DE925622C - Vorrichtung zur Massenbestimmung stroemender Medien - Google Patents

Vorrichtung zur Massenbestimmung stroemender Medien

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DE925622C
DE925622C DED9269A DED0009269A DE925622C DE 925622 C DE925622 C DE 925622C DE D9269 A DED9269 A DE D9269A DE D0009269 A DED0009269 A DE D0009269A DE 925622 C DE925622 C DE 925622C
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DE
Germany
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mass
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determining
flowing media
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DED9269A
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English (en)
Inventor
Gottfried Dipl-Ing Deeken
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/30Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by using centrifugal effects

Description

  • Vorrichtung zur Massenbestimmung strömender Medien Die Wägung beruht bekanntlich auf der Massen anziehung der Erde nach dem Gesetz: Gewicht = Masse X Erdbeschleunigung.
  • Bei der Wägung befindet man sich also mit den bekannten Verfahren in Abhängigkeit von der Erdbeschleunigung bzw. genauer genommen in Abhängigkeit von der am Ort der Wägung gültigen Komponente der Erdbeschleunigung. Wo keine Beschleunigung auftritt, ist auch keine Wägung möglich. D.a ein Körper im leeren Weltraum nichts und an den Polen mehr als am Äquator oder in großen, Höhen wiegt, ist das Gewicht eines Körpers nicht all gemein geeignet, um mit Sicherheit auf seine Masse, d. h. seine Stoffmenge, schließen zu können.
  • Die Stoffmenge ist aber der Gegenstand, der in wirtschaftlicher Hinsicht allein interessiert und den es zu erfassen gilt.
  • Um nun Stoffmengen in Massengr.amm, Massen kilogramm usw. zu bestimmen, ist die Wägung der zugehörigen in Ruhe befindlichen Körper mit Hilfe von Gewichtsstücken, also Massenstücken, die derselben Erdbeschleunigung unterliegen wie die zu wägenden Körper und mit diesen in Vergleich gebracht werden, als ei.chfähige Methode anerkannt.
  • Im Strom bewegte Medien dagegen, wie z. B.
  • Flüssigkeiten in Rohrleitungen, lassen die Massenbestimmung durch Wägen in- dieser Weise nicht zu. Es ist aber ein sehr großes Bedürfnis in Technil und Wirtschaft vonhanden, auch diese bewegten Stoffmengen der Masse nach zu bestimmen.
  • Staudruckgeräte und Strömungsmesser, Geschwindigkeits- und Volumenzähler erfüllen zwar je nach den gestellten Forderungen ihren Zweck, gestatten aber nicht in Art der Wägung einen Massen; oder Kräftevergleich und damit eine direkte Bestimmung der Stoffmenge.
  • Es sind zwar mehrere unterschiedlich konstruierte Geräte vorgeschlagen worden bzw. bekannt, die mit rotierenden Meßgliedern die Dichte von gasförmigen und flüssigen Medien anzuzeigen vermögen. Die in diesen Konstruktionen auf tretenden dynamischen Kräfte werden zur Messung der Dichte der Medien benutzt, während die Ermittlung der durchströmenden Mengen der Masse nach in den erwähnten Geräten nicht durchführbar ist; denn es ist die beabsichtigte Aufgabe dieser Meßgeräte, unabhängig von der Größe einer Durchflußmenge ausschließlich die Dichte der gebrauchten Medien anzugeben.
  • Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse strömender Medien, bei welcher ein Antriebsdrehmoment für die künstliche Erzeugung von Beschleunigung oder Verzögerung der zu bestimmenden Massen isoliert gemessen wird, indem eine Kreiselapparatur von einem getrennten, aber mit im wesentlichen gleicher Drehzahl wie die Kreiselapparatur umlaufenden Gehäuse umgeben ist, um dadurch äußere Reibungskräfte von der Kreçilselapparatur fernzuhalten.
