Vorrichtung zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von gasförmigen oder fliissigen Medien, insbesondere von unter Druck stehenden Medien Für die Messung von Strömungsgeschwin- digkeiten von Gasen oder Flilssigkeiten in Rohrleitungen sind bereits versehiedene Vorrichtungen bekannt, z. B. Differentialmano- meter, sogenannte Rotamesser und Gas-bzw.
Flüssigkeitsuhren.
Beim Differentialmanometer und beim Iiotamesser ist als Messgrundlage im wesent lichen eine Druckdifferenz bestimmend. Das I) il'ferentialmanometer weist einen in den Lauf des strömenden Mediums eingebauten Widerstand, z. B. eine Kapillare, auf, die durch ein U-förmiges Flüssigkeitsmano- meter überbnicekt ist. Hierbei ist der Widerstand durch die Leitungsverengung für ein gegebenes Instrument derselbe, und mit der Strömung ändert sich die auf die Manometerflüssigkeit einseitig wirkende Kraft.
Beim Rotamesser befindet sich in einem senkIeeilt angeordneten, nach oben konisch erweiterten Rohr ein Schwimmer, der bei einer Strömung von unten nach oben um so houer steigt, je rascher das Medium str¯mt.
I) ie Kraft ist hierbei durch das Gewicht des Sehwimmers gegeben und konstant.
Der Schwimmer, durch den die Verengung der Leitung verursacht wird, stellt sich auto- matisch auf diejenige Hyphe ein, die derjenigen Spaltweite entspricht, bei der die auftretende Kraft den für das Instrument charakteristischen, mit dem Schwimmergewicht. identisehen Wert erreiclt. Im Gegensatz zum Differentialmanometer, bei dem die Ver engtmg konstant und die Kraft veränderlieh ist, ist beim Rotamesser die Kraft konstant und die Spaltweite veränderlich.
Die Anwendung der bisherigen Vorrich- tungen für die. Messung von Strömungen in Leitungen, die unter Druck stehen, bereitet gewisse Schwierigkeiten. Die einfachste Anzeige ist die unmittelbar visuelle Beobachtung.
Bei einem Differentialmanometer mit einem Flüssigkeitsmanometer erfordert dies die Anwendung von durchsichtigen, unter dem vollen Innendruck der Leitung stehenden R¯hren.
Das gleiche trifft für die iibliche Form des Rotamessers zu. Die Druckfestigkeit durch- sichtiger Werkstoffe ist begrenzt. Man kann wohl die sogenannten Schwierigkeiten mit Hilfe eines gesteigerten technischen Aufwandes mildern, aber insbesondere für hohe Druckgebiete nicht völlig berwinden. Dass die üblichen Gas-und Flüssigkeitsuhren sieh nicht gut und einwandfrei für ein Arbeiten unter Druck eignen, liegt auf der Hand.
Der Rotamesser hat noch den Nachteil, dass man den Messbereich nicht leicht wechseln kann, wie z. B. bei dem Flüssigkeitsdifferen tial-Manometer. Der rotierende Schwimmer und das konische Rohr sind passend zueinander abgestimmt. Der Strom des Mediums trÏgt das Gesamtgewicht des rotierenden Sehwimmers. Dadurch tritt eine innige Wechselwirkung zwischen dem strömenden Medium und dem Schwimmer auf, die den Messer f r die Handhabung hinsichtlich ver schiedener Messbereiche und auch f r die indirekte Messung mit Hilfe von Übertra- gungsvorrichtungen empfindlieli macht, welche angewendet werden muss, wenn man nicht durchsichtige Konstruktionsteile benutzt.
Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Messen von Strömungsgesehwindigkeiten von gasförmigen oder flüssigen Medien, insbesondere von unter Druek stehenden Medien unter Anwendung eines durch Verengung des Durchlasses erzeugten Strömungswiderstandes in der Leitung f r das Medium und Messung der durch den Strömungswiderstand ausge- lösten und auf einen Widerstandskörper wirkenden Kraft zum Gegenstand, bei dem die bisherigen MÏngel vermieden sind.
Sie zeiclinet sich dadurch aus, dass der Widerstandskörper längsversehiebbar in der Leitung angeordnet ist und die Verengung des Dureh- lasses verursacht, welche innerhalb eines Messbereiches konstant ist, und dass Mittel vorgesehen sind, um die durch die Strömungsgeschwindigkeit veränderliche, auf den Widerstandskorper sich auswirkende Kraft auszu gleiehell und diese Gegenkraft zu messen.
