DE3307126A1 - Verfahren und einrichtungen zur stetigen und dreipunkt-messung kleinster differenzdruecke - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtungen zur stetigen und Dreipunkt-Messung
• kleinster Differenzdrücke Die Erfindung betrifft ein Vcrfahren, mit dem kleinste Differenzdrücke, wie sie beispielsweise zur Druckhaltung in Räumen mit Hilfe Raumlufttechnischer Anlagen angewandt werden, ohne mechanisch bewegte Teile gemessen werden können.
• Bei der maschinellen Druckhaltung durch Raumlufttechnische Anlagen innerhalb von Gebäuden werden sehr geringe Differenzdrücke zwischen benachbarten Räumen dadurch erzielt, daß einem Raum maschinell mehr Zuluft zugeführt wird, als maschinell aus ihm Abluft abgezogen wird (Überdruck im Raum) bzw. umgekehrt (Unterdruck). Die Differenz zwischen Zuluft- und Abluftstrom entweicht jeweils über Raumundichtigkeiten bzw. strömt über diese in den Raum ein. Nach dieser Methode werden beispielsweise Operationsabteilungen unter leichtem Überdruck gegenüber ihrer Umgebung gehalten, damit nicht durch einströmende Luft Luftkeime in die OP-Abteilung getragen werden. Ähnliche Aufgaben treten in Arzneimittelfabriken, in kerntechnischen Anlagen u.a.m.
• auf. Zur Erfüllung dieser Aufgaben reichen geringste Differenzdrücke aus, da zur Lösung der Aufgabe lediglich die Strömungsrichtung in der gewünschten Weise sichergestellt werden muß. Vielfach ist es zweckmäßig, die Aufrechterhaltung des angestrebten Druckgefälles zwischen zwei Räumen automatisch zu überwachen oder auch, beispielsweise durch Regelung mindestens eines der maschinell geförderten Luftströme auf einer bestimmten vorgegebenen Höhe zu halten.
• Oblicherweisc werden Druckdifferenzen mit [lilfe von Kraftvergleichssystemen gemessen, indem beispielsweise der Differenzdruck beiderseits einer clastischen Membrane aufgegeben wird, die sich gegen ein Federsystem verformt und dabei cin tlcm Differenzdruck proportionales Meßsignal liefert. An Stelle elastischer, die beiden Druckräume dicht gegeneinander abschließender Membranen werden auch kreisförmige Strömungskanäle verwendet, in denen sich eine getjen eine Torsionsfeder drehbare Trennfläche als Signaiqeber bewegt, oder tauchglockensysteme, die einen Kraftvcrcllcich nach dem Prinzip, der Balkenwaage vorneuen. Ebenso sind induktive oder kapazitive elektrische Signalgeber bekannt, bei ctencn e inc druckbedingte Verformung durch die Induktivitätsänderung einer Spule bzw. durch rlic Kapazitätsänderung eines Kondensators gemessen wird Der Nachteil der genannten Systeme liegt darin, daß sie sich aus mechanischen Gründen nicht gut für sehr geringe Druckdifferenzen eignen oder aus dynamischen Gründen empfindlich gegen Differenzdruckschwankungen oder auch gegen mechanische Beanspruchungen sind oder sehr aufwendige Meßsysteme erfordern.
• er Erfindungsgedanke liegt darin; ein gegen mechanische Einwirkun-:ehr unempfindliches und dabei doch für geringste Druckdifferei en geeignetes einfaches Meßsystem zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Kammern, in denen unterschiedliche Drücke herrschen, über eine kalibrierte Leitung miteinander verbunden werden und daß die durch diese Leitung strömende Luftmasse von einer in ihrer Leistung bekannten W;nequelle erwärmt wird, so daß die Richtung und der Betrag der Druckdifferenz durch eine Messung der Temperaturdifferenz zu beiden Seiten der Leitung bestimmt werden können.