  • Die künstliche Beschleunigung bzw. Verzögerung von Massen gelangt dem Prinzip nach, wenn auch nicht zum Zweck einer anerkannten- Massenbestimmung, bei allen Kreiselpumpen und Turbinen zur Anwendung; denn die aufgenommenen bzw. abgegebenen Leistungen entsprechen den durchgesetzten Massen. Um aber genaue Maslsenbestliimmungen vornehmen zu können, müssen verschiedene, der Präzision der Messung dienende konstruktive Bedingungen erfüllt sein, um die möglichst ungestörte Erfassung und Messung der Massenkräfte zu ermöglichen. Insbesondere muß dafür gesorgt sein, daß die erforderlichen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen in einem oder mehreren rotierenden Laufrädern erzeugt werden, die zum Unterschied gegen das Bekannte zwecks Befreiung von äußerer Reilbun.gsarbeit von einem mit im -wesentlichen gleicher Drehzahl umlaufenden Gehäuse umschlossen sind.
  • Diese konstruktiven Möglichkeiten sind an eimgen Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht. In Fig. I wird von der allgemein bekannten Konstruktion einer Kreiselpumpe aus gegangen. Das Medium tritt .durch den Saugstutzen 1 in den mit möglichst starrer Drehzahl umlaufenden aus dem Schaufellaufrad 2 und dem Gehäuselaufrad 3 bestehenden Kreisel ein, wird hier beschleunigt und verläßt über den Druckraum 4 und durch den Druckstutzen 5 die Maschine.
  • In dem Schaufellaufrad 2, in welchem der Masse des durchfließenden Mediums eine Beschleunigung erteilt wird, entsteht eine rückdrehende Kraft, welche als Drehmoment vom Torsionsstab 6 und 11 aufgenommen wird. Dieser Torsionsstab 6 ist durch eine Hohiwelile 7 geführt und an seinem Ende verdrehungsfest mit der in die Antriebskupplung 8 übergehenden Hohlwelle 7 verbunden.
  • Hohlwelle 7 und Gehäuselaufrad 3 sind zu einem verdrehungssteifen Gehäuse vereinigt, das die Aufgabe hat, alle äußeren Reibungskräfte vom Torsionsstab 6 und dem Schaufellaufrad 2 fernzuhalten, so daß sich das Schaufellaufrad 2 frei und ungehindert lediglich unter der Reaktionskraft des Beschleunigungsdruckes in dem Gehäuselaufrad 3 schwingend drehen kann. Wenn kein Medium den Kreisel durchströmt, wird keine Masse beschleunigt und daher auch kein Drehmoment über das Schaufellaufrad 2 auf den Torsionsstab 6 übertragen, und Schaufel- und Gehäuselaufrad 2 und 3 laufen gegeneinander unverdreht um. Sobalid aber - Medium zu fließen beginnt, muß Masse beschleunigt werden, und das Schaufellaufrad 2 schwingt gegen das Gehäuselaufrad 3 so weit zurück, biis die Spannung des Torsionsstabes 6 der Reaktionskraft aus Masse und Beschleunigung entspricht. Selbst die kleinsten Massenmengen werden hierbei erfaßt, und es hängt nur von der trägen Masse des Schaufellaufrades 2 ab, inwieweit die Ausschläge der an geregten Verdrehungen unverzögert oder verzögert ausgeglichen erfolgen. Der Kreisel 2, 3 mit der Torsionsfeder 6 stellt also nicht anderes als eine von der Erdbeschleunigung unabhängige Federwaage dar, die an beliebigen Punkten der Erde und auch des Weltraums bei gleichen Drehzahlen für gleiche Massen je Zeiteinheit gleiche Drehschwingungsausschläge aufweist. Sie erfordert deshalb nicht die Federwaageneichung in Pond, Kilopond usw., sondern kann als echte Massenwaage eine Eichung in Gramm pro Zeiteinheit, Kilogramm pro Zeiteinheit usw. bzw. mit Zählwerk eine Eichung in Gramm, Kilogramm usw. erhalten.
  • In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die nicht als Pumpe arbeitet, sondern durch die das zu wägende Medium -unter fremiderzeugtem Druckgefälle hindufch.geleitet wird.
  • Bei Eintritt des Mediums durch den Stutzen 12 gelangt dieses zuerst in ein Beschleunigungsrad 13, ähnlich einem Kreiselpumpenrad. Dieses Beschleunigungsrad I3 ist als Gehäuselaufrad ausgebildet und übernimmt alle äußeren Reibungskräfte. Fließt Masse durch das Gehäuselaufrad 13, so erhält sie Energie mitgeteilt, die sie dann nach Umlenkung an das Turbinenrad 14 abzugeben gezwungen wird.
