DE2122585A1

DE2122585A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Gasströmung

Info

Publication number: DE2122585A1
Application number: DE19712122585
Authority: DE
Inventors: John van; Milliron Albert R.; Columbus Ohio Dyke (V.StA.)
Original assignee: Columbia Gas System Service Corp
Current assignee: Columbia Gas System Service Corp
Priority date: 1970-05-07
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1971-12-02
Also published as: NL7106205A; US3633416A; BE766712A; GB1308769A; FR2088409B1; FR2088409A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK, BREITE STRASSE 52-54

5. Mai 1971 Cz./Al.

Anmelder: COIUMBIA GAS SYSTEM SERVICE CORPORATION, 20 Montchanin Road, Wilmington, Delaware, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Gasströmung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des gesamten Gasvolumens bzw. der gesamten Gasmenge, das bzw. die aus einer Gasversorgungsleitung entnommen wird. Im besonderen betrifft die Erfindung ein System zum Vorsehen einer Gasströmung bei konstantem Druck zu einer Verbrauchsstelle von einer Gasversorgungsleitung, durch welche Gas mit sich änderndem Druck fließt, wobei das System eine Vorrichtung zum Messen des gesamten abgenommenen bzw. verbrauchten Gasvolumens einschließt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfinüng besteht darin, den Gasdruck zu steuern und' die Strömung des von einer Versorgungsleitung entnommenen Gases zu messen. Eine andere Aufgabe besteht darin, ein Meßsystem in einer Gasversorgungszweigleitung eines Gasverteilungssystems vorzusehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in dem Messen des gesamten von einer Versorgungsleitung entnommenen Gasvolumens mit einem hohen Genauigkeitsgrad, um eine Basis für zahlende Verbraucher bzw. Abnehmer vorzusehen.

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« Lübeck (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wildcen, Curau (04505) 210 ■ Dipl.-Ing. Th. Wlldcen, Lübeck (0451) 2 51 59 Banki Commerzbank A. G., FiI. Lübeck, Klo.-Nr. 39 0187 Postscheck: Hamburg 1381 19

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens sum Messen des Betrages eines Gasstromes, der von einer Versorgungsleitung entnommen wird. Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Bedarf eines Verbrauchers aus der Gaslieferung einer GasgsSeilschaft für Jede Zeitdauer bzw. Zeitspanne zu messen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Gassteuer- und ein Gasmeßregulatorsystem in einer Gasversorgungsleitung vorgesehen. Gas strömt von einer Quelle durch eine Hauptübertragungs- oder Verteilungsleitung zu einer Mehrzahl von Zweigversorgungsleitungen. Di< hq Zweigleitungen dienen zur Lieferung des Gases zu Verteilern und Abnehmern bzw. Verbrauchern. Das Gas in diesen Leitungen strömt unter sich ändernden Drücken, und ein Steuerregulator ist in der Zweigleitung vorgesehen, um Gas in einem Zwischenbereich bei einem konstanten Druck abwärts zu einer Zwischenleitung oder einer Kammer zu w liefern. Das Gas mit dem zwischengeschalteten konstanten Druck strömt von der Zwischenleitung durch einen Meßregulator zu einer Entnahme leitung und dann zum Verbraucher, wobei der Meßregulator den herrschenden Druck auf denjenigen Druck reduziert, den der Verbraucher wünscht. Der Meßregulator schließt eine bewegliche Ventilscheibe ein, die mit einer festen Ventilsitzfläche zusammenarbeitet, um eine veränderbare ringföruige Austrittsfläche zu bilden. Die veränderbare ringförmige Austrittsfläche besteht aus einer zylindrischen öffnung, deren Fläcru <*r sehnet werden kann

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durch Multiplizieren des Umfanges der festen Austrittsfläche mit dem linearen Abstand der Ventilscheibe, wenn diese vom Ventilsitz abgehoben ist. Die Ventilscheibe ist daher in der Lage, die Gasströmung durch die Austrittsfläche bzw. AustrittsÖffnung zu ändern, um den konstanten Druck in der Entnahmeleitung zu erhalten. Wenn der Einlaßdruck zum Meßregulator konstant ist, befindet sich die Stellung der Ventilscheibe in jedem Augenblick in fester Beziehung zu dem Wert bzw. Betrag, bei dem das Gas durch die veränderbare Austrittsfläche des Meßregulators strömt.

