DD203968A1

DD203968A1 - Messwertgeber eines wirbeldurchflussmessers

Info

Publication number: DD203968A1
Application number: DD23784582A
Authority: DD
Inventors: Martin Griebsch; Klaus Schilder
Original assignee: Junkalor Dessau Betr Des Komb
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1983-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wirbelerzeugung und -erfassung in einem Wirbeldurchfluszmesser fuer fluessige, dampf- oder gasfoermige Medien. Der Erfindung liegen Ziel und Aufgabe zugrunde, einen kompakt ausgefuehrten und gleichzeitig gegenueber Beschleunigungskraeften relativ unempfindlichen Meszfuehler zur Wirbelerfassung zu schaffen. Die Aufgabe wurde erfindungsgemaesz dadurch geloest,dasz der zur Wirbelerzeugung verwendete Stroemungswiderstandskoerper rueckwaertig mit einer Laengsnut versehen ist. Die so entstandenen fluegelartigen Seitenflaechen werden mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenz ausgelenkt und mittels innenliegenden elektromechanischen Wandlers in elektrische Signale umgewandelt und einer signalverarbeitenden Elektronikeinheit zugefuehrt. Anwendungsgebiete: Prozeszmesz- und -regelungstechnik in der chemischen Industrie, Wasserwirtschaft, Nahrungsmittelindustrie und Energieversorgung.

Description

Meßwertgeber eines Wirbeldurchflußmessers

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft die Anordnung von Strömungswiderst andskörper und Meßfühler als Meßwertgeber еіпеэ WirbeldurchfluSmessers für flüssige, dampf- oder gasförmige Meßmedien. Derartige Geräte werden vorrangig zur Prozeßführung in der сііесіізсііеп Industrie, Wasserwirtschaft, ?Tahrungsmittelindustrie und der Energieversorgung eingesetz

CharakTeristik der bekannten technischen Lösungen

Ea sind aehrere Ausführungen von WirbeidurchfIu3mesaerη bekannt, die die geschwindigkeitsproportionale Wirbelablösung an senkrecht zur Strömungsricatung angeordneten Strömungswiderstandskörpern ausnutzen und diese durch verschiedenartig ausgebildete Wirbelabtastelemente erfassen und caittels Meßwandler in frequenzproportionale elektrische Signale umsetzen.

In den seisten Fällen, wie auch in D3-OS 24155З3, DD-P3 127531 oder DD-PS Akt.Z. G 01 P/229518/4 offenbart, werden zur Wirbelabt astung senkrecht zur oder in Strömungsrichtung und stromabwärts hinter einem Ströaungswiderstandskörper in der Form unterschiedliche federelastische plattenartige Gebilde

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angeoranex. laze .Befestigung erfolgt meist einseitig starr an der Rohrleitung oder dem 3trömungswider3tandsköroer selbst. Diese technischen Ausführungen haben den Sachteil, daß sie, von ihrer in erheblichem Maße massebehafteten Ausführung abgesehen, durch ihr Vorhandensein die Wirbelablösung oder die Wirbeistraße störend beeinflussen und zu Me ßsignalqualitäts- und Linearität3verfälschungen führen.

In der DS-OS 2342559 wird eine Lösung offenbart, die, unter Wegfall eines separaten Wirbelerfassungsfühlers, einen einseitig eingespannten Strömungswiderstandskörper aufweist und die, durch die Wirbelablösung bedingte, Querauslenkung zur Signalgewinnung ausnutzt.

Diese gewählte technische Lösung hat den ITachteil, daß durch Staudruckbeeinflussung und Torsionserscheinungen dem Strömungswiderstandskörper Storschwingungen überlagert werden, die die Signalqualität erheblich beeinflussen.

