte Teile sein oder in einem Stück geformt sein. In ersterem Fall werden sie durch Schrauben zusammengehalten, die durch die Abstandstücke 32 gesteckt sind. Die

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Scheibe 30 hat einen zentralen angeformten Bund 33» tun den mehrere (z.B. vier) weite Öffnungen 34 verteilt sind. Eine als O-Ring ausgebildete Dichtung 35 liegt in einer Nut rund um den Umfang der Scheibe 31 · Stromaufwärts vom 0—Ring 35 ist entlang dem Umfang der Scheibe 31 eine Lippendichtung 36 angebracht. Ein Tellerventil 37 ist an einer in Achsrichtung beweglichen Stange 38 zwischen den Scheiben 30 und 31 starr befestigt. Stromaufwärts vom Tellerventil 37 rag-fc die Stange 38 durch eine öffnung im Bund 33, wo sie mittels beabstandeter Buchsen 40 und 41 für eine axiale Bewegung abgestützt ist, sowie durch eine zentrale Öffnung in der Platte 19, wo sie mit Hilfe einer Buchse 42 für eine axiale Bewegung abgestützt ist. Lippendichtungen 43 und 44 sind in der Mittenöffnung der Platte 19 zu beiden Seiten der Buchse 42 vorgesehen. Ein O-Ring 50 liegt in einer Nut rund um den Umfang des Tellerventils 37. Die Scheibe 31 hat eine mittige Einsenkung 51 mit einer Seitenwand, die so bemessen ist, daß sie daa Tellerventil 37 aufnehmen kann und mit dem 0—Ring abdichtet. In der Einsenkung 51 sind rund um die Stange 38 mehrere (z.B. vier) Durchlässe 52 ausgebildet, die eine Fluid— verbindung von der stromaufwärtigen Seite des Meßkolbens 18 zu dessen stromabwärtiger Seite herstellen. Wenn das Tellerventil 37 geöffnet wird, wird es durch eine axiale Bewegung der Stange 38 in eine solche Stellung gebracht, daß es stromaufwärts von der Scheibe 31 in einem Abstand zu dieser außerhalb der Einsenkung 51 liegt, wie in Fig.3 gezeigt, so daß es eine Fluidströmung durch die Durchlässe 52 zuläßt. Wenn das Tellerventil 37 geschlossen wird, wird es durch eine axiale Bewegung der Stange 38 so verschoben, daß es in der Einsenkung 51 liegt und die Durchlässe 52 versperrt. Eine fakultative Druckfeder 53 ist auf der Stange 38 zwischen der Scheibe 30 und dem Tellerventil 37 angebracht, um das Schließen des Tellerventils 37 zu unterstützen, indem sie das Ventil in die Einsenkung hineindrückt. Die Außenfläche des Bundes 33 dient dazu, die Druckfeder 53 mit der Stange 38 auszurichten.

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An der Platte 19 ist in axialer Fluchtung mit dem Meßzylinder 17 ein Rückholzylinder 60 angefügt. Der Zylinder 60 besteht aus einem Rohr 61 mit Endflanschen· An dem einen Endflansch des Rohres 61 ist mit nicht gezeigten Mitteln eine Endplatte 62 befestigt; der andere Endflansch des Rohres 61 ist mit Hilfe einer Winkellasche 63 an der Platte 19 befestigt, so daß die Stange 38 in das Rohr 61 hineinragt. In dem Rohr 61 ist am Ende der Stange 38 ein Rückholkolben 64 festgemacht, der einen kleineren Querschnitt hat als der Meßkolben 18. Der Kolben 64 paßt bündig in das Rohr 61, so daß er sich als Fluidbarriere durch das Rohr bewegt. An der Außenseite des Rohres 61 sind an beabstandeten Stellen entlang der Bewegungsbahn des Kolbens 64 Signalgeber-Spulen 65 und 66 angebracht. Die Signalgeber-Spulen 65 und 66 sind über elektrische Leitungen 67 zusammen mit der Verbindungsleitung 13 vom Strömungsmesser 10 (Fig.1) an eine elektronische Schaltung 68 zur Bestimmung der Charakteristik angeschlossen. Die Schaltung 68 kann die in Fig.8 der US-PS 3 403 544 gezeigte Schaltung sein.

