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Durchflußmesser nach dem Differenzdruck-Verfahren Bei der Durchflußmessung
nach dem Differenzdruck-Verfahren mit Hilfe von Drossel- oder Staugeräten besteht
eine quadratische Abhängigkeit des Durchflusses vom ermittelten Differenzdruck und
dem spezifischen Gewicht des zu messenden Stoffes. Um das Ergebnis der Messung planimetrieren
oder zählen zu können, ist es von Wichtigkeit, daß die Anzeigevorrichtung des Meßgerätes
eine lineare Teilung der Skala besitzt. Zu diesem Zweck wird bei den meisten für
die Durchflußmessung benutzten Differenzdruckmanometern eine Radiziereinrichtung
angewendet, welche aus der dem Differenzdruck entsprechenden Bewegung des Meßorgans
die Wurzel bildet und auf die Anzeige-, Schreib- oder Zählvorrichtung überträgt.
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Die Radiziereinrichtungen haben den Nachteil, daß es damit nicht
möglich ist, eine proportionale Teilung der Anzeigevorrichtung bis an den Nullpunkt
des Meßbereiches heran durchzuführen. Im Hinblick auf die quadratische Beziehung
zwischen Durchfluß und ermitteltem Differenzdruck muß das Ubersetzungsverhältnis
zwischen den Bewegungen vom Meßorgan und der Anzeigevorrichtung am Anfang des Meßbereiches
so groß gewählt werden, daß die auftretenden Reibungskräfte die Ausführung einer
linearen Teilung der Skala bis an den Nullpunkt nicht zulassen. Die mit Radiziereinrichtungen
versehenen Differenzdruckmesser besitzen daher einen unterdrückten Anfangsbereich
in der Skalenteilung, d. h., die proportionale Teilung beginnt erst bei einem Meßwert,
der in der Größenordnung von 1O0/o des Meßbereiches liegt. Eine bekannte Ausführungsform
der Radiziereinrichtung besteht bei Differenzdruckmessern, wie Schwimmermanometern
und Ringwaagen, aus einer vom Meßorgan betätigten Kurvenscheibe mit aufliegendem
ß'bertragungshebel für die Anzeigevorrichtung.
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Bezüglich der Abhängigkeit des mit Differenzdruckmessern bestimmten
Durchflusses vom spezifischen Gewicht des Stoffes kann festgestellt werden, daß
bei den meisten Geräten nicht die Möglichkeit besteht, den Meßbereich entsprechend
dem Zustand des zu messenden Stoffes nach dem spezifischen Gewicht zu berichtigen.
Erfahrungsgemäß sind bei der Durchflußmessung von Gasen Druckschwankungen in höherem
Maße zu erwarten als Temperaturänderungen, so daß bei der Messung von Gasen im allgemeinen
eine Druckberichtigung als ausreichend angesehen wird.
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Bei der Messung von Dämpfen ist es jedoch meistens erforderlich, eine
Berichtigung mit Hilfe eines Druck-und Temperaturmessers vorzunehmen. Es sind zwar
D ifferenzdruckmesser bekanntgeworden, bei denen das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem radizierten Differenzdruck und der Anzeigevorrichtung durch die
Betätigung eines
Druckmessers oder eines Druck- und Temperaturmessers selbsttätig verstellt wird,
so daß Schwankungen des spezifischen Gewichtes ausgeglichen werden. Die bekannten
Differenzdruckmesser mit radizierender Kurvenscheibe und selbsttätiger Berichtigung
der Anzeige unter dem Einfluß von Druck bzw. Druck und Temperatur gestatten jedoch
nur, eine Berichtigung bei geringen Schwankungen der Zustandsgrößen vorzunehmen.
So wird für eine bekanntgewordene Konstruktion dieser Art angegeben, daß nur eine
Berichtigung bei Schwankungen des Druckes im Verhältnis 1:1,5 möglich ist. In dieser
Tatsache darf wohl auch die Erklärung dafür zu sehen sein, daß Durchflußmesser mit
selbsttätiger Berichtigung der Druck- und Temperaturschwankungen nur eine geringe
Verbreiterung gefunden haben.
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Die Ursache dafür, daß es bisher nicht gelungen ist, eine selbsttätige
Berichtigung auch bei größeren Schwankungen der Zustandsgrößen durchzuführen, ist
darin zu sehen, daß bei den bekannten Einrichtungen die Radizierung mittels einer
einzigen Kurvenscheibe erfolgt. Die Steigung dieser Kurvenscheibe mußte im Hinblick
auf das quadratische Verhältnis zwischen Differenzdruck und Durchfluß im Anfang
des Meßbereiches so groß gewählt werden, daß erhebliche Reibungskräfte entstanden
und daher nur die Möglichkeit bestand, eine Übertragungseinrichtung zu betätigen,
deren tfbersetzungsverhältnis in geringen Grenzen verändert werden kann.