Die in der DS-OS 23279Q5 aufgezeigte Lösung nutzt die, durch die Wirbelablösung am Strömungswiderstandskörper, erzeugte Wechselkraft zur unmittelbaren Signalgewinnung aus. Diese Ausführung liefert ein Signal mit relativ kleiner Intensität, 30 daß dieses im stärkeren Maße durch Störeinflüsse in Form von Beschleunigungskräften, die durch die innige Verbindung mit der .Rohrleitung übertragen werden, oder überlagerten ^uerschwingungsanteilen beeinflußt wird.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung i3t ein, in seinen Abmessungen kleingehaltener, kompakt ausgeführter, und konstruktiv-technologisch einfach gestalteter Meßwertgeber, der mit hoher Zuverlässigkeit bei wartungsarmen Betriebseinsatz ein 2<!eßsignal hoher Intensität und Qualität liefert.

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des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten Meßfühler als körperliche Einheit von wirbeierzeugendem und wirbelerfassendem Element zu schaffen, desзеп wirbeierfassendes Element einschließlich Meßwandler innerhalb des Strömungswiderstandskörpers angeordnet ist und der über einen weiten Strömungsbereich ein lineares Meßsignal hoher Intensität und weitgehendst frei von Störanteilen liefert.

Die Lösung der Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch erreiche, daß der zur Wirbelerzeugung verwendete und beidseitig starr befestigte Strömungswiderstandskörper auf der strömungsabgewandten Seite axial bis auf etwa 2/3 seiner, sich in Strömungsrichtung erstreckenden, Tiefe mit relativ kleiner Spalt breite geschlitzt wird. Die so entstehenden flügelartigen Seitenflächen werden in der Frequenz der sica an der Seitenkontur der Ansxrömflache wechselseitig ablösenden Karmanwirbel mit mikrokleiner Amplitude aus ge lenkt.

Ein gleichartiger Effekt wird erzielt, wenn der Strömungswiders-tcLDdskörper mit einer relativ großen Ausnehmung versehen wird, so daß die Seitenflächen membranarti^ gestaltet sind und 3 0 mit der Wirbe!frequenz ausgelenkt werden. Bs ist jedoch streng darauf zu achten, da3 die Anströmseite des Strömungswiderstandskörpers so starkwandig ausgeführt ist, daß keine Signalbeeinflussung durcn Staudruckwirkungen erfolgt. Die frequenzproportionale Signaltransforaation wird mit einem elektromechanischen Wandler, der günstig in der axialen Ausnehmung oder auch im rückwärtig eingebrachten Schlitz bzw. in den schwingungsfähigen Seitenflächen angeordnet ist, vorgenommen.

Eine besonders gegenüber "Beschleunigungskraf te unempfindliche Ausführung wird dadurch erreicht, daß zwischen den Seitenflächen ein auf Araftänderungeη ansprechender rohrfertiger Piezolan-Meßwandler eingefügt ist. Eine gegenüber Körperscnalleitung unempfindliche Ließwandleranordnung kann bekann^erweise durch Einbetten des Ueßwandlers selbst oder des gesamten Strömungs-

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aiderstandskörpers in 3challdämmendes Material erreicht werden. Біпе weitere Möglichkeit besteht darin, den gesamten Strömungswiderstandskörper ganz oder teilweise aus einem, gegenüber einem weiten Meßmedien3pektrum, beständigen und schalldämmenden Material herzustellen.

Ein breiter linearer Tiirbelablösebereich wird mit einem Strömungswiderstandskörper trapezförmigen Querschnitts erzielt. Andere Querschnittsausbildungen, wie rechteckig, dreieckig, rund oder Kombinationen dieser, sind ebenfalls möglich.

Durch Anfügen eines, in seiner Formgebung beliebig ausführbaren Strömungsrichtenden, 3chwanzartigen massiven oder mit der Schlitzbreite geteilten Rückenteiles am Strömungswiderstandskörper kann die Intensität und Qualität des Meßsignales günstig beeinflußt werden.

