CH377124A - Verfahren und Einrichtung zur Temperaturmessung fliessbarer Medien - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zur Temperaturmessung fliessbarer Medien
Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturmessung fliessbarer, das heisst flüssiger, dampf- oder gasförmiger Medien, welche insbesondere für eine trägheitsarme Temperaturregelung von Zwangdurchlaufdampferzeugern geeignet ist.



   Die Regelung von Zwangdurchlaufdampferzeugern, so z. B. die Zuführung von Einspritzwasser in die Überhitzer, erfolgt im allgemeinen auf Grund einer Temperaturmessung an der Stelle, an welcher die Regelung wirksam sein soll. Die bisher verwendeten Temperaturmessanordnungen, z. B. mit ausserhalb der das Arbeitsmittel führenden Rohre angebrachten Wärmedehnungsmessinstrumenten haben eine auf den Regelvorgang sich ungünstig auswirkende, grosse Trägheit. Das bisher schnellste Temperaturmessinstrument war das Thermoelement. Da es jedoch für den robusten Dampferzeugerbetrieb zu empfindlich ist, musste es meistens in einer Schutzhülle untergebracht werden, wodurch dessen Trägheit beträchtlich erhöht wurde.



   Erfindungsgemäss werden die erwähnten Nachteile dadurch behoben, dass die Temperaturmessung indirekt auf Grund der Bestimmung mindestens zweier anderer Zustandgrössen des Mediums erfolgt.



   Die erfindungsgemässe Einrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei, verschiedene Zustandgrössen des Mediums bestimmende Vorrichtungen und eine Vorrichtung, welche in Abhängigkeit von den Angaben dieser Vorrichtungen den Temperaturmesswert angibt.



   Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.



   Es zeigen:
Fig. 1 eine die Dichte des Mediums auf Grund der Absorption von y-Strahlen bestimmende Vorrichtung,
Fig. 2 eine den Druck des Mediums und den Messwert bestimmende Zusatzvorrichtung zur Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine die dynamische Viskosität des Mediums bestimmende Vorrichtung.



   In Fig. 1 ist in einer vom zu messenden Medium durchströmten Rohrschleife 1, welche mit einer Wärmeisolation 2 und einem Strahlungsschutz 3 versehen ist, ein radioaktiver Strahlungsgeber 4 für   strahlung    angeordnet. In einem Rohrbogen 5 ist eine in Verlängerung des Rohres nach aussen führende Öffnung durch einen Pfropfen 6 verschlossen. Der Pfropfen 6 ist zum Zwecke einer grösseren Strahlungsdurchlässigkeit mit wabenförmig angeordneten Bohrungen 7 versehen. Um den Strömungswiderstand für das Medium klein zu halten, ist vor dem Pfropfen 6 ein Leitblech 8 angeordnet, welches mit einer kleinen Öffnung 9 versehen ist und daher nur dem dynamischen Druck des Arbeitsmittels zu widerstehen hat. Hinter dem Pfropfen 6 befindet sich in einer gegen Strahlung abgeschirmten, mit Kühlluftkanälen 10 versehenen Kammer 11 ein Strahlungsmessgerät 12.

   Der Strahlungsschutz 3 ist in der Nähe des Strahlungsgebers 4 mit einer Öffnung 13 versehen, hinter der sich ein Strahlungsmessgerät 14 mit einer Strahlungsschutzwand 15 befindet. Die Messwerte der beiden Strahlungsmessgeräte 12 und 14 werden durch Signalleitungen 16, 17 einem Verstärker 18 zugeführt, welcher eine von der Differenz der beiden Messwerte abhängige Spannung durch eine Leitung 19 einem Elektromotor 20 zuführt. Der Elektromotor 20 verstellt mechanisch über eine Welle 21 eine als Blende wirkende Scheibe 23 mit veränderlicher Dicke, welche sich zwischen dem Strahlungsgeber und dem Messgerät 14 befindet. Am anderen Ende der Welle  21 befindet sich ein Potentiometer 24 mit an der Welle angebrachtem Schleifkontakt.



   Die vom Strahlungsgeber 4 zum Messgerät 12 gelangende   y-Strahlung    muss auf ihrem Wege zum Pfropfen 6 das in der Rohrleitung 1 befindliche Arbeitsmittel durchdringen und wird von diesem je nach dessen Dichte mehr oder weniger absorbiert.



  Die vom Strahlungsgeber 4 zum Messgerät 14 gelangende Strahlung ist hingegen praktisch von der Dichte des Arbeitsmittels unabhängig. Es ist also möglich, aus der Differenz der Angaben der beiden Messgeräte die Dichte des Mediums zu bestimmen. Diese Bestimmung erfolgt bei der dargestellten Einrichtung durch eine Kompensierung mittels der Scheibe 23. Bei einer Differenz der von den beiden Messgeräten zum Verstärker 18 gelangenden Spannungen wird mit Hilfe des Elektromotors 20 die Scheibe 23 so lange im einen oder im anderen Sinne verdreht, bis die Messsignale der beiden Messgeräte gleich sind oder ein im voraus bestimmtes Verhältnis einnehmen. Aus der Stellung der Scheibe 23 kann dann die Dichte des Mediums abgelesen werden. Die Abnahme dieses Messwertes erfolgt bei der dargestellten Anordnung elektrisch durch den Potentiometer 24.



