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Verfahren und Vorrichtung zum Messen strömender Medien
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtungen zur Messung strömender Medien unter besonders
ungünstigen Betriebsverhältnissen, beispielsweise in Fällen, in denen entweder nur
äußerst geringer Druck zur Verfügung steht, oder in denen unreine und unhomogene,
z. B. staubhaltige und unreine, absetzende Gase oder unreine und zu Abscheidungen
neigende oder stark aggressive, unter Umständen auch undurchsichtige Flüssigkeiten
zu messen sind. Die Messung erfolgt mittels des Differenzdrucks an einer Stauung
der Hauptieltung.
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Die Erfindung besteht darin, ein in die Meßleitung eingeführtes neutrales
Medium (Gas oder Flüssigkeit) direkt zur Messung zu benutzen, indem in die Umleitung
zum Staukörper ein Schwimmerströmungsmesser oder ein anderes die Durchströmung anzeigendes
Instrument, z. B. eine Gasuhr, eingeschaltet und an der Eintrittsstelle in dieses
In.strument, also z. B. unterhalb des Strömungsmessers, ein neutrales Medium in
konstant bleibender Menge zugeführt wird, das durch die beiden Anschlußstellen an
die Hauptleitung in letztere abfließt. Der Abfluß erfolgt einesteils durch die +
-Seite, anderenteils nachJPassieren des Strömungsmessers durch die --Seite der Druckanschlußstellen.
Die Wirkung ergibt sich dann folgendermaßen. Vernachlässigt man zunächst den Widerstand
des Strömungsmessers und fließt beim Differenzdruck Null das neutrale Medium zu
gleichen Teilen durch die Anschlußstellen ab, so möge der Anzeigeteil des Instruments,
z.B. der Schwimmer des Schwimmerströmungsmessers, in
tiefster Lage
stehen. Steigt nun der Differenzdruck, so wird der Abfluß nach der + -Seite geringer,
der nach der --Seite entsprechend größer, und der Schwimmer steigt. Der Differenzdruck
(und damit nach bekannten Beziehungen die durchströmende Menge) wird also durch
den Stand des Schwimmers angezeigt. Da das zugeführte neutrale Medium ständig abfließt,
kann das Rdie Hauptleitung durchströmende Medium nie in die Meßleitung eintreten,
und die Messung wird dadurch ganz unabhängig von der Art und den Eigenschaften des
zu messenden Mediums. Um die zugeführte Menge des neutralen Mediums gering zu halten,
ist zweckmäßig an den Anschlußstellen in die Hauptleitung je eine Drosselung in
Form einer Düse oder verengter Kanäle eingeschaltet. Dadurch, daß man die Drosseln
verschieden wählt, kann man den Widerstand des Strömungsmessers in der einen Zweigleitung
sowie etwaige sonstige Unterschiede in den Widerständen der beiden von der Eintrittsstelle
des neutralen Mediums bis zu den Austrittsstellen in die Hauptleitung führenden
Zweigleitungen kompensieren.
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Man hat bereits bei der Messung aggressiver Flüssigkeiten mittels
Flüssigkeibsdifferenzldruckmessern, Ringwaagen, Membranen u. dgl. die Meßgeräte
vor Korrosion zu schützen versucht, indem man in die beiden Anschlußleitungen des
Instuments eine neutrale Flüssigkeit einführte, die durch die Anschlußstellen in
die Hauptleitung abfloß und d.ie Anschlußleitungen und das Instrument vor Korrosion
schützte. Hierbei findet jedoch keine Durchströmung in der Meßleitung statt.
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Das Meßverfahren erlaubt eine von Null anfangende Messung des Differenzdrucks,
wobei man durch passende Wahl der Empfindlichkeit des Schwimmerströ,mungsmessers
bzw. der Konizität des Meßrohrs auch bei ganz geringen Differenzdrucken noch große
Skalenlängen erzielen kann. Da bei der Verwendung von Schwimmerströmungsmessern
die Skala der Durchflußmengen fast linear ist, so sind auch Ibei den ganz geringen
Differenzdrucken gute Genauigkeiten zu erzielen.
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Als neutrales Medium g<ann reine Luft oder in besonderen Fällen
ein anderes Gas, z. B. Stickstoff oder Wasserstoff dienen, für die Messung von Flüssigkeiten
kann außer neutralen Gasen auch gegebnenfalls Wasser verwandt werden. In letzterem
Falle kann die Zufuhr eines gleichmäßigen Wasserquantums durch eine mit konstanter
Umlaufszahl laufende Pumpe erfolgen.
