DE10314024B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Fluidstroms - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen einer Durchflussmasse eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung mit einem Einlaufrohr, mit einem nachgeschalteten Volumenzähler, mit mindestens einer am Einlaufrohr angeordneten Druckentnahmestelle und mit mindestens einer weiteren Druckentnahmestelle zum Messen eines Fluiddrucks mittels eines Differenzdruckmessumformers, wobei die Messsignale des Differenzdruckmessumformers zusammen mit einem Messsignal des Volumenzählers zum Bestimmen der Durchflussmasse auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Druckentnahmestelle (10') am Volumenzähler (3) am Ort (X_p,) des niedrigsten statischen Drucks (p_stat) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
• Die Bestimmung des Massendurchflusses spielt in vielen Bereichen der alltäglichen industriellen Praxis eine wichtige Rolle. Bei der üblichen Massendurchflussmessung von Fluiden, d.h. Flüssigkeiten oder Gasen wird das über einen Volumenzähler, wie einen Ovalradzähler oder dergleichen, erfasste Betriebsdurchflussvolumen V ._B des Fluids nach separater Messung von Druck und Temperatur sowie unter eventueller Berücksichtigung der Kompressibilität und einer Normdichte zur Bestimmung der Normmasse bzw. des Normvolumens unter Verwendung einer Zustandsgleichung umgerechnet. Damit ergibt sich der Massendurchfluss oder die Durchflussmasse (Masse pro Zeiteinheit) zu:

  

  wobei ρ die Fluiddichte, p den Fluiddruck, T die Fluidtemperatur und χ die Kompressibilität bezeichnen. Die Indices B und N stehen für die Werte der entsprechenden Messgröße bei Betriebs- bzw. Normalbedingungen. In diesem Zusammenhang erfolgt eine direkte Dichtemessung, beispielsweise mit einem Schwinggabeldichtemesser, was jedoch besonders bei aggressiven oder stark verschmutzten Messstoffen, wie Abgasen, nicht ohne Probleme möglich ist. Weitere Probleme ergeben sich, wenn sich die Normdichte aufgrund einer variablen Gaszusammensetzung ändert. In diesem Fall reicht eine einfache Zustandsmengenumwertung über Druck und Temperatur nach Gleichung 1 nicht aus.
• Die vorstehend erwähnten Nachteile gelten insbesondere für die nach dem Schwingungsprinzip funktionierenden bekannten Coriolis-Massemesser.
• Die gattungsgemäße US 3,785,204 zeigt einen Durchflussmesser für eine Rohrleitung, bei dem ein Volumenstrom durch die Rohrleitung mittels eines als Wirbelzähler ausgebildeten Volumenzählers bestimmt wird, der einen in die Rohrleitung eingebrachten Störkörper zum Erzeugen von Fluidwirbeln aufweist. Zur Bestimmung der zur Angabe des Massenstroms ebenfalls erforderlichen Fluiddichte wird weiterhin beim Gegenstand der genannten Druckschrift an symmetrisch stromaufwärts und stromabwärts des Störkörpers in der Rohrleitung vorgesehenen Druckentnahmestellen ein Fluiddruck in der Rohrleitung bestimmt und mittels eines Differenzdruckmessumformers ausgewertet. Nachteilig ist, dass sich aufgrund der speziellen Anordnung der Druckentnahmestellen nur relativ geringe Druckdifferenzsignale aufnehmen lassen, die zudem aufgrund der Wirbelbildung am Störkörper nur eine begrenzte Reproduzierbarkeit aufweisen. Zudem weist der be kannte Durchflussmesser eine durch den Abstand der Druckentnahmestellen vorgegebene relativ große bauliche Länge auf.
• Die DE 30 03 599 A1 zeigt ein Messsystem für einen durch einen Rohrabschnitt strömenden Fließstoff, wobei in dem Rohrabschnitt eine Lochplatte und beiderseits der Lochplatte jeweils eine Druckentnahmestelle vorgesehen ist, die zum Bestimmen eines Differenzdrucks zwischen den Fluidstoff drücken vor und hinter der Lochplatte ausgebildet sind. Weiterhin ist in einer die Lochplatte umgebenden Bypassleitung ein Schaufelraddurchflussmesser angeordnet, so dass nach einer geeigneten mathematischen Verknüpfung der Bestimmungswerte des Differenzdruckmessers und des Durchflussmessers ein Massenstrom durch den Rohrabschnitt bestimmbar ist. Die Differenzdruckmessung erfolgt symmetrisch vor und hinter der Lochplatte.
• Die DE 29 33 824 A1 zeigt einen Fühler zum Messen des Durchsatzes von Strömungsmitteln, bei dem in einer Rohrleitung ein turbinenähnlich ausgebildetes Laufrad in komplexer Weise angeordnet ist, um über eine Bestimmung von Kräften und Drehimpulsen bzw. deren Änderung ein Maß für die Masse und Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums zu bestimmen. In Verbindung mit Druck- und Temperaturmessungen soll somit durch den Gegenstand der genannten Druckschrift ein Massestrom bestimmbar sein.
• Die US 3,307,396 zeigt eine Fluidstrom-Messvorrichtung mit einer turbinenartig ausgebildeten, schneckenförmigen Einrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms durch eine Rohrleitung, bei der zudem eine Referenzdruckbestimmung zum Ermitteln eines Massestroms vorgesehen ist. Die Druckmessung erfolgt dabei einerseits an der Rohrwandung, andererseits innerhalb der Narbe der schneckenförmigen Einrichtung, wo bei zu den herrschenden Druckverhältnissen nichts ausgeführt ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Bestimmen von Massenströmen durch eine Rohrleitung mit verbesserter Genauigkeit und erhöhter Messsicherheit ermöglicht wird, wobei die Vorrichtung kompakt ausgebildet sein soll.
• Die genannte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
• Die Erfindung schafft damit eine integrierte bauliche Anordnung von Volumenzähler und Differenzdruckmesseinrichtung, was einerseits die Messung als solche sicherer und genauerer macht und andererseits eine kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, indem die Druckentnahmestelle im Ort des niedrigsten statischen Drucks angeordnet ist bzw, dort die weitere Druckmessung erfolgt. Mittels der einfach vorzunehmenden Druckmessung steht eine zweite unabhängige direkte Messgröße zur Verfügung, durch die sich das Messsignal des Volumenzählers in weitgehend exakter Weise zur Bestimmung des Massendurchflusses umrechnen lässt.
• Für quellen- bzw. senkenfreie Massenströme von Fluiden existiert eine Kontinuitätsgleichung m . = ρ·u·A = const. (2)
• In Gleichung 2 bezeichnet u die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und A die Querschnittsfläche der Rohrleitung. Eine Betrachtung der potentiellen und kinetischen Energie des strömenden Fluids führt auf die Bernoulli-Gleichung, die besagt, dass die Summe aus statischem Druck (Betriebsdruck + geodätischer Druck) und dynamischem Druck (Staudruck) eine Konstante ist. Der dynamische Druck berechnet sich allgemein nach der Formel:

  
• Bei einer Umströmung vom im Fluidstrom angeordneten Körpern kommt es seitlich des umströmten Körpers zu einer Einschnürung der Strömung, so dass an diesen Stellen gemäß der Kontinuitätsgleichung – Gleichung 2 – die Fluidströmung an Geschwindigkeit gewinnt, wobei der statische Druck nach der Bernoulli-Gleichung zusammen mit Gleichung 3 ein Minimum annimmt. Wenn sich unter geeigneten Bedingungen die an dem umströmten Körper anliegenden Flüssigkeitsschichten ablösen, tritt eine Wirbelbildung auf. Bei geeigneten Strömungsparametern kommt es zur Ausbildung einer Kármánschen Wirbelstraße, wobei sich zeitlich periodisch wechselseitig vom umströmten Körper gegensinnig rotierende Wirbel ablösen. So bilden sich auf der Rückseite eines angeströmten Körpers Wirbel, in denen sich die Fluidteilchen sehr schnell bewegen, was nach der Bernoulli-Gleichung einen erhöhten Staudruck (dynamischen Druck) und einen verminderten statischen Druck zur Folge hat. Dadurch entsteht eine Druckdifferenz Δp vor und hinter dem umströmten Körper. Diese berechnet sich gemäß

  

  und ist für den statischen Druck negativ (Druckabnahme), für den dynamischen Druck dagegen positiv (Druckzunahme). Den Faktor c_p bezeichnet man als Druckwiderstandsbeiwert, der von der Geometrie des umströmten Körpers und der Art der Fluidströmung (laminar bzw. turbulent) abhängt. Die vorstehende Gleichung 4 lässt sich nach der Fluiddichte umformen:

  
• Der Druckwiderstandsbeiwert c_p ist eine Gerätekonstante, die Strömungsgeschwindigkeit u ergibt sich gemäß u = V ./A aus der Kontinuitätsgleichung (Gleichung 1).
• Aufgrund der allgemeinen Formel für den Massendurchfluss, m . = V .·ρ bestimmt sich damit der Massendurchfluss nach Einsetzen in die Gleichung 5 zu:

  
• Erfindungsgemäß ist vorzugsweise eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen der Durchflussmasse aus den Differenzdruckmesssignalen und dem Messsignal des Volumenzählers vorgesehen.
• Zur Bestimmung der für die Durchflussmasse maßgeblichen Druckdifferenz ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Druckmessung am Volumenzähler am Ort des geringsten statischen Drucks erfolgt. Dazu ist nach einer äußerst bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Durchflussgerätes vorgesehen, dass die Druckentnahmestelle am Volumenzähler am Ort des niedrigsten statischen Drucks angeordnet ist.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes ist vorgesehen, dass der Volumenzähler ein Wirbelzähler ist, der vorzugsweise zum Messen einer Wirbelfrequenz von Fluidwirbeln ausgebildet ist. Ein Wirbelzähler dient zum Bestimmen eines Volumendurchflusses V . durch eine Rohrleitung, indem die Ablösefrequenz von Wirbeln (Wirbelfrequenz) beim Umströmen eines in dem zu vermessenden Volumenstrom angeordneten Körpers bestimmt wird, beispielsweise über die beim abwechselnden Ablösen der Kármánschen Wirbel auftretende Schwenkbewegung des umströmten Körpers (Wirbelkörper). Der Volumendurchfluss V ._B ist dabei über einen Zählerfaktor K mit der gemessenen Wirbelfrequenz f verknüpft.
• Unter Einsatz eines Wirbelzählers zum Bestimmen des Volumendurchflusses ist damit aufgrund des regelmäßigen Vorhandenseins eines umströmten Wirbelkörpers dafür gesorgt, dass die erfindungsgemäße Messung einer Druckdifferenz Δp, die in die Berechnung der Durchflussmasse direkt eingeht, in optimaler Weise durchführbar ist.
• Nach einer äußerst bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher ein Bestimmen eines Massendurchflusses mittels der Beziehung

  

