DE10118810A1 - Wirbelfrequenz-Strömungsmesser - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbelfrequenz-Strömungsmesser zur Erfassung der Durchflußmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums durch eine Rohrleitung mit einem in dieser gehalterten Staukörper, der im wesentlichen parallel zur Strömung ausgerichtete, in beiden Strömungsrichtungen von Wirbelablösekanten begrenzte Seitenflächen aufweist, wobei in mindestens einer der Seitenflächen mindestens ein Sensor zur Erfassung von sich von den Ablösekanten periodisch ablösenden Wirbeln angeordnet ist. Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Wirbelfrequenz-Strömungsmesser so weiter zu entwickeln, daß dieser nicht nur einen Meßbetrieb in beiden Strömungsrichtungen, sondern darüber hinaus auch mit einfachen Mitteln eine Erfassung der Strömungsrichtung ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der mindestens eine Sensor (16) in Strömungsrichtung (20, 21) gesehen außermittig zwischen den Ablösekanten (8, 8.1; 9, 9.1) angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser zur Erfassung der Durchflußmenge eines flüssigen
oder gasförmigen Mediums durch eine Rohrleitung gemäß dem Ober
begriff von Anspruch 1.
Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nutzen die regelmäßige Wir
belablösung an einem in der Fluidströmung angeordneten stumpfen
Staukörper. Dabei besteht das Phänomen, daß sich die Wirbel al
ternierend von gegenüberliegenden Seiten der angeströmten Fläche
des Staukörpers ablösen. Es bildet sich dadurch eine sogenannte
von-Kármánsche Wirbelstraße aus, d. h., die Wirbel bleiben noch
eine ganze Strecke hinter dem Staukörper in der Strömung erhal
ten, ehe sie sich auflösen. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nut
zen die Erkenntnis aus, daß für bestimmte Staukörperprofile über
einen großen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit eine lineare
Abhängigkeit zwischen der Frequenz der Wirbelablösung und der
Strömungsgeschwindigkeit besteht, mit anderen Worten, durch Er
fassung dieser Frequenz kann direkt auf die Strömungsgeschwin
digkeit und damit auf die Durchflußmenge des Fluids durch die
Rohrleitung geschlossen werden. Neben einem Staukörper gehören
daher auch Sensormittel zur Erfassung der Wirbelablösungen bzw.
von daraus resultierenden Parameteränderungen des strömenden
Fluids (z. B. Druck, Geschwindigkeit, Temperatur) zum Aufbau ei
ner Meßanordnung mit einem Wirbelfrequenz-Strömungsmesser.
Bei den zuerst in der Literatur beschriebenen und auch zu
erst kommerziell eingesetzten Wirbelfrequenz-Strömungsmessern
besteht der Staukörper aus einem Stabprofil, welches sich dia
metral im Strömungsquerschnitt erstreckt. Beispiele für Wirbel
frequenz-Strömungsmesser mit derartigen Anströmkörpern sind in
GB 140 12 72, US 4 206 642, US 4 285 247, DE 37 14 344 C2, DE 41 02 920 C2,
US 3 979 954, EP 0 077 764, US 4 434 668, US 4 922 759,
US 5 214 965, US 5 321 990 und EP 0 666 468 zu finden. Da
mit diese Wirbelfrequenz-Strömungsmesser befriedigend arbeiten,
muß die Anströmfläche des stabförmigen Staukörpers etwa 30-40
% des gesamten Strömungsquerschnittes betragen. Ein derartiger
Querschnitt kann nur durch eine relativ große Breite des Stau
körpers realisiert werden, die wiederum negative Auswirkungen
auf die Meßauflösung hat aufgrund der auftretenden hohen Druck
verluste. Ein weiterer Nachteil dieser Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser besteht darin, daß die Strömung um den Wirbeler
zeuger nicht rotationssymmetrisch ist.
