DE976950C

DE976950C - Processes and devices for the compensation of variable state variables in flow measurements according to the differential pressure method

Info

Publication number: DE976950C
Application number: DEH12547A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Phys Ruppert
Original assignee: CONTZEN; HYDRO APP BAUANSTALT ZUCKER
Current assignee: CONTZEN; HYDRO APP BAUANSTALT ZUCKER
Priority date: 1952-05-17
Filing date: 1952-05-17
Publication date: 1964-09-03

Description

Verfahren und Einrichtungen zur Kompensation veränderlicher Zustandsgrößen bei Durchflußmessungen nach dem Wirkdruckverfahren Bei der Durchflußmessung gas- oder dampfförmiger oder flüssiger Medien nach dem Wirkdruckverfahren muß die Anzeige, Registrierung oder Zählung berichtigt werden, wenn Druck, Temperatur, Wichte usw. vom Normalzustand aJ>-weichen. Normalerweise erfolgt die Umrechnung nachträglich auf Grund der getrennten Aufzeichunug von Zustandsgrößen. Häufig aber ist eine sofortige Berichtigung erfordedich, so daß selbsttätig arbeitende Umwertungs- oder Kompensationseinrichtungen entwickelt und mit dem Durchflußmesser verbunden worden sind. Processes and devices for the compensation of variable state variables for flow measurements according to the differential pressure method When measuring gas flow or vapor or liquid media using the differential pressure method, the display must Registration or counting is corrected if pressure, temperature, weight, etc. from the normal state aJ> -send. Usually the conversion takes place afterwards due to the separate recording of state variables. Often, however, it is immediate Correction requires you, so that automatically working conversion or compensation devices developed and connected to the flow meter.

Bekannt sind unter anderem Verfahren, die auf der Meßgewichtsänderung einer Ring- oder Gefäßwaage in Abhängigkeit von den Schwankungen der Zustandsgröße beruhen. Bei einer der ältesten Vorrichtungen dieser Art wird das Meßgewicht durch ein Zustandsgrößenmeßgerät mit Hilfe eines mechanischen Getriebes längs einer Stange bewegt und dadurch das Drehmoment des Gewichtes geändert. Die auftretenden Reibungskräfte sind jedoch beträchtlich, so daß die Messung recht ungenau wird. Bei einer anderen Anordnung wird durch ein eingeschlossenes Luftvolumen bestimmter Größe die Quecksilberfüllung des Meßgewichtes infolge der Temperatur- und Druckschwankungen verändert. Die Anordnung ist abhängig von barn metrischen Luftdruckschwankungen, von der genau bemessenen Qnecksilbermenge und der absoluten Dichtigkeit des Luftraumes. Wegen des Vorhandenseins leicht beweglicher Schläuche ist die Anwendung a.ußerdem auf statische Drücke bis etwa 1 atü beschränkt. Es ist weiterhin bekannt, einen Teil des strömenden Mediums abzuzweigen, wobei der durch den Einbau einer Meßblende in diese Leitung gewonnene Differenzdruck mit einem Meßinstrument gemessen wird. Ein in die Leitung eingebautes Gebläse mit konstanter Förderleistung führt das abgezweigte Medium wieder in die Hauptleitung zurück. Hinter der Zuführungsstelle ist in der Hauptleitung eine zweite Meßhlende angeordnet, deren Differenzdruck auf ein zweites Meßinstrument wirkt. Die beiden Instrumente sind mit einem Hebelgestänge verbunden, und die Resultierende gibt mit einem Zeiger den korrigierten Meßwert an. Among other things, methods that rely on the change in the measured weight are known a ring or vessel balance depending on the fluctuations in the state variable are based. In one of the oldest devices of this type, the measuring weight is through a state variable measuring device with the help of a mechanical transmission along a rod moved and thereby changed the torque of the weight. The occurring frictional forces however, are considerable, so that the measurement becomes rather imprecise. With another The mercury filling is created by an enclosed volume of air of a certain size of the measured weight changed as a result of the temperature and pressure fluctuations. The order depends on barn metric air pressure fluctuations, on the precisely measured Qneck silver and the absolute tightness of the air space. Because of the presence Flexible hoses can also be used for static pressures up to approximately 1 atü limited. It is also known to branch off part of the flowing medium, the differential pressure obtained by installing a measuring orifice in this line is measured with a measuring instrument. A fan built into the line with With a constant delivery rate, the branched-off medium leads back into the main line return. A second measuring tube is located in the main line behind the feed point arranged, the differential pressure acts on a second measuring instrument. The two Instruments are connected with a lever linkage, and the resultant gives with the corrected measured value with a pointer.