Der Kolben 64 wird von einer Druckluftquelle 75 fluidisch gesteuert. Der Auslaß der Druckluftquelle 75 ist über eine Reihenschaltung eines Stellers 76, eines solenoidgesteuerten Ein-Aus-Ventils 77, eines Analog-Regelventils 78 und eines aolenoidgesteuerten Dreiwegeventils 79 mit dem stromaufwärtigen Ende des Zylinders 60, sowie über einen Steller 80 und ein dazu in Reihe geschaltetes solenoidge steuert es Dreiwegeventil 81 mit dem stromabwärt igen Ende des Zylinders 60 verbunden. Je nach dem Zustand des Betätigungssolenoids ist das Ventil 77 entweder offen oder geschlossen. Je nach dem Zustand des Betätigungssolenoids entlüften die Ventile 79 und 81 jeweils entweder das Innere des Zylinders 60 zur Um-» gebung oder sie setzen das Innere des Zylinders 60 mit Luft von der Druckluft quelle 75 unter Druck. Ein Druckdifferenzwandler ( Δ P) 82 steht an seinen Eingängen Bg und B^ in Fluid verbindung mit dem stromauf war tigen bzw· stromabwärti—

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gen Ende des Innenraums des Zylinders 17· Das Ventil 78 wird durch ein elektrisches Signal gesteuert, das von dem Druckdifferenzwandler 82 erzeugt wird und proportional zur Differenz zwischen dem an den Eingang P., und dem an den Eingang Pp angelegten Fluiddruck ist.

Im Normalbetrieb des Fluid systems, in das das Kontrollgerät eingeschaltet ist, setzt das Ventil 81 das stromabwärtige Ende des Zylinders 60 unter Druck, das Ventil 77 ist geschlossen und das Ventil 79 entlüftet das stromaufwärtige Ende des Zylinders 60 zur Umgebung. Demzufolge hält der Druck von der Druckluft quelle 75 den Kolben 64 am stromaufwärtigen Ende, wodurch der Kolben 18 in einer Bereitschaftstellung am stromauf wärtigen Ende seines Zylinders gehalten wird bei offenem Tellerventil 37, wie in Fig.3 gezeigt. Folglich passiert das durch das System strömende Fluid die Durchlässe des Kolbens 18 unbehindert, wie durch die dicken Pfeile in Fig.1 dargestellt. Um einen Versuchslauf einzuleiten, der die Charakteristik des Strömungamessers 10 bestimmt, wird das Ventil 77 geöffnet, durch Umschalten des Ventils 79 wird das stromaufwärtige Ende des Zylinders 60 unter Druck gesetzt und durch Umschalten des Ventils 81 wird das stromabwärtige Ende des Zylinders 60 entlüftet. Demzufolge schließt die Druckdifferenz an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Stirnfläche des Kolbens 64, unterstützt durch die Feder 53, das Tellerventil 37 und gibt den Kolben 18 frei. Wenn das Tellerventil 37 schließt, beginnt der Kolben 18 stromabwärts durch den Zylinder 17 zu wandern. Wenn das Tellerventil 37 vollständig geschlossen ist, bewegt sich der Kolben 18 voll synchron mit dem durch den Zylinder 17 und den Strömungsmesser 10 strömenden Fluid. Die Signalgeberspule 65 ist an einer Stelle auf der länge des Zylinders 60 angebracht, die einer Stelle auf der Länge des Zylinders 17 entspricht, wo das Tellerventil 37 vollständig geschlossen ist und der Kolben 18 sich voll synchron mit dem durch den Zylinder 17 strömenden Fluid bewegt. Ein elastischer Anschlag

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45 zwischen dem Kolben 64 und der Endplatte 19 dient dazu, die Bewegung der Stange 38 bei Beendigung eines Versuchs— laufs zu stoppen, wobei der Kolben 18 sich noch weiter stromabwärts bewegen kann und das Tellerventil 37 öffnet, so daß Fluid durch die Durchlässe 52 strömen kann·

