DE9003383U1

DE9003383U1 - Durchflußmeßvorrichtung

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Publication number: DE9003383U1
Application number: DE9003383U
Authority: DE
Original assignee: Landis and Gyr Betriebs AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1990-08-16
Anticipated expiration: 2000-03-23
Also published as: CH677404A5

Description

Durchflußmeßvorrichtung

Die Neuerung bezieht sich auf eine Durchflußmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Durchflußmeßvorrichtungen eignen sich beispielsweise zur Messung der Durchflußmenge von Wärmeträgermedien in Heizungsanlagen und damit zur Wärmemengenerfassung. Auch die Regelung von Durchflußmengen ist mit einer solchen Vorrichtung möglich.

Eine Durchflußmeßvorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 37 13 542 bekannt. Hierbei werden die Druckdifferenz über einem Ventilkörper und der Hub des Ventilkörpers gemessen und daraus ein Durchflußkoeffizient berechnet.

Bekannt ist aus der DE-OS 37 00 898 ein Mengenregelventil, bei dem der Druck und die Temperatur vor und hinter dem Ventil sowie der Öffnungsquerschnitt des Ventils gemessen und mit einem Rechner weiter verarbeitet werden.

Ferner ist aus der EP-OS 0 110 325 ein Durchflußregelsystem bekannt, bei dem die Druckdifferenz über einer Meßblende erfaßt wird. Die Anström- und Abströmseite der Meßblende wird außerdem durch ein mit einem Bypassventil verschließbares Bypassrohr verbunden. Mittels einer Recheneinrichtung erfolgt eine Korrektur der berechneten Strömungsmenge entsprechend dem Verhältnis der Querschnittsflächen der Meßblende und des Durchflußquerschnitts des Bypassventils.

Bei solchen Durchflußmeß- und regelsystemen nach dem Prinzip der Wirkdruckmessung besteht grundsätzlich das Problem, daß die Erfassungsgröße Druckdifferenz eine Wurzelfunktion der gewünschten Größe Strömungsgeschwindigkeit darstellt. Das Problem äußert sich in der erzielbaren Genauigkeit der Messung. Erfolgt die Messung des Differenzdruckes genügend genau in einem Bereich zwischen 10 und 100 % des Nenndurchflusses der Meßeinrichtung, also in einem Bereich 1 : 10, so stehen die zugehörigen Strömungsgeschwindigkeiten im Verhältnis 1 : /l0.

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Daraus folgt, daß gewöhnliche Meßeinrichtungen für Strömungsgeschwindigkeiten nur einen kleinen Meßbereich mit genügender Meßgenauigkeit besitzen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare Meßeinrichtung zu schaffen, deren Meßbereich genügender Genauigkeit gegenüber dem Bekannten deutlich größer ist.

Die genannte Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Neuerung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema einer

Durchflußmeßvorrichtung,

Fig. 2 ein schaltbares Drosselorgan und

Fig. 3 eine Meßvorrichtung zur Erfassung der Druckdifferenz.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Rohr, das von dem Strömungsmedium, dessen Durchflußmenge bestimmt werden soll, durchflossen wird. In diesem Rohr 1 ist ein Drosselorgan 2 verschiebbar angeordnet. Dieses weist eine erste Öffnung 3a und eine zweite Öffnung 3b auf, wobei in der gezeichneten Stellung die Öffnung 3a wirksam ist und somit den wirksamen Querschnitt des Drosselorgans darstellt. Mit 4 ist ein Differenzdrucksensor bezeichnet, der den Druck des Strömungsmediums vor und hinter dem Drosselorgan 2 erfaßt und daraus die Druckdifferenz bildet, die er in Form eines Signals an seinem Ausgang 5 abgibt. Der Ausgang 5 des Differenzdrucksensors 4 ist mit dem Eingang eines Schwellwertschalters 6 und mit einem Rechenglied 7 verbunden. Der Schwellwertschalter 6 weist zwei Ausgänge auf: Einen ersten

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Ausgang 8, an den ein auf das Drosselorgan 2 wirkender Antrieb 9 angeschlossen ist, und einen zweiten Ausgang 10, der mit dem Rechenglied 7 verbunden ist.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Das durch das Rohr 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit fließende Strömungsmedium erzeugt an der Öffnung 3a des Drosselorgans 2 eine Druckdifferenz, die mit dem Differenzdrucksensor 4 erfaßt wird. Das Signal des Differenzdrucksensors 4 gelangt einerseits auf den Eingang des Schwellwertschalters 6 und andererseits auf den einen Eingang des Rechenglieds 7.

Steigt nun die Strömungsgeschwindigkeit, so wird auch die gemessene Druckdifferenz größer. Überschreitet die Druckdifferenz einen das Schaltverhalten des Schwellwertschalters 6 charakterisierenden oberen Schwellwert, so wechselt das Signal an den beiden Ausgängen 8 und 10 des Schwellwertschalters 6. Durch den Signalwechsel am Ausgang 8 wird der Antrieb 9 so angesteuert, daß er das Drosselorgan 2 bewegt, und zwar so, daß die erste Öffnung 3a aus dem Querschnitt des Rohres 1 herausbewegt und die zweite Öffnung 3b in den Querschnitt des Rohres 1 hineinbewegt wird, so daß nun die größere Öffnung 3b den wirksamen Querschnitt des Drosselorgans 2 darstellt.