Aufgrund der genannten Nachteile wurde nach weiteren Lösun
gen gesucht, die zu ringförmigen Staukörpern führten. Diese ha
ben im Vergleich zu stabförmigen Staukörpern bei gleicher, abso
luter Verblockung des Strömungsquerschnitts (Druckverlust) eine
geringere Profilbreite. Daraus resultiert eine höhere Wirbelfre
quenz bei gleicher Anströmungsgeschwindigkeit, d. h., die Meß
auflösung ist im Vergleich mit stabförmigen Staukörpern besser.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Staukörper auf
einer kreisförmigen Isotache liegt. Dadurch ist die Wirbelablö
sung sehr homogen und in einer dem Rohrprofil optimal angepaßten
Form als Ringwirbel. Beispiele für Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser mit ringförmigem Staukörper sind in GB 1 502 266,
WO 88/04410, US 3 979 954, DE 32 20 539, DE 28 02 009, US 5 170 671,
US 5 289 726, JP 60 22 963, JP 59 19 831, JP 11 48 912,
JP 11 48 913 und JP 11 48 914 zu finden. Eine Einführung von
Wirbelfrequenz-Strömungsmessern mit einem ringförmigen Staukör
per in die Praxis erfolgte bisher nicht.
In der DE 28 02 009 ist ein Wirbelfrequenz-Strömungsmesser
mit einem ringförmigen Staukörper beschrieben. In einer Ausfüh
rungsform hat dieser Strömungsmesser einen rechteckigen, also
axial- und radialsymmetrischen Querschnitt. Er ist damit zur
Strömungsmessung in beiden Richtungen geeignet. Radiale Streben
haltern den Staukörper konzentrisch in der Rohrleitung. Zur Er
fassung der Wirbelablösung am Staukörper sind an diesem selbst
oder in seiner Umgebung, z. B. der Rohrwandung, druck- oder ge
schwindigkeitsempfindliche Meßfühler vorgesehen. Nähere Angaben
zur Anordnung und Ausbildung dieser Meßfühler sind der DE 28 02 009
nicht entnehmbar.
Die GB 140 12 72 beschreibt einen Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser mit einem stabförmigen Staukörper, der ebenfalls
eine Durchflußmessung in beiden Richtungen gestattet. Radial und
axial mittig weist dieser Staukörper eine Durchgangsbohrung auf,
die sich von einer zur anderen Seitenfläche des Staukörpers er
streckt und beidseitig durch bündig mit den Seitenflächen ab
schließende Membranen verschlossen ist. Die Durchgangsbohrung
ist mit Öl gefüllt, so daß die Membranen hydraulisch miteinander
verbunden sind. In der Durchgangsbohrung ist ein piezoelektrischer
Sensor angeordnet, der die durch die Membranen aufgrund
der Wirbelablösungen über die Ölfüllung übertragenen Druckimpul
se detektiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wirbelfre
quenz-Strömungsmesser zur Verfügung zu stellen, der nicht nur
einen Meßbetrieb in beiden Strömungsrichtungen sondern darüber
hinaus auch mit einfachen Mitteln eine Erfassung der Strömungs
richtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Allein dadurch, daß, der ohnehin vorhandene und erforderli
che, mindestens eine Sensor in Strömungsrichtung gesehen außer
mittig zwischen den Ablösekanten angeordnet ist, kann nicht nur
in beiden Strömungsrichtungen gemessen, sondern zusätzlich auch
noch die Strömungsrichtung erfaßt werden. Dieser Effekt resul
tiert daraus, daß die aus der Wirbelablösung resultierenden Pa
rameteränderungen, z. B. des Drucks, der Temperatur und der Ge
schwindigkeit, aufgrund des axialen Versatzes des mindestens ei
nen Sensors gegenüber einer mittigen Lage zwischen den Ablöse
kanten in beiden Strömungsrichtungen unterschiedlich sind, so
daß aufgrund dieser Unterschiede die Strömungsrichtung erkannt
werden kann. Mehraufwendungen hinsichtlich der konstruktiven Ge
staltung des Wirbelfrequenz-Strömungsmessers sowie zusätzliche
Meßeinrichtungen sind bei dieser Lösung nicht erforderlich. Al
lerdings wird dieser Vorteil mit einer Erhöhung des Datenverar
beitungsaufwandes erkauft, indem die aktuell gemessene Frequenz
und Amplitude mit unter definierten Bedingungen ermittelten Frequenz-Amplituden-Paaren
verglichen wird, deren Kombinationen
eindeutig einer bestimmten Strömungsrichtung zugeordnet sind.
