DE873304C - Square root flow integrator - Google Patents

Square root flow integrator

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DE873304C
DE873304C DESCH4478D DESC004478D DE873304C DE 873304 C DE873304 C DE 873304C DE SCH4478 D DESCH4478 D DE SCH4478D DE SC004478 D DESC004478 D DE SC004478D DE 873304 C DE873304 C DE 873304C
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DE
Germany
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string
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motor
counter
teeth
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DESCH4478D
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Johannes Dipl-Ing Schoen
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/38Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule
    • G01F1/386Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule with mechanical or fluidic indication

Description

Radizierender Durchflußintegrator Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung wider gesamten Stoffmenge, die in einer bestimmten Zeit durch ein Augenblickswerte anzeigendes Durchfluß meßgerät für flüssige oder gasförmige Stoffe geflossen ist, und zwar besonders für solcheMeßgeräte, bei denen der Anzeigewert vom Quadrat der Durchfluß stärke abhängt, wie z. B. der Wirkdruck bei Blenden, Düsen und Venturirohren.Square-root flow integrator Subject of the present invention is a device for measuring against the total amount of substance in a certain Time through a flow meter showing instantaneous values for liquid or gaseous substances has flowed, especially for those measuring devices in which the display value depends on the square of the flow strength, such as. B. the differential pressure for orifices, nozzles and venturi tubes.

Es sind bereits derartige Integratoren genannte Geräte bekanntgeworden. So wurde z. B. vorgeschlagen, die Eigenschwingungszahl der Unruhe oder des Pendels einer Uhr in Abhängigkeit vom Wirlçdruck zu verändern (Patent 6I3422) oder eine von der Strömung des zu messenden Mediums unmittelbar erzeugte Kraft, z. B. den Auftrieb eines beweglich gelagerten Tragflügels, als Direktionskraft eines schwingungsfähigen Systems zu verwenden (Patent 470238). Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, die Drehzahl eines elektrisch angetriebenen Fliehkraftpendels mittels Kontakt abhängig von einem durch ideen Wirkdruck hervorgerufenen Zeigerausseblag zu verändern (Patent 574930). Devices of this type, called integrators, have already become known. So was z. B. suggested the natural frequency of the unrest or the pendulum to change a clock depending on the fluid pressure (patent 6I3422) or a force directly generated by the flow of the medium to be measured, e.g. B. the Buoyancy of a movably mounted wing, as the directional force of an oscillating wing System (patent 470238). Another well-known suggestion is the speed of an electrically driven centrifugal pendulum depends on the contact to be changed by a pointer deflection caused by an effective pressure (patent 574930).

Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, die Kraft, die durch den an einer Blende, einer Düse oder einem Venturirohr bei der Durchströmung auftretendem Druckunterschied, den Wi rk druck, mittels eines Kolbens erzeugt wird, zur Spannung einer schwingungsfähig gelagerten Saite oder Kette zu benutzen. The present invention now consists in the force exerted by that which occurs on an orifice plate, a nozzle or a Venturi tube during the flow Pressure difference, the w rk pressure, generated by means of a piston, to the voltage to use a vibrating string or chain.

Es ist zwar an sich bekannt, die Änderung einer physikalischen Größe zur Änderung der Spannkraft eines schwingungsfähigen Systems, z. B. einer Saite, zu verwenden (Patent 19I265), jedoch wird in diesem Fall ein von dem vorliegenden ganz verschiedener Zweck, nämlich !de.r der Fernanzeige Ider physikalischen Größe, verfolgt. It is known per se, the change in a physical quantity to change the clamping force of a vibratory system, e.g. B. one String, (Patent 19I265), but in this case one of the present completely different purpose, namely! de.r the remote display of the physical quantity, tracked.

