DE1964280B2 - Durchflussmesseinrichtung - Google Patents

Description

«ei einer bekannten Durchflußmeßeinrichtung

•nd zur Signalerfassung Druckleitungen vorgesehen,

a ren Öffnungen innerhalb der Oberfläche des Wir-

hlkörpers liegen und die zu einer im Inneren des

Wirbeligen; angeordneten Fluid-Kippstufe führen, 5

•eiche die Strömungswirbelschwingungen in eine fluidische Rechteckimpulsfolge mit der Wirbclfreauenz entsprechender Impulsfolgefrequenz umsetzt, niese bekannten Fühler liegen schwer zugänglich im Inneren des Wirbelkorpers und sind insbesondere bei 10

• ^r Verwendung in stark schmutzbeladenen oder tL'tk-öroer führenden Störmungsmedien sehr störan-

f"¹" Γ .. · l{_-:„ -C.,«!-»;^^ ,-^n Hör ctr\-

körpers Totzonen für ^e ^S5°m^ung ve^eden ^n ,

so daß sich keine ^FremdkorP"Jl^af Fremdkörper werden in der Strömung mitgefuhri.FremüKorp

durch die Strömungsbeschleumgung im Beret* d Stirnseite des Wirbelkorpers an den F«^teln beigerissen und tonnen sich mehl aWagwn.

Die Erfindung «jfj^Ä«bdspielen näzeichnerisch dargestellten Austunrungso _v

hei^erläutert. Es «j# _{n£S Stromungsk}anals

F ig. 1 A den uuerscnmu e _n_

mit der Siromungsmeßeinnchtung gemab α

dung Qerschnitt durch die in F i g. 1 A

^leitungen

abhangt und

TrfMungsgemälkn als

be_ka„_n,e

Ar«

als Fühlmittel auf. welches um es«= ">

;i¥uhSr^:r:dS

hohen Bauaufwand und sind m ,hrcr on der leichten Schwingtahigkeit SrsJhwingelementes abhängig diese Sch.ingfäh.gtei, ι -nn jedoch bereits durch leichter: mechanische ^k _E ,iriung etwa bei der Montage und Wartung ebci^o wie durch Verschmutzung insbesondere der sAinolaeeruna erheblich gestört werden.

Bei def Anordnung der Hauptpatentanmeldnug _wi J'zur Signalerfassung ein Fühlglied durch erne off nuns der Strömungsleitung in eine Zone period «Äwacher Turbulenz außerhalb der eigenth-^S _ch,,„ Wirbelzone in den Strömungskanal e.ngetuhrl. Auch solche frei in der Strömung hegende Fühle he-Jer MnJ insbesondere in schmutz- und festkorperbeladene Strömungsmedien durch Fremdkorperablage-„neen störanfällig, erfordern zusätzhchen Bauaufwand und - auch bei der Wartung - zusätzlichen Montageaufwand und können insbesondere be, aer flache 2 und

ist

30 der ausnehmung
nommer, b^

35

Ehe

Τ-^ÄSStSÄ^ demgegenüber als Aufgabe die Schaffung einer Durchflußmeße.nrichtung* zugrunde, die bei genngem Bauaufwand und hoher Robvstheit insbesondere auch beim Be-

tricb in schmutz- und ^^^rieb S mun-smedien einen zuverlässigen Meßbetr eb mit Snfach durchzuführender Wartung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch pelöst daß diS Fühlmittel an der Stirnseite des Wirbelkö pers vorgesehen sind. Mit dieser Maßnahme die insbcsondere durch die gleichzeitige Anwendung eines Wirbelkorpers nach dem Hauptpatent mit eineesetzt. und zwar in ^β Rohres. Der

^ 6 α dem an_{d rechtwink}lig zu i. Durch die Wand-Wirbelkörper herausge_werdeI/_Die Fühler? „_lattflächi₂ mit der _e iS_rpen ab, wie aus dem α ^ > Fig. 1 B her-

Α wffielkörpe« ist ein Kanal 9 _{η 8 der} Fühler vorgesehen. _{r werd}en in einer Differential_{um die} Amplitude der Nuuerhöhen und gleichzeit.g die _i2en Störsignalen infolge _nä innerhalb des Rohrleiienen Schallwellen herabzuse ergibt sich ein hohes Nu.-Stor-

45 «tg^J^tm _{ekktiv auf eine} physikalische Größe. Es können, «^ ^^ _{oder S},römungsge-

