DD200046A1

DD200046A1 - FIELD ELEMENT AS A TRANSDUCER OF A SWIVEL VOLUME CURRENT

Info

Publication number: DD200046A1
Application number: DD23151181A
Authority: DD
Inventors: Martin Griebsch
Original assignee: Martin Griebsch
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1981-07-07
Publication date: 1983-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fuehlerelement als Messwertgeber eines Wirbel-Volumenstrommessers fuer fluessige und gasfoermige Medien nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstrasse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fuehlerelement zu schaffen, das mit grosser Genauigkeit und im wesentlichen gegen hoehere Temperaturen und Verschmutzung des Messstoffes unempfindlich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das Fuehlerelement eine elastische Platte enthaelt, in dessen zentrischer Ausnehmung ein beiderseitig befestigter Biegestab angeordnet ist, der mechanisch spielfrei die Schwingungnen der elastischen Platte entsprechend der Wirbelfrequenz nach ausserhalb des Rohrsystems leitet, wo die Signaltransformation erfolgt. Der Einsatz des Wirbel-Volumenstrommessers erfolgt zur technologischen prozessfuehrung in der chemischen Industrie und Energiewirtschaft. Fig. 1The invention relates to a sensor element as a transmitter of a vortex volumetric flow meter for liquid and gasfoermige media according to the principle of Karman vortex street. The invention has for its object to provide a sensor element that is insensitive to high accuracy and substantially higher temperatures and contamination of the medium. This object is achieved according to the invention in that the feeler element contains an elastic plate, in the central recess of which a mutually mounted bending rod is arranged, which guides the oscillations of the elastic plate according to the vortex frequency to the outside of the pipe system, where the signal transformation takes place. The vortex volumetric flow meter is used for technological process management in the chemical and energy industries. Fig. 1

Description

Fühlerelement als Me Evert geber eines Wirbel-VolumenstromniessersSensor element as measuring device of a vortex volumetric flow cooker

Die Erfindung betrifft ein Fühlerelement als Meßwertgeber eines Wirbel-Volumenstrommessers fur flüssige und gasförmige Medien nach dem Prinzip der Xarman*sehen Wirbelstraße. Der Einsatz derartiger Geräte erfolgt wegen der relativ hohen lineaipfindlichkeit gegenüber Korrosion, und Verschmutzung vorzugsweise zur Messung und Steuerung technologischer Verfahrensprozesse in der chemischen Industrie und Energiewirtschaft.The invention relates to a sensor element as a transmitter of a vortex volumetric flow meter for liquid and gaseous media according to the principle of the Xarman vortex street. The use of such devices is due to the relatively high linear sensitivity to corrosion, and pollution preferably for measuring and controlling technological processes in the chemical and energy industries.

Qharakteriatik der bekannten technischen ,..LösungenQharakteri atik the most tech th African, .. Solutions

Aus der DD - PS 127531 ist eine Strömungsgeschwindiglceitsmeßvorrichtung für gasförmige oder flüssige Medien bekannt. In dieser Vorrichtung schwingt eine, in Strömungsrichtung angeordnete und an einem trapezförmigen Strömungswiderstandskörper starr befestigte biegeelastische Platte infolge der auftreffenden Wirbel« Die Schwingungen werden- in der elastischen Platte mittels Dehnmeßstreifen oder piezoelektrischen Biegestreifen erfaßt, in elektrische Signale umgewandelt und nach außen geleitet. Die Signalwandlung innerhalb des Einflußbereiches des Fluids ist ungünstig, da die Einsatzklasse derFrom DD - PS 127531 a Strömungsgeschwindiglceitsmeßvorrichtung for gaseous or liquid media is known. In this device, a flexurally elastic plate arranged in the direction of flow and rigidly attached to a trapezoidal flow resistance body vibrates as a result of the impinging vortices. The vibrations are detected in the elastic plate by means of strain gauges or piezoelectric bending strips, converted into electrical signals and directed outwards. The signal conversion within the range of influence of the fluid is unfavorable because the use class of

Meßvorrichtung ausnahmslos von der Qualität des Signalwandlers hinsichtlich Temperaturverhalten bestimmt-und in vielen Fällen eingeschränkt wird·.Without exception, the measuring device is determined by the quality of the signal converter with regard to temperature behavior and is limited in many cases.

