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Meßdruckwandler für Durdhflußmessung
Die Erfindung bezieht sich auf
Meßdruckwandler für Durchflußmessung derjenigen Art, bei denen der Wirkdruck am
Staukörper der Durchflußleitung in einen Uberdruck über den atmosphärischen Luftdruck
umgewandelt wird, indem der Wirkdruck eine Drehung einer Achse bewirkt, die im entgegengesetzten
Drehsinn von einem kompensierend wirkenden, an eine Preßluftquelle angeschlossenen
Drucksystem beeinflußt wird, die Prallplatte einer Ausströmdüse dieses Drucksystem
steuert, und die aus dieser Düse ausströmende Luft einem Druckanzeiger zugeführt
wird.
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Bei den bekannten derartigen Meßdruckwandlern verwendet man in der
Regel als Einstellorgan fül einen konstanten ausgesteuerten Meßbereich (z. B.
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0,2 bis I atü) bei veränderlichem Wirkdruckbereich zwischen der Drehachse
und der Prallplatte einen Verhältnisschieber, welcher das Verhältnis zweier Hebellängen
verändert. Hierdurch wird bei Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der beiden
Hebel die Steuerempfindlichkeit, d. h. der Weg der Prallplatte inAbhängigkeit vomWeg
amMeßorgan (z. B. Membran) für den Wirkdruck geändert. Des weiteren sind die bisher
üblichen Meßdruckwandler dadurch belastet, daß der Durchfluß durch die Ein-
strömdüse
und die Ausströmdüse des Preßluftsystems nicht allein von der Stellung der Prallplatte
über der Ausströmdüse abhängt, sondern auch von dem Däfferenzdruck an der Einströmdüse,
vom Differenzdruck an der Ausströmdüse und von der Luftkompression vor der Ausströmdüse.
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Diese Einflüsse werden durch die Ausbildung des Meßdruckwandlers
gemäß der Erfindung vermieden.
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Bei diesem Meßdruckwandler ist die vom Wirkdruck einerseits und vom
Druck des Preßluftsystems andererseits beeinflußte Drehachse mit zwei radialen Hebelarmen
versehen, denen form- oder kraftschlüssig die beweglichen Enden von zwei einen Teil
des Preßluftsystems bildenden, dehnbaren Druckgefäßen (Faltenbälgen) angreifen,
von denen das eine in seinem wirksamen Querschnitt ein Mehrfaches des anderen beträgt
und über einen Verhältnisschieber auf den zugehörigen Hebelarm der Drehachse wirkt,
während das bewegliche Ende des kleineren Gefäßes unmittelbar und unveränderlich
an dem zugehörigen Hebelarm der Drehachse angreift und im Innern dieses letzteren
Gefäßes die Prallplatte für die ebenfalls in diesem liegende Ausströmdüse trägt,
und die Meßleitung von dem kleineren Gefäß zu dem Druckanzeiger abgeht.
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Bei dieser Ausbildung bleibt die Steuerempfindlichkeit der Prallplatte
und damit des ganzen Steuersystems konstant.
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Ferner ist gemäß der Erfindung am Preßlufteintritt des Preßluftsystems
der Einströmdüse eine Vordrossel nachgeschaltet, der eine Regelvorrichtung zugeordnet
ist, durch die der Differenzdruck an dieser Drossel konstant gehalten wird. Dadurch
können nachteilige Einflüsse, die sich sonst durch wechselnden Differenzdruck an
der Einströmdüse ergeben, nicht mehr auftreten.
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Schließlich ist gemäß der Erfindung der zum Druckanzeiger führenden
Meßleitung ein Mengenverstärker zugeordnet, der mit den Räumen bzw.
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Leitungen des Preßluftsystems vor und hinter der Ausströmdüse derart
in Verbindung steht, daß auch der Differenzdruck an der Ausströmdüse stets konstant
ist.
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Durch diese Anordnungen wird erreicht, daß die Abhängigkeit des ausgesteuerten
Luftdruckes vom Wirkdruck streng linear ist. Dabei ist der Steuert weg an der Prallplatte
so gering, daß das Gerät praktisch nach dem Prinzip der »Nullkompensation« arbeitet.
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In der Zeichnung zeigt Abb. I eine schematische Darstellung einer
beispielsweisen Ausführung eines Meßdruckwandlers gemäß der Erfindung und Abb. 2
einen Schnitt nach Linie Il-Il der Abb. I, bei dem die Hebelarmeder Drehachse, die
normalerweise in einer Ebene liegen können, der Deutlichkeit halber in einem Winkel
zueinander liegend dargestellt sind.