Ein Armaturenteil eines elektrischen Wandlers ist mechanisch verbunden, um bewegt werden zu können, wenn sich die Ventilscheibe in dem Meßregulator bewegt. Der Wandler ist vom Hall-Effekt-Typ, dem ein konstanter Gleichstromeingang aufgedrückt ist, und, wenn die Stellung der Ventilscheibe infolge der Gasströmung in der Entnahmeleitung geändert ist, ist ebenfalls die Stellung des Armaturenteils in dem Kern geändert und somit auch das magnetische Feld darin. Die Veränderung des Feldes ändert den Widerstand des Hall-Effekt-Elementes in lern Wandler, und das ändert auch die elektrischen Charakteristiken des Wandlers. Diese sich ändernden Charakteristiken erzeugen ein sich änderndes Ausgangssignal vom Hall-Effekt-Element, welches eine Funktion der Ventilscheibenstellung und des Betrages der Gasströmung ist.

Eine Integrator-und Sammleranordnung empfängt die sich ändernden Ausgangssignale und integriert die Signale über der Zeit, um

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das gesamte durch den Meßregulator strömende Gasvolumen zu errechnen, aufzuzeichnen und eine Anzeige des gesamten Volumens zusammenzustellen. Somit ist ein Meßsystem mit hoher Genauigkeit in einer Gasversorgungsleitung vorgesehen, das zur Benutzung als Basis für zahlende Verbraucher geeignet ist und das geeignet ist zum Anzeigen des augenblicklichen Gasströmungsbetrages und zum Anzeigen des Bedarfs bzw. Verbrauchs an Gas für einen Verbraucher über eine Zeitspanne bzw. Zeitdauer.

Der Aufbau des bevorzugten Ausführungsbeispieles wie auch seine Vorteile, die sowohl ein genaues Messen der Gasströmung als auch die Einfachheit des Aufbaues und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung des Ausführungsbeispieles einschließen, werden aus der folgenden Beschreibung klarer werden, wenn diese in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung betrachtet wird. Es zeigen:

. Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt des Meßregulators und des Wandlers,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der linie 3-3 der Figur 2.

In Figur 1 ist ein Gasströmungsmeßsystem 10 dargestellt. Eine Versorgungszweigleitung 18 erstreckt sich von einer Hauptverteilerleitung zu einem Steuerregulator 12, der über ein Zwischenrohr 14 mit einem Meßregulator 16 verbunden ist, von dem das Gas in eine Entnahmeleitung 20 zur Verbrauchsstelle bzw. Abnahmestelle strömt.

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Der Steuerregulator 12 empfängt Gas von der Versorgungsleitung mit sich änderndem Druck und arbeitet so, daß ein konstanter Entnahmedruck in dem Zwischenrohr 14 erhalten bleibt. Der Meßregulator 16 empfängt die Gasströmung mit dem konstanten Zwischendruck vom Rohr 14 und liefert Gas zur Verbrauchsstelle durch die Leitung 20 bei einem konstanten Druck, der etwas geringer ist als der Zwischendruck in der leitung 14 und dem Regulator

Der Meßregulator 16 schließt, wie in Figur 2 angedeutet, ein Ventilelement 66 ein, das beweglich montiert und angepaßt ist, um den Druck des Gases zu steuern, welches zum Meßregulator geliefert wird. Wenn der Gasdruck in der Zwischenleitung 14 konstant gehalten wird, ist die Stellung des Elementes 66 in jedem Augenblick proportional zum Betrag der Gasströmung durch das Ventil in dem betreffenden Augenblick. Ein elektrischer Wandler 22 ist arbeitsfähig mit der runden Ventilscheibe verbunden und erzeugt ein sich änderndes Ausgangssignal aufgrund der Ventilscheibenbewegung, welches Signal daher eine Funktion des Betrages der Gasströmung ist.. Der Wandler ist mit einem eUctrischen Integrator- und Schreibsystem 24 zusammengeschaltet, das fähig ist, das Wandlerausgangssignal über der Zeit zu integrieren und das Signal als Ausdruck des Gasvolumens zu summieren, und zwar jeweils mit einer ausreichenden Genauigkeit, um eine Basis für die Bezahlung des empfangenen Gases vorzusehen, das durch den Regulator strömt.

