DE3126408A1

DE3126408A1 - Drucksystem fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3126408A1
Application number: DE3126408A
Authority: DE
Inventors: Victor Nicholas Pasadena Calif. Lawford
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: ITT Inc
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1981-07-04
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2081900A; FR2495318B1; IT1195050B; US4332166A; FR2495318A1; ES259647U; CA1152350A; BE889904A; IT8123189A0; SE452658B; ES259647Y; GB2081900B; JPS5734425A; SE8104589L

Description

V.N. Lawford 12 Dr.Rl/Be

3. Juli 1981'

Druckmeßsystem für Flüssigkeiten

Die Priorität der Anmeldung Nr. 176 466 vom 8. August 1980 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsmeßsystem .und insbesondere ein Druckmeßsystem mit Temperatur-^ kompensation.

Ein Druckmeßsystem für Flüssigkeiten ist z. B. aus dem US-Patent Nr. 38 53 006 bekannt.

Ein Druckmeßsystem der eingangs genannten Art verwendet zuweilen eine Differenzdruckeinheit des Typs, der in den US-Patenten Nr. 26 32 474 und 26 64 749 beschrieben ist.

Das Rohrsystem beim Stand der Technik besitzt Einlasse und Auslässe zur Anbringung von Differenzdruckmessern, es ist jedoch weder mit einer Feder beaufschlagt noch mit einer Temperaturkompensation ausgerüstet.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen dargestellt ist, liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe die Belastung einer Flüssigkeitssäule so variiert werden kann, daß der Wechsel in der Höhe und/oder der Dichte kompensiert wird. Die Erfindung wird anhand der Figuren der beigefügten Zeichnung erläutert-.

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch ein Meßsystem für Flüssigkeiten nach dem Stand der Technik,

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Fig. 2 zeigt den Schnitt durch eine Ausbildungsform eines Meßsystems für Flüssigkeiten nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 zeigt die Kurven zweier Funktionen der Temperatur « (spezifisches Gewicht und Ausdehnung von Wasser),

Fig. 4 zeigt Kurven von vier Funktionen der Temperatur, eine davon ist das spezifische Gewicht von

Wasser,
10

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine mögliche andere Ausbildungsform des Meßsystems nach der vorliegenden Erfindung.

.._ Der in Fig. 1 gezeigte Tank 10 dient der Aufnahme von · Wasser 11 und Dampf 12 (etwa bei einem Druck von 1,01 . 10⁵ Pa).

Der Meßfühler 13 enthält Wasser 14, das die Kapillare 15 füllt. Das Wasser 11 aus dem Tank 10 gelangt über die Kapillare 16 zu dem Differenzdruckmesser 17. Dieser ist über die Kapillare 15 mit dem Meßfühler 13 verbunden. Die Kapillare 18 verbindet den Tank 10 mit dem Meßfühler

An den Differenzdruckmesser 17 ist das Anzeigegerät 19 angeschlossen, das die Differenz zwischen den Drücken in den Kapillaren 15 und 16 anzeigt. Differenzdruckmesser und Anzeigegerät 19 entsprechen der herkömmlichen Bauweise. Gegebenenfalls kann das Ausgangssignal des Differenzdruckmes-. sers 17 anstelle der Anzeige zur Prozesssteuerung oder andersweitig verwendet werden.

Das in Fig. 2 gezeigte System stimmt mit dem nach Fig. 1 mit Ausnahme des Meßfühlers 13 und der Kapillaren 15 und 18 überein. Anstelle des Meßfühlers 13 ist der Meß-

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fühler 20 vorgesehen, die Kapillaren 15 und 18 sind; durch die Kapillaren 21 und 22 ersetzt.

In der Glocke 23 ist der Balgen 24 untergebracht, der eine niedrige Federkonstante aufweist und mittels der ringförmigen Lippe 25 flüssigkeitsdicht an der Platte angeschweißt ist.

Man sieht, daß der Innendurchmesser der Kapillare 21 geringer ist als der Innendurchmesser der Lippe 25. Das bedeutet, daß beim Ausdehnen des Wassers in der Kapillare 21, bedingt durch ein Ansteigen der Außentemperatur und dessen Temperatur, der Balgen 24 sich ebenfalls ausdehnt. Seine Ausdehnung verursacht an seinem oberen Ende jedoch nicht eine so große vertikale Bewegung wie die des Wassers in der Kapillare 21 nahe deren oberen Ende.

Die Spiralfeder 27 mit vorgegebener Federkonstante verhindert elastisch die Aufwärtsbewegung des oberen Endes des BaI-gens 24. Die Federkonstante ist so gewählt, daß sie den Wechsel des spezifischen Gewichtes des Wassers in der Kapillare 21 wirkungsvoll kompensiert, wie nachstehend erklärt wird.

