NL1015995C2 - Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range - Google Patents
Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range Download PDFInfo
- Publication number
- NL1015995C2 NL1015995C2 NL1015995A NL1015995A NL1015995C2 NL 1015995 C2 NL1015995 C2 NL 1015995C2 NL 1015995 A NL1015995 A NL 1015995A NL 1015995 A NL1015995 A NL 1015995A NL 1015995 C2 NL1015995 C2 NL 1015995C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- measuring
- piston
- pressure
- measuring piston
- cylinder
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F3/00—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow
- G01F3/02—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement
- G01F3/04—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls
- G01F3/14—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising reciprocating pistons, e.g. reciprocating in a rotating body
- G01F3/16—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising reciprocating pistons, e.g. reciprocating in a rotating body in stationary cylinders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
- G01F15/026—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using means to maintain zero differential pressure across the motor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
- G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
- G01F25/11—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using a seal ball or piston in a test loop
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Titel: Werkwijze en inrichting voor het meten van fluïdum- stromingssnelheidTitle: Method and device for measuring fluid flow velocity
De onderhavige uitvinding heeft in zijn algemeenheid betrekking op een werkwijze en meetinrichting voor het meten van een stromingssnelheid van een fluïdum, meer in het bijzonder een gas, uitgedrukt in volume per tijdseenheid of 5 massa per tijdseenheid. Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een dergelijke meetinrichting die bruikbaar is ter calibratie of ij king van andere gasstroommeetapparatuur, en daartoe een bijzonder kleine onzekerheid heeft.The present invention relates in general to a method and measuring device for measuring a flow rate of a fluid, more in particular a gas, expressed in volume per unit of time or mass per unit of time. More in particular, the present invention relates to such a measuring device which is usable for calibration or calibration of other gas flow measuring equipment, and for this purpose has a particularly small uncertainty.
10 Hoewel de onderhavige uitvinding betrekking heeft op het meten van de stromingssnelheid van fluïda in het algemeen, heeft de onderhavige uitvinding in het bijzonder betrekking op het meten van de stromingssnelhèid van gassen. Daarom zal de onderhavige uitvinding in het hiernavolgende speciaal voor dit 15 voorbeeld nader worden verduidelijkt. Dit mag echter niet worden uitgelegd als een beperking van de omvang van de uitvinding.Although the present invention relates to measuring the flow rate of fluids in general, the present invention relates in particular to the measurement of the flow rate of gases. Therefore, the present invention will be further clarified in the following especially for this example. However, this should not be interpreted as a limitation on the scope of the invention.
Het meten van de stromingssnelheid van een gas kan worden gebaseerd op diverse meetprincipes. Een veel toegepast 20 meetprincipe betreft het verplaatsen van een meetzuiger in een meetcylinder, waarbij de verplaatsingssnelheid van de meetzuiger representatief is voor de gasstromingssnelheid: een bepaalde verplaatsingsafstand van de meetzuiger binnen een bepaalde tijd correspondeert met een volumeverandering per 25 tijdseenheid. De onderhavige uitvinding betreft een meetmethode die op dit zuiger-meetprincipe is gebaseerd. Hoewel dit meetprincipe op zich bekend is, zal dit hieronder kort worden toegelicht.Measuring the flow rate of a gas can be based on various measurement principles. A widely used measuring principle concerns the displacement of a measuring piston in a measuring cylinder, wherein the displacement speed of the measuring piston is representative of the gas flow rate: a certain displacement distance of the measuring piston within a certain time corresponds to a change in volume per unit time. The present invention relates to a measuring method based on this piston-measuring principle. Although this measuring principle is known per se, it will be briefly explained below.
Bij conventionele meetapparatuur van dit type kan de 30 meetcylinder verticaal zijn opgesteld, en is de ruimte binnen de meetcylinder onder de meetzuiger afgesloten; deze ruimte zal in het hiernavolgende worden aangeduid als "meetkamer". De ruimte binnen de meetcylinder boven de meetzuiger is open, dat 1015995 2 wil zeggen staat in vrije verbinding met de atmosfeer. De meetzuiger is in axiale richting vrij verplaatsbaar binnen de meetcylinder. Op de meetzuiger werken in principe vier krachten: een omlaag gerichte kracht veroorzaakt door de 5 zwaartekracht (gewicht van de meetzuiger), een kracht veroorzaakt door de druk van het gas in de meetcylinder boven de meetzuiger, een kracht veroorzaakt door de gasdruk in de meetkamer onder de zuiger, en een wrijvingskracht. In evenwicht is de som van de krachten gelijk aan nul, en staat de 10 meetzuiger stil. Indien de meetzuiger beweegt, is de wrijvingskracht tegengesteld gericht aan de bewegingsrichting.With conventional measuring equipment of this type, the measuring cylinder can be arranged vertically, and the space within the measuring cylinder under the measuring piston is closed; this space will hereinafter be referred to as "measuring chamber". The space within the measuring cylinder above the measuring piston is open, i.e. 1015995 2 is in free connection with the atmosphere. The measuring piston is freely movable in the axial direction within the measuring cylinder. In principle, four forces act on the measuring piston: a downward force caused by gravity (weight of the measuring piston), a force caused by the pressure of the gas in the measuring cylinder above the measuring piston, a force caused by the gas pressure in the measuring chamber under the piston, and a frictional force. In equilibrium the sum of the forces equals zero, and the measuring piston stands still. If the measuring piston moves, the frictional force is opposed to the direction of movement.
De meetkamer heeft een afsluitbare ingang, via welke het gas kan worden toegevoerd. Als die ingang wordt geopend en er een extra portie gas wordt geïntroduceerd in de meetkamer, 15 neemt de druk in de meetkamer toe, zodat de kracht op de zuiger ten gevolge van deze druk toeneemt. Er werkt dan een netto kracht op de meetzuiger, als gevolg waarvan de meetzuiger in de meetcylinder in axiale richting wordt verplaatst. Die verplaatsing is zodanig, dat het volume van de meetkamer 20 toeneemt, waardoor de druk in de meetkamer afneemt totdat de som van de op de meetzuiger werkende krachten weer gelijk is aan nul. De volumevergroting van de meetkamer is dan gelijk aan het volume van de extra portie gas, gemeten bij de in de meetkamer heersende druk en temperatuur. Die volumevergroting 25 kan worden bepaald door de door de meetzuiger afgelegde weg te meten, aangezien de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de meetcylinder als constante factor bekend is.The measuring chamber has a lockable entrance through which the gas can be supplied. When that entrance is opened and an extra portion of gas is introduced into the measuring chamber, the pressure in the measuring chamber increases, so that the force on the piston increases as a result of this pressure. A net force then acts on the measuring piston, as a result of which the measuring piston in the measuring cylinder is displaced in the axial direction. This displacement is such that the volume of the measuring chamber 20 increases, whereby the pressure in the measuring chamber decreases until the sum of the forces acting on the measuring piston is again zero. The volume increase of the measuring chamber is then equal to the volume of the extra portion of gas, measured at the pressure and temperature prevailing in the measuring chamber. That volume increase can be determined by measuring the path traveled by the measuring piston, since the cross-sectional area of the measuring cylinder is known as a constant factor.
In plaats van eenmalig een extra portie gas te introduceren in de meetkamer kan ook een continue gasstroming 30 worden toegevoerd naar de meetkamer. Bij een constante gasstromingssnelheid zal dan de meetzuiger met constante snelheid bewegen in de meetcylinder, waarbij de verplaatsings-snelheid van de meetzuiger, corresponderend met volume-verandering per tijdseenheid van de meetkamer, representatief 35 is voor de gasstromingssnelheid van het aan de meetkamer toegevoerde gas, uitgedrukt in volume per tijdseenheid.Instead of introducing an extra portion of gas once into the measuring chamber, a continuous gas flow can also be supplied to the measuring chamber. At a constant gas flow rate, the measuring piston will then move at a constant speed in the measuring cylinder, the displacement speed of the measuring piston corresponding to volume change per unit time of the measuring chamber being representative of the gas flow rate of the gas supplied to the measuring chamber, expressed in volume per unit of time.
