DE69738580T2

DE69738580T2 - Nach dem pitotrohr-prinzip arbeitender durchflussmesser mit temperatursensor

Info

Publication number: DE69738580T2
Application number: DE69738580T
Authority: DE
Inventors: Ralene S. Boulder MAHONEY; Donald R. Golden VERHAAGEN; John Everett Boulder GARNETT
Original assignee: Dieterich Standard Inc
Current assignee: Dieterich Standard Inc
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: ES2302341T3; US5773726A; ATE389868T1; AU709746B2; CA2252867C; CA2252867A1; AU3289597A; WO1997048970A3; EP0904523A4; BR9711798B1; BR9711798A; CN1240510A; DE69738580D1; EP0904523B1; JP2002508831A; CN1147712C; ZA974880B; RU2239162C2; EP0904523A2; WO1997048970A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Pitotrohr-Durchflussmesser für den Einsatz in umschlossenen Leitungen, wie beispielsweise Rohren, und im Besonderen eine kombinierte Vorrichtung zum Messen der entsprechenden Drücke und der Temperatur des strömenden Fluids und zum Übertragen diesbezüglich repräsentativer Signale zu einem Sender, der elektrische Signale, die für die Fluidströmungsvariablen, wie beispielsweise Rate, Volumen und Masse, repräsentativ sind, erzeugt und sendet.
HINTERGRUND
Pitotrohr-Durchflusssensoren des Typs, der in dem US-Patent Nr. 4,559,836 von Darrel F. Coleman et al. offenart wird, wurden viele Jahre in Differenzdruck-Durchflussmesssystemen verwendet, um den mittleren Stau- oder hohen Druck auf der stromaufwärts gerichteten Seite des Pitotrohrs zu erfassen und um einen niedrigen Fluiddruck auf der stromabwärts gerichteten Seite des Rohrs zu erfassen. Die hohen und niedrigen Fluiddrücke wurden herkömmlich genutzt, um ein elektrisches Signal abzuleiten, das für die Fluidströmungsrate kennzeichnend ist.
Die Fluiddrücke, die durch das Pitotrohr oder eine andere Art von Differenzdrucksensor, wie beispielsweise eine Messblende, gemessen und übertragen werden, werden über einen Verbindungskopf, wie beispielsweise den, der in dem US-Patent '836 durch die Referenznummer 24 dargestellt ist, oder durch einen Ventilverteiler, wie beispielsweise den, der in dem US-Patent Nr. 4,466,290 von Roger L. Frick durch die Referenznummer 17 dargestellt ist, zu einem Druckwandler übertragen.
Wenn es gewünscht wird, die Temperatur des in dem Rohr strömenden Mediums zu messen, werden Temperaturmessvorrichtungen, wie beispielsweise ein Thermowell RTD (Resistive Temperature Device) verwendet, wobei das RTD in ein Schutzrohr, wie beispielsweise ein „Thermowell", eingeführt wird, welches in das Fluid eingetaucht wird, dessen Temperatur zu messen ist.
Im Zuge der kontinuierlichen Entwicklung von technisch ausgereiften Durchflussmesssystemen für Prozessfluids wurde es zunehmend wichtiger, das Volumen und die Masse des Fluids sowie die Rate messen zu können. Um dies zu tun, muss jedoch die Temperatur des Fluids bekannt sein. Da die intrusive Messung verschiedener Parameter eines in einem Rohr strömenden Fluids das Eindringen in das Rohr erfordert, ist es ebenso von Bedeutung, die erforderlichen Parameter mit einem einzigen Instrument zu messen, wobei lediglich ein einziges Eindringen in das Rohr erforderlich ist.
Demzufolge besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine einzelne Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Fluids, das in einem umschlossenen Kanal strömt, sowie zum Messen der hohen und niedrigen Drücke bereitzustellen, die zuvor durch einen Pitotrohr-Durchflusssensor erfasst wurden.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kombinierte Temperatur-und-Druck-Messvorrichtung für ein Fluid bereitzustellen, das in einem Rohr strömt, wobei es möglich ist, den Temperaturmessabschnitt der Anordnung zu entfernen und wieder einzusetzen, ohne ebenfalls den primären Drucksensor aus dem Rohr entfernen zu müssen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Raum, der in einem dem Stand der Technik entsprechenden Pitotrohr verfügbar ist, auf vorteilhafte Weise zu nutzen, um eine Temperaturmessvorrichtung unterzubringen.
Entsprechend der Erfindung wird ein Pitotrohr-Druck-und-Temperatur-Sensor zum Messen der Eigenschaften eines Fluids bereitgestellt, das in einer umschlossenen Leitung strömt, wobei der Sensor ein Pitotrohr mit Wänden und zwei innen angeordneten Fluidkammern enthält, jede Kammer Öffnungen durch die Rohrwände hindurch aufweist, die in Funktion die jeweiligen Kammern höheren Stromauf- und niedrigeren Stromab-Fluiddrücken in dem Fluid aussetzen, das Pitotrohr wenigstens einen innen angeordneten Kanal, einen elektrisch ansprechenden Temperatursensor, der an dem Pitotrohr angebracht ist, sowie eine Verteilereinrichtung mit Fluidleitungen enthält, die an einem Ende des Sensors angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung eine Innenbohrung aufweist, die fluchtend mit dem Innenkanal des Pitotrohrs angeordnet ist, wobei der längliche, elektrisch ansprechende Temperatursensor einen Ausgang aufweist und herausnehmbar in dem Innenkanal des Pitotrohrs und in der Bohrung des Verteilers angeordnet ist, so dass der Temperatursensor aus dem Pitotrohr entfernt werden kann, ohne in Funktion das Pitotrohr aus der Leitung zu entfernen.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung deutlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Fluid-Durchflussmesssystems, in dem die Elemente der vorliegenden Erfindung arbeiten.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang der Linie 2-2 von 1.
