CH620992A5

CH620992A5 - Device for measuring the flow rate of a liquid flowing under pressure

Info

Publication number: CH620992A5
Application number: CH1202377A
Authority: CH
Inventors: Gyula Dipl Ing Sallai
Original assignee: Epitestudomanyi Intezet
Priority date: 1976-10-20
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1980-12-31
Also published as: DE2745609C2; HU173849B; GB1556139A; FR2368698A1; FR2368698B1; ATA667177A; AT378852B; DE2745609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Messung der Durchflussmenge, insbesondere für eine in einem Leitungssy- 60 stem unter Druck strömende Flüssigkeit, welche Vorrichtung im Innern eines Messgehäuses eine Drallkammer, sowie eine auf einer in der Drallkammer ausgebildeten konzentrischen Zwangsbahn umlaufende Prüfkugel aufweist, wobei während des Umlaufes der Prüfkugel die Ermittlung der Durchfluss- 55 menge dadurch ermöglicht wird, dass die Umlauffrequenz der Prüfkugel proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Mediums durch das Messgehäuse ist. The invention relates to a device for measuring the flow rate, in particular for a liquid flowing under pressure in a line system, which device has a swirl chamber in the interior of a measuring housing and a test ball rotating on a concentric positive path formed in the swirl chamber, while of the circulation of the test ball, the determination of the flow rate is made possible by the fact that the circulation frequency of the test ball is proportional to the speed of the flowing medium through the measuring housing.

Es sind verschiedene Methoden für die Messung flüssiger und gasförmiger, strömender Medien bekannt. Eine dieser Methoden ist die Mengenmessung mit Hilfe der sogenannten Verdrängungsdüse, welche zur Bestimmung der Menge von in geschlossenen Rohrleitungen unter Druck strömenden Flüssigkeiten und Gasen geeignet ist. Die Charakteristiken dieser Messmethode erlauben ihre Anwendung aber nur in beschränktem Masse. Various methods for measuring liquid and gaseous, flowing media are known. One of these methods is quantity measurement using the so-called displacement nozzle, which is suitable for determining the quantity of liquids and gases flowing under pressure in closed pipelines. The characteristics of this measurement method, however, only allow its use to a limited extent.

Ein anderes bekanntes Messprinzip ist die mit Hilfe von mit Kammern versehenen Messgeräten verwirklichte Mengenmessung. Bei dieser Methode wird das unter Druck stehende Medium in eine in die Rohrleitung eingebaute Messvorrichtung geführt, wo die Mengenmessung auf Drehzahlmessung zurückgeführt wird. Die Drehzahlmessung erfolgt mit Hilfe von Messvorrichtungen mit Flügelrad, Drehtrommel, Planetenscheibe, Ovalrad usw. Another known measuring principle is the quantity measurement carried out with the aid of measuring devices provided with chambers. With this method, the pressurized medium is fed into a measuring device built into the pipeline, where the quantity measurement is traced back to speed measurement. The speed is measured with the aid of measuring devices with an impeller, rotating drum, planetary disc, oval wheel, etc.

Der gemeinsame Nachteil der mit Kammern versehenen Messvorichtungen besteht darin, dass die Lagerung der drehenden Kosntruktionsteile sehr empfindlich ist und die Herausführung der Welle des Zählgerätes aus dem Flüssigkeitsraum viele Fehlerquellen in sich schliesst. Die Anwendbarkeit der Messgeräte mit Flügelrad wird oft durch die Anwesenheit der in der strömenden Flüssigkeit schwebenden Verunreinigungen verhindert oder erschwert. Diese Verunreinigungen verringern nämlich stark die Lebensdauer der in dem Flüssigkeitsraum angebrachten Lagerungen. The common disadvantage of the measuring devices provided with chambers is that the bearing of the rotating construction parts is very sensitive and the removal of the shaft of the counting device from the liquid space includes many sources of error. The applicability of the measuring devices with an impeller is often prevented or made more difficult by the presence of the impurities floating in the flowing liquid. This is because these contaminants greatly reduce the lifespan of the bearings installed in the liquid space.

