NL8802878A

NL8802878A - Gasmeter.

Info

Publication number: NL8802878A
Application number: NL8802878A
Authority: NL
Original assignee: Ems Holland Bv
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-06-18
Also published as: EP0370557B1; GR3005431T3; JPH02184722A; AU626114B2; NZ231446A; NO894625D0; NO894625L; DK584589A; DE68902458T2; DK584589D0; CA2002925A1; DE68902458D1; ATE79467T1; EP0370557A1; ES2034600T3; AU4467389A

Description

Korte aanduiding: gasmeter.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van een per tijdseenheid door een pijp stromende hoeveelheid gas, waarbij de pijp voorzien is van een instelbare restrictie met een aantal te kiezen verschillende restrictieoppervlakken, omvattende het meten van de verschildruk over de restrictie, het kiezen van een groter of kleiner restrictieoppervlak afhankelijk van een toename respectievelijk afname van de verschildruk, en het vaststellen van de hoeveelheid gas afhankelijk van het gekozen restrictieoppervlak.

Een werkwijze van deze soort is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.875.955. Bij de bekende werkwijze wordt het restrictieoppervlak voortdurend zodanig vergroot of verkleind dat het gemeten drukverschil over de restrictie in hoofdzaak constant is. Het ingestelde restrictieoppervlak vormt een maat voor de hoeveelheid gas. Omdat de aanpassing van het restrictieoppervlak als gevolg van verschillende in de regelkring voor het restrictieoppervlak optredende vertragingen niet op hetzelfde moment plaatsvindt als waarop het drukverschil gemeten wordt, zal het restrictieoppervlak tijdens de aanpassing geen nauwkeurige maat voor de door de leiding stromende hoeveelheid gas vormen. Vooral bij ten opzichte van de vertragingen snel optredende veranderingen van de door de leiding stromende hoeveelheid gas en/of kleine door de leiding stromende hoeveelheden gas is de onnauwkeurigheid van de meting van de gashoeveelheid dan ongewenst groot.

Deze onnauwkeurigheid wordt nog verstrekt doordat het restrictieoppervlak stapsgewijs vergroot of verkleind kan worden en, voor het zo constant mogelijk houden van het drukverschil, een relatief groot aantal afzonderlijk instelbare kleppen nodig is die het stromingsgedrag van het gas afhankelijk van het geopend of gesloten zijn van de verschillende kleppen verstoren, waardoor het drukverschil moeilijk dynamisch constant te houden is.

De uitvinding beoogt de bezwaren van de bekende werkwijze op te heffen.

De werkwijze van de in de aanhef genoemde soort heeft daardoor volgens de uitvinding als kenmerk dat aan elk restrictieoppervlak een uit een bovenste verschildrukgrens en een onderste verschildrukgrens bestaand paar grenzen toegewezen wordt, waarbij het paar grenzen een bereik van meetbare waarden van de verschildruk vormt, de hoeveelheid gas afhankelijk van het produkt van een actueel gemeten verschildruk en een factor die afhankelijk is van het gekozen restrictieoppervlak vastgesteld wordt, en een groter of kleiner restrictieoppervlak gekozen wordt wanneer het gemeten drukververschil groter respectievelijk kleiner dan het bovenste drukverschilgrens respectievelijk het onderste drukverschilgrens van het actueel gekozen restrictieoppervlak is. Hierdoor wordt de door de leiding stromende hoeveelheid gas bepaald door het momentane restrictieoppervlak en het momentane drukverschil, zodat een relatief hoge nauwkeurigheid bij het bepalen van de hoeveelheid gas bereikt wordt en de werkwijze toepasbaar is voor het meten van relatief snel veranderende hoeveelheden gas en/of kleine hoeveelheden gas. Omdat elk te kiezen restrictieoppervlak correspondeert met een bereik van meetbare drukverschillen kan het aantal restrictie-oppervlakken klein zijn, zodat de frequentie van het kiezen van een ander restrictieoppervlak relatief laag gemaakt wordt, wat een rustiger meting geeft, terwijl een snelle responsie op veranderingen van de gashoeveelheid en de meetnauwkeurigheid ervan behouden blijven.

Het verdient de voorkeur dat het restrictieoppervlak progressief kleiner gekozen wordt naarmate daarmee binnen het bij het oppervlak behorende meetbereik van het drukverschil een kleinere hoeveelheid gas bepaald kan worden. Hierdoor wordt de nauwkeurigheid voor kleine door de leiding stromende hoeveelheden gas verhoogd.