Gleiches kann erreicht werden, wenn die axiale Ausnehmung außermittig ausgeführt ist, so daß die schwingungsfähigen Seitanflächen eine unterschiedliche Eigenfrequenz besitzen. Um das System jedoch schwingungstechnisch zu entkoppein, sind beide Seitenflügel durch schwingungsdämmendes -Material zu trennen. Aufgrund dieser Ausführung i3t eine ^leßbereichsspreizung möglich und die sich gegeneinander ausschließenden Bedingungen nach hoher Eigenfrequenz (f ) durch entsprechende Wahl der Masse (m) und der Federkonstanten (c) nach der mathematischen Beziehung

^fo - TlF-V^

können besser erfüllt werden. Für diese Ausführung empfiehlt sich eine jeweils separate MeßwandleranOrdnung mit anschließender elektronischer Signalzusaamenführung.

Sollten dagegen durch Meßmedien hoher Dichte zu hohe Kraftwirkungen und infolge dessen die Seitenflächen mit zu großer Amplitude ausgelenkt werden, kann eine Heßwandleranordnung dahingehend erfolgen, daß der rückwärtig im Strömungswiderstandskörper eingebrachte Schlitz in axialer Sichtung nicht

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durchgehend ausgeführt, mit elastischem Material ausgefüllt, nicht bis zur axialen Ausnehmung eingearbeitet ist oder diese in 3trom.ungsrich.tung weiter zurückgesetzt wird. Pur den Fall, daß der Meßwandler in den Schlitz oder in der zum Ließmedium hin- offenen Ausnehmung eingesetzt werden sollte, ist dieser gekapselt, günstig in ein dünnwandiges Rohr eingebettet, schwingungsfähig einzufügen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert werden. In den Figuren zeigen;

Pig. 1: Meßeinrichtung schematisch im Längsschnitt dargestellt

Pig. 2: Meßeinrichtung nach Pig. 1 im Schnitt sehematізcn dargestellt.

Pig. 3: Varianten möglicher Strömungswiderstandskörper im Schnitt schematisch aufgezeigt.

Geaäß Pig. 1 ist in einer Rohrleitung 1 senkrecht zur Strömungsrichtung ein Strömungswiderstandskörper 2 angeordnet, der über eine druckdicht verschließbare Öffnung 3 zugänglich und mittels Plansch 4 über eine Abdichtanordnung 5 und eine zentrale Yerdrehsicherung 11 verspannt ist. In der 3trömungsabgewandten Seite des Strömungsv/iderstandskörpers 2 ist in axialer Richtung eine Hut; 6 mit einer Breite a = (0,08 ... 0,5) · b bis zur axialen Ausnehmung 7 eingearbeitet. Die axiale Ausnehmung 7, günstig аіз 3ohrung ausgeführt, ist in ihren Abmessungen зо zu wählen, daß die, mit der Wirbelfrequenz ausgelenkten, Seitenflügel 8 eine Eigenfrequenz f = 1,5 mal der Meßfrequenz f^ besitzen und mit einer Amplitude = 0,05 mm ausschwingen.

Wie aus Pig. 2 ersichtlich, ist in der axialen Ausnehmung in eineii dünnwandigen Rohr 9 ein piezoelektrische!' ileßwandler 10 eingebettet.

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Das Rohr 9 ist mit dem Strömungswiderstandskörpe? 2 innig verbunden. Die Trennung vom Meßmedium kann auch über einen Steg 13 zwischen Nut б und Bohrung 7 erfolgen. Die Seitenflächen des Strömungswiderstandskörpers können dabei an ihren Enden starr mit der Rohrleitung 1 oder der Abdichtanordnung 5 verbunden oder durch einen Spalt 12 bzw. Schalldämmeinlage 15 getrennt ausgeführt sein,