Der Signalverarbeitungsaufwand kann in weiterer Ausgestal
tung der Erfindung dadurch vermindert werden, daß dem mindestens
einen Sensor ein zweiter, dazu in Strömungsrichtung versetzter
und auf dem gleichen Strömungsfaden liegender Sensor zugeordnet
ist. Bei einer derartigen Anordnung der Sensoren kann die An
strömrichtung ohne Vergleich mit abgespeicherten Frequenz-
Amplituden-Paaren ermittelt werden, indem die aktuell gemessenen
Amplituden direkt miteinander verglichen werden, wobei sich aus
dem Amplitudenunterschied die Strömungsrichtung ergibt. Eventu
ell kann bei entsprechenden Verhältnissen auch der zeitliche
Versatz der Signale beider Sensoren für die Ermittlung der Strö
mungsrichtung herangezogen werden.
Anstelle des Versatzes hintereinander in Strömungsrichtung
von zwei Sensoren können diese auch über die Höhe eines stabför
migen bzw. auf den Umfang eines ringförmigen Staukörpers ver
teilt und in Strömungsrichtung zueinander versetzt angeordnet
sein. Durch diese Anordnung gesellt sich zum Vorteil des Erken
nens der Strömungsrichtung noch der Vorteil, Strömungsasymmet
rien erfassen zu können. Dabei versteht es sich, daß eine Ver
größerung der Anzahl der Sensoren die Genauigkeit der Asymmet
rieerfassung erhöht.
Es ist von Vorteil, wenn die Sensoren in entgegengesetzten
Richtungen außermittig zwischen den Ablösekanten angeordnet
sind, d. h. mit möglichst großem Abstand voneinander, weil dann
der Signalunterschied beider Strömungsrichtungen am größten ist.
In dieser Hinsicht ist es in Ausgestaltung der Erfindung
vorteilhaft, wenn Mikrosensoren eingesetzt werden. Diese können
auf Grund ihrer geringen Abmessungen sehr dicht an die Ablöse
kanten herangesetzt werden, so daß sich zum einen ein optimal
großer Abstand zwischen axial versetzten Sensoren ergibt und zum
anderen ein starkes Signal.
Ein weiterer Vorteil stellt sich ein, wenn in Ausgestaltung
der Erfindung bei sich auf den Seitenflächen des Staukörpers ge
gen überliegenden Meßstellen diese über Durchgangsbohrungen hyd
raulisch miteinander verbunden sind. Dadurch addieren sich die
wechselseitigen Druckabsenkungen und -erhöhungen, so daß sich im
Vergleich mit Meßpunkten ohne eine derartige hydraulische Ver
bindung eine doppelte Druckamplitude ergibt, woraus eine sehr
hohe Meßempfindlichkeit resultiert. Diese Lösung ist daher ins
besondere für Differenzdrucksensoren interessant.
Es ist dabei weiterhin vorteilhaft, wenn die Durchgangsboh
rungen beidseitig durch im wesentlichen bündig mit der Oberflä
che der Außenseite und Innenseite abschließende Membranen ver
schlossen sind, wobei zumindest eine der beiden Membranen inte
graler Bestandteil eines Differenzdrucksensors ist. Verstopfun
gen der Durchgangsbohrungen sowie die Wirbelbildung störende
Querströmungen durch die Durchgangsbohrungen werden dadurch ver
mieden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine prinzipielle Schnittdarstellung ei
nes in eine Rohrleitung eingebauten Wirbelfrequenz-Strömungsmessers
mit ring
förmigem Staukörper und einer dahinter
ausgebildeten von-Kármánschen Wirbel
straße,
Fig. 2-8 prinzipielle Schnittdarstellungen eines
in eine Rohrleitung eingebauten Wirbel
frequenz-Strömungsmessers mit stabförmi
gem Staukörper und verschiedenen Sensor
anordnungen,
Fig. 9 ein prinzipielles Druck-Zeitdiagramm zur
Veranschaulichung der Signalunterschiede
beider Strömungsrichtungen,
Fig. 10 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 2 in ver
größertem Maßstab,
Fig. 11 einen Schnitt B-B gemäß Fig. 3 in ver
größertem Maßstab,
Fig. 12, 13 perspektivische Darstellungen von Wir
belfrequenz-Strömungsmessern mit einem
ringförmigen Staukörper und verschiede
nen Sensoranordnungen, und
Fig. 14 verschiedene, mögliche Querschnitte der
Staukörper.
