DE1228835B

DE1228835B - Einrichtung zum Messen der Stroemungsgeschwindigkeit von Gasen oder Fluessigkeiten durch Schallwellen

Info

Publication number: DE1228835B
Application number: DEF46344A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Baum
Original assignee: Fischer and Porter GmbH
Current assignee: Fischer and Porter GmbH
Priority date: 1961-10-20
Filing date: 1961-10-20
Publication date: 1966-11-17

Description

Einrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten durch Schallwellen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten durch Schallwellen, die von einem außerhalb der durchströmten Meßstrecke liegenden Schallsender ausgehen, die Meßstrecke senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzen und Teil einer meßwert erzeugenden Einrichtung bildenden elektroakustischen Wandlern zugeführt sind.
Bei bekannten Einrichtungen dieser Art sind einem außerhalb der durchströmten Meßstrecke liegenden Schallsender zwei außerhalb der durchströmten Meßstrecke befindliche Schallempfänger gegenüberliegend angeordnet, d. h., der Schallsender ist auf der einen Seite des Meßrohres und die beiden in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Schallempfänger sind auf der gegenüberliegenden Seite des Meßrohres angeordnet. Durch das strömende Medium erfolgt eine Beeinflussung der Schallausbreitung derart, daß entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit der eine Empfänger weniger und der andere Empfänger mehr beeinflußt wird, so daß sich aus der Differenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln läßt.
Bei dieser Anordnung ist jedoch eine so hohe Frequenz erforderlich, daß eine scharfe Bündelung des Schallstrahles möglich ist. Außerdem ist eine genaue Anordnung des Schallsenders gegenüber der Mitte zwischen beiden Schallempfängern Voraussetzung für eine einwandfreie Messung, insbesondere was sich wegen der nahen Nebeneinanderanordnung beider Schallempfänger in der Praxis nicht immer ausreichend genau erreichen läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese erschwerenden Voraussetzungen zu beseitigen. Nach der Erfindung gelingt eine exakte Messung mit einer Einrichtung, bei der die Zuordnung von Schallwellenempfänger zum Schallsender beliebig sein kann, auf einfache Weise dadurch, daß außerhalb der Meßstrecke eine dem Schallsender gegenüberliegende Reflexionsstelle angeordnet ist, die die Schallwellen auf den Schallsender reflektiert im Sinne einer wandlerbeeinflussenden Energieausbreitung in Richtung der Meßstreckenachse. Die Reflexionsstelle ist gegenüber dem Schallwellensender in ihrem Abstand vorteilhafterweise leicht verstellbar angeordnet, so daß sie in eine solche Entfernung von dem Schallsender gebracht werden kann, daß innerhalb der Meßstrecke in Richtung ihrer Achse eine größtmögliche Schallabstrahlung erfolgt, oder daß in einem anderen Fall bei ruhendem Medium in der Meßstrecke ein Schwingungsknoten entsteht. Die Reflexionsstelle kann als einfache Reflexionswand ausgebildet sein.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele ist die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
In den Fig. 1 und 2 sind besonders zweckmäßige Ausführungsbeispiele von Schallsendern und Schallempfängern nach der Erfindung in vereinfachter Darstellung gezeigt. Die Anordnung nach F i g. 1 eignet sich besonders für den Anschluß der Meßstrecke an einen Nebenstromkreis, während die Anordnung nach F i g. 2 für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit in Hauptstromkreisen geeignet ist. In beiden Fällen ist der Schallwellensender 15 senkrecht zur Strömungsrichtung außerhalb der vom Medium durchströmten Meßstrecke 16 angeordnet und gibt seine Schallenergie senkrecht zur Strömungsrichtung auf eine ebenfalls außerhalb der -Meßstrecke angeordnete Reflexionsstelle 17 ab, von der die Schallenergie gegen die einfallende Energiestrahlung reflektiert wird. Der Abstand zwischen Schallsender und Reflexionsstelle kann so gewählt sein, daß innerhalb der Meßstrecke in Richtung der Strömungsachse auf beide Schallwellenempfänger 18 und 19 eine möglichst große Schallenergie gelangt.