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Der Steuer- und der Meßregulator sind von gleichem Aufbau, so daß nur der Aufbau des Meßregulators 16 im einzelnen dargestellt und beschrieben ist. Der Körper bzw. das Gehäuse des Regulators ist aus zwei Gehäuseteilen 26 und 28 mit entsprechenden Umfangsflanschen 38 bzw. 40 gebildet, die in übereinandergelegter Weise durch Bolzen-Mutter-Verbindungen zusammengehalten werden»

w Die Gehäuseteile sind im allgemeinen schüsselförmig ausgebildet, und eine flexible Membran 32 ist zwischen ihnen angeordnet und durch die Umfangsflansche 38,40 in ihrer lage festgeklemmt. Die Flansche und der uJafangsmäßige Rand der Meabran arbeiten so zusammen, daß eine gasdichte Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen gebildet ist«

Das Gehäuseteil 26 schließt in seinem Scheitelbereich eine Ausbuchtung 36 ein, die eine Gewindebohrung 42 aufweist. Eine ein vorgespanntes Federventilglied 45 einschließende Entlüftung 44 ist in dem Gehäuseteil 26 vorgesehen, wobei das Glied 45 in einer Ventilöffnung 47 sitzt. Die Entlüftung 44 öffnet sich zur Atmosphäre, wodurch das Gehäuseteil 26 und die Membran 32 zusammenarbeiten, um eine Entlüftungskammer 46 zu bilden. Auf der Entlüftungsseite der Membran 32 ist eine verstärkende Pfanne 50 befestigt, die angepaßt ist, das Ende einer Regulatoreinstellfeder 52 in tragender Beziehung aufzunehmen. Die Feder 52 erstreckt sich axial durch die Gewindebohrung 42, und eine Einstellkappe greift in das Ende der Feder innerhalb der Bohrung ein. Die

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Kappe 54 besitzt einen Gewindeumfang und ist angepaßt, um in der Gewindebohrung verschraubt zu werden, wodurch die Zusammendrückung der Feder 52 geändert werden kann, so daß eine gewünschte Vorspannung oder eine Bezugskraft auf die Membran wirken kann. Nachdem die Einstellung der Feder 52 auf die gewünschte Bezugskraft vorgenommen worden ist, wird eine Schutzkappe 56 in das Oberende der Ausbuchtung 36 eingeschraubt, die wirksam ist, die Bohrung 52 zu schließen und somit die Verfälschung der Einstellkappe 54 oder der Feder zu verhindern.

Die Membran 32 arbeitet mit dem Gehäuseteil 28 zusammen, um eine Druckkammer 48 zu bilden. Ein Ventilkammerglied 58, das einen Gaseinlaßschlitz 60 und einen Gasauslaßschlitz 62 einschließt, ist am Umfang des Gehäuseteiles 28 angeordnet und kommuniziert mit der Druckkammer 48. Ein Durchgang 59 ist in der Ventilkammer 58 zwischen dem Einlaßschlitz 60 und dem Auslaßschlitz 62 gebildet, um eine Regulierung der Gasströmung vom Einlaßschlitz zur Kammer 48 und zum Auslaßschlitz 62 zu erlauben. Ein ringförmiges Ventilsitzglied 64 ist auf der Peripherie des Durchganges 59 vorgesehen, und ein eine Ventilscheibe 68 einschließendes Ventilelement 66 ist arbeitsfähig dem Ventilsitz 64 zugeordnet, und zwar zum Steuern der Gasströmung durch den Durchgang vom Einlaßschlitz zum Auslaßschlitz. Eine GasSteuerzone, die eine Steueraustrittsöffnung bzw. eine Steueraustrittsfläche vorsieht, ist zwischen der Ventilscheibe 68 und dem Ventilsitzglied 64 innerhalb der Ventilkammer 58 definiert und ist eine Verlängerung des Durchgangs 59 zur Ventilsitzfläche 64. Der Wert der

Gasströmung durch den Durchgang 59 wird durch die relative Größe dieser Austrittsfläche gesteuert; und zwar wird durch Bewegen des Ventilelementes 66 in bezug auf den Durchgang 59 die Größe der Gasströmungssteuerzone, und damit die Größe der Austrittsfläche 59, verändert, um die in die druckwahrnehmende bzw. druckabtastende Kammer 48 einströmende und aus dem Schlitz 62 ausströmende Gasströmung zu regulieren. Die Scheibe 68 ist angepaßt, um gegen den Sitz 64 zur Anlage zu kommen und einen gasdichten Sitz mit diesem zu bilden, um Gasströmung zum Auslaßschlitz 62 zu verhindern, wenn in der Entnahmeleitung 20 keinerlei Gasströmung stattfindet.

Die Bewegung des Ventils 66 wird durch die Bewegung der Membran aufgrund von Druckänderungen in der Druckkammer 48 und dem Auslaßschlitz 62 gesteuert. Ein Hebelsystem 70 ist angeordnet zwischen der Membran 32 und dem Ventilelement 66, um eine Übertragung der Bewegung von der Membran zum Ventil zu bewirken.