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Bei der Verwendung von Gasen ist Rücksicht auf den Druck in der Leitung
zu nehmen, der unter Umständen schwanken kann. Man verwendet daher hier zweckmäßig
einen Mengenregler mit durch die lebendige Kraft des strömenden Mediums betätigter
Drossel- bzw. Regelvorrichtung. Durch Änderung des Druckes in der Hauptleitung wird
nämlich die Kompression des zuzuführenden neutralen Gases in der Meßleitung in gleicher
Weise verändert. Um bei gleichbleibender Druckdifferenz einen gleichbleibenden Schwimmerstand
trotz der sich ändernden Kompression zu erzielen, muß also (auf das expandierteOuantumbezogen)eine
um dieQuadratwurzel ans dem absoluten Druck höhere Menge durch die Meßleitung strömen.
Das bewirkt aber ein durch die lebendige Kraft des strömenden Mediums betätigter
Mengenregler automatisch. Es bleibt also innerhalb der durch die Regelgrenzen des
Mengenreglers sOCegebenen Druckgrenzen der Schwimmerstand! bei gleichbleibender
Druckdifferenz für alle Drucke gleich. Seine Stellung ändert sich nur mit der Druckdifferenz.
Dient das neutrale Gas zur Messung von Flüstsigkeiten, so ist also keine I(orrektion
des 5 chwimmerstandes für verschiedene Drucke vorzunehmen, bei der Messung von Gasen
ist eine Korrektion der angezeigten Menge gemäß dem Druck in der bisher bekannten
Weise erforderlich.
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Statt eines Schwimmerströmungsmessers kann auch ein Volumenmesser,
z.B. eine Gasuhr oder eine Wasseruhr, in die Meßleitung eingebaut werden.
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Der erfindungsgemäß erzielte Fortschritt liegt zunächst,darin, daß
infolge Anwendung des neutralen Mediums alle durch die Messung hervorgerufenen Widerstände
ausfallen und somit die Messung beim Differenzdruck Null beginnen kann, so daß bei
einem vorgeschriebenen Meßbereich der maximale Druckverlust gegenüber den heute
gebräuchlichen Messungen äußerst gering ist oder aber bei einem bestimmten Maximaldruckverbrauch
ein sehr großer Meßbereich erzielbar ist. Auch bei Messungen mit ganz geringem Differenzdruck
kann noch eine Registrierung in bekannter Weise stattfinden.
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Ferner erlaubt das neue Verfahren die Messung von Medien, die sonst
nicht oder nur äußerst schwer gemessen wenden können, z. B. aggressive unreine oder
inhomogene Flüssi,t=,lçeiten, die zu Abscheizungen neigen, oder staub- und teerhaltige
und feuchte Gase. Bisher konnten für solche Medien Schwimmerströmungsmesser nicht
verwandt werden, da Xdie Anzeigegeräte sehr bald so verunreinigt waren, Idaß die
Anzeige aus setzte. Auch die Kalibrierung machte in diesen Fällen Schwierigkeiten,
da sie, der Eigenart der Schwimmerströmungsmesser entsprechend, aur Erzielung einer
richtigen Anzeige mit dem Originalmedium vorgenommen werden mußte. Nach dem neuen
Verfahren kann die Kalibrierung in einfachster Weise mit dem neutralen Medium vorgenommen
verden. Auch die Werkstoffe für die Instrumente brauchen nur mehr dem neutralen
Medium angepaßt zu sein.
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Die Anwendung des Meßverfahrens ist natürlich nur dann möglich, wenn
das ,dem in der Hauptleitung zu messenden Mediums zugeführte Zusatzmedium keine
Störung des ArEteitsprozesses hervorruft. Gegebenenfalls können die Zusatzmedien
auch im weiteren Verlauf der Strömung wieder ausgeschieden werden, z. B. das einer
Flüssigkeit zugeführte Luftquantum durch Auffangen in einem Windkes sel.
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In Ider Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
An die Hauptleitung a mit dem Staukörper b ist beilderseits letzterem eine Umleitung
c, d angeschlossen, in der sich ein
Scb,wimmerströmungsmesser e
befindet. Unterhalb des Strömungsmessers wird mittels eines Mengenreglers f bekannter
Art ein konstant bleibendes Quantum eines neutralen Mediums eingeführt, das durch
sden Strömungsmesser und die Leitungen c und d in die Hauptleitung abfließt. An
den Einmündungsstellen der Leitungen c und d in die Hauptleitung sind in erstere
je eine Düse g und It eingebaut, die so hinsichtlich ihrer Größe abgestimmt sind,
daß etwa beim Differenz'druck Null an den Anscblußstellen der Schwimmer des Schxvimmerströmun,gsm,essers
in seiner tiefsten Lage schwebt.