De verplaatsingssnelheid van de meetzuiger kan op verschillende manieren worden gemeten. Gebruikelijk is, dat langs de meetcylinder enkele detectoren zijn geplaatst, zoals 1015995 3 lichtsluizen, die detecteren wanneer de meetzuiger enkele voorafbepaalde meetposities passeert. Deze meetposities en bijgevolg hun onderlinge afstanden zijn nauwkeurig bekend, en de passeertijdstippen kunnen zeer nauwkeurig gemeten worden.The displacement speed of the measuring piston can be measured in various ways. It is customary that a few detectors, such as light locks, are placed along the measuring cylinder, which detectors detect when the measuring piston passes through a few predetermined measuring positions. These measuring positions and consequently their mutual distances are accurately known, and the passing times can be measured very accurately.
5 Uit deze gegevens kan nauwkeurig worden berekend wat de gemiddelde verplaatsingssnelheid is geweest waarmee de meetzuiger het meettraject of de verschillende meettrajecten tussen de detectoren heeft afgelegd.From this data it can be accurately calculated what the average displacement speed has been with which the measuring piston has traveled the measuring path or the different measuring paths between the detectors.
Voor het bereiken van een hoge meetnauwkeurigheid worden 10 conventioneel aan de meetapparatuur enkele belangrijke, onderling schijnbaar tegengestelde eisen gesteld. In de eerste plaats dient de meetzuiger lekvrij te zijn opgesteld binnen de meetcylinder; het moge duidelijk zijn dat, indien er gas vanuit de meetkamer langs de meetzuiger weglekt, elke meting 15 consequent een te lage stromingssnelheid zal opleveren, waarbij de afwijking groter is naarmate het lek groter is. Dit probleem wordt belangrijker naarmate de te meten gasstromingssnelheden lager zijn, omdat dan de procentuele meetfout groter is.To achieve a high measuring accuracy, some important, apparently opposing requirements are conventionally imposed on the measuring equipment. Firstly, the measuring piston must be installed leak-free within the measuring cylinder; it will be clear that if gas leaks from the measuring chamber along the measuring piston, each measurement will consistently yield a too low flow rate, the deviation being greater the greater the leak. This problem becomes more important the lower the gas flow rates to be measured, because then the percentage measurement error is greater.
In de tweede plaats dient de meetzuiger wrijvingsvrij te 20 zijn opgesteld binnen de meetcylinder. Als er wrijving optreedt, zal met name door de niet-lineaire wrijvingskracht de verplaatsing van de meetzuiger onregelmatig gaan. Voorts betekent het optreden van wrijving, dat de meetzuiger pas in beweging komt als er een zekere wrijvingsdrempel overwonnen is. 25 Na het overwinnen van de wrijvingsdrempel wordt de wrijvingskracht plotseling kleiner waardoor het zogenaamde slip-stick verschijnsel kan optreden. Dit heeft bovendien tot gevolg dat de druk onder de meetzuiger fluctueert, hetgeen op zijn beurt weer invloed heeft op de gasstroming. Voorts heeft wrijving tot 30 gevolg, dat er lokaal gas wordt opgewarmd. Samenvattend veroorzaakt wrijving een verlaging van de meetnauwkeurigheid.Secondly, the measuring piston must be arranged without friction within the measuring cylinder. If friction occurs, the displacement of the measuring piston will be irregular due to the non-linear frictional force in particular. Furthermore, the occurrence of friction means that the measuring piston only starts to move when a certain friction threshold has been overcome. After overcoming the friction threshold, the friction force suddenly becomes smaller, so that the so-called slip-stick phenomenon can occur. Moreover, this has the consequence that the pressure under the measuring piston fluctuates, which in turn influences the gas flow. Furthermore, friction has as a consequence that local gas is heated. In summary, friction causes a reduction in measurement accuracy.
Om aan de eerste eis te voldoen, is conventioneel de meetzuiger langs zijn omtrek, tussen de meetzuiger en de meetcylinder, voorzien van afdichtingsmiddelen. Het moge 35 duidelijk zijn dat effectieve afdichtingsmiddelen zowel contact hebben met de meetzuiger als met de meetcylinder, waardoor er wrijving wordt veroorzaakt.To meet the first requirement, the measuring piston is conventionally provided with sealing means along its circumference, between the measuring piston and the measuring cylinder. It will be clear that effective sealing means are in contact with both the measuring piston and the measuring cylinder, causing friction.
Er is daarom op dit gebied gezocht naar effectieve afdichtingsmiddelen die zo min mogelijk wrijving veroorzaken, 1015995 4 en men is hier inderdaad in geslaagd door de afdichtings-middelen te verschaffen in de vorm van een ring van vloeibaar kwik, aangebracht in een omtreksgroef van de meetzuiger.Effective sealing means have therefore been sought in this field which cause as little friction as possible, 1015995 4 and it has indeed been achieved by providing the sealing means in the form of a ring of liquid mercury arranged in a circumferential groove of the measuring piston. .
Echter, het gebruik van kwik is steeds meer een bezwaar in 5 verband met strenger wordende milieu-eisen.However, the use of mercury is increasingly becoming a drawback in connection with stricter environmental requirements.
Een belangrijk doel van de onderhavige uitvinding is derhalve het verschaffen van een nauwkeurige meetinrichting van het bovengenoemde type, geschikt voor het met hoge nauwkeurigheid meten van lage gasstromingssnelheden, waarbij het gebruik 10 van vloeibaar kwik achterwege kan blijven.An important object of the present invention is therefore to provide an accurate measuring device of the above-mentioned type, suitable for measuring low gas flow rates with high accuracy, wherein the use of liquid mercury can be dispensed with.
De onderhavige uitvinding is in belangrijke mate gebaseerd op het inzicht dat, om te voldoen aan het vereiste van lekvrij-zijn, het niet nodig is dat er tussen de meetzuiger en de meetcylinder afdichtingsmiddelen aanwezig zijn die een 15 lekstroming langs de meetzuiger blokkeren, maar dat het optreden van een lekstroming langs de meetzuiger ook effectief wordt tegengegaan indien verzekerd wordt dat het drukverschil over de meetzuiger gelijk is aan nul.The present invention is to a large extent based on the insight that, in order to meet the requirement to be leak-free, it is not necessary for there to be sealing means between the measuring piston and the measuring cylinder blocking a leakage flow along the measuring piston, but that the occurrence of a leakage flow along the measuring piston is also effectively prevented if it is ensured that the pressure difference across the measuring piston is zero.
De onderhavige uitvinding is voorts gebaseerd op het 20 verdere inzicht dat, voor het verrichten van een nauwkeurige meting, het niet essentieel is dat het drukverschil over de meetzuiger steeds exact gelijk is aan nul op elk willekeurig tijdstip gedurende de meting, maar dat het voldoende is als genoemd drukverschil gedurende de meting gemiddeld gelijk is 25 aan nul, althans in hoofdzaak. Aangetoond kan worden, dat voor kleine drukverschillen de lekstromingssnelheid rechtevenredig is met het drukverschil over de meetzuiger; daaruit volgt dat, als het drukverschil over de meetzuiger tijdens een bepaalde meting gemiddeld gelijk is aan nul, althans in hoofdzaak, ook 30 de lekstromingssnelheid gemiddeld gelijk is aan nul, althans in hoofdzaak.The present invention is furthermore based on the further insight that, for performing an accurate measurement, it is not essential that the pressure difference across the measuring piston is always exactly equal to zero at any time during the measurement, but that it is sufficient if said pressure difference during the measurement is on average equal to zero, at least substantially. It can be demonstrated that for small pressure differences, the leakage flow rate is directly proportional to the pressure difference across the measuring piston; it follows that, if the pressure difference across the measuring piston during an determined measurement is on average equal to zero, at least substantially, the leakage speed is also on average equal to zero, at least substantially.
De onderhavige uitvinding is voorts gebaseerd op het verdere inzicht dat, voor het verrichten van een meting, het niet essentieel is dat de meetzuiger wordt verplaatst onder 35 gebruikmaking van de druk in de meetkamer als stuwende kracht, maar dat het voldoende is als op enigerlei wijze wordt verzekerd dat de meetzuiger in de meetcylinder beweegt met een snelheid die correspondeert met de gasstromingssnelheid.The present invention is furthermore based on the further insight that, for carrying out a measurement, it is not essential that the measuring piston be displaced using the pressure in the measuring chamber as a driving force, but that it is sufficient if in any way it is ensured that the measuring piston moves in the measuring cylinder at a speed that corresponds to the gas flow rate.