Eine kleinere Gruppe bekannter Durchflussmesser bilden die Vorrichtungen, bei denen ein Messorgan auf einer konzentrischen Bahn umläuft. Der Vorteil dieser Vorrichtungen ist, The devices in which a measuring element rotates on a concentric path form a smaller group of known flow meters. The advantage of these devices is

dass sie auf die durch das strömende Medium beförderten Verunreinigungen nicht empfindlich sind und die Drehzahl des umlaufenden Messorgans, welche Drehzahl zur Menge des strömenden Mediums proportional ist, leicht messbar ist. that they are not sensitive to the contaminants conveyed by the flowing medium and the speed of the rotating measuring element, which speed is proportional to the amount of flowing medium, is easily measurable.

Eine bekannte Ausführung der mit umlaufendem Messorgan versehenen Mengenmesser ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 295 876 beschrieben. Das unter Druck strömende Medium setzt eine in einer Ringnut eingesetzte Kugel in Umlauf, deren Drehzahl auf irgendeine Weise gemessen wird. Dieser Durchflussmesser kann aufgrund seiner Konstruktion, wie es auch in der Beschreibung erwähnt ist, nur in den Fällen angewendet werden, in denen die Strömungsgeschwindigkeit relativ gering ist. ——— A known version of the volume meter provided with a rotating measuring element is described in the Austrian patent specification No. 295 876. The medium flowing under pressure circulates a ball inserted in an annular groove, the speed of which is measured in some way. Due to its construction, as also mentioned in the description, this flow meter can only be used in cases in which the flow velocity is relatively low. ———

Eine mit Flügelrad versehene Messvorrichtung ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 307 765 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung unterbricht das Hügelrad den Weg eines Lichtstrahles mit einer der Drehzahl entsprechenden Frequenz, welche zur Menge der strömenden Flüssigkeit proportional ist. Das Flügelrad und dessen Lagerung sind in dem strömenden Medium angebracht, deshalb ist die Lebensdauer dieser Bestandteile klein. — A measuring device provided with an impeller is described in Austrian Patent No. 307 765. In this device, the hill wheel interrupts the path of a light beam with a frequency corresponding to the speed, which is proportional to the amount of flowing liquid. The impeller and its bearing are installed in the flowing medium, so the lifespan of these components is short. -

Die DE-AS Nr. 1 807 004 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher der Durchlaufmesser eine Drehbewegung ausführt. Diese Vorrichtung wird bei geschlossenen Heizsystemen angewendet und das Zählgerät steht mit Temperaturfühlern in Verbindung. Bei Medien, die schwebende Verunreinigungen enthalten, kann diese Vorrichtung nicht angewendet werden, da diejenigen Bestandteile, die empfindlich sind und oft gewartet werden müssen, unzugänglich sind. DE-AS No. 1 807 004 describes a device in which the flow meter performs a rotary movement. This device is used in closed heating systems and the meter is connected to temperature sensors. This device cannot be used with media containing suspended contaminants, since those components that are sensitive and that require frequent maintenance are inaccessible.

Zweck der Erfindung ist die Entwicklung einer Messvorrichtung, welche die Nachteile der bekannten Vorrichtungen dadurch beseitigt, indem sie nur minimale bewegliche Bestandteile aufweist, wodurch die Gefahr und die Wahrscheinlichkeit des Schadhaftwerdens stark verringert werden kann. The purpose of the invention is to develop a measuring device which overcomes the disadvantages of the known devices by having only minimal moving components, which can greatly reduce the risk and the likelihood of damage.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung zu schaffen, die auf die durch das strömende Medium schwebend gehaltenen und schwimmend gehaltenen Verunreinigungen unempfindlich ist, deren Herstellungskosten gering The object of the invention is to provide a measuring device which is insensitive to the impurities which are kept floating and kept floating by the flowing medium and whose manufacturing costs are low