Da auch das Signal am Ausgang 10 des Schwellwertschalters 6 wechselt, erhält das Rechenglied 7 die Information, daß der obere Schwellwert des Schwellwertschalters 6 überschritten und demzufolge die zweite Öffnung 3b wirksam geworden ist. Deshalb ist das Rechenglied 7 nun in der Lage, das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 4 anders zu gewichten.

Fällt die Strömungsgeschwindigkeit wieder, so verringert sich auch die gemessene Druckdifferenz. Unterschreitet die Druckdifferenz einen das Schaltverhalten des Schwellwertschalters 6 charakterisierenden unteren Schwellwert, so wechselt wiederum das Signal an den beiden Ausgängen 8 und 10 des Schwellwertschalters 6. Durch den Signalwechsel am Ausgang 8 wird der

Antrieb 9 so angesteuert, daß er das Drosselorgan 2 bewegt, und zwar jetzt so, daß die zweite Öffnung 3b aus dem Querschnitt des Rohres 1 herausbewegt und die erste Öffnung 3a in den Querschnitt des Rohres 1 hineinbewegt wird, so daß nun die kleinere Öffnung 3a den wirksamen Querschnitt des Drosselorgans 2 darstellt.

Da auch das Signal am Ausgang 10 des Schwellwertschalters 6 wechselt, erhält nun das Rechenglied 7 die Information, daß der untere Schwellwert des Schwellwertschalters 6 unterschritten und demzufolge die erste Öffnung 3a wirksam geworden ist. Deshalb ist das Rechenglied 7 nun in der Lage, das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 4 wiederum anders zu gewichten.

Das Rechenglied 7 hat also zwei Signale zu verarbeiten. An seinem ersten Eingang steht das Signal der Druckdifferenz zur Verfügung und an seinem zweiten Eingang ein Signal, das angibt, ob die erste Öffnung 3a oder die zweite Öffnung 3b wirksam ist. Im Rechenglied 7 ist der ersten Öffnung 3a ein erster Korrekturwert und der zweiten Öffnung ein zweiter Korrekturwert zugeordnet. Durch Multiplikation dieser Korrekturwerte mit dem Signal der Druckdifferenz berechnet das Rechenglied 7 die Durchflußmenge pro Zeiteinheit und/oder unter Berücksichtigung einer Zeitinformation die Durchflußmenge. Der Meßwert der Durchflußmenge pro Zeiteinheit kann zur Regelung der Durchflußmenge verwendet werden, wenn die beschriebene Vorrichtung zusammen mit einem Sollwertgeber, einem Vergleicher und einem Stellglied eingesetzt wird. Es ist auch möglich, die Vorrichtung zur Wärmemengenmessung heranzuziehen, wozu sie mit Mitteln zur Erfassung der Temperaturdifferenz zu ergänzen ist. Dabei kann mit Vorteil das Rechenglied 7 so ausgestaltet werden, daß ein zusätzlicher Eingang für die Temperaturdifferenz vorgesehen wird und das Signal an diesem Eingang mit dem Meßwert für den Durchfluß multipliziert wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel weist ein Drosselorgan 2 mit zwei Öffnungen 3a und 3b auf und entsprechend haben auch die Ausgänge 8 und 10 des Schwellwertschalters 6 zwei mögliche

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Zustände. Zur Vergrößerung des Meßbereichs ist es möglich, drei oder mehr verschieden große Öffnungen 3 vorzusehen und dazu passend einen Schwellwertschalter 6 mit drei oder mehr Schaltstufen und ein Rechenglied 7 mit drei oder mehr gespeicherten Korrekturwerten, die diesen Schaltstufen zugeordnet sind.

Die Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines schaltbaren Drosselorgans. Ein Gehäuse 20 umschließt einen Strömungskanal 21 für das Strömungsmedium. Im Zuge des Strömungskanals 21 ist eine Kreislochblende 22 quer zur Strömungsrichtung angeordnet. In die Öffnung der Kreislochblende 22 taucht ein Verdrängungskörper 23 ein, wodurch zwischen der Kreislochblende 22 und dem Verdrängungskörper 23 ein Ringspalt 24 offen bleibt, der den wirksamen Querschnitt des Drosselorgans darstellt. Der Verdrängungskörper 23 besteht aus einzelnen Zylindern 25, 26 mit diskret abgestuften Außendurchmessern. Der Verdrängungskörper 23 ist mittels einer Welle 27 im Gehäuse 20 längs seiner Achse seitenverschieblich gelagert, wobei die Position des Verdrängungskörpers 23 durch den Antrieb 9 (Fig. 1) verändert werden kann.