Durch eine solche Gestaltung ergeben sich bedeutende technische Vorteile, sowohl für die Herstellung der Vorrichtung an sich als auch für die Anwendung, insbesondere zur Messung von Strömungsmedien unter Druck. Baulich ergibt sich, dass man kein konisches Messrohr wie bei dem Rotamesser mehr benötigt, sondern ein Rohr an sich beliebigen Quersehnittes, das jedoch überall die gleiche Weite hat.
Ein solches Rohr, gleichgültig, ob mit zylin drischem, quadratischem oder sonstigem beliebigem Querschnitt, ist bekanntlich viel einfacher herzustellen als das völlig gleichmässig konische Rohr des Rotamessers. Der Wider standskörper selbst, der in dem Rohr gleiehbleibenden Quersclinitts untergebraclit ist, kann an sich die versehiedenartigste Gestalt haben. Er wird zweckmässig dem Querschnitt des Rohres angepasst. Bei einem runden Rohr wird er vorteilhaft als langgestreckter Korper ausgebildet. Der Widerstandskörper bewegt sich in der Strömungsriehtungsolangefort, bis die Gegenkraft, z. B. die Federspannung, gleich der bei der gegebenen Str¯mungsgeschwindigkeit auftretenden Kraft ist.
Hierbei wird durch die Stellung des Widerstandskörpers die Grouse der Strömungsgeschwindigkeit angezeigt. Es ergibt sich eine stabile und ruhige Einstellung, so dass eine Drehung des Wider- standskörpers zu seiner Stabilisierung nicht notwendig ist. Die Konstruktion in einer praktisch unbegrenzt druckfesten Ausführung ist oline grundsätzliche Schwierigkeit möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit ein und demselben Messrohr durch eine sehr einfacli auszuführende Auswechslung des Widerstandskörpers und/oder der Feder ganz verschiedene Messbereiehe erfasst werden können. Auch kann man zur Erweiterung des Anzeigebereiches in einer Me¯anordnug leicht rnelrere Teilstüeke von Rohren mit verschie- clener Weite hintereinander anordnen, in der Art, da¯ das Teilstüek mit dem engsten Querschnitt am Eintrittsende des strömenden Mediums vorgesehen wird.
Ein anderer be dentender Vorzug ist dadurch gegeben, dal3 man mit jeder beliebigen Lage des Me¯rolires bzw. jeder beliebigen Richtung der Bewegung des Widerstandskörpers arbeiten kann, wenn dies nach Lage der Dinge zweekmässig oder erforderlieh ist. So ist es ohne weiteres mit einfachen Mitteln durchfühlbar, das Me¯rohr in geneigter Stellung wie auch horinzontal zu benutzen. Ja sogar eine Benutzung in umgekehrter Weise mit einer Strömung von unten nach oben ist durchführbar. Die Unabhängigkeit von der Lage des Messrohres ist bei den bisherigen Meus- vorrichtungen nicht möglieh.
Die Messung kann auf verschiedene Weise durehgeführt werden, nämlich mit meeha nisehen oder elelitrischen bzw. elektromagne- tischen Mitteln oder auf optischem Wege, und zwar in direkter oder indirekter Weise. Bei elektrischer Messung kann man den Widerstandskörper aus Eisen und das Rohr aus unmagnetischem Werkstoff herstellen. Der Versehiebeweg des Körpers kann auf induktivem oder auch kapazitivem Wege zur Anzeige ausgewertet werden. Bei der mechanischen Messung kann die Rückführungskraft des Widerstandskorpers in die Ausgangsstellung als (irundlage der Mess-long dienen, wobei der Rückfuhrungsweg ein Mass f r die Str¯ mungsgeschwindigkeit abgibt.
Die Messvorrichtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Aus führungsbeispielen veranschaulicht.
In Fig. 1 ist der Erfindungsgegenstand scliematiseli im Prinzip dargestellt.
In Fig. 2 und 3 sind weitere Ausf hrungsformen dargestellt.
Fig. 4 zeigt die Auswertung des angezeig- ten Wertes auf elektrischem Wege. Fig. 5 ist ein weiteres Beispiel für die elektrische Aus w ertung.
In den Fig. 6 und 7 sind Ausführungs beisr) iele, die eine rein mechanische Messung der Kraftänderung angeben, dargestellt.