   Wird, wie dies bei Dampferzeugern normalerweise der Fall ist, der Druck in der Rohrleitung 1 konstant gehalten, so ist dadurch die zweite Zustandgrösse bestimmt, und es erübrigt sich eine zweite Messung.



  Der aus der Stellung der Scheibe 23 gewonnene Wert kann direkt zur Temperaturangabe des gemessenen Mediums dienen, oder als Regelimpuls verwendet werden.



   Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist ein Zusatz zur Vorrichtung nach der Fig. 1, welcher im allgemeinen Fall, bei veränderlichen Drücken, Anwendung findet. An der mit dem Motor 20 verbundenen Welle 21 ist mittels einer Feder 30 ein Formkörper 31 verschiebbar angebracht. Der Formkörper 31 ist mit einer Schiebemuffe 32 versehen, in die ein Arm eines zweiarmigen Hebels 33 eingreift. Am andern Hebelarm des Hebels 33 greift eine Kolbenstange 34 eines in einem Zylinder 35 beweglichen federbelasteten Kolbens 36 an. Der Zylinder 35 ist durch ein Rohr 36 mit einem das zu messende Medium führenden Rohr 1 verbunden. Der Formkörper 31 wird durch eine in einer Stange 38 drehbar befestigte Rolle 39 abgetastet. Die Stange 38 mit der Rolle 39 wird durch eine Feder 37 gegen den Formkörper 31 gedrückt.

   Zur elektrischen   tZbertra-    gung der Stellung der Stange 38 dient eine aus elektrischen Spulen 40, 41, 42 bestehende Abnahmevorrichtung. Die Spule 40 ist mit der Stange 38 fest verbunden und hat an ihren Enden eine konstante Wechselspannung E angelegt. In den Spulen 41, 42, die zueinander in umgekehrtem Sinne gewickelt und in Serie geschaltet sind, wird in an sich bekannter Weise eine von der Stellung der Spule 40 abhängige Spannung induziert.



   In Abhängigkeit von der Stellung der Scheibe 32 in Fig. 1 wird in Fig. 2 gleichzeitig auch der Formkörper 31 durch Verdrehung der Welle 21 verstellt.



  Eine axiale Verstellung des Formkörpers 31 erfolgt durch den Kolben 36 in Abhängigkeit vom augenblicklichen Druck des Mediums in der Rohrleitung 1.



  Der Formkörper 31 ist dabei derart ausgebildet, dass bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten gemessenen Dichte die Stellung der Stange 38 bzw. das an den Klemmen der Spulen 41, 42 abgenommene elektrische Signal den augenblicklichen Temperaturwert oder auch die Enthalpie des Mediums angibt.



   Im Prinzip können auch an Stelle der Dichtemessung mit Hilfe von Strahlung andere Messmethoden treten, wie z. B. Messung der Schallgeschwindigkeit usw. Überdies können auch statt der Dichte oder Druckmessung andere Zustandgrössen, wie z. B. die kinematische oder dynamische Zähigkeit gemessen und zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden, unter Voraussetzung, dass deren Messung trägheitsarm erfolgt.



   Eine derartige, die Viskosität des Mediums messende Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. In einem vom Medium durchströmten zylinderförmigen Gefäss 50 aus nichtmagnetischem Material ist in Lagern 51 ein Zylinder 52 aus elektrisch-leitfähigem Material gelagert. Ausserhalb des Gefässes sind Elektromagneten 53 angeordnet, welche an eine Wechselstromquelle 54 angeschlossen sind und ein magnetisches Drehfeld bilden. Auf der Welle 55 des Zylinders 52 ist ein Permanentmagnet 56 befestigt. Ausserhalb des Gefässes 50 befinden sich gegenüber dem Magneten 56 elektrische Spulen 57, welche an einen Verstärker 59 angeschlossen sind.

   Der Ausgang des Verstärkers 59 ist mit einem elektrischen Stellmotor 60 verbunden, auf dessen Welle 61 sich ein Potentiometer 62 und entweder direkt oder über ein Getriebe angeschlossen, der Formkörper 31 von Fig. 2 zusammen mit den zugehörigen druckbetätigten Verschiebe- und Abnahmeteilen befindet. Der Potentiometer 62 ist an eine Gleichstromquelle 63 angeschlossen. Der bewegliche Kontakt des Potentiometers 62 bildet einen Spannungsteiler und ist zusammen mit einem Pol der Stromquelle 63 als Rückführung an den Verstärker 59 angeschlossen.



   Das durch die Elektromagneten 53 gebildete Drehfeld versetzt den Zylinder 52 in Bewegung. Das durch den verhältnismässig engen Spalt zwischen dem Zylinder 52 und der Wand des Gefässes 50 durchströmende Medium bremst die Bewegung des Zylinders 52, und zwar in Abhängigkeit von seiner Viskosität. Der Schlupf, das heisst die Differenz zwischen der Drehzahl des Drehfeldes und des Zylinders 52 bildet also ein Mass für die Viskosität des Mediums. Die Drehzahl des Zylinders 52 wird durch die Spulen 57 abgenommen, in welchen eine von der Drehzahl des Magneten 57 abhängige Wechselspannung induziert wird. Diese Wechselspannung wird im Verstärker 59 gleichgerichtet und verstärkt.