  • Das Turbinenrad 14 ist in gleicher Weise wie das Schaufellaufrad 2 in Fig. 1 über einen Torsionsstab 6 gemeinsam mit der Hohlwelle 7 an einem Antrieb angeschlossen und kann sich schwingend gegen das Beschleunigungsrad I3 verdrehen, wenn Energie aufgenommen wird. Das Maß ,der Verdrehung ist ein Maß für die durchgesetzte Stoffmenge. Dadurch, daß hier die eingeleitete Energie (abzüglich der Verluste) wieder zurückgewonnen wird, ist die Leistungsaufnahme der Vorrichtung gering, die das Medium durch Stutzen 15 verläßt.
  • Der Fluß des Mediums kann in Fig. 2 auch umgekehrt wie beschrieben erfolgen; dann wird Teil I4 Beschleunigungsrad und Teil 13 Turbinenrad (Verzögerungslaufrad). In diesem Fall tritt das Medium durch Stutzen 15 ein und verläßt die Vorrichtung durch Stutzen 12.
  • In Fig. 3 ist in Weiterentwicklung der Fig. 2 eine Vorrichtung gezeigt, deren Gehäuselaufrad I7 die entgegengesetzt verdrehbaren Laufräder I6 und I8 umschließt. Von diesen beiden Laufrädern wirkt je nach der der Konstruktion zugrunde gelegten Strömungs.richtung das eine abs Beschleunigungs-und das andere als Verzögerungslaufrad. Die Rückstellenergie für das Laufrad 16 wird beispielsweise von der Drehfeder 19 geliefert. Die Verdrehung der Laufräder 16 und 18 zueinander ist ein Maß für die durchgesetzte Stoffmenge (Masse).
  • Die Drehschwingungsausschläge können elektrisch gemessen und registriert werden. Zu diesem Zweck sind z. B. in Fig. 1 und 2 die Magnetinduktoren 9 und 10 in entsprechender Weise mit den gegeneinander verdrehbaren Laufrädern, deren gegenseitiger Winkelausschlag gemessen werden soll, verbunden. Die von den Magnetinduktoren erzeugten elektrischen Ströme ermöglichen es, entweder die Phasenverschiebungen, -d. h. d.ie Verdrehungen zu messen und zu addieren oder in Kompensationsschaltung einen resultierenden Strom zu bilden, welcher der durchgesetzten Stoffmenge entspricht und mit einem Stromzähler gemessen werden kann. In Fig. 3 ist der Induktor bei 9' erkenubxar.
  • Abweichend von den Darstellungen in Fig. I, 2 und 3 kann statt der Messung des Drehmomentes durch Verdrehung von Federelementen das Drehmoment auch über den Kraftbedarf z. B. einer elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Kupplung zwischen den gegenseitig verdrehbaren Laufrädern gemessen werden. Gleichfalls ist auch der vom Antrieb des Gehäuselaufrades isolierte An- und Abtrieb der als Meßräder dienenden Laufräder möglich, wobei dann die Leistungsmessung zur Massenbestimmung benutzt wird.
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bedürfen eines Antriebs. Am einfachsten für die Mengenzählung ist der Antrieb mit starrer Drehzahl, z. B.
  • Antrieb mittels elektrischer Synchronmotoren, weil dann die Beschleunigung eine feste Größe wird. Bei Asynchronmotoren schwankt die Beschleunigung in der Weise, daß bei kleinen Massen größere Beschleunilgungen (weil kleiner Schlupf), bei großen Massen kleinere Beschleunigungen (weil großer Schlupf) erzeugt werden. Bei Antrieb mit Asynchronmotoren sind daher z. B. die Magnetinduktoren g und 10 als Tourenzähler mitzubenutzen, um den notwendigen Korrekturfaktor zu gewinnen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Bestimmung der Masse strömender Medien mit Hilfe künstlicher Beschleuni,gungen bzw. Verzögerungen, die in einem oder mehreren Kreiselrädern erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kreiselapparatur von einem getrennten, aber mit im wesentlichen gleicher Drehzahl wie die Kreiselapparatur umlaufenden Gehäuse umgeben islt, um äußere Reibungskräfte von der Kreiselapparatur fernzuhalten.
    Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. I85 588, 351 354, 68I o80, 423 297.
DED9269A 1951-05-31 1951-05-31 Vorrichtung zur Massenbestimmung stroemender Medien Expired DE925622C (de)

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