DE577895C - Flow meter - Google Patents

Description

Strömungsmesser Die in der Technik bekannten Strömungsmengenmesser mit Staukörper kann man in zwei Hauptgruppen einteilen. Bei denjenigen der einen Gruppe gibt der bewegliche Staukörper (Schwimmerplatte usw.) bei konstanter Belastung einen veränderlichen Meßquerschnitt frei, während im zweiten Fall der Staukörper (Staurand, Düse usw.) durch eine elastische Gegenkraft belastet ist, deren Größe mittels entsprechender Einrichtung (z. B. Differentialmanometer) angezeigt wird. Die Entwicklung dieser beiden Ausführungsformen geht, den Forderungen der modernen Meßtechnik folgend, dahin, neben erhöhter Meßgenauigkeit eine Vergrößerung des Meßbereiches zu erzielen, wobei man als besonderes Ziel die Erfassung kleinster sogenannter schleichender Mengen erstrebt. Gleichzeitig sollen aber anderseits größere Druckunterschiede mit Rücksicht auf die damit verknüpften Verluste vermieden werden. Gerade die Praxis hat aber bewiesen, daß die Messung kleinerer Mengen bei beiden Systemen unzuverlässig wird, also immer dann, wenn entweder der Meßquerschnitt oder aber der Staudruck bzw. die Durchflußgeschwindigkeit klein ist. Das ist erklärlich, denn bei Meßinstrumenten der ersten Gruppe wird der Meßquerschnitt nicht nur sehr klein, sondern er nimmt vor allem ungünstige Formen (Ringspalt), also andere geometrische Verhältnisse an, wobei außerdem auch der Quotient von Meßquerschnitt zu Leitungsquerschnitt eine dauernde Änderung erfährt. Beide Momente beeinflussen aber, wie Düsenversuche einwandfrei beweisen, den Düsenbeiwert in einer Weise, welche exakte, allgemein gültige Angaben für die genannten Verhältnisse unmöglich macht. Auch bei dem an zweiter Stelle angegebenen Meßprinzip, welches eine konstante Stauöffnung verlangt, werden die Düsenziffern bei kleinen Geschwindigkeiten unzuverlässig. Man vergleiche nur die in der Literatur angeführten Versuchsergebnisse, und es ist einzusehen, daß eine Messung kleinster Mengen nach diesem Prinzip allein ebenso äußerst große Schwierigkeiten bietet.Flow meter The flow meter known in the art with a bluff body can be divided into two main groups. With those of the one The group is the movable damming body (float plate, etc.) with constant load a variable measuring cross-section free, while in the second case the bluff body (Reservoir edge, nozzle, etc.) is loaded by an elastic counterforce, the size of which is indicated by means of an appropriate device (e.g. differential manometer). The development of these two embodiments goes hand in hand with the demands of the modern Following measuring technique, in addition to increased measuring accuracy, an enlargement of the measuring range to achieve, whereby one has as a special goal the detection of the smallest so-called creeping Strives for quantities. At the same time, however, larger pressure differences should also be included Consideration of the associated losses can be avoided. Especially in practice but has proven that the measurement of smaller quantities is unreliable in both systems is, so whenever either the measuring cross section or the dynamic pressure or the flow rate is small. That can be explained, because with measuring instruments In the first group, the measurement cross-section is not only very small, but it takes especially unfavorable shapes (annular gap), i.e. other geometric relationships, in addition, the quotient of the measuring cross-section to the line cross-section is a undergoes permanent change. However, both moments influence how nozzle tests work properly prove the nozzle coefficient in a way that provides exact, generally applicable information makes impossible for the conditions mentioned. Even with the one given in the second position The measuring principle, which requires a constant storage opening, is the nozzle numbers unreliable at low speeds. Just compare those in the literature cited experimental results, and it can be seen that a measurement is smallest Quantities according to this principle alone also offer extremely great difficulties.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll es sein, unter Berücksichtigung der obigen Gesichtspunkte eine Meßeinrichtung zu schaffen, die es gestattet, auch geringe Mengen zu erfassen. Zu diesem Zweck sollen die Meßprinzipien der beiden genannten Gruppen derart kombiniert werden, daß die Messung der größeren Mengen bei veränderlichem Meßquerschnitt und konstant belastetem Staukörper erfolgt, während die Messung kleiner Mengen von einem bestimmten Kleinstquerschnitt ab bei veränderlicher Gegenkraft und konstantem Drosselquerschnitt vorgenommen wird. Die Erfindung besteht also in der Kombination zweier für sich bekannter Meßprinzipien, wodurch der brauchbare Meßbereich vergrößert wird, und zwar ohne daß dabei der zulässige Druckunterschied vergrößert wird.- -Ist bei -abnehmender Menge der Kleinstquerschnitt, dessen Düsenziffer noch zuverlässig ist, erreicht, so erfolgt die Weitermessung geringerer Mengen bei sich änderndem Druckgefälle und konstanter Stauöffnung.The object of the present invention is to be, taking into account of the above points of view to create a measuring device that allows, too capture small amounts. For this purpose, the measuring principles of the two groups mentioned are combined in such a way that the measurement of the larger amounts takes place with a variable measuring cross-section and a constantly loaded bluff body, while the measurement of small quantities from a certain smallest cross-section with variable Counterforce and constant throttle cross-section is made. The invention exists that is, in the combination of two measuring principles known per se, whereby the useful one Measuring range is increased without increasing the allowable pressure difference - -Is the smallest cross-section with -decreasing quantity, the nozzle number of which is still is reliable is achieved, the further measurement of smaller quantities takes place in itself changing pressure gradient and constant storage opening.

