DET0010248MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 22. November 1954 Bekaniitgemaeht am 6. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

In dem Patent 826 643 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchflußmessung, insbesondere bei pulsierenden Strömungen, beschrieben, bei der in der Hauptleitung, die die zu messende Strömung führt, eine Staublende (Hauptblende) angeordnet ist und der an ihr auftretende Differenzdruck einer Nebenleitung zugeführt wird, in der sich eine weitere Staublende (Nebenblende) sowie eine . konstante Menge eines strömungsfähigen Mediums befindet, und bei dem der an der Haupt-' blende auftretende Differenzdruck das Medium durch die Nebenblende treibt. Die durch die Nebenblende strömende Menge ist ein Maß für die durch die Hauptblende strömende Menge.

Dieses Verfahren läßt sich wesentlich vereinfachen und die Anordnung zu seiner Durchführung konstruktiv erheblich verbessern, indem man den Differenzdruck abwechselnd von der einen und von der anderen Seite her auf das strömungsfähige Medium in der Nebenleitung einwirken läßt und jeweils die Zeiten bis zur Erreichung des statischen Gleichgewichtes bei entsprechend wirksamen' Rückstellkräften in der Nebenleitung mißt und aufsummiert oder indem man zählt, wie oft die ganze Menge des Mediums in pausenloser Aufeinanderfolge durch die Nebenleitüng hin- und hergetrieben worden ist. Die Messung ergibt die während der Meßdauer durch die Hauptleitung geflossene Gas-

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menge. Ist das durch die Nebenblende strömende Medium dasselbe wie in der Hauptleitung und hat • es auch gleichen Druck und gleiche Temperatur wie dieses, dann ergibt die Messung das während der Meßdauer durch die Hauptleitung geflossene Gasgewicht.

Die Erfindung sei an Hand der Abb. ι bis 4 näher erläutert.

Abb. ι stellt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Messung der Durchflußmenge halbschematisch im Schnitt dar. 14 ist die Hauptleitung, die die zu messende Strömung ■— in Pfeilrichtung·—führt. In ihr ist eine Staublende (Hauptblende) 15 angeordnet. Die Nebenleitung besteht hier aus einem U-Rohr 2, das etwa zur Hälfte mit einer Flüssigkeit 4 gefüllt ist. Im unteren Teil des U-Rohres ist eine Staublende (Nebenbiende) 3 angeordnet. Der an der Hauptblende 15 auftretende Differenzdruck wird abwechselnd von der einen und von der

zo anderen Seite her auf die in dem U-Rohr befindliche Flüssigkeit gegeben. Dazu dient ein Umschalter i, der schematisch durch einen dicken Balken dargestellt ist. Dem Umschalter wird über Leitung 16 der Plusdruck und über Leitung 17 der Minusdruck von der Hauptblende zugeführt. Von dem Ausgang des Umschalters führen zwei Leitungen 5 und 6 zu dem einen Schenkel des U-Rohres und zwei weitere Leitungen 7 und 8 zu dem anderen Schenkel. Es sind zwei Stellungen des Umschalters 1 möglich. In der einen verbindet er die Leitungen 17 und 5 sowie 16 und 8. Die Flüssigkeit in dem U-Rohr nimmt dann die gezeichnete Stellung ein. In der anderen möglichen Stellung des Umschalters sind die Leitungen 17 und 7 sowie 16 und 6 miteinander verbunden. Die Flüssigkeit nimmt dann die durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung ein. Der Umschalter 1 \vird nun periodisch von der einen Stellung in die andere umgeschaltet. Die Periode der Schaltung ist so groß gewählt, daß auch bei dem größten zu erwartenden Differenzdruck an der Hauptblende die Flüssigkeit Zeit hat, die statische Gleichgewichtslage zu erreichen, d. h. die Lage, bei der der von der Flüssigkeit ausgeübte Druck dem Differenzdruck, der an der Hauptblende herrscht, die Waage hält.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Zeit vom Umschalten des Schalters 1 bis zum Erreichen der Gleichgewichtslage, d. h. also bis zur Beendigung der Strömung an der Nebenblende 3, dem Wurzelwert des an der Hauptblende herrschenden Druckunterschiedes und damit der in der Hauptleitung fließenden Gasmenge V · ]/γ verhältnisgleich ist, wo V das in der Zeiteinheit hindurchgeflossene Volumen und γ das spezifische Gewicht des in der Hauptleitung strömenden Gases ist. Wenn man daher die Zeiten mißt und aufsummiert, die jeweils vom Umschalter bis zur Erreichung des statischen Gleichgewichtszustandes vergehen, d. h. die Zeiten,