3 ist eine Querschnittsdarstellung des primären Durchflusssensors der vorliegenden Erfindung, der das Rohr, in das die kombinierten Druck-und-Temperatur-Sensorelemente eingeführt werden, und den Verteilerkopf enthält, der an dem proximalen Ende des Sensors angebracht ist.
4 ist eine Endansicht des Verteilers der vorliegenden Erfindung, die das Steigrohr und das Anschlussgehäuse an einer Seite des Verteilers und die Aufnahme für eins der Druckventile an dem dargestellten Ende zeigt.
5 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 5-5 von 4.
6 ist eine Seitenansicht der bevorzugten Form des Temperatursensors.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt ein typisches Durchflussmesssystem 2 dar, bei dem die Kombination der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Der primäre Abschnitt des Systems umfasst einen Pitotrohr-Differenzdruck-Durchflusssensor 4 (des Typs, der in dem vorstehend aufgeführten US-Patent Nr. 4,559,836 beschrieben wird), der diametrisch in ein das Fluid führende Rohr 6 eingesetzt ist. Das Befestigungszubehör, das keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung bildet, wird allgemein durch die Referenznummer 8 dargestellt. Das proximale Ende des Pitotrohrs endet in einem Verteilerkopf 10, wo die Fluids hohen und niedrigen Drucks über Innenkanäle des Verteilers zu einem Druckwandler 12 geleitet werden, der direkt an dem Verteiler 10 befestigt ist. Wie dies in 5 dargestellt ist, verlaufen die inneren Fluidleitungen 11 und 13 in dem Verteiler jeweils durch ein Paar von Absperrventilen, die in Gewindeaufnahmen 14 und 16 des Verteilers angeordnet sind. Ein Ventil 18 der beiden wird in 1 dargestellt. Ein drittes Ausgleichventil 20, das in der Aufnahme 22 in dem Verteiler angeordnet ist, wird geöffnet, um die Leitungen hohen und niedrigen Drucks 11 und 13 miteinander zu verbinden, um den Fluiddruck in dem Verteiler zum Zwecke des Kalibrierens des Senders auszugleichen. Während hier ein Drei-Ventil-Verteiler dargestellt ist, kann ein Fünf-Ventil-Verteiler mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
An dem Druckwandler 12 ist der sogenannte Differenzdruckgeber 24 angebracht, der jedoch in dem Kontext dieser Erfindung Signale verarbeitet und überträgt, die für die Masse und das Volumen des Fluids, das in dem Rohr 6 strömt, sowie für den Differenzdruck und die Fluidströmungsrate kennzeichnend sind.
An einer Seite des Verteilers 10 ist ein Steigrohr 26 angebracht, das ein Gehäuse 28 trägt, das einen elektrischen Anschluss (nicht dargestellt) enthält. Der Anschluss im Inneren des Gehäuses 28 verbindet die Kabel 30 von einer Temperaturmessvorrichtung mit weiteren Kabeln (nicht dargestellt), die das Temperatursignal in den Differenzdruckgeber 24 zur Verwendung beim Bestimmen der Masse und/oder des Volumens des Fluids in dem Rohr 6 leiten.
Die Temperaturmessvorrichtung 32 ist vorzugsweise eine Widerstandmessvorrichtung, wie beispielsweise ARI und Weed RTD, die von Texas Thermowell, Inc. hergestellt werden. Eine solche Vorrichtung umfasst ein längliches starres Widerstandselement 34, das Leiter 30 aufweist, die das Signal von dem Widerstandselement zu einer weiteren Signalverarbeitungsseite leiten. Wird nun auf die 1 und 2 Bezug genommen, ist der RTD-Temperatursensor in seiner Einbaulage in einem Raum in dem Pitotrohr 4 zwischen den Kammern hohen und niedrigen Drucks 40 und 42 zu sehen.
Wie in 3 zu sehen ist, enthält der Verteiler 10 zusätzlich zu den bereits erwähnten Ventilen und Leitungen eine Bohrung 35, die das Gehäuse des Verteilers durchquert. Die Bohrung 35 ist in dem Verteiler positioniert und bemessen, um als eine Leitung zu fungieren, durch die ein starres Widerstandelement 34 des RTD-Temperatursensors 32 bei seinem Einführen in und seinem Herausnehmen aus dem Pitotrohr 4 geführt wird. Wenn der starre Abschnitt 34 des Temperatursensors vollständig in das Pitotrohr eingeführt ist, werden anschließend die Temperatursensorleiter 30 durch einen Querkanal 42 in dem Verteiler 10 gezogen, der mit dem Steigrohr 26 in Verbindung steht. Die Leiter werden durch das Steigrohr geführt, um mit dem Anschluss in dem Gehäuse 28 verbunden zu werden.
Ein Ende der Bohrung 35 ist mit zwei radial vergrößerten Gewindeaufnahmen 36 und 38 unterschiedlicher Durchmesser versehen. Nachdem der Temperatursensor 32 in dem Pitotrohr und dem Verteiler positioniert ist, wird eine Gewindemuffe 41 an dem proximalen Ende des länglichen Widerstandsabschnitts 34 des Temperatursensors zum Zwecke des Anbringens und Befestigens des Temperatursensors in die kleine Aufnahme 38 eingeschraubt. Nachdem der Temperatursensor auf diese Weise befestigt ist, wird eine Verschlussschraube 43 in die größere äußere Aufnahme 36 eingeschraubt, wonach der Druckwandler 12, wie dies in 1 dargestellt ist, an dem Verteiler befestigt werden kann.