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sind, die einfach einbaubar und zu betreiben ist und bei welcher die Möglichkeit einer Fernübertragung von Messdaten besteht, z.B. mit Hilfe einer elektromagnetischen Messanlage. which are easy to install and operate and which offer the possibility of remote transmission of measurement data, e.g. with the help of an electromagnetic measuring system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Messvorrichtung gelöst, welche derart ausgebildet ist, dass im Innern des 5 Messgehäuses im Fortbewegungssinn des strömenden Mediums vor der Drallkammer eine Vordrallkammer und nach der Drallkammer eine Nachdrallkammer angeordnet sind, und im Innern der Vordrallkammer, der Drallkammer und der Nachdrallkammer je eine Drallspindel angeordnet ist, welche mit der Haupt- m richtung des strömenden Mediums koaxial angeordnet ist und das strömende Medium in eine schraubenlinienförmige Bewegung setzt, wobei die Mantelfläche der Drallspindeln mit einer schraubenlinienförmigen Rippe versehen ist, und zwischen die Vordrallkammer und Drallkammer eine mit einer oder mehre- 15 ren Durchlassöffnungen versehene Einsatzscheibe eingeschaltet ist, wobei in der Umlaufebene der Prüfkugel eine mit einem Impulszähler verbundene Fühlereinheit angeordnet ist. According to the invention, this object is achieved by a measuring device which is designed such that a pre-swirl chamber and a post-swirl chamber are arranged in the interior of the 5 measuring housing in the direction of movement of the flowing medium in front of the swirl chamber, and in the interior of the pre-swirl chamber, the swirl chamber and the post-swirl chamber One swirl spindle each is arranged, which is arranged coaxially with the main direction of the flowing medium and sets the flowing medium in a helical movement, the outer surface of the swirl spindles being provided with a helical rib, and one with a between the pre-swirl chamber and swirl chamber or several insert panes provided with through openings is switched on, a sensor unit connected to a pulse counter being arranged in the circumferential plane of the test ball.

Die auf der Mantelfläche der Drallspindeln verlaufenden, schraubenlinienförmigen Rippen können als eingängiges 20 The helical ribs running on the outer surface of the swirl spindles can be used as a single 20

Gewinde oder als Mehrfachgewinde ausgebildet sein. Die in der Drallkammer ausgebildete Messbahn ist mit einer verschleissfe-sten auswechselbaren Buchse, z.B. mit einer Kunststoffeinlage versehen. Thread or be designed as a multiple thread. The measuring track formed in the swirl chamber is equipped with a wear-resistant interchangeable socket, e.g. provided with a plastic insert.

Die Fühlereinheit ist vorzugsweise ein einen Dauermagnet 25 und einen die durch den Umlauf der Prüfkugel hervorgerufene Änderung des Kraftfeldes des Dauermagnets registrierenden Empfängerkopf enthaltender Impulsgeber, welcher mittels einer Verbindungsleitung mit einem Impulszähler verbunden ist. 30 The sensor unit is preferably a pulse generator which contains a permanent magnet 25 and a receiver head which registers the change in the force field of the permanent magnet caused by the rotation of the test ball and which is connected to a pulse counter by means of a connecting line. 30th

Der Impulszähler ist zweckmässigerweise ausser mit einem den Momentanwert der Durchflussmenge zeigenden Ableseorgan auch mit einem den Gesamtwert der über einen Zeitabschnitt durchgeströmten Mediummenge registrierenden Ableseorgan versehen. 35 The pulse counter is expediently provided not only with a reading element which shows the instantaneous value of the flow rate but also with a reading element which records the total value of the medium quantity which has flowed through over a period of time. 35