  direkt aus den Messgrößen ohne Verwendung einer Zustandsgleichung für das Fluid, wobei m . den Massendurchfluss, Δp die gemessene Druckdifferenz, V ._B den gemessenen Volumendurchfluss und k eine geometrieabhängige numerische Konstante bezeichnen, wozu die Bestimmungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend ausgebildet ist. Die Bestimmung des Massendurchflusses berücksichtigt folglich nur direkt gemessene Größen und ist von jeder näherungsweisen Zustandsmengenumwertung über Druck und Temperatur unabhängig.
• Um ein möglichst gleichmäßiges Einströmen des zu messenden Fluids in den Bereich der Druckmessung und das Zählervolumen zu gewährleisten, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Einlaufrohr einen Strömungsgleichrichter aufweist. Auf diese Weise erfolgt die erste Druckmessung vor dem Volumenzähler im stationären ungestörten Fluidstrom und die physikalischen Gegebenheiten bei der nachfolgenden Durchströmung des Volumenzählers bzw. der Umströmung des Wirbelkörpers sind reproduzierbar.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen. Es zeigt:
• 1 eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes; und
• 2 eine qualitative Darstellung des Druckprofils der Fluidströmung innerhalb des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes.
• Das in 1 dargestellte Durchflussmessgerät 1 weist ein Einlaufrohr 2 gefolgt von einem Wirbelzähler 3 und diesem nachgeschaltet ein Auslaufrohr 4 auf. Das Einlaufrohr 2 sowie das Auslaufrohr 4 besitzen Anschlussflansche 5, 6 zum Verbinden des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes mit einer den Fluidstrom F führenden Rohrleitung 7, dessen Messgröße zu bestimmen ist.
• Der Volumenzähler 3 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Wirbelzähler ausgebildet und umfasst ein von dem Fluidstrom durchsetztes Zählervolumen 8 und eine Zählereinheit 9 zur Bestimmung des Volumendurchflusses V ._B durch die Rohrleitung 7. Im Bereich des Zählervolumens 8 sowie im Bereich des Einlaufrohrs 2 vor dem Zählervolumen 8 ist jeweils eine Druckentnahmestelle 10, 10' in Form einer Bohrung angeordnet, die über Druckleitungen 11, 12 und Ventile 10a, 10a' mit einem Differenzdruckmessumformer 13 verbunden ist. Des weiteren existiert eine Druckleitungs-Verbindung 11a zwischen den Druckleitungen 11, 12, in der ebenfalls ein Ventil 11a' angeordnet ist. Der Differenzdruckmessumformer 13 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Halteteils 14 und einer Schellenverbindung 15 am Einlaufrohr 2 befestigt.
• Von der Zählereinheit 9 des Wirbelzählers 3 und vom Messwertumformer 13 führen elektrische Leitungen 16, 17 zu einer Bestimmungseinheit 18, die einen Universalrechner und zum Anzeigen des berechneten Massendurchflusswertes eine Anzeigeeinrichtung 19 aufweist.
• Im Inneren des Einlaufrohres 2 ist ein Strömungsgleichrichter 20 in Form eines zur Rohrachse A koaxialen Innenrohres angeordnet.
• Die vorstehend genannten Bestandteil des erfindungsgemäßes Durchflussmessgerätes können in kompakter Bauweise mittels eines gemeinsamen Gehäuses (nicht gezeigt) zu einer einheitlichen Messeinrichtung zusammengefasst sein. Dies betrifft insbesondere das Zählervolumen 8 mit den Ventilen 10a, 10a', 11a', die Druckleitungen 11, 11a, 12 und den Differenzdruckmessumformer 13 sowie die Zählereinheit 9 des Wirbelzählers 3 und die Bestimmungseinheit 18 mit den zugehörigen Leitungen 16, 17.
• Der bezüglich des Massendurchflusses zu vermessende Fluidstrom F tritt aus der Rohrleitung 7 kommend in das Einlaufrohr 2 des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 1 ein. Dort wird er mittels des Strömungsgleichrichters 20 hinsichtlich seiner Strömungseigenschaften so verändert, dass eine möglichst räumlich homogene stationäre Fluidströmung im Innern des Einlaufrohres 2 resultiert. Zu diesem Zweck weist das Einlaufrohr 2 zudem vorzugsweise eine axiale Erstreckung l auf, die um ein Vielfaches größer ist als der Rohrdurchmesser D vor der für den zu messenden Abfall des statischen Drucks maßgeblichen Querschnittsverengung im Inneren des Zählervolumens 8. Das Verhältnis l zu D beträgt dabei typischerweise 10 bis 20.
• Der Fluidstrom F im Inneren des Einlaufrohres 2 besitzt nach der Bernoulli-Gleichung einen Gesamtdruck p, der sich unter Vernachlässigung geodätischer Einflüsse, wie Höhendifferenzen oder dgl., als Summe eines statischen Drucks p_stat und eines dynamischen Drucks p_dyn ergibt. Der statische Druck p_stat wird mittels des Differenzdruckmessumformers 13 in Verbindung 10a, 11 mit der ersten Druckentnahmestelle 10 im Bereich des Einlaufrohres 2 gemessen.
• Anschließend tritt der zu vermessende Fluidstrom F in das Zählervolumen 8 des Wirbelzählers 3 ein, wobei es aufgrund der hier auftretenden Querschnittsverengung beim Umströmen des Wirbelkörpers (hier nicht gezeigt) zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit u kommt, was nach der Bernoulli-Gleichung ein Absinken des statischen Drucks auf einen Wert p'_stat zur Folge hat. Dieser im Vergleich mit p_stat verkleinert Druck p'_stat wird mittels der Drucksensoreinrichtung 13a in Verbindung 10a', 12 mit der zweiten Druckentnahmestelle 10' gemessen. Der Differenzdruckmessumformer 13 erzeugt anschließend aus den Messsignalen der Drucksensoreinrichtung 13a ein Differenzdrucksignal Δp und stellt dieses über die Leitung 16 der Bestimmungseinheit 18 zur Verfügung.
• Im Normalbetrieb des dargestellten Durchflussmessgeräts 1 sind die Ventile 10a, 10a' geöffnet, so dass der durch den Störkörper des Wirbelzählers in Zusammenwirken mit dem Durchfluss F verursachte Differenzdruck erfasst werden kann. Bei Wartungsarbeiten, z.B. beim Austausch des Differenzdruckmessumformers 13, können beide Ventile 10a, 10a' geschlossen werden. Außerdem lässt sich auf diese Weise bei gleichzeitigem Öffnen des weiteren Ventils 11a', das im Normalzustand geschlossen ist, der Nullpunkt des Differenzdruckmessumformers einstellen.
• Die Steuerung der Ventile 10a, 10a', 11a' kann dabei elektronisch in Verbindung mit dem Messvorgang erfolgen. Es ist ebenfalls möglich, die Ventile 10a, 10a' so zu schalten, dass im Normalzustand der Betriebsdruck des Fluidstroms F nicht am Messwertumformer 13 anliegt. In der Regel ist jedoch ein Dauerbetrieb zur kontinuierlichen Überwachung des Massendurchflusses bevorzugt.
• Im Zuge einer elektronischen Ventilsteuerung kann der Differenzdruckmeßumformer 13 nacheinander – entsprechend der Steuerung der Ventile 10a, 10a' – zwei verschiedene Druckwerte bestimmen. Die Druckwerte werden demgemäß im Differenzdruckmessumformer 13 vor der Differenzbildung (zwischen-)gespeichert.
• Der Wirbelzähler 3 ist zusätzlich zum Erzeugen eines Druckabfalls im Bereich des Zählervolumens 8 auch zum Bestimmen des Volumendurchflusses V ._B des Fluidstroms F durch die Rohrleitung 7 ausgebildet. Allgemein besteht bei geeigneter Umströmung des im Zählervolumen 8 enthaltenen Wirbelkörpers eine einfache Beziehung zwischen der Ablösefrequenz f von Kármánschen Wirbeln und der Strömungsgeschwindigkeit u des Fluidstroms F, wobei gilt:

  
• In der vorstehenden Gleichung bezeichnet St die Strouhalzahl, die für typische Anwendungen als eine Konstante betrachtet werden kann. d bezeichnet eine charakteristische Abmessung des Wirbelkörpers, z.B. seinen Durchmesser quer zur Anströmung durch den Fluidstrom F. Der Volumendurchfluss V ._B ergibt sich direkt aus der Wirbelfrequenz f in Verbindung mit einem geräteabhängigen Zählerfaktor K. Das Ergebnis wird als elektrisches Signal über die Zeitung 17 ebenfalls der Bestimmungseinheit 18 zur Auswertung zur Verfügung gestellt.
• Die Bestimmungseinheit 18 ist gemäß der Beziehung

  

  zur Bestimmung des Massendurchflusses durch die Rohrleitung 7 allein aus den direkten Messgrößen Differenzdruck Δp und Volumendurchfluss V ._B ausgebildet. In die Konstante k gehen alle konstanten Zahlen und Faktoren der Berechnungsformel, wie der Zählerfaktor K und der Druckwiderstandsbeiwert c_p, ein.
• Das Auslaufrohr 4 dient dazu, dass das Ablösen der Wirbel vom Wirbelkörper nicht durch eine Behinderung des Strömungsverlaufs des Fluidstroms F stromabwärts vom Zählervolumen 8 beeinträchtigt wird, was das Ergebnis der Bestimmung des Massendurchflusses verfälschen könnte.
• Durch die baulich feste Verbindung des Druckmesswertumformers 13 mit dem Einlaufrohr 2 über Halteteil 14 und Schellenverbindung 15 ist für eine mechanische Entlastung der Druckleitungen 11, 11a, 12 gesorgt.
• 2 zeigt qualitativ das Verhalten eines Fluidstroms F beim Umströmen eines Wirbelkörpers 8a, wie er im Inneren des Zählervolumens 8 der 1 angeordnet ist. Der Wirbelkörper 8a ist in der Darstellung nach 2 als zylinderförmiger Stab ausgebildet, kann in der Praxis jedoch komplexere Formgebungen, z.B. Keilform, aufweisen.
• Bei der Umströmung des Wirbelkörpers 8a durch den Fluidstrom F kommt es im Bereich seiner Flanken 8b zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit u, wodurch der geschwindigkeitsabhängige dynamische Druck des Fluidstroms F in diesem Bereich nach Gleichung 3 zunimmt und der statische Druck entsprechend sinkt. Hinter dem Wirbelkörper 8a ist die seitenweise abwechselnde Ablösung von Fluidwirbeln W erkennbar, deren Ablösefrequenz f (Kehrwert der zwischen dem Ablösen zweier aufeinanderfolgender Wirbel W vergangenen Zeit) nach Gleichung 8 ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit u darstellt und somit zur Bestimmung des Volumendurchflusses V ._B nutzbar ist.
• Im unteren Bereich der 2 ist der Verlauf des statischen Drucks p_stat in axialer Richtung x der Rohrleitung 7 (vergleiche 1) dargestellt. Bei x_p ist der Fluidstrom F durch das Hindernis (den Wirbelkörper) 8a noch im wesentlichen unbeeinflusst und befindet sich auf einem relativ hohen statischen Druck p_stat verbunden mit einem entsprechend niedrigen dynamischen Druck p_dyn. Im Zuge der Umströmung des Wirbelkörpers 8a kommt es hinter diesem aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit (des zunehmenden dynamischen Drucks) und der Wirbelbildung bei x_p' zu einem Absinken des statischen Drucks auf einen Minimalwert p'_stat. Die Druckdifferenz Δp wird durch das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät erfasst und im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Massendurchflusses verwendet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur mit Wirbelzählern, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellt, sondern auch mit anderen Durchflussmessgeräten anwendbar, sofern dem Durchfluss eine Druckdifferenz zugeordnet werden kann, durch die der Massendurchfluss erfindungsgemäß ohne ungenaue Zustandsmengenumwertungen möglich ist.