Bei dieser Anordnung treten jedoch ungünstige mechanische Reibungskräfte auf. In this arrangement, however, unfavorable mechanical frictional forces occur on.

Es ist weiterhin bekannt, eine Druckwaage für Strömungsmesser, bei der die Änderung der Zustandsgröße auf ein Überlaufgefäß wirkt, zu benutzen, dessen Flüssigkeit die Tauchtiefe des Gegengewichtes ändert. It is also known to use a pressure compensator for flow meters which affects the change in the state variable on an overflow vessel, to use its Liquid changes the immersion depth of the counterweight.

Die Änderung des Flüssigkeitsspiegels im Überlaufgefäß erfolgt tropfenweise und kann daher schnellen und größeren Änderungen der Zustandsgrößen nicht in dem erforderlichen Maße folgen. The change in the liquid level in the overflow vessel takes place drop by drop and can therefore not in that rapid and larger changes in the state variables follow the required dimensions.

Weiterhin sind Einrichtungen zum Messen, Rebein, Registrieren und Fernübertragen bekannt, bei der die Bewegung eines Körpers in einen pneumatischen Meßwert umgewandelt wird, der an einem Manometer angezeigt wird und ein Maß für die Bewegung des Körpers darstellt. Furthermore there are facilities for measuring, Rebein, registering and Remote transmission is known in which the movement of a body in a pneumatic Measured value is converted, which is displayed on a manometer and a measure for represents the movement of the body.

Außerdem sind Verfahren zum Messen, Registrieren und Fernübertragen der Bewegung und Stellung bzw. Lage heweglicher fester Körper, z. B. der Lage von beweglichen Körpern und Apparaten mit Hilfe: eines dem elektrischen Relaisstrom analogen Hilfsmediums bekannt. In addition, there are methods for measuring, registering and remote transmission the movement and position or location of movable solid bodies, e.g. B. the location of moving bodies and apparatus with the help of: one of the electrical relay current analog auxiliary medium known.

Es ist ferner bekannt, das Meßgewicht als ein in eine Flüssigkeit eintauchenden Körper auszubilden, dessen Tauchtiefe durch Änderung der Flüssigkeitshöhe entsprechend den Zustandsgrößen des Mediums hestimmt ist. Bei einem weiteren Verfahren wird über ein Potentiometer oder zwei enggestellte Kontakte im Zustandsgrößenmeßgerät ein Reversiermotor betätigt, der seinerseits durch eine kalibrierte Präzisionskette die Größe des Meßgewichtes beeinflußt. It is also known to use the measuring weight as an in a liquid to train immersed body, its immersion depth by changing the liquid level is determined according to the state variables of the medium. In another case is via a potentiometer or two closely positioned contacts in the state variable measuring device a reversing motor is operated, which in turn is driven by a calibrated precision chain affects the size of the measured weight.

Die Erfindung beruht ebenfalls auf der zustandsabhängigen Veränderung des Meßgewichtes eines Durchflußmessers. Bei dem neuen Verfahren wird ein Druck oder Unterdruck h erzeugt, der das Meßglied (Gewicht) eines Durchflußmessers, z. B. einer Ringwaage, dadurch beeinflußt, daß er auf einen geschlossenen Druckraum einwirkt, wobei die Übersetzung des Durchflußmessers in Abhängigkeit von den Schwankungen der betreffenden Zustandsgröße derart geändert wird, daß die auf einen Normalzustand bezogene Menge angezeigt, registriert oder gezählt wird. The invention is also based on the state-dependent change the measured weight of a flow meter. With the new process there is a pressure or negative pressure h generated, which the measuring element (weight) of a flow meter, z. B. a ring balance, influenced by the fact that it is in a closed pressure space acts, the translation of the flow meter depending on the fluctuations the relevant state variable is changed in such a way that the on a normal state drawn quantity is displayed, registered or counted.

