CH620992A5 - Device for measuring the flow rate of a liquid flowing under pressure - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Messung der Durchflussmenge, insbesondere für eine in einem Leitungssy- 60 stem unter Druck strömende Flüssigkeit, welche Vorrichtung im Innern eines Messgehäuses eine Drallkammer, sowie eine auf einer in der Drallkammer ausgebildeten konzentrischen Zwangsbahn umlaufende Prüfkugel aufweist, wobei während des Umlaufes der Prüfkugel die Ermittlung der Durchfluss- 55 menge dadurch ermöglicht wird, dass die Umlauffrequenz der Prüfkugel proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Mediums durch das Messgehäuse ist.

Es sind verschiedene Methoden für die Messung flüssiger und gasförmiger, strömender Medien bekannt. Eine dieser Methoden ist die Mengenmessung mit Hilfe der sogenannten Verdrängungsdüse, welche zur Bestimmung der Menge von in geschlossenen Rohrleitungen unter Druck strömenden Flüssigkeiten und Gasen geeignet ist. Die Charakteristiken dieser Messmethode erlauben ihre Anwendung aber nur in beschränktem Masse.

Ein anderes bekanntes Messprinzip ist die mit Hilfe von mit Kammern versehenen Messgeräten verwirklichte Mengenmessung. Bei dieser Methode wird das unter Druck stehende Medium in eine in die Rohrleitung eingebaute Messvorrichtung geführt, wo die Mengenmessung auf Drehzahlmessung zurückgeführt wird. Die Drehzahlmessung erfolgt mit Hilfe von Messvorrichtungen mit Flügelrad, Drehtrommel, Planetenscheibe, Ovalrad usw.

Der gemeinsame Nachteil der mit Kammern versehenen Messvorichtungen besteht darin, dass die Lagerung der drehenden Kosntruktionsteile sehr empfindlich ist und die Herausführung der Welle des Zählgerätes aus dem Flüssigkeitsraum viele Fehlerquellen in sich schliesst. Die Anwendbarkeit der Messgeräte mit Flügelrad wird oft durch die Anwesenheit der in der strömenden Flüssigkeit schwebenden Verunreinigungen verhindert oder erschwert. Diese Verunreinigungen verringern nämlich stark die Lebensdauer der in dem Flüssigkeitsraum angebrachten Lagerungen.

Eine kleinere Gruppe bekannter Durchflussmesser bilden die Vorrichtungen, bei denen ein Messorgan auf einer konzentrischen Bahn umläuft. Der Vorteil dieser Vorrichtungen ist,

dass sie auf die durch das strömende Medium beförderten Verunreinigungen nicht empfindlich sind und die Drehzahl des umlaufenden Messorgans, welche Drehzahl zur Menge des strömenden Mediums proportional ist, leicht messbar ist.

Eine bekannte Ausführung der mit umlaufendem Messorgan versehenen Mengenmesser ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 295 876 beschrieben. Das unter Druck strömende Medium setzt eine in einer Ringnut eingesetzte Kugel in Umlauf, deren Drehzahl auf irgendeine Weise gemessen wird. Dieser Durchflussmesser kann aufgrund seiner Konstruktion, wie es auch in der Beschreibung erwähnt ist, nur in den Fällen angewendet werden, in denen die Strömungsgeschwindigkeit relativ gering ist. ———

Eine mit Flügelrad versehene Messvorrichtung ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 307 765 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung unterbricht das Hügelrad den Weg eines Lichtstrahles mit einer der Drehzahl entsprechenden Frequenz, welche zur Menge der strömenden Flüssigkeit proportional ist. Das Flügelrad und dessen Lagerung sind in dem strömenden Medium angebracht, deshalb ist die Lebensdauer dieser Bestandteile klein. —

Die DE-AS Nr. 1 807 004 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher der Durchlaufmesser eine Drehbewegung ausführt. Diese Vorrichtung wird bei geschlossenen Heizsystemen angewendet und das Zählgerät steht mit Temperaturfühlern in Verbindung. Bei Medien, die schwebende Verunreinigungen enthalten, kann diese Vorrichtung nicht angewendet werden, da diejenigen Bestandteile, die empfindlich sind und oft gewartet werden müssen, unzugänglich sind.

