CN110068370A - 流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量流体流速的流量计(1)，其具有形成能由流体流过的测量空间(11)的测量管(10)和至少一个布置在测量空间(11)中的扰流体(12)，其中在测量空间(11)中还在扰流体(12)的下游布置有测量体(13)，由于在扰流体(12)处形成旋涡，该测量体可偏转。根据本发明，在扰流体(12)的上游，在界定测量空间(11)的内壁(14)上形成有至少一个伸入到测量空间(11)中的突出部(15)。

Description

流量计
技术领域
本发明涉及一种用于测量流体流速的流量计，其具有形成可供流体通流的测量空间的测量管和布置在测量空间中的至少一个扰流体/旋涡发生体，其中，在测量空间中在扰流体的下游还布置有测量体，该测量体由于在扰流体处形成的旋涡而可偏转。
背景技术
例如文献DE 198 82 239 B3公开了一种用于测量流体流速的流量计，该流量计具有形成可供流体通流的测量空间的测量管和布置在测量空间中的至少一个扰流体，其中在测量空间中在扰流体下游还布置有测量体，该测量体由于在扰流体处形成的旋涡而可偏转，其中具有上述功能的这种扰流体也被称为阻塞体(Obstruktion)。这种流量计基于在扰流体处产生旋涡的原理，该旋涡具有与速度成比例地增大的分离频率/释放频率/脱落频率。在扰流体处的周期性的旋涡脱落可以通过测量体来测量，例如通过使用压电元件。在此使用卡门涡街原理，以便由所产生的旋涡的分离频率确定流体的流动速度作为原始测量值。涡街的形成以及旋涡的强度一般与雷诺数相关，并因此也与流速相关。对于低流速，旋涡的形成逐渐减弱，以致可通过压电元件产生的电压信号也减弱。由于流速较低，因此很难对非常弱的电压信号进行评估。
已知的放大电压信号的可能性在于，加强测量体的灵敏性。适合的结构和相应的材料选择可以更好地将弯矩传递到例如压电陶瓷上，从而增大在压电元件中产生的电压。还已知对压力传感器进行电子放大，但是同时也不利地放大了干扰信号。
发明内容
本发明的目的是，进一步改善用于测量流体流速的流量计，使该流量计适合于能以简单的方式测量低流速，方式是即使在低流速时也能提供可良好评估的测量信号。
上述目的从根据权利要求1的前序部分所述的流量计出发结合特征部分的特征来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中说明。
本发明包括的技术教导是，在扰流体上游在限定测量空间的内壁上形成伸入测量空间中的至少一个突出部。
本发明的核心是旋涡增强，即使在测量管中的流体流速较低时也可以使用该旋涡增强。这种效果的原因可以设想为，布置在扰流体上游的至少一个突出部在突出部出处产生湍流，在突出部处产生的湍流从突出部脱落，并能增强所形成的卡门涡街的在扰流体处产生的旋涡。结果是，通过周期性在扰流体处脱落的、加强的旋涡对测量体施加更强的作用。
特别有利的是，扰流体横向于测量空间的纵轴线、例如沿竖直轴线延伸贯穿该测量空间，其中所述至少一个突出部布置在内壁上的、围绕纵轴线相对于竖直轴线转过一定角度的位置上。该转过的角度可以是例如60°至90°，优选80°至90°，特别优选90°，从而突出部特别优选地直接横向于竖直轴线布置。
如果在内壁上在相对的位置上布置两个突出部，则得到特别好的加强作用。如果扰流体在竖直方向上延伸贯穿测量空间的圆形横截面，则突出部在侧向横向地布置在测量管中。在此突出部优选在直径上相对地布置，通过在突出部处形成旋涡，使在扰流体处周期性形成的旋涡在两个横向的方向上通过所形成的较大旋涡被均匀地加强。
借助于测量管的内壁上的突出部加强旋涡的显著优点在于，突出部很少故障并仅产生微小的额外流动阻力，这特别是也由于流体在靠近测量空间的内壁处的流速本已显著小于例如在测量空间的中心处的流速。由此实现了流体以显著小于流体的标称流速的速度绕流突出部。
测量空间通常具有圆柱形的基本形状，该基本形状例如以围绕纵轴线旋转对称的方式延伸，特别是其中，所述一个或这些突出部具有流动边缘，该流动边缘平行于竖直轴线并进而平行于扰流体的纵向延伸方向延伸。如果流体绕流突出部，则在流动边缘后侧形成回流区域/死水区，该回流区域导致在流体中形成湍流，其中，形成的湍流可以显著地加强在扰流体处的旋涡。这种加强作用对测量体产生较强的影响，从中得到较大的测量信号强度。
例如在突出部的两个面之间如此形成流动边缘，使其形成锐边性，例如方式为：通过彼此垂直或以较尖的锐角布置的两个面形成流动边缘。突出部的前侧可以形成倾斜布置的平面，或该前侧具有曲面，最终该曲面通入流动边缘。在突出部的后侧、即回流区域的边界侧上，该突出部优选具有平面。
