DE68927091T2 - Durchflussmesser - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Flußmeßgerät, und zwar genauer ein Flußmeßgerät, das imstande ist, Flußstörungen zu beseitigen und selbst bei großen Strömungsgeschwindigkeiten stabile Meßsignale zu erzeugen.
Beschreibung des Standes der Technik
• Bei bekannten Flußmeßgeräten, die mit einem Mikrobrückensensor arbeiten, wird der Sensor einfach an einer Stelle der inneren Wand eines Strömungskanals vorbestimmter Gestalt, wie zum Beispiel einem kreisförmigen oder rechteckigen Rohr, angebracht. Eine solche Anordnung gestattet die Messung eines Flusses geringer Strömungsgeschwindigkeit. Jedoch mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit entstehen in der Strömung, bedingt durch die Änderung des Durchmessers des Strömungskanals an der stromaufwärts gelegenen Kurveform des Strömungskanals, der Wandoberfläche und so weiter, Störungen, wobei ein schnell ansprechender Sensor, wie ein Mikrobrückensensor, und folglich sein Ausgangssignal entsprechend gestört werden. Es ist daher erforderlich, einen starken Langsamflußfilter vorzusehen, um Störungskomponenten zu beseitigen und einen mittleren Fluß zu messen. Ferner muß, wenn elektrische Energie nur begrenzt zur verfügung steht, der Sensor intermittierend betrieben werden, so daß ein gestörtes Ausgangssignal die Messung sehr schwierig macht.
• Die FR-A-2 450 347 beschreibt ein Flußmeßgerät, welches einen Strömungskanal, eine in dem Strömungskanal vorhandene gleichrichtende Einrichtung, ein Strömungskanal-Verengungsglied zur Verengung des Querschnittes des Strömungskanals hinter der gleichrichtenden Einrichtung und einen thermischen Sensor in Form eines Heizfadens stromabwärts der Verengungseinrichtung aufweist, der sich quer zum Strömungskanal zwischen diametral gegenüberliegenden Seiten erstreckt. Diese Anordnung ist unzweckmäßig und liefert keine optimalen Meßcharakteristiken über einen weiten Flußbereich.
• Angesichts der oben genannten Probleme besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Flußmeßgerät zu entwickeln, welches Störungen im Fluß zu beseitigen vermag und stabile Ausgangssignale zu erzeugen vermag, und zwar selbst bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit.
• Gemäß der Erfindung wird ein Flußmeßgerät vorgeschlagen, zu dem ein Strömungskanal, eine im Strömungskanal angeordnete gleichrichtende Einrichtung, ein den Strömungskanal verengendes Glied zur Reduzierung des Querschnitts des Strömungskanals hinter der gleichrichtenden Einrichtung und ein stromabwärts des verengenden Gliedes gelegener thermischer Flußsensor gehören und welches Flußmeßgerät dadurch gekennzeichnet ist, daß der thermische Flußsensor an der inneren Wand des Strömungskanals angeordnet ist und vollständig an einer Seite des Kanals an einer Stelle unmittelbar hinter dem verengenden Glied positioniert ist.
• Der thermische Flußsensor ist vorzugsweise ein Mikrobrückensensor.
• Es ist von Vorteil, wenn die periphere Gestalt des den Strömungskanal verengenden Gliedes eine Oberflächenkrümmung gemäß einer Kosinuskurve hat.
• Vorzugsweise besteht die gleichrichtende Einrichtung aus einer Mehrzahl von Sieben, die sich quer zur Strömungsrichtung des Strömungskanals erstrecken und mit Abstand voneinander angeordnet sind oder aus einer honigwabenförmigen Struktur.
• Der Strömungskanal kann einen erweiterten Abschnitt haben, in welchem die gleichrichtende Einrichtung angeordnet ist.
• Das obengenannte und andere Ziele sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die lediglich Beispiele darstellen und anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
• Figuren 1 bis 3 zeigen Querschnittsansichten eines ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiels eines Flußmeßgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
• Figuren 4 und 5 zeigen Querschnittsansichten, die zur Erklärung dienen, wie ein Schirm am Eingang eines Rohres angebracht wird,
• Figur 7 zeigt grafisch den Zusammenhang zwischen dem Fluß und der Ausgangsspannung der in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Flußmeßgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Zu dem Flußmeßgerät der Figur 1 gehören ein Mikrobrückensensor 1, ein Sieb 2, ein Verenger 3 zur Verengung des Querschnittes des Strömungskanals, ein Strömungskanal 4 aus einem 20-Zoll kreisförmigen Rohr und ein Strömungskanal 5 aus einem 10-Zoll kreisförmigen Rohr. Der kreisförmige Strömungskanal 4 enthält ein gleichrichtendes Element, welches beispielsweise von drei in den Strömungskanal eingesetzten Blättern eines 30-mesh-Siebes gebildet wird. Der hintere Abschnitt des Strömungskanals 4 wird, wie gezeigt, durch einen Verenger 3 in seinem Querschnitt soweit reduziert, daß er an dem 10-Zoll-Strömungskanal 5 einschließbar ist. Der Mikrobrückensensor 1 ist an einer Stelle der inneren Fläche des Strömungskanals 5 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Strömungskanals 