Die erfindungsgemässe Messvorrichtung weist viele Vorteile auf. Der wichtigste Vorteil ist, dass die konstruktive Ausbildung sehr einfach ist, da die Vorrichtung bloss ein einziges bewegbares Element - die Prüfkugel - aufweist und deshalb die Wahrscheinlichkeit des Schadhaftwerdens minimal ist. Durch Versu- 40 che wurde bewiesen, dass die Messvorrichtung auch auf die durch das strömende Medium beförderten Verunreinigungen vollkommen unempfindlich ist. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass diese ebenso gut in waagrechter, wie in senkrechter Richtung in ein Leitungssystem eines strömenden 45 Mediums eingebaut werden kann und dass die Messergebnisse der Vorrichtung in einfacher Weise für Fernregistrierung geeignet gemacht werden können. The measuring device according to the invention has many advantages. The most important advantage is that the design is very simple since the device has only one movable element - the test ball - and the probability of damage is therefore minimal. Experiments have shown that the measuring device is also completely insensitive to the contaminants carried by the flowing medium. Another advantage of the device is that it can be installed in a horizontal as well as in a vertical direction in a pipe system of a flowing medium, and that the measurement results of the device can be made suitable for remote registration in a simple manner.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: 50 The invention is explained in more detail using a few exemplary embodiments. In the drawings: 50

Fig. 1 den Längsschnitt durch das Gehäuse des Durchflussmessers; 1 shows the longitudinal section through the housing of the flow meter.

Fig. 2 den Durchflussmesser mit einem Impulszähler mit Magnet als Messvorrichtung; 2 shows the flow meter with a pulse counter with magnet as a measuring device;

Fig. 3 den Durchflussmesser mit einer Messvorrichtung, bei 55 der die Impulszählung auf optischem Weg erfolgt. Fig. 3 shows the flow meter with a measuring device at 55, the pulse counting takes place optically.

Der in Fig. 1 dargestellte Durchflussmesser ist in einem Messgehäuse 1 eingebaut. Das Innere des Messgehäuses 1 ist in drei wesentliche Abschnitte unterteilt, nämlich eine Vordrallkammer 2, eine Drallkammer 8 und eine Nachdrallkammer 9. 60 In der Vordrallkammer 2 ist eine Vordrallspindel 5 und in der Nachdrallkammer 9 eine Nachdrallspindel 16 angeordnet. The flow meter shown in FIG. 1 is installed in a measuring housing 1. The interior of the measuring housing 1 is divided into three essential sections, namely a pre-swirl chamber 2, a swirl chamber 8 and a post-swirl chamber 9. 60 A pre-swirl spindle 5 is arranged in the pre-swirl chamber 2 and a post-swirl spindle 16 is arranged in the post-swirl chamber 9.

Die Vordrallspindel 5 dient zur Erzeugung einer schraubenlinienförmigen Strömung in der durch den - dem in der Figur nicht dargestellten Leitungssystem angeschlossenen - Stutzen ankommenden und mehr oder weniger laminar strömenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt dann in die Drallkammer 8, wo ihr eine zweckmässig mehrgängige Drallspindel 3 eine weiter gleichmässige, schraubenlinienförmige Bewegung erteilt. The pre-swirl spindle 5 is used to generate a helical flow in the incoming and more or less laminar flowing liquid through the nozzle connected to the pipe system, which is not shown in the figure. The liquid then passes into the swirl chamber 8, where it is given an appropriately multi-start swirl spindle 3 for a more uniform, helical movement.

Am Ende der Drallkammer 8 ist eine Messbahn 12 angebracht, in welcher sich eine Prüfkugel 4 befindet. Das auf einer schraubenlinienförmigen Bahn strömende Medium bringt die Prüfkugel 4 auf der Messbahn 12 in Umlauf. Danach strömt die Flüssigkeit weiter in die Nachdrallkammer 9, in welcher die Nachdrallspindel 16 die Flüssigkeit auch weiterhin in schrau-benlinienförmiger Bewegung hält. At the end of the swirl chamber 8 there is a measuring track 12 in which a test ball 4 is located. The medium flowing on a helical path circulates the test ball 4 on the measuring path 12. Thereafter, the liquid continues to flow into the re-swirl chamber 9, in which the re-swirl spindle 16 continues to hold the liquid in a screw-line movement.

