DE943976C

DE943976C - Measuring pressure transducer for flow measurement

Info

Publication number: DE943976C
Application number: DEA20355A
Authority: DE
Inventors: Willi Goertz
Original assignee: ADOS GmbH
Current assignee: ADOS GmbH
Priority date: 1954-05-19
Filing date: 1954-05-19
Publication date: 1956-06-07

Description

Meßdruckwandler für Durdhflußmessung Die Erfindung bezieht sich auf Meßdruckwandler für Durchflußmessung derjenigen Art, bei denen der Wirkdruck am Staukörper der Durchflußleitung in einen Uberdruck über den atmosphärischen Luftdruck umgewandelt wird, indem der Wirkdruck eine Drehung einer Achse bewirkt, die im entgegengesetzten Drehsinn von einem kompensierend wirkenden, an eine Preßluftquelle angeschlossenen Drucksystem beeinflußt wird, die Prallplatte einer Ausströmdüse dieses Drucksystem steuert, und die aus dieser Düse ausströmende Luft einem Druckanzeiger zugeführt wird.Pressure transducer for flow measurement The invention relates to Measuring pressure transducer for flow measurement of the type in which the differential pressure on Bluff body of the flow line in an excess pressure above atmospheric air pressure is converted, in that the differential pressure causes a rotation of one axis, which in the opposite Direction of rotation of a compensating acting, connected to a compressed air source Pressure system is influenced, the baffle plate of an exhaust nozzle of this pressure system controls, and the air flowing out of this nozzle is fed to a pressure indicator will.

Bei den bekannten derartigen Meßdruckwandlern verwendet man in der Regel als Einstellorgan fül einen konstanten ausgesteuerten Meßbereich (z. B. In the known such measuring pressure transducers are used in the Usually as an adjusting element for a constant controlled measuring range (e.g.

0,2 bis I atü) bei veränderlichem Wirkdruckbereich zwischen der Drehachse und der Prallplatte einen Verhältnisschieber, welcher das Verhältnis zweier Hebellängen verändert. Hierdurch wird bei Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der beiden Hebel die Steuerempfindlichkeit, d. h. der Weg der Prallplatte inAbhängigkeit vomWeg amMeßorgan (z. B. Membran) für den Wirkdruck geändert. Des weiteren sind die bisher üblichen Meßdruckwandler dadurch belastet, daß der Durchfluß durch die Ein- strömdüse und die Ausströmdüse des Preßluftsystems nicht allein von der Stellung der Prallplatte über der Ausströmdüse abhängt, sondern auch von dem Däfferenzdruck an der Einströmdüse, vom Differenzdruck an der Ausströmdüse und von der Luftkompression vor der Ausströmdüse.0.2 to I atü) with a variable effective pressure range between the axis of rotation and the baffle plate a ratio slide, which the ratio of two lever lengths changes. This is when changing the gear ratio of the two Lever the control sensitivity, d. H. the path of the baffle plate as a function of the path changed on the measuring element (e.g. membrane) for the differential pressure. Furthermore, they are so far common pressure transducers in that the flow through the inlet flow nozzle and the discharge nozzle of the compressed air system does not depend solely on the position of the baffle plate depends on the outlet nozzle, but also on the difference pressure at the inlet nozzle, the differential pressure at the discharge nozzle and the air compression in front of the discharge nozzle.

Diese Einflüsse werden durch die Ausbildung des Meßdruckwandlers gemäß der Erfindung vermieden. These influences are due to the design of the pressure transducer avoided according to the invention.