5, in welchem der Mikrobrückensensor angeordnet ist, zu 10 Zoll gewählt, jedoch hängt der Kanalsdurchmesser allgemein von dem Meßbereich ab. Speziell ein kleiner Kanalsdurchmesser ist zur Messung eines kleinen Flusses geeignet, da die Strömungsgeschwindigkeit in einem engen Kanal groß ist und auch das Niveau des Ausgangssignals groß ist. Ein großer Fluß in diesem engen Kanal hat jedoch zur Folge, daß das Ausgangssignal des Mikrobrückensensors 1 Sättigung erreicht und der Druckverlust zunimmt. Daher ist ein großer Kanalsdurchmesser erforderlich, um einen großen Fluß zu messen. Der Verenger 3 ist nützlich bei der Unterdrückung von Störungen im Fluß und zur Erreichung einer gleichmäßigen Flußverteilung, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Stelle, an der der Mikrobrückensensar 1 angebracht ist, vergrößert wird mit dem Ergebnis, daß auch das Niveau des Ausgangssignals vergrößert wird.
• Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Teile, die denen in Figur 1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugsziffern, und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
• In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Blatt eines 30- mesh-Siebes am Eingang des 20-Zoll-Strömungskanals 4 angeordnet. Der Durchmesser des Kanals wird durch einen Diffusor 6 auf beispielsweise 34 Zoll erweitert, um einen erweiterten Kanal 7 zu schaffen. In dem erweiterten Kanal 7 sind dann zwei Blätter eines 30-mesh-Siebes eingefügt. Ferner wird der hintere Abschnitt des erweiterten Kanals 7 durch den Veren ger 3 verengt, um sich an einen 10-Zoll kreisförmigen Strömungskanal 5 anzuschließen, in welchem der Mikrobrückensen sor 1 angeordnet ist. Der erweiterte Kanal 7 ist vorgesehen zur Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und zur Verstärkung eines gleichrichtenden Effektes. Es wurde empirisch 2 festgestellt, daß ein (in Flußrichtung) kurzer Diffuser 6 eine bessere Charakteristik ergibt. Es ist wichtig, die Siebe 2 unmittelbar hinter dem Diffusor 6 anzuordnen.
• Figur 3 zeigt ein Beispiel mit einem Bündel von Kapillaren 8 als gleichrichtendes Element anstelle der Siebe 2. Es ist besser, Kapillaren mit kleinem Durchmesser zu wählen als lange Kapillaren, um die Störungen wirkungsvoll zu vermindern. Auch die Dicke der Kapillaren sollte ausreichend dünn sein.
• Die Stelle, an der der Mikrobrückensensor 1 in den Figuren 1 bis 3 angeordnet ist, liegt vorzugsweise so dicht wie möglich am Verenger 3. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Störung an einer Stelle, die weiter von dem Verenger 3 entfernt liegt, größer wird. Ferner ist die innere periphere Gestalt des Verengers 3 vorzugsweise kosinusförmig.
• Die Querschnittsansichten der Figuren 4 und 5 zeigen, wie die Siebe 2 in dem Strömungskanal angeordnet werden. Genauer zeigt Figur 4, daß zwei Siebblätter 2 in je ener Nut 12, 13 eingeschoben sind, die an der inneren Oberfläche des erweiterten Kanals 7 vorhanden sind. Der erweiterte Kanal 7 ist mit O-Ringen 9 und Schrauben 10 zur Herstellung einer fluiddichten Verbindung versehen. Figur 5 zeigt, wie einer der Schirme 2 am Eingang des Strömungskanals 4 mit Hilfe eines Siebbefestigungsringes 11 befestigt ist.
• Vorzugsweise liegt, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, das am Eingang des Strömungskanals angebrachte Sieb 2 an einer et was stromabwärts gelegenen Stelle, beispielsweise an der Grenze zwischen dem kreisförmigen Strömungskanal 4 und dem Diffusor 6, wie dies Figur 6 zeigt. Figur 7 zeigt eine typische Ausgangscharakteristik eines Flußmeßgeräts nach den Figuren 1 bis 3, wobei auf der Abszisse die Flußmenge und auf der Ordinate die Ausgangsspannung aufgetragen ist.
• In jedem der obigen Ausführungsbeispiele wird ein kreisförmiges Rohr als Strömungskanal verwendet. Alternativ kann ein rechteckiges Rohr verwendet werden. Allerdings verursacht das rechteckige Rohr Wirbel und Störungen in seinen Ecken, so daß das kreisförmige Rohr ein bessere Charakteristik ergibt.
• Wie oben beschrieben, gehören zu dem Flußmeßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ein gleichrichtendes Element, wie zum Beispiel eine Mehrzahl von Sieben, die in geeigneten Abständen voneinander angeordnet sind, oder eine Bienenwabenstruktur, ein Verenger zur Verengung des Strömungskanals hinter dem gleichrichtenden Element und ein Mikrobrückensensor, der unmittelbar hinter dem Verenger angeordnet ist, wodurch Störungen im Fluß unterdrückt werden und folglich der Fluß recht stabil wird. Es ist daher möglich, einen Fluß von kleinen zu großen Mengen in einem weiten Bereich sehr genau zu messen, und zwar ohne einen Langsamflußfilter sowie unter intermittierenden Betriebsbedingungen.
• Als gleichrichtendes Element werden vorzugsweise zur Verminderung des Druckverlustes drei Siebblätter mit relativ großen Maschen, beispielsweise 30-mesh pro Zoll, verwendet.