Zur Anpassung der Meßanordnung an die Strömungsgeschwindigkeit und das Medium kann die Reflexionsstelle 17 senkrecht zur einfallenden Energiestrahlung verschieblich angeordnet sein.
Gemäß Fig.1 ist die Meßstrecke 16 rohrförmig von zylindrischem Querschnitt und trägt an ihren beiden Enden die Schallwellenempfänger, vor denen schräge Rohrstutzen 20 und 21 in das Rohr münden, die die Zu- und Ableitungen für das strömende Medium bilden. Gemäß F i g. 2 liegt dagegen die rohrförmige Strecke unmittelbar im Strömungszug. Die Schallwellenempfänger 18 und 19 sind in gleichen Abständen beiderseits vom Schallwellen sender 15 in einer schräg zur Strömungsrichtung liegenden Achse auf verschiedenen Seiten der Meßstrecke 16 angeordnet. Sie sind zweckmäßig in Stutzen 22 und 23 untergebracht, die in das Meßrohr münden.
Es kann der Abstand zwischen dem Schallwellensender und der Reflexionsstelle aber auch so bemessen sein, daß bei ruhendem Medium in der Mitte des Meßrohres ein sogenannter Schwingungsknoten liegt, so daß ein Minimum der Energieausbreitung in Richtung auf die Schallwellenempfänger vorliegt.
Bei Auftreten einer Gasströmung wird der Schwingungszustand in der Mitte des Rohres dann so verändert, daß entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit eine mehr oder minder große Energieausbreitung-stattfindet, so-daß durch eine einfache Spannungsmessung die Strömungsgeschwindigkeit erfaßt werden kann.
Es kann die rohrförmige Meßstrecke 16 gemäß Fig. 3 auch U-förmig gebogen sein und an ihren Enden Zu- und Ableitungen 24 und 25 für das Medium aufweisen. Die Schallwellenempfänger 18 und 19 siñd~~wieder an den Enden der Schallwellensender 15 und die Reflexionsstelle 17 in der Biegung der Meßstrecke angeordnet. Dies ist möglich, da der Schall sich auch sehr gut entlang gekrümmter Meßstrecken führen läßt. Auf diese Weise ist eine räumlich sehr eng zusammengedrängte Bauform möglich.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten durch Schallwellen, die von einem außerhalb der durchströmten Meßstrecke liegenden Schallsender ausgehen, die Meßstrecke senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzen und Teil einer meßwerterzeugenden Einrichtung bildenden elektroakustischen Wandlern zugeführt sind, d a -durch gekennzeichnet, daß außerhalb der Meßstrecke eine dem Schallsender gegenüberliegende Reflexionsstelle angeordnet ist, die die Schallwellen auf den Schallsender reflektiert im Sinne einer wandlerbeeinflussenden Energieausbreitung in Richtung der Meßstreckenachse.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsstelle in solchem Abstand vom Schallsender angeordnet ist, daß innerhalb der Meßstrecke in Richtung ihrer Achse eine größtmögliche Schallabstrahlung erfolgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsstelle in solchem Abstand vom Schallsender angeordnet ist, daß bei ruhendem Medium in der Meßstrecke ein Schwingungsknoten entsteht.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsstelle als Reflexionswand ausgebildet und senkrecht zur Meßstreckenachse in Richtung der vom Schallsender kommenden Schallwellen verschiebbar angeordnet ist
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Meßstrecke än ihren abgeschlossenen Enden Wandler aufweist, vor denen in der Mantelfläche der Meßstrecke die Zu- und Ableitungen für das strömende Medium münden.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer unmittelbar im Strömungsverlauf angeordneten rohrförmigen Meßstrecke die Wandler zu beiden Seiten des Schallsenders in an sich bekannter Weise in einer schräg zur Strömungsrichtung liegenden Achse auf verschiedenen Seiten der Meßstrecke in gesonderten abgeschlossenen Stutzen angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene rohrförmige Meßstrecke U-förnig mit gleich langen Schenkeln ausgebildet und der Schallsender sowie die Reflexionsstelle zwischen den Schenkeln zu beiden Seiten der Meßstrecke angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 214 236; britische Patentschriften Nr. 824 537, 855 650; USA.-Patentschriften Nr. 2 844 961, 2 894 595, 2991650; Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, Vol. 25, Nr. 3, März 1954, S. 201 bis 206; Zeitschrift »Voith Forschung und Konstruktion«, Heft 3 vom August 1958, S. 1.1 bis 1.40.