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Bei Anwendung von Differenzdruckmessern zur Bestimmung des Durchflusses
wurde es bisher außerdem
als Nachteil empfunden) daß es bei derartigen
Geräten nicht möglich ist, den Meßbereich entsprechend den am Einbauort vorliegenden
Betriebsbedingungen von Hand einstellen zu können. Bei der Planung von Neuanlagen
werden-gewöhnlich auf Grund vorliegender Erfahrungen die Zustandsgrößen des zu messenden
Stoffes und der zu erwartende Durchfluß angenommen.
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Auf Grund dieser angenommenen Werte wird der Differenzdruck des Drdsselgerätes
berechnet und der Meßbereich des Durcbfiußinessers festgelegt. Wenn sich dann bei
der Inbetriebnahme des Durchflußmessers herausstellt, daß die tatsächlich herrschenden
Werte mit den angenommenen nicht übereinstimmen, so kann im allgemeinen eine Fehlmessung
nur durch Änderung der Skalenteilung, bei größeren Abweichungen durch Austausch
des Drosselgerätes oder des Meßgefäßes, am Differenzdrucltmesser vermieden werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Differenzdruckmesser für die Durchflußmessung
strömender Medien, bei dem eine proportionale Teilung der Skala näher an den Anfangspunkt
des Meßbereiches heran ausgeführt wird, als es mit den bisher bekannten Mitteln
möglich war. Außerdem ist der Durchflußmesser mit einer Einrichtung zur Verstellung
des Differenzdruckbereiches versehen, die es ermöglicht, das Meßgerät mit einer
bestimmten Skalenteilung für den Durchfluß den herrschenden Betriebsverhältnissen
ohne Abänderung der Bauelemente des Gerätes anzupassen. Die Einrichtung zur Verstellung
des Differenzdruckbereiches ermöglicht es ebenfalls unter Verwendung eines Druck-
und Temperaturmessers eine selbsttätige Berichtigung der Anzeige bei schwankendem
spezifischem Gewicht des zu messenden Stoffes in einem weiteren Druck- oder Temperaturbereich
vorzunehmen, als es mit den bisher bekannten Geräten der Fall ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die radizierende Übertragung der
Bewegung des Meßorgans durch das Hintereinanderschalten von zwei Kurvenscheiben
durchgeführt wird. Hierbei lassen sich die Neigungen der Kurvenscheiben im - Anfang
des Meßbereiches so gering ausführen, daß die störenden Reibungskräfte in erträglichen
Grenzen bleiben und eine proportionale Teilung der Skala näher an den Anfangspunkt
geführt werden kann, als es mit Hilfe einer einzigen Kurvenscheibe möglich ist.
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Die Erfindung besteht außerdem darin, daß durch den radizierten Differenzdruck
eine Kurvenscheibe betätigt wird, auf welcher der Angriffspunkt für die Übertragungseinrichtung
auf das Anzeigesystem in einem verstellbaren Abstand von dem Drehpunkt der Kurvenscheibe
aufliegt.
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Weiterhin besteht die Erfindung darin, daß die Verstelleinrichtung
für die Veränderung des Differenzdruckbereiches selbsttätig in Abhängigkeit vom
spezifischen Gewicht des zu messenden Mediums erfolgen kann. Hierbei wird entsprechend
dem Einfluß der veränderlichen Zustandsgrößen durch einen Druck messer oder durch
einen Druckmesser und Temperaturmesser die Verstelleinrichtung für den Differenzdruckbereich
vorzugsweise mittels Kurvenscheiben betätigt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens zeigt die Zeichnung,
in der ein Durchflußmesser nach dem Differenzdruckverfahren dargestellt ist. Der
Differenzdruck an einer Blende wird durch das Schwimmermanometer 1 bestimmt. Die
Übertragung der Standhöhe des Schwimmers erfolgt über den Hebel 2 auf eine Kurvenscheibe
3. Die Bewegung
dieser Kurvenscheibe wirkt über die Achse 4 und den Hebel 5 auf eine
zweite Kurvenscheibe6 an einem zweiarmigen Hebel 7, der an dem Punkt 8 drehbar gelagert
ist.