Zweck der Erfindung ist die Entwicklung einer Messvorrichtung, welche die Nachteile der bekannten Vorrichtungen dadurch beseitigt, indem sie nur minimale bewegliche Bestandteile aufweist, wodurch die Gefahr und die Wahrscheinlichkeit des Schadhaftwerdens stark verringert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung zu schaffen, die auf die durch das strömende Medium schwebend gehaltenen und schwimmend gehaltenen Verunreinigungen unempfindlich ist, deren Herstellungskosten gering

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sind, die einfach einbaubar und zu betreiben ist und bei welcher die Möglichkeit einer Fernübertragung von Messdaten besteht, z.B. mit Hilfe einer elektromagnetischen Messanlage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Messvorrichtung gelöst, welche derart ausgebildet ist, dass im Innern des 5 Messgehäuses im Fortbewegungssinn des strömenden Mediums vor der Drallkammer eine Vordrallkammer und nach der Drallkammer eine Nachdrallkammer angeordnet sind, und im Innern der Vordrallkammer, der Drallkammer und der Nachdrallkammer je eine Drallspindel angeordnet ist, welche mit der Haupt- m richtung des strömenden Mediums koaxial angeordnet ist und das strömende Medium in eine schraubenlinienförmige Bewegung setzt, wobei die Mantelfläche der Drallspindeln mit einer schraubenlinienförmigen Rippe versehen ist, und zwischen die Vordrallkammer und Drallkammer eine mit einer oder mehre- 15 ren Durchlassöffnungen versehene Einsatzscheibe eingeschaltet ist, wobei in der Umlaufebene der Prüfkugel eine mit einem Impulszähler verbundene Fühlereinheit angeordnet ist.

Die auf der Mantelfläche der Drallspindeln verlaufenden, schraubenlinienförmigen Rippen können als eingängiges 20

Gewinde oder als Mehrfachgewinde ausgebildet sein. Die in der Drallkammer ausgebildete Messbahn ist mit einer verschleissfe-sten auswechselbaren Buchse, z.B. mit einer Kunststoffeinlage versehen.

Die Fühlereinheit ist vorzugsweise ein einen Dauermagnet 25 und einen die durch den Umlauf der Prüfkugel hervorgerufene Änderung des Kraftfeldes des Dauermagnets registrierenden Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber, welcher mittels einer Verbindungsleitung mit einem Impulszähler verbunden ist. 30

Der Impulszähler ist zweckmässigerweise ausser mit einem den Momentanwert der Durchflussmenge zeigenden Ableseorgan auch mit einem den Gesamtwert der über einen Zeitabschnitt durchgeströmten Mediummenge registrierenden Ableseorgan versehen. 35

Die erfindungsgemässe Messvorrichtung weist viele Vorteile auf. Der wichtigste Vorteil ist, dass die konstruktive Ausbildung sehr einfach ist, da die Vorrichtung bloss ein einziges bewegbares Element - die Prüfkugel - aufweist und deshalb die Wahrscheinlichkeit des Schadhaftwerdens minimal ist. Durch Versu- 40 che wurde bewiesen, dass die Messvorrichtung auch auf die durch das strömende Medium beförderten Verunreinigungen vollkommen unempfindlich ist. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass diese ebenso gut in waagrechter, wie in senkrechter Richtung in ein Leitungssystem eines strömenden 45 Mediums eingebaut werden kann und dass die Messergebnisse der Vorrichtung in einfacher Weise für Fernregistrierung geeignet gemacht werden können.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: 50

Fig. 1 den Längsschnitt durch das Gehäuse des Durchflussmessers;

Fig. 2 den Durchflussmesser mit einem Impulszähler mit Magnet als Messvorrichtung;

Fig. 3 den Durchflussmesser mit einer Messvorrichtung, bei 55 der die Impulszählung auf optischem Weg erfolgt.