Fig. 1 zeigt eine Rohrleitung 1, in die ein Wirbelfrequenz-
Strömungsmesser 2 eingebaut ist. Dieser besteht aus einem äußeren
Klemmring 3 und einem inneren Stauring 4, wobei der Stauring
4 über drei radiale in einem Winkelabstand von 120° angeordnete
- in Fig. 1 nicht dargestellte - Streben mit dem Klemmring 3
starr verbunden ist. Derartige Streben 5 sind in den Fig. 12 und
13 gezeigt, wobei hier zwei bzw. vier Streben 5 zur Halterung
des Staurings 4 vorgesehen sind. Der Klemmring 3 dient dem Ein
bau des Wirbelfrequenz-Strömungsmessers 2 in die Rohrleitung 1,
indem er zwischen zwei nicht weiter dargestellte Flansche einge
klemmt wird. Sein Innendurchmesser entspricht dem Innendurchmes
ser RO der Rohrleitung 1, so daß dessen Innenwandung 6 durch die
Innenseite des Klemmringes 3 kontinuierlich fortgesetzt wird und
hier keine Verwirbelungen auftreten. Die angeströmte Fläche 7
des Stauringes 4 (die Strömungsrichtung ist durch einen Pfeil 10
angedeutet), ist als eine strömungstechnisch stumpfe, senkrecht
zur Strömung stehende Fläche ausgelegt, die innen und außen
durch scharfe Ablösekanten 8 und 9 begrenzt ist. An diesen Ablö
sekanten 8, 9 lösen sich alternierend mit gleicher Frequenz
Ringwirbel 11.1 und 11.2 ab, wobei die Ringwirbel 11.1 größeren
Durchmessers der Ablösekante 8 und die Ringwirbel 11.2 kleineren
Durchmessers der Ablösekante 9 zuzuordnen sind. Da der Stauring
4 über die Streben konzentrisch in der Rohrleitung 1 gehalten
ist, liegt er im Fall einer voll ausgebildeten Rohrströmung auf
einer kreisförmigen Isotache, wie sich aus dem in Fig. 1 einge
zeichneten turbulenten Geschwindigkeitsprofil 12 ergibt. Dadurch
kann die Wirbelablösung sehr homogen erfolgen, so daß die Ring
wirbel 11.1 bzw. 11.2 noch relativ lange hinter dem Wirbelfre
quenz-Strömungsmesser 2 als sogenannte von-Kärmänsche Wirbel
straße erhalten bleiben, ehe sie sich auflösen.
Bei den in den Ausführungsbeispielen gewählten stab- und
ringförmigen Staukörpern 4 haben deren Querschnitte 13 Rechteckform.
Dieser Querschnitt 13 besitzt Radial- und Axialsymmetrie,
so daß bei einer Anströmung des Wirbelfrequenz-Strömungsmessers
2 entgegen der Strömungsrichtung 10 (Fig. 1) sich identische
Verhältnisse einstellen (Die Wirbel lösen sich dann von den Ab
lösekanten 8.1 und 9.1 ab), mit anderen Worten, bei einem derar
tigen Querschnitt führt eine bestimmte Anströmgeschwindigkeit
für beide Anströmrichtungen zur gleichen Frequenz. Trotz der
Möglichkeit der Volumenstrommessung in beide Richtungen bleibt
hierdurch der Signalverarbeitungsaufwand gering.