. während derer eine Strömung an der Blende 3 auftritt, dann gibt diese Zeit die durch die Haupt-. leitung geflossene Gasmenge an. Das Zählen und Aufsummieren kann durch eine der bekannten Zählvorrichtungen geschehen. Sie wird eingeschaltet, wenn der Umschalter r umschaltet und ausgeschaltet, wenn der Differenzdruck an der Nebenblende 3 den Wert Null erreicht.

Die beschriebene Vorrichtung gestattet es also, mit einem einfachen wassergefüllten U-Rohr und einem Umschalter in Verbindung mit einem Zählwerk — ohne Differenzdruckmessung und Radizie- ηο rung, lediglich durch eine einfache Zeitmessung ■—■ die in einer Leitung strömende Gasmenge zu messen.

Allerdings ist bei der Anordnung gemäß Abb. 1 die Temperatur und der absolute Druck des Gases in der Hauptleitung nicht berücksichtigt. Das kann jedoch ohne weiteres durch eine leichte Abwandlung der Anordnung, wie sie in halbschematischer Schnittzeichnung in Abb. 2 dargestellt ist, geschehen. Die hier gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in Abb. 1 gezeigten nur dadurch, daß zwei zu einer durchgehenden Leitung verbundene U-Rohre vorhanden sind und das durch die Nebenblende strömende Medium ein Gas von gleicher Zusammensetzung, gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der Hauptleitung ist. Die Gleichheit der Temperatur wird häufig schon dadurch zu erreichen sein, daß die Nebenleitung in unmittelbarer Nähe der Hauptleitung angeordnet wird. Das zweite U-Rohr ist mit 9 bezeichnet und ebenfalls wie das schon bekannte U-Rohr 2 mit einer Flüssigkeit, die hier mit 10 bezeichnet ist, etwa bis zur Hälfte gefüllt. An der Verbindungsstelle der beiden U-Rohre sitzt die Nebenblende 3. Zwischen den beiden Flüssigkeitsvölumina 4 und 10 befindet sich eine feste Menge 11 des in der Hauptleitung strömenden Gases. Die Leitungen 5, 6 sind an das eine freie Ende des Doppel-U-Rohres geführt, die Leitungen 7, 8 an das andere. Im übrigen entspricht die Bezifferung derjenigen in Abb. 1. Auch die Arbeitsweise ist im wesentlichen dieselbe wie bei der in Abb. 1 gezeigten Anordnung. Das durch die Nebenblende strömende Gasvolumen ν ist gleich c V · }ίγ, wo c ein Proportionalitätsfaktor ist und V und γ dieselbe Bedeutung haben wie oben. Da nun das durch die Nebenblende strömende Gas dem in der Hauptleitung fließenden gleich ist und gleiche Temperatur und gleichen Druck wie dieses hat, gilt für den Druckunterschied h an der Nebenblende die Beziehung

wo K ein Proportionalitätsfaktor ist. Der durch die Nebenblende 3 fließende Gasstrom, der proportional zu Yh ist, ist daher dem Gewicht V · γ der durch die Hauptleitung fließenden Gasmenge proportional. Die Zeitmessung durch die Zählvorrichtung ergibt also bei der Anordnung nach Abb. 2 das Gewicht der durch die Hauptleitung geflossenen Gasmenge; die Anzeigevorrichtung kann in Nm³ geeicht werden.