Der in Fig. 1 dargestellte Durchflussmesser ist in einem Messgehäuse 1 eingebaut. Das Innere des Messgehäuses 1 ist in drei wesentliche Abschnitte unterteilt, nämlich eine Vordrallkammer 2, eine Drallkammer 8 und eine Nachdrallkammer 9. 60 In der Vordrallkammer 2 ist eine Vordrallspindel 5 und in der Nachdrallkammer 9 eine Nachdrallspindel 16 angeordnet.

Die Vordrallspindel 5 dient zur Erzeugung einer schraubenlinienförmigen Strömung in der durch den - dem in der Figur nicht dargestellten Leitungssystem angeschlossenen - Stutzen ankommenden und mehr oder weniger laminar strömenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt dann in die Drallkammer 8, wo ihr eine zweckmässig mehrgängige Drallspindel 3 eine weiter gleichmässige, schraubenlinienförmige Bewegung erteilt.

Am Ende der Drallkammer 8 ist eine Messbahn 12 angebracht, in welcher sich eine Prüfkugel 4 befindet. Das auf einer schraubenlinienförmigen Bahn strömende Medium bringt die Prüfkugel 4 auf der Messbahn 12 in Umlauf. Danach strömt die Flüssigkeit weiter in die Nachdrallkammer 9, in welcher die Nachdrallspindel 16 die Flüssigkeit auch weiterhin in schrau-benlinienförmiger Bewegung hält.

Zur Herbeiführung der schraubenlinienförmigen Strömung sind auf den Mantelflächen der Vordrallspindel 5, der Drallspindel 3 und der Nachdrallspindel 16 je schraubenlinienförmige Rippen 15,14 und 17 angebracht. Die Rippen 15 sind derart ausgebildet, dass sie die Flüssigkeit im allgemeinen nur zu einem einzigen Umlauf zwingen, während die Rippen 14 und 17 das strömende Medium zu mehrfachem Umlauf um die Drallspindel 3 und die Nachdrallspindel 16 zwingen.

Da die Prüfkugel 4 in der Messbahn 12 ständig eine Kreisbewegung ausführt, ist es zweckmässig, die innere Mantelfläche der Messbahn aus verschleissfestem Material auszubilden, oder mit einer z.B. aus Kunststoff hergestellten Einlage zu versehen, welche als eine auswechselbare Buchse leicht ersetzbar ist.

Aus Fig. 1 geht hervor, dass zwischen der Vordrallkammer 2 und der Drallkammer 8 eine Einsatzscheibe 13 angeordnet ist, welche mit Durchflussöffnungen 19 versehen ist. Durch diese Durchflussöffnungen 19 kann das strömende Medium ins Innere der Drallkammer 8 eintreten.

Es ist zweckmässig, das Messgehäuse 1 und den Stutzen 10 trennbar auszubilden. Die trennbare Verbindung kann vorzugsweise mit Schraubengewinde verwirklicht werden. Natürlich muss in diesem Falle eine Dichtung 18 an der Verbindungsstelle angebracht werden. Das durch das Messgehäuse 1 und dessen Drallkammern 2,8 und 9 strömende Medium verlässt das Messgehäuse 1 durch einen Auslasstutzen 11.

In Fig. 1 ist auch ein Dauermagnet 6 angedeutet, welcher mit Hilfe der Spule 7 die Drehzahl der Prüfkugel 4 erfassen kann. Der Dauermagnet 6 ist zur Umlaufmittelebene der Prüfkugel 4 symmetrisch angeordnet. So oft die Prüfkugel 4 vor dem Dauermagnet 6 vorübergeht, wird der Magnetfluss in der Spule verändert.

In Fig. 2 ist der den Dauergmagnet 6 und die Eisenkernspule 7 enthaltende Impulsgeber 20 als Empfängerkopf ausgebildet, von welchem elektrische Impulse mit einer der Umlaufzahl der Prüfkugel 4 entsprechenden Frequenz über eine Verbindungsleitung 22 einem Impulszähler 21 zugeführt werden.

