DE976950C - Verfahren und Einrichtungen zur Kompensation veraenderlicher Zustandsgroessen bei Durchflussmessungen nach dem Wirkdruckverfahren - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtungen zur Kompensation veränderlicher Zustandsgrößen bei Durchflußmessungen nach dem Wirkdruckverfahren Bei der Durchflußmessung gas- oder dampfförmiger oder flüssiger Medien nach dem Wirkdruckverfahren muß die Anzeige, Registrierung oder Zählung berichtigt werden, wenn Druck, Temperatur, Wichte usw. vom Normalzustand aJ>-weichen. Normalerweise erfolgt die Umrechnung nachträglich auf Grund der getrennten Aufzeichunug von Zustandsgrößen. Häufig aber ist eine sofortige Berichtigung erfordedich, so daß selbsttätig arbeitende Umwertungs- oder Kompensationseinrichtungen entwickelt und mit dem Durchflußmesser verbunden worden sind.
• Bekannt sind unter anderem Verfahren, die auf der Meßgewichtsänderung einer Ring- oder Gefäßwaage in Abhängigkeit von den Schwankungen der Zustandsgröße beruhen. Bei einer der ältesten Vorrichtungen dieser Art wird das Meßgewicht durch ein Zustandsgrößenmeßgerät mit Hilfe eines mechanischen Getriebes längs einer Stange bewegt und dadurch das Drehmoment des Gewichtes geändert. Die auftretenden Reibungskräfte sind jedoch beträchtlich, so daß die Messung recht ungenau wird. Bei einer anderen Anordnung wird durch ein eingeschlossenes Luftvolumen bestimmter Größe die Quecksilberfüllung des Meßgewichtes infolge der Temperatur- und Druckschwankungen verändert. Die Anordnung ist abhängig von barn metrischen Luftdruckschwankungen, von der genau bemessenen Qnecksilbermenge und der absoluten Dichtigkeit des Luftraumes. Wegen des Vorhandenseins leicht beweglicher Schläuche ist die Anwendung a.ußerdem auf statische Drücke bis etwa 1 atü beschränkt. Es ist weiterhin bekannt, einen Teil des strömenden Mediums abzuzweigen, wobei der durch den Einbau einer Meßblende in diese Leitung gewonnene Differenzdruck mit einem Meßinstrument gemessen wird. Ein in die Leitung eingebautes Gebläse mit konstanter Förderleistung führt das abgezweigte Medium wieder in die Hauptleitung zurück. Hinter der Zuführungsstelle ist in der Hauptleitung eine zweite Meßhlende angeordnet, deren Differenzdruck auf ein zweites Meßinstrument wirkt. Die beiden Instrumente sind mit einem Hebelgestänge verbunden, und die Resultierende gibt mit einem Zeiger den korrigierten Meßwert an.
• Bei dieser Anordnung treten jedoch ungünstige mechanische Reibungskräfte auf.
• Es ist weiterhin bekannt, eine Druckwaage für Strömungsmesser, bei der die Änderung der Zustandsgröße auf ein Überlaufgefäß wirkt, zu benutzen, dessen Flüssigkeit die Tauchtiefe des Gegengewichtes ändert.
• Die Änderung des Flüssigkeitsspiegels im Überlaufgefäß erfolgt tropfenweise und kann daher schnellen und größeren Änderungen der Zustandsgrößen nicht in dem erforderlichen Maße folgen.
• Weiterhin sind Einrichtungen zum Messen, Rebein, Registrieren und Fernübertragen bekannt, bei der die Bewegung eines Körpers in einen pneumatischen Meßwert umgewandelt wird, der an einem Manometer angezeigt wird und ein Maß für die Bewegung des Körpers darstellt.
• Außerdem sind Verfahren zum Messen, Registrieren und Fernübertragen der Bewegung und Stellung bzw. Lage heweglicher fester Körper, z. B. der Lage von beweglichen Körpern und Apparaten mit Hilfe: eines dem elektrischen Relaisstrom analogen Hilfsmediums bekannt.