1015995 51015995 5
Gebaseerd op deze inzichten stelt de onderhavige uitvinding een meetinrichting van het bovengenoemde type voor, waarbij de meetzuiger door een externe kracht, aangebracht met behulp van een geschikte aandrijfinrichting, wordt bewogen in 5 de meetcylinder. Eventuele wrijvingskrachten worden dan gecompenseerd door de aandrijfinrichting.Based on these insights, the present invention proposes a measuring device of the above-mentioned type, wherein the measuring piston is moved in the measuring cylinder by an external force applied with the aid of a suitable driving device. Any frictional forces are then compensated by the drive device.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de meetzuiger met speling opgesteld binnen de meetcylinder. Hierdoor zal er nauwelijks wrijving optreden tussen de 10 meetzuiger en de meetcylinder.In a preferred embodiment of the invention, the measuring piston is arranged with play within the measuring cylinder. As a result, there will hardly be any friction between the measuring piston and the measuring cylinder.
De aandrijfinrichting staat onder besturing van een stuureenheid, die de aandrijfinrichting op een dusdanige manier aandrijft, dat het drukverschil over de meetzuiger gelijk is aan nul, althans gemiddeld in hoofdzaak gelijk is aan nul.The drive device is controlled by a control unit which drives the drive device in such a way that the pressure difference across the measuring piston is zero, or at least substantially equal to zero.
15 Hierdoor wordt verzekerd, dat er geen netto lek optreedt langs de meetzuiger.This ensures that there is no net leakage along the measuring piston.
Bij conventionele meetapparatuur is een detector nodig voor elke locatie waar men de aankomst van de meetzuiger wil klokken. Alleen bij die locaties is de aankomsttijd nauwkeurig 20 vast te stellen, zodat men een snelheidsberekening kan uitvoeren als gemiddelde snelheid over het afgelegde traject tussen twee opeenvolgende meetpunten. Er zijn echter geen gegevens bekend over de mate waarin de snelheid constant is geweest. Voorts is het niet, althans niet eenvoudig, mogelijk 25 om de meting te verrichten op basis van andere meettrajecten. Daarenboven betekenen de detectoren een kostenpost.Conventional measuring equipment requires a detector for each location where the measuring piston's arrival is to be clocked. The arrival time can only be accurately determined at those locations, so that a speed calculation can be carried out as an average speed over the distance traveled between two consecutive measuring points. However, no data is available on the extent to which the speed has been constant. Furthermore, it is not possible, or at least not easy, to perform the measurement on the basis of other measuring paths. In addition, the detectors represent a cost item.
Volgens de onderhavige uitvinding is het mogelijk, door gebruik te maken van een positieve aandrijfinrichting, op elk moment nauwkeurig de positie van de meetzuiger te kennen. Niet 30 alleen is het dan mogelijk om de passage van meetpunten te klokken zonder de noodzakelijke aanwezigheid van detectoren, maar ook is het mogelijk om in real time exact de verplaatsingssnelheid te meten, en derhalve ook fluctuaties in de verplaatsingssnelheid te meten.According to the present invention it is possible, by using a positive drive device, to accurately know the position of the measuring piston at any time. Not only is it then possible to clock the passage of measuring points without the necessary presence of detectors, but it is also possible to precisely measure the displacement speed in real time, and therefore also to measure fluctuations in the displacement speed.
3535
Deze en andere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige' uitvinding zullen nader worden verduidelijkt door de hiernavolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van een meetinrichting volgens de uitvinding onder verwijzing 1 n i s fl 9 fi 6 naar de tekening, waarin gelijke verwijzingscijfers gelijke of vergelijkbare onderdelen aanduiden, en waarin: figuur 1 schematisch een uitvoeringsvorm toont van een meetinrichting volgens de onderhavige uitvinding; 5 figuur 2 een blokschema toont van de aandrijving van de meetinrichting van figuur 1.These and other aspects, features and advantages of the present invention will be further elucidated by the following description of a preferred embodiment of a measuring device according to the invention with reference to recital 9 to the drawing, in which like reference numerals indicate like or similar parts and wherein: figure 1 schematically shows an embodiment of a measuring device according to the present invention; Figure 2 shows a block diagram of the drive of the measuring device of figure 1.
Figuur 1 toont schematisch een uitvoeringsvorm van een meetinrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding. De 10 inrichting 1 omvat een meetcylinder 10, die bij een eerste uiteinde 11 is afgesloten, en bij zijn tegenoverliggende uiteinde 12 open is en aldus in vrije verbinding staat met de atmosfeer. De meetcylinder 10 kan verticaal georiënteerd zijn, maar bij voorkeur is de meetcylinder 10 horizontaal 15 georiënteerd, zoals getoond. De horizontale richting van de hartlijn van de meetcylinder 10 zal in het hiernavolgende ook worden aangeduid als X-richting. In de meetcylinder 10 is een meetzuiger 20 opgesteld, waarvan de omtrekscontour correspondeert met die van de meetcylinder 10; hoewel de vorm van de 20 omtrekscontour op zich niet kritisch is, hebben de meetcylinder 10 en de meetzuiger 20 bij voorkeur een cirkelvormige omtrekscontour. De ruimte binnen de meetcylinder 10 die is begrensd door het afgesloten eerste uiteinde 11 daarvan en door de meetzuiger 20, wordt aangeduid als meetkamer 13. De meet-25 kamer 13 is voorzien van een afsluitbare gasinlaat 14, voor het in de meetkamer 13 introduceren van een te onderzoeken gas-' stroom. De gasinlaat 14 kan zijn aangebracht in de cylindrische zijwand van de meetcylinder 10, maar is bij voorkeur en zoals geïllustreerd aangebracht in een eindwand van de meetcylinder. 30 In de geschetste voorkeursuitvoeringsvorm is, volgens een belangrijk aspect van de onderhavige uitvinding, de meetzuiger 20 met speling opgesteld in de meetcylinder 10, dat wil zeggen dat er zich tussen het binnenoppervlak van de meetcylinder 10 en het cylindrische buitenoppervlak van de meetzuiger 20 een 35 spleet S bevindt over de volledige omtrek van de meetzuiger 20.Figure 1 shows schematically an embodiment of a measuring device 1 according to the present invention. The device 1 comprises a measuring cylinder 10, which is closed at a first end 11, and is open at its opposite end 12 and thus is in free communication with the atmosphere. The measuring cylinder 10 may be oriented vertically, but preferably the measuring cylinder 10 is oriented horizontally, as shown. The horizontal direction of the axis of the measuring cylinder 10 will hereinafter also be referred to as the X direction. A measuring piston 20 is arranged in the measuring cylinder 10, the peripheral contour of which corresponds to that of the measuring cylinder 10; although the shape of the peripheral contour per se is not critical, the measuring cylinder 10 and the measuring piston 20 preferably have a circular peripheral contour. The space within the measuring cylinder 10 bounded by its closed first end 11 and by the measuring piston 20 is referred to as measuring chamber 13. The measuring chamber 13 is provided with a closable gas inlet 14 for introducing into the measuring chamber 13 a gas stream to be investigated. The gas inlet 14 can be arranged in the cylindrical side wall of the measuring cylinder 10, but is preferably and as illustrated arranged in an end wall of the measuring cylinder. In the preferred embodiment outlined, according to an important aspect of the present invention, the measuring piston 20 is arranged with play in the measuring cylinder 10, that is to say, between the inner surface of the measuring cylinder 10 and the cylindrical outer surface of the measuring piston 20. The gap S is over the entire circumference of the measuring piston 20.
Dank zij deze spleet S is er geen of slechts plaatselijk contact tussen de meetzuiger 20 en de meetcylinder 10, zodat er nauwelijks of geen wrijving optreedt tussen de meetzuiger 20 en de meetcylinder 10. De breedte van de spleet S is in dit 1015995 7 opzicht niet belangrijk. Anderzijds is de spleetbreedte liefst zo klein mogelijk, omdat een grotere spleetbreedte correspondeert met een grotere lekstroming langs de meetzuiger 20, zoals later uitgebreider zal worden uitgelegd.Thanks to this gap S, there is no or only local contact between the measuring piston 20 and the measuring cylinder 10, so that hardly any or no friction occurs between the measuring piston 20 and the measuring cylinder 10. The width of the gap S is not in this respect. important. On the other hand, the gap width is preferably as small as possible, because a larger gap width corresponds to a larger leakage flow along the measuring piston 20, as will be explained in more detail later.