Bei diesem Meßdruckwandler ist die vom Wirkdruck einerseits und vom Druck des Preßluftsystems andererseits beeinflußte Drehachse mit zwei radialen Hebelarmen versehen, denen form- oder kraftschlüssig die beweglichen Enden von zwei einen Teil des Preßluftsystems bildenden, dehnbaren Druckgefäßen (Faltenbälgen) angreifen, von denen das eine in seinem wirksamen Querschnitt ein Mehrfaches des anderen beträgt und über einen Verhältnisschieber auf den zugehörigen Hebelarm der Drehachse wirkt, während das bewegliche Ende des kleineren Gefäßes unmittelbar und unveränderlich an dem zugehörigen Hebelarm der Drehachse angreift und im Innern dieses letzteren Gefäßes die Prallplatte für die ebenfalls in diesem liegende Ausströmdüse trägt, und die Meßleitung von dem kleineren Gefäß zu dem Druckanzeiger abgeht. With this pressure transducer, the differential pressure is on the one hand and the Pressure of the compressed air system, on the other hand, influenced the axis of rotation with two radial lever arms provided, which positively or non-positively the movable ends of two a part attack the expandable pressure vessels (bellows) forming the compressed air system, one of which is a multiple of the other in its effective cross-section and acts on the associated lever arm of the axis of rotation via a ratio slide, while the moving end of the smaller vessel is immediate and unchangeable engages on the associated lever arm of the axis of rotation and inside the latter The baffle plate for the outlet nozzle, which is also located in it, and the measuring line leads from the smaller vessel to the pressure indicator.

Bei dieser Ausbildung bleibt die Steuerempfindlichkeit der Prallplatte und damit des ganzen Steuersystems konstant. With this training, the control sensitivity of the baffle plate remains and thus the whole tax system constant.

Ferner ist gemäß der Erfindung am Preßlufteintritt des Preßluftsystems der Einströmdüse eine Vordrossel nachgeschaltet, der eine Regelvorrichtung zugeordnet ist, durch die der Differenzdruck an dieser Drossel konstant gehalten wird. Dadurch können nachteilige Einflüsse, die sich sonst durch wechselnden Differenzdruck an der Einströmdüse ergeben, nicht mehr auftreten. Furthermore, according to the invention, at the compressed air inlet of the compressed air system the inlet nozzle is followed by a throttle to which a control device is assigned through which the differential pressure at this throttle is kept constant. Through this can have detrimental influences that are otherwise caused by changing differential pressure the inlet nozzle, no longer occur.

Schließlich ist gemäß der Erfindung der zum Druckanzeiger führenden Meßleitung ein Mengenverstärker zugeordnet, der mit den Räumen bzw. Finally, according to the invention, the one leading to the pressure indicator A volume amplifier is assigned to the measuring line, which is connected to the rooms or

Leitungen des Preßluftsystems vor und hinter der Ausströmdüse derart in Verbindung steht, daß auch der Differenzdruck an der Ausströmdüse stets konstant ist.Lines of the compressed air system in front of and behind the discharge nozzle in this way is related to the fact that the differential pressure at the discharge nozzle is always constant is.

Durch diese Anordnungen wird erreicht, daß die Abhängigkeit des ausgesteuerten Luftdruckes vom Wirkdruck streng linear ist. Dabei ist der Steuert weg an der Prallplatte so gering, daß das Gerät praktisch nach dem Prinzip der »Nullkompensation« arbeitet. Through these arrangements it is achieved that the dependence of the controlled Air pressure is strictly linear from the differential pressure. The steers away is at the baffle plate so low that the device works practically on the principle of "zero compensation".

In der Zeichnung zeigt Abb. I eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Ausführung eines Meßdruckwandlers gemäß der Erfindung und Abb. 2 einen Schnitt nach Linie Il-Il der Abb. I, bei dem die Hebelarmeder Drehachse, die normalerweise in einer Ebene liegen können, der Deutlichkeit halber in einem Winkel zueinander liegend dargestellt sind. In the drawing, Fig. I shows a schematic representation of a exemplary embodiment of a measuring pressure transducer according to the invention and Fig. 2 a section along line II-II of Fig. I, in which the lever arms of the axis of rotation, the can usually lie in one plane, at an angle for clarity are shown lying to each other.

