DEP0027670DA - - Google Patents

Description

Dr. Paul Gmelin, Physiker
Heidelberg~Rohrbaen
St ο Peteratr₀ βο

orfahran ιτηΊ Vorrichtung zum Messen von pulsierend strömenden G-as·»» Dampf- oder Flüesigkeitsmengen.

Bekanntlich atöast die bei ruhiger Strömung so gut wie fehlerfrei durchführbare dynamische Bestimmung strömender Q-as-j Dampf» oder Flüssigkeitsmengen mittels Messung eines der Quadratwurzel aus dem an einer Drosselvorrichtung, z.Bo Düse, Blende »ämmMmtmmdSäfäm?; oder an einer Stauvorrichtung, ZoB₀ Stauscheibe oder Pitotrohr, erzeugten Wirkdruck verhältnisgleichen Ausschlages an einem der üblichen einfachen oder radizierend ausgebildeten Differenzdruckmesser bei pulsierender Strömung, wie sie vor oder hinter Kolbenmaachinen besonders stark auftreten auf erhebliche Schwierigkeiten»

Tieben meist unübersichtlichen anderen, ESoB₀ von den Einflüssen, der Weite und Länge der Zuleitung zur Drossel·= oder Stau™ vorrichtung abhängig©», vorwiegend auf Resonanzerscheinungen zurückzuführenden Fehlern, die positiv oder negativ auftreten» ergeben sich aus der Notwendigkeit, den Wirkdruckmesser -..» **4y -schreiber zwecks Erzielung ausgeglichener, gut ablesbarer Anzeigen planimetrierbarer Diagramme stark «u dämpfen, auch noch die bekannten erheblichen, im Mittel stets positiven Fehler» Die letzteren sind meist mathematisch berechenbar und daraus zu er-» klären₉ dass di& durch Dämpfung des Wirkdruckmessere b«*w-* tJf -Schreibers vor der rechnerisch oder mechanisch durchgeführten Riadizierung der pulsierenden tfirkdrueke vorgenommene Blittelbildung zu hohe Mittelwerte für deren Quadratwurzel^, also für die zu messenden Mengenstrijme ergibt, während bei einer Mittelbildung nach der Radizierung, d=ho duroh Dämpfung der für Jeden einzelnen der noch nicht gedämpften pulsierenden Wirkdrucke gebildeten Quadratwurzelwerte selbst, vollkommen Wichtige Mittelwerte für

diese nach der Radisiertmg gedämpften und auf diese Weise gemittelten Wirkdraök-Wurzelwerte, alao aach fte die ihnen verhältnisgleichen Mengenströme erzielt werden»

Neben den vorherrschend*, positiven Wirkdrucken treten, verursacht daroh intermittierend (besonders bei Gasförderung doroh eine einzige Kolbenmaschine) vorkommende Rückströmungen in der Drossel= oder Startvorrichtung,auch negative ifirkdrucke auf« Diese bedeuten eine weitere, bisher nicht zu behebende Fehlerquelle. Die Fehlersumme aus den positiven und negativen PuIaationen kann dabei bis zu §0 $> und mehr der gemittelten richtigen Mengenstromwerte ansteigen» Hieraus ergibt sich neben tunlichster Vermeidung aller mit den Pulsationen resonanzfähigen toten Räume in allen Teilen der Messeinrichtungen einschliessllch der Zuleitungen zur Drossel» a·» Stauverdichtung als Grundbedingung für eine fehlerfreie Massang die mögliehst ungedämpfte Übertragung der einzelnen, auch der durch die Rückströmungen erzeugten negativen Wirkdruoke auf eine Anzeige« oder.Registriervorrichtung, welche alle Wirkdrucke ohne Verwendung träger Massen In eine zunächst ungedämpft radizierte elektrische Measgrösae umwandelt und diese Mesögrösse hinterher ausreichend dämpft ο

