DE2941192A1

DE2941192A1 - Verfahren zur selbsttaetigen kalibrierung eines stauscheibendurchflussmessers

Info

Publication number: DE2941192A1
Application number: DE19792941192
Authority: DE
Inventors: Amin Dipl.-Ing. Mirahmadi; Friedrich Ernst Dr.-Ing. 1000 Berlin Wagner
Original assignee: MIRAHMADI AMIN
Current assignee: MIRAHMADI AMIN
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1979-10-11
Publication date: 1981-04-23

Description

Titel : Verfahren zur selbsttätigen Kalibrierung eines
Stauscheibendurchflußmessers.
Anwendungsgebiet : Die Erfindung kann zur Messung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von flüssigen und gasförmigen Medien bei gleichzeitiger Kalibrierung des Meßgerätes eingesetzt werden.
Zweck : Mittels der Erfindung soll die mittlere Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von Dichte und Viskosität des strömenden Mediums sowie unabhängig vom Widerstandsbeiwert des im Medienraum befindlichen Geräteteils bestimmt werden. Zugleich soll das Gerät selbsttätig kalibriert werden. Stand der Technik mit Fundstellen : Beim Stauscheibendurchflußmesser wird der Differenzdruck, der im Strömungsraum an einer Stauscheibe entsteht, zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit herangezogen. Das Stauscheibenverfahren kann dabei als umgekehrtes Wirkdruckverfahren mit Hilfe einer Blende verstanden werden. Im Gegensatz zu diesem ist jedoch - wegen der wesentlich geringeren Verbreitung -eine vollständige theoretische Durchdringung und Normung des Stauscheibenverfahrens nicht erfolgt. Die Geräte werden weitgehend auf Grund empirischer Erfahrung entwickelt und einzeln kalibriert (Grasmann, W., Regelungstechnische Praxis 12(1970)70-73.; Eifert, G., Specht, R., VDI-Bericht Nr. 254(1976)37-41.) Kritik des Standes der Technik : Die Beziehung zwischen der Kraft an der Stauscheibe und der Strömungsgeschwindigkeit ist quadratisch.
Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Radizierung.
Eine Lösung des Problems durch elektromagnetische Kraftkompensation mit quadratischem Zusammenhang zwischen Kraft und elektrischem Strom ist bekannt (Deutsches Patent Nr. 579050 (1931), Askania.; Deutsches Patent Nr. 813898 (1949), Askania ). Sie wurde verbessert (Mirahmadi, A., u.a., Deutsche Patentanmeldung P 28 42 007.7, AT 27.09.78), so daß dieses Verfahren auch bei pulsierendem Betrieb angewendet werden kann.
Das Meßsignal herkömmlicher Durchflußmesser mit Stauscheibe hängt von der Dichte des strömenden Mediums ab, so daß für eine genaue Messung, vor allem von Gasen, eine zusätzliche Dichtemessung mit anschliessender Kompensation erfolgen muß.
Das Meßsignal herkömmlicher Durchflußmesser mit Stauscheibe hängt von der Viskosität ab, was den Einsatz des Verfahrens vor allem für die chemische und petrochemische Industrie einschränkt.
Aufgabe : Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung eines sel bstkompens i erenden Stauscheibendurchflußmessers mit elektrodynamischem Stellglied die mittlere Geschwindigkeit eines strömenden Mediums unabhängig vom Widerstandsbeiwert des im Medienraum befindlichen Geräteteils zu bestimmen und das Meßgerät selbsttätig zu kalibrieren.
Lösung : Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels eines seriellen Meßverfahrens die mittlere Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von Dichte, Viskosität und Widerstandsbeiwert bestimmt wird. Weitere Ausgestaltung der Erfindung : Das Meßverfahren vollzieht sich in zwei nacheinander (seriell) erfolgenden Schritten.