In Abb. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Sie unterscheidet sich von der in Abb. 2 gezeigten dadurch, daß an Stelle des doppelten U-Rohres ein Zylinder 31 getreten ist und die beiden Flüssigkeitsvölumina durch leicht

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bewegliche luftdicht abschließende Kolben 12, 13 ersetzt sind. Das Gasvolumen 11 wird durch die wechselweise Beaufschlagung der Kolben 12, 13 mit dem an der Hauptblende 15 herrschenden Differenzdruck durch die Nebenblende 3 getrieben. Die Umschaltung des Umschalters 1 erfolgt selbsttätig immer dann, wenn die Kolben eine bestimmte Lage erreichen; so kann man z. B. zweckmäßig den Umschalter durch Kontakte betätigen lassen, die von den Kolben geschlossen werden, etwa jedesmal dann, wenn einer der Kolben die Blende 3 berührt. Das Gasvolumen 11 wird dann pausenlos durch die Blende 3 hin- und hergetrieben. Die Anzahl der Schaltungen wird gezählt. Sie ist dem in der Hauptleitung strömenden Gasgewicht verhältnisgleich, wenn das Gas zwischen den Kolben 12, 13 dasselbe ist wie in der Hauptleitung und auch dieselbe Temperatur und denselben Druck wie dieses hat. Anderenfalls gibt die Anzahl der Schaltungen die durch die Hauptleitung geflossene Gasmenge. Sind die Kolben sehr leicht, dann können auch pulsierende Strömungen gemessen werden, da auch diese dann an der Nebenblende 3 immer denselben Differenzdruck erzeugen, der an der Hauptblende 15 herrscht. An der Stelle der Kolben können auch Membranen benutzt werden.

Eine Vorrichtung gemäß Abb. 3 kann auch als volumetrischer Gasmesser mit selbsttätiger Umwertung des gemessenen Volumens auf Nm³ benutzt werden. Zu diesem Zweck wird die Leitung 16 als Gaseintritts- und die Leitung 17 als Gasaustrittsleitung benutzt, d. h. also, der gesamte Gasstrom fließt dann durch das in Abb. 3 schematisch dargestellte Gerät.

Bei den bisher beschriebenen Anordnungen wurde jeweils die durch die Hauptleitung fließende Gasmenge oder das durch die Hauptleitung fließende Gasgewicht gezählt. Man kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch auch den momentanen Wert der durch die Hauptleitung fließenden Gasmenge bzw. des durch die Hauptleitung fließenden Gasgewichts messen und anzeigen bzw. registrieren lassen. Eine hierfür geeignete Anordnung zeigt Abb. 4. Die Nebenleitung besteht hier aus zwei Räumen 18 und 19, die durch eine Leitung 24, in der eine Staublende 25 angeordnet ist, verbunden sind. Der Differenzdruck, der an der Staublende 15 der Hauptleitung 14 herrscht,· wird den Kammern 18, 19 über die Leitungen 16 und 17 zugeführt. Die Kammern sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Diese strömt unter der Einwirkung des Differenzdruckes, der an der Hauptblende herrscht, durch die Staublende 25. Der Flüssigkeitsstand in den beiden Räumen wird aber konstant gehalten, indem ein Zufluß und ein Abfluß vorhanden sind, die entsprechend geregelt werden. Der Zufluß erfolgt über Leitung 26, durch die eine von einem Motor 28 getriebene Pumpe 27 Flüssigkeit aus einem Behälter 29 treibt. Der Abfluß erfolgt in ein Standrohr 30!