Zur Herbeiführung der schraubenlinienförmigen Strömung sind auf den Mantelflächen der Vordrallspindel 5, der Drallspindel 3 und der Nachdrallspindel 16 je schraubenlinienförmige Rippen 15,14 und 17 angebracht. Die Rippen 15 sind derart ausgebildet, dass sie die Flüssigkeit im allgemeinen nur zu einem einzigen Umlauf zwingen, während die Rippen 14 und 17 das strömende Medium zu mehrfachem Umlauf um die Drallspindel 3 und die Nachdrallspindel 16 zwingen. To bring about the helical flow, helical ribs 15, 14 and 17 are provided on the lateral surfaces of the pre-twist spindle 5, the twist spindle 3 and the post-twist spindle 16. The ribs 15 are designed in such a way that they generally only force the liquid to rotate once, while the ribs 14 and 17 force the flowing medium to rotate several times around the swirl spindle 3 and the post-swirl spindle 16.

Da die Prüfkugel 4 in der Messbahn 12 ständig eine Kreisbewegung ausführt, ist es zweckmässig, die innere Mantelfläche der Messbahn aus verschleissfestem Material auszubilden, oder mit einer z.B. aus Kunststoff hergestellten Einlage zu versehen, welche als eine auswechselbare Buchse leicht ersetzbar ist. Since the test ball 4 constantly executes a circular movement in the measuring track 12, it is expedient to form the inner lateral surface of the measuring track from wear-resistant material, or with a e.g. insert made of plastic, which is easily replaceable as an interchangeable socket.

Aus Fig. 1 geht hervor, dass zwischen der Vordrallkammer 2 und der Drallkammer 8 eine Einsatzscheibe 13 angeordnet ist, welche mit Durchflussöffnungen 19 versehen ist. Durch diese Durchflussöffnungen 19 kann das strömende Medium ins Innere der Drallkammer 8 eintreten. 1 shows that an insert disk 13 is arranged between the pre-swirl chamber 2 and the swirl chamber 8 and is provided with flow openings 19. The flowing medium can enter the interior of the swirl chamber 8 through these flow openings 19.

Es ist zweckmässig, das Messgehäuse 1 und den Stutzen 10 trennbar auszubilden. Die trennbare Verbindung kann vorzugsweise mit Schraubengewinde verwirklicht werden. Natürlich muss in diesem Falle eine Dichtung 18 an der Verbindungsstelle angebracht werden. Das durch das Messgehäuse 1 und dessen Drallkammern 2,8 und 9 strömende Medium verlässt das Messgehäuse 1 durch einen Auslasstutzen 11. It is expedient to design the measuring housing 1 and the connector 10 to be separable. The separable connection can preferably be realized with a screw thread. In this case, of course, a seal 18 must be attached to the connection point. The medium flowing through the measuring housing 1 and its swirl chambers 2, 8 and 9 leaves the measuring housing 1 through an outlet connection 11.

In Fig. 1 ist auch ein Dauermagnet 6 angedeutet, welcher mit Hilfe der Spule 7 die Drehzahl der Prüfkugel 4 erfassen kann. Der Dauermagnet 6 ist zur Umlaufmittelebene der Prüfkugel 4 symmetrisch angeordnet. So oft die Prüfkugel 4 vor dem Dauermagnet 6 vorübergeht, wird der Magnetfluss in der Spule verändert. In Fig. 1, a permanent magnet 6 is indicated, which can detect the speed of the test ball 4 with the help of the coil 7. The permanent magnet 6 is arranged symmetrically to the center plane of the test ball 4. As often as the test ball 4 passes in front of the permanent magnet 6, the magnetic flux in the coil is changed.

In Fig. 2 ist der den Dauergmagnet 6 und die Eisenkernspule 7 enthaltende Impulsgeber 20 als Empfängerkopf ausgebildet, von welchem elektrische Impulse mit einer der Umlaufzahl der Prüfkugel 4 entsprechenden Frequenz über eine Verbindungsleitung 22 einem Impulszähler 21 zugeführt werden. 2, the pulse generator 20 containing the permanent magnet 6 and the iron core coil 7 is designed as a receiver head, from which electrical pulses with a frequency corresponding to the number of revolutions of the test ball 4 are fed to a pulse counter 21 via a connecting line 22.