Da die Schwingungsfrequenz von gespannten Saiten bekanntlich proportional Ider Qudratwurzel aus Ider Spannkraft anwächst, so wird hierdurch die quadratische Abhängigkeit des Wirkdruckes von der Durchfiußstärke aufgehoben und in der Schwingungsfrequenz Ider Saite ein Meßwert gewonnen, der jederzeit proportional der im Augenblick herrschenden Durchfluß stärke ist. Erfindungsgemäß dient die Saitenschwingung dazu, mittelbar oder unmittelbar die Bewegung eines Motors zu steuern, die ihrerseits auf ein Zählwel1k übertragen werden kann. An diesem kann dann bei geeigneter Bemessung ,afller Teile der Vorrichtung unmittelbar die Menge des durch das Meßgerät geflossenen Stoffes dem Gewicht oder dem Volumen nach abgelesen werden. Since the vibration frequency of taut strings is known to be proportional If the square root of the tension increases, this becomes the square The dependence of the differential pressure on the flow rate and in the oscillation frequency is canceled A measured value is obtained from each string which is always proportional to that prevailing at the moment Flow rate is. According to the invention, the string oscillation serves to indirectly or to control the movement of a motor directly, which in turn on a counting range can be transferred. With suitable dimensioning, all parts can then be used on this the device directly shows the amount of substance that has flowed through the measuring device can be read by weight or volume.

Gemäß weiterer Erfindung wird, insbesondere bei gas- oder fdampfförmigen Medien, eineFehlmessung bei änderung des spezifisischen Gewichtes infolge eines Abweichen des Druckes oder der Temperatur vom Normalwert Idadurch vermieden, daß mittels geeigneter Vorrichtungen entweder ,die freie Schwingungslänge wider Saite, oder, bei gleichbleilbendem Wirkdruck, die an der Saite angreifende Spannkraft verändert wird. Die Grundfrequenz einer schwingenden Saite ist nämlich der freien Schwingungslänge umgekehrt proportional. Bei erwärmten Medien, die z. B. zu Heizungszwecken dienen, kann dieser Zusammenhang dazu benutzt werden, mittels Ides neuen Gerätes die abgegebene Wärmemenge zu zählen. Hierzu muß die Saitenlänge jeweils Idem Kehrwert des bei der Wärmesbgasbe entstandenen Temperaturabfalls des Heizungsmediums verhältig sein. According to a further invention, especially in the case of gaseous or vaporous Media, an incorrect measurement if the specific gravity changes as a result of a Deviation of the pressure or the temperature from the normal value I avoided that by means of suitable devices either, the free oscillation length against the string, or, if the differential pressure remains the same, the tension force acting on the string changes will. The fundamental frequency of a vibrating string is namely the free oscillation length inversely proportional. With heated media that z. B. serve for heating purposes, this connection can be used to use Ide's new device to transfer the To count the amount of heat. To do this, the string length must be the reciprocal of the Temperaturesbgasbe resulting drop in temperature of the heating medium.

Schließlich werden nach der Erfindung noch Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe die Saite bei Betriebsbeginn oder nach Unterbrechungen zu neuen Schwingungen angestoßen wird und gdie verhindern, diaß das Zählwerk weiterläuft, wenn ein Durchfluß durch das Meßgerät nicht stattfindet. Finally, according to the invention, means are also provided with whose help the string to new vibrations at the start of operation or after interruptions is triggered and prevents the counter from continuing to run when there is a flow by the measuring device does not take place.

Diese Mittel können z. B. in einer Vorrichtung tbestehen, ,die die Saite in lçürzeren Zeitabständen zu Schwingungen anregt abzw. in einer Anordnung, die das Zählwerk stillsetzt, wenn eine gewisse Durchflußstärke unterschritten wird.These funds can e.g. B. in a device t exist, which the String stimulates vibrations at shorter intervals. in an arrangement which stops the counter when the flow rate falls below a certain level.

An Hand von zwei Ausführungsbeispielen soll die Wirkungsweise des neuen Gerätes gezeigt wenden. Using two exemplary embodiments, the mode of operation of the new device shown.

Die Abb. I stellt schematisch einen mechanisch arbeitenden Durchflußintegrator dar, wobei eine Einzelheit dieser AtUbildung in Aibb. 1 a deutlicher ersichtlich ist, während Abb. 2, ebenfalls schematisch, eine unter Verwendung elektrischer Mittel wirkende Summierungsvorrichtung zeigt. Fig. I shows schematically a mechanically working flow integrator a detail of this formation in Aibb. 1 a more clearly visible is, while Fig. 2, also schematically, one using electrical means shows acting summing device.