5 Hoewel niet essentieel voor een goed functionerende meet- inrichting binnen het kader van de onderhavige uitvinding, is de meetzuiger 20 bij voorkeur exact coaxiaal opgesteld binnen de meetcylinder 10, zodat de spleet S over de volledige omtrek van de meetzuiger 20 steeds dezelfde breedte heeft. Bij een 10 niet-coaxiale uitlijning heeft de spleet S een gedeelte met relatief grote breedte, waarlangs een grotere lekstroming mogelijk is, en een daartegenover gelegen gedeelte met relatief kleine breedte, hetgeen het risico verhoogt dat daar contact optreedt tussen de meetzuiger 20 en de meetcylinder 10 bij 15 eventuele radiale trillingen van de meetzuiger 20 en/of de meetcylinder 10.Although not essential for a properly functioning measuring device within the scope of the present invention, the measuring piston 20 is preferably positioned exactly coaxially within the measuring cylinder 10, so that the gap S over the entire circumference of the measuring piston 20 always has the same width. With a non-coaxial alignment, the gap S has a portion with a relatively large width, along which a larger leakage flow is possible, and an opposite portion with a relatively small width, which increases the risk of contact between the measuring piston 20 and the measuring cylinder therein. 10 at 15 any radial vibrations of the measuring piston 20 and / or the measuring cylinder 10.
Bij voorkeur is de spleetbreedte kleiner dan 0,1 mm, hoewel de spleetbreedte in de orde van 0,1 mm mag zijn.Preferably, the gap width is less than 0.1 mm, although the gap width may be in the order of 0.1 mm.
De meetzuiger 20 is axiaal verplaatsbaar binnen de meet-20 cylinder 10, en is verbonden met een bestuurbare aandrijf- inrichting 30 die een axiale verplaatsing van de meetzuiger 20 op een gecontroleerde manier bewerkstelligt. Die aandrijf- . inrichting 30 omvat een actuatorstang 31, waarvan een eerste uiteinde bevestigd is aan de meetzuiger 20. Die bevestiging is 25 zodanig, dat de meetzuiger 20 in axiale richting (X) star is gekoppeld met de actuatorstang 31. Hoewel het mogelijk is dat de opstelling van de meetzuiger 20 in radiale richting (YZ) zo star mogelijk is, is de bevestiging van de meetzuiger 20 aan de actuatorstang bij voorkeur zodanig, dat de meetzuiger 20 in 30 radiale richting (YZ) een bewegingsvrijheid heeft ten opzichte van de actuatorstang 31 teneinde uitlijningsfouten te kunnen compenseren. Dat de meetzuiger 20 dan de wand van de meetcylinder 10 lokaal kan raken, leidt niet tot problemen.The measuring piston 20 is axially displaceable within the measuring cylinder 10, and is connected to a controllable drive device 30 which causes axial displacement of the measuring piston 20 in a controlled manner. That drive. device 30 comprises an actuator rod 31, a first end of which is attached to the measuring piston 20. This mounting is such that the measuring piston 20 is rigidly coupled in axial direction (X) to the actuator rod 31. Although it is possible that the arrangement of the measuring piston 20 in the radial direction (YZ) is as rigid as possible, the attachment of the measuring piston 20 to the actuator rod is preferably such that the measuring piston 20 has a freedom of movement relative to the actuator rod 31 in radial direction (YZ) in order to avoid misalignment to be able to compensate. The fact that the measuring piston 20 can then locally touch the wall of the measuring cylinder 10 does not lead to problems.
De actuatorstang 31 is bij zijn andere uiteinde star 35 bevestigd aan een houder 32, welke houder 32 verplaatsbaar is langs één of meerdere geleiders 33, die evenwijdig zijn gericht aan de hartlijn van de meetcylinder 10. De aandrijfinrichting 30 omvat voorts een motor M die met de houder 32 is gekoppeld om deze te verplaatsen langs de geleiders 33. Zoals ook 1015995 8 weergegeven in figuur 2, wordt die motor M aangedreven door een stuurinrichting 50.The actuator rod 31 is rigidly attached at its other end 35 to a holder 32, which holder 32 is movable along one or more conductors 33, which are parallel to the axis of the measuring cylinder 10. The drive device 30 further comprises a motor M the holder 32 is coupled to move it along the guides 33. As also shown in Figure 2, that motor M is driven by a control device 50.
De motor M van de aandrijfinrichting 30 kan in principe een willekeurig geschikte motor zijn. In verband met de 5 gewenste nauwkeurigheid van de meetinrichting worden hoge eisen gesteld aan de nauwkeurigheid van de toegepaste motor. Een stappenmotor heeft weliswaar een hoge nauwkeurigheid in elke stappositie, maar het feit dat een stappenmotor alleen maar met discrete stappen kan worden verplaatst, is nadelig. Wanneer de 10 motor een rotatie-motor is, zijn overbrengingsmiddelen nodig zoals een spindelmechanisme voor het omzetten van de rotatie-beweging van de motor naar de lineaire beweging van de houder 32. Bij voorkeur wordt daarom gebruik gemaakt van een lineaire motor, waar de genoemde nadelen afwezig zijn.The motor M of the drive device 30 can in principle be any suitable motor. In connection with the desired accuracy of the measuring device, high demands are made on the accuracy of the motor used. Although a stepper motor has a high accuracy in every step position, the fact that a stepper motor can only be moved with discrete steps is disadvantageous. When the motor is a rotary motor, transfer means are required such as a spindle mechanism for converting the rotational movement of the motor to the linear movement of the holder 32. Therefore, preferably a linear motor is used, where said motor disadvantages are absent.
15 Lineaire motoren zijn op zich bekend, en in de meet inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan gebruik worden gemaakt van een standaard in de handel verkrijgbare lineaire motor. Het is daarom niet nodig om hier de werking van een lineaire motor uit te leggen. Volstaan wordt met op te merken 20 dat, in een bepaalde geschikt gebleken uitvoeringsvorm, de lineaire motor een lineaire stator met permanente magneten omvat, alsmede een beweegbaar onderdeel, te vergelijken met de rotor van een rotatiemotor, dat drie elektrische spoelen omvat. De motor M is voorzien van een bijbehorende driver D, die de 25 juiste spoelen aandrijft met de juiste stroom, op basis van sinusoïdale commutatie. De driver D heeft een stuursignaal-ingang voor het ontvangen van een stuursignaal φ, en drijft de spoelen op een dusdanige manier aan, dat de door het beweegbare onderdeel van de motor M geleverde kracht rechtevenredig is met 30 het ontvangen stuursignaal φ.Linear motors are known per se, and in the measuring device according to the present invention use can be made of a standard commercially available linear motor. It is therefore not necessary to explain the operation of a linear motor here. It suffices to note that, in a particular embodiment that has been found to be suitable, the linear motor comprises a linear stator with permanent magnets, as well as a movable component, comparable to the rotor of a rotary motor comprising three electric coils. The motor M is provided with an associated driver D, which drives the correct coils with the correct current, based on sinusoidal commutation. The driver D has a control signal input for receiving a control signal φ, and drives the coils in such a way that the force supplied by the movable part of the motor M is directly proportional to the received control signal φ.
Wanneer een te onderzoeken gasstroom, die bijvoorbeeld afkomstig kan zijn van een te kalibreren gasstroommeter, via de gasinlaat 14 wordt geïntroduceerd in de meetkamer 13, stijgt de 35 druk binnen de meetkamer 13, terwijl de druk in de meetcylinder 10 aan de tegenoverliggende zijde van de meetzuiger 20, dat wil zeggen in het tegenover de meetkamer 13 gelegen gedeelte 15 van het inwendige van de meetcylinder 10, constant blijft, namelijk gelijk blijft aan de omgevingsdruk. Er zal dan een drukverschil 1015995 9 ΔΡ over de meetzuiger 20 heersen, welk drukverschil kan worden geschreven als ΔΡ = P13-P15, waarbij P13 de druk in de meetkamer 13 is, en waarbij P15 de druk is in genoemd tegenover de meetkamer 13 gelegen gedeelte 15 van het inwendige van de meet-5 cylinder 10, in het hiernavolgende ook aangeduid met de term "tegendruk".When a gas stream to be examined, which may, for example, originate from a gas flow meter to be calibrated, is introduced via the gas inlet 14 into the measuring chamber 13, the pressure within the measuring chamber 13 rises, while the pressure in the measuring cylinder 10 on the opposite side of the measuring piston 20, that is to say, in the part 15 of the interior of the measuring cylinder 10 opposite the measuring chamber 13, remains constant, namely, remains equal to the ambient pressure. There will then be a pressure difference 1015995 9 ΔΡ over the measuring piston 20, which pressure difference can be written as ΔΡ = P13-P15, where P13 is the pressure in the measuring chamber 13, and where P15 is the pressure in the part opposite the measuring chamber 13 15 of the interior of the measuring cylinder 10, hereinafter also referred to as the "back pressure".