In der DE - OS 2842557 wird die .Signalgewinnung dadurch erreicht, daß im Strömungswiderstandskörper je eine Längsund Querbohrung ist, in denen das Fühler element zur Erfassung der Druckschwankungen in Abhängigkeit der sich ablösenden Wirbel befindet und über einen verschiebbaren Zwischenkörper mit gelenkig gelagerter Stange nach außerhalb des Rohres geleitet und hier mit einer Schwingungen erfassenden -Auswerteeinheit verbunden wird. Bei dieser AuafUh-. rungsart können Stoßfolgen oder Schwingungen in der Rohrleitung die gelenkig und mit einem notwendig geringem Spiel gelagerte Übertragungsstange in Schwingungen versetzen, die bei der SignalUmformung mit verarbeitet werden und zu Meßwertverfälschungen führen·In the DE - OS 2842557 .Signalgewinnung is achieved in that the flow resistance body is a longitudinal and transverse bore, in which the sensor element for detecting the pressure fluctuations as a function of the peeling vortex and a displaceable intermediate body with articulated rod to the outside Pipe passed and connected here with a vibrating -Auswerteeinheit. At this AuafUh-. can cause shock or vibration in the pipeline to vibrate the articulated and with a necessary low clearance mounted transmission rod, which are processed in the SignalUmformung and lead to Messwertverfälschungen ·

Die in der DB - OS 2842559 beschriebene Meßeinrichtung besitzt einen einseitig starr befestigten Strömungswiderstandskörper, der durch die sich ablösenden Karman-Wirbel in Schwingungen versetzt wird«, In seinem Inneren befindet sich eine Fühlereinrichtung in Form einer gelenkig gelagerten Stange, die am inneren Ende durch ein verschiebbares Formteil der Ausnehmung angepaßt ist und deren äußeres Ende mit einer Schwingungen erfassenden Auswerteeinheit verbunden ist. Nachteilig an dieser technischen Lösung wirkt sich ebenfalls, wie bei der DS - OS 2842557 festgestellt, die schwingungsfähig gelenkig gelagerte Durchführungsstange aus, Zuzüglich kann der Strömungswiderstandskörper durch dynamische Druckstöße des Mediums in Verbindung mit den Kraftwirkungen durch die sich ablösenden Karcaan-Wirbe 1 in Dreh-Pendelschwingungen versetzt werden und so zu Fehlmessungen führen.The measuring device described in German Offenlegungsschrift No. 2842559 has a flow resistance body which is fixed rigidly on one side and is caused to vibrate by the detaching Karman vortex. In its interior there is a sensor device in the form of a hinged rod which is inserted at the inner end displaceable molding of the recess is adapted and whose outer end is connected to a vibration detecting evaluation unit. A disadvantage of this technical solution also has the effect, as stated in DS-OS 2842557, of the swingably articulated lead-through rod. In addition, the flow resistance body can be rotated by dynamic pressure surges of the medium in conjunction with the force effects caused by the detaching karcaan vertebrae 1. Pendulum vibrations are offset and thus lead to incorrect measurements.

Ziel der Erfindung ist es, den Meßfühler wartungsarm und dessen funktionsbestimmenden Teile auch unter Sinsatzbedingungen auswechselbar zu gestalten und gleichzeitig den Einsatz auch unter höheren Temperaturen zu ermöglichen.The aim of the invention is to make the sensor low-maintenance and its function-determining parts interchangeable even under Sinsatzbedingungen and at the same time allow use even at higher temperatures.

Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fühlerelement als Meßwertgeber zu.schaffen, das die an einem Strömungswiderstandskörper abgelösten Wirbel geschwindigkeitsgleicher Frequenz mit großer Genauigkeit erfaßt und im wesentlichen gegen Korrosion , Verschmutzung und höheren Temperaturen des Mediums unempfindlich ist»The invention has for its object to zu.schaffen a sensor element as a sensor that detects the detached from a flow resistance body vortex same speed frequency with high accuracy and is insensitive to corrosion, contamination and higher temperatures of the medium »

Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß darin gesehen, daß eine elastische Platte quer zur Strömungsrichtung des Fluids am oder nach einem Strömungswiderstandskörper angeordnet und von den sich ablösenden Wirbeln ausgelenkt wird. Die Übertragung der Schwingungen nach außerhalb des Rohrleitungssystems kann einmal durch einen möglichst beidseitig befestigten Biegestab, der axial in der elastischen Platte angeordnet und dessen äußeres Ende starr mit einem am Rohr befestigten Halter verbunden ist, erfolgen« Die SignalWandlung erfolgt dabei am äußeren Ende des Biegestabes,, Zum anderen besteht die Möglichkeit der Signalübertragung über eine am Umfang mit dem Rohr fest verbundene Biegeplatte, an deren inneren Seite zentrisch zur Signalgewinnung eine Platte angeordnet ist, die die Biege platte mit'der Wirbelfrequenz auslenkteThe solution of the object is inventively seen in that an elastic plate is arranged transversely to the flow direction of the fluid on or after a flow resistance body and deflected by the detaching vortices. The transmission of the vibrations to the outside of the pipeline system can be done once by a bending bar fixed on both sides, which is arranged axially in the elastic plate and whose outer end is rigidly connected to a holder attached to the pipe, the signal conversion takes place at the outer end of the bending rod, , On the other hand, there is the possibility of signal transmission via a permanently connected to the tube rigidly connected to the bending plate, on the inner side of which a plate is centrally arranged for signal extraction, which deflected the bending plate mit'der vortex frequency

Der Signalabgriff und die 'Wandlung erfolgt zwischen einen außerhalb der Rohrleitung mittig auf der Biegeplatte angeordneten Stutzen und einem mit dem Rohr starr verbundenen StutzencThe signal pickup and the 'conversion takes place between a pipe arranged outside of the pipe centrally on the bending plate and a pipe rigidly connected to the Stutzenc

Durch diese Anordnung besteht gleichzeitig die Möglichkeit, bei hohem Temperatur einsatz den Wandler mit Hilfe eines Kühlmittels oder eines gut wärmeleitenden und in Form eines Kühlkörpers ausgeführten Materials vor überhöhter Temperaturbelastung au schützen.By this arrangement, there is also the possibility at high temperature use the converter with the help of a coolant or a good heat-conducting and designed in the form of a heat sink material to protect against excessive temperature load au.

Das Prinzip der'Meßeinrichtung beruht auf den bekannten Phänomen, daß an einem, im Fluid angeorndeten Strömungswiderstandskörper sich in einem bestimmten Reynoldzatil-Bereich stabile oszillierende Wirbel mit einer Frequenz ablösen, die der Strömungsgeschwindigkeit proportional sind. Bs sind verschiedene Lösungen bekannt, die gebildeten Wirbel abzutasten und in elektrische Signale zu transformieren.The principle of the measuring device is based on the well-known phenomenon that stable oscillating vortices with a frequency which are proportional to the flow velocity dissipate in a certain Reynoldszat range at a flow resistance body arranged in the fluid. Bs are known various solutions to scan the vortex formed and transform into electrical signals.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigenίThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with the aid of the drawings. In the figures show

Fig« 1 $ Meßeinrichtung in Längsschnitt schematisch dargestellt,Fig. 1 $ measuring device shown schematically in longitudinal section,

Fig. 2% Meßeinrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht gezeigt,Fig. 2% measuring device of FIG. 1 shown in side view,

Fig« 3i Variante eines Fühler elementes schematisch aufgezeigt OFig. 3i variant of a sensor element shown schematically O

Gemäß Fig. 1 ist in einer Rohrleitung 1 hinter einem Strömungswiderstandskörper 2 in dessen strömungsabgewandte Seite eine elastische Platte 3 angeordnet, die um die starre Einspannzone am' äußeren Ende 4 der Platte entsprechend der Wirbelfrequenz ,schwingt« In einer axial angeordneten Innenbohrung 5 in der Platte 3 ist ein elastischer Biegestab 6 mit kleinerem Durchmesser als der der Bohrung angeordnet und am inneren Ende 7 ra.it der federelastischen Platte 3 starrAccording to FIG. 1, a resilient plate 3 is arranged in a pipeline 1 behind a flow resistance body 2 in its side facing away from the flow, which oscillates around the rigid clamping zone at the 'outer end 4 of the plate corresponding to the turbulence frequency' in an axially arranged inner bore 5 in the plate 3 is an elastic bending rod 6 arranged with a smaller diameter than that of the bore and at the inner end 7 ra.it the resilient plate 3 rigid