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Der Wirkdruck vom Staukörper in der Durchflußleitung wirkt auf die
Membran 1. Diese ist formschlüssig durch ein Zugband 2 und einen Arm 3 mit einem
dünnwandigen Drillrohr 4 verbunden. Das Drillrohr ist fest und dicht an einem Ende
mit dem Membrangehäuse 5 und am anderen Ende mit. einer das Rohr durchsetzenden
Achse 6 verbunden. Der Querschnitt der Achse steht zum Querschnitt des Drillrohres
etwa im Verhältnis 50 : I, so daß die Drillsteifigkeit der Achse um ein Vielfaches
größer ist als die des Drillrohres. Die Achse ist innerhalb des- Gehäuses 5 über
ein Drillgelenk7 fest mit diesem verbunden: Andererseits ragt sie aus dem Gehäuse
5 heraus und ist außerhall) desselben bei 8 drehba'? gelagert.
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An der Drehachse 6 befinden sich außerhalb des Gehäuses 5 zwei radiale
Hebelarme 9 und In, an welchen die beweglichen Enden zweier Faltenbälge II und I2
angreifen, die mit ihren anderen Enden fest am Gehäuse 13 des Apparates sitzen und
einen Teil des Preßluftsystems bilden. Das bewegliche Ende des Balges II steht form-
oder kraftschlüssig in unveränderlicher Verbindung mit dem Hebelarm 9. Dagegen ist
zwischen dem Balg 12 und dem Hebelarm £0 ein Verhältnisschieber I4, Abb. 2, bekannter
Art vorgesehen, der es gestattet, für verschiedene Wirkdrücke auf die Membran i
den Luftdruck in den Bälgen 11 und I2 konstant zu halten.
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Die Bälge in und I2 wirken auf die Achse 6 im entgegengesetzten Sinn
wie die Membran I.
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Das bewegliche Ende des Balges II trägt in dessen Innenraum die Prallplatte
£5, welche über der Ausströmdüse I6 des Preßluftsystems steht.
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Letzteres besteht aus einem Durchflußregler I7 und den Leitungen
I8, durch welche die Preßluft über die Ausströmdüse I6 in den Balg II und unmittelbar
in den Balg I2 tritt. Aus dem Innern des Balges II führt die Meßleitung 19 zu dem
Druckanzeiger (nicht dargestellt).
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Der Balg 11 ist in seiner wirksamen Fläche bedeutend kleiner als
der Balg I2. Gelangt ein zu messender Wirkdruck auf die Membran 1, SO bewirkt die
damit verbundene Drehbewegung der Achse 6 des Drillrohres 4, daß die Prallplatte
I5 die Ausströmdüse I6 schließt. In den beiden Druckräumen II und 12 steigt der
Luftdruck so lange an, bis die Kräfte auf die Membran I und in den Druckräumen 11,
I2 gleich groß sind. Etwa neun Zehntel der Gegenkraft auf die Membran bewirkt der
Balg I2, der über den Verhältnisschieber I4 mit der Drehachse 6 verbunden ist.
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Am Durchflußregler I6 befindet sich die an die Preßluftquelle angeschlossene
Einströmdüse 20, der in der zur Leitung I8 führenden Leitung 2I eine Vordrossel
22 nachgeschaltet ist. Der Durchfluß durch diese Drossel wird in Abhängigkeit von
der durch die Düse I6 ausströmenden Menge so gesteuert, daß der Differenzd.ruck
vor und hinter der Drossel 22 praktisch konstant ist. Würde dies unterbleiben und,
wie bisher üblich, die Preßluft durch eine konstante Einströmdüse dem Meßdr-uckwandler
zugeführt, so wäre die Durchflußmenge, welche durch die Düse I6 ausströmt, nicht
nur abhängig von der Stellung der Prallplatte I5, sondern auch vom Differenzdruck
an der Einströmdüse.
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Diese Abhängigkeit wird durch die Vordrossel 22 und die ihr zugeordneten
Mittel ausgeschaltet.
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Eine Membran 23 wird vom Differenzdruck an der Vordrossel 22 über
die Kanäle 24, 25 beaufschlagt. Nimmt der Abstand der Prallplatte 15 von der Düse
I6 zu und vergrößert sich der Durchfluß durch diese Düse, so fällt der Druck vor
der Düse I6 ab. Ebenso nimmt bei zunehmendem Durchfluß durch die Düse I6 der-Differenzdruck
an der Membran 23 zu. Da der Plusdruck dieses Differentialdruckes auf der Unterseite
der Membran 23 liegt, bewirkt eine in einem Faltenbalg26 vorgesehene Prallplatte
27 eine Verringerung des Durchflusses durch die Düse 20. Hierdurch wird der Druck
im Balg 26 kleiner. Auf diese Weise bleibt der Differenzdruck vor und hinter der
Drossel 22 konstant.
