DD204152A1 - Wirbelabtastelement als messwertgeber eines wirbeldurchflussmessers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wirbelabtastelement als Messwertgeber eines Wirbeldurchflussmessers fuer gas-, dampffoermige und fluessige Medien nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstrasse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wirbelabtastelement zu schaffen, das mit grosser Genauigkeit und Zuverlaessigkeit ein breites Wirbel-Frequenzband erfasst. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das Abtastelement aus mehreren, auf jeweils einen Teilfrequenzbereich abgestimmten elastischen Biegeplatten besteht, die einem Stroemungs-Widerstandskoerper zugeordnet sind und als Einheit den gesamten Wirbel-Frequenzbereich erfassen. Der Wirbeldurchflussmesser wird vorzugsweise zur technologischen Prozessfuehrung in der chemischen Industrie, der Wasserwirtschaft und der Energieversorgung eingesetzt.

Description

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Wirbelabtasteiement als Meßwertgeber eines Wirbeldurehflußfliessers

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Wirbelabtastelement als Meßwertgeber eines Wirbeldurchflußmessers für gas-, dampfförmige und flüssige Meßmedien. Wirbeldurchflußmesser werden aufgrund ihres relativ unempfindlichen Verhaltens gegenüber Korrossionseinwirkung und Verschmutzung des Meßstoffes zur technologische, Proseßführung in der Wissenschaft, chemischen Industrie und de: Energieversorgung eingesetzt.

Charakter der bekannten technischen Lösungen

In der ΏΏ~ - ?3 12753": wird' die Signalgewinnung durch Anordnung einer elastischen 3iegspiatte in Strömungsrichtung hinter einer trapezförmigen Widerstandskörper j dia mit'der Wirbelfrequens schwingt, erreicht. Die Schwingungen werαen innerhalb der elastischen Biegeplatte mittels Dehnmeß- oder piezoelektrischen Biegestreif an in elektrische Signale umgewandelt und aur Weiten verarbeitung nach außen geführt.

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In ähnlicher Art and Weise erfolgt die Signalgewinnung an einer bekannten Meßeinrichtung, wo die elastiscne Biegeplatte jedoch im Abstand hinter einem Strömungs-Widerstandskörper angeordnet ist. In der DB - 05 2651647 wird ebenfalls eine solche Meßeinrichtung beschrieben. Zum Unterschied erfolgt hier die Wirbelabtastung auf induktive; Weise.

Bei diesen technischen Lösungen erweist sich die Dimensionierung der elastischen Biegeplatte als besonders problematisch.· Sie muß einerseits den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Schwingungsteeanik über den gesamten Wirbeler- _fassungsbereich entsprechend des Stromungsgeschwindigkeitsbereiches genügen und andererseits ein meßtechnisch nutzbares Meßsignal liefern. Meist ist jedoch in den niedrigen üeschw'indigkeitabereichen eine unzureichende Meßempfindlichkeit infolge kleiner Schwingungaamplitude vorhanden und das ilutssignal kann nur durch erhöntem. elektronischen Aufwand von den überlagerten Störsignalen getrennt werden.

Ziel der' Erfindung;

Ziel aer Erfindung ist es, ein über den gesamten iirbelerfassungsbereich optimierbares Wirbelabtastelement sit hohem Nutz-Störsignal?erhältnis und robuster Ausführung, dessen funktionsbestimmende Teile auch stärkeren Verschmutzungen und höheren Temperaturen standhalten und im Störungsfall möglichst unter Betriebsbedingungen leicht auswechselbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, ein Wirbelabtastelement als Meßwertgeber eines Wirbeldurchflußmessers zu schaffen, welches die an einem Strömungs-Widerstandskörper abgelösten Wirbel geschwindigkeit3proportionaler Frequenz mit hoher üenauigkeit erfaßt und über den gesamten Strömungsgeschwindigkeitsbereich ein ITutzsignal mit hoher Intensität liefert, d. h. das Y/irbelabtasteleinent im Aufbau so au gestalten, daß es bezüglich der Anspre ^empfindlichkeit für dd ITutzsignalkomponente stets ein Maxima und gegenüber der Stor-Kauschkomponente ein Minima liefert·

Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß darin gesehen, dai; einem Strömungs-Widerstandskörper ein Wirbelabtastelement als kompakte oder getrennte Ausf üjirung zugeordnet wird, welches ai mindestens zwei schwingungsfähigen elastischen Biegeplatten mit jeweils unterschiedlicher Schwingungscharakt er is tik bester: Die elastischen Biegeplatten können dabei entweder am Strömung Widerstandskörper selbst, in einem strömungstechnisch günstig gewählten Abstand entweder in oder senkrecht aur Ströaungsrici: tung im fluidaurchströmten üohr dahinter oder als Kombination beider möglicher AusflüirungsVarianten ein- ,jedoch auch beidseitig starr befestigt angeordnet sein, Die Dimensionierung der elastischen Biegeplatten wird so vorgenommen, daß diese jeweils in ihrer Charakteristik einem hoch abgestimmten ochwir ger entsprechen und als Einheit susammengeschaltet optimal der gesamten Irrequenzme 3b ereich erfassen. Durch die so gegebene Optimierungsraöglichkeit der eigenfrequenz f der einzelnen Biegeplatten wird deren SchwingungsCharakteristik dahingehend verbessert, daß auch die tieferen Harmonischen der Meßgröße verzerrungsfrei wiedergegeben werden.

(Veit er hin können durch aieses, so ausgebildete, Aotastelement die Bedingungen für die Freiheit von Amplituden- und Phasenverserrungen und aie Forderung nacn möglichst hoiaer mechanisch

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Empfindlichkeit 1/c aurch geeignete Wahl der charakteristischen Urö'ßen, wie Masse m, Federkonstante G und Dämpfung D, besser eingehalten werden.

Auf diese Weise können auch die allgemein für einen hoch abgestimmten Schwinger angestrebten Bedingungen 0,1 = f/f_Q = 0,2 und 0,5 = ^/i_Q .= Q>7 sowie die sich gegeneinander ausschließenden Bedingungen:

fo möglichst klein: hohe mechanische Empfindlichkeit

f möglichst hoch: großer Frequenzmeßbereich durch geeignete Wahl der Masse und Federkonstante entsprechend der mathematischen Beziehung

f - ^ ⁰ ~ iä

besser erfüllt werden.

In der Eegel erfolgt die konstruktive Auslegung des Wirbelabtastelementes günstig so, aaß eine Siegeplatte besonders für. einen Meßbereich 0 bis 80 Hz und eine andere Biegeplatte in den übrigen Frequenzmeßαereich schwingungstechnisch optimal arbeitet und somit von einem angeordneten elektromechanischen Wandler stets ein Nutζsignal von maximaler Intensität infolge der größeren, jedoch unter Berücksichtigung der Festigkeit, auftretenden Amplituden abgegeben wird. Die elektrischen Signale werden entweder über untereinander abgestimmte frequenzabhängig gesteuerte Teilfrequenzfilter und/oder passive, auf den Teilfrequenzbereicü abgestimmte, Dämpfungspole ausammengeführt, nachfolgend entsprechend verstärkt und wenn zur Signalverbes3erung notwendig eine Rückkopplung im günstigen Verhältnis vorgenommen. Die Signalentkopplung der einzelnen Biegeplatten untereinander erfolgt über den ii'requenzsignalpegel bei Überschreitung des ihrer Dimensionierung entsprechenden Frequenzineßbersiches,

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Durch das so gestaltete Wirbelabtastelement wird erreicht, daß die im praktischen Einsät3 am häufigsten auftretenden niederfrequenten Störungen durch RohrleitungsYibration oder Strömungsrauschen und gegebenenfalls auch Ue ΐze instreuungen durch ein hohes, über den gesamten üeschwindigkeitsoieSbereich anstehendes Ilutzsignal ausgeblendet werden.

Ausfuhrun^sbeis piel

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand τon mxsführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.

In den !figuren zeigen:

Pig, 1: Sin Wirbelabtastelement in Strömungsrichtung am Strömungs-widerstandskörper angeordnet, schematisch dargestellt.

Fig· 2: Sin Wirbelabtastelesent sankrecht zur Strößiungsrichtung hinter dem Strömungs-widerstandskörper angeordnet, scheaiatisch dargestellt.

Gemäß Pig. 1 sind in einer rom Fluid durchströmten Rohrleitung 1 an der strb'oiungsabgewandten Seite eines 3tröaung3-«iderstandskörpers 2 in Strömungsrichtung die elastischen Biegi platten 3» 4 eines Wirbe labt as t elemente s angeordnet ,·· die um ihre starre Binsoannstslie 5 entsprechend der M/irbe!frequenz .jedoch aufgrund ihrer Diaensionierung mit unterschiedlicher Amplitude, schwingen. Die in den elastischen Biegeplatt en 3; mittig eingebetteten MaSwandler¹6 liefern ein geschvändigkei proportionales Signal unterschiedlicher Intensität, welches mittels 7erbindungsdrähten 7 durch eine Ausnehmung 8 einer nicht dargestellten signalyer arbeit enden üllektronikeinheii; augefünrt wird.

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In der Fig. 2 gezeigten Ausführung ist das Wirbeiabtasteleinent bestehend aus den elastischen Biegeplatten 3» 4 senkrecht zur Strömungsrichtung und in eines günstigen Abstand hinter einem Strömungs-WiderStandskörper 2 im fluiddurchströmten Rohr 1 angeordnet. Die Signaltransformat ion erfolgt ebenfalls über mittig in den elastischen Biegeplatten 3» 4 eingebetteten Meßwandler 6.

Ss versteht sich τοη selbst,, daß auch, eine Vereinigung beider in S'ig. 1 und Pig. 2 dargestellten Anordnungen als vVirbelabtastelement raöglich ist«

In der Anordnung ist dabei keine der elastischen Biegeplatten 3» 4 ströniungsrichtungsgebunden. Auch ein innerhalb eines 3trömungs-«iderstandskörpers angeordnetes «irbe!abtastelement kann mittels Querbohrungen oder axialen Querschlitzen von abgelösten Karman-^'irbeln ausgelenkt werden* Die in Pig. 2 dargestellte Anordnung ist auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet, wenn der Meßwandler 6, wie in der Patentanmeldung, Aktenzeichen W? G 01 P/2315'11/6 offenbart, aus dem fluidaurchströmten &ohr herausnehmbar gestaltet wird.

Claims (11)

1. flrf indungsanspruch

   1. Wirbelabtastelement als Meßwertgeber eines v/irbeldurchi'lußmessers für gas-, dampfförmige oder flüssige Medien, das im fluiddurchströmten Rohr fluchtend hinter einem 3trömungs-Widerstandskörper in oder senkrecht aar Strömungsrichtung starr befestigt angeordnet ist and nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße mit aer Frequenz der auftreffenden Wirbel aus gelenkt wird, gekennzeichnet dadurch, daß da3 vVir be !abtastelement zur Hr fassung des 'gesamten Meßfrequenzbandes au3 vorzugsweise zwei um ihre -Binspannsteile (5) schwingungsfähigen, elastische Biegeplatten (3»4) besteht, dabei die eine Biegeplatte (3 den niedrigen und die andere 3iegeplatte (4) cien honen i?⁴r quenzbereich erfaßt, wobei inre Anordnung nicht strömungs richtungsgebunden ist und sich in jeaer der üiegeplatten (3; 4) sin Meßwandler (6) befindet·
2. 2. Wirbelabtastelement nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elastischen Biegeplatten (3; 4) in oder senkrecht zur 3trömungsrichtung im, am oder im Abstand nach dem ä-cröuiungs-'^iäerstandskörper (2) angeordnet sind.
3. 3. i'/irbelabtastelement nach Punkt- 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die elasti3chen3iegepiatt3n(3j 4) gegenüberstehend senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind«
4. 4. Wirbelabtastelement nach -Punkt ' 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß aie elastischen Siege platten (3; 4) paarweise und parallel angeordnet sind.
5. 5. Wirbelabtastelement nach Punkt 1 bi3 3, gekennzeichnet dadurch, daß die elastischen Biegeplatten (35 4) in ihrer Anordnung zueinander räumlich getrennt sind.

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6. 6. Wirbelabtastelement nach Punkt I bis 5» gekennzeichnet dadurch,, daß die elastischen Biegeplatten (3; 4) mehreren Ströaiungs-WiderStandskörpern (2) zugeordnet sind·.
7. 7. Wirbe!abtastelement nach: Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß in oder an den elastischen Biege platt en (3; 4) mehr als ein Meßwandler (6) angeordnet sind.
8. 8. Wirbelabtastelement nach Punkt 1> gekennzeichnet dadurch, daß mehr als zwei elastische Biege platten zur Erfassung des gesamten Meßfrequenzbandes angeordnet sind.
9. 9. Wirbelabtastelement nach Punkt 1 bis S, gekennzeichnet dadurch, daß die' itfutζsignale der elastischen Biegeplatte (3j 4) jeweils einer Piiterschaltungsanordnung, aie aus s tr ö'mungs geschwindigkeit age s teuer tan aktiv en'Fl it ernbesteht, zugeführt und die weitgehendst von Störsignalen befreiten Uutzsignale von einer nachgeschalteten ülektronikeiniieit weit erverarbeitet werden.
10. 10. Wirbelabtästelement' nach ?unkt -] ¹Oi₃ 9, gekennzeichnet dadurch, daß die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen aktiven filter der einzelnen Biegeplatten (3; 4) nach über- oder Unterschreiten einer zulässigen und der schwingungstechnischen Di-iiensionierung der Biegeplatten (3; 4) entsprechenden'Frequenz, die jeweils der dem Ströaungsgeachwindigkeitsbereich zugeordneten arbeitsfähigen Platte (3 oder 4) entspricht, eingeschaltet werden.
11. 11. Wirbelabtastelement nach Punkt 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die strömungsgeschwindigkeitsproportionalen, τόπι Meßwandler (6) abgegebenen Signale über entsprechende negative RückkoppeIzweige von strömungsbedingten Störfreauenzanteilen eliminiert werden.

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