流动边缘的长度可以例如是特别是具有圆柱形横截面的测量空间的直径的15％至80％、优选25％至50％、特别优选为35％。例如测量空间的圆柱形基本形状的直径的值可以是8mm至30mm、优选10mm至20mm、特别优选12mm至14mm，最优选13mm，流动边缘的长度的值是2mm至10mm、优选3mm至6mm、特别优选为4.5mm。该4.5mm对应于测量空间的直径为13mm，从而较大或较小的测量空间也可以导致相应较大或较小的、优选相应形成的流动边缘。根据可行的实施例，突出部的在从测量空间的内壁开始沿径向朝向纵轴线的方向上的高度可以是测量空间的直径的例如2％至30％、优选10％至20％、特别优选13％至17％。例如因此如果测量空间的直径是15mm，则突出部的高度的值可以是1mm至3mm、优选1.5mm至2.5mm、特别优选为2mm。
流动边缘在此形成突出部的外端部/末端，突出部以该流动边缘伸入到内部空间中，使得流动边缘从内壁开始形成突出部的上端部。
为了产生突出部可以提出，突出部与测量管一件式地和/或材料一致地制成。还存在如下可能性，设置单独的挡板元件，该挡板元件在上游布置在测量管的前面，其中挡板元件具有与测量空间的直径对应的通孔，其中在挡板元件上形成至少一个突出部。例如挡板元件可以在将测量管连入流体管道中时布置在测量管前面。
附图说明
下面结合对本发明优选实施例的说明根据附图详细说明改进本发明的其它措施。其中：
图1示出具有测量管的流量计的视图，在该测量管中形成测量空间，在扰流体上游在测量空间的内壁上设有两个彼此相对的突出部，
图2示出自纵轴线的方向看的流量计的平面图，
图3示出挡板元件的透视图，在该挡板元件上形成有两个突出部，
图4示出针对突出部的设计方案的可行的第一实施例，
图5示出针对突出部的设计方案的可行的第二实施例，
图6示出针对突出部的设计方案的另一可行的实施例。
具体实施方式
图1在横向剖开的侧视图中示出流量计1，该流量计具有用于测量流体流速的测量管10，该流体可以沿流动方向23流过该测量管10。为此测量管10具有测量空间11，该测量空间沿着纵轴线16延伸并例如具有圆形的横截面。在测量空间11的内部布置有扰流体12，该扰流体养着竖直轴线17延伸，其中竖直轴线17在测量空间11的直径的范围上延伸，由此竖直轴线横向于纵轴线16延伸并因此垂直于图平面。
沿着通过箭头示出的流动方向23流动穿过测量空间11，在扰流体12的下游布置有测量体13。通过绕流扰流体12在扰流体处周期性地形成脱落的旋涡，该旋涡导致测量体13在偏转方向22上的偏转。测量体13的偏转在此也是周期性进行，由此可以导出测量信号，特别是通过结合测量体13使用压电元件。该测量体13不必在测量空间11的整个直径上延伸，测量体13仅鱼鳍式延伸到测量空间11中就足够了。
在扰流体12之前的上游处，在测量空间11的内壁14上设有两个突出部15，突出部相对于扰流体12布置在侧向。突出部15在彼此相对置的位置上布置在内壁14上，其中根据示出的实施例，突出部15的布置结构的直径方向相对于扰流体沿其延伸的竖直轴线转过90°。
如果流动穿过测量空间11，则在突出部15处或直接在突出部15的后面形成湍流，该湍流可以影响在扰流体12处的旋涡，和/或该湍流例如可以与扰流体12处的旋涡混合并因此加强了旋涡。由此在扰流体12处加强了旋涡的形成，从而也可以加强测量体13在以箭头示出的偏转方向22上的偏转。由此可以产生更强的测量信号，从而也可以更好地测量流体以非常低的速度穿过测量管10的流动。
图2自纵轴线16的视角示出流量计1的视图，竖直轴线17沿竖直方向延伸，扰流体12也沿该竖直方向延伸。突出部15位于扰流体12侧向，该突出部在前侧具有流动边缘18。该流动边缘18在此至少部分地平行于竖直轴线17延伸，并因此也平行于扰流体12。在测量管10的上方布置有测量连接单元24，并且测量空间11被流体穿流过，因此造成被遮住的测量体的偏转，该偏转可以用相应的测量元件测量，并且，评估和相应的连接可能性可以通过测量连接单元24实现，例如连接至外围的评估单元。
图3示出挡板元件19的透视图，在该挡板元件上形成有突出部15。挡板元件19具有通孔20，从而可以沿纵轴线16的方向流动穿过该挡板元件。这种挡板元件19可以以一个平面21布置在根据图1的测量管10的管口或端面上。竖直轴线17的取向也在视图中示出，从而再次明确了，突出部15在其布置结构中横向于竖直轴线17。通孔20的直径可以与测量空间11的直径相当。
图4示出用于形成具有流动边缘18的突出部15的可行的第一实施例。在流动方向23上，突出部15在前侧具有弯曲流入面26，该流入面通入流动边缘18，在流动边缘18的后面形成回流区域25，在该回流区域中形成有期望的旋涡。示出的突出部15在此布置在测量管的内壁14上。