• Störeinflüsse durch Wärmeverluste werden durch eine geeignete Wärmedämmung, solche durch Strahlung durch geeigneten Strahlungsschutz für die Wärmequelle und für die Temperaturmeßstellen in dem für die jeweilige Aufgabe zulässigen Rahmen gehalten. Die Kalibrierung der Leitung kann entweder dadurch erfolgen, daß ein Rohr kleinen konstanten Durchmessers und definierter Länge verwendet wird oder dadurch, daß der den Luftdurchsatz bestimmende Druckverlust praktisch ausschließlich an einer Drosselstelle (z.B.Blende oder Düse) erzeugt wird. Bei Verwendung kleiner Querschnitte kann es zweckmäßig sein, die kalibrierte Rohrverbindung durch Filter gegen Verschmutzung zu schützen. Diese Filter müssen, z.B. durch eine entsprechend größere Querschnittsfläche als die Leitung selbst, so ausgebildet werden, daß eine zwischen üblichen Wartungsintervallen auftretende Verschmutzung der Filter das Meßergebnis praktisch nicht beeinflußten. Eine konstante Leistung der Wärmequelle, die Voraussetzung für ein genaues Meßergebnis ist, muß, z.B. bei elektrischer Beheizung, durch geeignete Maßnahmen zur Spannungskonstanthageung sichergestellt werden.
• Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand ein robustes und dennoch genaues Meßsystem für den Bereich kleinster Drücke geschaffen wird. Das System kann besonders einfach gehalten werden, wenn es nicht zur Messung der Druckdifferenz, sondern lediglich zum Nachweis einer Druckdifferenz und ihrer Richtung verwendet wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die Anwendung für die Differenzdruckmessung zwischen zwei Räumen wiedergibt, ist in Fig.1 dargestellt: Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Meßanordnung in der Trennwand 1 zwischen zwei Räumen (2) und (3) eingebaut. Innerhalb einer Mauerhülse (4), die der leichten Auswechslung und der Herausführung von Kabeln dient, ist das Meßsystem in einem Rohr (5) eingebaut. Auf beiden Stirnflächen des Meßsystems befindet sich je ein Luftfilter (6), das mit Klemmringen (7) gegen das Auflager (8) gerückt wird. Die hinter den Filtern liegenden Druckkammern (9) sind durch je eine Leitung (10) mit der Heizkammer (11) verbunden. An der Anschlußstelle zwischen den Druckkammern (9) und den Leitungen (10) ist jeweils eine Düse (19) angeordnet, die der gewünschten Relation zwischen Luftstrom und Druckdifferenz angepaßt ist. Bei Überdruck in dem Raum (3) gegenüber dem Raum (2) strömt eine der Druckdifferenz entsprechende Luftmenge über das rechte Filter (-6) in die rechte Druckkammer (9) ein, und von dort über die rechte Düse (19) und die rechte Leitung (10) in die Heizkammer (11). Hier wird der Luftstrom durch den elektrischen Heizkörper (13) mit konstanter, eingeeichter Leistung aufgeheizt und strömt dann über die linke Leitung (10), die linke Düse (19), die linke Druckkammer (9) und über das linke Filter (6) zum Raum (2) hin aus. Die Temperaturdifferenz wird von den in der rechten und in der linken Leitung angeordneten Temperaturmeßfühlern (14) gemessen und in einem Auswertungsgerät (15) in ein für den vorgesehenen Zweck geeignetes Ausgangssignal (z.B. für das Stellorgan einer Regelklappe) umgewandelt. Der elektrische Heizkörper (13) wird von der Spannungsquelle (16) mit der erforderlichen konstanten Heizspannung versorgt. Zum Schutz gegen Wärmeverluste sind die Heizkammer (11) und die Leitungen (10) in eine Wärmedämmung (17) eingebettet. Zum Schutze gegen Strahlungseinflüsse ist der elektrische Heizkörper (13) mit einem Strahlungsschutz (18) aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen für langwellige Wärmestrahluny versehen. Zum Strahlungsschutz für die Temperaturmeßfühler (14) sind die Leitungen (10) auf der Innenseite ebenfalls so ausgeführt, daß langwellige Wärmestrahlung gut reflektiert wird.
• F'ig.2 zeigt das erfindungsgemäße System in besonders einfacher Ausführung, die lediglich das Vorhandensein einer Druckdifferenz zwischen den Räumen (2) und (3) sowie deren Richtung, nicht jedoch den Betrag, anzeigen soll; Bei einem Überdruck im Raum (3) gegenüber dem Raum (2) tritt Luft in die rechte Kapillare (20) ein, durchströmt den elektrischen Heizkörper (13) und tritt über die linke Kapillare (20) wieder aus dem System aus. Die Erwärmung der Luft wird über die Temperaturmeßfühler (14) gemessen und in dem Auswertungsgerät (15) in ein gerichtetes Ausgangssignal (z.B.zwei Relaiskontakte) umgewandelt. Bei Umkehr der Druckdifferenz ändert auch dieses Ausgangs--ignal seine Wirkungsrichtung. Die Spannungsquelle (21) benötigt j. s. Einrichtungen für das Konstanthalten der Heizspannung. Auf die tSämedämmung (17) kann hier gegebenenfalls auch verzichtet werden.