Die Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Hub des zur Messung der Zustandsgröße dienenden Systems I wird dabei durch eine Feder 2 auf den Meßwertwandler übertragen. Der Übertragungsmechanismus des Systems und der Meßwertwandler werden durch Gewichte 4 in indifferentes Gleichgewicht gebracht, so daß nur die durch die Bewegung des Meßsystems erzeugte Federkraft auf den Meßwertwandler wirkt. Unter dem Einfluß der Federspannung dreht sich der Hebel 3 des Meßwertwandlers, so daß die reibungslos über einem Steuerkopf 5 bewegte Steuermuschel 6 das ständig strömende Betriebsmittel, z. B. Luft, in eine zweite Kammer des Steuerkopfes und unter die daran angeschlossene Kompensationsglocke 7 übersteuert. Der Ausschlag der Steuerung beträgt nur Bruchteile eines Millimeters und ist daher praktisch ohne Rückwirkung auf das Meßsystem für die Zustandsgröße. Die Bewegung der Steuermuschel erfolgt gerade so weit, bis das Moment der Federspannung gleich dem Moment des unter dieser Glocke herrschenden Kompensationsdruckes hk ist. Da alle übrigen Stellkräfte kompensiert und damit Druckschwankungen des Betriebsinittels keinen Einfluß auf die Erzeugung des Kompensationsdruckes haben, ist die Größe nur abhängig von der Federspannung selbst. Diese wieder kann durch Getriebe 8, Winkelhebel oder Kurven so beeinflußt werden, daß der erzeugte Kompensatioasdruck einem von der Zustandsgröße abhängigen Gesetz folgt oder angenähert wird. Der Kompensationsdruck wird unter eine als Nießgewicht dienende oder mit dem Meßgewicht verbundene, in Flüssigkeit eintauchende Glocke Io geleitet. Er bewirkt gesetzmäßig die Sbersetzungsänderung des Durchflußmessers II und damit die Kompensation der Zustandsgröße. Die Übersetzungsänderung ist gleichbedeutend mit einer änderung des Wirkdruckbereiches. Sie ist z. B. bei Druckkompensation proportional bei Temperaturkompensation proportional bei anderen Zustandsgrößen ähnlich (P und T= absoluter Druck und Temperatur, Index r= Rcchenzustand fiir ein Drosselgerät, Blende. Düse usw.). Selbstverständlich kann an Stelle der Meßgewichtsglocke auch ein kommunizierendes Gefäß 12 vorgesehen werden, in dessen offenem Schenkel das als Tauchkörper 13 ausgebildete oder mit einem Tauchkörper verbundene Meßgewicht 9 hängt, das sein Gewicht durch den auf den geschlossenen Schenkel wirkenden Kompensationsdruck und die damit verbundene Flüssigkeitsverschiebung zustandsberichtigend ändert. Als Steuerorgan kann auch eine Prallplatte oder ein Strahlrohr vorgesehen werden. Bei geeigneter Ausbildung der Steuereinrichtung ist es grundsätzlich möglich, auch das zu messende gasförmige Medium, z. B. Ferngas, als Betriebsmittel für den Meßwertwandler zu verwenden. Auch ein flüssiges Betrieblsmittel kann benutzt werden. An Stelle der in Fig. I dargestellten Röhrenfeder I kann je nach Druckstufe jedes andere Drucksystem vorgesehen werden. Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, andere physikalische Zustandsgrößen, beispielsweise Temperatur, Wichte, Zähigkeit oder Heizwert, zu kompensieren und deren Meßsysteme in der gleichen Weise auf den AIeßwertwandler wirken zu lassen. nei gleichzeitiger Kompeusation von zwei Zustandsgrößen. beispielsweise Druck und Temperatur, kann für jede ein Meßwertwandler mit Hilfskraft nach Bild I vorgesehen werden. Die beiden Kompensationsdrücke hk' und hk" wirken auf ein Getriebe, z. B. auf die Druckglocken 14 einer Quotientenwaage 15 nach Fig. 2, deren Hebelarme einen stumpfen Winkel fl miteinander bilden. Jeder Stellung des Waagebalkens entspricht ein bestimmter D ruckquotient hk' Die Drehbewegung der Quotientenwaage wird durch eine unter einem bestimmten Winkel a (Winkelhebel) angreifende Feder auf den Nießwertwandler 3 bis 7 übertragen, der einen Kompensationsdruck hk erzeugt, der die Berichtigung beider Zustandsgrößen gesetzmäßig im Durchflußmesser 9 bis 1 1 bewirkt. Bei einer Druck- und Temperaturkompensation ändert sich dann die Übersetzung lwzw. der Wirkdruckhereich des Durchilnl?inessers proportional Wenn mehr als zwei Zustandsgrößen kompensiert werden sollen, können diese paarweise in Stufen nach der vorbeschriebenen Weise zusammengefaßt werden. Die durch die Meßwertwandler erzeugten Drücke wirken auf die Druckglocken weiterer Quotientenwaagen mit nachgeschaltetem Sleßwertwandler, so daß die Beeinflussung des Durchflußmessers von der letzten Stufe ausgeht.Fig. I shows an embodiment of the invention. The stroke of the system I used to measure the state variable is transmitted to the transducer by a spring 2. The transmission mechanism of the system and the transducer are brought into indifferent equilibrium by weights 4, so that only the spring force generated by the movement of the measuring system acts on the transducer. Under the influence of the spring tension, the lever 3 of the transducer rotates so that the control shell 6, which is moved smoothly over a control head 5, controls the constantly flowing operating medium, e.g. B. air, in a second chamber of the control head and under the compensation bell 7 connected to it overridden. The deflection of the control is only a fraction of a millimeter and therefore has practically no effect on the measuring system for the state variable. The control shell is moved just so far until the moment of spring tension is equal to the moment of the compensation pressure hk prevailing under this bell. Since all other actuating forces are compensated and thus pressure fluctuations in the operating means have no influence on the generation of the compensation pressure, the size is only dependent on the spring tension itself State variable-dependent law follows or is approximated. The compensation pressure is passed under a bell Io serving as a usable weight or connected to the measuring weight and immersed in liquid. In accordance with the law, it causes the change in the ratio of the flow meter II and thus the compensation of the state variable. The change in ratio is equivalent to a change in the effective pressure range. She is z. B. proportional to pressure compensation proportional with temperature compensation similar for other state variables (P and T = absolute pressure and temperature, index r = back state for a throttle device, diaphragm, nozzle, etc.). Of course, instead of the measuring weight bell, a communicating vessel 12 can also be provided, in the open limb of which the measuring weight 9, designed as a diving body 13 or connected to a diving body, hangs, which changes its weight in a condition correcting manner due to the compensation pressure acting on the closed limb and the associated fluid displacement . A baffle plate or a jet pipe can also be provided as a control element. With a suitable design of the control device, it is in principle possible to also use the gaseous medium to be measured, e.g. B. remote gas to use as equipment for the transducer. A liquid operating medium can also be used. Instead of the tubular spring I shown in FIG. I, any other pressure system can be provided, depending on the pressure level. Furthermore, it is easily possible to compensate for other physical state variables, for example temperature, specific weight, viscosity or calorific value, and to let their measuring systems act in the same way on the measured value converter. no simultaneous comparison of two state variables. For example, pressure and temperature, a transducer with auxiliary power as shown in Figure I can be provided for each. The two compensation pressures hk 'and hk "act on a gear, for example on the pressure bells 14 of a quotient balance 15 according to FIG. 2, the lever arms of which form an obtuse angle fl with one another The rotary movement of the quotient balance is transmitted by a spring acting at a certain angle a (angle lever) to the usable value converter 3 to 7, which generates a compensation pressure hk, which causes the correction of both state variables in the flow meter 9 to 1 1. In the case of pressure and temperature compensation the transmission or the effective pressure range of the through-flow meter then changes proportionally If more than two state variables are to be compensated, these can be combined in pairs in stages in the manner described above. The pressures generated by the transducers act on the pressure bells of further quotient balances with a downstream transducer, so that the flow meter is influenced by the last stage.