verbunden* Das äußere Ende β des Stabes ist aus der Rohrleitung herausgeführt und an einem Halter 9.» der mit der Rohr leitung 1 und dem Plattenende 4 verbunden ist, befestigt. Der Stab 6 wird durch die Kraftwirkungen der auf der elastischen Platte 3 auftreffenden Wirbel über die starre Verbindung des inneren Stabendes 7 mit der Platte 3 an seiner äußeren Befestigungsstelle 8 ausgelenkt und erzeugt mittels eines hier angeordneten piezoelektrischen Biegestreifens ein frequenzabhängiges proportionales elektrisches Signal, das zur Weiterverarbeitung einer nachgeschalteten Elektronikeinheit zugeführt wird** The outer end β of the rod is led out of the pipe and to a holder 9. », which is connected to the pipe line 1 and the plate end 4 attached. The rod 6 is deflected by the force effects of the impinging on the elastic plate 3 vortex on the rigid connection of the inner rod end 7 with the plate 3 at its outer attachment point 8 and generated by means of a piezoelectric bending strip arranged here a frequency-dependent proportional electrical signal, for further processing is fed to a downstream electronic unit *

Fig. 3 zeigt einen Meßfühler nach dem Wirkprinzip einer elastischen Biegeplatte 11, die am Umfang 12 mit dem Rohr fest verbunden ist und mit der Frequenz der auf der wie in Fig. 1 gezeigten Platte 3 auftreffenden Wirbel durchgebogen wird.Fig. 3 shows a sensor according to the principle of operation of an elastic bending plate 11, which is fixedly connected to the circumference 12 with the tube and is bent at the frequency of the impinging on the plate 3 as shown in FIG. 1 vortex.

Mit Hilfe des Stutzens 13 wird die Auslenkamplitude verstärkt. Ein zwischen dem Stutzen 13 und einem Halter 9, der. mit der Peripherie der Biegeplatte 11 befestigt ist, angeordneter piezoelektrischer Biegestreifen 10 transformiert die mechanische Auslenkung in elektrische Signale, die einer Auswerteeinheit zugeführt werden.With the help of the nozzle 13, the Auslenkamplitude is amplified. A between the nozzle 13 and a holder 9, the. is attached to the periphery of the bending plate 11, arranged piezoelectric bending strip 10 transforms the mechanical deflection into electrical signals, which are fed to an evaluation unit.

Claims

1) Sensor element as a transmitter of a vortex-volume · flowmeter for liquid and gaseous media, which is arranged behind a Strö'mungswiderstandskörper in a pipeline as an elastic plate which is connected to the pipe wall, and according to the principle of Karman vortex street is directed with the frequency of the impinging vortices from geke NNZ eichnet .dadurch ^ in that the resilient plate (3) has a recess (5) is axially, in which a rod (6) is arranged at one end (7) on the plate (3) and on the other end (8). outside the pipeline (1) to a holder (9) is fixed, which is rigidly connected to the tube (1) or the plate (3) and a transducer (10) secure rod end (8) is *

2) sensor element according to item 1,

in that the periphery of a plate (11) is rigidly connected to the tube wall (1) and is fastened centrically to the plate (11) both the plate (3) omitting the rod (6) and a socket (13) and the transducer (10) between a holder (9)? which is also connected to the periphery of the plate (11) or the pipe (1) and the nozzle (13) located

3) sensor element according to point 1, go ^ ßJQJizei ^ Ghn ^ XJ ^ gv ^ chj ^ that the transducer (10) is a piezoelectric bending element, a strain gauge or based on inductive or capacitive sensing.

4). Sensor element according to item 1, characterized in that the rod (6) is also arranged outside the tube (1) in a hollow profile, which is deflected by the plate (3).

5) sensor element of item T, gels hen ζ eichnet d adu r ch, that the vortex-generating element (2) element connected to the sensor or spaced therefrom is disposed "

6) sensor element according to item 1, .gekennzeichnet characterized, that the recess (5) in the plate (3) is not continuous, and the attachment of the rod (6) in the recess (5) is axially freely selectable.

7) Plunger element according to item 1, eekejin_z £ i £ hja ^ t ^ adj _: u2cji _i that the plate (3) on both sides of the tube wall (1) is attached. ·.

8) sensor element according to item 1 and 6, characterized in that the recess (5) has different area cross-section in the axial direction.

9) sensor element of item 1, gekennze ichnet _ da dur ch _n that the outer contours of the plate (3) within the tube (1) are differently designed with uniform or stepped transition.

10) sensor element according to item 2 and 3> characterized in that the transducer (10) is located in the recess (5) of the Plat te (3).

11) Sensor element according to point 2 and 3 »e e n e n e, hne t d adur c h that the transducer (10) is arranged directly on or in the plate (11).

12) sensor element according to item 1, gek enn characterized in that

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the inner end (7) is positively connected to the plate (3) "

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