Zur Regelung auf konstante Spiegelhöhe in den Behältern 18, 19 dienen die Ventile 22 und 23, die von Schwimmern 20, 21 betätigt werden. Es können statt der von Schwimmern gesteuerten Ventile auch einfache Überlaufregler benutzt werden, so daß in dem Strom der Flüssigkeit außer dem Läufer der Pumpe irgendwelche bewegliche Teile nicht vorhanden sind. An den Umschalter 1 ist über vier Leitungen 5, 6, 7, 8 ein Zylinder 31 angeschlossen, der eine Blende 3 enthält sowie vor und hinter ihr zwei bewegliche Kolben (12, 13), die eine feste Gasmenge 11 von gleicher Zusammensetzung, Temperatur und Druck wie in der Hauptleitung einschließen. Die Leitungen 5, 6, 7, 8 werden durch den Umschalter 1 wechselweise so an das Standrohr 30 und ein Abflußrohr 34 gelegt, daß die ganze Gasmenge 11 pausenlos durch die Blende 3 hin- und hergetrieben wird. Bei dieser Vorrichtung wird der Druckunterschied an der Nebenblende 3 durch die Höhe des Flüssigkeitsstandes in Standrohr 30 erzeugt. Der Wurzelwert dieses Druckunterschiedes ist aber, wie oben ausgeführt, dem in der Hauptleitung strömenden Gasgewicht verhältnisgleich, wenn das Volumen des durch die Nebenblende 3 fließenden Gases dem Ausdruck V- ]/γ verhältnisgleich ist und das Gas 11 dieselbe Zusammen- Setzung sowie gleiche Temperatur und gleichen Druck wie das Gas in der Hauptleitung hat. Letzteres ist voraussetzungsgemäß erfüllt und ersteres ebenfalls, da die in das Standrohr 30 einströmende Flüssigkeitsmenge dem Ausdruck V ■ j/y verhältnisgleich ist und daher auch die durch die Nebenblende 3 fließende Gasmenge. Es stellt sich also in Standrohr 30 ein Flüssigkeitsstand ein, dessen Wurzelwert dem durch die Hauptleitung strömenden Gasgewicht verhältnisgleich ist. Ein Schwimmer auf dem durch ein Dreieck markierten Flüssigkeitsspiegel in Standrohr 30 zeigt also unmittelbar das Gasgewicht an. Die Anzeige kann auch registriert oder als Impuls für einen Regler benutzt werden. Ebenso kann sie zur Grundlage einer Zählung benutzt \verden. Auch dieses Gerät ist in der Lage, sowohl stationäre wie auch pulsierende Strömungen zu messen.

Die Standhöhe der Flüssigkeit in Standrohr 30 kann ein vielfaches des an der Hauptblende 15 ^X05 herrschenden Druckunterschiedes sein, d. h. die A^orrichtung kann auch als Druckwandler benutzt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Durchflußmessung bzw. Registrierung bei stationären oder pulsierenden Strömungen, bei dem in der die zu messende Strömung führenden Hauptleitung eine Staublende (Hauptblende) angeordnet ist und der an ihr auftretende Differenzdruck einer Nebenleitung zugeführt wird, in der sich eine weitere Staublende (Nebenblende) sowie eine konstante Menge eines strömungsfähigen Mediums befindet, und bei dem der an der Hauptblende auftretende Differenzdruck das Medium durch die Nebenblende treibt nach Patent 826 643, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck abwechselnd von der einen und von der anderen Seite her auf das Medium (4, Abb. 1) in der

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   Nebenleitung (2, Abb. ι) einwirkt und jeweils die Zeiten bis zur Erreichung des statischen Gleichgewichtszustandes bei entsprechend wirksamen Rückstellkräften in der Nebenleitung (2, Abb. 1) gemessen und auf summiert werden bzw. daß gezählt wird, wie oft die ganze Menge des Mediums in pausenloser Aufeinanderfolge durch die Nebenblende (3, Abb. 1) hin- und hergetrieben worden ist.

   ίο 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das durch die Nebenblende (3) strömende Medium (11, Abb. 2) dasselbe Medium wie in der Hauptleitung (14) und mit dem gleichen Druck und der gleichen Temperatur verwendet wird.