ζ B^ au. P Veränderungen d.eser Gro-

BenΓftGehende Fühler verwendet werden t«nc

ΰεη ai«p _{führung ist in} den *\S-.\^C

50 bevor ugte ru ^_{5 ekktrischem} w,der-

und IDvⁿ J°™ _{d GiUers n} angedeutet, ^"^^^^,ückwärtigen Oberfläche eines wekh et. ^r« ^u _{10 ebracht} ist. Das G.t-

kenur sch en l 8 Φ ^_{6 Strorn}spe,sung von 55 ter wi.fl\ au ^l oberhalb derjenigen des

Ver η achung von Wartung und Montage entschei-

lieh befestigt sein können, so

zung von empfindlichen Bauteilen, wie Lagern od. dgl., nicht auftreten kann, und da weiterhin an der stromaufwärts weisenden Stirnseite des Wirbel-

tiacne ues UOg^₁₁Zw. . _o

den Tragkörper kommt z.B. tracht, welches den Vorteil __ higkeit mit demjenigen hoher

higkeit verbindet und außerdem infolge seiner Härte Die Schaltung innerhalb des in F i g. 2 als stricheinen wirksamen Abrieb- sowie außerdem einen Kor- punktierter Block angedeuteten Meßgebers hängt rosionsschutz darstellt. von der Art der verwendeten Fühler ab. Im Falle Erfindungsgemäß sind die Fühlmittcl gemäß von beheizten Widerstandsfühlern 7 und 7', beispiels-F i g. 1 A und 1 B an der Stirnfläche 6 α des Wirbel- 5 weise in Drahtform oder in Form einer Filmanordkörpers 6 angeordnet. Die Fühler 7, 7' sind hiernach nung oder in Form von Thermistoren, kommt für die parallel und in geringem Abstand zu jeweils einer Speisung vorzugsweise eine Gleichstromquelle in Bevon zwei entgegengesetzten Kanten der Stirnfläche tracht. Bei Verwendung von Fühlern, deren Wir-6 α angeordnet, und zwar in der Weise, daß die kungsweise auf der Permeabilitätsänderung eines ma-Längsrnittellinie eines jeden Fühlers näher zur Kante io gnetischen Meßelementcs beruht, ist eine Wechselals zur Achse des Wirbelkörpers liegt. Die Fühler stromquelle einzusetzen. In diesem Fall wird in der sind in> übrigen flächenhaft und in der Ebene dieser Schaltung gemäß F i g. 2 der strichliert angedeutete .Flächenausdehnung vergleichsweise lang und schmal Demodulator 16 zur Beseitigung der Speisewechselausgebildet. Die Längenausdehnung eines jeden FUh- Stromfrequenz eingefügt. Für den Meßgeber selbst lers entspricht einem beträchtlichen Teil der Längen- 15 kommt z. B., wie in Fig. 2 angedeutet, eir.e Brückenausdehnung der Stirnfläche 6 a des Wirbelkörpers. schaltung in Betracht.

Diese geometrischen Verhältnisse haben sich im Hin- Die Umsetzung der Strömungsparameter in elekblick auf den Ausgleich von Störsignalen infolge trische Signale erfolgt bei einem beheizten Wider-Strömungsturbulenz als zweckmäßig erwiesen. Standsfühler nach Art der zuerst beschriebenen Aus-

Bei Verwendung eines einzelnen Druckfühlers, ao führung nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten des dessen Fühlelement über entsprechende Meßdnick- Wärmeüberganges. Die sich einstellende Temperatur leitungen von der strömungsseitigen Stirnfläche des eines solchen in einem S römungsmedium angeord-Wirbelkörpers aus differentiell beaufschlagt wird neten Fühlers ist abhängig von der zugeführten Heiz· (nicht dargestellt), ergibt sich der Vorteil einer gerin- leistung und dem durch Konvektion, wie auch durch gen Länge des Leitungssystems für die unmittelbare as Strahlung und Wärmeleitung abgeführten Wärme-Übertragung der Meßdrücke in Vergleich zu den üb- strom, wobei auch die Thermodynamik des Sträuchen Differenzdruckmessern, die an der Außenseite -iungsmediums und dessen eigene Temperaturändedes Strömungskanals angebracht und über Verbin- rung zu berücksichtigen ist. Bei einem Wirbelkör· dungsleitungen mit diametral zum Strömungskanal per-Druchflußmesscr rufen die örtlichen Schwingunangeordneten Meßöffnungen verbunden sind. Das 30 gen des StrömungsmeJiums Geschwindigkeitsände-FUhlelement wird vorteilhaft unmittelbar innerhalb rangen hervor, die in der erläuterten Weise von dem des Wirbelkörpers angeordnet, in welchem die Fühler erfaßt werden.

Druckschwingungen in elektrische Signale umgesetzt Die Brückenschaltung des Meßgebers gemäß werden. Die Länge der Druckleitungen wird dadurch F i g. 2 wird beispielsweise ebenfalls durch die Stromersichtlich besonders stark vermindert. äs quelle 22 gespeist. Die Fühler sind räumlich so an-

Es kann weiterhin auch ein einzelnes Differenz- geordnet, daß die den Strömungsparametern entspre-Druckfühlerelement außerhalb des Strömungskanals chenden Signalschwingungen eine gegenseitige Phaangeordnet und durch Meßdruckleitungen an die senverschiebung von 180^c aufweisen. Ein Tempera-Fühlmittcl im Bereich der Wirbelkörperstirnfläche turanstieg an einem Fühler fällt also zeitlich mil angeschlossen werden. Auch hierbei ergibt sich noch 40 einem Temperaturabfall an dem anderen Fühler zueine vergleichsweise geringe Länge der meßdnick- sammen. über die Temperaturabhängigkeit des elekübertragenden Leitungen. trischen Fühlerwiderstandes ergibt sich ein Aus-

Die vorangehenden Darlegungen betrafen zwar gangssignal der Brückenschaltung, welches eine

unmittelbar die Verwendung eines einzelnen Diffe- Funktion der dynamischen Strömungsparameter ist.

renzdruckfUhlers bzw. Differenzdruckmessers, ent- 45 Die Ausgangssignale durchlaufen dann, wie bereits

sprechende Gesichtspunkte gelten jedoch auch für erläutert, den Meßverstärker 13, den Entzerrer 14

Anordnungen mit zwei einzeln über entsprechende und das als Bandpass ausgebildete Filter 15. Dei Druckmeßleitungen beaufschlagten DruckfühJele- Einsatz eines Entzerrers ist durch den nichtlinearen

menten, die bei entsprechender Zusammenschaltung Frequenzgang von beheizten Widerstandsfühlern be-

ein geeignetes Differenz-Ausgangssignal liefern. 50 dingt. Dies gilt insbesondere bei der Durchflußmes-

Nunmehr wüd an Hand von Fig. 2 eine MeB- sung von Gasströmungen.

Schaltung für eine erfindongsgemäße Dufchflußiaeß- Ztasammeafassead sollen ami noch einige Merkeinrichtung beschrieben. Die in der Schaltung als male der Fühleranordnuag gemäß Fig. 1 aufgeführt elektrische Widerstände angedeuteten Fühler 7 und werden:

T werden von einer Stromquelle 12 für ihre Aufhei- 55 Der Wirbelkörper 6 mit den Fühler 7 und T is< zung gespeist and erfahren durch die Beeinflussung durch die bereits erwähnte Wandausnehmung 17 des seitens des Strömungsmedhims eine entsprechende Rohres 1 diametral in den zylindrischen Strömungs-Veränderung eines oder mehrerer elektrischer Para- kanal 5 gemäß F i g. 1 A eingefühlt. Der in Diamemeter. Diese Änderungen werden durch die angedeu- tralrichtuag langgestreckt ausgebildete Wirbelkörpej tete Brückenschaltung in elektrische Ausgangssignale 60 west einen Querschnitt entsprechend einem gleichumgesetzt und einem Meßverstärker 13 zugeführt. schenkligen Dreieck auf, wobei die Stirnfläche 6 c Anschließend werden die Meßsignale über einen dem anströmenden Medium zugewandt und Vorzugs-Entzerrer 14 geführt, der einen zu dea Fühlern inver- weise rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordsen Amplituden-Frequenzgang aufweist. Anschlie- net ist. Die im Querschnitt gleichlangcn Seitenflaßend durchlaufen die Meßsignale ein Filter 15 zur 65 eben 6 b und 6 c des Wirbelkörpers liegen daher aul Unterdrückung von breitbandigen Turbulenzsignalen der Abströmseite. Das Verhältnis der in Strömungsund elektrischen Störsignalen, die den Meßsignalen richtung gemessenen Querechmttsbreite des Wirbelüberlagert sind. körpers zur Querschnittshöhe der Stirnfläche 6 a ist

von wesentlicher Bedeutung und liegt zwischen dem Zahlenwert 1 und 2. Das Verhältnis der Höhe der Basisflpche 6 α zum Innendurchmesser des Rohres 1 liegt zwischen 0,15 und 0,4. Die Fühler 7 und T selbst sind in der aus F i g. 1 B ersichtlichen Weise in Ausnehmungen 6 d bzw. 6 d' der Basisfläche 6 α eingelassen, wobei die keramischen Tragkörper 10 und 10' der Fühler dem anströmenden Medium zugewandt sind und die als Widerstandselemente vorgesehenen Gitter 11 bzw. 11' gegea Berührung durch das Strömungsmedium abschirmen. Die thermischen Umgebungsparameter werden dabei infolge der erwähnten, hohen Wärmeleitfähigkeit der Tragkörper rasch auf die elektrischen Widerstandselemente tibertragen. Die Gitter 11 und 11' selbst sind in Schichten t$ 12 bzw. 12' aus einem geeigneten Isoliermaterial, etwa einen Epoxydharz, eingebettet. Die verhältnismäßig große Flächenausdehnung der Fühler 7, T bringt gegenüber verhältnismäßig kleinen, z. B. tropfenförmigen Thermistoren den Vorteil, daß die Flächenausdehnung der Fühler 7, T die Flächenausdehnung von zufällig verteilt auftretenden Strömungsstörungen, welche die regulären Strömungsschwingungen begleiten, übersteigt, so daß die jeweilige Messung zu keinem Zeitpunkt überwiegend von solchen Strömungsstörungen beeinflußt wird. Dadurch wird das Nutz-Störsignalverhältnis und mit ihm die Zuverlässigkeit der Messung verbessert. Insgesamt ist mit der Erfindung eine Strömungsmeßeinrichtung geschaffen, die bei geringem Bauaufwand und hoher Robustheit eine genaue Messung mit hohem Nutz-Störsignal-Verhältnis ermöglicht und insbesondere auch beim Betrieb in schmutz- und fest' körperbeladenen Strömungsmedien einen zuverlässigen Meßbetrieb mit einfach durchzuführender Wartung ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 T) mit vorbestimmtem Abstand am Wirbelkörper Patentansprüche: angeordnet sind und die Strömungs-Nutzsignal- schwingungen mit gegenseitiger Phasenverschie-

1. DurchGußmeßeinrichtung mit einem Wirbel- bung erfassen.

körper, der fest in einer Leitung für das Strö- 5 9. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch ge-

mungsmedium angebracht und symmetrisch so- kennzeichnet, daß die Fühler (7, T) an eine

wie quer zur Längsachse der Leitung angeordnet Brücken-Meßschaltung mit einem Entzerrer (14)

ist und eine stromaufwärts gewandte Stirnfläche und einem Filter (15) angeschlossen sind,
aufweist, und mit einer Fühlmittel aufweisenden

Einrichtung zum Messen der Frequenz der von io

dem Wirbelkörper erzeugten Strömungswirbel,

wobei nach Patentanmeldung 19 26 798.2-52 die Die Erfindung betrifft eine Durchflußmeßeinrich-Stirnfläche des Wirbelkörpers eine quer zrr tung mit einem Wirbelkörper, der fest in einer Lei-Längsachse der Leitung gemessene Höhe auf- tung für das Strömungsmedium angebracht und symweist, die in einem Verhältnis im Bereich von 15 metrisch sowie quer zur Längsachse der Leitung an-4: 10 bis 1,5 : 10 zu der in gleicher Richtung ge- geordnet ist und eine stromaufwärts gewandte Stirnmessenen Querschniushöhe der Leitung steht und fläche aufweist, und mit einer Fühlmittel aufweiseneine si )mauf\värts gerichtete Konvexität entspre- den Einrichtung zum Messen der Frequenz der von chend einer Querschniüssegmenthöhe im Bereich dem Wirbelkörper erzeugten Strömungswirbel, wobei von ³/io der Höhe der Stirnfläche bis Null hat. ao nach Patentanmeldung 19 26 798.2-52 die Stirnfläche und wobei der Wirbelkörper einen sich stromab- des Wirbelkörpers eine quer zur Längsachse der Leiwärts erstreckenden Abschnitt ;·..:weist, dessen tung gemessene Höhe aufweist, die in einem Verhältquer zur Längsrichtung der Leitung gemessene nis im Bereich von 4: 10 bis 1,5 : 10 zu der in glei-Dicke stromabwärts abnimmt und dessen in eher Richtung gemessenen Querschnittshohe der Lei-Längsrichtung der Leitung gemessene Länge in 35 tung steht, und eine stromaufwärts gerichtete Konveeinem Verhältnis von 1 : 1 bis 2: 1 zu der Höhe xität entsprechend einer Querschnittssegmenthöhe im der Stirnfläche steht, dadurch gekenn- Bereich von ³ 10 der Höhe der Stirnfläche bis Null hat zeichnet, daß die Fühlmittel an der Stirnseite und wobei der Wirbelkörper einen sich stromabwärts (6 α) des Wirbelkörpers (6) vorgesehen sind. erstreckenden Abschnitt aufweist, dessen quer zur

2. Einrichtuni; nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 Längsrichtung der Leitung gemessene Dicke stromkennzeichnet. daC die Fühlmittel in Differen- abwärts abnimmt und dessen in Längsrichtung der tial-Anordnung vorgeseht 1 sind. Leitung gemessene Länge in einem Verhältnis von

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 1 : 1 bis 2 : 1 zu der Höhe der Stirnfläche steht,
kennzeichnet, daß den Fühlmitteln ein Paar von Die Wirkungsweise solcher Wirbelkörper-Durchgesonderten Fühlelementen zugeordnet ist, deren 35 flußmeßeinrichtung beruht auf der periodischen jedes mit einem im Bereich der Stirnfläche (6 a) Ablösung von Wirbeln ?us dem engeren Umströdes Wirbelkörpers (6) angeordneten Tragkörper mungsbereich des Wirbelkörpers, wobei die Wande-(10, 10') verbunden ist. rungsgeschwindigkeit d^;eser aufeinanderfolgenden

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- Wirbel in der sich bildenden Wirbelstraße von der kennzeichnet, daß die Fühler (7, T) beheizte 40 Strömungsgeschwindigkeit des Mediums abhängt. An elektrische Widcrstandselemente (11, 11') auf- einem im F-inwirkungsbereich der Wirbel bzw. der weisen und daß die Tragkörper (10, 10') aus gut davon ausgehenden Schwingungen ortsfest angeordwärmeleitfähigem Material bestehen. neten Fühlglied können somit Schwingungssignale

5. Einrichtung nach Anspruch4, dadurch ge- abgenommen werden, deren Frequenz ein Maß für kennzeichnet, daß die Tragkörper (10, 10') aus 45 die Strömungsgeschwindigkeit ist.

Keramik bestehen und daß die heizbaren Wider- Ein grundliegender Nachteil bekannter Wirbelkör-

standselemente (11, 11') in an den Tragkörpern per-Durchflußmeßeinrichtungen besteht darin, daß

(10, 10') befestigten Einbettungen (12, 12') an- die Wirbelablösung nicht regelmäßig, sondern mit

geordnet sind. starken statistischen Schwankungen erfolgt, die ent-

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da- 50 sprechend unregelmäßige Schwebungen oder Periodidurch gekennzeichnet, daß die Tragkörper (10, zitäten des am FühlgHed erfaßten Schwingungssi-10') mit den elektrischen Widerstandselemenlen nals zur Folge haben. Durch diese Erscheinung wird (11, 11') in Ausnehmungen (6 rf, 6 rf') der Stirn- die Signalauswertung nicht nur erheblich erschwert, fläche (6 a) des Wirbelkörpers (6) eingelassen sondern sogar vielfach unmöglich gemacht, weil das sind, urd daß die den Widerstandselementen ent- 55 Nutzsignal zeitweilig im Störpegel untergeht,
gegengesetzten Oberflächenabschnitte der Trag- Die Lehie der Hauptpatentanmeldung macht von körper (10, 10') unter Abschirmung der Wider- der Erkenntnis Gebrauch, daß die Unregelmäßigkeit Standselemente (11, 11') dem Strömungsmedium der Wirbelablösung keine der Wirbelstraßenbildung zugewandt angeordnet sind. grundsätzlich innewohnende Erscheinung ist, son-

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 60 dem vielmehr weitgehend durch Form und Anordbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbet- nung des Wirbelkörpers bedingt wird. Mit den Merktungen (12, 12') der Widerstandselemente (11, malen des Hauptpatentes wird ein Wirbelkörper gell') als thermische Isolierung gegenüber dem schaffen, der wesentlich gleichförmigere und kontivorzugsweise mit Kanälen (9) für die Durchfüh- nuierlich auftretende Schwingungssignale als Maß für rung von Anschlußleitungen (8) versehenen Wir- 65 die Durchflußgeschwindigkeit liefert. Gleichzeitig belkörper (6) ausgebildet sind. wird dabei die Linearität der Zuordnung zwischen

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 der Signalfrequenz und der Durchflußgeschwindigbis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (7, keit verbessert.