Alle bisher bekannt gewordenen, mittels mechanischer Radizier &&g verwirklichten Messvorrichtungen konnten diese an eich bekannte Grundbedingung nicht erfüllen, weil schon in der mit trägen Massen behafteten mechanischen Radiziervorrichtung selbst stete zu starke Dämpfung aller Wirkdruckausschläge und überdies meist noch vollkommene unterdrückung der durch die Rückströmungen erzeugten negativen Wirkdruckausschläge auftrat oder frühzeitiger mechanischer Verschleiss der beweglichen Teile der Radiziervorrichtung und ihrer Lager unvermeidlich warο Dies gilt besonders bei Gasoder Dampfförderung durch eine einzige Kolbenmaschine, wobei Höchstwerte bis ti-3· zum Vierfedftp^und mehr des Mittels aus den riohtigen Momentanwerten des Wirkdrucks beobachtet worden sind»

In der Technik, besonderes in den grosse Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen mittels Kolbenmaschinen fördernden Betrieben liegt daher ein dringendes Bedürfnis vor, die Vorteile der für pulsationsfreie Strömung in ausgedehnten Druckbereichen allgemein bewährten dynamischen Messmethode mittels der bekannten, schon genormten Drosselvorrichtungen (Düse, Blende, Venturidüse)

oder mittels der ebenfalls bekannten Stauvorrichtungen (Stauscheibe, Pitot-Rohr) aach für die Messung pulsierend strömender Medien zugänglich za. machen»

Die vorliegende Erfindung ermöglicht dies nun ganz allgemein für beliebige Drucke und die meisten technisch in Präge kommenden Temperaturen. Die oben erwähnten Fehlers <ü· sich an den üblichen» stark pulsierend auftretende Wlrkdruoke vor der Radizierung dämpfenden Messgeräten^ wie Flüssigkeits-ü~Rohr, Druckwaage, Glocken» Differenzdruckmeaser a>a., einstellen, werden erflndungsgemäss da» durch vermieden^ oder auf ein tragbares Mindestmass herabgesetzt, dass sowohl die in der Förderrichtung dee zu messenden Mediums erzeugten positiven, ale auch die entgegengesetzt dazu infolge intermittierender schwächerer Rücketrömungen auftretenden negativen Wirkdrucke auf eine die positiven und negativen Wirkdruoke, je für sich getrennt, mittels Steuerung eines elektrischen Stromes, ohne Benutzung träger, mit Dämpfung und mechanischeil Versohleies behafteter beweglicher Teile, auf optischem Wege ungedämpft radizierende elektrische Relaisvorrichtung (im folgenden kurz mit "Radizierrelais" bezeichnet) naturgetreu übertragen werden» Die in diesem Radizierrelais als elektrische Ströme gebildeten Quadratwurzeln aus den positiven und negativen Wirkdrucken werden algebraisch addiert, und an einem mit Dämpfangsvorrichtung versehenen Messgerät werden elektrisch die pulsatIonsfreien Mittelwerte aus diesen Quadratwurzeln und damit aus den zu messenden pulsierenden Mengenströmen geUidet und als solche an^geeeigtjoddr aufgezeichnet.

um auch die von den Intermittierend daroh die Dro&sβίο der Stauvorrichtung rückströmenden Mengen erzeugten negativen Wirkdruoke quantitativ richtig auf das Radizierrelais übertragen su können, werden nur solche Drossel» oder Stauvorrichtungen verwendet, die in Bezug auf die für die Erzeugung des Wirkdruckes massgebende, zur Strömungsrichtung senkrechte Ebene symmetrisch gebaut sind, d.h. als Drosseln solche, die zu ihrem engsten Höhten Querschnitt spiegelbildlich gleichen Ein- und Auslaufquerschnitt haben, z.Bt abgeänderte Normdüsen, bei denen der Auslauf gleich dem Einlauf g estaltet, daaAM^mMBtttttMafcr^^ d®at A-ualaai g««·

