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Verfahren zur Verbesserung der Fehlerkurve bei Meßradzählern für Gase
und Dämpfe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung
der Fehlerkurve bei Nleßradzählern für Gase und Dämpfe, wobei unter .Meßradzählern
sowohl Flügelradzähler, Woltmannzähler u. dgl. wie auch Kapselradzähler, Drehkolbenzähler
u. dgl. verstanden sein sollen.
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Bekanntlich entsteht bei Strömungen in Rohrleitungen an einer Verengung
des Leitungsquerschnitts ein Druckabfall, welcher mit dem Quadrat der I)urchflußstärke
(= sekundliches Durchflußvolumen) wächst und welcher die Meßgeschwindigkeit der
Strömung bestimmt. Bei Meßradzählern bildet oder besitzt deren Meßwerk eine solche
Verengung, und der sich zu beiden Seiten der Verengung ausbildende Druckabfall bestimmt
mit der Strömungsgeschwindigkeit an der Verengung zugleich die Umfangsgeschwindigkeit
des Meßrades.
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Bei kompressiblen Meßmitteln bildet nun dieser Druckabfall an der
Verengung gleichzeitig die Ursache einer dort entstehenden Volumenexpansion und
damit eine jener Fehlerquellen, durch welche die Erreichung der theoretischen Durchflußproportionalität
der Meßraddrehzahl verhindert wird.
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Diese Volumenexpansion nimmt nämlich ihrerseits mit dem Anwachsen
des an der Verengung herrschenden Druckabfalls Ap (Wirkdruck), also mit dem Quadrat
des sekundlichen Durchflußvolumens zu und macht sich in einer entsprechenden Erhölhu,nlg
der Duröhf1ußgestlnvindigkeit an der Verengung bemerkbar. Es stellt sich demzufolge
dort
anstatt der nach der Bernoullischen Energiegleichung zu erwarteeden Durchfluß^goschwitnld'ibkeit
Vser,z, welche der Durchfluß stärke streng proportional ist, eine größere Geschwindigkeit
ein, in welcher p den absoluten Betriebsdruck und A p/p die für die Expansion maßgebende
Bestimmungsgröße darstellen (vgl. Durchflußmeßregeln DIN I952, Arbeitshlatt 9).
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Da Bern. der zu messenden Durchfluß stärke Q protporbionial ist,
der Zähler aber, wlile gesagt, einen der größeren Geschwindigkeit v proportionalen
größeren Betrag anzeigt, müßte, um eine durchflußproportionale Anzeige zu erzielen,
v = VBern. gemacht werden, d. h. man müßte laufend den Zufluß zum Zähler um einen
Teilbetrag #Q = Q . #p p vermindern.
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Aus dieser Überlegung folgt die Erfindung unmittelbar. Sie stellt
ein Verfahren zur Kompensation der obengenannten Volumenexpansion und damit zur
Verbesserung der Meßfehlerkurve bei Meßradzählern für kompressible Meßmittel dar
und besteht im wesentlichen darin, daß vor der Verengung des Strömungsquerschnitts,
sei sie durch das Meßwerk des Zählers als Ganzes oder durch eine darin vorgesehene
Drosselstelle gebildet, ein dem Verhältnis zwischen dem Druckabfall an der Verengung
und dem absoluten Betriebsdruck proportionaler Teilbetrag des Zuflusses abgezweigt
und dahinter wieder in die Meßleitung eingeführt wird.
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Die Einstellung dieses Betrages kann, wie sich aus dem Hagen-Poiseulleschen
Gesetz ergibt, durch Verwendung einer Laminarströmung bewirkt werden. Denn naeh
zdlieszetm Gesetz ist das durch eine Kapi:lilar1dlrossel 5 strömende Volumen proportionJal
dem an iihTr hSetrrsahenldien Druckabfall Ap. Wird also in eine Umgangsleitung zum
Zähler eine Kapiillardrossel eingebaut, so daß sich dort zwangläufig eine Laminarströmung
ausbildet, so läßt diese Drossel laufend ein dem Druckabfall Ap proportionales Volumen
q durch. Es genügt also, den Querschnitt der Kapillardrossel entsprechend dem Verhältnis
AQ/q einzustellen, damit bei Ap der gewünschte Betrag AQ durch die Umgehungsleitung
fließt. Es ist dann wegen der Proportionali!tät zw,ilschien Ap und AQ der Anzeigefehler
für alle Ap und damit für alle Durchfluß stärken Q kompensiert.
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Solange der absolute Betriebsdruck konstant ist und die Temperaturen
nicht wesentlich schwanken, ist die Kompensation praktisch genau. Sind aber größere
Schwankungen der Betriebsbedingungen zu erwarten, so bedürfen sie der Berücksichtigung.