Der Wirkdruck vom Staukörper in der Durchflußleitung wirkt auf die Membran 1. Diese ist formschlüssig durch ein Zugband 2 und einen Arm 3 mit einem dünnwandigen Drillrohr 4 verbunden. Das Drillrohr ist fest und dicht an einem Ende mit dem Membrangehäuse 5 und am anderen Ende mit. einer das Rohr durchsetzenden Achse 6 verbunden. Der Querschnitt der Achse steht zum Querschnitt des Drillrohres etwa im Verhältnis 50 : I, so daß die Drillsteifigkeit der Achse um ein Vielfaches größer ist als die des Drillrohres. Die Achse ist innerhalb des- Gehäuses 5 über ein Drillgelenk7 fest mit diesem verbunden: Andererseits ragt sie aus dem Gehäuse 5 heraus und ist außerhall) desselben bei 8 drehba'? gelagert. The differential pressure from the bluff body in the flow line acts on the Diaphragm 1. This is form-fitting by a tension band 2 and an arm 3 with a thin-walled drill pipe 4 connected. The drill pipe is firm and tight at one end with the membrane housing 5 and at the other end with. one penetrating the pipe Axis 6 connected. The cross-section of the axis corresponds to the cross-section of the drill pipe about 50: 1, so that the torsional stiffness of the axis is many times over is larger than that of the drill pipe. The axis is within the housing 5 above a twist joint7 firmly connected to this: on the other hand, it protrudes from the housing 5 out and is outside the reverberation) same at 8 rotatable? stored.

An der Drehachse 6 befinden sich außerhalb des Gehäuses 5 zwei radiale Hebelarme 9 und In, an welchen die beweglichen Enden zweier Faltenbälge II und I2 angreifen, die mit ihren anderen Enden fest am Gehäuse 13 des Apparates sitzen und einen Teil des Preßluftsystems bilden. Das bewegliche Ende des Balges II steht form- oder kraftschlüssig in unveränderlicher Verbindung mit dem Hebelarm 9. Dagegen ist zwischen dem Balg 12 und dem Hebelarm £0 ein Verhältnisschieber I4, Abb. 2, bekannter Art vorgesehen, der es gestattet, für verschiedene Wirkdrücke auf die Membran i den Luftdruck in den Bälgen 11 und I2 konstant zu halten. On the axis of rotation 6 there are two radial ones outside the housing 5 Lever arms 9 and In, on which the movable ends of two bellows II and I2 attack, which sit firmly with their other ends on the housing 13 of the apparatus and form part of the compressed air system. The movable end of the bellows II is or non-positively in an unchangeable connection with the lever arm 9. Opposite is between the bellows 12 and the lever arm £ 0 a ratio slide I4, Fig. 2, known Kind provided that allows for different effective pressures on the membrane i to keep the air pressure in the bellows 11 and I2 constant.

Die Bälge in und I2 wirken auf die Achse 6 im entgegengesetzten Sinn wie die Membran I. The bellows in and I2 act on the axis 6 in the opposite direction like the membrane I.

Das bewegliche Ende des Balges II trägt in dessen Innenraum die Prallplatte £5, welche über der Ausströmdüse I6 des Preßluftsystems steht. The movable end of the bellows II carries the baffle plate in its interior £ 5, which is located above the outlet nozzle I6 of the compressed air system.

Letzteres besteht aus einem Durchflußregler I7 und den Leitungen I8, durch welche die Preßluft über die Ausströmdüse I6 in den Balg II und unmittelbar in den Balg I2 tritt. Aus dem Innern des Balges II führt die Meßleitung 19 zu dem Druckanzeiger (nicht dargestellt). The latter consists of a flow regulator I7 and the lines I8, through which the compressed air via the discharge nozzle I6 in the bellows II and directly enters the bellows I2. From the inside of the bellows II, the measuring line 19 leads to the Pressure indicator (not shown).