Het verdient de voorkeur dat bij het kiezen van een ander restrictieoppervlak een hysteresis in aanmerking genomen wordt. Hierdoor wordt het optreden van resonantie-verschijnselen bij het kiezen van andere restrictieopper-vlakken tegengegaan.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een gasmeter volgens de conclusies 4 t/m 12 waarin de werkwijze volgens de uitvinding is toegepast.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekeningen. In de tekeningen tonen:

Fig. 1 schematisch en gedeeltelijk in doorsnede een uitvoeringsvorm van een gasmeter waarin de werkwijze volgens de uitvinding is toegepast;

Fig. 2 een diagram ter toelichting van de werking van de in fig. 1 getoonde gasmeter van de verschildruk over een restrictie in een leiding als functie van een door de leiding stromende hoeveelheid gas en in afhankelijkheid van het restrictieoppervlak;

Fig. 3a een vooraanzicht van de in de gasmeter van fig. 1 toegepaste restrictieschijven;

Fig. 3b een vooraanzicht van een middelste schijf van de in fig. 3a getoonde schijven;

Fig. 4 een diagram ter toelichting van de werking van de in fig. 1 getoonde gasmeter van het restrictieoppervlak als functie van de relatieve draaiïngshoek van de in fig. 3a getoonde restrictieschijven; en

Fig. 5 een diagram ter toelichting van de in fig. 1 getoonde gasmeter van de door de leiding van de meter stromende gashoeveelheid als functie van de relatieve draaiïngshoek van de in fig. 3a en 3b getoonde restrictieschi jven voor verschillende waarden van het drukverschil over de restrictie.

Fig. 1 toont een gasmeter volgens de uitvinding die geschikt is voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding.

De gasmeter omvat een leiding 1 waardoor in de met de pijlen 2 aangegeven richting gas kan stromen. De leiding 1 omvat een restrictie 3 die gevormd wordt door drie tegen elkaar en dwars op de gasstroom in de leiding 1 aangebrachte schijven 4, 5 en 6, waarvan de schijven 4 en 6 op afdichtende wijze tegen de binnenwand van de leiding 1 steunen en waarvan de schijf 5 tussen de schijven 4 en 6 draaibaar is door middel van een stappenmotor 7, die op niet getoonde wijze onverdraagbaar binnen de leiding 1 is aangebracht, en waarvan een as 8 met het midden van de schijf 5 verbonden is. De schijven 4, 5 en 6 hebben elk een doorgang 9, 10 respectievelijk 11, waarvan de doorgangen 9 en 11 tegenover elkaar aangebracht zijn en de doorgang 10 door geschikte sturing van de stappenmotor 7 meer of minder tegenover de doorgangen 9 en 11 gedraaid kan worden, waardoor het oppervlak, dat hierna ook restrictieoppervlak genoemd zal worden, van de gemeenschappelijke doorgang van de schijven 4, 5 en 6 voor het gas ingesteld kan worden. Daartoe is de stappenmotor 7 verbonden met een verwerkings-keten 13, die tevens verbonden is met een in de leiding 1 aangebrachte absolute-temperatuuropnemer 14, een in de leiding 1 aangebrachte absolute-drukopnemer 15, een verschildrukmeter 16, die via leidingen 17 en 18 in verbinding staat met de ruimten aan weerszijden van de restrictie 3, een bedieningspaneel 19, een weergeefpaneel 20 en een geheugen 21.

Zoals blijkt uit het in fig. 2 als voorbeeld getoonde diagram is het door de drukverschilmeter 16 gemeten drukverschil dP nul wanneer het gas in de leiding 1 stilstaat en de door de leiding 1 per tijdseenheid stromende hoeveelheid gas Q dus nul is. Bij een bepaald restrictieoppervlak zal het drukverschil ongeveer lineair als functie van de door de leiding 1 stromende hoeveelheid gas Q veranderen. Dit geldt voor elk van de oppervlakken die voor de restrictie 3 ingesteld kan worden. In fig. 2 komen de met Al, A2 en A3 aangegeven lijnstukken overeen met respectievelijke toenemende restrictieoppervlakken. Bij een bepaald restrictieoppervlak geldt daarom dat de door de leiding 1 stromende hoeveelheid gas Q ongeveer gelijk is aan het produkt van het drukverschil dP en het gekozen restrictieoppervlak Ai, dus: Q = dP x Ai (1).

De hoeveelheid Q moet echter gecompenseerd worden voor de absolute temperatuur Ta in de leiding 1, de absolute druk Pa in de leiding 1, en de eigenschappen van het gas, zodat: Q = dP x k (2), waarin k een functie is van Ai, Ta, Pa en de gaseigenschappen.