1

Durchflussmessgerät

2

Einlaufrohr

3

Volumenzähler/Wirbelzähler

4

Auslaufrohr

5

Anschlussflansch

6

Anschlussflansch

7

Rohrleitung

8

Zählervolumen

8a

Wirbelkörper

8b

Flanke (von 8a)

9

Zählereinheit

10, 10'

Druckentnahmestelle

10a, 10a', 11a'

Ventil

11

Druckleitung

11a

Druckleitung

12

Druckleitung

13

Differenzdruckumformer

14

Halteteil

15

Schellenverbindung

16

Leitung

17

Leitung

18

Bestimmungseinheit

19

Anzeigeeinrichtung

20

Strömungsgleichrichter

A

Rohrachse

F

Fluidstrom

W

Fluidwirbel

p

Druck

p_dyn

dynamischer Druck

p_stat

statischer Druck

Δp

Druckdifferenz

x_p, x_p'

axiale Position (längs 7)

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Bestimmen einer Durchflussmasse eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung mit einem Einlaufrohr, mit einem nachgeschalteten Volumenzähler, mit mindestens einer am Einlaufrohr angeordneten Druckentnahmestelle und mit mindestens einer weiteren Druckentnahmestelle zum Messen eines Fluiddrucks mittels eines Differenzdruckmessumformers, wobei die Messsignale des Differenzdruckmessumformers zusammen mit einem Messsignal des Volumenzählers zum Bestimmen der Durchflussmasse auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Druckentnahmestelle (10') am Volumenzähler (3) am Ort (X_p,) des niedrigsten statischen Drucks (p_stat) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenzähler als Wirbelzähler zum Messen einer Wirbelfrequenz von Fluidwirbeln ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinheit (18), die zum Bestimmen der Durchflussmasse aus den Differenzdruckmesssignalen und dem Messsignal des Volumenzählers (3) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein dem Volumenzähler (3) nachgeschaltetes Auslaufrohr (4).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlaufrohr (2) einen Strömungsgleichrichter (20) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (18) zur Bestimmung des Massedurchflusses gemäß

   

   direkt aus den Messgrößen Δp, V ._B ohne Verwendung einer Zustandgleichung für das Fluid ausgebildet ist, wobei m . den Massendurchfluss, Δp die gemessene Druckdifferenz, V ._B den gemessenen Volumendurchfluss und k eine geometrieabhängige numerische Konstante bezeichnen.
7. Verfahren zum Bestimmen einer Durchflussmasse eines Fluidstroms durch eine Rohrleitung, wobei der Fluidstrom durch ein Einlaufrohr und einen Volumenzähler fliesst und wobei am Einlaufrohr und an einer weiteren Stelle durch einen Differenzdruckmessumformer ein Differenzdruck in der Rohrleitung gemessen und die Durchflussmasse aufgrund der Messsignale des Differenzdruck messumformers und des Messsignals des Volumenzählers bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Druckmessung am Volumenzähler am Ort des geringsten statischen Drucks erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massedurchflusses mittels der Beziehung

   

   direkt aus den Messgrößen Δp, V ._B ohne Verwendung einer Zustandsgleichung für das Fluid bestimmt wird, wobei m . den Massendurchfluss, Δp die gemessene Druckdifferenz, V ._B den gemessenen Volumendurchfluss und k eine geometrieabhängige numerische Konstante bezeichnen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumendurchfluss mittels eines Wirbelzählers gemessen wird.