Die erfindungsgemässe Messvorrichtung besteht aus einem Rohr 1 beliebigen Querschnitts mit überall gleicher Weite und einem Widerstandskörper 2, der einen kleineren Qttersclmitt als das Messrohr hat. Hängt man einen solchen Körper in einem senkrecht stehenden Rohr elastisch, z. B. an einer Feder 3, auf und lässt von oben nach unten ein ( as oder eine Flüssigkeit strömen, so wird der Widerstandskorper sich in der Stromungs- richtung so lange fortbewegen, bis die Federspannung gleich der bei der gegebenen Strö mungsgeschwindigkeit auftretenden Kraft ist.
Dieser Widerstandskörper wird hiernach durch seine Stellung die Grösse der Str¯mungsgeschwindigkeit anzeigen.
Zur Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung in beliebiger Schräglage ist es erforderlicll, die Null-Lage des Widerstandskörpers 2 durch eine zusätzliche Richtkraft zu fixieren. Dies lässt sich dadurch erreichen, da¯ man den Widerstandskörper zwischen zwei Federn 4 und 5 anordnet, die beide eine gewisse Spannung haben (Fig. 2). Das gilt insbesondere f r die Messungen in einem waagrecht liegenden Rohr. Es sind in diesen Fällen die auftretenden und etwa zu überwindenden Reibungswiderstände gr¯¯er als beim freihängenden Widerstandskörper. Um solehe Reibungswiderstände so klein wie m¯glich zu halten, kann man verschiedene Mittel anwenden.
Wenn es sich beispielsweise um die Messung der Strömung von Flüssigkeiten handelt, so hat man f r die Verminderung oder Beseitigung der Reibungswiderstände zwischen Widerstandskörper und äusserem Rohr die sehr bequeme Möglichkeit, das s Gewicht des Widerstandskörpers dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge möglichst weitgehend gleichzumachen, so dal3 der Widerstandskörper in der Flüssigkeit praktisch schwerelos schwebt und selbsttätig durch die Zugkraft der beiden Federn zentral festge- halten wird.
Normalerweise ist es nicht nötig, den Widerstandskörper mit besonderen Führun- gen zu versehen, um seine zentrale Bewegung innerhalb des Messrohres sicherzustellen, da, wie gefunden wurde, sich der Widerstandskörper automatiseh in der Strömung ziemlich genau zentral zum Rohr und sehr ruhig einstellt. Bei einer Schräglage des Messrohres können Fiihrungen erwünscht sein. Diese können in Form von kleinen, symmetrisch um den Umfang des Widerstandskörpers verteil- ten Erhöhungen bestehen, wobei diese aus einem Werkstoff hergestellt werden können, der ein Minimum an Reibung und Abnutzung sicherstellt.
Beispielsweise kann man in die Oberfläche des Widerstandskörpers kleine Stahlkugeln einlassen, wie sie für Kugellager verwendet werden. Man kann ferner die der sicheren Fiihritng dienenden Erhebungen aus Korund herstellen. Es ist ferner m¯glich, auf dem Umfange des Widerstandskörpers Längsrippen vorzusehen, deren Umfangsfläche kolbenartig dem Messrohr angepasst ist.
Eine gemäss der Erfindung aufgebaute e Vorrichtung, bei der die Strömung statt von oben nach unten umgekehrt verläuft, ist in der Fig. 3 veranschaulicht. Für die Messung der Geschwindigkeit einer Strömung von unten nach oben wird der bewegliche Widerstandskörper 2 in seiner untersten Lage bei schwachgespannter Feder 6 durch einen Anschlag 7 festgehalten. Der Widerstandskörper spricht erst von einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit des strömenden Mediums ab an, bei der die Wirkung der Strömung die Seliwere des Widerstandskörpers gerade aufliebt. Wenn der in diesem Fall wieder als Sehwimmer wirkende Widerstandskörper spezifisch leichter ist als das durchströmende Medium, so ist auch bei Strömung von unten nach oben eine Anzeige von Null bis zu einem obern Maximalwert möglich.
Dies gilt auch für die Anordnung der Fig. 2
Das Anzeigen der Stellmg des Widerstandskörpers ist auf optischem Wege am einfachsten. Dies ist möglich beim Arbeiten bei Atmosphärendruck oder nur wenig er höhtem Druck. Hierbei wird man die Vorrichtung mit einem durchsichtigen Messrohr ausstatten. Beispielsweise genügt es, an einer Stelle ein kleines durchsichtiges druckfestes s bzw. zwei diametral gegenüber angeordnete Fenster anzubringen, durch welche hindurch man das Einspielen einer an dem Widerstandsk¯rper unten angebrachten Spitze auf einer auf dem Fenster angebrachten Marke beobachtet. Eine solche Ausführung ist sehr viel leichter, auch für sehr hohe Drucke bis zu 1000 Atm. ausf hrbar, als es ein seiner ganzen Länge nach durchsichtiges Rohr sein würde.