Claims (7)

1. Flußmeßgerät mit einem Strömungskanal (4), mit einer gleichrichtenden Einrichtung (2, 8) im Strömungskanal (1), mit einem den Strömungskanal verengenden Glied (3) zur Reduzierung des Querschnitts des Strömungskanals hinter der gleichrichtenden Einrichtung und mit einem stromabwärts des verengenden Gliedes gelegenen thermischen Flußsensor (1), dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Flußsensor (1) an der inneren Wand des Strömungskanals angeordnet ist und vollständig an einer Seite des Kanals an einer Stelle unmittelbar hinter dem verengenden Glied (3) positioniert ist.

2. Flußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Flußsensor (1) ein Mikrobrückensensor ist.

3. Flußmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrobrückensensor (1) eine flache Oberfläche hat, die sich im wesentlichen parallel zur Strömungsachse des Strömungskanals erstreckt.

4. Flußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 - 31 dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Gestalt des den Strömungskanal verengenden Gliedes (3) eine Oberflächenkrümmung gemäß einer Kosinuskurve hat.

5. Flußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtende Einrichtung aus einer Mehrzahl von Sieben (2) besteht, die sich quer zur Strömungsrichtung des Strömungskanals erstrecken und mit Abstand voneinander angeordnet sind.

6. Flußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtende Einrichtung eine honigwabenförmige Struktur (8) hat.

7. Flußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal einen erweiterten Abschnitt (7) hat, in welchem die gleichrichtende Einrichtung angeordnet ist.