In der einen Lage befindet sich der erste Zylinder 25 innerhalb der Kreislochblende 22, in der zweiten- Lage befindet sich der zweite Zylinder 26 innerhalb der Kreislochblende 22. Im ersten Fall ist der Ringspalt 24 größer als im zweiten Fall. Es besteht eine Analogie zu den unterschiedlich großen Öffnungen 3a und 3b des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 1).

Es ist möglich, statt der dargestellten zwei unterschiedlich großen Zylinder 25, 26 deren drei oder mehr vorzusehen, um damit mehrere verschieden große Ringspalte 24 zu verwirklichen. Das Drosselorgan ist damit mehrstufig schaltbar.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß bei ihr keine besonderen Abdichtungsprobleme bestehen, da lediglich die Welle 27 durch das Gehäuse geführt und abgedichtet werden muß. Außerdem ist die Genauigkeit der Positionierung des Verdrängungskörpers 23 unkritisch. Kleinere Unterschiede in der

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Position des Verdrängungskörpers 23 beeinflussen die Größe des Ringspaltes 24 nicht. Deshalb kann auch der Antrieb 9 in vorteilhafter Weise sehr einfach ausgeführt sein. Zudem verändern thermisch bedingte Hubänderungen die Größe des Ringspaltes 24 nicht.

Es ist vorteilhaft, die Kreislochblende 22 an ihrem inneren Rand scharfkantig auszuführen. Damit wird die Unempfindlichkeit gegen Ungenauigkeiten in der Position des Verdrängungskörpers 23 weiter gesteigert.

Es ist vorteilhaft, die Mittel zur Erfassung der Druckdifferenz innerhalb des Verdrängungskorpers 23 anzuordnen. Die Fig. zeigt den Aufbau eines solchen Verdrängungskorpers 23. Innerhalb des Verdrängungskorpers 23 befindet sich ein Druckmeßelement 30, das formschlüssig mit dem Verdrängungskörper verbunden ist und über eine erste Öffnung 31 und eine zweite Öffnung 32 mit den Räumen vor und hinter der Kreis lochblende in Verbindung steht, so daß auf das Druckmeßelement 30 direkt der Differenzdruck wirkt. Die Verformung des Druckmeßelements 30 wird über eine Stange 33 direkt auf ein aus einem Magneten 34 und einer Hallsonde 35 bestehendes Meßsystem übertragen. Die Druckdifferenz wird somit in einen Weg umgeformt, dessen Wert als Spannung an der Hallsonde 35 abgegriffen werden kann. Dieser Spannungswert kann, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angegeben, an den Schwellwertschalter 6 und das Rechenglied 7 übermittelt werden.

Bei den beschriebenen Durchflußmeßvorrichtungen arbeitet der Differenzdrucksensor 4 bzw. das Druckmeßelement 30 immer im optimalen Meßbereich.

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ZUSAMMENFASSUNG

Zur Erfassung der durch ein Rohr (1) fließenden Menge eines Strömungsmediums dient ein Drosselorgan (2), wobei die dabei auftretende Druckdifferenz von einem Differenzdrucksensor (4) erfaßt wird. Mit dem Signal des Differenzdrucksensors (4) werden ein Schwellwertschalter (6) und ein Rechenglied (7) angesteuert. In Abhängigkeit von im Schwellwertschalter (6) eingestellten Schwellwerten des Differenzdrucks steuert der Schwellwertschalter (6) einen Antrieb (9), mit dessen Hilfe das Drosselorgan (2) bewegt wird, so daß verschiedene diskret abgestufte Öffnungen (3a, 3b) in den Strömungsweg eingeschaltet werden. Damit werden verschiedene Querschnitte wirksam, so daß die Durchflußmeßvorrichtung über einen großen Meßbereich mit genügender Meßgenauigkeit arbeitet. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise zur Durchflußmessung zum Zwecke der Heizkostenverrechnung verwendet werden.

(Fig. 1)

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Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Durchflußmeßvorrichtung mit einem Drosselorgan, mit Mitteln zur Erfassung der Druckdifferenz des Strömungsmediums vor und hinter diesem Drosselorgan und mit einem Rechner zur Berechnung der Durchflußmenge aus den Erfassungsdaten, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (2; 22, 23) mindestens zwei diskret abgestufte Querschnitte (3a, 3b; 24) aufweist, daß jeweils einer dieser Querschnitte (3a, 3b; 24) wirksam ist und daß ein Antrieb (9) zur Umschaltung von einem auf einen anderen der Querschnitte (3a, 3b; 24) vorhanden ist, der von den Mitteln (4, 6; 30, 34, 35) zur Erfassung der Druckdifferenz des Strömungsmediums steuerbar ist.

2. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan aus einer Kreislochblende (22) und einem in dieser verschiebbar angeordneten Verdrängungskörper (23) mit diskret abgestuften Querschnitten (25, 26) besteht.

3. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislochblende (22) scharfkantig ist.

4. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (23) rotationssymmetrisch ist und längs der Achse (27) aus einzelnen Zylindern (25, 26) mit diskret abgestuften Außendurchmessern besteht.

5. Durchflußmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zur Erfassung der Druckdifferenz innerhalb des Verdrängungskörpers (23) angeordnet sind.

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