Claims

Pitotrohr-Druck-und-Temperatur-Sensor (4) zum Messen der Eigenschaften eines Fluids, das in einer umschlossenen Leitung (6) strömt, wobei der Sensor ein Pitotrohr mit Wänden und zwei innen angeordneten Fluidkammern (40, 42) enthält, jede Kammer (40, 42) Öffnungen durch die Rohrwände hindurch aufweist, die in Funktion die jeweiligen Kammern (40, 42) höheren Stromauf- und niedrigeren Stromab-Fluiddrücken in dem Fluid aufsetzen, und das Pitotrohr wenigstens einen innen angeordneten Kanal, einen elektrisch ansprechenden Temperatursensor (34), der an dem Pitotrohr (4) angebracht ist, sowie eine Verteilereinrichtung (10) mit Fluidleitungen (11, 13) enthält, die an einem Ende des Sensors (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung eine Innenbohrung (35) aufweist, die fluchtend mit dem Innenkanal des Pitotrohrs angeordnet ist, wobei der längliche, elektrisch ansprechende Temperatursensor (34) einen Ausgang aufweist und herausnehmbar in dem Innenkanal des Pitotrohrs (4) und in der Bohrung (35) des Verteilers angeordnet ist, so dass der Temperatursensor (34) aus dem Pitotrohr (4) entfernt werden kann, ohne in Funktion das Pitotrohr (4) aus der Leitung zu entfernen.
Sensor nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Anschlusseinrichtung, die von der Verteilereinrichtung (10) getragen wird, um elektrische Komponenten miteinander zu verbinden, einen Kanal zum Führen elektrischer Leiter und Verbindungseinrichtungen umfasst, die an dem elektrisch ansprechenden Temperatursensor (34) vorhanden sind und zur Verbindung mit der Anschlusseinrichtung durch den Kanal des Verteilers geführt werden.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leitung zum Führen elektrischer Leiter mit der Bohrung (35) in Verbindung steht.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Temperatursensor (34) vom Widerstandstyp ist und eine starre längliche Messsonde umfasst, die in dem röhrenförmigen Körper zwischen den Kammern (40, 42) höheren und niedrigeren Drucks angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 4, wobei die starre längliche Messsonde (34) in der Bohrung (35) der Verteilereinrichtung (10) gelagert angebracht ist.