Als gevolg van dit drukverschil ΔΡ kan er door de spleet S een lekstroom optreden, dat wil zeggen dat er dan gas langs de meetzuiger 20 ontsnapt uit de meetkamer 13. De grootte van die 10 lekstroom is rechtevenredig met het drukverschil ΔΡ, en is voorts onder meer afhankelijk van de spleetbreedte en van de lengte van de meetzuiger 20: hoe kleiner de spleetbreedte en hoe langer de spleet in axiale richting, des te kleiner is de lekstroom. Bij voorkeur worden de afmetingen van de spleet 15 zodanig gekozen, dat de lekstroom bij het maximaal toegelaten drukverschil niet groter is dan 0,02% van de te meten gasstroming.As a result of this pressure difference ΔΡ, a leakage current may occur through the gap S, that is to say gas escapes along the measuring piston 20 from the measuring chamber 13. The magnitude of that leakage current is directly proportional to the pressure difference ΔΡ, and is furthermore below more dependent on the gap width and the length of the measuring piston 20: the smaller the gap width and the longer the gap in the axial direction, the smaller the leakage current. The dimensions of the gap 15 are preferably chosen such that the leakage current at the maximum permissible pressure difference is not greater than 0.02% of the gas flow to be measured.
De stuurinrichting 50 is bij voorkeur ingericht voor het genereren van een stuursignaal φ voor de aandrijfinrichting 30, 20 meer in het bijzonder voor de driver D van de lineaire motor M, op een dusdanige manier, dat de resulterende verplaatsing van de meetzuiger 20 zodanig plaatsvindt, dat het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20 in hoofdzaak nul is of tenminste binnen voorafbepaalde grenzen blijft. Als er geen drukverschil over de 25 meetzuiger 20 is, is er ook geen lekstroom.The control device 50 is preferably adapted to generate a control signal φ for the drive device 30, more particularly for the driver D of the linear motor M, in such a way that the resulting displacement of the measuring piston 20 takes place in such a way, that the pressure difference ΔΡ across the measuring piston 20 is substantially zero or remains at least within predetermined limits. If there is no pressure difference across the measuring piston 20, there is also no leakage current.
De inrichting 1 omvat daartoe drukmeetmiddelen 40 die zijn ingericht om aan de stuurinrichting 50 informatie te verschaffen omtrent het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20.To this end, the device 1 comprises pressure measuring means 40 which are adapted to provide the control device 50 with information about the pressure difference ΔΡ over the measuring piston 20.
Die drukmeetmiddelen 40 omvatten in de in figuur 1 weergegeven 30 uitvoeringsvorm een in de meetkamer 13 opgestelde eerste druk-sensor 41, die met een eerste signaalingang 51 van de stuurinrichting 50 is gekoppeld, en die een eerste drukmeetsignaal πΐ3 opwekt dat representatief is voor de in de meetkamer 13 heersende druk P13.In the embodiment shown in Figure 1, these pressure measuring means 40 comprise a first pressure sensor 41 arranged in the measuring chamber 13, which pressure sensor is coupled to a first signal input 51 of the control device 50, and which generates a first pressure measurement signal πΐ3 representative of the pressure P13 prevailing in the measuring chamber 13.
35 De eerste druksensor 41 kan zijn bevestigd aan de meet- cylinder 10, en is dan bij voorkeur opgesteld nabij het eerste uiteinde 11 daarvan. Een signaalleiding vanaf de eerste druksensor 41 naar de eerste signaalingang 51 van de stuurinrichting 50 kan op willekeurig geschikte en op zich bekende 1015995 10 wijze, gasdicht door de wand van de meetcylinder 10 naar buiten zijn geleid. De eerste druksensor 41 kan als alternatief ook zijn bevestigd aan het naar de meetkamer 13 gerichte oppervlak van de meetzuiger 20, in welk geval een signaalleiding vanaf de 5 druksensor 41 naar de stuurinrichting 50 door de meetzuiger 20 en langs de actuatorstang 31 naar buiten kan zijn geleid.The first pressure sensor 41 can be attached to the measuring cylinder 10, and is then preferably arranged near the first end 11 thereof. A signal line from the first pressure sensor 41 to the first signal input 51 of the control device 50 can be guided gas-tightly through the wall of the measuring cylinder 10 in any suitable and known manner. The first pressure sensor 41 can alternatively also be attached to the surface of the measuring piston 20 facing the measuring chamber 13, in which case a signal line from the pressure sensor 41 to the control device 50 can be out through the measuring piston 20 and along the actuator rod 31 led.
Deze ene druksensor 41 die de druk Ρχ3 in de meetkamer 13 meet, volstaat voor het uitvoeren van de meting volgens de onderhavige uitvinding, op basis van de aanname dat de 10 tegendruk P15 gelijk is aan de omgevingsdruk buiten de meetcylinder 10, en dat de omgevingsdruk constant is tijdens de meting. Het nul zijn van het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20 is dan namelijk equivalent met het constant houden van de druk P13 binnen de meetkamer 13 op een waarde gelijk aan 15 de omgevingsdruk. Desgewenst kan de inrichting 1 zijn voorzien van middelen die de tegendruk P15 constant houden op een waarde die afwijkt van de atmosferische druk. In beide gevallen kan de stuurinrichting 50 dan zijn ingericht om het bij zijn eerste signaalingang 51 ontvangen, van de ene druksensor 41 afkomstige 20 meetsignaal πχ3 in hoofdzaak constant te houden. Het is ook mogelijk dat de inrichting is voorzien van een tweede druksensor 42 die de tegendruk Pi5 meet, bij voorkeur bij een locatie zo dicht mogelijk bij de meetzuiger 20. Een dergelijke tweede druksensor 42 kan dan ook op de binnenwand van de meet-25 cylinder 10 zijn gemonteerd, zoals geïllustreerd, of op de meetzuiger 20, aan de van de meetkamer 13 af gekeerde zijde daarvan. Deze tweede druksensor 42 genereert dan een tweede drukmeetsignaal πχ5 dat representatief is voor de tegendruk P15, en is dan gekoppeld met een tweede signaalingang 52 van de 30 stuurinrichting 50. Door de bij zijn twee signaalingangen 51, 52 ontvangen meetsignalen πχ3, πΐ5 met elkaar te vergelijken, beschikt de stuurinrichting 50 over een signaal dat direct representatief is voor het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20.This one pressure sensor 41, which measures the pressure Ρχ3 in the measuring chamber 13, suffices for carrying out the measurement according to the present invention, on the basis that the back pressure P15 is equal to the ambient pressure outside the measuring cylinder 10, and that the ambient pressure is constant during the measurement. The fact that the pressure difference ΔΡ over the measuring piston 20 is zero is then in fact equivalent to keeping the pressure P13 within the measuring chamber 13 constant at a value equal to the ambient pressure. If desired, the device 1 can be provided with means that keep the back pressure P15 constant at a value that deviates from the atmospheric pressure. In both cases the control device 50 can then be adapted to keep the measurement signal πχ3 received at its first signal input 51 from the one pressure sensor 41 substantially constant. It is also possible for the device to be provided with a second pressure sensor 42 which measures the back pressure Pi5, preferably at a location as close as possible to the measuring piston 20. Such a second pressure sensor 42 can therefore also be mounted on the inner wall of the measuring cylinder. 10 are mounted, as illustrated, or on the measuring piston 20, on its side remote from the measuring chamber 13. This second pressure sensor 42 then generates a second pressure measurement signal πχ5 which is representative of the back pressure P15, and is then coupled to a second signal input 52 from the control device 50. By mutually measuring the measurement signals πχ3, πΐ5 received at its two signal inputs 51, 52. In comparison, the control device 50 has a signal which is directly representative of the pressure difference ΔΡ on the measuring piston 20.