Der Impulszähler 21 ist ein Messgerät, mit einem den Momentanwert der Durchflussmenge anzeigenden Analoggerät 26, sowie mit einem entsprechenden Zähler 27, der die Gesamtmenge des durchgeströmten Mediums digital anzeigt.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Drehzahl der Prüfkugel 4 auf optischem Weg gemessen wird. In diesem Falle sind in der Umlaufebene der Prüfkugel 4 eine Lichtquelle 23, sowie ein die durch die Prüfkugel 4 hervorgerufenen Unterbrechungen des aus der Lichtquelle 23 austretenden Lichtbündels 24 registrierender Impulsgeber 25 angeordnet.

Der die Unterbrechungen des Lichtbündels 24 registrierende Impulsgeber 25 ist, in ähnlicher Weise wie bei Fig. 2, mit Hilfe einer Verbindungsleitung 22 mit einer Messvorrichtung verbunden.

2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

620 992 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung für die Messung der Durchflussmenge, insbesondere für eine in einem Leitungssystem unter Druck strömende Flüssigkeit, welche Vorrichtung im Innern eines Messgehäuses eine Drallkammer, sowie eine auf einer in der Drallkam- s mer ausgebildeten konzentrischen Zwangsbahn umlaufende Prüfkugel aufweist, wobei während des Umlaufes der Prüfkugel die Ermittlung der Durchflussmenge dadurch ermöglicht wird,

dass die Umlauf-Frequenz der Prüfkugel proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Mediums durch das Messge- i0 häuse ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Messgehäuses (1) im Fortbewegungssinn des strömenden Mediums vor der Drallkammer (8) eine Vordrallkammer (2) und nach der Drallkammer (8) eine Nachdrallkammer (9) angeordnet sind, und im Innern der Vordrallkammer (2), der Drallkammer (8) 15 und der Nachdrallkammer (9) je eine Drallspindel (5,3,16) angeordnet ist, welche mit der Hauptrichtung des strömenden Mediums koaxial angeordnet ist und das strömende Medium in eine schraubenlinienförmige Bewegung setzt, wobei die Mantelfläche der Drallspindeln (5, 3,16) mit einer schraubenlinienför- 20 migen Rippe (15,14,17) versehen ist, und zwischen die Vordrallkammer (2) und die Drallkammer (8) eine mit einer oder mehreren Durchlassöffnungen (19) versehene Einsatzscheibe (13) eingeschaltet ist, wobei in der Umlauf ebene der Prüfkugel (4) eine mit einem Impulszähler (21) verbundene Fühlereinheit 25 angeordnet ist.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Mantelfläche der Drallspindeln (5,3,16) verlaufenden schraubenlinienförmigen Rippen (15,14,17) als eingängiges Gewinde oder als Mehrfachgewinde ausgebildet 30 sind.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Drallkammer (8) ausgebildete Messbahn (12) mit einer verschleissfesten und auswechselbaren Buchse, z.B. mit einer Kunststoffeinlage versehen ist. 35

4. Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit ein einen Dauermagnet (6) und einen die durch den Umlauf der Prüfkugel (4) hervorgerufene Änderung des Kraftfeldes des Dauermagnets (6) registrierenden Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber (20) ist, 40 welcher mittels einer Verbindungsleitung (22) mit einem Impulszähler (21) verbunden ist.

5. Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit ein eine Lichtquelle (23) und einen die Zahl der durch den Umlauf der Prüfkugel (4) 45 hervorgerufenen Unterbrechungen des aus der Lichtquelle (23) austretenden Lichtbündels (24) registrierenden Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber (25) ist, welcher mittels einer Verbindungsleitung (22) mit einem Impulszähler (21) verbunden ist.

6. Messvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 50 gekennzeichnet, dass der Impulszähler (21) ausser einem den Momentanwert des strömenden Mediums zeigenden Ableseorgan (26) auch mit einem den Gesamtwert der über einen Zeitabschnitt durchgeströmten Mediummenge registrierenden Ableseorgan (27) versehen ist. 55