图5示出布置在内壁14上的具有流动边缘18的突出部15的另一实施形式，其中突出部15不但在流动方向23上，而且在与流动方向23相反的方向上都具有平面，从而流入面26也设计为平面的，并且回流区域25同样也被一个平面限定界限。
最后图6示出布置在内壁14上的突出部15的一个设计方案，该突出部具有反向于流动反向23形成的斜坡形的流入面26，该流入面最后也在前侧通入流动边缘18，其中回流区域25也被突出部15的一个平面限定界限。
示出的内壁14也可以通过根据图3的挡板元件19的通孔20的内缘来形成。
通过示出的突出部15的非最终实施的设计方案，分别形成回流区域25，在该回流区域中产生湍流，从特定的流速起该湍流可从突出部15处分离，并且湍流通过流体的流动运动被引导向扰流体12。由此产生的对在扰流体12处产生并对测量体13施加作用的主涡的加强，导致了在测量体13处旋涡频率的更好的可测性。
本发明的实施形式并不限于以上给出的优选实施例。相反，可以设想多种变型，所示出的解决方案中的这些变型也可以在原理不同的类型的实施情况下使用。所有由权利要求、说明书或附图得出的特征和/或优点，包括结构方面的细节或空间的布置结构在内，既可以本身也可以以不同的组合成为本发明的重要部分。
附图标记列表：
1 流量计
10 测量管
11 测量空间
12 扰流体
13 测量体
14 内壁
15 突出部
16 纵轴线
17 竖直轴线
18 流动边缘
19 挡板元件
20 通孔
21 平面
22 偏转方向
23 流动方向
24 测量连接单元
25 回流区域
26 流入面

Claims (10)

1.一种用于测量流体流速的流量计(1)，该流量计具有测量管(10)，该测量管形成能由流体流过的测量空间(11)，该流量计还具有至少一个布置在测量空间(11)中的扰流体(12)，其中，在测量空间(11)中还在扰流体(12)的下游布置有测量体(13)，该测量体由于在扰流体(12)处形成的旋涡而能偏转，其特征在于，在扰流体(12)的上游，在界定测量空间(11)的内壁(14)上形成有伸入到测量空间(11)中的至少一个突出部(15)。
2.根据权利要求1所述的流量计(1)，其特征在于，扰流体(12)横向于测量空间(11)的纵轴线(16)沿竖直轴线(17)延伸穿过测量空间，和/或所述至少一个突出部(15)在相对于竖直轴线(17)围绕纵轴线(16)转动了60°至90°和/或转动了80°至90°和/或正好转动了90°的位置中布置在内壁(14)上。
3.根据权利要求1或2所述的流量计(1)，其特征在于，在内壁(14)上在彼此相对的位置上布置有两个突出部(15)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，测量空间(11)具有圆柱形的基本形状，该圆柱形的基本形状围绕纵轴线(16)延伸，和/或所述一个或多个突出部(15)具有流动边缘(18)，该流动边缘平行于竖直轴线(17)和/或平行于扰流体(12)的长度延展方向延伸。
5.根据权利要求4所述的流量计(1)，其特征在于，流动边缘(18)在突出部(15)的两个面之间形成，这两个面至少在邻接于流动边缘(18)的区域中彼此垂直。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，流动边缘(18)的长度是圆柱形的测量空间(11)的直径的15％至80％和/或25％至50％，和/或是圆柱形的测量空间(11)的直径的35％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，突出部(15)在从测量空间的内壁开始沿径向朝向纵轴线(16)的方向上的高度是测量空间的直径的例如2％至30％、优选10％至20％以及特别优选13％至17％。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，流动边缘(18)形成突出部(15)的超出内壁(14)的上端部。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，所述至少一个突出部(15)与测量管(10)一体形成和/或材料一致地形成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，设有挡板元件(19)，该挡板元件在上游布置在测量管(10)之前，其中，挡板元件(19)具有与测量空间(11)的直径相对应的通孔(20)，其中，在挡板元件(19)上形成所述至少一个突出部(15)。
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