Diese Art der Anzeige ist vor allem in einer solehen besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zweckmässig, bei der die durch die Strömung verursaclite Stellungs änderung des Widerstandskörpers nachträg- lich wieder durch besondere Massnahmen kompensiert wird. Solche Ausführungsformen werden weiter unten ausführlieh beschrieben.
Bei Verzieht auf durchsiehtige Vorrichtungsteile lässt sich die Messung auf elektrischem Wege (siehe Fig. 4) beispielsweise wie folgt durchf hren: Der Widerstandskörper 2, der eine langgestreckte Form besitzen soll, wird aus ferromagnetischem Material, z. B. Weicheisen, gebildet, wÏhrend das Messrohr 1 aus unmagnetisehem Material besteht.
Eine Spule 8, durch die tuber ein Messinstrument 9 ein Wechselstrom fliesst, wird in Hohe des an der Feder 3 aufgehängten Widerstandskör- pers 2 vorgesehen. Dureh das mehr oder weniger tiefe Eintauchen des Eisenkörpers in diese Spule wird der Weehselstromwiderstand verändert, was am Messinstrument sofort abgelesen und nach entsprechender Eichung zur Strömungsmessung verwendet werden kann.
Man kann statt einer solehen von Wechsel- strom durehflossenen Spule, deren elektrischer Widerstand die Stromstärke beeinflusst, auch nach Art eines Transformators eine primäre Wicklung, z. B. die Spule 8, und eine sekun- dÏre Wicklung 10 aufbringen und die Verstärkung des Induktionsstromes in der sein- dären Spule beim Durchgang eines Wechsel- stromes in der Primärspule messen.
Statt den Widerstandskörper auf seiner jeweiligen Stellung im Messrohr zu belassen, ist es ferner möglich, diesen auf seine ur spriingliche Stellung wieder zurüekzufüllren und die hierzu notwendige Kraft unmittelbar zu messen. Eine solche Kompensation der im Mel3rohr auftretenden Kraft lässt sich beispielsweise in einer vollelektromagnetisehen Weise ausüben. In Fig. 5 ist eine solehe Anordnung dargestellt. Hierbei wird mit zwei Spulen gearbeitet, unten eine Spule 10 zur Anzeige der Stellung des Widerstandskörpers 11 und oben eine Spule 12, in der ein Strom eine nach oben geriehtete Anziehungskraft erzeugt.
Es ist ohne weiteres verständlieh, dass ein Messinstrument, das über einen Widerstand 13 mit der obern Spule 12 in einen Stromkreis geschaltet ist, mit seinem Aussehlag ein Mass für die im Rohr herrschende Strömung gibt, wenn man die Stromstärke mit Hilfe des Widerstandes 13 so einstellt, dass das Messinstrument in dem untern Stromkreis auf seine Ausgangslage zurüek- gegangen ist. Die Einstellung des Widerstandes kann dabei auch automatisch von einer Servoeinrichtung übernommen werden, die man ber die Induktion der untern Spule steuert. Dann zeigt aueh diese Kom. pensations- anordnung am Messinstrument genau so automatiseh die Strömungsgeschwindigkeit an, wie das Instrument 14 bei der direkt arbeitenden Anordnung der Fig. 4.
Bei einer Nullanordnung zur Anzeige des l ; : inspielens des Widerstandskörpers in einer bestimmten Ausgangsstellung kann man auch mit einer rein mechanischen Messung der Kraftänderung innerhalb des Messinstru- mentes auskommen. Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine solche Ausführung.
Gemäss Fig. 6 wird die den Widerstandskörper 2 tragende Feder 3 an einem Faden oder Draht 15 autgehängt, der oben auf eine von aussen drehbare Welle 16 aufgewickelt werden kann. Eine solche Welle ist auch unter hohem Druck sehr leicht durch eine Stopfbüchse 17 nach aussen abzudichten.
Bringt man am untern Ende des Widerstands korpers den bereits besehriebenen Transformator 8, 10 an, so wird bei Beginn der Str¯mung das Messinstrument 14 einen ver stärkten Ausschlag zeigen. Durch Drehen der Welle 16 kann der Widerstandskörper 2 auf die alte Lage zur ckgebracht werden, wobei das Messinstrument 14 wieder auf den Aus gangswert einspielt. Die Länge des beim Drehen aufgewickelten Drahtes ist der Spannung der zwischen Widerstandskörper 2 und Draht 15 befindlichen Feder, die unter der Wirkung der Strömung erfolgt, proportional.
F r die Rückführung des Widerstandsk¯rper 2 auf die Ausgangsstellung ist eine l) rehung notwendig, die ein MaI3 für die Strömungsgeschwindigkeit ist.
Eine im Grunde ähnliche Anordnung ist in Fig. 7 wiedergegeben. Bei dieser wirkt die : Kraft ähnlieh wie bei einer Torsionswaage auf eine Federanordnung 18, und im übrigen ist die Wirkungsweise dem Arbeiten der Vorrichtung nach Fig. 6 analog.
Der Widerstandskörper kann an sieh jede heliebige Gestalt und Form auf weisen. Statt der langgestreckten Form kann er eine kurze gedrungene Gestalt haben, z. B. als Kugel ausgebildet sein. Statt den ganzen Korper aus ut ferromagnetischem Material zu bilden, kann man ihn auch aus einem beliebigen Werkstoff herstellen und ihm einen wesentlich dünneren Stab aus einem magnetischen Werkstoff unten anhängen.
Auch ist es nicht unbedingt nötig, wenn auch häufig zweckmässig, die zur Übertra- gung der Stellung des beweglichen Teils nach aussen notwendige Spule ausserhalb des Messrohres anzuordnen. Man kann sie auch innerhalb des Messrohres, etwa an dessen unterem und für die eigentliche Bewegung des Widerstandskörpers nicht in FragekommendemEnde anbringen. Auch kann man die Spule durch Platten eines Kondensators ersetzen, zwischen die eine an dem Widerstandskörper befestigte dritte Platte mehr oder weniger tief eintaucht, was zu Kapazitätsanderungen führt.
In diesen Fällen muss man natürlich eine oder mehrere elektrische Leitungen isoliert aus der Messvorrichtung heraus nach aussen führen, was aber auch für druekfeste Vorrichtungen keine grundsätzlichen Schwierigkeiten bietet. Der Vorteil derartiger Kon struktionen besteht darin, dass man den eigentlichen, der Anzeige dienenden Teil wesentlieh kleiner und leichter machen kann.
Die Anwendung der vorstehend beschriebenen, verschiedenen Ausführungsformen richtet sich ganz nach dem jeweiligen Fall.
Der Anordnung der Fig. 4 wird man z. B. dann den Vorzug geben, wenn man Änderungen von Strömungsgeschwindigkeiten automatisch aufzuzeichnen wünscht, denn statt des Messinstrumentes kann man natürlich auch einen handelsübliehen Schreiber verwenden. Zeichnet man ausserdem noch den Druckverlauf in der Leitung auf, so lässt sich aus beiden Kurven leicht die integrale, insgesamt durchströmte Menge berechnen. Etwaige langsame ¯nderungen der Federkraft infolge von Alterungserscheinungen der Aufhängefeder können bei der Anordnung der Fig. 5 kompensiert werden. Man kann z. B. die Spulen 1c' und 8, 10 starr miteinander verbinden und mittels eines Feintriebes 19 auf und ab beweglich machen.
Damit ist eine stets repro duzierbare Nulleinstellung mit genau fixierter gegenseitiger Lage der Spulen gewährleistet.
Da die Feder beim eigentlichen Messvorgang die Ausgangslage inne hat, ist man von ihrer absoluten Elastizitätskraft unabhängig.
Zur bequemen Benutzung der Messvorrichtungen ist natürlich eine vorherige Eichung der Anordnung bei verschiedenen Drucken und Strömungsgeschwindigkeiten n¯tig, die sich sehr leicht durchführen lässt.
Die Eichkurven haben, wie sich zeigte, eine einfache, annähernd lineare Gestalt, so dass, wenn man eine Schar von Eichkurven (Anzeige des Instrumentes gegen Strömungs- geschwindigkeit) f r verschiedene Drucke festgelegt hat, die Interpolation der Angaben f r jeden beliebigen andern Druck innerhalb des geprüften Bereiches leicht gelingt. Die erfindungsgemässen Strömungsmesser lassen sich oline grosse Schwierigkeiten auch in Regelanordnungen einbauen und als Geber f r die Steuerung von Ventilen in Leitungen benutzen, sei es für die Konstanthaltung von Strömungsgesehwindigkeiten, sei es f r deren gesetzmässige Änderung nach einem bestimmten Programm. Auch in dieser Anwendungsform sind sie andern Typen von Strömungs- messern berlegen.