Die Kurven SG und E in Fig. 3 verkörpern .das spezifische.

Gewicht und die Volumenausdehnung des Wassers. Die Ausdehnung in Prozenten wird definiert als

E = 100 (1_ -1) (1)

SG

In Fig. 4 ist die Kurve SG gegenüber Fig. 3 in verändertem Maßstab dargestellt.

In Fig. 1 wird durch das Wasserbezugsrohr ein hydrostatischer Druck auf den Differenzdruckmesser 17 ausgeübt. Steigt

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die Temperatur in der Umgebung der Einrichtung an, .so
verringert sich die Dichte in dem Rohr. Die.Änderung
des hydrostatischen Druckes führt dazu, daß das Anzeigegerät 19 einen hohen Druck anzeigt.

Wenn in Fig.l b=o, dann ist SG=O,85, (2)

die Nullverschiebung Z. ist dann +15%. (3)

Der Differenzdruckmesser 17'und das Anzeigengerät 19'
in Fig. 2 können den in den oben genannten Patenten beschriebenen Typen entsprechen.

Die Feder 27 ist eine auf den Balgen 24 des Meßbehälters angeordnete, geei.chte Feder. Sie bewirkt einen "Rückdruck" auf den Differenzdruckmesser 17'. Sobald das Wasser in
der Kapillare 21 sich aufgrund einer Temperaturerhöhung ausdehnt, dehnen sich die Balgen 24 entgegen der Federkraft aus und erzeugen so eine "negative" Nullverschiebung
an dem Differenzdruckmesser 17'.

Die Nullverschiebung in den Fig. 1 und 2 läßt sich wie

folgt berechnen:
a) bei 21
Bezugsrohr

^Po^{= (}

in cm Wasserhöhe

a) bei 21⁰C beträgt der hydrostatische Druck in dem

= (a + b) SG_o . (4)

b) bei 271°C ist

P_t = P₀ (SG_t) · (5)

_p (a + b) (SG₀) (SG_t) (6)

^t .

c) die Nullverschiebung Z {%) an dem Differenzdruckmesser ist

Z = (^Po ~ ^Vf) ¹⁰° ^⁷^

Z = f(a+b) SG_OJ₍₁ _ _SG^ _{χ 100 χ 1/a (8)}

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Ist L die Längenänderung an den Balgen (Verhältnis .der Volumenänderung an Wasser dV bezogen auf den Bereich A der Balgen 24), so gilt

L = dV (9)

A

, dV = V _E_ (10)

100

L = VE (11)

lOOA

Zur Bestimmung der Federkonstante K der Feder 27 in Kraft pro Länge dient folgende Gleichung

_t K =_PA_ (12)

L

P = aZ (13)

2774

? W
2

(27,74 ist der Wert einer Wassersäule bei 21°C, gültig für eine Umwandlung in g/cm
K = aZA

2774L
oder

=[^ko a²3O ^{+ b)}

" ^SGt

worin, z. B.

= 2.03

(15)

K =2.03 _A2

Der Wert von K läßt sich für einen von vielen speziellen

Fällen z. B. wie folgt bestimmen: a = 202 cm Meßbereich (span) b = 38 cm Unterdrückung (suppression) V= 240 cm im System j

t = 270°C

QP ·. *

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a) Grundsystem (keine Feder) Z (aus Gleichung 8):

Z = f(95) lj (1 - .85) χ 100 (16)

80

Z = +17,8%, dies ist die Nullverschiebung für das nichtkompensierte System

b) Kompensiertes System siehe Gleichung (14) : K =f2.03 C95 l} (1 .85)

15 (.176)

K = 1,957 χ 10³ g/cm² c) Überprüfe b.

(1) dV = 43,3 cm³ HgO

(2) L = 0,9 cm Dehnung der Balgen (Federkompression)

(3) Kraft zum Zusammendrücken der Feder 1,75 kg

(4) Druck in den Meßbehälterbalken = 0,036 kg/cm oder 362,5 cm Wassersäule

(5) Z¹ = Nullverschiebung des Instruments entsprechend dem Druck in den Meßbehälterbalgen =

14,27 = - 17,8%

dieser Wert hebt die Gleichung 17 auf.