In Abb. 1 durchströmt das zu messende Medium in Richtung der eingezeicXhneten Pfeile die Blendenöffnung 1. Hiebei entsteht ein Druckunterschied; der mittels der beiden kohrleitungen 2, 3 auf die linke bzw. rechte Seite eines Kolbens 4 übertragen wird. Entsprechend dem vorhandenen Druckunter schied wirkt auf den Kolben 4 eine nach rechts gerichtete Kraft, die mittels der Kolbenstange 5 auf den zweiarmigen Hebel 6 übertragen wird, der bei 7 einen festen Drehpunkt hat. Am unteren Ende des Hebels 6 ist Idie Saite 8 befestigt. Das rechte Ende der Saite 8 ist gei 9 fest eingespannt. Etwa in Höhe der Mitte der Saite 8 ist ein mit abgeschrägten Zähnen versehenes Rad 10 drehbar gelagert, das mittels eines Federmotors Ii angetrieben wird/ und zwar in dem in Abb. 1 a an dem Pfeil ersichtlichen Drehsinn. Mit der Welle des Rades Io-ist durch eine Zahnraduntersetzung das Rollenzählwerk 12 verbunden. Die schwingungsfähige Länge der Saite 8 wird durch eine in deren Erstreckungsrichtung verschiebliche Schneide 13 bestimmt. Die Verschiebung der Schneide 13 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur des zu messenden Gases oder Dampfes vorgenommen. In Fig. 1, the medium to be measured flows through in the direction of the marked Arrows the aperture 1. This creates a pressure difference; by means of the Transferring the two pipes 2, 3 to the left and right of a piston 4, respectively will. According to the existing pressure difference acts on the piston 4 a to the right directed force, which by means of the piston rod 5 on the two-armed Lever 6 is transmitted, which has a fixed pivot point at 7. At the bottom of the Lever 6 is attached to string 8. The right end of the string 8 is fixed at 9 clamped. About the middle of the string 8 is one with beveled teeth provided wheel 10 rotatably mounted, which is driven by means of a spring motor Ii is / in the direction of rotation shown by the arrow in Fig. 1 a. With the wave of the wheel Io-the roller counter 12 is connected by a gear reduction. The oscillatable length of the string 8 is determined by a length in its direction of extension movable cutting edge 13 is determined. The displacement of the cutting edge 13 is through a device, not shown, as a function of pressure and temperature of the gas or vapor to be measured.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die an der Blende 1 entstehende Druckdifferenz bewirkt am Kolben 4 eine Kraft, die mittels der Teile 5 und 6 auf die Saite 8 al.s Spannkraft übertragen wird. Da deren Schwingungsfrequenz in der oben .dargelegten Weise von der Quadratwurzel aus der Spannkraft abhängt, ist die Schwingungszahl unmittelbar ein Maß für die an der Blende 1 herrschende Durchfiußstärke. Wenn die Saite in senkrechter Richtung schwingt, steuert sie dabei die Drehung des Zahnrades I0, und zwar so, Idaß bei jedem Auf- und Abschwingen der Saite 8 jeweils ein Zahn des Rades 10 vorbeigelassen wird. Da fdas Rad 10 infolge des Antriebes durch den Motor II bestrebt ist, sich in Richtung des Uhrzeigers zu drehen (Aibb. I liefert es mittels der Schrägung sder Zähne die durch die Dämpfung verlorengehende Schwingungsenergie der Saite nach. Zwischen der Saite 8 und den Zähnen des Rades 10 braucht eine unmittelbare Berührung nicht stattzufinden. Vielmehr kann die Steuerung so erfolgen, daß sich zwischen der Saite und Iden Zähnen des von ihr gesteuerten Zahnrades stets ein Luftpplster befindet. Werden mittels der Vorrichtung Stoffe gemessen, deren spezifisches Gewicht von irgendwelchen Zustandlsgrößen abhängt, so wirdldie erforderliche Berichtigung durch Verschiebung der Schneide I3 vorgenommen. Diese Verschiebung kann von Hand oder auch selbsttätig erfolgen. The device works as follows: The one created on the diaphragm 1 Pressure difference causes a force on the piston 4, which by means of the parts 5 and 6 on the string 8 is transmitted as tension. Since their oscillation frequency is in the The way outlined above depends on the square root of the tension force is the The number of vibrations is a direct measure of the flow rate at the diaphragm 1. When the string vibrates in the vertical direction, it controls the rotation of the Gear I0, namely so, Idaß with each up and down swing of the string 8 respectively a tooth of the wheel 10 is let past. Since the wheel 10 as a result of the drive by the motor II endeavors to turn clockwise (Aibb. I, by means of the bevel s of the teeth, it supplies that which is lost due to the damping Vibration energy of the string. Between the string 8 and the teeth of the wheel 10 there is no need for direct contact. Rather, the controller can take place in such a way that between the string and the teeth of the string it controls Gear is always an air cushion. Are substances by means of the device measured, the specific gravity of which depends on some condition variables, the necessary correction is made by shifting the cutting edge I3. This shift can be done manually or automatically.