Het is bovendien gewenst, om de per tijdseenheid gemeten hoeveelheid gas te refereren aan een standaardhoeveelheid voor een standaardtemperatuur Tn en een standaarddruk Pn, waardoor: Q = dP x Pa/Ta x Kn (3), waarin Kn een functie is van k en Tn en Pn.

In overeenstemming met de hiervoor gegeven formule (3) wordt de per tijdseenheid door de leiding 1 stromende hoeveelheid gas dus in afhankelijkheid van het momentane drukverschil dP bepaald.

Wanneer, zoals getoond in fig. 2, het drukverschil dP voor een gekozen restrictieoppervlak boven een bepaalde waarde komt, in fig. 2 voor alle restrictieoppervlakken gelijk aan dP max. gekozen, kiest de verwerkingsketen 13 door overeenkomstige sturing van de stappenmotor 7 een groter restrictieoppervlak en kiest de verwerkingsketen 13 een kleiner restrictieoppervlak wanneer het drukverschil beneden een bij het momentane restrictieoppervlak behorend minimum drukverschil komt. De overgang voor de keuze tussen twee verschillende restrictieoppervlakken omvat een hysteresis, zoals in fig. 2 met de van pijlen voorziene verticale lijnen getoond is. Hierdoor wordt oscillatie van de meting tegengegaan.

Volgens de uitvinding kunnen voor een gekozen restrictieoppervlak verschillende waarden van het drukverschil dP gemeten worden, zodat elk punt van elk schuin lijnstuk in fig. 2 een te meten waarde van het drukverschil dP voorstelt, zodat de gashoeveelheid Q steeds nauwkeurig en dynamisch met behulp van de momentane dP berekend kan worden.

Fig. 3a toont een vooraanzicht van het pakket schijven 4, 5 en 6. De schijf 6 heeft dezelfde uitvoering en dezelfde oriëntatie als de schijf 4, zodat de schijf 6 in fig. 3a niet zichtbaar is. De doorgangen 9, 10 en 11 zijn congruent en hebben bij voorkeur een vorm die lijkt op een om het middengebied van de schijven gebogen zijaanzicht van een afbrekende druppel, waarbij de doorgangen 9 en 11 gelijk georiënteerd en ten opzichte van elkaar uitgericht zijn en de doorgang 10 ten opzichte van de doorgangen 9 en 11 tegengesteld georiënteerd is. Fig. 3b toont een vooraanzicht van de doorgang 10 in de schijf 5, gescheiden van het samenstel van schijven, aannemende dat de schijf 5 in de in fig. 3a getoonde positie is. Zoals getoond in fig. 4 neemt daardoor bij afnemende draaiingshoek van de draaibare schijf 5 het restrictieoppervlak A progressief af, zodat een klein restrictieoppervlak relatief nauwkeuriger dan een groter restrictieoppervlak ingesteld kan worden Fig. 5 toont de per tijdseenheid door de leiding 1 stromende hoeveelheid gas Q als functie van de hoek van de draaibare schijf 5 voor aantal waarden van het drukverschil dP. In fig. 5 zijn vier isokrommen a, b, c, d voor verschillende drukverschillen dP getoond. Het door de kromme d voorgestelde drukverschil is het dubbele van het door de kromme c voorgestelde drukverschil, dat het dubbele is van het door de kromme b voorgestelde drukverschil, dat het dubbele is van het door de kromme a voorgestelde drukverschil. Uit fig. 5 blijkt, dat door de bijzondere uitvoering van de in fig. 3a en 3b getoonde schijven 4, 5 en 6 de per tijdseenheid door de leiding 1 stromende hoeveelheid gas Q voor kleinere hoeveelheden met een betere absolute nauwkeurigheid gemeten kunnen worden.

Het geheugen 21 is geschikt voor het daarin opslaan van een programma waarmee de werkwijze volgens de uitvinding uitgevoerd wordt, van constanten, zoals Tn, Pn, waarden van gaseigenschappen, gemeten drukwaarden, gemeten temperatuurwaarden, en de totaal door de leiding 1 gestroomde hoeveelheid gas V, die bepaald wordt door integratie in de tijd van de per tijdseenheid door de leiding 1 gestroomde gashoeveelheid Q. Het geheugen 21 is bovendien geschikt voor het daarin opslaan van een na het vervaardigen van de meter opgestelde ijktabel voor het corrigeren van de bepaalde gashoeveelheid.