Erläuterungen:-

a) die Wasserventile beruhen auf "gesättigten Bedingungen*.

b) der hydrostatische Druck der Balkenausdehnung wird vernachlässigt.

c) Ausdehnung des Innendurchmessers des Rohrsystems wird vernachlässigt.

d) Der Effekt des Modulwechsels auf Metall wird vernachlässigt.

e) Die Feder kann nicht linear ausgelegt werden,

so daß es eine vollständige Kompensation ergibt. f) Das Gerät kann getestet werden,

1) Kalt: ein Wasservolumen entsprechend dV

wird eingespritzt.

^⁵ 2) Heiß: Hitze wird durch Heizelemente oder

den einen Heizmantel zugeführt.

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Das System nach Fig. 5 entspricht dem nach Fig. 2 bis auf den vertikalen Teil der Kapillare 21', die einen wesentlich größeren Innendurchmesser gegenüber · allen anderen Kapillarteilen aufweist, C ist entsprechend lang, und der Meßbehälter 28 ist über die Kapillaren und 32 an Tank 29 und den Differenzdruckmesser 30 angeschlossen. Der Meßbehälter 28 kann den Maßbehältern oder 20 entsprechen, zusammen mit den Federn 27' oder 27. Das Anzeigengerät.34 ist mit dem Anzeigengerät 19' gegebenenfalls identisch.

Der große Durchmesser des besagten Kapillarteils der Kapillare 21' erhöht ihre Änderungsrate der Wasserausdehnung im Vergleich zu der des engen Durchmessers des Kapillarteils über die Distanz C. Der Vertikalteil schwemmt gleichsam die engen Kapillaren aus und zeigt genau den richtigen Druck.

In Fig. 5 gleicht die Feder des Meßbehälters 28 jeden Fehler aus, der auf der Temperatur in den an dem Differenzdruckmesser 30 angeschlossenen Kapillaren beruht.

Die Vergrößerung der Balgen verringert die Wassermenge., die zu der Ausdehnung der Balgen erforderlich sind und umgekehrt.

Der Stopfen kann in beiden Fällen entfernt werden, damit ein Zugang möglich ist.

Die Federkompression am Startpunkt kann durch das Schraubteil eingestellt werden.

Man erkennt, daß die Balgen durch einen Stempel mit einer O-Ring-Dichtung ersetzt werden können.

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Der Ausdruck "Ausdehnungs- und Kontraktionsvorrichtung" oder irgend ein anderer Ausdruck bedeuten einen Balgen, einen Stempel oder eine diesen entsprechende Vorrichtung.

Die hierin offenbarte Spiralfeder kann gegebenenfalls eine Blattfeder sein.

Ein Meßbehälter mit einer Feder kann zwischen dem Hochdruckeinlaß eines Differenzdruckmessers und den Tiefdruckeinlaß angeschlossen werden, oder ein derartiger Meßbehälter an dem Hochdruckeinlaß und der andere an dem Tiefdruckeinlaß. In der Fig. 1 z. B. stellen die unteren Enden der Kapillaren 16 und 15 jeweils den Hochdruck- und Tiefdruckeinlaß dar.

AO

Leerseite

Claims

V.N. Lawford 12 Dr.Rl/Be

.3 . Juli 1981

Patentanspruch

Meßsystem für Flüssigkeiten, mit einem ersten flüssigkeitsdichten Gehäuse, einem Tank für die Flüssigkeit, wobei das erste Gehäuse einen Einlaß vom Tank her aufweist, um Flüssigkeit unter Druck in sein Inneres gelangen zu lassen, wobei ferner das erste Gehäuse eine Wand mit Öffnungen aufweist, mit einer Leitung mit ersten und zweiten Enden, wobei das erste Leitungsende an der Öffnung flüssigkeitsdicht angebracht ist, mit Balgen, die eine Lippe an den einem Ende aufweisen, das auf der einen Seite der Wand um die Öffnung herum im Abstand dazu angebracht ist, mit einer in der Kammer angeordneten Feder, die eine Kraft entsprechend der Funktion und Ausdehnung und Zusammenziehung der Balgen im Bezug auf die Öffnung, mit einem Meßgerät, daß das zweite Ende der Leitung verschließt, wobei eine nichtkomprimierbare Flüssigkeit die Balgen und die Leitung ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Feder so groß ist, daß der auf den druckempfindlichen Meßbehälter ausgeübte Druck weitgehend konstant ist, und zwar nicht nur wenn der Druck außerhalb der Balgen aber innerhalb der Kammern konstant ist sondern auch wenn die Temperatur der Flüssigkeit sich innerhalb eines bestimmten Bereiches .ändert, daß der druckempfindliche Apparat einen Differenzdruckmesser einschließt, der an den Tank angeschlossen ist unterhalb des ersten Gehäuseeinlasses, und daß ein Anzeigengerät mit dem Differenzdruckmesser verbunden ist.