3535
De stuurinrichting 50 kan zijn ingericht als een enkelvoudige, open regellus, waarbij de stuurinrichting 50 bij zijn eerste signaalingang 51 het eerste drukmeetsignaal Tti3 ontvangt, en eventueel bij zijn tweede signaalingang 52 het 1015995 11 tweede drukmeetsignaal πχ5 ontvangt, en aldus beschikt over een ingangssignaal dat correspondeert met het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20, en waarbij de stuurinrichting 50, op basis van het gemeten drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20, bij een 5 stuuruitgang 58 een stuursignaal φ genereert voor de aandrijf-inrichting 30.The control device 50 can be arranged as a single, open control loop, wherein the control device 50 receives the first pressure measurement signal Tti3 at its first signal input 51, and optionally receives the second pressure measurement signal πχ5 at its second signal input 52, and thus has an input signal which corresponds to the pressure difference ΔΡ over the measuring piston 20, and wherein the control device 50, on the basis of the measured pressure difference ΔΡ over the measuring piston 20, generates a control signal de for the drive device 30 at a control output 58.
Een rustiger en daardoor nauwkeuriger verloop van de meting wordt echter bereikt als de stuurinrichting 50 is ingericht als tweevoudige regellus, waarbij de stuurinrichting 10 50 twee in serie met elkaar gekoppelde regelaars 56, 57 omvat, zoals getoond in het blokschema van figuur 2. Een eerste regelaar 56 ontvangt bij zijn eerste signaalingang 51 het eerste drukmeetsignaal πΐ3, en ontvangt eventueel bij zijn tweede signaalingang 52 het tweede drukmeetsignaal πχ5, en 15 beschikt aldus over een ingangssignaal dat correspondeert met het drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20. Op basis van het gemeten drukverschil ΔΡ over de meetzuiger 20 genereert de eerste regelaar 56 bij een eerste stuuruitgang 54 een stuursignaal ψ voor de tweede regelaar 57. De tweede regelaar 20 57 is, afgestemd op de karakteristieken van de aandrijf- inrichting 30, ingericht om bij zijn stuuruitgang 58 een stuursignaal φ voor de aandrijfinrichting 30 op een dusdanige manier te genereren, dat de houder 32 met constante snelheid wordt verplaatst, waarbij de grootte van die constante snelheid 25 afhangt van het door de tweede regelaar 57 bij een stuuringang 55 daarvan ontvangen stuursignaal ψ. Aldus kan de karakteristiek van de eerste regelaar 56 zijn ontworpen om te passen bij de reactie-karakteristiek van de druk in de meetkamer 13, waarbij in het algemeen een relatief grote tijdconstante een 30 rol speelt, terwijl de karakteristiek van de tweede regelaar 57 kan zijn ontworpen om te passen bij de aandrijf-karakteristiek van de aandrijfinrichting 30, waarbij in het algemeen een relatief kleine tijdconstante een rol speelt.However, a calmer and therefore more accurate course of the measurement is achieved if the control device 50 is designed as a dual control loop, the control device 50 comprising two controllers 56, 57 connected in series with each other, as shown in the block diagram of Figure 2. A first controller 56 receives the first pressure measurement signal πΐ3 at its first signal input 51, and optionally receives the second pressure measurement signal πχ5 at its second signal input 52, and thus has an input signal corresponding to the pressure difference ΔΡ on the measuring piston 20. Based on the measured pressure difference ΔΡ over the measuring piston 20, the first controller 56 generates a control signal ψ for the second controller 57 at a first control output 54. The second controller 20, adapted to the characteristics of the drive device 30, is adapted to provide a control signal at its control output 58. for generating the drive device 30 in such a way that the holder 32 m The constant speed is shifted, the magnitude of that constant speed 25 depending on the control signal ψ received by the second controller 57 at a control input 55 thereof. Thus, the characteristic of the first controller 56 may be designed to match the reaction characteristic of the pressure in the measuring chamber 13, wherein a relatively large time constant generally plays a role, while the characteristic of the second controller 56 may be designed to match the drive characteristic of the drive device 30, with a relatively small time constant generally playing a role.
Om in staat te zijn de houder 32 van de aandrijfinrichting 35 30 met constante snelheid te verplaatsen, is de inrichting 1 bij voorkeur voorzien van met de houder 32 geassocieerde middelen 60 die aan een terugkoppelingang 53 van de tweede regelaar 57 een terugkoppelsignaal λ verschaffen dat representatief is voor de verplaatsingssnelheid van de houder 1015995 12 32. Die middelen 60 kunnen zijn ingericht om rechtstreeks de snelheid van de houder 32 te meten, bij voorbeeld op basis van het Doppler-principe. Bij voorkeur echter zijn de middelen 60 ingericht om met hoge resolutie continu de positie van de 5 houder 32 te meten, zodat het terugkoppelsignaal λ een positie-signaal is. Om daaruit een signaal te kunnen herleiden dat representatief is voor een snelheid, is de tweede regelaar 57 bij voorkeur voorzien van of verbonden met een tijdsignaal-generator of klok 59, die een tijdsignaal τ genereert.In order to be able to move the holder 32 of the drive device 30 at a constant speed, the device 1 is preferably provided with means 60 associated with the holder 32 which provide a feedback signal λ which is representative at a feedback input 53 of the second controller 57 is for the displacement speed of the holder 1015995 12 32. Those means 60 can be adapted to directly measure the speed of the holder 32, for example on the basis of the Doppler principle. Preferably, however, the means 60 are adapted to continuously measure the position of the holder 32 at high resolution, so that the feedback signal λ is a position signal. In order to be able to derive therefrom a signal representative of a speed, the second controller 57 is preferably provided with or connected to a time signal generator or clock 59 which generates a time signal τ.
10 Een voorbeeld van geschikte positie-meetmiddelen is een optische lineaal; aangezien een optische lineaal een op zich bekend meetinstrument is, zal de werking daarvan hier niet nader worden uitgelegd.An example of suitable position measuring means is an optical ruler; since an optical ruler is a measuring instrument known per se, its operation will not be further explained here.
15 Bij een conventionele meetmethode zijn er minstens twee positiedetectoren nodig om één meting te kunnen verrichten: een eerste positiedetector fungeert als start-detector om een klok te starten, en de andere detector fungeert als stop-detector om die klok te stoppen; de afgelegde afstand is bekend, en de 20 gemiddelde snelheid van de meetzuiger over dit ene meettraject wordt uitgerekend als de bekende afstand gedeeld door de geklokte tijd. Indien er meerdere metingen gewenst zijn over meerdere meettrajecten, dan zijn er meerdere positiedetectoren nodig. Een bijkomend voordeel van het gebruik van continue 25 positie-meetmiddelen zoals een optische lineaal is, dat nu op elk willekeurig moment exact —althans met grote nauwkeurigheid, welke nauwkeurigheid vergelijkbaar is met de nauwkeurigheid van conventioneel gebruikte positiedetectoren zoals een optische lichtsluis— bekend is waar de houder 32 30 zich bevindt, en dus wat de afgelegde weg van de meetzuiger 20 is. Dit betekent dat het tijdens het verplaatsen van de meetzuiger 20 op relatief eenvoudige wijze mogelijk is om meerdere metingen te doen.In a conventional measurement method, at least two position detectors are needed to be able to take one measurement: a first position detector acts as a start detector to start a clock, and the other detector acts as a stop detector to stop that clock; the distance traveled is known, and the average speed of the measuring piston over this one measuring distance is calculated as the known distance divided by the clocked time. If multiple measurements are desired over several measurement paths, then several position detectors are required. An additional advantage of the use of continuous position measuring means such as an optical ruler is that it is now known exactly at any given moment - with great accuracy, which accuracy is comparable to the accuracy of conventionally used position detectors such as an optical light gate - where the holder 32 is located, and thus what the distance traveled from the measuring piston 20 is. This means that during the displacement of the measuring piston 20 it is possible to take several measurements in a relatively simple manner.
De stuurinrichting 50 kan daartoe zijn ingericht om op 35 meerdere voorafbepaalde tijdstippen, gerekend vanaf een bepaald startmoment, de afgelegde weg van de meetzuiger 20 te bepalen en, in combinatie met de bijbehorende verstreken tijd, de gemiddelde snelheid uit te rekenen en te verschaffen als een meetwaarde. Als alternatief kan de stuurinrichting 50 zijn 1n 159 9 5 13 ingericht om bij meerdere voorafbepaalde posities van de meet-zuiger 20 de verstreken tijd te bepalen en, in combinatie met de bijbehorende afgelegde weg, de gemiddelde snelheid uit te rekenen en te verschaffen als een meetwaarde.The control device 50 can be arranged for this purpose to determine the distance traveled by the measuring piston 20 at a plurality of predetermined times, calculated from a certain starting moment and, in combination with the associated elapsed time, to calculate the average speed and to provide it as a measured value. Alternatively, the control device 50 may be adapted to determine the elapsed time at several predetermined positions of the measuring piston 20 and, in combination with the associated travel distance, to calculate and provide the average speed as a measured value.
55
In het voorgaande is er van uitgegaan, dat de drukval over de meetzuiger 20 in hoofdzaak gelijk wordt gehouden aan nul. De mate waarin dat lukt, is echter afhankelijk van diverse factoren, zoals de nauwkeurigheid van de gebruikte componenten, 10 de reactiesnelheden van de regelcircuits, etc. Het kan daarom in de praktijk voorkomen dat de drukval over de zuiger fluctueert rond nul. Echter, in het algemeen zullen dergelijke fluctuaties uitmiddelen, en naarmate de meting langer duurt, zullen dergelijke fluctuaties minder invloed hebben op het 15 uiteindelijke meetresultaat.In the foregoing it has been assumed that the pressure drop across the measuring piston 20 is kept substantially equal to zero. The extent to which this is successful, however, depends on various factors, such as the accuracy of the components used, the reaction speeds of the control circuits, etc. It can therefore occur in practice that the pressure drop across the piston fluctuates around zero. However, in general such fluctuations will average, and as the measurement lasts longer, such fluctuations will have less influence on the final measurement result.
De uitvinding voorziet in een voorkeurs-meetmethode die de invloed van dergelijke fluctuaties verder reduceert. Volgens deze voorkeurs-meetmethode wordt de drukval ΔΡ over de meetzuiger 20 gemeten, en wordt een meting gestart op een tijdstip 20 tl wanneer de drukval ΔΡ gelijk is aan nul. De positie van de meetzuiger 20 op dat starttijdstip tl wordt aangeduid als x(tl), en is bekend uit het positiemeetsignaal λ van de optische lineaal 60; deze waarde wordt onthouden, bijvoorbeeld door de waarde x(tl) op te slaan in een met de stuurinrichting 25 50 geassocieerd geheugen, dat ter wille van de eenvoud niet is weergegeven. Op dat moment wordt een integrator 70 gestart, die van de stuurinrichting 50, meer in het bijzonder de eerste regelaar 56, een signaal ontvangt dat representatief is voor de gemeten drukval ΔΡ over de meetzuiger 20, en die uit dat 30 ontvangen signaal een signaal Z(tx) genereert dat, op elk tijdstip tx, de tijdintegraal is van de drukval ΔΡ, beginnend vanaf starttijdstip tl, volgens de formule tx !(/*) = <1The invention provides a preferred measuring method that further reduces the influence of such fluctuations. According to this preferred measuring method, the pressure drop ΔΡ over the measuring piston 20 is measured, and a measurement is started at a time point 20 tl when the pressure drop ΔΡ is zero. The position of the measuring piston 20 at that starting time point t1 is referred to as x (t1), and is known from the position measuring signal λ of the optical ruler 60; this value is remembered, for example, by storing the value x (t1) in a memory associated with the control device 50, which is not shown for the sake of simplicity. At that moment an integrator 70 is started, which receives from the control device 50, more in particular the first controller 56, a signal representative of the measured pressure drop ΔΡ across the measuring piston 20, and which receives a signal Z from that received signal (tx) generates that, at any time tx, is the time integral of the pressure drop ΔΡ, starting from the start time tl, according to the formula tx! (/ *) = <1
De integrator 70 kan een onderdeel zijn van de stuur-35 inrichting 50, of een afzonderlijke component.The integrator 70 can be a part of the control device 50, or a separate component.
De integrator 70 genereert een signaal voor de stuurinrichting 50 steeds wanneer het signaal Z(tx) gelijk is aan 1015995 14 nul, of kleiner is dan een vooraf ingestelde ondergrens. Als alternatief zendt de integrator 70 het signaal Z(tx) naar de stuurinrichting 50, en bepaalt de stuurinrichting 50 wanneer dat signaal I(tx) gelijk is aan nul, of kleiner is dan de 5 vooraf ingestelde ondergrens. Op dergelijke momenten tx waarvoor geldt dat het signaal Z(tx) gelijk is aan nul, zullen de lekstromen als gevolg door overdruk (lekstroom de meetkamer uit) en de lekstromen als gevolg van onderdruk (lekstroom de meetkamer in) elkaar precies gecompenseerd hebben, en zal de 10 situatie identiek zijn aan de situatie wanneer de lekstroom al de tijd exact gelijk was geweest aan nul. Volgens de voorkeursmeetmethode volgens de onderhavige uitvinding wordt derhalve op één of meer van dergelijke momenten tx de afgelegde weg van de meetzuiger 20 alsmede de bijbehorende verstreken tijd bepaald, 15 en wordt daaruit de gemiddelde snelheid uitgerekend en verschaft als een meetwaarde.The integrator 70 generates a signal for the control device 50 whenever the signal Z (tx) is equal to 1015995 14 zero or smaller than a preset lower limit. Alternatively, the integrator 70 sends the signal Z (tx) to the control device 50, and the control device 50 determines when that signal I (tx) is zero or less than the preset lower limit. At such moments tx for which it holds that the signal Z (tx) is equal to zero, the leakage currents due to overpressure (leakage flow out of the measuring chamber) and the leakage currents due to negative pressure (leakage flow into the measuring chamber) will have exactly compensated each other, the situation will be identical to the situation if the leakage current had been exactly equal to zero all the time. According to the preferred measuring method according to the present invention, therefore, at one or more such moments tx the distance traveled from the measuring piston 20 as well as the associated elapsed time is determined, and the average speed is calculated therefrom and provided as a measured value.
In plaats van het criterium dat de tijd-integraal kleiner is dan een vooraf ingestelde ondergrens, kan als meet-criterium worden gebruikt dat de tijd-integraal van teken verandert.Instead of the criterion that the time integral is less than a preset lower limit, the measuring criterion that the time integral changes sign may be used.
2020
Aldus verschaft de onderhavige uitvinding een nauwkeurige meetinrichting 1 voor het meten van de gasstromingssnelheid van een met lage snelheid stromend gas. De inrichting omvat een meetcylinder 10 en een daarbinnen opgestelde meetzuiger 20, die 25 met speling is opgesteld binnen de meetzuiger 10. Aan een door de meetzuiger 20 afgesloten meetkamer 13 wordt een te onderzoeken gasstroming toegevoerd. Met behulp van een aandrijfinrichting 30 wordt de meetzuiger 20 verplaatst, zodanig dat de drukval over de meetzuiger 20 althans gemiddeld 30 in hoofdzaak gelijk is aan nul. Hierdoor wordt verzekerd, dat de meetzuiger 20 kan worden verplaatst in de meetcylinder 10, zonder dat een lekstroming langs de meetzuiger 20 het meetresultaat beïnvloedt.The present invention thus provides an accurate measuring device 1 for measuring the gas flow rate of a gas flowing at a low speed. The device comprises a measuring cylinder 10 and a measuring piston 20 disposed therein, which is arranged with play within the measuring piston 10. To a measuring chamber 13 closed off by the measuring piston 20, a gas flow to be examined is supplied. The measuring piston 20 is displaced with the aid of a drive device 30, such that the pressure drop across the measuring piston 20 is at least on average substantially equal to zero. This ensures that the measuring piston 20 can be displaced in the measuring cylinder 10 without a leakage flow along the measuring piston 20 influencing the measuring result.
Met een dergelijke inrichting is het bijvoorbeeld mogelijk 35 in stationaire gasstromingen te meten.With such a device it is, for example, possible to measure in stationary gas flows.
Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat de omvang van de onderhavige uitvinding niet is beperkt tot de in het voorgaande besproken voorbeelden, maar dat diverse wijzigingen 1015 9 9 Γ 15 en modificaties daarvan mogelijk zijn zonder af te wijken van de omvang van de uitvinding zoals gedefinieerd in de aangehechte conclusies. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk dat de stuurinrichting 50 is uitgevoerd in hardware, maar het is ook 5 mogelijk dat de stuurinrichting 50 is uitgevoerd als een geschikt geprogrammeerde controller of processor, bijvoorbeeld een PC.It will be clear to a person skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to the examples discussed above, but that various modifications and modifications thereof are possible without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. For example, it is possible that the control device 50 is embodied in hardware, but it is also possible that the control device 50 is designed as a suitably programmed controller or processor, for example a PC.