Nach Fig. 3 kann die Kompensation von zwei Zustandsgrößen auch in der Form ausgeführt werden, daß die Ausschläge der beiden zur Messung der Zustandsgrößen dienenden Systeme I6 und I7 unmittelbar Kraftwirkungen K 1 und K II, bei spielsweise durch Übertragungsfedern I8 und I9, auf eine Quotientenwaage 15 ausüben, deren Hub einen Meßwertwandler 3 bis 7 und dieser wieder das Meßgewicht im gewünschten Sinne beeinflußt. According to FIG. 3, the compensation of two state variables can also be performed in be executed in the form that the deflections of the two for the measurement of the state variables serving systems I6 and I7 directly force effects K 1 and K II, for example through transmission springs I8 and I9, exert on a quotient scale 15, the stroke of which a transducer 3 to 7 and this again the measured weight in the desired sense influenced.

Auch diese Anordnung läßt bei mehr als zwei Zustandsgrößen die paar- und stufenweise Zusammenfassung zu, daß der Meßwertwandler der letzten Stufe die zustandsabhängige Meßgewichtsveränderung des Durchflußmessers vornimmt.If there are more than two state variables, this arrangement also allows the pair and stepwise aggregation to that the transducer of the last step the changes the measured weight of the flow meter depending on the condition.

Bei fast allen in der Praxis vorkommenden Zu-:tandsherichtigungen von zwei und mehr Größen läßt sich das nach Fig. 3 beschriebene Verfahren weselltlicll vereinfachen. wellll die Multipliliatioii bzw. Division der Kompensationsfaktoren durch eine Additions- oder Subtraktionsmethode ersetzt werden kann. Dies ist besonders dann möglich, wenn der Berichtigungsanteil einer Größe wesentlich mehr ausmacht als der der anderen. Ein Anordnungsbeispiel zeigt Fig. 5. Die Ausschläge von zwei Meßsystemen für Druck IÓ und Temperatur I7 werden durch Federn Ig und 19 in Differenzschaltung unmittelbar auf einen Meßwertwandler übertragen. Die Wirkungsweise jedes Systems ist genau die gleiche wie bei Fig. I be schrieben. Wegen der Differenzbildung ändert sich jedoch die ttbersetzung bzw. der Wirkdruckbereich des Durchflußmessers proportional Die Zustandsberichtigung nach dem neuen Verfahren mit Meßwertwandler und Hilfskraft ist praktisch vollkommen rückwirkungs- und verzögerungsfrei und damit außerordentlich zuverlässig und genau. Sie ist anwendbar für die Kompensation aller physikalischen Zustandsgrößen, die eine Durchflußmessung beeinflussen können. Als Anwendungsgebiete kommen in Frage die Ferngasversorgung, die Überwachung von Dampf- und Preßluftnetzen, die Luft- und Sauerstoffmengenmessung bei Gonvertern, Siemens-Martin- und Hochöfen, die Heißwindmessungen bei Industrieöfen und anderes mehr.The method described according to FIG. 3 can essentially be simplified for almost all state corrections of two or more sizes that occur in practice. Wellll the multiplication or division of the compensation factors can be replaced by an addition or subtraction method. This is particularly possible when the correction component of one quantity is significantly more than that of the other. An arrangement example is shown in Fig. 5. The deflections of two measuring systems for pressure IÓ and temperature I7 are transmitted directly to a transducer by springs Ig and 19 in a differential circuit. The operation of each system is exactly the same as in Fig. I be written. Because of the difference, however, the ratio or the effective pressure range of the flow meter changes proportionally The condition correction according to the new method with transducer and auxiliary is practically completely free of feedback and delay and thus extremely reliable and precise. It can be used for the compensation of all physical state variables that can influence a flow measurement. Possible areas of application are long-distance gas supply, the monitoring of steam and compressed air networks, air and oxygen quantity measurement in gonverters, Siemens-Martin and blast furnaces, hot wind measurements in industrial furnaces and more.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Method for compensating for variable state variables, z. B. pressure, temperature, density, viscosity or calorific value for flow measurements according to the differential pressure method, in which the change in the relevant state variable of the medium to be measured via a measuring system to a measuring transducer with pneumatic working auxiliary worker acts, characterized in that a pressure or negative pressure hk is generated, which is the measuring element (weight) of a flow meter, e.g. B. one Ring balance, influenced by the fact that it acts on a closed pressure chamber, whose change in force affects the measured weight of the flow meter, the translation of the flow meter as a function of the fluctuations in the relevant state variable is changed in such a way that the quantity related to a normal state is displayed, is registered or counted.

2. Device for performing the method according to claim l, characterized characterized in that the pressure generated by the transducer (2 to 7) hk to a serving as a measuring weight or connected to the measuring weight (g) and immersed in liquid Bell (10) works.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized characterized in that the transducer generated by the transducer (2 to 7) pressure 7% k acts on the closed limb of a communicating vessel (I2), in the open leg of which is designed as an immersion body (I3) or with an immersion body connected measurement weight (g) depends.

4. Device for performing the method according to claim I or according to claim 2 or 3, characterized in that both the measured value converter (2nd to 7) as well as the transmission mechanism (8) for measuring the state variable Serving measuring system (I) each brought into indifferent equilibrium for itself will.

5. Device for performing the method according to claim I or according to one of claims 2 to 4, characterized in that between the state variable measuring device (I) and the transducer (2 to 7) gear, cam or lever (8) switched on are.

6. Device for performing the method according to claim I or according to one of claims 2 to 5, characterized in that with simultaneous Compensation of two state variables for each one transducer with auxiliary power is provided, the pressures hk 'and hL "on a gear (e.g. quotient balance) (I5) act, which in turn is designed as a transducer (2 to 7) and a Pressure hk is generated, which causes the compensation of both state variables.

7. Device for performing the method according to claim I or according to one of claims 2 to 5, characterized in that with simultaneous Compensation of two state variables, the measuring systems used for measurement (I6, I7), for example by springs (I8, I9), force effects ICI and KII on a quotient balance (I5), the stroke of which is transmitted via gear to a transducer (2 to 7) with auxiliary power acts, the pressure h1 of which causes the compensation of both state variables.

8. Device for carrying out the method according to claim I, or according to one of claims 6 and 7, characterized in that with more than two to be compensated state variables the same are summarized in stages and that the influence of the translation of the flow meter comes from the last stage.

Publications considered: German Patent Specifications No. 52IOII, 625 365, 644664.