Das System 70 schließt ein Basisglied 72 ein, das auf der Druckseite der Membran 32 befestigt ist und einen versetzten Hebelarm 74 aufweist, der verdrehbar in dem Inneren des Gehäuseteiles 28 bei 76 befestigt ist. Ein anderer Hebelarm 78 ist an seinem freien Ende mit einem Ventilschaft 80 des Ventilelementes 66 bei 82 verbunden. Somit wird Jede Bewegung der Membran 32 zum Hebelsystem 70 übertragen werden und wird infolgedessen fähig sein, das Ventilelement 66 in Kontakt mit dem Ventilsitz zu

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bringen und von diesem wieder zu lösen.

Es wird nun die Arbeitsweise des Steuerregulators beschrieben.

Die Feder 52 wird durch die Kappe 54 eingestellt, um der Membran 32 über die Verstärkungspfanne 50 eine anfängliche Vorspannkraft oder Bezugskraft aufzuerlegen. Diese nach unten gerichtete Vorspannung wirkt auf das Hebelsystem 70, um das Ventil zu öffnen, d.h. das Ventilelement 66 vom Ventilsitz 64 abzuheben, wodurch die den Zwischendruck abtastende bzw. wahrnehmende Kammer 48 des Steuerregulators mit einem vorbestimmten Gasdruck beaufschlagt wird und wodurch es dem Gas mit dem gesteuerten Druck erlaubt ist, durch den Auslaßschlitz 62 zu strömen. Der Gasdruck in der Versorgungsleitung 18 neigt von Zeit zu Zeit dazu, sich zu ändern, daher würde dies, wenn keine Steuerung stattfände, zur Änderung des Druckes gegenüber dem konstanten Druck führen, welcher konstante Druck in dem Auslaßschlitz 62 des Steuerregulators und in dem Zwischenrohr 14 gewünscht wird, wie er durch die anfänglich·, durch die Feder 52 auferlegt· Tor spannung vorbe stint ist, wobei die Membran 32 durch ein· nach oben gegen die Feder gerichtet· Bewegung anspricht, wie in Figur 2 zu sehen ist. Wenn sich die Membran aufwärts bewegt, veranlaßt das Hebelsystem 70 das Ventil 66, sich näher an den Sits 64 heranzubewegen, wodurch sich die Größe der Austrittsfläche 69 und der Betrag der Gasströmung verringert, d.h. das durch den Durchgang 59 und die Austrittsflächen 69 in die Zwischenkammer 48 in einer gegebenen Zeitperiode strömende Gasvolumen, um den Druck darin effektiv

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zu reduzieren und dadurch einen konstanten Auslaßdruck zu erhalten. Sollte andererseits der Druck in dem Auslaßschlitz 62 und der Leitung 14 unter den vorbestimmten Druck abfallen, wird entsprechend der Druck in der Zwischenkammer 48 absinken. Als ein Ergebnis des Abfallens des Druckes in der Zwischenkammer 48 wird der Widerstand zur Ausdehnung der Feder 52 verringert werden, und dadurch wird sich die Membran abwärts bewegen,und über k das Hebelsystem 70 das Ventil 66 veranlassen, sich von seinem Sitz 64 wegzubewegen, um eine vergrößerte bzw. vermehrte Gasströmung in die Regulatorkammer 48 zu erlauben. Diese vermehrte Strömung vergrößert den Druck in der Karaer 48, bis der durch die Feder 52 auferlegte anfängliche Vorspannungsdruck erhalten wird. Somit bleibt der vorbestimmte konstante Zwischendruck am Auslaßschlitz 62 und im Zwischenrohr 14 erhalten.

Wenn Gas nicht kontinuierlich aus dee System entnommen wird, wird der Druck in der lamaer 48, in dem Auslaßßchlitz 62 und in dem " Rohr 14 bis zu einem Punkt zunehmen, bei dem der Durchgang 59 vollständig durch die Ventilscheibe 68 geschlossen ist, so daß die Gasströmung in das System abgesperrt ist.

Es wurde festgestellt, daß, wenn ein konstanter Druck zum Einlaßschlitz eines Regulators vom hier beschriebenen Typ geliefert wird, der Regulator als ein Meßinstrument arbeiten kann, da der Abstand zwischen der Fläche der Ventilscheibe 68 und dem Ventilsitz 64, und somit die Größe der Austrittsfläche 69, proportional ist dem Gasvolumen, das aus dieser Austrittsfläche

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- 11 unter einem vorbestimmten konstanten Druck ausströmt.

Daher ist ein zweiter Regulator 16 zwischen dem Steuerregulator 12 und dem Entnahmerohr für den Abnehmer bzw. der Entladungsleitung 20 eingefügt. Das Zwischenrohr 14 liefert den zwischengeschalteten konstanten Gasdruck vom Steuerregulator 12 zum Einlaßschlitz 60 des zweiten oder Meßregulators 16.