Der Balg 11 ist in seiner wirksamen Fläche bedeutend kleiner als der Balg I2. Gelangt ein zu messender Wirkdruck auf die Membran 1, SO bewirkt die damit verbundene Drehbewegung der Achse 6 des Drillrohres 4, daß die Prallplatte I5 die Ausströmdüse I6 schließt. In den beiden Druckräumen II und 12 steigt der Luftdruck so lange an, bis die Kräfte auf die Membran I und in den Druckräumen 11, I2 gleich groß sind. Etwa neun Zehntel der Gegenkraft auf die Membran bewirkt der Balg I2, der über den Verhältnisschieber I4 mit der Drehachse 6 verbunden ist. The bellows 11 is significantly smaller than in its effective area the bellows I2. If an effective pressure to be measured reaches the membrane 1, SO causes the associated rotary movement of the axis 6 of the drill pipe 4 that the baffle plate I5 the outlet nozzle I6 closes. The increases in the two pressure chambers II and 12 Air pressure until the forces on the membrane I and in the pressure chambers 11, I2 are the same size. The causes about nine tenths of the counterforce on the membrane Bellows I2, which is connected to the axis of rotation 6 via the ratio slide I4.

Am Durchflußregler I6 befindet sich die an die Preßluftquelle angeschlossene Einströmdüse 20, der in der zur Leitung I8 führenden Leitung 2I eine Vordrossel 22 nachgeschaltet ist. Der Durchfluß durch diese Drossel wird in Abhängigkeit von der durch die Düse I6 ausströmenden Menge so gesteuert, daß der Differenzd.ruck vor und hinter der Drossel 22 praktisch konstant ist. Würde dies unterbleiben und, wie bisher üblich, die Preßluft durch eine konstante Einströmdüse dem Meßdr-uckwandler zugeführt, so wäre die Durchflußmenge, welche durch die Düse I6 ausströmt, nicht nur abhängig von der Stellung der Prallplatte I5, sondern auch vom Differenzdruck an der Einströmdüse. The one connected to the compressed air source is located on the flow regulator I6 Inlet nozzle 20, which has a throttle in the line 2I leading to line I8 22 is connected downstream. The flow through this throttle is dependent on of the amount flowing out through nozzle I6 is controlled so that the differential pressure before and after the throttle 22 is practically constant. Would this not happen and As usual, the compressed air is fed through a constant inlet nozzle to the pressure transducer supplied, the flow rate which flows out through the nozzle I6 would not be only dependent on the position of the baffle plate I5, but also on the differential pressure at the inlet nozzle.

Diese Abhängigkeit wird durch die Vordrossel 22 und die ihr zugeordneten Mittel ausgeschaltet. This dependency is determined by the choke 22 and its associated Medium turned off.

Eine Membran 23 wird vom Differenzdruck an der Vordrossel 22 über die Kanäle 24, 25 beaufschlagt. Nimmt der Abstand der Prallplatte 15 von der Düse I6 zu und vergrößert sich der Durchfluß durch diese Düse, so fällt der Druck vor der Düse I6 ab. Ebenso nimmt bei zunehmendem Durchfluß durch die Düse I6 der-Differenzdruck an der Membran 23 zu. Da der Plusdruck dieses Differentialdruckes auf der Unterseite der Membran 23 liegt, bewirkt eine in einem Faltenbalg26 vorgesehene Prallplatte 27 eine Verringerung des Durchflusses durch die Düse 20. Hierdurch wird der Druck im Balg 26 kleiner. Auf diese Weise bleibt der Differenzdruck vor und hinter der Drossel 22 konstant. A membrane 23 is from the differential pressure at the throttle 22 over the channels 24, 25 acted upon. The distance between the baffle plate 15 and the nozzle increases I6 closes and the flow through this nozzle increases, the pressure drops the nozzle I6. Likewise, the differential pressure increases with increasing flow through nozzle I6 on the membrane 23 to. Because the plus pressure of this differential pressure on the bottom the membrane 23 is caused by a baffle plate provided in a bellows 26 27 a decrease in the flow through the nozzle 20. This increases the pressure smaller in bellows 26. In this way, the differential pressure remains in front of and behind the Throttle 22 constant.

Vom Ausgang des Reglers I7 gelangt die Preßluft durch die Leitung I8 außer zu der Ausströmdüse I6 und dem Faltenbalg I2 auch noch zu einem Mengenverstärker 28. The compressed air passes through the line from the outlet of the controller I7 I8 apart from the discharge nozzle I6 and the bellows I2 also to a volume booster 28.

