DD246364A1 - Messwertaufnehmer eines wirbeldurchflussmessers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messwertaufnehmer eines Wirbeldurchflussmessers fuer den Einsatz in fluessige, dampf- oder gasfoermige Messmedien. Der Erfindung liegen Ziel und Aufgabe zugrunde, ein Prozessmessgeraet fuer erhoehte Anforderungen an Messwertsicherung und Messgenauigkeit durch hohe messwertbezogene Reproduzierbarkeit, als Voraussetzung fuer den Einsatz zur Verrechnung bzw. Bilanzierung, zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass dem Wirbelprofilkoerper an der Anstroemseite ein staupunktstabilisierender Vorsteg zugeordnet ist und in einem abgestimmten Bereich nach der seitlich ueberstehenden Abriss- und Kontraktionskantenausbildung mit anschliessendem Konturruecksatz eine verstaerkte Konturreduzierung der Seitenflaechen mit groesserer Neigung zur Wirbelabtastplatte hin vorgenommen wird. Anwendungsgebiet: Durchflussmessung zur technologischen Prozessfuehrung einschliesslich Verrechnung bzw. Bilanzierung in der chemischen Industrie, der Wasserwirtschaft und der Energieversorgung. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertaufnehmer für den Einsatz als wirbelerzeugendes und wirbelerfassendes Element an einem Wirbeldurchflußmesser für den Einatz in flüssige, dampf- und gasförmige Meßmedien. Als Prozeßmeßgerät ausgeführt, erfolgt dessen Anwendung vorzugsweise zur Meßwerterfassung technologischer Verfahrensprozesse in Industrieanlagen sowie für Verrechnungszwecke bzw. zur Bilanzierung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits mehrere, konstruktiv und funktionsmäßig unterschiedlich ausgeführte Wirbeldurchflußmesser bekannt, welche die Gesetzmäßigkeit der geschwindigkeitsproportionalen Wirbelablösung an angeströmten Profilkörpern zur Meßwertgewinnung nutzen. Mittels verschiedenartiger, in der Regel einer vorbestimmten Einsatzbreite günstig angepaßten.

Sensoren wird ein geschwindigkeitsproportionales Impulsfolgefrequenzsignal zur Weiterverarbeitung in einer elektronischen Auswerteeinheit bereitgestellt.

Aus DD-PS 127531 ist ein Wirbeldurchflußmesser bekannt, der in Strömungsrichtung hinter dem Wirbelprofilkörper und an diesem einseitig fest angeordnet eine federelastische Wirbelabtastplatte aufweist.

Aufgrund der konstruktiven Ausführung liegt keine, über den Meßrohrinnendurchmesser erforderliche, integrale Einheit von Wirbelkörper und Abtastplatte vor, so daß nachteilig eine Wirbelausbildung mit unterschiedlichen Ablösegeschwindigkeiten und damit intermittierendem Verhalten der Signalausbildung entsteht.

Auch die in DE-PS 1 926798, DE-OS 2415583, DE-AS 2531 694 sowie DE-OS 2832141 offenbarten Lösungen genügen aufgrund der Formgebung des Wirbelprofilkörpers nicht in jedem Fall den Einsatz- bzw. Strömungsbedingungen für einen größeren Reynoldszahlbereich. So sind diese entweder nur für flüssige oder gasförmige Meßstoffe geeignet und/oder die Kennlinie weist in der Regel bei niedrigen oder hohen Strömungsgeschwindigkeiten größere Linearitätsabweichungen auf. Infolge dessen wird der, den strengen meßwertsichernden Forderungen für den Einsatz als Referenznormal oder im rechtsgeschäftlichen Verkehr rechnungstragend, nutzbare Meßbereich nachteilig eingeengt.

InDD-PS 210972 ist eine technische Lösung eines Betriebsmeßgerätes aufgezeigt, welches universell sowohl für gasförmige als auch für flüssige Medien einsetzbar ist.