Der Meßregulator 16 ist im wesentlichen vom gleichen Aufbau wie der Steuerregulator 12. Jedoch schließt er einen elektrischen Wandler 22 ein, der betriebsfähig mit der Ventilscheibe 68 zum Umwandeln der Bewegung des Ventilelementes 66 in ein elektrisches Signal verbunden ist.

In einem bevorzugten, in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Wandler 22 gezeigt, der aus einem äußeren Gehäuse 90 besteht und an der Ventilkammer 58 angrenzend an den Einlaßschlitz 60 an der Stelle 92 befestigt ist, die direkt gegenüber und konzentrisch zum Durchgang 59 und dem Ventilsitz 64 liegt. Ein Armaturenteil 94 ist verschiebbar innerhalb des Wandlers gelagert und schließt ein Schaftglied 96 ein, das sich in die Kammer 58 und durch den Durchgang. 59 zur Verbindung mit der Ventilscheibe 68 erstreckt. Während die Verbindung zwischen den Gliedern 96 und 68 durch irgendeinen geeigneten Mechanismus hergestellt werden kann, wird das Armaturenteil im dargestellten .Ausführungsbeispiel durch ein Federglied 98 gegen die Scheibe gedrückt. Das Armaturenteil ist in einem Kappenglied 100 einge-

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schlossen, das einen Gasverlust verhindert und das eine Anlagefläche für die Feder 98 vorsieht. Somit wird, wenn das Ventilelement 66 des Meßregulators 16 sich infolge des ändernden Gasbedarfs bewegt, wie nachstehend genauer beschrieben wird, das Armaturenteil 94 des Wandlers entsprechend bewegt. Da die Stellung des Ventilelementes proportional zur Größe der ringförmigen Austrittsfläche 69 und zum Betrag der Gasströmung durch diese Fläche ist, wird die relative Stellung des Armaturenteils eine Funktion dieser Parameter sein.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird ein Hall—Effekt-Wandler benutzt. Diese Art elektrischer Elemente arbeitet nach dem allgemein bekannten Prinzip, daß, wenn eine dünne Platte aus Widerstandsmetall einem magnetischen Feld ausgesetzt ist, sich der Metallwiderstand im Verhältnis zur Stärke des Feldes ändert. Daher wird, wenn z.B. ein konstanter Steuerstromeingang einer Gleichstromquelle auf ein Hall-Effekt-Element gegeben wird, wenn ein umgebendes magnetisches Feld geändert wird, das Element elektrische Signale erzeugen, die sich im Verhältnis zum magnetischen Feld ändern werden. Diese Signale umfassen einen sich ändernden Gleichstrom-Ausgangsstrom und eine sich ändernde Spannung über dem Element.

In dem dargestellten speziellen Wandler ist ein im allgemeinen toroid-förmiger Kern 102 aus Ferritmaterial vorgesehen. Der Kern wÄist zwei Polflächen 104 und 106 und elektrische Windungen um seinen Umfang auf, die an eine Gleichstromquelle angeschlossen

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sind, wodurch ein magnetisches Feld über dem Luftspalt 108 erzeugt wird. Ein konventionelles Hall-Effekt-Element oder- platte (nicht gezeigt), das bzw* die relativ dünn und im allgemeinen rechteckig geformt ist, ist auf einer der Polflächen angeordnet. Ein Aderpaar 109,110 ist zu den gegenüberliegenden Enden der Platte geschaltet, um einen konstanten Stromeingang zur Platte vorzusehen. Das Armaturenteil 94 ist in dem Luftspalt 108 zwischen den Polflächen 104,106 angeordnet und schließt Magnete auf seinem Umfang ein.

Wenn das Armaturenteil mit dem Ventilelement 66 bewegt wird, werden die Magnete 112 mehr oder weniger magnetische Kraftlinien in dem Luftspalt 108 zwischen den Polflächen 104,106 schneiden, und dies ändert das magnetische Feld, dem das Hall-Effekt-Element unterworfen ist. Wie schon ausgeführt wurde, ändert sich der Widerstand dieses Elementes mit dem Feld und dadurch wird der konstante Stromeingang in ein veränderliches Ausgangssignal umgewandelt. Dieses Signal ist eine Funktion des Gasvolumens, das durch den Durchgang 59 und durch die veränderbare Austrittsfläche 69 strömt, da die Stellung des Ventilelementes 66 und die Stellung des Armaturenteils 94 eine Funktion des Betrages dieser Strömung sind.