De inhoud van het geheugen 21 kan door middel van het bedieningspaneel 19 geheel of gedeeltelijk via de ver-werkingsketen 13 in het geheugen 21 gevoerd worden of daaruit op het weergeefpaneel 20 afgebeeld worden. De in het geheugen 21 aanwezige gegevens kunnen ook via een niet getoonde uitgang van de verwerkingsketen 13 naar buiten uitgevoerd worden.

Door toepassing van de in fig. 3a en 3b getoonde schijven 4, 5 en 6 voor de restrictie en door bij de bepaling van de door de leiding 1 gestroomde gashoeveelheid Q het momentane drukverschil dP in aanmerking te nemen wordt een groot meetgebied voor de gashoeveelheid, voor zowel kleine als voor grote hoeveelheden een grote nauwkeurigheid en een snelle responsie verkregen. Als gevolg van de snelle responsie kan vaker gemeten worden, zodat de binnen een relatief lange periode totaal gemeten gashoeveelheid overeenkomstig nauwkeurig gemeten kan worden.

Een andere, meer uitgebreide, voorstelling van de uit te voeren berekeningen is als volgt, waarbij de volgende symbolen gebruikt worden:

Dp = verschildruk over klep (restrictie).

Pa = absolute druk van het medium.

Ta = absolute temperatuur van het medium.

Vol = de in een bepaalde tijd gepasseerde hoeveelheid medium.

Kl...n = kleppositieconstanten voor posities 1 t/m n.

Q = stromingshoeveelheid van het medium door de klep.

Qn = idem ten opzichte van 273.15 K en 1013.33 mbar.

Exp = exponent tussen 0.5 and 1, afhankelijk van de vormen van de klep.

Rho = dichtheid van het medium, gecompenseerd voor Pa en Ta.

Rgas = een dichtheidsconstante van een bepaald medium (gassen).

v = snelheid van het medium in de klep C = een van Kn afhankelijke constante.

t = de tussen twee berekeningen van Vol verstreken tijd.

De snelheid van het medium binnen de klep is:

Exp v = C x ( 2 x Rho x Dp )

Met: Rho = Rgas x ( Pa / Ta )

De stroom Q is: Q = Kn x v

Voor normalisering van de stroom wordt de volgende bekende formule gebruikt:

Met: Pn = 1013.33 mbar en Tn = 273.15 K.

De doorgelaten hoeveelheid medium is dan:

Vol “ Qn x t

Zodat de complete formule is:

Het totale geleverde volume van het medium is:

Vol(nieuw) = Vol(oud) + Vol

Uit bovenstaande formule zal het duidelijk zijn dat de berekening van het volume afhankelijk is van de eigenschappen van het actueel gemeten gas en van verschillende constanten. Daarom zullen de te kiezen klepposities en daardoor de restrictieoppervlakken met bijbehorende bovenen ondergrenzen van de verschildrukbereiken tijdens calibratie van de gasmeter voor de actuele omstandigheden bepaald worden.

De eerste kleppositie heeft een ondergrens die gelijk aan nul is voor zowel stroming als druk. De bovengrensdruk is voor alle posities gelijk. De ondergrensdruk is hoger voor hogere, stroombereiken. Dit is als gevolg van de exponent in de formule voor de stroom, waardoor de nauwkeurigheid bij lagere druk kleiner is. Het is daarom belangrijk de onderste drukgrens bij toenemende stroom te verhogen.

Om te voorkomen dat de klep tussen twee posities oscilleert is tevens een hysteresis gewenst. Er zijn twee manieren om deze hysteresis te realiseren: door middel van druk of stroming. De hysteresis wordt alleen berekend wanneer de positie verlaagd moet worden. Steeds wanneer het drukverschil de bovengrens overschrijdt wordt de positie vergroot.

Claims

1. Werkwijze voor het meten van een per tijdseenheid door een pijp stromende hoeveelheid gas, waarbij de pijp voorzien is van een instelbare restrictie met een aantal te kiezen verschillende restrictieoppervlakken, omvattende het meten van de verschildruk over de restrictie, het kiezen van een groter of kleiner restrictieoppervlak afhankelijk van een toename respectievelijk afname van de verschildruk, en het vaststellen van de hoeveelheid gas afhankelijk van het gekozen restrictieoppervlak, met het kenmerk, dat aan elk restrictieoppervlak een uit een bovenste verschildruk-grens en een onderste verschildrukgrens bestaand paar grenzen toegewezen wordt, waarbij het paar grenzen een bereik van meetbare waarden van de verschildruk vormt, de hoeveelheid gas afhankelijk van het produkt van een actueel gemeten verschildruk en een factor die afhankelijk is van het gekozen restrictieoppervlak vastgesteld wordt, en een groter of kleiner restrictieoppervlak gekozen wordt wanneer het gemeten drukververschil groter respectievelijk kleiner dan het bovenste drukverschilgrens respectievelijk het onderste drukverschilgrens van het actueel gekozen restrictieoppervlak is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij een afnemende hoeveelheid gas een progressief kleiner restrictieoppervlak gekozen wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de onderste verschildrukgrens behorend bij een restrictieoppervlak corresponderend gemaakt wordt aan een kleinere hoeveelheid gas dan een hoeveelheid gas dat corresponderend gemaakt wordt met de bovenste verschildrukgrens behorend bij een direct voorafgaand kleiner restrictieoppervlak.