«&βώ4·Φ>*4«4%* und als Stauvorrichtungen Stauscheiben oder Doppel-Pitotrohre. Zur möglichst naturgetreuen, doh. ungedämpften Übertragung der in einer solchen symmetrischen Drossel- oder Stauvorrichtung erzeugten pulsierenden Wirkdruckausschläge dient (s. Fig. 1) eine

druckdicht möglichst unmittelbar an daa Drossel- fee*¥H Stauorgan angebaute Doppelkammer SIr₉ deren beide je mit einer der beiden Wirkdruckentnahmestellen zweekmässig über zwei Absperrorgane und e£n Druckausgleichventil für die Prüfung der Nulleinstellung während des Betriebes verbundene Hohlräume durch eine möglichst ungedämpft bewegliche elastische Membran to± oder durch einen beweglichen, mögldtchst leichten gefederten Differenzkolben voneinander getrennt sind und aus der die pulsierenden Bewegungen der Membran beeau des Kolbens entweder unmittelbar über einen daran befestigten» durch eine druckdicht verpackte öffnung herausgefühlten Stift S oder (Figo 3) mittelbar elektromagnetisch mittels eines anstelle des Stiftes an der Membran b. dem Kolben be* fest%&82|₉ in einer Wechselstrom-Doppelspüle >¥ewegten.¹'Eisenkernes EK^ nach auasen auf das Radizierrelais übertragen werden.

Die ungedämpfte Radizierung der auf den Stift in erster Annäherung linear übertragenen Wirkdrucke, die algebraische Summierung und Mittelbildung der ihren noch voll pulsierenden Quadratwuraael-Werten verhaltnis&leicHen elektrischen Ströme wird durch das weiter unten näher zu beschreibende Radizierrelais folgendermassen durchgeführt (so Figo 1)»

Von dem Stift S werden zwei auf seiner Verlängerung nach auasen angebrachte oder bei elektromagnetischer Herausführuxu

seiner pulsierenden Bewegungen an einem elektromagnet is chYsrynchr on gesteuerten Eisenkern EK₂ befestigte, im folgenden als "Pulsierblenden" bezeichnete Blenden PB-, und PB₂ mit rechteckiger, zweckmässig quadratischer öffnung von einer den grössten pulsierenden Ausschlägen entsprechenden Weite quer zu zwei aufjje einen Strahlungsempfänger E^ and E₂ gesammelten Licht- oder Wärmestrahlenbündeln B., und B₂ hin und her bewegt.

Mit Hilfe zweier gleicher fester, kurz»mit "Radizierblenden¹¹ bezeichneter Blenden RB^ und RB₂ mit besonders dafür berechnetem Querschnitt (s_o Pig» 2) wird von derjeinen Pulsierblende PB, der von ihr durch die positiven Wirkdrucke für den einen Empfänger E. freigegebene Bündelquereahnitt, von der anderen PB₂ der von ihr durch die negativen Wirkdrucke für den anderen Empfänger E„ freigegebene Bündelquerschnitt so gesteuert, dass die jeweils in dem betreffenden^Empfanger erzeugten Ströme den Quadratwurzeln aus den positiven -» negativen Wlfckdrucken verhältnisgleich sind ο

Gegeneinander©ehalten der an den beiden £&£fäggern

werden dieae (noch voll pulsierend) algebraisch

addiert uad an einem, mit einer dafür passend eingestellten Dämpfung veraehenen Messgerät MG· die nun pulsationafreien Mittelwerte aus ihrer, den Quadratwurzeln aus den Wirkdrucken und damit den zu mespulsierend strömenden Mediummengen verhältnisgleichen Summe oder aufgezeichnet und gewünschtenfalla gezählt.

Als Empfänger können Photoelemente, Photozellen oder Flächen« bolometer verwendet werden. Zur Erzeugung der beiden Strahlenbündel können je nach Art der gewählten Strahlung handelsübliche Glühlampen mit kleinflächig eng nebeneinander angeordneten Drahtwendeln, ZoB« Projekfcionslampen (für Lichtstrahlenbündel), oder offene schwächer geheizte Bleche oder eng angeordnete Drahtwendel (für Wärmestrahlenbündel) benutzt werden (aiehe S, und Sg in Fig· 1)« Die beiden Strahlenbündel, können auch von einer gemeinsamen Strahlungsquelle erzeugt werden»