Device for measuring flow velocities of gaseous or liquid media, especially pressurized media. Various devices are already known for measuring flow velocities of gases or liquids in pipelines. B. differential manometer, so-called Rotamesser and gas or.
Liquid meters.
In the case of the differential manometer and the Iiotamometer, a pressure difference is the determining basis for the measurement. The I) il'ferentialmanometer has a built-in resistance in the course of the flowing medium, e.g. B. a capillary, which is bent over by a U-shaped liquid manometer. The resistance due to the constriction in the line is the same for a given instrument, and the force acting on the pressure gauge fluid changes with the flow.
With the Rotamesser there is a float in a vertically arranged, upwardly conically widened tube, which increases the faster the medium flows, the higher the flow from bottom to top.
I) The force is given by the weight of the eye-eye and is constant.
The swimmer, by which the narrowing of the line is caused, automatically adjusts to the hypha which corresponds to the gap width at which the force that occurs is that characteristic of the instrument, with the swimmer's weight. Identical value achieved. In contrast to the differential manometer, in which the constriction is constant and the force is variable, with the rotary knife the force is constant and the gap width is variable.
The application of the previous devices for the. Measuring flows in lines that are under pressure presents certain difficulties. The simplest display is direct visual observation.
In the case of a differential manometer with a liquid manometer, this requires the use of transparent tubes which are under the full internal pressure of the line.
The same is true for the usual shape of the rotameter. The compressive strength of transparent materials is limited. The so-called difficulties can be alleviated with the help of increased technical effort, but cannot be completely overcome, especially for high pressure areas. It is obvious that the usual gas and liquid meters do not look good and perfectly suitable for working under pressure.
The Rotamesser has the disadvantage that you cannot easily change the measuring range, e.g. B. with the liquid differential tial manometer. The rotating float and the conical tube are matched to one another. The flow of the medium carries the total weight of the rotating eye-eye. This creates an intimate interaction between the flowing medium and the float, which makes the knife sensitive to handling with regard to different measuring ranges and also to indirect measurement with the help of transmission devices, which must be used if non-transparent construction parts are used .
The invention has a device for measuring the flow velocities of gaseous or liquid media, in particular media under pressure, using a flow resistance in the line for the medium produced by narrowing the passage and measuring the flow resistance triggered by the flow resistance and acting on a resistance body Force to the object in which the previous deficiencies have been avoided.
It is characterized in that the resistance body is arranged longitudinally displaceable in the line and causes the narrowing of the passage, which is constant within a measuring range, and that means are provided to reduce the force acting on the resistance body, which is variable due to the flow rate to be equal and to measure this counterforce.
Such a design results in significant technical advantages, both for the production of the device itself and for the application, in particular for measuring flow media under pressure. Structurally, the result is that you no longer need a conical measuring tube as with the Rotamesser, but a tube of any cross-section, which, however, has the same width everywhere.
Such a tube, regardless of whether it has a cylindrical, square or any other cross-section, is known to be much easier to manufacture than the completely uniformly conical tube of the rotameter. The resistance body itself, which is undergebraclit in the pipe, which remains constant in cross-section, can in itself have the most diverse shape. It is appropriately adapted to the cross-section of the pipe. In the case of a round tube, it is advantageously designed as an elongated body. The resistance body moves in the flow direction as long as the counterforce, z. B. the spring tension, is equal to the force occurring at the given flow velocity.
The position of the resistance body indicates the magnitude of the flow velocity. The result is a stable and steady setting, so that it is not necessary to rotate the resistance body to stabilize it. The construction in a practically unlimited pressure-resistant version is possible without a fundamental difficulty.
Another advantage is that with one and the same measuring tube completely different measuring ranges can be covered by a very simple replacement of the resistance body and / or the spring. Also, to expand the display area in a mē arrangement, slightly smaller sections of pipes with different widths can be arranged one behind the other in such a way that the section with the narrowest cross section is provided at the inlet end of the flowing medium.
Another important advantage is given by the fact that one can work with any desired position of the mérolire or any desired direction of movement of the resistance body, if this is appropriate or necessary according to the situation. So it is easy to feel with simple means to use the Mē tube in an inclined position as well as horizontally. Indeed, it can even be used in the opposite way with a flow from the bottom upwards. The independence of the position of the measuring tube is not possible with the previous measuring devices.