Der veränderbare Ausgangsstrom vom Wandler ist ein Gleichstrom und kann "summiert" werden, d.h. der Stromfluß kann gespeichert und summiert werden mit einem hohen Genauigkeitsgrad. Diese

dann
Summierung kann/als Basis für die Abrechnung mit dem Abnehmer

bzw. Verbraucher benutzt werden, da die Summierung proportional

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-H-ist der gesamten Gasströmung durch den Meßregulator.

Die Summierung wird durch das Signalintegrations- und Schreibsystem bzw. Aufzeichnungssystem 24 bewirkt,· das in Figur 1 angedeutet ist. Dieses System benutzt einen Entladekondensator, der den Ausgangsstromfluß vom Wandler als eine Zeitbasis empfängt, und zwar für die Integration des Signals über der Zeit, und von einem Vergleicherkreis, um einen elektromechanischen Zähler in Gang zu setzen, der das Signal als Ausdruck des Gasvolumens wiedergibt und eine visuelle Ablesung der Wiedergabe vorsieht. Nachstehend ist die Arbeitsweise des MeSregulators, des Wandlers und des Integrators erläutert.

Die Ventilscheibe 68 in dem Meßregulator 16 ist mit einem vorbestimmten Abstand vom Ventilsitz 64 durch die Einstellfeder 52 und das Hebelsystem 70 eingestellt, um einen vorbestimmten Basisdruck in der Kammer 48 zu erhalten, wobei dieser Druck etwas niedriger ist als der Zwischendruck des Gases, das vom Zwischenrohr 14 geliefert wird. Wenn Gas mit veränderlichen Strömungswerten vom Verbraucher aus dem System durch die Leitung aus dem Auslaßschlitz 62 des Regulators entnommen wird, wird der Druck in der Kammer 48 dazu neigen, sich entsprechend zu verändern. Jedoch arbeiten dann die Membrane 32 und das Hebelsystem 70 in dem Meßregulator, um das Ventil 66 in dsr passenden Weise zu bewegen, um mehr oder weniger Gas durch die Austrittsfläche 69 strömen zu lassen und dadurch den gewünsent~n konstanten Druck in der Kammer 48 und dem Auslaß 62 zu erhalten, wenn das Volumen

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oder der Betrag der Gasströmung durch die Leitung 20 schwankt. Die Stellung des Ventilelementes 66 in bezug auf den Ventilsitz 64 bestimmt und ist eine Funktion der Fläche der veränderlichen ringförmigen Austrittsfläche 69 und des Betrages der Gasströmung dadurch, wenn der Gaseinlaßdruck und der Gasauslaßdruck an der Austrittsfläche an ihren vorbestimmten Druckventilen konstant gehalten werden. Diese Stellung wird durch das Armaturenteil 94 übertragen, um ein sich änderndes elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, wie oben erläutert ist. Dieses Signal wird dann vom Integrations- und Aufzeichnungssystem 24 zum Summieren der Gasströmung durch den Meßregulator benutzt.

Der Wandler 22 ist auch mit einem Perlthermistor versehen, der in Bereichen mit großen Temperaturänderungen bzw. Temperaturschwankungen benutzt wird. Der Thermistor ist in dem Gasstrom im Auslaßschlitz 62 in einem Bereich angeordnet, in dem er empfindlich auf die Temperatur des durchströmenden Gases anspricht und ein zusätzliches elektrisches Eingangssignal zum Integratorschaltkreis des Integrationssystems 24 überträgt, um Änderungen in der Gastemperatur automatisch zu korrigieren.

Die vorliegende Erfindung ist anpaßbar bzw. abwandelbar, um in zusätzlicher Art und Weise und mit anderen Ausrüstungen zu arbeiten, so kann beabsichtigt sein, daß eine Ablesung des augenblicklichen Betrages der Gasströmung mit Hilfe eines Monitors vorgenommen werden kann. Da sich ebenfalls die Spannung über dem Hall-Effekt-Element ändert, wenn das magnetische Feld in dem Wandler verändert wird, wird die genannte Spannung proportional

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den Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche bei jedem Zeitpunkt sein. Ein Voltmeter kann dann benutzt werden, um diese Spannung durch die Adern 114,116 dem Monitor zuzuführen. Das Voltmeter kann geeicht sein, um eine Ablesung des Gasvolumens pro Zeiteinheit vorzusehen, um den augenblicklichen Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche 69 zu bestimmen, oder es kann auch ein Meßsystem vorgesehen sein, das das Gasvolumen anzeigt, das für jede gewünschte Zeitspanne verbraucht wurde.