Die strahlende Fläche oder, zwecks Ausgleiche von ihr an» haftenden Unterschieden ihrer Leuchtdichte, eine von ihr beleuchtete Blende mit Mattscheibe wird mittels Linse oder Hohlspiegel teonvpr^ je auf eine der beiden Poleierblenden abgebildet, die in der Ruhestellung der Membran fee«w« dee Kolbens die beiden Bündel gegen die beiden Empfänger vollständig abblenden. Bei vollem positivem ea. negativem Ausschlag geben beide Pul si er blenden beide Bündel für die volle Ausleuchtung der Radizier blenden RB_ bezw. EBp und damit der Empfänger E^ bezw. E« frei, die dann in Gegenschaltung in dem angeschlossenen gedämpften Messgerät M die Mit« telwerte aus den Quadratwurzeln der höchsten Wirkdrucke als pulsationsfreie Ausschläge anzeigen b-a aufzeichnen. In Fig« Vß ist beif^ip^'yiie Hullstellung, bei \+Ρ der bei voller Ausleuchtung d€8 Empfängers En wirksame positive Ausschlag, bei("^-J¹V der bei voller Ausleuchtung des Empfängers Ep wirksame negative Ausschlag der Radizierblenden HB₁ bezw. RB₂ dargestellt.

Da die höchsten Ausschläge auf das Vierfache und mehr der höchsten. Mittelwerte anwachsen können, sind die Membran edie federung des Kolbens, ferner die Messbereiche aller weiteren Anordnungen bis zum elektrischen Messgerät dementsprechend höher als für ruhige Mengenströmung zu bemessen.

Die zweckmässig unter Annahme linearer Ausschläge der Pulsier« blenden aus der Quadratwurzelbeziehung zwischen Ausschlag und frei

gegebenem Bündelquerschnitt berechnete Randkurve der Radizierblenden (s= Fig» 4) ist zwecks Berücksichtigung der wirklichen Verhältnisse, nämlich der nicht ganz linearen Ausschläge der

der
Puls!erblenden und"nicht linearen Charakteristik der Empfänger, empirisch so nachgearbeitet, dass sioh am elektrischen Mess» gerät den Mengenströmen möglichst genau gleiche Ausschläge einstellen= Die Berechnung ergibt eine für die Nullstellung der Membran b» des Kolbens ins Unendliche verlaufende Randkurve, wie sie in Figo 2 für drei verschiedene Endordinaten y,, y, und Vg = l ,3 and 6 mm skizziert ist. Sie 1st natürlich praktisch nicht so ausführbare

Erfindungsgemäss lassen sich nun doch praktisch hinreichend genaue Radizierblenden einfach herstellen, indem das ins Unendliche verlaufende Stück der berechneten Randkurve soweit durch eine kurze Parallele zur Bewegungsrichtung der Pulsierblenden abgeschnitten wird, dass die Länge des noch übrig bleibenden Stückes etwa gleich der Gesamtlänge der Blendenöffnung wird (so Figo 4, 2 und 5)· Die dabei entstehenden Fehler sind bezogen auf einen praktischen, z.B. über eine Arbeitsschicht oder über einen Tag zu nehmenden Mittelwert, an sich geringfügig und werden durch die in dem davon am stärksten betroffenen Gebiet der kleinsten Vlrkdrucke bei den Rückströmungen mit entgegengesetztem Vorzeichen auftretenden gleichen Fehler teilweise kompensiert. Die noch verbleibenden, über den ganzen Messbereich verteilten kleinen Fehler, die mit wachsendem Ausschlag abnehmen, kann man durch eine kleine Verstellung des Zeigers gegenüber dem elektrischen Nullpunkt des Messgerätes bis auf einen ganzkleinen Bereich in der Nähe des Nullpunktes vollkommen beseitigen..

Es hat sich als zweckmässig erwiesen, zur Vermeidung der zeichnerisch und feinmechanisch schwer genau herzustellenden scharfen Steilheit nahe der Nullstellung (a, Fig» 4) jede Radizierblende als eine aus einer oder noch besser aus zwei oder drei symmetrisch begrenzten Teilen bestehende Blende auszuführen, weil dadurch die Ordinaten entsprechend kleiner, die Steilheiten geringer und die Blenden genauer herstellbar werden (Figo 2)und 5 zeigen eine einfach-, Flg. 6 «iae dreifach-symmetrische Blende»)

Eine noch höhere Genauigkeit der Herstellung lässt sich dadurch erreichen, dass man die Radizierblenden grosser als die strahlungsempfindlichen Flächen der Empfänger ausführt, z.B. linear zwei- bis dreimal so gross, in passender Entfernung von den letzteren in das dafür ausreichend breit angelegte Strahlenbündel einbaut und auf den Empfängern passend verkleinert abbildet.

