DE1228835B

DE1228835B - Device for measuring the flow velocity of gases or liquids by means of sound waves

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.Device for measuring the flow rate of gases or Liquids by sound waves The invention relates to a device for Measuring the flow velocity of gases or liquids by means of sound waves, emanating from a sound transmitter located outside the measuring section through which the flow is flowing, enforce the measuring section perpendicular to the direction of flow and become part of a measured value generating device forming electroacoustic transducers are supplied.

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. In known devices of this type are one outside of the flow through Two sound transmitters located outside of the measuring section through which the air flows Sound receiver arranged opposite one another, d. i.e., the sound transmitter is on one side of the measuring tube and the two one behind the other in the direction of flow Sound receivers are arranged on the opposite side of the measuring tube. The flowing medium influences the propagation of sound in such a way that that according to the flow rate of one receiver less and the one other recipients are more influenced, so that the difference is a measure of the flow velocity can be determined.

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. With this arrangement, however, such a high frequency is required that that a sharp focus of the sound beam is possible. It is also an accurate one Arrangement of the sound transmitter opposite the middle between the two sound receivers Prerequisite for a perfect measurement, especially what is because of the close Side-by-side arrangement of both sound receivers is not always sufficient in practice can be achieved exactly.

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. The object of the invention is to meet these aggravating requirements to eliminate. According to the invention, an exact measurement succeeds with a device in which the assignment of the sound wave receiver to the sound transmitter can be arbitrary, in a simple manner in that, outside the measuring section, one opposite the sound transmitter Reflection point is arranged, which reflects the sound waves on the sound transmitter in the sense of a transducer-influencing energy propagation in the direction of the measuring section axis. The distance between the reflection point and the sound wave transmitter is advantageous easily adjustable so that they are at such a distance from the sound transmitter can be brought that within the measuring section in the direction of its axis a greatest possible sound radiation takes place, or that in another case at rest Medium in the measuring section creates a vibration node. The reflection point can be designed as a simple reflection wall.

An Hand einiger Ausführungsbeispiele ist die Erfindung nachfolgend näher erläutert. The invention is described below using a few exemplary embodiments explained in more detail.

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. 1 and 2 are particularly useful embodiments of sound transmitters and sound receivers according to the invention in a simplified representation shown. The arrangement according to FIG. 1 is particularly suitable for connecting the Test section to a branch circuit, while the arrangement according to F i g. 2 for the Measurement of the flow velocity in main circuits is suitable. In both Cases, the sound wave transmitter 15 is perpendicular to the direction of flow outside the arranged by the medium flowing through the measuring section 16 and emits its sound energy vertically to the direction of flow to a reflection point also outside the measuring section 17, from which the sound energy reflects against the incident energy radiation will. The distance between the sound transmitter and the reflection point can be chosen so that within the measuring section in the direction of the flow axis on both sound wave receivers 18 and 19 reaches the greatest possible sound energy.

Zur Anpassung der Meßanordnung an die Strömungsgeschwindigkeit und das Medium kann die Reflexionsstelle 17 senkrecht zur einfallenden Energiestrahlung verschieblich angeordnet sein.To adapt the measuring arrangement to the flow rate and the medium can have the reflection point 17 perpendicular to the incident energy radiation be arranged displaceably.

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. According to FIG. 1, the measuring section 16 is tubular with a cylindrical cross section and carries the sound wave receiver at both ends, in front of which inclined pipe sockets 20 and 21 open into the pipe, which are the inlet and outlet lines for the flowing medium form. According to FIG. 2, on the other hand, the tubular section lies directly in the flow path. The sound wave receivers 18 and 19 are equidistant on either side of the sound waves transmitter 15 in an axis inclined to the direction of flow on arranged on different sides of the measuring section 16. They are useful in nozzles 22 and 23 housed, which open into the measuring tube.

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. It can be the distance between the sound wave transmitter and the reflection point but also be dimensioned so that when the medium is at rest in the middle of the measuring tube so-called oscillation node lies, so that a minimum of the energy propagation in Direction towards the sound wave receiver is present.

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.When a gas flow occurs, the oscillation state becomes in the Center of the pipe then changed so that according to the flow rate a more or less great spread of energy takes place, so that by a simple one Voltage measurement the flow velocity can be detected.

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. The tubular measuring section 16 according to FIG. 3 can also be U-shaped be bent and have inlet and outlet lines 24 and 25 for the medium at their ends. The sound wave receivers 18 and 19 are again at the ends of the sound wave transmitters 15 and the reflection point 17 arranged in the bend of the measuring section. This is possible, since the sound can also be guided very well along curved measuring sections leaves. In this way, a spatially very tightly packed design is possible.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the flow velocity of gases or liquids by sound waves flowing through from outside the Transmitter lying in the measuring section go out, the measuring section perpendicular to the direction of flow enforce and form part of a measured value generating device forming electroacoustic Converters are supplied, d a -characterized in that outside of the measuring section a reflection point opposite the sound transmitter is arranged, which the Sound waves are reflected on the sound transmitter in the sense of a transducer-influencing Energy propagation in the direction of the measuring section axis.

2. Device according to claim 1, characterized in that the reflection point is arranged at such a distance from the sound transmitter that within the measuring section the greatest possible sound radiation takes place in the direction of its axis.

3. Device according to claim 1, characterized in that the reflection point is arranged at such a distance from the sound transmitter that when the medium is at rest in the Measurement section creates a vibration node.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the reflection point is designed as a reflection wall and perpendicular to the measuring path axis arranged displaceably in the direction of the sound waves coming from the sound transmitter is

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the tubular measuring section has transducers at its closed ends, in front of those in the outer surface of the measuring section, the supply and discharge lines for the flowing Open to the medium.

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that with a tubular measuring section arranged directly in the flow path the transducers on both sides of the sound transmitter in a manner known per se in one axis inclined to the direction of flow on different sides of the measuring section are arranged in separate closed nozzles.

7. Device according to claim 5, characterized in that the closed tubular measuring section U-shaped with legs of equal length and the Sound transmitter as well as the reflection point between the legs on both sides the measuring section are arranged.

Documents considered: French patent specification No. 1,214,236; British Patent Nos. 824 537, 855 650; U.S. Patents No. 2,844,961, 2,894,595, 2991650; Magazine "The Review of Scientific Instruments", Vol. 25, No. 3, March 1954, pp. 201-206; Journal »Voith Research and Construction«, Issue 3 from August 1958, pp. 1.1 to 1.40.