Bei der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Teile I bis 6 die gleichen wie in Abb. I. Der in Abb. I als fest dargestellte Drehpunkt 7 ist hier jedoch in Längsrichtung des Hebels 6 verschiebbar angeordnet, so daß tdas Verhältnis der beiden Hebelarme 6a und 6b sich je nach dessen Stellung ändert. Auch hier ist das linke Ende der Saite 8 am unteren Ende des Hebelarmes 6b und das rechte Ende an einem festen Punkt 9 rbefestigt. Die Bewegung der Saite 8 wird hier mittels eines Mikrophones 14 als elektrische Schwingung auf einen Verstärker 15 übertragen und diese nach der Verstärkung einer Magnetspule I6 mit Eisenkern I7 zugeführt. Die Teile I6, I7 tbe- finden sich in der Nähe der Mitte der aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellten Saite 8. Je nach Ider Magnetisierung des Teiles 17 wird eine größere oder kleinere Anziehungskraft auf die Saite 8 ausgerbt. Die im Verstärker verstärlte Wechselspannung wird außerdem einem Syncihronmotor I8 zugeführt, der ein Zählwerk 19 antreibt. In the embodiment of the invention shown in Fig. 2 are Parts I to 6 are the same as in Fig. I. The pivot point shown as a fixed in Fig. I 7 is here, however, arranged displaceably in the longitudinal direction of the lever 6, so that The ratio of the two lever arms 6a and 6b changes depending on its position. Here, too, the left end of the string 8 is at the lower end of the lever arm 6b and that right end at a fixed point 9 r attached. The movement of string 8 is here by means of a microphone 14 as electrical oscillation to an amplifier 15 transferred and this after the reinforcement of a magnetic coil I6 with iron core I7 fed. Parts I6, I7 tbe- are found near the center the string made of magnetizable material 8. Depending on the magnetization of the part 17, a greater or lesser force of attraction is exerted on the string 8. The alternating voltage amplified in the amplifier is also used by a synchronous motor I8 supplied, which drives a counter 19.

Diese Vorrichtung arbeitet tderart, daß mittels der Teile 14 bis I7, die eine Rückkopplung darstellen, der Saite dauernd von ihr selbst gesteuerte Energie zugeführt wird, sodaß ihre Schwingungsweite stets gleich groß bleibt. Die Drehzahl des aus dem Verstärker 15 gespeisten Synchronmotors I8 entspricht der jeweils vorhandenen Saitenfrequenz, so daß auch hier wieder die Anzeige des Zählwerks 19 ein Maß für die durch die Blende geflossene Stoffmenge ist. Durch Verschiebung der Schneide 7 kann das Verhältnis der Hebelarme 6a und 6b und damit, bei gleichbleibendem Druckunterschied an den beiden Seiten des Kolbens 4, die auf dile Saite 8 wirkende Spannkraft verändert werden. Hierdurch ist es möglich, den Meßbereich der Vorrichtung zu vergrößern oder zu verkleinern und auch eine Änderung der Zustandsgrößen bei Gasen oder Dämpfen zu berücksichtigen. This device works tderart that by means of the parts 14 to I7, which represent a feedback, the string continuously controlled by itself Energy is supplied so that its oscillation range always remains the same. the The speed of the synchronous motor I8 fed from the amplifier 15 corresponds to the respective existing string frequency, so that the display of the counter 19 is a measure of the amount of substance that has flowed through the diaphragm. By shifting the Cutting edge 7 can be the ratio of lever arms 6a and 6b and thus, with the same Pressure difference on the two sides of the piston 4 acting on the string 8 Clamping force can be changed. This makes it possible to adjust the measuring range of the device to enlarge or reduce and also a change in the state variables Gases or vapors to be taken into account.

PATENTANSPRCHE: I. Vorrichtung zum Zählen der durch ein Augenblickswerte messen des Drosselmeßgerät mit vom Quadrat der Durchfluß stärke aDhängigem Wirkdruck insgesamt geflossenen Stoffmenge, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Wirkdruck verhältige Kraft zur Spannung einer schwingungsfähig gelagerten Saite oder Kette benutzt wird, wobei deren Schwingungsfrequenz als Maß für die Durchfluß stärke dient. PATENT CLAIMS: I. Apparatus for counting instantaneous values measure the throttle measuring device with the differential pressure dependent on the square of the flow rate aD total amount of substance flowed, characterized in that one of the differential pressure the force related to the tension of an oscillating string or chain is used, the oscillation frequency serving as a measure of the flow strength.

Claims (1)

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen der Saite oder Kette mittelbar oder unmittelbar die Bewegung eines Motors derart steuern, daß dessen Geschwindigkeit der jeweils vorhandenen Schwingungsfrequenz verhältig ist. 2. Apparatus according to claim I, characterized in that the vibrations the string or chain directly or indirectly the movement of a motor in such a way control that its speed of the respective existing oscillation frequency is appropriate. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Motor ein Zählwerk verbunden ist, das die Anzahl der Motordrehungen und damit der Saitenschwingungen zählt. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that with the A counter is connected to the motor, which shows the number of motor revolutions and thus the String vibration counts. 4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähige Länge der Saite oder Kette oder die bei gleichem Wirkdruck vorhandene Spannkraft, oder beide, in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Druck oder anderen physikalischen Größen des zu messenden Mediums zwecks Aufhebung eines Meßfehler oder Zählung einer Wärmemenge verändert werden. 4. Apparatus according to claim I to 3, characterized in that the length of the string or chain that can vibrate or that with the same effective pressure existing resilience, or both, depending on the temperature, the pressure or other physical quantities of the medium to be measured for the purpose of canceling a Measurement errors or counting of a quantity of heat can be changed. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Saite oder Kette beim Schwingen die Zähne eines Zahnrades, das durch einen Motor angetrieben wird, nacheinander freigibt und daß. diese Zähne so gestaltet sind, daß an die schwingende Saite oder Kette laufend Energie übertragen wird. 5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the String or chain when swinging the teeth of a gear driven by a motor is driven, releases one after the other and that. these teeth are designed in such a way that energy is continuously transmitted to the vibrating string or chain. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schwingung der Saite durch geeignete Mittel in elektrische Strom-oder Spannungsschwankungen umgewandelt wird, idie, gegebenenfalls nach Verstärkung, dazu dienen, einereits der Saite im richtigen Takt neue Schwingungsenergie zuzuführen, andererseits einen Synchronmotor zu betreiben, dessen Umdrehung auf ein Zählwerk übertragen wird. 6. Apparatus according to claim 3, characterized in that the Vibration of the string by suitable means in electrical current or voltage fluctuations is converted, which, if necessary after reinforcement, serve to supplying the string with new vibrational energy in the right rhythm, on the other hand one To operate a synchronous motor, the rotation of which is transferred to a counter. 7. Vorrichtung nach Anspruch I und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Saite oder Kette bei Betriebsbeginn und in kürzeren Zeitabständen auch während des Betriebes zu Schwingungen angeregt wird. 7. Apparatus according to claim I and following, characterized in that that the string or chain at the start of operation and at shorter intervals also during during operation is excited to vibrate. 8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählwerk bei Unterschreitung einer bestimmten Durchflußstärke selbsttätig stillgesetzt wird. 8. Apparatus according to claim 3 and following, characterized in that that the counter is automatically activated when the flow rate falls below a certain level is stopped.
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