Im nachstehenden wird nochmals kurz die Arbeitsweise der Anordnung hervorgehoben, welche als Erläuterungsbeispiele besprochen werden sollen. .The following briefly describes the mode of operation of the arrangement highlighted which are to be discussed as explanatory examples. .

In den angegebenen Ausführungsbeispielen wird eine Vergrößerung des Meßbereiches dadurch erzielt, daß bei einem bestimmten zugelassenen maximalen Druckunterschied d p."x an der Drosselstelle zunächst die Druckänderung d p - o bis d p - d p", bei konstanter Drosselöffnung zur Messung kleiner Mengen herangezogen, während die Messung größerer Mengen dadurch ermöglicht wird, daß man nunmehr- d pmax = const hält und den Drosselquerschnitt ändert.In the exemplary embodiments given, the measuring range is enlarged by first using the pressure change d p - o to d p - d p "at a certain maximum pressure difference d p." X at the throttle point, with a constant throttle opening for measuring small quantities , while the measurement of larger quantities is made possible by now holding d pmax = const and changing the throttle cross-section.

Im Gehäuse a (Abb. i) ist die Glocke b beweglich angeordnet, welche in einen mit einer Sperrflüssigkeit gefüllten Ringraum c taucht. Bei d hat b eine Drosselöffnung, in welche der nachstellbare Dorn e ragt. e hat bei li einen Anschlag, gegen welchen sich d in der ullstellung von b anlegt und dicht ab-N schließt. Das Stück x von e ist zylindrisch, während sich e längs der Strecke y nach einem gewollten Gesetz verjüngt. Dadurch ist erreicht, daß der freie Ringquerschnitt bei d während des Ausschlages x der Glocke unverändert bleibt. Die Meßfeder f wird beispielsweise so bemessen, daß im Augenblick, wo sich die Glocke um x gehoben hat, an der Drosselstelle d der maximal zulässige Druckunterschied d p,"ax erreicht ist. Der Auftrieb der Glocke wird durch die Feder f auf das bewegliche Gewicht g übertragen. Die Größe von g ist so bemessen, daß sie ungefähr gleich demjenigen Auftrieb der Glocke b ist, welchen diese bei der Druckdifferenz d p... hat. Sobald sich die Glocke um x gehoben hat, nimmt sie das Gewicht.-. welches bis zu diesem Augenblick von a gestützt wird, mit, so daß die Messung nunmehr bei konstanter Druckdifferenz (d p."x = const), an der Drosselstelle aber bei veränderlicher Drosselöffnung d längs des Weges y fortgesetzt wird.In the housing a (Fig. I) the bell b is movably arranged, which dips into an annular space c filled with a barrier fluid. At d , b has a throttle opening into which the adjustable mandrel e protrudes. e has a stop at li, against which d rests in the neutral position of b and closes tightly with -N. The piece x of e is cylindrical, while e tapers along the distance y according to a deliberate law. This ensures that the free ring cross-section at d remains unchanged during the deflection x of the bell. The measuring spring f is dimensioned, for example, so that at the moment when the bell has lifted by x, the maximum permissible pressure difference d p, "ax is reached at the throttle point d. The buoyancy of the bell is exerted by the spring f on the movable weight The size of g is dimensioned in such a way that it is approximately equal to that buoyancy of the bell b which it has at the pressure difference d p ... As soon as the bell has lifted by x , it takes the weight. which is supported by a up to this moment, so that the measurement is now continued with a constant pressure difference (d p. "x = const), at the throttle point but with a variable throttle opening d along the path y.