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Die beiden Kurvenscheiben 3 und 6 sind so ausgelegt, daß eine quadratische
Beziehung zwischen der Drehbewegung des Hebels 7 und dem Hub des Schwimmermanometers
erfolgt. Die Auslenkung des Hebels 7 stellt also ein Maß des zu messenden Durchflusses
dar.
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Durch das Hintereinanderschalten der beiden Kurventriebe 2-3 und
5-6 lassen sich die Neigungen der Kurvenscheiben geringer ausführen, als es bei
Verwendung einer einzigen Kurven scheibe möglich wäre. Es wird hierdurch erreicht,
daß die Reibungskräfte auch im Anfang des Meßbereiches gering bleiben und daß die
Skala in proportionaler Teilung näher an den Anfangspunkt des Meßbereiches herangeführt
werden kann, als es bei einer Radiziervorrichtung durch eine einzige Kurvenscheibe
ausführbar ist. Während es bei normalen Geräten mit einer einzigen Kurvenscheibe
als Radiziervorrichtung nur möglich ist, mit einer proportionalen Teilung der Skala
bei etwa iOO/o des Meßbereiches zu beginnen, läßt sich gemäß der Erfindung bei Verwendung
von zwei hintereinandergeschalteten Kurvenscheiben bereits eine proportionale Teilung
von etwa S0lo des Meßbereiches an ausführen.
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Der Hebel 7 trägt auf dem der Kurvenscheibe 6 entgegengesetzt gerichteten
Hebel arm eine Kurvenscheibe 9. Auf dieser Kurvenscheibe ist mit Hilfe des Verstellhebels
10 der Angriffspunkt 11 für die Anzeigevorrichtung 13 beweglich gelagert. Durch
Bewegung des Hebels 10 in Pfeilrichtung wird der Abstand zwischen dem Angriffspunkt
11 für die Zeigerübertragung und dem Drehpunkt 8 der Kurvenscheibe 9 verändert und
dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehbewegung des den Meßwert übertragenden
Hebels 7 und der Anzeigevorrichtung 13 verändert.
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Die Betätigung des Verstellhebels 10 erfolgt mittels der Bourdonfeder
14 eines Manometers, welches den Druck des zu messenden gasförmigen Mediums ermittelt.
Hierdurch wird eine Berichtigung der Anzeige des Durchflußmessers in Abhängigkeit
von dem Druck des zu messenden Mediums herbeigeführt. Die Übertragung der Auslenkung
der Bourdonfeder 14 auf den Verstellhebel 10 geschieht mittels einer Kurvenscheibe
15 entsprechend der Abhängigkeit des zu messenden gasförmigen Durchflusses von dem
Druck des Mediums. Durch die erfindungsgemäße Anwendung zweier hintereinandergeschalteter
Kurvenscheiben in der Radiziereinrichtung ist es gelungen, eine selbsttätige Berichtigung
der Anzeige bei Druckschwankungen im Bereich 1: 4 durchzuführen, ohne daß die auftretenden
Reibungskräfte eine Überschreitung des zulässigen Anzeigefehlers verursachen.
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Das dargestellte Beispiel zeigt eine Durchflußmessung für Gase, bei
der erfahrungsgemäß Druckschwankungen in höherem Maße zu erwarten sind als Temperaturänderungen.
Bei der Durchflußmessung von Dämpfen jedoch ist es erforderlich, daß auch eine Korrektur
des Meßergebnisses in Abhängigkeit von der Temperatur vorgenommen wird. In diesem
Fall wird man zweckmäßig die Betätigung der Verstelleinrichtung für den Meßbereich
durch ein Manometer und ein Thermometer vornehmen, welche in geeigneter Weise über
ein Differentialhebelsystem den Verstellhebel 10 betätigen. Hierbei werden zweckmäßig
die den Zustand des Mediums ermittelnden Meßgeräte,
wie Manometer
und Thermometer, über Kurvenscheiben auf den Verstellhebel 10 einwirken.
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PATENTANSPj{ÜC}1E 1. Durchflußmesser mit einem den Differenzdruck
an einem Drossel- oder Staugerät erfassenden Meßorgan, welches mit Hilfe einer radizierenden
Übertragungseinrichtung eine dem Durchfluß linear zugeordnete Anzeige ergibt, dadurch
gekennzeichnet, daß die dem Differenzdruck entsprechende Bewegung des Meßorgans
durch die Hintereinanderschaltung zweier Kurvenscheiben (3 und 6) radiziert wird.