Das Radizierrelais ist bis auf eine öffnung für den Pulsierblendenanschluss an den pulsierenden Membran- oder Kolbenstift geschlossen in einem Schutzgehäuse unmittelbar an die eine Hälfte der Doppelkammer K angebaut. Bei elektromagnetischer übertragung der Pulsationen mittels eines innerhalb der Doppelkammer beweglichen Eisenkerns EK₁ (e. Fig. 3) ist es vollkommen geschlossen in beliebiger Entfernung in einem der Überwachung besser zugänglichen Raum, z.B. in einer Messwarte aufgestellt.

Die elektromagnetische, in an sich bekannter Weise durchgeführte Übertragung (s. Fig. 3) der pulsierenden Bewegungen des

Eisenkerns EK₁ mittels eines diesem koaebeialen festen Wechseistromdoppelspuleneystems DS₁ als Geber erfolgt mit Hilfe von drei Leitungsdrähten über ein zweites, gleichartiges, in dem Radizierrelais befestigtes Spuleneystem DSo auf einen mit diesem System koaefeeialen, die beiden Pulsierblenden bewegenden Eisenkern EK^ als Empfänger. Der letztere wird durch die von dom Geber kommenden Spannungeänderungen in dem Empfängerspulens ystem DSp gegen e.in% ihn in der Ruhelage haltende Feder hin-und herbewegt. Als/^ie Richtkraft gebende Feder kann z.B., wie in Fig. 3 dargestellt, eine elastische MembranJdienen. Mittels einer solchen elektromagnetischen übertragung ist es möglich, die Pulsationen der Pulsierblenden gegenüber denen der Membran oder des Kolbens auf das Mehrfache zu vergrössern, wodurch günstigere AbbildungsVerhältnisse auf die Empfänger erzielt werden können.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1) re zum Messen von pulsierend durch eine Rohrleitung strömenden Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmengen mittels gedämpfter Anzeige oder Aufzeichnung der Quadratwurzel aus den pulsierenden Wirkdruckausschlägen, die an einer zwischen den Wirkdruckabnahmesteilen einer in die Rohrleitung eingebauten Drossel- oder Stauvorrichtung angebrachten elastischen Membran oder an einem leichten gefederten Differenzkolben erzeugt sind, dadurch gekennzeichnet, in Bezug auf die für die Erzeugung des Wirkdruckes massge-

   bende zur Strömungsrichtung senkrechte Ebene symmetrisch^ a ■ . -'t ist, αβββ- von der Meml -an oder dem gefederten Differenzkolben ee.

   feantiibeigtgagan zwei als Licht- · Strahlungstor· in

   einem optischen radizierenden Relais (^Radizierrelais'O wirksame Blenden (^Pulsier blend en') bewegt<"aie in diesem Relais die Querschnitte je eines, auf Je einen Licht» -- Strahlungsempfänger (z.B. Photoelement) konzentrierten Licht- -be*»·. Strahlenbündel^ so steuern, dass das eine Bündel eine der Quadratwurzel aus den positiven, das andere der aus den negativen Wirkdruckausschlagen verhältnisgleiche Spannung je an einem der beiden Strahlungsempfänger erzeugt, dass durch elektrische Gegeneinanderschaltung dieser Spannungen deren algebraische Summe gebildet und dass diese inpinem gedämpften elektrischen Messgerät als der gesuchten» pulsierend strömenden Mediummenge verhältnisgleiche Grosse pulsationsfrei angezeigt oder aufgezeichnet wird.