The measurement can be carried out in different ways, namely with mechanical or electronic or electromagnetic means or by optical means, namely in a direct or indirect way. In the case of electrical measurements, the resistance body can be made of iron and the tube of non-magnetic material. The displacement of the body can be evaluated inductively or capacitively for display purposes. In the mechanical measurement, the return force of the resistance body into the initial position can serve as the basis of the measurement length, the return path providing a measure of the flow velocity.
The measuring device according to the invention is illustrated in the drawing in several exemplary embodiments.
In Fig. 1 the subject of the invention is shown scliematiseli in principle.
Further embodiments are shown in FIGS.
4 shows the evaluation of the displayed value by electrical means. Fig. 5 is another example of the electrical evaluation.
In FIGS. 6 and 7, embodiments are shown which indicate a purely mechanical measurement of the change in force.
The measuring device according to the invention consists of a tube 1 of any cross section with the same width everywhere and a resistance body 2, which has a smaller diameter than the measuring tube. If you hang such a body in a vertical tube elastically, z. B. on a spring 3, and lets a (as or a liquid flow from top to bottom), the resistance body will move in the direction of flow until the spring tension is equal to the force occurring at the given flow velocity.
This resistance body will then show the magnitude of the flow velocity through its position.
To use the device according to the invention in any inclined position, it is necessary to fix the zero position of the resistance body 2 by an additional straightening force. This can be achieved by arranging the resistance body between two springs 4 and 5, both of which have a certain tension (Fig. 2). This is especially true for measurements in a horizontally lying pipe. In these cases, the frictional resistances that occur and have to be overcome are greater than with the freely suspended resistance body. Various means can be used to keep such frictional resistance as small as possible.
If, for example, it is a question of measuring the flow of liquids, the very convenient way of reducing or eliminating the frictional resistance between the resistance body and the outer pipe is to make the weight of the resistance body as largely equal to the weight of the displaced amount of liquid as possible Resistance body floats practically weightless in the liquid and is automatically held in place by the tensile force of the two springs.
Normally it is not necessary to provide the resistance body with special guides in order to ensure its central movement within the measuring tube, since, as has been found, the resistance body automatically adjusts itself in the flow fairly centrally to the tube and very calmly. If the measuring tube is inclined, guides may be desirable. These can be in the form of small elevations distributed symmetrically around the circumference of the resistance body, whereby these can be made of a material that ensures a minimum of friction and wear.
For example, small steel balls, such as those used for ball bearings, can be embedded in the surface of the resistance body. Furthermore, the elevations used for safe guidance can be made from corundum. It is also possible to provide longitudinal ribs on the circumference of the resistance body, the circumferential surface of which is adapted to the measuring tube like a piston.
A device constructed according to the invention, in which the flow is reversed instead of from top to bottom, is illustrated in FIG. To measure the speed of a flow from bottom to top, the movable resistance body 2 is held in its lowest position by a stop 7 when the spring 6 is weakly tensioned. The resistance body only responds from a certain minimum speed of the flowing medium, at which the effect of the flow just opens the seliwere of the resistance body. If the resistance body, which in this case again acts as a visual float, is specifically lighter than the medium flowing through, a display from zero to an upper maximum value is also possible with flow from bottom to top.
This also applies to the arrangement of FIG. 2
The easiest way to display the position of the resistance body is by optical means. This is possible when working at atmospheric pressure or only a little he increased pressure. Here you will equip the device with a transparent measuring tube. For example, it is sufficient to attach a small, transparent, pressure-resistant s or two diametrically opposed windows through which the insertion of a tip attached to the bottom of the resistor body onto a mark attached to the window can be observed. Such a design is much lighter, even for very high pressures up to 1000 atm. executable as it would be a tube that was transparent along its entire length.
This type of display is particularly useful in such a special embodiment of the present invention, in which the change in position of the resistance body caused by the flow is compensated again afterwards by special measures. Such embodiments are described in detail below.
In the event of distortion on transparent device parts, the measurement can be carried out electrically (see FIG. 4), for example, as follows: The resistance body 2, which should have an elongated shape, is made of ferromagnetic material, e.g. B. soft iron, while the measuring tube 1 is made of non-magnetic material.
A coil 8 through which an alternating current flows via a measuring instrument 9 is provided at the level of the resistance body 2 suspended on the spring 3. The alternating current resistance is changed by the more or less deep immersion of the iron body in this coil, which can be read immediately on the measuring instrument and, after appropriate calibration, used to measure the flow.