Somit ist ein Meßsystem vorgesehen, das die Gasströmung durch einen Regulator summieren wird, wenn Gas aus einer Zweiglieferleitung eines Verteilersystems an einen Verbraucher abgegeben wird, Der Meßregulator mißt das gesamte Gasvolumen mit einem hohen Genauigkeitsgrad derart, daß seine Anzeige als Abrechnungsbasis für den Verbraucher benutzt werden kann. Dies wird erreicht durch eine einzige Messung bzw. durch einen Meßvorgang, die bzw. der dann direkt als eine Messung des Strömungsbetrages interpretierbar ist aufgrund der Benutzung von zwei Druckregulatoren in dem ™ Gasverteilersystem.

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Claims

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5. Mai 1971 Cz./Al.

Anmelder: COLUMBIA GAS SYSTEM SERVICE CORPORATION, 20 Montchanin Road, Wilmington, Delaware, USA

Patentansprüche

(Iy System zum Messen von Gasströmen, gekennzeichnet durch einen Meßregulator mit einer Gaseinlaßöffnung und einer Gasentnahmeöffnung, durch eine Einrichtung zum Liefern von Gas unter konstantem Druck durch die Einlaßöffnung des Regulators, durch eine Ventileinrichtung zwischen der Einlaßöffnung und der Entnahmeöffnung, die eine Austrittsfläche einschließt, durch die Gas von der Einlaßöffnung zur Entnahmeöffnung strömt, und die ein bewegliches Ventilelement einschließt, das in der Lage ist, den Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche zu ändern, durch eine Einrichtung zum Steuern der Stellung des Ventilelementes aufgrund von Gasdruckänderungen in der Entnahmeöffnung, wodurch ein vorbestimmter Gasdruck in der Entnahmeöffnung erhalten bleibt und wodurch die Stellung des Ventilelementes den Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche bestimmt, und durch eine Meßeinrichtung, die angepaßt ist, den Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche als eine Funktion der relativen Stellungen des Ventilelementes zu messen und aufzuzeichnen.

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* lebeck (0451) 7 5888, Privat, Dr. H. Wilcfcen, Curau (04505) 210 · Dlpl.-Ing. Th. Wilden, Lübeck (045T) 2 51 59 Bank ι Comm«rzbank A. G., FiI. LObtck, Kto.-Nr. 39 0187 Postscheck: Homburg 1381 19

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen HaIl-Effekt-Wandler mit einem Armaturenteil einschließt, das arbeitsfähig mit dem Ventilelement in Verbindung steht, um sich gleichzeitig mit ihm zu bewegen, wodurch das Ausgangssignal des Hall-Effekt-Wandlers gemäß dem Betrag der Gasströmung durch die Austrittsfläche verändert wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Integratoreinrichtung einschließt, die betriebsfähig mit dem Wandler zum Integrieren des Signals über der Zeit und dadurch zum Bestimmen des Gesamtbetrages der Gasströmung durch die Austrittsfläche zusammengeschaltet ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Einrichtung einschließt, die mit der Integratoreinrichtung zum Aufzeichnen des integrierten Wandlerausgangs-= signals und zum Vorsehen einer Ablesung des Signals als Ausdruck des Gesamtbetrages der Gasströmung betriebsfähig in Verbindung steht.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Einrichtung einschließt, die mit dem Wandler zum Messen des augenblicklichen Betrages der Gasströmung durch die Austrittsfläche zusammengeschaltet ist.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Armaturenteil einen Schaft einschließt, der sich durch die Austritts-

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öffnung erstreckt und mechanisch mit dem Ventilelement in Verbindung steht.

7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Einrichtung einschließt, die mit dem Wandler zum Messen des Bedarfs des Gases betriebsfähig verbunden ist, welches Gas durch die Austrittsfläche während einer Zeitdauer bzw. Zeitspanne strömt.

8. Gasliefer- und Meßsystem zur Abgabe von Gas aus einer Versorgungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus der Versorgungsleitung mit sich ändernden Drücken ausströmt und in eine Entnahmeleitung unter konstantem Druck einströmt, und weiter gekennzeichnet durch eine Steuerregulatoreinrichtung zur Aufnahme von Gas aus der Versorgungsleitung und zur Abgabe von Gas daraus mit einem konstanten vorbestimmten Druck, durch eine Meßregulatoreinrichtung mit einer Gaseinlaßöffnung, die angepaßt ist, die Gasströmung mit konstantem Druck vom Steuerregulator aufzunehmen, und einer Gasauslaßöffnung, die angepaßt ist, das Gas vom Meßregulator in die Abgabeleitung bzw. Entnahmeleitung abzugeben, durch Ventileinrichtungen, die zwischen den genannten Öffnungen zum Regulieren der Gasströmung dazwischen arbeiten, durch Mittel in dem Regulator zum Betätigen der Ventileinrichtung aufgrund des Gasdruckes in der Entnahmeleitung, um den Betrag des Gases zu steuern, das von der Auslaßöffnung zur Entnahmeleitung gelangt, wodurch die Bewegung der Ventileinrichtung eine Funktion de^&nderungen des Betrages der Gasströmung zwischen den Öffnungen ist, und durch eine Wandlereinrichtung, die mit der Ventil-