In Fig. 14 sind weitere Querschnitte 13 der Staukörper 4
dargestellt, die eine Messung in beiden Strömungsrichtungen ge
statten. In den unten stehenden Erläuterungen wird exemplarisch
an einem rechteckigen Querschnitt (Fig. 14.2) festgehalten, wo
bei diese Ausführungen natürlich auch für die anderen Quer
schnitte gelten.
Bei den in den Stauring 4 eingebauten Sensoren handelt es
sich um Mikrosensoren 16 (Fig. 10, 11). Sie sind in den Fig.
2 bis 8 und 12 und 13 lediglich symbolisch durch Kreise darge
stellt. Wie schon erläutert, führen die sich an den Ablösekanten
8, 9 bzw. 8.1, 9.1 ablösenden Wirbel zu lokalen Geschwindig
keits- und Druckschwankungen. Daher sind alle Meßprinzipien ge
eignet, die eine Erfassung dieser Größen bzw. von diesen abhän
gigen Parametern ermöglichen. Beispiele für geeignete Sensoren
sind daher: Differenzdrucksensoren, Absolutdrucksensoren, Strö
mungsgesamtwiderstandssensoren, Strömungsreibungssensoren, Wär
meverlustsensoren und Wärmeverteilungssensoren. Diese Sensoren
typen sind dem Fachmann allgemein bekannt, so daß auch eine Um
setzung dieser Konstruktionsprinzipien in die Mikrotechnik mög
lich ist, diese bekannten Sensortypen also miniaturisierbar
sind. Die Mikrosensoren 16 sind daher in den Fig. 10, 11 in
Black-Box-Art dargestellt, da es hier auf das mit den Mikrosen
soren 16 verwirklichte Meßprinzip, nicht aber auf deren exakte
Konstruktion ankommt.
Bei den gewählten Ausführungsbeispielen kommen Differenz
druck-Mikrosensoren 16 zum Einsatz, obwohl die Erfindung nicht
darauf beschränkt ist. Bei der Messung mit Differenzdruck-
Mikrosensoren 16 liegen zwei Meßpunkte 16.1 und 16.2 vor, die
auf den Seitenflächen 17, 18 des Querschnitts 13 liegen. Die
Meßpunkte 16.1, 16.2 sind durch eine Durchgangsbohrung 23 hyd
raulisch miteinander verbunden. Bei den Meßpunkten 16.1, 16.2
kann es sich sowohl um Differenzdruck-Mikrosensoren 16 als auch
um die Auslässe der Durchgangsbohrungen 23 handeln, wobei einer
der Meßpunkte 16.1, 16.2 allerdings immer ein Differenzdruck-
Mikrosensor 16 sein muß, wie in den Fig. 10 und 11 darge
stellt. Über die Durchgangsbohrung 23 werden die Druckunter
schiede auf den Seitenflächen 17, 18 überlagert. Da infolge der
alternierenden Ablösung der Wirbel einem Druckanstieg auf der
einen Seite 17, 18 ein ungefähr gleich großer Druckabfall auf
der anderen Seite 18, 17 gegenübersteht, kommt es zu einer Ver
doppelung der Signalamplitude, d. h., zu einer großen Meßsignal
verstärkung, wodurch die Meßempfindlichkeit wesentlich erhöht
wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung von Sensoren zur Erfassung
der Strömungsrichtung wird nachstehend anhand der Fig. 2 bis
8 näher erläutert. Diese Figuren zeigen einen in eine Rohrlei
tung 1 eingebauten Wirbelfrequenz-Strömungsmesser 2 mit einem
stabförmigen Staukörper 4. Es liegt ein turbulentes Strömungs
profil 12 vor.