Als Sicherheitsmaßnahme ist quer durch das Innere des Rohres 16 nächst der Endplatte 20 ein Stab 85 angebracht, um die Stange 38 zu stoppen und das Tellerventil 37 zu öffnen, wenn der Kolben 18 das stromabwärtige Ende des Zylinders 17 erreicht. Nach Wunsch können auch federnde Anschläge für die Scheiben 31 und 30 am stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Ende des Zylinders 17 vorgesehen sein, um den Aufprall des Kolbens 18 abzufangen. Während der Kolben 64 sich von der Signalgeberspule 65 zur Signalgeberspule 66 bewegt, fließt ein bestimmtes Fluidvolumen durch den Zylinder 17, nämlich, ein Tolumen gleich dem Produkt aus dem inneren Querschnitt des Zylinders 17 mal der vom Kolben 18 durchlaufenen Strecke. Wie in der US-PS 3 492 856 beschrieben, stellt dieses bestimmte Volumen geteilt durch die Zeit, die der Kolben 64 für den Weg von der Spule 65 zur Spule 66 benötigt, eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit dar, die mit dem Ansprechen des Strömungsmessers 10 verglichen wird, um dessen Charakteristik zu bestimmen. Am Ende des Versuchslaufs befindet sich der Kolben 18 in seiner stromabwärtigen Stellung im Zylinder 17 bei geöffnetem Tellerventil 37» so daß das durch das System strömende Fluid wieder ungehindert durch die Durchlässe 52 des Kolbens 18 fließen kann.

Die Bewegung des Kolbens 18 durch den Zylinder 17 während eines Versuchslaufs verursacht leicht Störungen im Fluidsystem, insbesondere wenn das Fluid komprimierbar, d.i. ein Gas ist. Um diese Störungen zu unterdrücken, steuert daa von dem Druckdifferenz-Geber 82 erzeugte Signal automatisch das Ausmaß der Öffnung des Ventils 78 derart, daß zwischen der stromauf wärt igen und der stromabwärtigen Stirnfläche des

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Kolbens 64 ein solcher Druckunterschied vorgesehen wird, daß die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 im Zylinder 17 während des Versuchslaufs konstant bleibt. In anderen Worten: der Kolben 64 übt über die Stange 38 eine ausgleichende Kraft auf den Kolben 18 aus. Vorzugsweise ist der Druckunterschied zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 sehr gering, etwa in der Größenordnung von einigen Millibar, wobei der höhere Druck an der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 herrscht. Die Aufrechterhaltung eines höheren Druckes an der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 im Vergleich zur stromaufwärtigen Seite gewährleistet, daß während des Versuchslaufs das Tellerventil 37 geschlossen ist und die Durchlässe 52 versperrt sind, denn wenn Fluid durch die Durchlüsse 52 fließen würde, würde auf der stromaufwärtigen Seite des Kolbens ein höherer Druck vorhanden sein als an der stromabwärtigen Seite. Aus diesem Grund ist es unter gewissen "Umständen erstrebenswert, die Druckdifferenz am Kolben 64 in der beschriebenen Weise automatisch zu steuern, wenn das Kontrollgerät in einem inkompressiblen Fluidsystem, d.i. in einem Flüssigkeitssystem angeschlossen ist, damit sichergestellt ist, daß das Tellerventil 37 während des Versuchslaufs geschlossen ist, wenngleich ein sol~ ehes Fluidsystem nicht den großen Schwankungen eines Systems mit komprimierbarem Fluid unterworfen ist.

TJm den Kolben 18 am Ende eines Versuchslaufs in seine stromaufwärtige Stellung zurückzuholen, wird das Ventil 77 geschlossen, das Ventil 79 wird umgeschaltet, um das stromaufwärtige Ende des Zylinders 60 zu entlüften, und das Ventil 81 wird umgeschaltet, um das stromabwärtige Ende des Zylinders 60 mit Druck zu beaufschlagen. Demzufolge wird der Kolben 64 durch die Druckluft von der Druckluft quelle 75 zum stromaufwärtigen Ende des Zylinders 60 hin vorwärtsgetrieben und nimmt dabei den Kolben 18 mit zu dessen stromaufwärtiger Position bei geöffnetem Tellerventil 37. Damit ist der

