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Verfahren und Durchführungsanordnungen zur selbsttätigen Durchführung
der durch den Feuchtigkeitsgehalt erforderlichen Korrektur eines gemessenen Gasvolumenwertes
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Durchführungsanordnungen
zur selbsttätigen Vornahme der durch den Feuchtigkeitsgehalt erforderlichen Korrektur
eines mittels einer bekannten Einrichtung gemessenen Gasvolumenwertes.
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Die Messung des durch ein Rohr strömenden Gasvolumens spielt bei
vielen Prozessen eine Rolle. Die bekannten Meßanordnungen messen die Differenz der
Drücke, die vor und hinter einem in das Leitungsrohr eingebauten Strömungswiderstand
herrschen. Die bei der Anzeige eingeeichte Konstante ist auch eine Funktion der
Wichte r des Gases. Es gilt für das Durchflußvolumen
Die richtige Anzeige ist außerdem an das Vorhandensein eines bestimmten Druckes
und einer bestimmten Temperatur des Gases gebunden. Weichen die tatsächlichen Werte
für Druck und Temperatur von den eingeeichten Werten ab, so kann eine Umrechnung
vorgenommen werden. Auf diese Umrechnung bezieht sich die vorliegende Erfindung
nicht. Es wird im folgenden stets vorausgesetzt, daß die in den Durchflußmesser
eingeeichten Druck- und Temperaturwerte vorliegen.
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Die Anzeige des Durchflußmessers wird nun durch den Feuchtigkeitsgehalt
des Gases verfälscht. Zunächst einmal wird das tatsächlich durchfließende Volumen
nicht mehr richtig angezeigt. Dies ergibt sich aus der obengenannten Beziehung;
denn bei einem Gemisch aus Gas und Wasserdampf ändert sich die Wichte y. Will man
also das tatsächliche Gasvolumen QT haben, so muß man das gemessene Volumen QM mit
einem Faktor fi multiplizieren.
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Neben der Kenntnis des tatsächlichen Durchflußvolumens QT interessiert
aber auch die Kenntnis des Anteiles des Gases an dem Gesamtvolumen. Hierzu ist ein
zweiter Korrekturfaktor 12 erforderlich, der bei Multiplikation mit dem gemessenen
Volumen QM das tatsächlich durchgeströmte Gasvolumen Qg angibt. Die Erfassung des
tatsächlichen Gasvolumens spielt beispielsweise eine große Rolle bei der Stahlveredelung,
bei der die dem Stahl zugeführte Luftmenge genau bekannt sein muß. Da diese Luft
stets Feuchtigkeit enthält, ist zur Ermittlung der tatsächlich beförderten Luftmenge
die Korrektur 12 erforderlich.
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In der Deutschen Industrie-Norm 1952 sind Regeln dafür angegeben,
wie aus dem gemessenen Durchflußvolumen das tatsächliche Gasvolumen
rechnerisch ermittelt
werden kann. Man kann die dort angegebenen Rechnungen diagrammäßig darstellen und
erhält dann Kurven, die von zwei Veränderlichen abhängig sind. In F i g. 1 sind
diese Kurven dargestellt. Aus den oberen vier Kurven wird der Faktor 1 und aus den
unteren vier Kurven der Faktor 12 abgegriffen. Die Faktoren sind abhängig von der
Temperatur des Gases und der relativen Feuchügkei*. . Wegen der Abhängigkeit der
Faktoren von zwei Veränderlichen sowie wegen ihrer Nichtlinearität scheint eine
selbsttätige Korrektur durch den Faktor 1i oder 12 mit einfachen Mitteln nicht möglich
zu sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
nebst Durchführungsanordnungen zu entwickeln das eine selbsttätige Korrektur des
gemessenen Volumenwertes mit den Faktoren N oder 12 auf verhältnismäßig einfache
Weise durchzuführen gestattet. Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht darin, die
Korrekturfaktoren durch die Ermittlung des Partialdruckes des Wasserdampfes zu gewinnen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Faktoren N und 12 mit dem Partialdruck
des Wasserdampfes in einem sehr einfachen Zusammenhang stehen. Trägt man nämlich,
wie dies Fig. 2 zeigt, die Faktoren tj und 1.2 über dem Partialdruck PD des Wasserdampfes
auf, dann erhält man einen linearen Zusammenhang. Der wichtigste Vorteil dieser
Darstellung besteht jedoch darin, daß die Faktoren nur noch von einer Größe, nämlich
dem Partialdruck PD, abhängig sind. Eine sehr einfache Anordnung zur Anwendung des
allgemeinen Erfindungsgedankens würde sich ergeben, wenn man ein
Meßglied
hätte, das den Partialdruck durch eine proportionale Größe abbildet. Ein solches
Meßglied ist jedoch nicht bekannt. Der Partialdruck kann durch ein Lithiumchloridelement
gemessen werden, das einen Widerstandswert zur Verfügung stellt, der den Partialdruck
beschreibt. Der Zusammenhang zwischen diesem Widerstandswert und dem Partialdruck
ist jedoch nicht linear, sondern hat den in F i g. 3 dargestellten Verlauf.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Durchführung
der durch den Feuchtigkeitsgehalt erforderlichen Korrektur des mittels eines bekannten
Durchflußmessers gemessenen Volumenwertes eines durch ein Rohr strömenden Gases.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Korrekturwerte aus
dem linear in diese Werte eingehenden Partialdruck des Wasserdampfes abgeleitet
werden und daß dieser Partialdruck mit Hilfe eines Lithiumchloridfühlers bestimmt
wird, dessen nichtlinearer vom Partialdruck abhängiger Widerstand in einer ebenfalls
nichtlinearen elektrischen Meßschaltung ermittelt wird.