   _. .2) iiMa/nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (ne^Radizierung der pulsierend auftretenden positiven und negativen Ausschläge der Membran oder des Differenzkolbens mit Hilfe der beiden Pulsierblenden in dem optischen Rtdlzierrelais ΐ_< in jedem der beiden benutzten Strahlenbündel zwischen der bewegten Pulsierblende und dem Strahlungsempfänger eine j feste Blende ('Radi zier blende*) xStiigebaut ist, dass der von der bewegten Pulsierblende nicht beschattete, für den Durchtritt des Strahlenbündele freigegebene Teil ihres Querschnitts der Quadratwurzel, bei dem einen aus dem positiven, bei dem anderen aus den negativen Ausschlägen der Membran teu des Differenzkolbens, und damit dem zu messenden mittleren Mengenatrom verhältnisgleich -t ^

   3) r nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Radizierblende aus mehreren unter sich gleichen, zur Bewegungsrichtung der Pulsierblenden symmetrisch gebauten öffnungen besteht, deren spiegelbildliche Randkurven so berechnet sind, dass ihre von dem Strahlenbündel durchsetzte Fläche jeweile der QuaAratwurze^aus den Membran- Ja Kolbenausschlägen und damit dem aufmessenden Mengenstrom verhältnisgleich -w&mU

   ,4) Vorrichtung awe AaoftiTrninnfl flea Y ov fahr ant nach den Ansprüchen 1 bis 3 für die unmittelbare Übertragung der pulsierenden Bewegungen 4er Membran oder des Differenzkolbens auf die zwei als Licht- Strahlungstore wirksamen Pulsierblenden, bestehend aus folgenden Teilens

   a) einer symmetrisch gebauten^Drosselvorrichtung, z.B.

   oder einem Doppel-Pitotrohrj

   b) einer unmittelbar:'daran absperrbar angebauten, durch eine möglichst ungedämpft bewegliche» elastische Metallmembran oder durch einen möglichst ungedämpft beweglichen gefederten leichten Differenzkolben in zwei je mit einer der beiden Wirkdruck-Entnahmeβteilen verbundene Hohlräumeaabgetei^gn Doppelkammer, aus der die pulsierenden Membran- feeevrs Kolbenbewegungen mittels eines damit fest verbundenen, druckdicht aus der Kammer herausgeführten Stiftes nach aus8en übertragen werden|

   c) zwei gleichen, mit diesem Stift fest verbundenen, als pulsierend bewegte Blenden dienende/, mit je einem rechteckigen, zweckmässig quadratischen Fenster versehenen Blechstreifen;

   d) einer oder zwei Strahlungsquellen, z.B. glühenden Drahtwendeln oder Projektionslampen, nebst Spannungsanschluss;

   θ)' zwei gleichen Strahlungsempfängern, z.B. Photoelement, Photozelle oder Flächenbolometer, nebst elektrischem Zubehörj

   f) den zur Erzeugung je eines von den bewegten Pulsationeblenden mehr oder weniger abgeblendeten und auf die beiden Strahlungsempfänger gesammelten Strahlenbündele notwendigen Linsen oder Spiegeln;

   g) zwei gleichen, je zwischen einer der Pulsationsblenden und dem ihr zugeordneten Strahlungsempfänger fest angeordneten Radizierblendenι

   h) einem an die beiden, elektrisch gegeneinander gesohalte-

   ten Strahlungsempfänger angeschlossenen elektrischen Anzeige· Registrier- oder Zählgerät mit Dämpfungseinrichtung.

   5) Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 4· für mittelbare elektromagnetische Fernübertragung der pulsierenden Bewegungen der Membran oder des gefederten Differenakolbens, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des in Anspruch 4· b) genannten, druekdicht aus der Doppelkammer herausgeführten Stiftes innerhalb der Druckkammer ein Eisenkern fest mit der Membran be, dem Differenzkolben verbunden ist, der in der Ruhelage symmetrisch innerhalb einer Wechselstrom-Doppelspule aetasial beweglich angeordnet ist, dass die beiden Pulsierblenden in dem in beliebiger Ent-

   fernung aufstellbaren Radizierrelals an einem aweiten Eisenkern befestigt sind, der in einer mit der Doppelspule über eine Wechselspannongsquelle verbundenen zweiten Doppelspule in gleicher Art gegen eine, ihn in der Ruhelage haltende Feder beweglich angeordnet ist, und dass die Kraft dieser Feder zweokmässig so bemessen ist, dass eine Verstärkung der Pulaationen der Pulsierblenden gegenüber denen der Membran teava.,. des Differenzkolbens erreicht wird.