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Dokumentenidentifikation DE19913850A1 26.10.2000
Titel Massenstrommessung bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums
Anmelder Leithner, Reinhard, Prof. Dr.techn., 38124 Braunschweig, DE
Erfinder Leithner, Reinhard, Prof. Dr.techn., 38124 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 28.03.1999
DE-Aktenzeichen 19913850
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse G01F 1/88
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenstrommessung bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums. Zur Messung des Massenstroms in einem Rohr oder einem Kanal wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Druckdifferenz in zwei verschieden geneigten Rohr- bzw. Kanalabschnitten zu messen. Aus diesen beiden Druckdifferenzmessungen und den bekannten geometrischen Daten der beiden Meßstrecken, insbesondere auch ihren unterschiedlichen Neigungen, läßt sich die Dichte und der Massenstrom berechnen. Zusätzlich können Geschwindigkeitsmessungen der Partikel oder der Gasphase mittels anderer bekannter Meßverfahren mit verarbeitet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenstrommessung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Massenstrom in einem Rohr oder einem Kanal zu messen bei unbekannter Dichte des strömenden Mediums, wie dies insbesondere z. B. bei Zwei- oder Mehrphasenströmungen der Fall ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:

  • a) das Rohr oder der Kanal, in dem das Fluid strömt, besitzt zwei Meßstrecken mit unterschiedlicher Neigung;
  • b) die Druckdifferenz über diese zwei Meßstrecken wird möglichst genau gemessen;
  • c) aus den beiden Druckdifferenzen und den bekannten geometrischen Abmessungen der beiden Meßstrecken, insbesonders auch aus den unterschiedlichen Neigungswinkeln wird die Dichte und der Massenstrom berechnet.

Erfindungsgemäß wird aus den beiden Druckdifferenzen Δp1 und Δp2 der unterschiedlich mit den Winkeln α1 bzw. α2 zur Horizontalen geneigten Meßstrecken 1 und 2 und den anderen geometrischen Daten wie Meßstreckenlänge l1 bzw. l2 und (beispielhaft für ein kreisrundes Rohr) den inneren Durchmessern d1 und d2 die Dichte ρ und der Massenstrom ≙ entsprechend den nachfolgenden Gleichungen berechnet.

Dabei wird von folgenden Annahmen ausgegangen:

  • - die Strömung sei homogen und das strömende Medium besitze überall die mittlere Dichte ρ
  • - die Reibungsbeiwerte λ1 bzw. λ2 der Meßstrecken seien bekannt oder zumindest iterativ bestimmbar.

Es gelten dann folgende drei Gleichungen (beispielhaft für ein Rohr) für die drei Unbekannten: mittlere Dichte ρ, Geschwindigkeit w1 in der Meßstrecke 1 und Geschwindigkeit w2 in der Meßstrecke 2:





Dividiert man die beiden Gleichungen (1) und (2) durch die mittlere Dichte ρ und stellt die Gleichungen auf die Unbekannten 1/ρ, w12 und w22 um, so erhält man folgendes lösbare Gleichungssystem:





Löst man dieses Gleichungssystem (4), so ist der Massenstrom nach Gleichung (3) einfach zu berechnen.

Das Gleichungssystem vereinfacht sich stark, wenn die Durchmesser der Meßstrecken gleich groß (d1 = d2 = d) sind (dann sind auch die Geschwindigkeiten gleich groß (w1 = w2 = w), die beiden Meßstrecken gleich lang sind (l1 = l2 = l) und eine horizontal (sin α1 = 0) und die andere vertikal (sin α2 = 1) ist:





Der Massenstrom in ergibt sich in diesem Fall zu





Falls der Reibungsdruckverlust im vertikalen Teil vernachlässigbar klein ist, weil z. B. der Druckmesser in diesem Abschnitt größer als im horizontalen Teil gewählt wurde, vereinfacht sich die Gleichung weiter zu





mit Δh als Höhendifferenz und Δp2 als Druckdifferenz des vertikalen Teils und λ,l,d und Δp1 nur bezogen auf den horizontalen Abschnitt.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Das Verfahren kann insbesondere dort vorteilhaft eingesetzt werden und ist anderen Verfahren mit Einbauten etc. überlegen, wenn - wie dies in Anlagen oft der Fall ist - das Rohr oder der Kanal ohnehin aus konstruktiven Gründen über größere (relativ zum Querschnitt) Entfernungen und verschieden geneigt geführt werden muß. Zusätzlich kann die Strömungsgeschwindigkeit der Partikel oder der Gasphase mittels anderer bekannter Meßmethoden bestimmt und in Gleichung (4) bzw. (6), bzw. (7) geeignet verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Massenstrommessung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1. a) das Rohr oder der Kanal, in dem ein Fluid strömt, besitzt zwei Meßstrecken mit unterschiedlicher Neigung;
    2. b) die Druckdifferenz über diese zwei Meßstrecken wird möglichst genau gemessen;
    3. c) aus den beiden Druckdifferenzen und den bekannten geometrischen Abmessungen der beiden Meßstrecken, insbesonders auch aus den unterschiedlichen Neigungswinkeln, wird die Dichte und der Massenstrom nach bekannten Gleichungen berechnet.
  2. 2. Verfahren zur Massenstrommessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale und eine vertikale Meßstrecke verwendet werden.
  3. 3. Verfahren zur Massenstrommessung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale und eine vertikale Meßstrecke verwendet werden, die gleich lang sind und deren Querschnitt ebenfalls gleich groß und von gleicher Form ist.
  4. 4. Verfahren zur Massenstrommessung nach den Ansprüchen von 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgeschwindigkeit oder Gasströmgeschwindigkeit nach anderen bekannten Verfahren bestimmt wird und mit der nach Anspruch 1 bzw. 2 bestimmten mittleren Dichte zum Massenstrom kombiniert wird.






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