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F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mit a ist der
Lithiumchloridwiderstand bezeichnet. Er liegt in einem Zweig einer Brücke, deren
andere Zweige durch die Widerstände b, c, d gebildet werden. Die Brücke wird durch
die konstante Spannung E, gespeist. Die Diagonalspannung der Brücke ist an einen
Verstärker Yt angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers speist den Widerstandsgeber
k eines bekannten Durchflußmessers Q.
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Der Durchflußmesser bewegt den Abgriff am Widerstandsgeber k. Der
Verstärker V, hat eine Verstärkungscharakteristik, die umgekehrt proportional der
Charakteristik zwischen Lithiumchloridwiderstand und Partialdruck nach Fig.3 ist.
Auf diese Weise wird ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung
des Verstärkers Vt und dem Partialdruck PD erzielt. Die nichtlineare Charakteristik
des Verstärkers V1 wird durch einen Rückführungswiderstand e erzeugt, zu dem parallel
zwei Widerstände w und g über Dioden DJ, D, geschaltet sind. Diese Dioden sind vorgespannt,
wobei die Vorspannungen an den Widerständen h und i abgegriffen werden. Die Spannung
an den Widerständen h und i wird durch eine konstante Spannung E2 erzeugt. Die auf
diese Weise zu dem Widerstand e geschaffenen Parallelwege werden erst freigegeben,
wenn die Spannung an dem Widerstand e die Größe der Vorspannung überschreitet. Die
Vorspannungen sind für jede Dioden, und D2 verschieden groß. Man hat also insgesamt
einen Rückführungswiderstand, dessen Widerstandscharakteristik aus einem Polygomzug
besteht. Da die vom Verstärker V1 gelieferte Spannung dem Partialdruck und damit
dem Faktor 1i oder 1.2 proportional ist und der Abgriff am Widerstandsgeber k die
gemessene Durchflußmenge QM darstellt, ist die abgegriffene Spannung der jeweils
gewünschte korrigierte Wert. Diese Spannung wird über einen Verstärker V dem Anzeigegerät
A zugeführt. Je nachdem, mit welchem Faktor korrigiert werden soll (1i oder 12),
ist die Verstärkung des Verstärkers V1 oder die Dimensionierung der Brücke zu wählen.
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Es finden auch solche Durchflußmesser Verwendung, bei denen das gemessene
Durchflußvolumen durch eine Spannung U abgebildet wird. In diesem Fall kann man
ebenfalls in einfacher Weise zu dem
korrigierten Wert gelangen, indem man ein wattmetrisches
System zur Anzeige verwendet, dessen eine Spule von der Ausgangsspannung Ua des
Verstärkers Vt gespeist wird und dessen andere Spule von der das Durchflußvolumen
beschreibenden Spannung U gespeist wird.
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Bei Verwendung eines Durchflußmessers, der das Durchflußvolumen durch
eine Spannung U abbildet, kann nach der Erfindung auch eine Anordnung verwendet
werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Spannung U zur Speisung einer
Brücke verwendet wird, die in einem Zweig einen den Partialdruck des Wasserdampfes
abbildenden Lithiumchloridwiderstand enthält und mit einem stufenweise veränderlichen
Widerstandsverhältnis in zwei anderen Zweigen versehen ist, und daß die Diagonalspannung
einer zweiten Brücke, die ebenfalls als auszumessenden Widerstand einen den Partialdruck
des Wasserdampfes abbildenden Lithiumchloridwiderstand enthält, über ein Relais
R eine von der Größe des Lithiumchloridwiderstandes abhängige Diagonalspannungsanzapfung
der ersten Brücke über einen Spannungsteiler und Kontakte auf den Anzeigeverstärker
schaltet.
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Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der zuletzt genannten Anordnung.
Die eine Brücke besteht aus dem Lithiumchloridwiderstand a2 und den Widerständen
m, n, o, p, q. Diese Brücke wird durch die Ausgangsspannung U des Durchflußmessers
Q gespeist. Für die Diagonalspannung sind verschiedene Anzapfungen vorgesehen, von
denen jeder ein anderes Widerstandsverhältnis in den unteren beiden Brückeuzweigen
zugeordnet ist. Diese Diagonalspannungen werden über Spannungsteiler r, s, t, u
und anwählbare Kontakte Kj, K2, K2 wahlweise auf den das Anzeigegerät A speisenden
Verstärker V2 gegeben. Daneben ist eine zweite Brückenschaltung vorgesehen, die
aus einem weiteren Lithiumchloridwiderstand a1 und drei konstanten Widerständen
b, c, d aufgebaut ist. Diese Brücke wird von der Konstantspannung E1 gespeist. Die
Diagonalspannung dieser Brücke, die ein Maß für den Lithiumchloridwiderstand ist,
speist ein Relais R, das je nach Stärke des ihn durchfließenden Stromes einen bestimmten
Kontakt von den Kontakten K1 bis K3 auf den Verstärker V2 durchschaltet. Die Auswahl
der Kontakte durch das Relais R ist so vorgesehen, daß die Nichtlinearität zwischen
der Diagonalspannung der unteren Brücke und dem vom Widerstand a2gemessenen Partialdruck
weitgehend beseitig wird.