Anstatt während des Hubes x die Ringspaltöffnung d zu benutzen, ist es ohne weiteres denkbar, für diesen Hub eine gesonderte Drosselöffnung dl (Abb. 2) zu benutzen und die Öffnung d zwischen e und b so lange abzuschließen, bis der Hub x beendet ist. In Abb. 2 ist das beispielsweise so gedacht, daß der durch das Gegengewicht s ausbalancierte Dorn e bis zur Beendigung des Hubes x mitgenommen und dann durch einen Anschlag i zurückgehalten wird. Die Mitnahme kann nach Art der Schleppschieber oder durch eine schwache Feder geschehen, die e gegen d drückt; außerdem ist es möglich, durch geeignete Wahl von s die Mitnahme zu erzwingen.Instead of using the annular gap opening d during the stroke x, it is easily conceivable to use a separate throttle opening dl (Fig. 2) for this stroke and to close the opening d between e and b until the stroke x has ended. In Fig. 2 it is thought, for example, that the mandrel e balanced by the counterweight s is carried along until the end of the stroke x and then held back by a stop i. The entrainment can be done like a drag slide or by a weak spring that presses e against d; In addition, it is possible to force entrainment by a suitable choice of s.

Wählt man beispielsweise einen festen Dorn e, so wäre eine Ausführung nach. Abb. 3 denkbar. Hier hat die Glocke b einen zylindrischen Ansatz i, welcher in ein Quecksilbergefäß k eintaucht, welches an einer Glocke l befestigt ist, die ihrerseits die Öffnung d hat. k vertritt hier je nach der Größe des Instrumentes mehr oder weniger die Stelle des Gewichtes g in Abb. i. Die Feder f stützt b gegen i ab. i ruht bei d auf e und wird erst dann gehoben, wenn d p""" an der Öffnung dl nach Vollendung des Hubes x erreicht ist.If, for example, a fixed mandrel e is chosen, an embodiment would be. Fig. 3 conceivable. Here the bell b has a cylindrical extension i which is immersed in a mercury vessel k which is attached to a bell l , which in turn has the opening d. Depending on the size of the instrument, k more or less takes the place of the weight g in Fig. i. The spring f supports b against i. i rests at d on e and is only lifted when dp """is reached at opening dl after stroke x has been completed.

Eine ähnliche Einrichtung ohne Glocke, aber mit Schwimmerplatte b, zeigt Abb. q.. Auch hier erfolgt längs des Weges x die Messung bei konstanter Drosselöffnung d und veränderlichem d p, während nach Erreichung des Hubes x das vorher vom Gehäuse a gestützte Gewicht g nunmehr abgehoben und evtl. unter Benutzung eines Anschlages io von b getragen wird. Es ist naturgemäß auch denkbar, daß während des Hubes x die Drosselöffnung bei d allmählich zunimmt, und zwar so, daß bei Erreichung des Hubes x d pma sich bei d einstellt.A similar device without a bell, but with a float plate b, is shown in Fig. Q .. Here, too, the measurement takes place along the path x with a constant throttle opening d and variable d p, while after the stroke x has been reached, the weight g previously supported by the housing a is now lifted and possibly carried by b using a stop io. It is of course also conceivable that during the stroke x the throttle opening increases gradually at d, in such a way that when the stroke x is reached, d pma is established at d.