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Dies geschieht erfindungsgemäß durch Anwendung einer Kapillardrossel
mit veränderlichem Durchflußquerschnitt und durch Anordnung je eines Thermometers
und eines Druckmessers für das Meßmittel sowie eines Differentials, dessen eine
Seite vom Thermometer, dessen andere Seite vom Druckmesser angetrieben wird und
dessen resultierender Ausschlag den Durchflußquerschnitt der Kapillardrossel steuert.
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Einige Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Fig. I zeigt das Grundsätzliche der obenerwähnten, zur Verwirklichung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Anoridnsu,ng, Fig. 2 desgleichen eine
beispielsweise Ausführunfg, bei wellehTear der Durchflußquerschnitt der ILa pillardrossel
in Abhängigkeit von Temperatur und Druck des Meßmittels gesteuert wird.
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In einer Leitung I, welche vom Meßmittel in der angegebenen Pfeilrichtung
durchströmt wird, befindet sich ein mit 2 bezeichneter Meßradzähler einer der eingangs
genannten Bauarten, welcher in einer an sich bekannten Weise mit einer Umgehungsleitung
3 versehen ist. In diese Umgehungsleitung ist nun eine Kapillardrossel 4 irgendeiner
beliebigen Bauart eingebaut. In Fig. I ist sie beispielsweise eine solche mit geraden
Kapillarrohren oder mit von Platten od. dgl. eingeschlossenen Kapillarspalten, bei
Fig. 2 bildet sie einen konischen Ringspalt mit oder ohne Verzahnung der Begrenzungsflächen.
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Der die innere Begrenzungsfläche liefernde Kegelkörper ist auf einem
Schaft 5 befestigt, welcher bei 6 und 7 längs verschieblich gelagert, bei 7 zugleich
abdichtend aus der Leitung 3 herausgeführt und außen bei 8 an einen Differentialhebel
9 angelenkt ist. Der Ausschlag eines Thermometers, welches hier aus einem im Meßmittelstrom
angeordneten Temperaturfühler IO und einem mit diesem durch eine Leitung II verbundenen
Ausdehnungsgefäß 12 besteht, wird durch ein Gestänge 13 im einen Sinne auf das eine
Ende 14 des Differentialhebels g übertragen, während der Ausschlag eines an die
Leitung I angeschlossenen Druckmessers 15 über das Gestänge I6 im entgegengesetzten
Sinne auf das andere Ende I7 des Differentialhebels g übertragen wird. Die Differenz
beider Ausschläge ergibt die Verstellbewegung für den Querschnitt der Kapillardrossel.
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Die Art und Weise der Querschnittseinstellung und die dazu verwendeten
technischen Mittel richten sich nach der Bauart der verwendeten Kapillardrossel(n)
und sind im iibrigen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Bei den in den Fig. I und 2 dargestellten Beispielen ist die Umgehungsleitung
am Zählereingang abgezweigt und mündet am Zählerausgang wieder in die Meßleitung,
d. h. die Innenkonstruktion als Ganzes bildet hier die erwähnte Verengung des Strömungsquerschnitts.
Bei Wolstmannzählern, bei welchen dem Schaufelkranz des Meßrades ein besonderer
Drosselquerschnitt vorgeschaltet ist, wird die Umgehungsleitung vorzugsweise kurz
vor dem Drosselquerschnitt abgezweigt und hinter der Meßradebene in die Meßlettung
wiedereingeführt In beiden Fällen wird ein nach der Bernoullischen Gleichung mit
der Durchfluß stärke Q in funktio -
nellem Zusammenhang stehender
Druckabfall Ap erzeugt.
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Die letztgenannte Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Der Zähler ist
hier wieder wie in den vorhergehenden Figuren mit 2 bezeichnet. iS ist der bei Woltmannzählern
übliche Staukörper, durch welchen der Strömungsweg des Meßmittels in die Form eines
peripheren Ringkanals 19 gebracht wird, welcher das Meßmittel über einen Drosselquerschnitt
20 dem Schaufelkranz 2I des Meßrades 22 zuleitet. Die Umgehungsleitung 3 mit der
Kapillardrossel 4 ist hier kurz vor dem Drosselquerschnitt 20 abgezweigt und mündet
hinter der Meßradebene wieder in die Hauptleitung ein.
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Die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht an
die dargestellten Mittel gebunden. So kann man sich beispielsweise selbstverständlich
auch solcher Kapillardrosseln bedienen, die mit einer gewöhnlichen Drosselöffnung
kombiniert sind, oder einer Kombination mehrerer Kapillardrosseln.