Mit DE-AS 2531 688 wird eine technische Lösung der Wirbelabtastung mittels einer in Strömungsrichtung vordem Wirbelprofilkörper und einseitig starr mit diesem verbundenen federelastischen Abtastplatte vorgestellt. Derartige Ausführungen weisen nur einen kleinen linearen Arbeitsbereich auf und reagieren im praktischen Betriebseinsatz meßtechnisch besonders negativ auf unsymmetrisch vorgestörtes Strömungsprofil bzw. Schiefstellung des Wirbelprofilkörpers zur Strömungsrichtung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Wirbeldurchflußmesser mit strömungstechnisch kompakt ausgeführtem Meßwertaufnehmer, der mit hoher Zuverlässigkeit wartungsarm arbeitet und den erhöhten Anforderungen an Meßwertsicherung sowie Meßgenauigkeit als Voraussetzung zur Zulassung für den Einsatz im rechtsgeschäftlichen Verkehr bzw. für Bilanzierungszwecke genügt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer eines Wirbeldurchflußmessers durch besondere strömungstechnische Konturausbildung des Wirbelprofilkörpers zu schaffen, der über einen weitgespreizten Reynoldszahlbereich ein frequenzanaloges Impulsfolgesignal mit hoher meßwertbezogener Reproduzierbarkeit sowie linearem Kennlinienverlauf liefert. Dabei ist der Wirbelprofilkörper so auszubilden, daß ein minimaler Druckabfall entsteht und der Kavitationseffekt beim Einsatz in flüssige Medien erst bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten eintritt. · Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wirbelprofilkörper in Kenntnis der strömungstechnischen Gesetzmäßigkeit von konturmäßig integraler Einheit aus Wirbelerzeugendem und wirbelerfassendem Funktionselement in seiner wirbelabgleitenden Seitenkontur so ausgeführt wird, daß sich die Wirbel streng geschwindigkeitsproportional ausbilden und gleichzeitig stör- und rückwirkungsfrei ablösen sowie abgleiten können.

Experimentelle Untersuchungen haben den Nachweis erbracht, daß seitlich überstehend am Wirbelprofilkörper ausgebildete Abriß- und Kontraktionskanten mit nachfolgendem Konturrücksatz bereits eine gute Linearisierung der Kennlinie bewirken, jedoch bilden sich konturbedingt unstetig radiale Geschwindigkeitskomponenten mit Auswirkung auf entstehende Unregelmäßigkeiten in der Wirbelausbildung sowie Wirbelablösung, insbesondere im unteren und oberen Grenzreynoldszahlbereich, aus. Dieser, einer maximalen Meßbereichsspreizung bei optimal reproduzierbarer Meßwertausbildung entgegenstehende Einfluß ist durch eine entsprechende Korrektur der Seitenflächenausbildung des Wirbelprofiikörpers weitgehendst vermeidbar. Zu diesem Zweck wird in einem abgestimmten Bereich nach dem Konturrücksatz eine, stetig oder stufenförmig ausgeführte, stärkere Konturreduzierung mit größerer Neigung zur Wirbelabtastplatte hin · vorgenommen. Die in Strömungsrichtung zum Rückteil auslaufende Seitenfläche ist günstig mit geringer Neigung und möglichst ohne Kontursprung zur Wirbelabtastplatte ausgebildet.

Ein anströmseitig, axial und mittig am Wirbelprofilkörper angeordneter strömungstrennender Vorsteg bewirkt eine Stabilisierung des Staupunktes und stellt annähernd konstante Wirbelsogverhältnisse ein. Dem bekannten oszillierenden Abrißeffekt der Wirbel wird somit wirksam entgegnet.

Mit einem derartig ausgebildeten Wirbelprofilkörper werden gegenseitige Rückwirkungen auf die sich wechselseitig ablösenden Wirbel weitgehendst unterbunden. Die abgelösten Wirbel erfahren über den gesamten Seitenflächenkonturbereich eine . annähernd stetig radiale Beschleunigung und münden mit konstantem kinetischem Energieinhalt in die Wirbelstraße ein. Der Wirbeldurchflußmesser reagiert weniger empfindlich auf Vorstörungen der Strömung und der Kavitationseffekt setzt später ein. . Damit wird ein erweiterter, meßtechnisch-ökonomisch vertretbarer, Einsatz zur Messung niedrigsiedender Flüssigkeiten erreicht bzw. eine Betriebsweise mit niedriegerem Anlagendruck möglich. Weiterhin wird ein Impulsfolgefrequenzsignal bereitgestellt, welches mit minimalem elektronischem Filter-sowie Signalformeraufwand zur Weiterverarbeitung genutzt werden kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen erläutert werden. In den Figuren zeigen:

Fig. 1: Meßwertaufnehmer mit Meßrohr im Längsschnitt schematisch dargestellt Fig. 2: Meßwertaufnehmer gemäß Fig. 1 im Schnitt

Fig.3: Kennlinie des Wirbeldurchflußmessers graphisch aufgezeigt.