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Messung und/oder Signalisierung kleinster Differenzdrücke in Gasen oder Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, daß durch eine kal ibrierte Verbindung zwischen den beiden Räumen verschiedenen Druckes ein von der Druckdifferenz abhängiger Gas- oder Flüssigkeitsstrom (Fluidstrom) geführt wird, dem auf dem Wege durch das Meßsystem Wärme oder eine Markieralgssubstanz in konstanter und bekannter Menge zugeführt wird und das die hi.erdurch verursachte Temperatur - oder Konzentrationserhöhung des Fluids mit dafür geeigneten Meßfühlern gemessen und als Signal für die anliegende Druckdifferenz benutzt wird.
2. 2. Meßsystem für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Markierung für den Meßfluidstrom eine Wärmequelle konstanter Leistung, beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung mit einer Konstantspannungsquelle und als Meßorgane Temperaturfühler benutzt werden, die an dem Auswertungsgerät ein nach Richtung und Betrag der durch das Meßsystem strömenden Fluidmenge proportionales Ausgangssignal liefern, das über den bekannten Zusammenhang zwischen Fluidmenge und Druckdifferenz als analoges Signal für die anliegende Druckdifferenz gewertet werden kann..
3. 3. Meßsystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Meßsystems ein auswechselbares Filter von so großer Durchströmungsfläche angeordnet ist, daß der Meßfluidstrom auch durch die Verschmutzung innerhalb eines Wartungsintervalles dadurch nicht beeinflußt wird.
4. 4. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Meßgenauigkeit die Wärmequelle mit einem Strahlungsschutz mit langwellig gut reflektierenden Oberflächen umgeben ist und daß die Leitungen, in denen die Temperaturmeßfühler angeordnet sind, ebenfalls aus Gründen des Strahlungsschutzes, mit einer langweilig gut reflektierenden inneren Oberfläche ausgestattet sind.
5. 5. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß umgebungsabhängige Wärmeverluste durch Wärmeleitung durch Verwendung schlecht wärmeleitender Materialien für die Verbindungsleitungen sowie durch eine das gesamte Meßsystem umschliessende Wärmedämmung gering gehalten werden.
6. 6. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Wärmequelle nicht eine konstante Heizleistung zugeführt wird, sondern daß diese Heizleistung durch einen Regler so geregelt wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Meßstellen stets einen konstanten Betrag hat und daß die zugeführte elektrische Leistung als Maß für den Meßfluidstrom bzw.

   für die anliegende Druckdifferenz benutzt wird (kompensierte Messung), so daß Störeinflüsse durch Wärmeverluste noch weiter unterdrückt werden bzw. eingeeicht werden können.
7. 7. Dreipunkt-Meßsystem für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Markierung des Meßfluidstromes eine Wärmequelle, beispielsweise ein von einer Spannungsquelle versorgter elektrischer Widerstandsheizkörper und als Meßorgane Temperaturfühler benutzt werden, die an einem Auswertungsgerät Signale für die drei möglichen Differenzdruckzustände Null, Überdruck rechts, Überdruck links, liefern.
8. 8. Meßsystem nach den Ansprüchen 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Meßsystems für eine Regelanlage zur Beeinflussung der gemessenen Differenzdrücke benutzt werden.
9. 9. Meßsystem nach den Ansprüchen 1, 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Markierung des Fluidstromes Substanzen in konstanter Menge zugeführt werden und daß zur Bestimmung des Meßluftstromes und damit der anliegenden Druckdifferenz Meßfühler zur Bestimmung der jeweiligen Stoffkonzentration und entsprechende Auswertungsgeräte verwendet werden.
10. 10. Dreipunkt-Meßsysteni für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Markierung des Meßfluidstromes eine Stoffmenge zugeführt wird und daß die drei möglichen Diffcrenzdruckzustände Null, Überdruck rechts und Überdruck links durch eine gerichtete Messung der Stoffkonzentration festgestellt uiid über das Auswertungsgerdt in drei analoge Signale (z.B.durch zwei Relais) umgewandelt werden.