• Es ist ferner bekannt, das Meßgewicht als ein in eine Flüssigkeit eintauchenden Körper auszubilden, dessen Tauchtiefe durch Änderung der Flüssigkeitshöhe entsprechend den Zustandsgrößen des Mediums hestimmt ist. Bei einem weiteren Verfahren wird über ein Potentiometer oder zwei enggestellte Kontakte im Zustandsgrößenmeßgerät ein Reversiermotor betätigt, der seinerseits durch eine kalibrierte Präzisionskette die Größe des Meßgewichtes beeinflußt.
• Die Erfindung beruht ebenfalls auf der zustandsabhängigen Veränderung des Meßgewichtes eines Durchflußmessers. Bei dem neuen Verfahren wird ein Druck oder Unterdruck h erzeugt, der das Meßglied (Gewicht) eines Durchflußmessers, z. B. einer Ringwaage, dadurch beeinflußt, daß er auf einen geschlossenen Druckraum einwirkt, wobei die Übersetzung des Durchflußmessers in Abhängigkeit von den Schwankungen der betreffenden Zustandsgröße derart geändert wird, daß die auf einen Normalzustand bezogene Menge angezeigt, registriert oder gezählt wird.
• Die Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Hub des zur Messung der Zustandsgröße dienenden Systems I wird dabei durch eine Feder 2 auf den Meßwertwandler übertragen. Der Übertragungsmechanismus des Systems und der Meßwertwandler werden durch Gewichte 4 in indifferentes Gleichgewicht gebracht, so daß nur die durch die Bewegung des Meßsystems erzeugte Federkraft auf den Meßwertwandler wirkt. Unter dem Einfluß der Federspannung dreht sich der Hebel 3 des Meßwertwandlers, so daß die reibungslos über einem Steuerkopf 5 bewegte Steuermuschel 6 das ständig strömende Betriebsmittel, z. B. Luft, in eine zweite Kammer des Steuerkopfes und unter die daran angeschlossene Kompensationsglocke 7 übersteuert. Der Ausschlag der Steuerung beträgt nur Bruchteile eines Millimeters und ist daher praktisch ohne Rückwirkung auf das Meßsystem für die Zustandsgröße. Die Bewegung der Steuermuschel erfolgt gerade so weit, bis das Moment der Federspannung gleich dem Moment des unter dieser Glocke herrschenden Kompensationsdruckes hk ist. Da alle übrigen Stellkräfte kompensiert und damit Druckschwankungen des Betriebsinittels keinen Einfluß auf die Erzeugung des Kompensationsdruckes haben, ist die Größe nur abhängig von der Federspannung selbst. Diese wieder kann durch Getriebe 8, Winkelhebel oder Kurven so beeinflußt werden, daß der erzeugte Kompensatioasdruck einem von der Zustandsgröße abhängigen Gesetz folgt oder angenähert wird. Der Kompensationsdruck wird unter eine als Nießgewicht dienende oder mit dem Meßgewicht verbundene, in Flüssigkeit eintauchende Glocke Io geleitet. Er bewirkt gesetzmäßig die Sbersetzungsänderung des Durchflußmessers II und damit die Kompensation der Zustandsgröße. Die Übersetzungsänderung ist gleichbedeutend mit einer änderung des Wirkdruckbereiches. Sie ist z. B. bei Druckkompensation proportional bei Temperaturkompensation proportional bei anderen Zustandsgrößen ähnlich (P und T= absoluter Druck und Temperatur, Index r= Rcchenzustand fiir ein Drosselgerät, Blende. Düse usw.). Selbstverständlich kann an Stelle der Meßgewichtsglocke auch ein kommunizierendes Gefäß 12 vorgesehen werden, in dessen offenem Schenkel das als Tauchkörper 13 ausgebildete oder mit einem Tauchkörper verbundene Meßgewicht 9 hängt, das sein Gewicht durch den auf den geschlossenen Schenkel wirkenden Kompensationsdruck und die damit verbundene Flüssigkeitsverschiebung zustandsberichtigend ändert. Als Steuerorgan kann auch eine Prallplatte oder ein Strahlrohr vorgesehen werden. Bei geeigneter Ausbildung der Steuereinrichtung ist es grundsätzlich möglich, auch das zu messende gasförmige Medium, z. B. Ferngas, als Betriebsmittel für den Meßwertwandler zu verwenden. Auch ein flüssiges Betrieblsmittel kann benutzt werden. An Stelle der in Fig. I dargestellten Röhrenfeder I kann je nach Druckstufe jedes andere Drucksystem vorgesehen werden. Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, andere physikalische Zustandsgrößen, beispielsweise Temperatur, Wichte, Zähigkeit oder Heizwert, zu kompensieren und deren Meßsysteme in der gleichen Weise auf den AIeßwertwandler wirken zu lassen. nei gleichzeitiger Kompeusation von zwei Zustandsgrößen. beispielsweise Druck und Temperatur, kann für jede ein Meßwertwandler mit Hilfskraft nach Bild I vorgesehen werden. Die beiden Kompensationsdrücke hk' und hk" wirken auf ein Getriebe, z. B. auf die Druckglocken 14 einer Quotientenwaage 15 nach Fig. 2, deren Hebelarme einen stumpfen Winkel fl miteinander bilden. Jeder Stellung des Waagebalkens entspricht ein bestimmter D ruckquotient hk' Die Drehbewegung der Quotientenwaage wird durch eine unter einem bestimmten Winkel a (Winkelhebel) angreifende Feder auf den Nießwertwandler 3 bis 7 übertragen, der einen Kompensationsdruck hk erzeugt, der die Berichtigung beider Zustandsgrößen gesetzmäßig im Durchflußmesser 9 bis 1 1 bewirkt. Bei einer Druck- und Temperaturkompensation ändert sich dann die Übersetzung lwzw. der Wirkdruckhereich des Durchilnl?inessers proportional Wenn mehr als zwei Zustandsgrößen kompensiert werden sollen, können diese paarweise in Stufen nach der vorbeschriebenen Weise zusammengefaßt werden. Die durch die Meßwertwandler erzeugten Drücke wirken auf die Druckglocken weiterer Quotientenwaagen mit nachgeschaltetem Sleßwertwandler, so daß die Beeinflussung des Durchflußmessers von der letzten Stufe ausgeht.
• Nach Fig. 3 kann die Kompensation von zwei Zustandsgrößen auch in der Form ausgeführt werden, daß die Ausschläge der beiden zur Messung der Zustandsgrößen dienenden Systeme I6 und I7 unmittelbar Kraftwirkungen K 1 und K II, bei spielsweise durch Übertragungsfedern I8 und I9, auf eine Quotientenwaage 15 ausüben, deren Hub einen Meßwertwandler 3 bis 7 und dieser wieder das Meßgewicht im gewünschten Sinne beeinflußt.
• Auch diese Anordnung läßt bei mehr als zwei Zustandsgrößen die paar- und stufenweise Zusammenfassung zu, daß der Meßwertwandler der letzten Stufe die zustandsabhängige Meßgewichtsveränderung des Durchflußmessers vornimmt.
• Bei fast allen in der Praxis vorkommenden Zu-:tandsherichtigungen von zwei und mehr Größen läßt sich das nach Fig. 3 beschriebene Verfahren weselltlicll vereinfachen. wellll die Multipliliatioii bzw. Division der Kompensationsfaktoren durch eine Additions- oder Subtraktionsmethode ersetzt werden kann. Dies ist besonders dann möglich, wenn der Berichtigungsanteil einer Größe wesentlich mehr ausmacht als der der anderen. Ein Anordnungsbeispiel zeigt Fig. 5. Die Ausschläge von zwei Meßsystemen für Druck IÓ und Temperatur I7 werden durch Federn Ig und 19 in Differenzschaltung unmittelbar auf einen Meßwertwandler übertragen. Die Wirkungsweise jedes Systems ist genau die gleiche wie bei Fig. I be schrieben. Wegen der Differenzbildung ändert sich jedoch die ttbersetzung bzw. der Wirkdruckbereich des Durchflußmessers proportional Die Zustandsberichtigung nach dem neuen Verfahren mit Meßwertwandler und Hilfskraft ist praktisch vollkommen rückwirkungs- und verzögerungsfrei und damit außerordentlich zuverlässig und genau. Sie ist anwendbar für die Kompensation aller physikalischen Zustandsgrößen, die eine Durchflußmessung beeinflussen können. Als Anwendungsgebiete kommen in Frage die Ferngasversorgung, die Überwachung von Dampf- und Preßluftnetzen, die Luft- und Sauerstoffmengenmessung bei Gonvertern, Siemens-Martin- und Hochöfen, die Heißwindmessungen bei Industrieöfen und anderes mehr.