Die durch die Ausströmdüse I6 tretende Luft gelangt in die Kammer 29 des Mengenverstärkers 28, von hier aus durch das die beiden Membranen 30 und 3I fest verbindende Röhrchen 32 bei geöffnetem Sitz am Kugelventil 33 in die freie Atmosphäre. Der vor der Düse £6 herrschende Luftdruck gelangt in die Kammer 34 des Verstärkers. Durch die Leitung 35 wird dem Verstärker Preßluft von etwa 2 atü zugeführt. Der vor der Düse I6 herrschende Luftdruck wirkt gleichzeitig in der Kammer 34 auf die Membran 3t. Je nach dem Druck in der Kammer 34 wird der Ein- und Auslaß der durch 35 eingeführten Verstärkerluft an den Sitzen der Kugel. 33 so gesteuert, daß der Druck in Kammer 29 proportional dem Druck in Kammer 34 ist. The air passing through the outlet nozzle I6 enters the chamber 29 of the quantity amplifier 28, from here through which the two membranes 30 and 3I firmly connecting tubes 32 with the seat open on the ball valve 33 into the free The atmosphere. The air pressure prevailing in front of the nozzle £ 6 reaches the chamber 34 of the Amplifier. Compressed air of approximately 2 atmospheres is fed to the amplifier through line 35. The air pressure prevailing in front of the nozzle 16 acts simultaneously in the chamber 34 the membrane 3t. Depending on the pressure in the chamber 34, the inlet and outlet of the by 35 introduced booster air at the seats of the ball. 33 controlled so that the pressure in chamber 29 is proportional to the pressure in chamber 34.

Die Differentialfeder 36 ist so bemessen, daß ein konstantes Druckgefälle zwischen der Kammer 34 und 29 besteht. Der größere Druck herrscht in Kammer 34, so daß eine Strömung durch die Düse I6. gewährleistet ist. Da das Innere des Faltenbalges 11 mit dem Druckraum 29 des Verstärkers verbunden ist, ist der Differenzdruck an der Ausströmdüse I6 stets konstant.The differential spring 36 is dimensioned so that a constant pressure drop between the chamber 34 and 29 exists. The greater pressure is in chamber 34, so that a flow through the nozzle I6. is guaranteed. Because the inside of the bellows 11 is connected to the pressure chamber 29 of the booster, the differential pressure is on the outlet nozzle I6 is always constant.

So wie der Durchflußregler I7 den Differenzdruck an der Vordrossel 22 konstant hält, wird durch den Mengenverstärker 28 erreicht, daß der Durchfluß durch die Ausströmdüse I6 nicht von einem veränderlichen Differenzdruck an dieser Düse abhängig wird. Just like the flow controller I7 the differential pressure at the choke 22 holds constant, is achieved by the volume amplifier 28 that the flow through the outlet nozzle I6 not from a variable differential pressure at this Nozzle becomes dependent.

Eine gleichbleibende Steuerempfindlichkeit der Prallplatte I5 wird durch den nicht einstellbaren Hebel g gewährleistet. Der an der Leitung I9 meßbare Luftdruck ist nach dem vorher Gesagten eine Druckgröße, welche der Kraft des Wirkdruckes auf die Membran I das Gleichgewicht hält und somit eine lineare Funktion des Wirkdruckes. Der Verstärker 28 hat außer der oben beschriebenen Aufgabe der Rückkopplung des ausgesteuerten Luft druckes in dem Druckraum sI noch den Zweck, die durch die Vordrossel 22 über die Düse I6 in die Meßleitung 19 gelangende Preßiuftmenge durch die einströmende Menge aus der Druckleitung 35 wesentlich zu verstärken. Die Verstärkung beträgt, wie bekannt, ungefähr das Zwanzigfache. Hierdurch wird erreicht, daß die Meßleitung I9 bis zu dem Druckanzeiger, welcher in Durchfluß einheiten geeicht wird, sehr lang sein kann, ohne daß die Zeitkonstante der gesamten Anlage unerträglich groß wird. A constant control sensitivity of the baffle plate I5 is guaranteed by the non-adjustable lever g. The measurable on line I9 According to what has been said above, air pressure is a pressure variable that corresponds to the force of the effective pressure on the membrane I maintains the equilibrium and thus a linear function of the differential pressure. The amplifier 28 has in addition to the above-described function of the feedback of the Controlled air pressure in the pressure chamber sI still the purpose that is achieved by the choke 22 through the nozzle I6 in the measuring line 19 reaching compressed air through the inflowing Amount from the pressure line 35 to increase significantly. The gain is as known, about twenty times as much. This ensures that the measuring line I9 to the pressure indicator, which is calibrated in flow units, is very long can be without the time constant of the entire system becoming unbearably large.