   3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenleitung ein U-Rohr vorgesehen ist (2, 9, Abb. 2), das in dem die beiden Schenkel verbindenden Teil die Nebenblende (3, Abb. 2) enthält und etwa zur Hälfte mit einer Flüssigkeit (4, 10, Abb. 2) gefüllt ist, und daß zwischen Hauptleitung (14, Abb. 2) und U-Rohr ein periodisch betätigter Umschalter (1, Abb. 2) vorgesehen ist, der in regelmäßigem Wechsel den an der Hauptblende (15, Abb. 2) herrschenden Differenzdruck erst auf den einen und"dann auf den anderen Schenkel des U-Rohres gibt, und daß eine an sich bekannte Zeitmeß- und Summiervorrichtung vorgesehen ist.

   4. Anordnung zur Durchführung des' Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu einer durchgehenden Leitung verbundene, je etwa zur Hälfte mit einer Flüssigkeit gefüllte U-Rohre (2, 9, Abb. 2) als Nebenleitung vorgesehen sind, in dem die beiden U-Rohre verbindenden Teil (n, Abb. 2) der Nebenleitung die Nebenblende (3, Abb. 2) angeordnet ist, sich zwischen den beiden Flüssigkei.tsvolumina (4, 10, Abb. 2) eine unveränderliche Menge Gas (11, Abb. 2) befindet und ein Umschalter für den Differenzdruck an der ' Hauptblende (15, Abb. 2) vorgesehen ist.

   5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenleitung ein durch die Nebenblende in zwei Kammern geteilter Zylinder (31, Abb. 3) dient, der in jeder der Kammern einen leicht beweglichen, luftdicht schließenden Kolben (12, 13, Abb. 3) enthält, zwischen welchen sich eine feste Menge Gas (11, Abb. 3) befindet, und daß ein Umschalter (1, Abb. 3) den an der Hauptblende herrschenden Differenzdruck abwechselnd auf den einen und auf den anderen Kolben gibt.

   6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung durch im Weg der Kolben (12, 13, Abb. 3) angeordnete Kontakte erfolgt.

   7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Kolben (12, 13, Abb. 3) Membranen vorgesehen sind.

   8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur volumetrischen Gasmessung mit selbsttätiger Umwertung auf Nm³ direkt in die Hauptleitung (14, Abb. 3) so eingeschaltet ist, daß die eine der Zuleitungen (16, 17, Abb. 3) zu dem Umschalter als Gaseintrittsleitung, die andere als Gasaustrittsleitung dient.

   9. Anordnung zur Durchflußmessung durch hydraulische Mittelwertbildung, bei welcher zwei flüssigkeitsgefüllte Räume vorgesehen sind, die durch eine Leitung verbunden sind,· in der eine Blende angeordnet ist, und bei der der Differenzdruck an der Hauptblende die Flüssigkeit durch eine Nebenblende treibt, wobei unter Konstanthaltung des Flüssigkeitsstandes in den Räumen dem einen Raum durch eine Pumpe Flüssigkeit zugeführt wird und der andere Raum Flüssigkeit in ein Standrohr abfließen läßt, nach Patent 826 643, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (1, Abb. 4) vorgesehen ist, an den ein Zylinder (31, Abb. 4) angeschlossen ist, der die Nebenblende (3, Abb. 4) enthält sowie vor und hinter ihr zwei bewegliche KoI-ben (12, 13, Abb. 4), die eine unveränderliche Gasmenge (11, Abb. 4) von gleicher Zusammensetzung, gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der Hauptleitung einschließen, und daß der Zylinder (31, Abb. 4) durch den Umschalter (i, Abb. 4) wechselweise so an Standrohr (30, Abb. 4) und ein Abflußrohr (34, Abb. 4) gelegt \vird, daß die ganze Gasmenge (11, Abb. 4) pausenlos durch die Nebenblende (3, Abb. 4) hin- und hergetrieben wird; der Flüssigkeitsstand im Standrohr (30, Abb. 4) gibt dann das in der Zeiteinheit durch die Hauptleitung strömende Gasgewicht an.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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