Der Impulszähler 21 ist ein Messgerät, mit einem den Momentanwert der Durchflussmenge anzeigenden Analoggerät 26, sowie mit einem entsprechenden Zähler 27, der die Gesamtmenge des durchgeströmten Mediums digital anzeigt. The pulse counter 21 is a measuring device with an analog device 26 which shows the instantaneous value of the flow rate, and also with a corresponding counter 27 which digitally displays the total amount of the medium through which the flow is.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Drehzahl der Prüfkugel 4 auf optischem Weg gemessen wird. In diesem Falle sind in der Umlaufebene der Prüfkugel 4 eine Lichtquelle 23, sowie ein die durch die Prüfkugel 4 hervorgerufenen Unterbrechungen des aus der Lichtquelle 23 austretenden Lichtbündels 24 registrierender Impulsgeber 25 angeordnet. 3 shows an exemplary embodiment in which the speed of the test ball 4 is measured optically. In this case, a light source 23 and a pulse generator 25, which records the interruptions caused by the test ball 4 of the light bundle 24 emerging from the light source 23, are arranged in the circumferential plane of the test ball 4.

Der die Unterbrechungen des Lichtbündels 24 registrierende Impulsgeber 25 ist, in ähnlicher Weise wie bei Fig. 2, mit Hilfe einer Verbindungsleitung 22 mit einer Messvorrichtung verbunden. The pulse generator 25, which registers the interruptions of the light bundle 24, is connected to a measuring device in a manner similar to that in FIG. 2 by means of a connecting line 22.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

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Claims

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1. Device for measuring the flow rate, in particular for a liquid flowing under pressure in a line system, which device has a swirl chamber in the interior of a measuring housing and a test ball rotating on a concentric positive path formed in the swirl chamber, during the circulation the test ball enables the flow rate to be determined,

that the orbital frequency of the test ball is proportional to the speed of the flowing medium through the measuring housing, characterized in that in the interior of the measuring housing (1) in the direction of movement of the flowing medium in front of the swirl chamber (8) a pre-swirl chamber (2) and after the swirl chamber (8) a re-swirl chamber (9) are arranged, and in the interior of the pre-swirl chamber (2), the swirl chamber (8) 15 and the re-swirl chamber (9) each a swirl spindle (5,3,16) is arranged, which with the The main direction of the flowing medium is arranged coaxially and sets the flowing medium in a helical movement, the outer surface of the swirl spindles (5, 3, 16) being provided with a helical rib (15, 14, 17), and between the pre-swirl chamber (2) and the swirl chamber (8) an insert disc (13) provided with one or more passage openings (19) is switched on, one in the rotating plane of the test ball (4) being connected to a pulse counter (21) ne sensor unit 25 is arranged.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the helical ribs (15, 14, 17) running on the lateral surface of the swirl spindles (5, 3, 16) are designed as a single thread or as a multiple thread 30.

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring track (12) formed in the swirl chamber (8) with a wear-resistant and replaceable bushing, e.g. is provided with a plastic insert. 35

4. Measuring device according to claims 1 to 3, characterized in that the sensor unit is a permanent magnet (6) and a by the rotation of the test ball (4) caused by the change in the force field of the permanent magnet (6) registering receiver head containing pulse generator (20) , 40 which is connected to a pulse counter (21) by means of a connecting line (22).

5. Measuring device according to claims 1 to 3, characterized in that the sensor unit is a light source (23) and one of the number of interruptions caused by the rotation of the test ball (4) 45 of the light bundle (24) emerging from the light source (23). registering receiver head containing pulse generator (25) which is connected to a pulse counter (21) by means of a connecting line (22).

6. Measuring device according to claim 4 or 5, characterized in that the pulse counter (21) in addition to a reading element (26) showing the instantaneous value of the flowing medium is also provided with a reading element (27) which registers the total value of the medium quantity flowing through over a period of time. 55