  Die resultierende Spannung wird dem Stellmotor 60 zugeführt und betätigt diesen in einem Drehsinn. Die  vom Potentiometer 62 abgenommene Spannung wird ebenfalls verstärkt und dem Stellmotor 60 zugeführt und wirkt auf diesen im entgegengesetzten Sinne.



  Je nach der Grösse der Drehzahl des Zylinders 52 stellt sich jeweils ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Spannungen am Stellmotor 60 ein, und der Formkörper 31 wird entsprechend verstellt. Die axiale Verschiebung des Formkörpers 31 durch den Druck in der Rohrleitung, und die Abnahme des Messwertes kann auf die bereits in Fig. 2 dargestellte und im Zusammenhang mit dieser beschriebenen Weise erfolgen.



   Durch die erfindungsgemässe Einrichtung ist eine trägheitsarme Temperaturmessung von gas- oder dampfförmigen Medien möglich, welche viel rascher wirkt als die bisherigen bei Dampferzeugern technisch anwendbaren Temperaturmessvorrichtungen. Es versteht sich, dass für regeltechnische Zwecke die Temperaturmessvorrichtung keine absoluten Messwerte zu liefern braucht. Es genügt in den meisten Fällen, wenn diese einen relativen, zur augenblicklichen Temperatur proportionalen bzw. mit dieser in einem anderen Zusammenhang stehenden Wert liefert.



  Meistens wird bei Dampferzeugern, bei welchen der Druck konstantgehalten wird, die bedeutende Vereinfachung möglich sein, dass die Druckmessvorrichtung entfallen kann und z. B. von der Welle 21 der Einrichtung nach Fig. 1 bzw. 61 in Fig. 3 direkt der Temperaturmesswert abgenommen wird. Es sind aber auch noch weitere Vereinfachungen der als Beispiel angeführten Einrichtung möglich. So könnte z. B. bei Annahme einer praktisch konstanten Strahlung des Strahlungsgebers 4 und einer Beseitigung bzw. Vernachlässigung der Strahlungseinflüsse von anderen Strahlungsquellen aus der Umgebung das Strahlungsmessgerät 14 entfallen. In diesem Falle würde der Messwert des Strahlungsmessgerätes 12 direkt zur Temperaturangabe dienen. Selbstverständlich sind auch andere Abänderungen der erfindungsgemässen Einrichtung möglich.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Temperaturmessung fliessbarer Medien, insbesondere für Regelzwecke von Zwangdurchlaufdampferzeugern, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung indirekt auf Grund der Bestimmung mindestens zweier anderer Zustandgrössen des Mediums erfolgt.

   II. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch mindestens zwei, verschiedene Zustandgrössen des Me diums bestimmende Vorrichtungen und eine Vorrich tung, welche in Abhängigkeit von den Angaben min destens einer dieser Vorrichtungen den Temperatur messwert angibt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte und der Druck des Mediums bestimmt werden.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des zu messenden Mediums konstant gehalten wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die Viskosität des Mediums bestimmt werden.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des zu messenden Mediums konstant gehalten wird.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtebestimmung auf Grund der Bestimmung der Absorption von strahlung durch das Medium erfolgt.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine die Dichte des Mediums bestimmende Vorrichtung, eine den Druck des Mediums bestimmende Vorrichtung und eine Vorrichtung, welche in Abhängigkeit von den Angaben mindestens einer der beiden Vorrichtungen den Temperaturmesswert angibt.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Dichte des Mediums messende Gerät einen radioaktiven Strahlungsgeber und mindestens einen Detektor für radioaktive Strahlung enthält, wobei sich zwischen dem Strahlungsgeber und dem Detektor ein mit dem Medium gefüllter Zwischenraum befindet.

   8. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Dichte messende Gerät zwei die Strahlung des Strahlungsgebers messende Strahlungsdetektoren enthält, wobei der zweite so angeordnet ist, dass er praktisch von der Absorption durch das Medium unbeeinflusst bleibt.

   9. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, von der Absorption durch das Medium unbeeinflusste Detektor mit einer den Einfluss des Mediums auf den zweiten Detektor kompensierenden Blende mit veränderlicher Strahlungsabsorption versehen ist.

   10. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine die Viskosität des Mediums bestimmende Vorrichtung, eine den Druck des Mediums bestimmende Vorrichtung und eine Vorrichtung, welche in Abhängigkeit von den Angaben der beiden Vorrichtungen den Temperaturmesswert angibt.

   11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Viskosität des Mediums bestimmende Vorrichtung einen vom zu messenden Medium umströmten, durch ein magnetisches Drehfeld in Bewegung versetzten Zylinder enthält, versehen mit einer Anordnung zur Messung der Drehzahl des Zylinders.