Zur Erfassung der Duchflußmenge und der Strömungsrichtung
ist im Prinzip ein Sensor 16 ausreichend. Dieser einfachste Fall
ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Abbildung geht hervor,
daß der Differenzdruck-Mikrosensor 16 in Höhe der Rohrachse an
geordnet und entgegen der Strömungsrichtung 20, also zu den Ab
lösekanten 8, 9 hin verschoben ist. Bei dieser Anordnung ist die
gemessene Druckamplitude, gleiche Strömungsgeschwindigkeiten
vorausgesetzt, bei einer Anströmung aus Richtung 20 größer als
bei einer Anströmung aus Richtung 21. Dieser Sachverhalt ist in
dem Diagramm gemäß Fig. 9 dargestellt, in dem die Kurve A der
Strömungsrichtung 20 und die Kurve B der Strömungsrichtung 21
zuzuordnen ist. Da aber einem Amplitudenwert zwei Frequenzen,
d. h. zwei Geschwindigkeiten, nämlich in Strömungsrichtung 20 o
der 21, zugeordnet werden können, ist die Amplitude allein nicht
hinreichend, um auf die Strömungsrichtung 20, 21 schließen zu
können. Hinzu kommen muß noch ein Kennfeld von unter definierten
Bedingungen ermittelten Frequenz-Amplituden-Paaren, mit denen
die aktuell gemessenen Werte verglichen werden. Bei der Anord
nung mit nur einem versetzten Sensor 16 erhöht sich also der Da
tenverarbeitungsaufwand.
Dieser Aufwand wird mit einer Anordnung gemäß Fig. 3 vermie
den. Hier sind zwei Differenzdruck-Mikrosensoren 16 vorgesehen,
die auf gleicher Höhe, in diesem Fall auf Höhe der Rohrachse,
liegen. Beide Differenzdruck-Mikrosensoren 16 sind gleichermaßen
gegenüber der Mittelachse 19 des Querschnitts 13 zu den Ablöse
kanten 8, 8.1 bzw. 9, 9.1 verschoben (Fig. 11). Dieser Versatz
der Sensoren 16 entgegen der beiden Strömungsrichtungen 20, 21
erhöht die Sicherheit der Richtungserkennung und verringert vor
allem den Datenverarbeitungsaufwand, da ein Vergleich der Sig
nalamplituden direkt durchgeführt werden kann (Fig. 9), ohne auf
ein gespeichertes Kennfeld, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2
zurückgreifen zu müssen. Ein weiterer Vorteil gegenüber dieser
Anordnung liegt in der Erhöhung der Meßredundanz.
Eine Erhöhung der Meßredundanz gegenüber der Anordnung gemäß
Fig. 2 wird auch durch eine Sensorverteilung nach Fig. 4 er
reicht. Hier sind zwei Differenzdruck-Mikrosensoren 16 in glei
cher Richtung, nämlich zu den Ablösekanten 8, 9 hin, um gleiche
Weglängen versetzt, wobei der Abstand rM der Sensoren 16 zur
Rohrachse gleich ist. Neben der Erfassung der Durchflußmenge und
der Strömungsrichtung 20, 21 besteht mit dieser Anordnung die
Möglichkeit, Strömungsasymmetrien zu erfassen, wenn ein entspre
chender Datenverarbeitungsaufwand betrieben wird. Hinsichtlich
der Erkennung der Strömungsrichtung 20, 21 besteht der gleiche
Nachteil wie bei der Sensoranordnung gemäß Fig. 2. Dieser Nach
teil kann aber analog zu der Lösung gemäß Fig. 3 durch eine Ver
doppelung der Sensoren 16 abgestellt werden, was in Fig. 5 dar
gestellt ist.
Dieser Nachteil ist aber auch durch eine einfachere, in Fig.
6 dargestellte Lösung vermeidbar. Hier sind zwei im gleichen Ab
stand rM von der Rohrachse angeordnete Differenzdruck-
Mikrosensoren 16 in entgegengesetzten Richtungen versetzt ange
ordnet. Da sie bei symmetrischer Anströmung aufgrund des glei
chen Abstandes zur Rohrachse gleiche lokale Strömungsgeschwin
digkeiten, d. h. Frequenzen detektieren, entspricht diese Anord
nung, was die Erfassung der Strömungsrichtung 20, 21 betrifft,
der Sensoranordnung gemäß Fig. 3, bietet aber demgegenüber den
Vorteil, Strömungsasymmetrien erfassen zu können.
Es versteht sich, daß durch eine Erhöhung der Anzahl von ü
ber die Höhe des Staukörpers 4 verteilten Sensoren 16 die Genau
igkeit der Asymmetrieerfassung erhöht wird. Fig. 7 zeigt eine
Sensoranordnung, bei der zu der in Fig. 6 dargestellten Anord
nung eine dritte, mittige Meßstelle hinzukommt. Da es zu dieser
mittigen Position keine Vergleichsposition gibt, ist diese mit
tig zwischen den Ablösekanten 8, 9 und 8,1, 9,1 angeordnet. Ein
Versatz dieser mittigen Meßstelle in die eine oder andere Strö
mungsrichtung 20, 21 ist ebenfalls denkbar, um die Signalampli
tude dieser Meßstelle bei einer bestimmten Haupt-
Strömungsrichtung 20, 21 zu maximieren.
In Fig. 8 ist ein Staukörper 4 mit vier paarweise versetzten
Differenzdruck-Mikrosensoren 16 gezeigt, wobei die Differenz
druck-Mikrosensoren 16 eines Paares jeweils gleiche Abstände rM1
bzw. rM2 von der Rohrachse haben. Diese Anordnung führt, wie die
Anordnung gemäß Fig. 5 auch, zu einer Redundanz bezüglich der
Erkennung der Strömungsrichtung 20, 21.
Als weitere Variante eines Meßstellenversatzes ist denkbar,
alle Meßstellen unterhalb der Rohrachse in eine Richtung und al
le Meßstellen oberhalb der Rohrachse in die andere Richtung zu
versetzen.
Die Fig. 12 und 13 zeigen Wirbelfrequenz-Strömungsmesser 2
mit ringförmigen Staukörpern 4, deren Sensoranordnung mit der
gemäß Fig. 6 bzw. 8 vergleichbar ist. Das zu den stabförmigen
Staukörpern 4 Gesagte gilt daher entsprechend.
Claims (9)
1. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser zur Erfassung der Durchfluß
menge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums durch eine
Rohrleitung mit einem in dieser gehalterten Staukörper, der
im wesentlichen parallel zur Strömung ausgerichtete, in
beiden Strömungsrichtungen von Wirbelablösekanten begrenzte
Seitenflächen aufweist, wobei in mindestens einer der Sei
tenflächen mindestens ein Sensor zur Erfassung von sich von
den Ablösekanten periodisch ablösenden Wirbeln angeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor
(16) in Strömungsrichtung (20, 21) gesehen außermittig zwi
schen den Ablösekanten (8, 8.1; 9, 9.1) angeordnet ist.
2. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Staukörper (4) stab- oder ringförmig
ist.
3. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen Sensor (16)
ein zweiter, dazu in Strömungsrichtung (20, 21) versetzter
und auf dem gleichen Strömungsfaden liegender Sensor (16)
zugeordnet ist.
4. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach Anspruch 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei über die Höhe des
stabförmigen bzw. auf den Umfang des ringförmigen Staukörpers
(4) verteilte und in Strömungsrichtung (20, 21) gegen
einander versetzte Sensoren (16) vorgesehen sind.
5. Wirbelfreqenz-Strömungsmesser nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sensoren (16) paarweise versetzt sind
und der Abstand der Sensoren (16) eines Paares von der
Rohrachse gleich ist.
6. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (16) in
entgegengesetzten Richtungen außermittig zwischen den Ablö
sekanten (8, 8.1; 9, 9.1) angeordnet sind.
7. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich auf den
Seitenflächen (17, 18) des Staukörpers (4) gegenüberliegen
den Meßstellen (16.1, 16.2) diese über eine Durchgangsboh
rung (23) hydraulisch miteinander verbunden sind.
8. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (23) beidseitig
durch im wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Seiten
flächen (17, 18) abschließende Membranen verschlossen sind,
wobei zumindest eine der beiden Membranen integraler Be
standteil eines Differenzdrucksensors (16) ist.
9. Wirbelfrequenz-Strömungsmesser nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (16)
Mikrosensoren sind.