Im 1. Schritt wird die auf die Stauscheibe von der Strömung ausgeübte Staukraft über einen Regelkreis mit Hilfe der von einem elektrodynamischen Stellglied erzeugten Kraft kompensiert. Bei Kraftgleichgewicht zwischen Staukraft und Kompensationskraft gilt K1 C K1 c2 (1) Der dem elektrischen Strom i entsprechende Meßwert wird elektronisch gespeichert. Er ist proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit c. Der Proportionalitätsfaktor K1 ist im Wesentlichen eine Funktion der Dichte des strömenden Mediums, des Widerstandsbeiwertes und der Stauscheibenfläche.
Im 2. Schritt wird die Stauscheibe mit der konstanten Geschwindigkeit c durch die Strömung bewegt.
Relativ zur Strömung hat sie die Geschwindigkeit * = c * c = c + c . Die konstante Geschwindigkeit c hat eine Änderung des durch das elektromagnetische Kraftglied fließenden elektrischen Stroms um i zur Folge. Bei Kraftgleichgewicht zwischen Staukraft und Kompensationskraft ergibt sich (i i*)2 = K2 (c + c*)2 (2) Der dem elektrischen Strom (i + i *) entsprechende elektrische Meßwert wird elektronisch gespeichert.
Unter der Voraussetzung, daß sich die Dichte des strömenden Mediums während der seriellen Meßwerterfassung nicht ändert, sind die Proportionalitätsfaktoren K1 und K2 gleich.
Dividiert man (2) durch (1), so erhält man * * c 1 c = 1/ i (3) Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit c ist unabhängig von Dichte und Viskosität des strömenden Mediums und unabhängig vom Widerstandsbeiwert des im Medienraum befindlichen Geräteteils ermittelbar. Die Geschwindigkeit c dient als Referenz, so daß eine selbsttätige Kalibrierung des Durchflußmeßgerätes möglich ist.
Erzielbare Vorteile : Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind a) selbsttätige Kalibrierung b) Unabhängigkeit der Geschwindigkeitsmessung von - der Dichte des strömenden Mediums - der Viskosität des strömenden Mediums - der Fläche der Stauscheibe - dem Widerstandsbeiwert des im Medienraum befindlichen Geräteteils.
Beschreibung einer Ausführung : Die Stauscheibe ist als Strecke (Bild 1) Teil eines Kompensationsreyelkreiss. Die Staukraft F5 bewirkt eine Verschiebung der Stauscheibe in Strömungsrichtung. Diese wird mittels eines elektromechanischen Meßgrößenumformers in eine Spannung U umgewandelt und mit dem Sollwert U5011 = 0 verglichen. Die Regelabweichung aU wird über einen Regler auf ein eisengeschlossenes elektrodynamisches Stellglied gegeben.
Dieses erzeugt eine Kraft Fk, die der Staukraft entgegenwirkt, so daß der mit (1) beschriebene Zusammenhang zwischen mittlerer Strömungsgeschwindigkeit c und Kompensationsstrom i entsteht.
Um die Referenzgeschwindigkeit c zu erzeugen, wird zunächst über ein Schalternetzwerk eine rechteckförmige Spannung erzeugt, die mit Hilfe eines Integrators in dreieckförmige Signale umgewandelt wird.
Diese dienen als Führungsgröße U5011, der der Regelkreis folgt. Bei verschwindender Regelabweichung aU führt die Stauscheibe eine der Referenzgeschwindigkeit c proportionale Bewegung aus. Hierdurch wird der mit (2) beschriebene Zusammenhang erfüllt.
Die entsprechenden Meßwerte werden gemäß (3) verarbeitet.
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Claims

Patentansprüche Oberbegriff : Verfahren zur se,bsttatigen Kalibrierung eines Stauscheibendurchflußmessers Kennzeichnender Teil / : - dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit aus der rechnerischen Verknüpfung zweier zeitlich nacheinander anfallender Meßwerte gewonnen wird.

- dadurch gekennzeichnet, daß die Staukraft im ersten Schritt mit Hilfe eines eisengeschlossenen elektrodynamischen Systems über einen Regelkreis selbsttätig kompensiert und der Kompensationsstrom ge- speichert wird.

- dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe im zweiten Schritt mit konstanter Geschwindigkeit durch die Strömung bewegt wird und der hierbei durch das elektrodynamische System fließende Strom gespeichert wird.

- dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit aus der Division der beiden gespeicherten Ströme ermittelt wird.