Voorts is het mogelijk dat, in plaats van een enkele druksensor 41 die de druk in de meetkamer 13 meet, respectieve-10 lijk twee druksensoren 41, 42 die de druk meten aan weerszijden van de meetzuiger 20, gebruik wordt gemaakt van een druk-verschilsensor die rechtstreeks de drukval over de meetzuiger 20 meet.Furthermore, instead of a single pressure sensor 41 which measures the pressure in the measuring chamber 13, and two pressure sensors 41, 42, respectively, which measure the pressure on either side of the measuring piston 20, use is made of a pressure difference sensor which directly measures the pressure drop across the measuring piston 20.
Voorts is het mogelijk dat de meetcylinder 10 aan beide 15 uiteinden is afgesloten, zodat aldus de meetzuiger 20 een tweede kamer 15 defineert naast de meetkamer 13. Bij het uitvoeren van een meetcyclus verplaatst de meetzuiger 20 zich dan in de richting van die tweede kamer 15, zodat het volume van die tweede kamer 15 wordt verkleind. Als die tweede kamer 20 15 is voorzien van een uitlaataansluiting, kan het uit de tweede kamer 15 verdrongen gas worden opgevangen en verder geleid, bij voorbeeld naar verdere gasstromings-meetapparatuur, zodat het mogelijk is meerdere metingen in serie te verrichten aan dezelfde gasstroming, dank zij het feit dat er over de 25 meetzuiger 20 geen drukval optreedt.Furthermore, it is possible that the measuring cylinder 10 is closed at both ends, so that the measuring piston 20 thus defines a second chamber 15 next to the measuring chamber 13. When a measuring cycle is carried out, the measuring piston 20 then moves in the direction of said second chamber 15. so that the volume of that second chamber 15 is reduced. If said second chamber 20 is provided with an outlet connection, the gas displaced from the second chamber 15 can be collected and further passed, for example to further gas flow measuring equipment, so that it is possible to make several measurements in series on the same gas flow, thanks be the fact that no pressure drop occurs over the measuring piston 20.
Ook is het mogelijk de uitgang van een te onderzoeken doorstroommeter aan te sluiten op de ingang van de meetcylinder volgens de onderhavige uitvinding.It is also possible to connect the output of a flow meter to be examined to the input of the measuring cylinder according to the present invention.
In het voorgaande zijn de voordelen van de uitvinding 30 uitgelegd aan de hand van een voorkeursvoorbeeld waarbij de meetzuiger met speling is opgesteld binnen de meetcylinder. Opgemerkt wordt echter, dat het binnen het kader van de uitvinding ook mogelijk is dat er een afdichting is aangebracht tussen de meetzuiger en de wand van de meetcylinder. De 35 actuator is sterk genoeg om eventuele door de afdichting veroorzaakte wrijvingskrachten te overwinnen. Weliswaar is het nu niet meer nodig om het drukverschil over de meetzuiger nul te houden met als doel het tegengaan van lekstroming; echter, doordat volgens de uitvinding het drukverschil over de 1015395 16 meetzuiger gelijk wordt gehouden aan nul, wordt verzekerd dat eventuele onregelmatigheden van de in de cylinder stromende gasstroming worden opgevangen, zodat verzekerd wordt, dat de gasstromingssnelheid met zeer kleine onzekerheid wordt gemeten.In the foregoing, the advantages of the invention have been explained on the basis of a preferred example in which the measuring piston is arranged with play within the measuring cylinder. It is noted, however, that within the scope of the invention it is also possible that a seal is provided between the measuring piston and the wall of the measuring cylinder. The actuator is strong enough to overcome any frictional forces caused by the seal. Although it is no longer necessary to keep the pressure difference across the measuring piston zero for the purpose of counteracting leakage flow; however, because according to the invention the pressure difference over the measuring piston is kept equal to zero, it is ensured that any irregularities in the gas flow flowing into the cylinder are absorbed, so that it is ensured that the gas flow rate is measured with very little uncertainty.
10159951015995
Claims (30)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1015995A NL1015995C2 (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1015995A NL1015995C2 (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range |
| NL1015995 | 2000-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1015995C2 true NL1015995C2 (en) | 2002-02-26 |
Family
ID=19771936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1015995A NL1015995C2 (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1015995C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005005935A1 (en) * | 2003-07-10 | 2005-01-20 | Avl Pierburg Instruments Flow Technology Gmbh | Device for measuring time-resolved volumetric throughflow processes |
| CN107063402A (en) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 福建工程学院 | A kind of gas flow sensor detection means and method |
| WO2021086419A1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Tsi Incorporated | Flow references |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2892346A (en) * | 1955-06-03 | 1959-06-30 | Sargent Jack | Volume flowmeter |
| DE3319861A1 (en) * | 1983-06-01 | 1984-12-06 | Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar Gmbh, 6334 Asslar | Gas mass flow measuring instrument |
| DD269670A1 (en) * | 1987-12-30 | 1989-07-05 | Teltov Geraete Regler | CONTROL UNIT FOR VOLUME COUNTER |
| US5111682A (en) * | 1988-05-02 | 1992-05-12 | Flow Technology, Inc. | Apparatus and method for determining the flow characteristics of a volumetric flowmeter |
-
2000
- 2000-08-23 NL NL1015995A patent/NL1015995C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2892346A (en) * | 1955-06-03 | 1959-06-30 | Sargent Jack | Volume flowmeter |
| DE3319861A1 (en) * | 1983-06-01 | 1984-12-06 | Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar Gmbh, 6334 Asslar | Gas mass flow measuring instrument |
| DD269670A1 (en) * | 1987-12-30 | 1989-07-05 | Teltov Geraete Regler | CONTROL UNIT FOR VOLUME COUNTER |
| US5111682A (en) * | 1988-05-02 | 1992-05-12 | Flow Technology, Inc. | Apparatus and method for determining the flow characteristics of a volumetric flowmeter |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005005935A1 (en) * | 2003-07-10 | 2005-01-20 | Avl Pierburg Instruments Flow Technology Gmbh | Device for measuring time-resolved volumetric throughflow processes |
| US7254993B2 (en) | 2003-07-10 | 2007-08-14 | Avl Pierburg Instruments Flow Technology Gmbh | Device for measuring time-resolved volumetric flow processes |
| CN107063402A (en) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 福建工程学院 | A kind of gas flow sensor detection means and method |
| CN107063402B (en) * | 2016-12-27 | 2023-07-25 | 福建工程学院 | Gas flow sensor detection device and method |
| WO2021086419A1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Tsi Incorporated | Flow references |
| US20220373381A1 (en) * | 2019-10-28 | 2022-11-24 | Tsi Incorporated | Flow references |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2601487B1 (en) | Method and apparatus for determining a temperature of a vibrating sensor component of a vibrating meter | |
| US8590360B2 (en) | Flowmeters and methods for diagnosis of sensor units | |
| KR940701535A (en) | How to Eliminate Errors Associated with Coriolis Meters and their Temperatures | |
| US7519483B2 (en) | Unsteady flow meter | |
| NL1015995C2 (en) | Mass flowmeter for gases, uses vibrating spool piston inside measuring cylinder and has motorized adjustment which varies volume of cylinder to suit flow range | |
| EP2758757B1 (en) | Small volume prover apparatus and method for measuring flow rate | |
| JP6117213B2 (en) | Non-contact measurement method and apparatus for mass flow rate or volume flow rate of conductive fluid | |
| CA3092018C (en) | Dissolution monitoring method and apparatus | |
| AU2019462931B2 (en) | True vapor pressure and flashing detection apparatus and related method | |
| CA3109268C (en) | Method to determine when to verify a stiffness coefficient of a flowmeter | |
| EP3273208B1 (en) | Coaxial linear drive-end for small volume prover | |
| HK40063529A (en) | True vapor pressure and flashing detection apparatus and related method | |
| RU2548123C1 (en) | Measurement of gas and fluid characteristics | |
| HK40050205A (en) | Method to determine when to verify a stiffness coefficient of a flowmeter | |
| SU522414A1 (en) | Flow meter | |
| FR3129722B1 (en) | Device for estimating the sensitivity of a sensor, method and associated system | |
| HK40049554A (en) | Determining a damping of a meter assembly | |
| BR112020016406B1 (en) | VIBRATORY METER, AND METHOD OF MONITORING SOLUTE DISSOLUTION IN A SOLUTION |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20050301 |