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Kolben 18 für einen neuen Versuchslauf bereit, wenn, die Charakteristik des Strömungsmessers 10 erneut bestimmt werden soll·

In der abgewandelten Ausführungsform der Pig.4 tragen die mit dem Beispiel der Fig.2 und 3 gemeinsamen Elemente die gleichen Bezugsziffern. Die Stange 38 reicht durch den. ganzen Zylinder 17 vom einen zum anderen Ende. An dem. stromabwärtigen Endflansch des Rohres 16 ist mit nicht gezeigten Mitteln eine Endplatte 86 befestigt. Die Platte 86 hat eine mittige öffnung, durch die die Stange 38 tritt. Eine Buchse 87 in der mittigen Öffnung stützt die Stange 38 für eine Bewegung in Achsrichtung ab und Lippendichtungen 88 und 89 zu beiden Seiten der Buchse 87 verhindern ein Austreten von Fluid aus dem Zylinder 17. Zwei öffnungen 84, analog den öffnungen 23 in Fig.3, dienen als Auslaß des Zylinders 17· Dadurch, daß die Stange 38 sich durch den ganzen Zylinder vom einen bis zum anderen Ende erstreckt, ist das Kraft Ungleichgewicht am Kolben 18, das im Beispiel der Fig.2 und von der Stange 38 hervorgerufen wird, beseitigt. Genauer· gesagt, steht in der Ausführungsform der Fig.2 und 3 wegen, der Stange 38 dem Fluid an der stromabwartigen Seite des Kolbens 18 eine größere Wirkungsfläche zur Verfügung als an der stromaufwärtigen Seite, wodurch ein Kraftungleichgewicht hervorgerufen wird.

In der Ausführungsform der Fig.5 läuft ein Meßkolben 90, der mit einem Tellerventil 91 versehen ist, als Fluidbarriere durch einen Meßzylinder 92, wenn das Tellerventil 91 geschlossen ist. Wenn das Tellerventil 91 offen ist, strömt das Fluid durch Durchlässe 93 im Kolben 90. Ein Rückholzylinder 94, durch den ein Rückholkolben 95 als Fluidbarriere läuft, ist mit dem stromaufwärtigen Ende des Meßzylinders 92 axial gefluchtet.

Ein Rückholzylinder 96, durch den ein Rückholkolben 97 als Fluidbarriere läuft, ist mit dem stromabwartigen Ende des

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Zylinders 92 axial gefluchtet. Eine Stange 98 verbindet das Tellerventil 91 und den Kolben 95. Eine Stange 99 verbindet den Kolben 90 und den Kolben 97. Das Ende der Stange 99 ist am Kolben 90 mittels eines Gestänges 100 befestigt. Der Kolben 90, das Tellerventil 91, der Zylinder 92 und die Durchlässe 93 können gemäß dem Beispiel der Fig.2, 3 und 4 konstruiert sein.

Eine Druckluft quelle oder sonstige geeignete Druckfluid quelle 110 ist über solenoidgesteuerte Dreiwegeventile 111, 112, 113 mit dem stromaufwärtigen Ende des Zylinders 94 bzw. dem stromabwärtigen Ende des Zylinders 94 bzw. dem stromaufwärtigen Ende des Zylinders 96 verbunden. Dae stromabwärtige Ende des Zylinders 96 ist zur Umgebung offen. Um den Kolben 90 in seiner stromaufwärtigen Stellung zu halten, sind die Ventile 111 und 113 so geschaltet, daß sie entlüftet sind und das Ventil 112 steht so, daß das stromabwärtige Ende des Zylinders 94 unter Druck gesetzt ist. Um den Kolben 90 freizugeben und einen Versuchslauf zu starten, werden die Ventile 111 und 112 umgeschaltet, so daß das stromaufwärtige Ende des Zylinders 94 unter Druck gesetzt wird und sein stromabwärtiges Ende entlüftet wird. Bis zu diesem Punkt der Beschreibung spielen der Zylinder 96 und der Kolben 97 keine Rolle in der Punktion des Gerätes. Sie unterstützen jedoch das Rückholen des Kolbens 90 in seine stromaufwärtige Stellung. Während eines solchen Rücklaufes sind die Ventile 111 und 112 wieder so umgeschaltet, daß das stromaufwärtige Ende des Zylinders 94 entlüftet und sein stromabwärtiges Ende mit Druck beaufschlagt wird, und das Ventil 113 ist so umgeschaltet, daß das stromaufwärtige Ende des Kolbens 97 unter Druck gesetzt wird (weniger als das stromabwärtige Ende des Kolbens 95), wodurch das Öffnen des Tellerventils 91 während des Rückholens des Kolbens 90 unterstützt wird.

Das beschriebene Kontrollgerät kann auf bequeme Weise geprüft werden, um sicherzustellen, daß keine Leckstelle in

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der Abdichtung zwischen dem Tellerventil 37 und den Seiten der Einsenkung 51 * in der Abdichtung zwischen der Scheibe 31 und der Innenwand des Rohres 16 und in der Abdichtung zwischen der Stange 38 und der Endplatte 19 vorhanden ist. Dies ist wichtig, weil ein Dichtungsleck einen Fehler in der Fluidmessung durch das Kontrollgerät verursacht. Die Prüfung geschieht im einzelnen folgendermaßen: Das Sperrventil 14 (Fig.1) wird geschlossen und die Druckdifferenz am Kolben 64 wird auf die ira Zusammenhang mit Pig. 3 beschriebene Weise automatisch gesteuert, so daß eine kleine konstante Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 im Zylinder 17 aufrechterhalten wird, wobei der höhere Druck an der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 herrscht. Angenommen, daß das Ventil 14 nicht leckt, so bewirkt jedes Fluidleck an einer der drei oben erwähnten Abdichtungen, die geprüft werden sollen, eine Bewegung des Kolbens 18 und des Kolbens 64 aufgrund der automatischen Steuerung, die eine konstante Druckdifferenz am Kolben 18 aufrechterhält. Ein Leck in der Abdichtung zwischen der Stange 38 und der Endplatte 19 verursacht eine Bewegung des Kolbens stromaufwärts; ein Leck in den beiden anderen Abdichtungen verursacht eine Bewegung des Kolbens 18 stromabwärts. Ein Positionsfühler, der aus einem elektronischen Zungenschalter, einer Batterie, einer T₁ ^-Fm, in Eeihe geschaltet, bestehen kann, ist an einer stationären Stelle an der Außenseite des Zylinders 60 nächst dem Kolben 64 angebracht. Wenn die LED eine Zeitlang erleuchtet bleibt, ist der Kolben 64 stationär und die Dichtungen lecken nicht. Wenn jedoch die LED ausgeht, zeigt dies eine Bewegung des Kolbens 64 und ein Dichtungsleck an_o

Der vorstehend beschriebene Lecktest kann auch auf einem Prüfstand außerhalb eines im Betrieb befindlichen Fluidsysteme durchgeführt werden. Im Fall eines Gassystems kann ein anderes Mittel zum Feststellen einer Bewegung des Kolbens 18 verwendet werden; nämlich das s tr omaufwärt ige Ende

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des Zylinders 17 kann zur Umgebung entlüftet werden durch Öffnen einer Abblasleitung und dann kann über der Öffnung der Abblasleitung eine Seifenlauge angebracht werden. Ein Gasaustritt durch die Kolbendichtung von der stromabwärtigen Seite des Kolbens 18 her bildet Blasen in der Seifenlauge.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nur als zweckmäßig und illustrativ für den Erfindungsgedan— ken anzusehen. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedenartige und zahlreiche andere Anordnungen möglich. So iet die Erfindung zwar besonders nützlich als Kontrollgerät, sie kann aber auch als Eichgerät angewandt werden. Sie ist gleichermaßen auf Gassysteme und Flüssigkeitssysteme anwendbar, und kann für jeden Typ eines Strömungsmessers !verwendet werden, obwohl sie speziell für die Bestimmung der· Charakteristik eines Turbinen-Strömungsmessers, der elektrische Schwingungen in einer zum Strömungsvolumen proportionalen Anzahl erzeugt, konstruiert ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE A- GRÜNECKER

UPl-- ING.

H. KINKEUDEY

DH-IMG

W. STOCKMAIR

DH-ING - AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

OR PSi NAT - aR_-PHYS

G. BEZOLD

* DRRERMAT-OPl-OHEM.

8 MÜNCHEN

MAXlMlUtANSTRASSE

FLOW TECHNOLOGY, INC.

East Broadway
Phoenix, Arizona 85040, USA

4. Hai 1979 PH 13 635

Vorrichtung zur Bestimmung der Charakteristik eines

Strömungsmessers

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Messen einer Fluid strömung, mit einer Hauptleitung, duroh die Fluid von einer stromauf wärtigen. Stelle zu einer stromabwärtigen Stelle strömt, einen bewegbaren Hauptkörper, der in der leitung angeordnet ist,

einen Durchlaß durch den Hauptkörper, der einen Weg für die Fluid strömung von der stromauf wärtigen Stelle zur stromabwärtigen Stelle vorsieht,

eine auslösbare Einrichtung zum Festhalten des Hauptkörpers an der stromauf wärtigen Stelle der leitung, und eine Einrichtung zum Versperren des Durchlasses, wobei der Hauptkörper in die Lage versetzt wird, sich: von der stromaufwärtigen Stelle durch die Leitung zur stromabwärtigen Stelle als Fluidbarriere zu bewegen synchron mit der Fluid strömung, wenn der Durchlaß versperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die festhaltende Einrichtung

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TELEFON (OBO) au SS S3 TELEX O0-20 3B0 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

eine Hilfsleitung (60), die fluidisch von der Hauptleitung (17) isoliert ist,

einen bewegbaren Hilfskörper (64), in der Hilfsleitung (60), der geeignet ist, sich als Fluidbarriere um die gleiche Strecke durch die Hilfsleitung (60) zu bewegen wie der Hauptkörper (18) sich durch die Hauptleitung (17) bewegt,

ferner ein Vorrichtungsteil (38), das den Hilfskörper (64) mit dem Hauptkörper (18) zur gemeinsamen Bewegung verbindet, und

eine Steuerung (75> 79j 81) zum fluidischen Steuern der Bewegung des Hilfskörpers (64) durch die Hilfsleitung (60) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verbindende Vorrichtungsteil (38) eine Stange ist, die sich zwischen dem Hilfskörper (64) und dem Hauptkör— per (18) erstreckt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper (64) eine erste Stirnfläche auf einer Seite der Barriere und eine zweite Stirnfläche auf der anderen Seite der Barriere hat und daß die Steuerung einen ersten Funktionsteil (79) zum Anlegen eines höheren Fluiääruckes an die erste Stirnfläche als an die zweite Stirnfläche, um den Hauptkörper (18) für eine Bewegung als Fluidbarriere durch die Hauptleitung (17) zur stromabwärtigen Stelle freizugeben, sowie einen zweiten Punktionsteil (81) einschließt zum Anlegen eines höheren Fluiddruckes an die zweite Stirnfläche als an die erste Stirnfläche, um den Hauptkörper (18) zur stromaufwärtigen Stelle der Hauptleitung (17) zurückzuholen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Funktionsteil mit Einrichtungen (78, 82) versehen ist, um die Bewegung des Hilfskörpers (64) so zu

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steuern, daß in der Hauptleitung (17) eine konstante Druckdifferenz zwischen dem Hauptkörper (18) und der stromabwärtigen Stelle und zwischen dem Hauptkörper und der stromaufwärtigen Stelle aufrechterhalten wird·

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punktionsteil folgende Elemente umfaßt: einen Druckdifferenz-Geher (82) in Fluidverbindung mit der stromaufwärtigen Stelle und der stromabwärtigen Stelle in der Hauptleitung, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das der Druckdifferenz in der Hauptleitung zwischen dem Hauptkörper und der stromabwärtigen Stelle und dem Hauptkörper und der stromaufwärtigen Stelle porportional 1st,

eine Druckfluidquelle (75),

ein Regelventil (78), das in der Fluid verbindung von der Druckfluidquelle zur Hilfsleitung auf der Seite der ersten Stirnfläche, des Hilfskörpers liegt, einen Fluidempfänger (81), der mit der Hilfsleitung in Fluidverbindung mit der zweiten Stirnfläche des Hilfskörpers verbunden ist, und

eine Anordnung, die auf das vom Druckdifferenz-Geber erzeugte elektrische Signal anspricht und das Regelventil derart reguliert, daß in der Hauptleitung zwischen dem Hauptkörper und der stromabwärtigen Stelle und zwischen dem Hauptkörper und der stromaufwärtigen Stelle eine vorgegebene Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Druckdifferenz aus einem geringfügig höheren Druck in der Hauptleitung zwischen dem Hauptkörper und der stromabwärtigen Stelle als zwischen dem Hauptkör— per und der stromaufwärtigen Stelle besteht.

7"· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (65, 66) zum Vahrneh—

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men der Bewegung des Hilfskörpers durch die Hilfsleitung.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die versperrende Einrichtung (37) auf die Freigabe des Hauptkörpers durch die festhaltende Einrichtung hin den Durchlaß (52) durch den Hauptkörper (18) verschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die versperrende Einrichtung ein Tellerventil (37) in der Hauptleitung (17) stromaufwärts vom Hauptkörper (18) ist und der verbindende Vorrichtungsteil eine Stange (38), die sich zwischen dem Hilfskörper und dem Tellerventil erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eich die Stange (38) durch die ganze Hauptleitung (17) von deren einem bis zum anderen Ende erstreckt und die Hauptleitung an beiden Enden mit Dichtungen versehen ist, durch die die Stange aus der Hauptleitung hervortritt. (Pig.4)

11. Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine weitere Leitung (96),

einen weiteren bewegbaren Körper (97), der als Pluidbar— riere durch die weitere leitung läuft, eine weitere Stange (99), die den Hauptkörper (90) mit dem weiteren Körper (97) verbindet, und eine Steuerung zum Steuern der Bewegung des weiteren Körpers in der weiteren Leitung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für die Bewegung des Hilfskörpers (95) Elemente (111, 112) zum Anlegen einer Druckdifferenz an den Hilfskörper in dem Richtungssinn, daß das Tellerventil (91) geöffnet und der Hauptkörper zur stromaufwärtigen

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Stelle getrieben wird, umfaßt und daß die Steuerung für die Bewegung des weiteren Körpers ein Element (113) zum Anlegen einer Druckdifferenz an den weiteren Körper (97) in dem Sinn aufweist, daß das Tellerventil (91) geöffnet wird.

13· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie fest in ein Fluidsystem in Reihe mit einem Strömungsmesser eingebaut ist, um als Kontrollgerät zu arbeiten.

14· Fluidsystem mit einem fest eingebauten Kontrollgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmesser ein periodisches elektrisches Signal mit einer zur Strömungsgeschwindigkeit des durch das System strömenden Fluids proportionalen Frequenz erzeugt und daß das Kontrollgerät eine Einrichtung aufweist, um die Zeit zu messen, die der Meßkolben benötigt, um eine vorgegebene Strecke durch den Meßzylinder zu laufen, sowie eine Einrichtung, die auf die Zeitmeßeinrichtung und das vom Strömungsmesser erzeugte Signal anspricht und eine für die Charakteristik des Strömungsmessers repräsentative Anzeige liefert.

15· Verfahren zum Untersuchen der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12 auf Leckstellen in den Abdichtungen des Hauptkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der Hauptleitung geschlossen wird, daß der Durchlaß versperrt wird,

daß der Zwischenraum zwischen dem Hauptkörper und dem stromabwärtigen Ende der Hauptleitung mit Fluid gefüllt wird,

daß die Stellung des Hauptkörpers in der Hauptleitung so gesteuert wird, daß eine konstante Druckdifferenz zwischen der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite des Hauptkörpers aufrechterhalten wird, wobei der höhere Druck auf der stromabwärtigen Seite des Hauptkörpers

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herrscht, und daß eine etwaige Bewegung des Eauptkörpera wahrgenommen wird.

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