Claims (8)

1. PATENTANSPRUCHE: I. Verfahren zur Kompensation veränderlicher Zustandsgrößen, z. B. Druck, Temperatur, Wichte, Zähigkeit oder Heizwert bei Durchflußmessungen nach dem Wirkdruckverfahren, bei dem die Änderung der der betreffenden Zustandsgröße des zu messenden Mediums über ein Meßsystem auf einen Meßwertwandler mit pneumatisch arbeitender Hilfskraft wirkt, dadurch gekennzeiOnet, daß ein Druck oder Unterdruck hk erzeugt wird, der das Meßglied (Gewicht) eines Durchflußmessers, z. B. einer Ringwaage, dadurch beeinflußt, daß er auf einen geschlossenen Druckraum einwirkt, dessen Kraftänderung das Meßgewicht des Durchflußmessers beeinflußt, wobei die Übersetzung des Durchflußmessers in Abhängigkeit von den Schwankungen der betreffenden Zustandsgröße derart geändert wird, daß die auf einen Normalzustand bezogene Menge angezeigt, registriert oder gezählt wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Meßwertwandler (2 bis 7) erzeugte Druck hk auf eine als Meßgewicht dienende oder mit dem Meßgewicht (g) verbundene, in Flüssigkeit eintauchende Glocke (10) wirkt.
3. 3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Meßv ertwandler (2 bis 7) erzeugte Druck 7%k auf den geschlossenen Schenkel eines kommunizierenden Gefäßes (I2) wirkt, in dessen offenem Schenkel das als Tauchkörper (I3) ausgebildete oder mit einem Tauchkörper verbundene Meßgewicht (g) hängt.
4. 4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I oder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Meßwertwandler (2 bis 7) als auch der Übertragungsmechanismus (8) des zur Messung der Zustandsgröße dienenden Meßsystems (I) jedes für sich in indifferentes Gleichgewicht gebracht werden.
5. 5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I oder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zustandsgrößenmeßgerät (I) und dem Meßwertwandler (2 bis 7) Getriebe, Kurven oder Hebel (8) eingeschaltet sind.
6. 6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I oder nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Kompensation von zwei Zustandsgrößen für jede ein Meßwertwandler mit Hilfskraft vorgesehen wird, deren Drücke hk' und hL" auf ein Getriebe (z. B. Quotientenwaage) (I5) wirken, das seinerseits als Meßwertwandler (2 bis 7) ausgebildet ist und einen Druck hk erzeugt, der die Kompensation beider Zustandsgrößen bewirkt.
7. 7. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I oder nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Kompensation von zwei Zustandsgrößen die zur Messung dienenden Meßsysteme (I6, I7), beispielsweise durch Federn (I8, I9), Kraftwirkungen ICI und KII auf eine Quotientenwaage (I5) ausüben, deren Hub über Getriebe auf einen Meßwertwandler (2 bis 7) mit Hilfskraft wirkt, dessen Druck h1 die Kompensation beider Zustandsgrößen bewirkt.
8. 8. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I, oder nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei zu kompensierenden Zustandsgrößen dieselben in Stufen zusammengefaßt werden und daß die Beeinflussung der Übersetzung des Mengenmessers von der letzten Stufe ausgeht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 52IOII, 625 365, 644664.