P*TENTANSPRÜCHE I. Meßdruckwandler für Durchflußmessung, bei dem der Wirkdruck am Staukörper der Durchflußleitung in einen Überdruck über den atmosphärischen Luftdruck umgewandelt wird, indem der Wirkdruck eine Drehung einer Achse bewirkt, die im entgegengesetzten Drehsinn von einem kompensierend wirkenden, an eine Preßluftquelle angeschlossenen Drucksystem beeinflußt wird, die Prallplatte einer Ausströmdüse dieses Drucksystem steuert, und die aus dieser Düse ausströmende Luft einem Druckanzeiger zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (6) zwei radiale Hebelarme (9, IO) besitzt, an denen form- oder kraftschlüssig die beweglichen Enden von zwei einen Teil des Preßluftsystems bildenden, dehnbarren Druckgefäßen (Faltenbälgen II, I2) angreifen, von denen das eine (I2) in seinem wirksamen Querschnitt ein Mehrfaches des anderen (11) beträgt und über einen Verhältnisschieber (I4) auf den zugehörigen Hebelarm (Io) der Drel-iachsewirkt, während das bewegliche Ende des kleineren Gefäßes (11) unmittelbar und unveränderlich an dem zugehörigen Hebelarm (g) der Drehachse angreift und im Innern dieses letzteren Gefäßes die Prallplatte (I5) für die ebenfalls in diesem liegende Ausströmdüse (I6) trägt, und von dem kleinerem Gefäß (1£) die Meßleitung (I9) zu dem Druckanzeiger abgeht. P * TENTANSPRÜCHE I. Pressure transducer for flow measurement, in which the differential pressure at the bluff body of the flow line in an overpressure above atmospheric Air pressure is converted by the differential pressure causing an axis to rotate, those acting in the opposite direction of rotation from a compensating, to a compressed air source connected pressure system is influenced, the baffle plate of an outlet nozzle this pressure system controls, and the air flowing out of this nozzle a pressure indicator is supplied, characterized in that the axis of rotation (6) has two radial lever arms (9, IO), on which the movable ends of two are positively or non-positively Expandable pressure vessels (bellows) forming part of the compressed air system II, I2) attack, of which one (I2) is a multiple in its effective cross-section of the other (11) and via a ratio slide (I4) to the associated Lever arm (Io) of the Drel-iachseacts while the movable end of the smaller vessel (11) directly and invariably on the associated lever arm (g) of the axis of rotation attacks and inside this latter vessel the baffle plate (I5) for the likewise in this lying discharge nozzle (I6) carries, and of the smaller vessel (1 £) the Measuring line (I9) goes off to the pressure indicator.

Claims

2. Measuring pressure transducer according to claim I, characterized in that on Compressed air inlet of the compressed air system of the inlet nozzle (20) a pre-throttle (22) is connected downstream to which a control device (23 to 27) is assigned.

3. Measuring pressure transducer according to claims I and 2, characterized in that that the measuring line (I9) leading to the pressure indicator is assigned a quantity amplifier (28) is the one with the rooms or lines of the compressed air system in front of and behind the discharge nozzle (I6) is in connection.