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Vom Ausgang des Reglers I7 gelangt die Preßluft durch die Leitung
I8 außer zu der Ausströmdüse I6 und dem Faltenbalg I2 auch noch zu einem Mengenverstärker
28.
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Die durch die Ausströmdüse I6 tretende Luft gelangt in die Kammer
29 des Mengenverstärkers 28, von hier aus durch das die beiden Membranen 30 und
3I fest verbindende Röhrchen 32 bei geöffnetem Sitz am Kugelventil 33 in die freie
Atmosphäre. Der vor der Düse £6 herrschende Luftdruck gelangt in die Kammer 34 des
Verstärkers. Durch die Leitung 35 wird dem Verstärker Preßluft von etwa 2 atü zugeführt.
Der vor der Düse I6 herrschende Luftdruck wirkt gleichzeitig in der Kammer 34 auf
die Membran 3t. Je nach dem Druck in der Kammer 34 wird der Ein- und Auslaß der
durch 35 eingeführten Verstärkerluft an den Sitzen der Kugel. 33 so gesteuert, daß
der Druck in Kammer 29 proportional dem Druck in Kammer 34 ist.
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Die Differentialfeder 36 ist so bemessen, daß ein konstantes Druckgefälle
zwischen der Kammer 34 und 29 besteht. Der größere Druck herrscht in Kammer 34,
so daß eine Strömung durch die Düse I6. gewährleistet ist. Da das Innere des Faltenbalges
11 mit dem Druckraum 29 des Verstärkers verbunden ist, ist der Differenzdruck an
der Ausströmdüse I6 stets konstant.
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So wie der Durchflußregler I7 den Differenzdruck an der Vordrossel
22 konstant hält, wird durch den Mengenverstärker 28 erreicht, daß der Durchfluß
durch die Ausströmdüse I6 nicht von einem veränderlichen Differenzdruck an dieser
Düse abhängig wird.
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Eine gleichbleibende Steuerempfindlichkeit der Prallplatte I5 wird
durch den nicht einstellbaren Hebel g gewährleistet. Der an der Leitung I9 meßbare
Luftdruck ist nach dem vorher Gesagten eine Druckgröße, welche der Kraft des Wirkdruckes
auf die Membran I das Gleichgewicht hält und somit eine lineare Funktion des Wirkdruckes.
Der Verstärker 28 hat außer der oben beschriebenen Aufgabe der Rückkopplung des
ausgesteuerten Luft druckes in dem Druckraum sI noch den Zweck, die durch die Vordrossel
22 über die Düse I6 in die Meßleitung 19 gelangende Preßiuftmenge durch die einströmende
Menge aus der Druckleitung 35 wesentlich zu verstärken. Die Verstärkung beträgt,
wie bekannt, ungefähr das Zwanzigfache. Hierdurch wird erreicht, daß die Meßleitung
I9 bis zu dem Druckanzeiger, welcher in Durchfluß einheiten geeicht wird, sehr lang
sein kann, ohne daß die Zeitkonstante der gesamten Anlage unerträglich groß wird.
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P*TENTANSPRÜCHE I. Meßdruckwandler für Durchflußmessung, bei dem
der Wirkdruck am Staukörper der Durchflußleitung in einen Überdruck über den atmosphärischen
Luftdruck umgewandelt wird, indem der Wirkdruck eine Drehung einer Achse bewirkt,
die im entgegengesetzten Drehsinn von einem kompensierend wirkenden, an eine Preßluftquelle
angeschlossenen Drucksystem beeinflußt wird, die Prallplatte einer Ausströmdüse
dieses Drucksystem steuert, und die aus dieser Düse ausströmende Luft einem Druckanzeiger
zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (6) zwei radiale Hebelarme
(9, IO) besitzt, an denen form- oder kraftschlüssig die beweglichen Enden von zwei
einen Teil des Preßluftsystems bildenden, dehnbarren Druckgefäßen (Faltenbälgen
II, I2) angreifen, von denen das eine (I2) in seinem wirksamen Querschnitt ein Mehrfaches
des anderen (11) beträgt und über einen Verhältnisschieber (I4) auf den zugehörigen
Hebelarm (Io) der Drel-iachsewirkt, während das bewegliche Ende des kleineren Gefäßes
(11) unmittelbar und unveränderlich an dem zugehörigen Hebelarm (g) der Drehachse
angreift und im Innern dieses letzteren Gefäßes die Prallplatte (I5) für die ebenfalls
in diesem liegende Ausströmdüse (I6) trägt, und von dem kleinerem Gefäß (1£) die
Meßleitung (I9) zu dem Druckanzeiger abgeht.