Fig. 3 zeigt mögliche Ausführungsarten von Strömungswiderstandskörpern schematised im Querschnitt. Die Ausführungen a bis d zeigen geschlitzte Variationsmöglichkeiten mit oder ohne trennenden Steg 13 und geschlitzten Rückenteil 14. Die Ausführungen e bis h sind mit einer relativ großen Ausnehmung 7 versehen, so daß die me&branartigen Seitenflächen mit der Viirbelfrequenz ausgelenkt werden können. Die Ausführungen i bis m zeigen weitere QuerSchnittsformen mit anderen trennenden Nutausführungen β und gleichzeitig eine Mehrfachanordnung von Ausnehmungen 7 mit Meßwandlern '

Claims

Srf indungsansoruch

1. Meßwertgeber eines Wirbeldurchflußmessers, bestehend aus einem senkrecht zur Strömung angeordneten Strömungswiderstandskörper als wirbelerzeugendes 31sment und einem frequenzproportional der Λirbe!frequenz schwingungsfähigen, Meßfühler mit innenliegenden Meßwandler als wiroelabtastendes Element, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungswiderstandskörper (2) unabhängig seines 4uerschnittes durch eine, in seiner strömungsabgewandten Seite, eingebrachten Längsnut (6) in zwei schwingungsfähige, flligelartige Seitenflächen (8) mit zugeordnetem Meßwandler (10) geteilt wird, die durch einen Spalt (12) ід Abstand с = (0,2 ... 2) · b zu den Enden hin getrennt sind.
2. Meßwertgeber nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,daß die Hut (6) in eine axiale Ausnehmung (7) mündet, in der der Meßwandler (10) angeordnet ist,
3. Meßwandler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß einer oder mehrere Meßwandler (10) sowohl in der axialen Ausnehmung, als auch in einer bzw. beiden sciraingungsfähigen Seitenflächen (3) oder zwischen diesen in der Uut (6) eingebracht sind.
4. lÄeßwandler nach Punkt 1, gekennzeichnet daqurch, aa3 die axiale Ausnehmung (7) und die !Tut (6) durch eine;: Steg (13) voneinander getrennt sind.
5. Meßwertgeber nach Punkt 1 bis 4> gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungswiderstandskörper (2) in seiner stzrömungsacgewandten Seite ein mit der llutbreite (a) getrenntes, strömungsric htendes und amplituaenverst^ricendes Rückenteil (H) aufweise.

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6. Meßwertgeber nach. Punkt; 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch _r daß die Nut (6) nicht über die gesamte Strömungswiderstandskcrpsrlänge ausgeführt ist, sondern jeweils zu seinen Enden hin im Abstand с = (0,2 ,.. 2) · b ausläuft.
7. Meßwertgeber nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Seitenflächen (8) infolge unsymmetrisch angeordneter !Tut (6) oder entsprechender Ausführung der Ausnehmung (7) unterschiedliches Schwingverhalten zeigen.
3. Же β v/er t geber nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Strö'mungswidersTandskörper (2) mit
mehr als einer !Tut (6) und/oder Ausnehmungen (7)
versehen ist.
9. Meßwertgeber naca Punkt 7 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Seitenflächen (3) zueinander schwingungstecnnisch entkoppelt ausgeführt sind.
10. Meßwertgeber nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,
daß die 2iut (6) entfällt und die Ausnehmung (7) mit innenliegenden Meβwandler (10) so ausgeführt ist, daß die Seitenflächen (8) membranartiges Verhalten aufweisen.
11. Meßwertgeber nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurcn, daß in der s tr ömungs abgewandt en Seite des Stro'aungswiderstandskörpers (2) ein ungeschlitztes Rückenteil (14) angeordnet ist.

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12. Meßwertgeber nach. Punkt 1 bis 9» gekennzeichnet dadurch, daß in der 3Fut (6) elastisches, schwingungsdäaipfendes Material eingebracht ist.
13. Meßwertgeber nach Punkt 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungawiderstandskörper (2) ganz
oder teilweise aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Material mit quasi federelastiechen Eigenschaften und schlechter Körperschall^!tung besteht.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen