DD204152A1

DD204152A1 - SWIVEL ANGLE ELEMENT AS A TRANSDUCER OF A SPINAL FLOW METER

Info

Publication number: DD204152A1
Application number: DD23422281A
Authority: DD
Inventors: Martin Griebsch; Klaus Schilder
Original assignee: Junkalor Dessau Betr D Komb Ve
Priority date: 1981-10-20
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1983-11-16

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.The invention relates to a Wirbelabtastelement as a transmitter of a vortex flow meter for gas, vaporous and liquid media according to the principle of Karman vortex street. The invention has for its object to provide a Wirbelabtastelement that detects a wide vortex frequency band with great accuracy and reliability. According to the invention, the object is achieved by the scanning element consisting of a plurality of elastic bending plates, each tuned to a subfrequency range, which are assigned to a flow resistance body and, as a unit, detect the entire vortex frequency range. The vortex flowmeter is preferably used for technological Prozessfuehrung in the chemical industry, water management and energy supply.

Description

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Wirbelabtasteiement als Meßwertgeber eines WirbeldurehflußfliessersWirbelabtasteiement as a transmitter of a vortex field flow

Field of application of the invention;

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.The invention relates to a Wirbelabtastelement as a transmitter of a vortex flow meter for gaseous, vaporous and liquid measuring media. Vortex flowmeters are used because of their relatively insensitive behavior against Korrossionseinwirkung and contamination of the medium for technological, Proseßführung in science, chemical industry and de: energy supply.

Character of the known technical solutions

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.In the ΏΏ ~ - 3 12753 ": signal acquisition 'is formed by arranging a resilient 3iegspiatte in the flow direction oscillates behind a trapezoidal resistor bodies j dia mit'der Wirbelfrequens achieved The vibrations werαen within the elastic flexure means Dehnmeß- or piezoelectric bending lining in. converted electrical signals and led to Weite processing to the outside.

I) 1Π Q Ί - Γ. Q fi G Λ λ 7I) 1Π Q Ί - Γ. Q fi G Λ λ 7

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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.In a similar manner, the signal is obtained at a known measuring device, but where the elastic bending plate is arranged at a distance behind a flow resistance body. In the DB - 05 2651647 such a measuring device is also described. By contrast, the vortex scan is inductive; Wise.

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.In these technical solutions, the dimensioning of the elastic bending plate proves to be particularly problematic. · On the one hand, it must comply with the physical laws of vibration mechanics over the entire vortex detection range in accordance with the flow velocity range and, on the other hand, deliver a measurement signal that can be used in terms of measurement technology. In most cases, however, there is insufficient sensitivity to measuring in the low ranges due to the small oscillation amplitude, and the output signal can only be detected by an increase in intensity. electronic effort to be separated from the superimposed interference signals.

Aim of the invention;

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.The aim of the invention is to provide a high-level useful interference signal which can be optimized over the entire iirbel detection range and whose robust design also withstands stronger contamination and higher temperatures and is easily replaceable under operating conditions in the event of a malfunction.

Explanation of the essence of the invention

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·The invention has the object augrunde to provide a Wirbelabtastelement as a transmitter of a vortex flow meter, which detects the detached from a flow resistance body vortex speed3proportionaler frequency with high üenauigkeit and over the entire flow velocity range provides a ITutzsignal with high intensity, d. H. make the Y / fsc sample element structureless in such a way that it always gives a maximum with respect to the sensitivity for the dd ITame signal component and a minimum with respect to the Stor noise component.

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.The solution of the problem is inventively seen in dai; a flow-resistance body a Wirbelabtastelement is assigned as a compact or separate Ausf üjirung which ai at least two vibratory elastic bending plates with different vibration characteristics is best is: The elastic bending plates can either the flow resistance body itself, in a favorable aerodynamically selected distance either in or vertically aur Ströaungsrici: tion in the fluidaurchströmten üohr behind or as a combination of both possible AusflüirungsVarianten one, but also be rigidly mounted on both sides, the dimensioning of the elastic bending plates is made so that they each correspond in their characteristics a highly tuned ochwir ger and as Unit interconnected optimally capture the entire irrequency range 3b. By thus given optimization possibility of the natural frequency f of the individual bending plates whose vibration characteristic is improved to the effect that the lower harmonics of the measured variable are reproduced distortion-free.

(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(On the other hand, by means of this aotast element formed in this way, the conditions for the freedom of amplitude and phase distortions and, as far as possible, of the requirement for the highest possible mechanical stability can be obtained

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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.Sensitivity 1 / c can be better maintained by suitable choice of the characteristic values, such as mass m, spring constant G and damping D.

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:In this way, the conditions generally intended for a highly tuned oscillator can also be 0.1 = f / f _Q = 0.2 and 0.5 = π / i _Q. = Q> 7 and the mutually exclusive conditions:

fo möglichst klein: hohe mechanische Empfindlichkeitfo as small as possible: high mechanical sensitivity

f möglichst hoch: großer Frequenzmeßbereich durch geeignete Wahl der Masse und Federkonstante entsprechend der mathematischen Beziehungf as high as possible: large Frequenzmeßbereich by a suitable choice of mass and spring constant according to the mathematical relationship

f - ^ ⁰ ~ iä f - ^ ⁰ ~ iä

besser erfüllt werden.be better fulfilled.

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,In the Eegel the constructive design of the Wirbelabtastelementes low so aaß a Siegeplatte especially for. a measuring range 0 to 80 Hz and another bending plate in the rest of Frequenzmeßαereich vibrationally optimally works and thus of a arranged electromechanical transducer always a Nutζsignal of maximum intensity due to the larger, but taking into account the strength, occurring amplitudes is delivered. The electrical signals are either routed through mutually tuned frequency-dependent controlled frequency filter and / or passive, tuned to the Teilfrequenzbereicü, attenuation poles, subsequently amplified accordingly and if necessary for Signalverbes3erung made a feedback in a favorable ratio. The signal decoupling of the individual bending plates with each other via the ii'requenzsignalpegel when exceeding the appropriate Frequenzinßbersiches their dimensioning,

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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.Due to the so-formed Wirbelabtastelement ensures that the most frequently occurring in practical Einsät3 low-frequency disturbances by pipe or vibration noise and possibly also Ue ΐze are obscured by a high, over the entire üeschwindigkeitsoieSbereich pending Ilutzsignal.

Export example

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand τon mxsführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing with reference to the drawing τon mxsf.

In den !figuren zeigen:In the figures show:

Pig, 1: Sin Wirbelabtastelement in Strömungsrichtung am Strömungs-widerstandskörper angeordnet, schematisch dargestellt.Pig, 1: Sin Wirbelabtastelement arranged in the flow direction of the flow resistance body, shown schematically.

Fig· 2: Sin Wirbelabtastelesent sankrecht zur Strößiungsrichtung hinter dem Strömungs-widerstandskörper angeordnet, scheaiatisch dargestellt.Fig. 2: Sin Wirbelabtastelesent sankrecht to Strößiungsrichtung behind the flow resistance body arranged Scheaiatisch shown.

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.According to Pig. 1, in the direction of flow, the elastic bending plates 3, 4 of a moving element are arranged in a flow-through pipeline 1 on the side of a suspension medium 2 remote from the direction of flow, corresponding to the direction of their rigid connection / irbe! frequency. However, due to their dimensioning with different amplitude, swing. The in the elastic Biegeplatt en 3; centrally embedded transducers ¹ 6 provide a proportional signal of varying intensity, which is connected by means of connecting wires 7 through a recess 8 of a signaler unit, not shown; is outlined.

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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.In the embodiment shown in FIG. 2, the Wirbeiabtasteleinent consisting of the elastic bending plates 3 »4 is arranged perpendicular to the flow direction and at a favorable distance behind a flow resistance body 2 in the fluid-flowed pipe 1. The Signaltransformat ion also takes place in the middle of the elastic bending plates 3 »4 embedded transducer. 6

Ss versteht sich τοη selbst,, daß auch, eine Vereinigung beider in S'ig. 1 und Pig. 2 dargestellten Anordnungen als vVirbelabtastelement raöglich ist«It is self-evident, that also, a union of both in S'ig. 1 and Pig. 2 arrangements as vVirbelabtastelement is possible «

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.In the arrangement, none of the elastic bending plates 3 4 is directionally bound. Also, an iris sensing element disposed within a fluid body can be deflected by transverse holes or axial transverse slots of detached Karman 's irons. 2 arrangement is also suitable for use at high temperatures, when the transducer 6, as in the patent application, file reference W? G 01 P / 2315'11 / 6 disclosed, is made removable from the fluidaurchströmten and ear.

Claims

claim

1. Wirbelabtastelement as a transmitter of v / irbeldurchi'lußmessers for gaseous, vaporous or liquid media, which is arranged fixed in the fluid-flow pipe aligned behind a 3trömungs resistance body in or perpendicular aar flow direction rigidly and according to the principle of Karman vortex street with aer frequency of The resulting vortex is deflected, characterized by the fact that the deflection element for measuring the entire measuring frequency band is preferably two elastic bending plates (3 »4) capable of vibrating around their clamping parts (5), the one bending plate (3 den low and the other 3iegeplatte (4) cien honing i ⁴ r quenzbereich detected, wherein inre arrangement is not flow direction bound and in each of the üiegeplatten (3; 4) sin transducer (6) is ·

2. Wirbelabtastelement according to item 1, characterized in that the elastic bending plates (3; 4) in or perpendicular to the 3trömungsrichtung in, at or at a distance to the ä-cröuiungs - 'iäerstandskörper (2) are arranged.

3. i '/ irbelabtastelement according to point-1 and 2, characterized in that the elasti3chen3iegepiatt3n (3j 4) are arranged opposite perpendicular to the flow direction «

4. Wirbelabtastelement by point '1 to 3, t gekennzeichne in that aie wins elastic plates (3; 4) are arranged in pairs and parallel.

5. Wirbelabtastelement according to item 1 bi3 3, characterized in that the elastic bending plates (35 4) are spatially separated in their arrangement.

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6. Wirbelabtastelement according to item I to 5 » characterized characterized in that the elastic bending plates (3; 4) are assigned to several StröaiungswiderStandskörpern (2).

7. Swirl element according to: Points 1 to 6, characterized in that more than one transducer (6) is arranged in or on the elastic bending plates (3; 4).

8. Wirbelabtastelement according to item 1> characterized in that more than two elastic bending plates are arranged to detect the entire measuring frequency band.

9. Wirbelabtastelement according to item 1 to S, characterized in that the 'itfutζsignale the elastic bending plate (3j 4) each of a Piiterschaltungsanordnung, as from S trö'mungsgeschwindigkeit age s expensive tan active en'Fl it ernbesteht supplied, and the widest Noise signals freed from interference signals from a downstream electronic control unit are processed far and wide.

10. Wirbelabtästelement 'after? - - ¹ Oi ₃ 9, characterized in that the flow rate-dependent active filter of the individual bending plates (3; 4) after exceeding or falling below a permissible and the vibration-technical Di-iiensionierung of the bending plates (3; 4) corresponding frequency, each corresponding to the Ströaungsgachwindigkeitsbereich associated working plate (3 or 4) are turned on.

11. Wirbelabtastelement according to item 1 to 10, characterized in that the flow rate proportional, τόπι transducers (6) output signals are eliminated via corresponding negative feedback branches of flow-related Störfreauenzanteilen.

Λ Be ^ e Ze ic anlinse 22