Figur 1 zeigt den, im Meßrohr 1 angeordneten Meßwertaufnehmer 2 mit axialer Ausdehnung a in Kompaktausführung, bestehend aus Wirbelprofilkörper b mit Rückteil c als Einheit aus Wirbelabtastplatte 3 sowie Stabilisierungsplatten 4. Der Wirbelprofilkörper b besitzt mittig an seiner Anströmseite 11, wie in Fig. 2 ersichtlich, einen Strömungsteilenden Vorsteg 5 der Länge d und Breite emit axialer Ausdehnung 3 in den Abmessungen d/e = 1 ...10 mit d = (0,1 ...1) f sowie seitlich überstehende Abrißkanten 6 und Kontraktionskanten 7 mit nachfolgend rückgesetzter Seitenflächenkontur g. Der Konturrücksatz 8 ist zur nachfolgenden Seitenkonturreduzierung g optimal bemessen, wenn die Tiefe hzu dessen Breite i mit h/i = 0,1 ...10 ausgebildet ist. Die Seitenkonturreduzierung g ist dabei mit j = (0,1 ...0,8) · fund α = 25°... 60° günstig dimensioniert und sollte zur auslaufenden Seitenfläche 10 im vorteilhaften Verhältnis al β = 0,6... 6 stehen. Der Wirbelprofilkörper bist dabei selbst mit einer Länge k seiner Seitenkontur im Verhältnis zur Wirbelkörperbreite f von k/f = 0,6...2 und einer Länge der Wirbelabtastplatte I mit I = (0,3...2) · f günstig bemessen.

In Fig. 3 ist der meßwertbezogene, vorteilhafte Kennlinienverlauf I des erfindungsgemäßen Meßwertaufnehmers 2 graphisch dem typischen Kennlinienverlauf Il eines Wirbeldurchflußmessers gegenübergestellt.

Claims (13)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Meßwertaufnehmer eines Wirbeldurchflußmessers für flüssige, dampf-oder gasförmige Meßmedien, bestehend aus Wirbelprofilkörper mit seitlich überstehenden Abriß- und Kontraktionskanten sowie nachfolgendem Konturrücksatz einschließlich einer, mit dem Wirbelprofilkörper verbundenen oder getrennt angeordnet und einseitig starr befestigten Wirbelabtastplatte mit Sensor, gekennzeichnet dadurch, daß mittig der Anströmseite (11), fest an dieser oder getrennt davor, mit axialer Ausdehnung (a) des Wirbelprofilkörpers (b) ein Vorsteg (5) angeordnet ist und in Strömungsrichtung nach dem Konturrücksatz (8) in einem, strömungstechnisch zum Vorsteg (5) abgestimmten. Bereich (j) die Seitenkontur (9) des Wirbelprofilkörpers (b) mit größerer Neigung (α) zur auslaufenden Seitenfläche (10) der Neigung (ß), beispielsweise im Verhältnis a/ß = 1... 10, ausgebildet und vorteilhaft die Länge der Seitenkontur (k) zur Breite (f) des Wirbelprofilkörpers (b) mitk/f = 0,6...2 und die Länge der Wirbelabtastplatte (I) mit I = (0,3... 2) · f bemessen ist.
2. 2. Meßwertaufnehmer nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Vorsteg (5) in seiner Länge (d) mit d = (0,1 ...10) · j und einer Breite (e) mit e = (0,1... 10) · ktan (j) günstig bemessen ist.
3. 3. Meßwertaufnehmer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Vorsteg (5) selbst ein Profilkörper"unterschiedlicher Kontur ist.
4. 4. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 3), gekennzeichnet dadurch, daß der Vorsteg (5) nur teilweise die axiale Ausdehnung (a) überspannt.
5. 5. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis4), gekennzeichnet dadurch, daß die Seitenkontur (9) der Neigung (α) mit α = O⁰...90° ausgeführt ist.
6. 6. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 5), gekennzeichnet dadurch, daß die Seitenkontur (9) selbst linear stetig, stufenförmig oder nach beliebiger mathematischer Funktion verjüngend zum Rückteil (c) verläuft.
7. 7. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 6), gekennzeichnet dadurch, daß der Übergang der Seitenkontur (9; 10) als definierte Kantenausbildung oder stetig ausgebildet ist.
8. 8. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 7), gekennzeichnet dadurch, daß die Konturrücksatzbreite (i) sowie die Konturrücksatztiefe (h) mit i = h = ο bemessen ist.
9. 9. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 8), gekennzeichnet dadurch, daß der Wirbelprofilkörper (b) mit b = g ausgeführt ist.
10. 10. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 9), gekennzeichnet dadurch, daß die Seitenkontur (10) mit minimalem Kontursprung zum Rückteil (c) ausläuft.
11. 11. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 10), gekennzeichnet dadurch, daß die einseitig starre Befestigung'der Stabilisierungsplatten (4) und/oder der Wirbelabtastplatte (3) innerhalb des Wirbelprofilkörpers (b) erfolgt, wobei die auslaufenden Seitenflächen (10) das Rückteil (c) körperlich nicht berühren.
12. 12. Meßwertaufnehmer nach Punkt (1 bis 11), gekennzeichnet dadurch, daß der Wirbelprofilkörper (b) mit oder ohne Rückteil (c) als wirbelerzeugendes Element für andere Wirbelabtastprinzipien einsetzbar ist.
13. 13. Meßwertaufnehmer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Vorsteg (5) in entsprechender Dimensionierung auch Wirbelprofilkörpern unterschiedlicher Kontur zugeordnet werden kann.