Instead of such a coil through which alternating current flows and the electrical resistance of which influences the current strength, a primary winding can also be used in the manner of a transformer, e.g. B. apply the coil 8 and a secondary winding 10 and measure the gain of the induction current in the secondary coil when an alternating current passes through the primary coil.
Instead of leaving the resistance body in its respective position in the measuring tube, it is also possible to return it to its original position and to measure the force required for this directly. Such a compensation of the force occurring in the Mel3rohr can be exercised, for example, in a fully electromagnetic manner. In Fig. 5 such an arrangement is shown. This is done with two coils, a coil 10 at the bottom to display the position of the resistance body 11 and a coil 12 at the top, in which a current generates an upwardly directed attraction.
It is easy to understand that a measuring instrument, which is connected to the upper coil 12 via a resistor 13 in a circuit, gives a measure of the flow in the pipe with its output if the current strength is set with the help of the resistor 13 that the measuring instrument in the lower circuit has returned to its original position. The setting of the resistance can also be automatically taken over by a servo device that is controlled via the induction of the lower coil. This compensation arrangement on the measuring instrument then also shows the flow velocity just as automatically as the instrument 14 does in the directly operating arrangement of FIG. 4.
With a zero arrangement to display the l; : playing the resistance body in a certain starting position one can also manage with a purely mechanical measurement of the change in force within the measuring instrument. Figures 6 and 7 illustrate such an embodiment.
According to FIG. 6, the spring 3 carrying the resistance body 2 is suspended from a thread or wire 15 which can be wound on top of a shaft 16 that can be rotated from the outside. Such a shaft is very easy to seal off from the outside by a stuffing box 17 even under high pressure.
If the transformer 8, 10, which has already been described, is attached to the lower end of the resistance body, the measuring instrument 14 will show a stronger deflection at the start of the flow. By rotating the shaft 16, the resistance body 2 can be brought back to the old position, with the measuring instrument 14 playing back the initial value. The length of the wire wound up during rotation is proportional to the tension of the spring located between resistance body 2 and wire 15, which takes place under the effect of the flow.
For the return of the resistance body 2 to the initial position, a turn is necessary, which is a measure of the flow velocity.
A basically similar arrangement is shown in FIG. In this case, the force acts on a spring arrangement 18 in a manner similar to that of a torsion balance, and otherwise the mode of operation is analogous to the operation of the device according to FIG.
The resistance body can have any shape or form. Instead of the elongated shape, it can have a short stocky shape, e.g. B. be designed as a ball. Instead of forming the entire body from ut ferromagnetic material, it can also be made from any material and attach a much thinner rod made of a magnetic material at the bottom.
It is also not absolutely necessary, although often expedient, to arrange the coil required for transmitting the position of the movable part to the outside outside the measuring tube. They can also be attached inside the measuring tube, for example at its lower end that is not relevant for the actual movement of the resistance body. The coil can also be replaced by plates of a capacitor, between which a third plate attached to the resistor body dips more or less deeply, which leads to changes in capacitance.
In these cases, one or more electrical lines must of course be led out of the measuring device in an isolated manner, but this does not present any fundamental difficulties for pressure-resistant devices either. The advantage of such constructions is that the actual display part can be made smaller and lighter.
The application of the various embodiments described above depends entirely on the respective case.
The arrangement of Fig. 4 is z. B. then give preference if you want to record changes in flow velocities automatically, because instead of the measuring instrument you can of course also use a commercially available recorder. If the pressure curve in the line is also recorded, the integral, total volume flowed through can easily be calculated from both curves. Any slow changes in the spring force due to the aging of the suspension spring can be compensated for with the arrangement of FIG. You can z. B. rigidly connect the coils 1c 'and 8, 10 and make them movable up and down by means of a fine drive 19.
This guarantees a zero setting that can always be reproduced with precisely fixed mutual positions of the bobbins.
Since the spring has the initial position during the actual measuring process, you are independent of its absolute elasticity.
For convenient use of the measuring devices, a prior calibration of the arrangement at different pressures and flow speeds is of course necessary, which can be carried out very easily.
As has been shown, the calibration curves have a simple, approximately linear shape, so that if a family of calibration curves (display of the instrument versus flow velocity) has been established for various pressures, the data can be interpolated for any other pressure within the tested area easily succeeds. The flow meters according to the invention can also be built into control arrangements without great difficulty and used as transmitters for the control of valves in lines, be it for keeping constant flow velocities or for changing them according to a certain program. In this application, too, they are superior to other types of flow meters.