Bei den bisher beschriebenen Einrichtungen waren die Drosselöffnungen. beweglich angeordnet. Abb.5 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel mit fester Düse. In der Leitung a ist die Düse d fest angeordnet. Der Dorn e ist in der Rohrachse beweglich und ragt in d hinein. e wird mittels des Gestänges m, n, o, p durch den Kolben b bewegt, auf den die bei d auftretende Druckdifferenz durch die Kanäle oder Rohre r und q übertragen wird. Die Kraft des Kolbens b wird von der Feder f aufgenommen so lange, bis e den Hub x zurückgelegt hat. In diesem Augenblick wird das Gewicht g, welches bisher auf dem Gehäuse t ruhte, von b gehoben, so daß nunmehr auf dem Wege y des Dornes die Belastung von b konstant bleibt und die Messung bei veränderlicher Drosselöffnung d erfolgt. Die Stellung von b ist ein Maß für die Durchflußmenge. Die Übertragung von b nach e kann natürlich auch durch eine andere bekannte mechanische, hydraulische oder elektrische Einrichtung erfolgen; ebenso kann der Kolben b durch Membrane, Glocke usw. ersetzt werden, wie in Abb. 6 gezeigt Hier ist an Stelle des Dornes und- der festen Drosselöffnung eine Schwimmerplatte e vorgesehen, welche an dem als Rohr ausgebildeten Gestänge r hängt. r hat bei i i einen Kanal, der an der Drosselstelle mündet, so daß der hier auftretende Überdruck sich durch r fortpflanzt bis zum Gelenkpunkt o, von wo er durch eine hohle Welle, um welche r schwenkbar ist, nach t übertragen wird. Auf die gleiche Art könnte man auch den Überdruck an der Vorderseite von e übertragen. Hier ist das jedoch in der Weise geschehen, daß der Kanal q den Staudruck in a unter die Zylindermembrane b führt, die ihre Bewegung durch p, m, r auf e überträgt. Die Membrane b ist dicht mit dem Kolben g verbunden, dessen Gewicht so bemessen ist, daß es dem Auftrieb von b bei d p,ax entspricht, was sich nach Beendigung des Hubes x von l einstellt. Auf dem Wege y erfolgt dann die Messung bei d p tonst und veränderlichem Drosselquerschnitt. g kann hier wiederum durch eine Glocke ersetzt werden. An Stelle des Dornes e kann auch eine Prallplatte e vorgesehen sein (Abb. 7), welche eine bestimmte konstante Drosselöffnung bei d so lange einhält, bis d p"", erreicht ist. Von da ab hebt der Kolben b mittels eines. Gestänges o. dgl. die Prallplatte e stetig von d ab, so daß die Messung von diesem Augenblick an bei konstanter Druckdifferenz und veränderlicher Öffnung erfolgt.In the devices described so far, the throttle openings were. movably arranged. Fig.5 shows a simple embodiment with a fixed nozzle. In the line a, the nozzle d is fixedly arranged. The mandrel e is movable in the pipe axis and protrudes into d. e is moved by means of the linkage m, n, o, p through the piston b , to which the pressure difference occurring at d is transmitted through the channels or pipes r and q. The force of the piston b is absorbed by the spring f until e has covered the stroke x. At this moment the weight g, which previously rested on the housing t, is lifted by b, so that now the load on b remains constant on the path y of the mandrel and the measurement takes place with a variable throttle opening d. The position of b is a measure of the flow rate. The transfer from b to e can of course also take place by another known mechanical, hydraulic or electrical device; Likewise, the piston b can be replaced by a membrane, bell, etc., as shown in Fig. 6. r has a channel at ii which opens at the throttle point, so that the overpressure occurring here propagates through r to the articulation point o, from where it is transmitted to t through a hollow shaft around which r can be pivoted. The overpressure on the front of e could also be transferred in the same way. Here, however, this is done in such a way that the channel q guides the dynamic pressure in a under the cylinder diaphragm b, which transfers its movement through p, m, r to e . The diaphragm b is tightly connected to the piston g, the weight of which is such that it corresponds to the buoyancy of b at dp, ax, which occurs after the end of the stroke x of l . On the path y, the measurement is then carried out at d p tonst and a variable throttle cross-section. Here again g can be replaced by a bell. Instead of the mandrel e, a baffle plate e can also be provided (Fig. 7), which maintains a certain constant throttle opening at d until d p "" is reached. From then on, the piston b lifts by means of a. Linkage o. The like. The baffle plate e steadily from d, so that the measurement from this moment on takes place with a constant pressure difference and a variable opening.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Strömungsmesser mit Staukörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper im unteren Teil des Meßbereiches in für sich bekannter Weise bei konstantem Meßquerschnitt durch eine veränderliche Gegenkraft belastet ist und im oberen Teil des Meßbereiches in ebenfalls für sich bekannter Weise bei konstanter Belastung einen veränderlichen Meßquerschnitt freigibt.PATENT CLAIM: Flow meter with bluff body, characterized in that that the bluff body in the lower part of the measuring range in a manner known per se is loaded by a variable counterforce with a constant measuring cross-section and in the upper part of the measuring range in a manner also known per se at constant Load releases a variable measuring cross-section.