DE3302736A1

DE3302736A1 - Anordnung zur korrelativen messung der stroemungsgeschwingikeit eines mehrphasenfluids

Info

Publication number: DE3302736A1
Application number: DE19833302736
Authority: DE
Inventors: Martin 7500 Karlsruhe Klobe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-01-27
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1984-08-02
Also published as: JPH0415887B2; JPS59182316A

Description

Anordnung zur korrelativen Messung der Strömungsgeschwin-
digkeit eines Mehrphasenfluids Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur korrelativen Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mehrphasenfluids in einer Rohrleitung mit Hilfe zweier in Strömungsrichtung hintereinander angeordneter kapazitiver Aufnehmer.
Bei einer bekannten Anordnung dieser Art bestehen die kapazitiven Aufnehmer aus zwei Kondensatoren, deren Elektroden in Form von Zylinderschalen an der Außenwand des den Meßstoff führenden Rohrs anliegen.
Das elektrische Feld zwischen den beiden zylindrischen Schalen ist inhomogen, so daß Änderungen der Dielektrizitätskonstanten des von dem Meßstoff in Form eines Mehrphasenfluids gebildeten Dielektrikums je nach Ort im Rohrquerschnitt bei an sich gleicher Änderung ein unterschiedliches Meßsignal ergeben.
Es tritt bei der bekannten Anordnung somit für Stellen im Rohr, die für die mittlere Durchflußgeschwindigkeit wenig repräsentativ sind (Randzonen), ein großes und für Stellen, die für die mittlere Durchflußgeschwindigkeit stärker repräsentativ sind, ein geringer gewichtetes Signal auf.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, diese Nachteile bei kapazitiven Aufnehmern zur korrelativen Messung der Strömungsgeschwindigkeit zu vermeiden.
Eine Lösung der Aufgabe wird mit der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung erreicht.
Durch die Verwendung von ebenen Plattenkondensatoren mit ihrem homogenen elektrischen Feld wird auch bei zylindrischen oder anders geformten Rohrabschnitten eine gleichmäßige Gewichtung der für verschiedene Stellen des Rohrquerschnitts repräsentativen Meßsignale erreicht.
Dadurch, daß bei einer Ausführungsform die Querabmessung der Mittelplatte jedes Plattenkondensators kleiner ist als der Rohrdurchmesser, kann aus einer von Störungen, wie Wandreibung, nicht beeinflußten Querschnittszone ein der mittleren Durchflußgeschwindigkeit gut entsprechendes Meßsignal gewonnen werden.
Sind die einander entsprechenden Platten der Plattenkondensatoren in zueinander senkrecht stehenden Ebenen angeordnet, so lassen sich je nach Abmessung der Mittelplatten nach dem Prinzip des bekannten Kreuzstrahlverfahrens lokal Geschwindigkeitsmessungen in bestimmten Teilquerschnitten vornehmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Unteransprüchen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt dargestellt.
Der kapazitive Fühler besteht aus einem Plattenkondensator Cl mit drei ebenen und parallel angeordneten Platten 1, 2 und 3. Die beiden äußeren Platten 1 und 3 sind elektrisch leitend miteinander verbunden und liegen somit auf gleichem, vorzugsweise auf Nullpotential.
Die mittlere Platte 2 ist näher zu der äußeren Platte 1 als zu der äußeren Platte 3 angeordnet. Zwischen ihr und der letztgenannten Platte 3 verläuft ein Rohrabschnitt 4 aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, welcher das Nehrphasenfluid, also den Meß- stoff führt. Die Querabmessung der mittlere Platte 2 ist hier gleich oder etwas größer als der Außendurchmesser d des Rohrabschnitts 4, so-daß dieser im homogenen elektrischen Feld zwischen der wechselstromgespeisten Platte 2 und 3 verläuft.
Um zu vermeiden, daß Störungen das elektrische Feld be-.
einflussen, ist die mittlere Platte 2 in an sich bekannter Weise mit einer streifenförmigen Schutzringelektrode 5 umgeben, welche mit der äußeren Platte 1 einen Schutzringkondensator bildet.
Die Querabmessungen der äußeren Platten 1 und 3 sind so gewählt, daß die nicht mehr homogenen Randbezirke des elektrischen Feldes außerhalb des Rohrabschnitts 4 verlaufen.
Figur 2 zeigt eine Ansicht der Meßanordnung von oben gesehen, ohne die äußere Platte 1. Gleiche Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Man erkennt den Rohrabschnitt 4, der zwischen den in Strömungsrichtung beabstandeten beiden Plattenkondensatoren Cl und C2 verläuft.
Die beiden Kondensatoren C1 und C2 sind gleichartif, aufgebaut und bestehen aus den hier nicht gezeichneten äußeren oberen Platten und den unteren äußeren Platten 3, den mittleren Platten 2 und den sie umgebenden Schutzringelektroden 5.
Die Schutzringelektroden 5 sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß der mit ihnen gebildete Schutzringkondensator etwa die gleiche Kapazität besitzt wie die jeweiligen Kondensatoren C1 und C2.
Da der Rohrabschnitt 4 aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff besteht, können sich auf seiner Oberfläche statische Ladungen ausbilden, die die Feldverteilung stören oder in besonders gelagerten Fällen zu Überschlägen zu den Kondensatorplatten führen. Aus diesem Grunde wird der Rohrabschnitt 4 nicht symmetrisch zwischen den Platten 2 und 3 durchgeführt, sondern sein Abstand a zu der äußeren Platte 7 ist kleiner als der Abstand b zu der Mittelplatte 2 (Figur 1). Überschläge treten dann allenfalls zwischen dem Rohrabschnitt 4 und der äußeren, geerdeten Platte 3 auf.
Die Ausbildung der kapazitiven Fühler als ebene Plattenkondensatoren ergibt noch die Möglichkeit, auf dem Rohrabschnitt 4 einen längsverschiebbaren, geerdeten Ring 6 (Figur 2, Figur 3) anzuordnen mit flexiblem Innenrand 7, der beispielsweise aus radial gerichteten, bürstenartig angeordneten Federdrähten besteht, die die Mantelfläche des Rohrabschnitts 4 berühren.
Um statische Ladungen auf der Mantelfläche des Rohrabschnitts 4 abzuleiten, kann dieser Ring in bestimmten Zeitabständen durch die von den Kondensatoren C1 und C2 begrenzte Meßstrecke geführt und dann wieder zurückgezogen werden.
Da sich zu korrelierende Signale mit wachsendem Abstand der Meßstellen immer unähnlicher werden und somit relativ lange Meßzeiten in Kauf genommen werden müssen, wird eine weitere, diesen Mangel behebende Anordnung vorgeschlagen, wie sie in den Figuren 4 und 5 schematisch dargestellt ist. Der Querschnitt des Rohrabschnitts 4 kann kreisförmig oder, wie dargestellt, oval sein. Die Anordnung der Platten 1, 2 und 3 der Plattenkondensatoren C1 und C2 gleichen, querschnittsmäßig gesehen, der in Figur 1.
Um die zur Ermittlung der mittleren Durchflußgeschwindigkeit weniger repräsentativen Randzonen auszublenden, kann die mittlere Platte 2 in ihrer Querabmessung kleiner gemacht werden als der Durchmesser des Rohrabschnitts 4.
Wie aus Figur 5 zu erkennen ist, sind die Mittelplatten 2 der beiden Kondensatoren Cl und C2 so angeordnet, daß der Kantenabstand c ihrer benachbarten Kanten klein ist gegenüber ihren Längsabmessungen.
ei dieser Anordnung lassen sich aufgrund des kleinen Ab- stands gut korrelierbare Signale ableiten, insbesondere dann, wenn dafür gesorgt wird, daß die hier nicht gezeigte Meß- und Auswerteschaltung die an der zweiten Meßstelle, also am Kondensator C2, gewonnenen Signalgruppen mit umgekehrten Vorzeichen verarbeitet, so daß sie gut kreuz-oder autokorrelierbar sind.
Die kompakte Bauweise erlaubt auch, daß beide Mittelplatten der Kondensatoren C1 und C2 von einer gemeinsamen Schutzringelektrode 5' umgeben sind, ebenso ist die untere Außenplatte 3' für beide Kondensatoren gemeinsam (die obere äußere Platte 1 ist, wie auch in Figur 2, der Übersichtlichkeit halber hier nicht gezeichnet).
11 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zur korrelativen Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mehrphasenfluids in einer Rohrleitung mit Hilfe zweier in Strömungsrichtung hintereinander angeordneter kapazitiver Aufnehmer, g e k e n n z e i c h -net durch a) einen ersten ebenen Plattenkondensator (C1) mit drei parallelen Platten (1, 2, 3), dessen äußere Platten (1, 3) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, b) einen zweiten ebenen Plattenkondensator (C2) mit den Merkmalen nach a), c) einen Rohrabschnitt (4) der Rohrleitung aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff, der zwischen der Mittelplatte (2) und einer der Außenplatten (3) der in einem festen Längsabstand angeordneten Plattenkondensatoren (ci, C2) verläuft, d) eine Auswerteschaltung zur Korrelation der an den Plattenkondensatoren (C1, C2) gewonnenen stochastischen Meßsignale.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Querabmessungen der Außenplatten (1, 3,) der Plattenkondensatoren (C1, C2) größer sind als der Außendurchmesser (d) des Rohrabschnitts (4).
3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Querabmessung der Mittelplatte (2) jedes Plattenkondensators (C1, C2) kleiner ist als der Rohrdurchmesser des Rohrabschnitts (4).
4. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Querabmessung der Mittelplatte (2) jedes Plattenkondensators (ci, C2) großer ist als der Außendurchmesser (d) des Rohrabschnitts (4).
5. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die einander entsprechenden Platten der beiden Plattenkondensatoren (C1, C2) jeweils in einer Ebene liegen.
6. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die einander entsprechenden Platten der Plattenkondensatoren in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegen.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittelplatten (2) der Plattenkondensatoren (C1, C2) von je einer Schutzringelektrode (5) umgeben sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Kantenabstand (c) zwischen den Mittelplatten (2) des ersten und zweiten Plattenkondensators (C1, C2) klein gegenüber ihren Längenabmessungen ist und daß beide Mittelplatten (2) von einer gemeinsarien Schutzringelektrode (5') umgeben sind.
9. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Rohrabschnitt (4) derart zwischen den Mittelplatten (2) und den äußeren Platten (3) angeordnet ist, daß der Abstand (a) zur äußeren Platte (3) jeweils kleiner ist als der Abstand (b) zur Nittelplatte (2).
10. Anordnung nach Anspruch 1 und 9, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen auf dem Rohrabschnitt (4) längsverschiebbaren, geerdeten Ring (6) mit flexibler Innenkante (7).

II. Anordnung nach Anspruch 1 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung eine Meßbrücke mit den Kapazitäten der Kondensatoren (C1, C2) und in Reihe dazu geschalteten Widerständen enthalt und daß die Meßbrücke derart verstimmt ist, daß ein durch die Meßstrecke gefördertes Partikel zwei gegensinnige Impulse erzeugt.