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einrichtung zwecks Messung und Aufzeichnung des Betrages der Gasströmung von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung zusammengeschaltet ist.

9. Regulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Ventilsitzglied und eine Ventilscheibe auf dem Ventilelement einschließt, wobei die Scheibe zwecks Schließung des Ventils mit ihrer Fläche entsprechend zum Ventilsitzglied ausgerichtet ist, wobei die Bewegung der Ventilscheibe in bezug auf das Ventilsitzglied die Gasströmung durch die Austrittsfläche des Ventils steuert, und daß die Meß- und Aufzeichnungseinrichtung ein Armaturenteil einschließt, das mechanisch so angeordnet ist, um sich gleichzeitig mit der Ventilscheibe bewegen zu können.

10. Regulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Aufzeichnungseinrichtung weiter eine Einrichtung zum Summieren der Gasströmung durch die Austrittsfläche als eine Funktion der Hall-Effekt-Änderungen einschließt.

11. Gasmeßregulator, dadurch gekennzeichnet, daß er einschließt eine Gaseinlaßöffnung und eine Gasauslaßöffnung, eine Ventileinrichtung, die arbeitsfähig zwischen den öffnungen zum Regulieren der Gasströmung dazwischen angeordnet ist, wobei die Ventileinrichtung eine Austrittsfläche und ein bewegliches Ventilelement aufweist, welches die Gasströmung durch die Austrittsfläche steuert, eine Einrichtung zum Bewegen des Ventilelementes, um

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Änderungen der Gasströmung durch die Auslaßöffnung zu erzeugen, wodurch die Strömung zwischen den öffnungen verändert wird, um einen konstanten Druck an der Auslaßöffnung zu erhalten, eine Einrichtung, die dem Ventilelement zwecks Messung und Aufzeichnung des Betrages der Gasströmung durch die Austrittsfläche zugeordnet ist, wodurch, wenn Gas in die Einlaßöffnung mit einem konstanten Druck eingeführt wird, die Stellung des Ventilelementes eine Punktion des Betrages ist, bei dem das Gas zwischen den Öffnungen fließt, und wobei die Meß- und Aufzeichnungseinrichtung das durch die Austrittsfläche strömende Gasvolumen als eine Funktion der Stellung des Ventilelementes bestimmt,

12. Regulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Aufzeichnungseinrichtung einen Hall-Effekt-Wandler einschließt, bei dem die Bewegung des Armaturenteils wirksam ist, das Ausgangssignal des Wandlers im Verhältnis zur relativen Stellung der Ventilscheibe und zum Betrag der Gasströmung zu verändern.

13. Verfahren zum Messen eines Gasstromes in einer Leitung eines Systems von der Art, in welchem Änderungen im Gasdruck der Versorgungsleitung vorkommen können und in welchem es wünschenswert ist, einen vorbestimmten einheitlichen Druck in der Gasentnahme-

dad. gek.,
leitung zu halten/ daß der Gastrom von der Versorgungsleitung in eine zwischengeschaltete Kammer gelenkt wird, daß der gelenkte Gasstrom gesteuert wird, um einen vorbestimmten Gasdruck in der zwischengeschalteten Kammer bei einem Wert zu halten, der größer

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ist als der gewünschte Druck in der Entnahmeleitung, daß der Gasstrom von der Zwischenkammer zur Entnahmeleitung durch eine steuerbare Austrittsflache geleitet wird, daß die Größe der Austrittsflache reguliert wird, um den vorbestimmten Druck in der Gasentnahmeleitung zu erhalten, daß ein Meßsignal mit einer Charakteristik erzeugt wird₅ aufgrund derer die Größe der Austrittsöffnung verändert wird, und daß die Charakteristik des Signals über der Zeit integriert, um eine Ablesung des gesamten Gasstromes herzustellen.

H. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen eines Meßsignals ein elektrisches Signal vom Hall-Effekt-Wandler erzeugt wird, das die Größe der Austrittsfläche verändert.

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