4. Gasmeter, omvattende een pijp met een instelbare restrictie voor het doorlaten van een gasstroom, een drukopnemer voor het meten van het drukverschil over de restrictie, bij de restrictie aangebrachte klepmiddelen, met de drukopnemer en de klepmiddelen verbonden besturingsmiddelen, die de klepmiddelen instellen afhankelijk van de verschildruk voor de keuze van een restrictieoppervlak uit een aantal verschillende restrictieoppervlakken waarbij een groter of kleiner restrictieoppervlak gekozen wordt afhankelijk van een toename respectievelijk afname van de verschildruk, en met de besturingsmiddelen verbonden rekenmiddelen die geschikt zijn voor het vaststellen van de per tijdseenheid door de pijp stromende hoeveelheid gas afhankelijk van het gekozen restrictieoppervlak en voor het leveren van een meetwaarde van de hoeveelheid afhankelijk van het gekozen restrictieoppervlak, met het kenmerk, dat aan elk te kiezen restrictieoppervlak een uit een bovenste verschildrukgrens en een onderste verschildrukgrens bestaand paar grenzen toegewezen is, waarbij het paar opgeslagen is in een geheugen van de rekenmiddelen en een bereik van meetbare waarden van de verschildruk levert, de rekenmiddelen geschikt zijn voor het ontvangen van een waarde die correspondeert met de actuele verschildruk en het leveren van het produkt van de waarde van de actuele verschildruk en een van het restrictieoppervlak afhankelijke factor, waarbij de besturingsmiddelen een groter of kleiner restrictieoppervlak kiezen wanneer de gemeten actuele verschildruk groter respectievelijk kleiner dan de bovenste verschildrukgrens respectievelijk onderste verschildrukgrens van het actueel gekozen restrictieoppervlak is.

5. Gasmeter volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de te kiezen restrictieoppervlakken bij afnemende te meten gashoeveelheden progressief kleiner zijn.

6. Gasmeter volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat een onderste verschildrukgrens van een restrictieoppervlak correspondeert met een gashoeveelheid die kleiner is dan een gashoeveelheid die correspondeert met de bovenste verschil-drukgrens van een direct voorafgaand kleiner restrictie-oppervlak.

7. Gasmeter volgens een van de conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de klepmiddelen twee schijven omvatten die in hoofdzaak loodrecht op de gasstroomweg tegen elkaar aangebracht zijn, waarbij een van de schijven met aandrijf-middelen verbonden is, elke schijf een zodanige doorgang heeft dat de doorgangen de restrictie vormen, en de aandrijfmiddelen in responsie op een van de besturings-middelen ontvangen stuursignaal geschikt zijn voor het draaien van een schijf over de andere schijf voor het veranderen van het restrictieoppervlak.

8. Gasmeter volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de klepmiddelen een derde, buitenste, schijf omvatten die tegen de andere schijven aangebracht is en een doorgang heeft die overeenkomt met de doorgang van de andere buitenste schijf en ten opzichte van de middelste schijf gedraaid kan worden.

9. Gasmeter volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de doorgangen van de schijven een zodanige vorm hebben dat bij toenemende relatieve rotatiehoek van de schijven het restrictieoppervlak progressief vanaf het kleinste oppervlak naar het grootste oppervlak afneemt.

10. Gasmeter volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat elke doorgang in hoofdzaak de vorm heeft van een zijaanzicht van een afbrekende druppel die om het middengebied van de betreffende schijf is gebogen, waarbij de vorm van de doorgang van een ten opzichte van een andere schijf draaibare schijf een tegengestelde oriëntatie aan die van de andere schijf heeft.

11. Gasmeter volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat elke schijf een aantal soortgelijke doorgangen heeft, waarbij elke doorgang met slechts één doorgang van een andere schijf correspondeert wanneer de schijven ten opzichte van elkaar draaien.

12. Gasmeter volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de aandrijfmiddelen een stappenmotor omvatten.