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7793554B2 (en) * | 2009-02-05 | 2010-09-14 | Masco Corporation | Flexible sensor flow and temperature detector |
US20130079667A1 (en) * | 2011-09-28 | 2013-03-28 | General Electric Company | Flow sensor with mems sensing device and method for using same |
US9032815B2 (en) | 2011-10-05 | 2015-05-19 | Saudi Arabian Oil Company | Pulsating flow meter having a bluff body and an orifice plate to produce a pulsating flow |
US9243940B2 (en) * | 2013-07-23 | 2016-01-26 | Yokogawa Corporation Of America | Optimized techniques for generating and measuring toroidal vortices via an industrial vortex flowmeter |
CN108709593B (zh) * | 2018-05-18 | 2024-04-12 | 金卡智能集团股份有限公司 | 一种环形涡街流量计量装置、流量计及其流量测量方法 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2061817A1 (de) * | 1970-12-16 | 1972-06-22 | Krohne Fa Ludwig | |
US3863500A (en) * | 1972-04-27 | 1975-02-04 | Yokogawa Electric Works Ltd | Flow velocity measuring device |
US3948097A (en) * | 1973-08-28 | 1976-04-06 | Yokogawa Electric Works, Ltd. | Flow velocity measuring device |
US3991613A (en) * | 1975-03-10 | 1976-11-16 | Corning Glass Works | Sensing element for flow meter |
US3996796A (en) * | 1975-03-10 | 1976-12-14 | Corning Glass Works | Flow meter |
DE2845378A1 (de) * | 1978-10-18 | 1980-04-24 | Rolf Neumaier | Verfahren zur haltbarmachung und naehrwertsteigerung von nassfutter |
DE2845753A1 (de) * | 1978-10-20 | 1980-04-30 | Siemens Ag | Messeinrichtung nach dem prinzip der karman'schen wirbelstrasse |
EP0069008A1 (de) * | 1981-06-30 | 1983-01-05 | Societe De Prospection Electrique Schlumberger | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungseigenschaften einer Flüssigkeit in einer Quelle |
US5060522A (en) * | 1990-01-19 | 1991-10-29 | Lew Hyok S | Mass-volume vortex flowmeter |
EP0502517A1 (de) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | IWKA Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Messung des Fluidfusses in einem Strömungskanal |
EP0666468A2 (de) * | 1994-02-04 | 1995-08-09 | The Foxboro Company | Ersetzbarer Wirbelsensor für mehrfache Messung |
JPH09196959A (ja) * | 1996-01-19 | 1997-07-31 | Yokogawa Electric Corp | 風向風速計 |
JPH09196721A (ja) * | 1996-01-12 | 1997-07-31 | Yokogawa Electric Corp | 非満水流量計 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3722273A (en) * | 1970-01-30 | 1973-03-27 | Yokogawa Electric Works Ltd | Flow measuring apparatus |
GB1401272A (en) * | 1971-06-17 | 1975-07-16 | Kent Instruments Ltd | Flowmeters |
US3879954A (en) * | 1973-02-09 | 1975-04-29 | Chemetron Corp | Method of chilling products |
GB1553162A (en) * | 1978-01-10 | 1979-09-19 | Standard Telephones Cables Ltd | Measuring fluid flow |
DE2802009A1 (de) * | 1978-01-18 | 1979-07-19 | Willi Dr Ing Gruender | Wirbeldurchflussmesser |
US4281553A (en) * | 1978-05-04 | 1981-08-04 | Datta Barua Lohit | Vortex shedding flowmeter |
JPS6029696Y2 (ja) * | 1980-07-18 | 1985-09-07 | トキコ株式会社 | 流速流量検出装置 |
GB8628747D0 (en) * | 1986-12-02 | 1987-01-07 | Moore Barrett & Redwood | Vortex-shedding flowmeters |
US4922759A (en) * | 1988-02-03 | 1990-05-08 | Flowtec Ag | Vortex frequency flow meter |
US4995269A (en) * | 1990-03-08 | 1991-02-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Vortex flowmeter having an asymmetric center body |
US5170671A (en) * | 1991-09-12 | 1992-12-15 | National Science Council | Disk-type vortex flowmeter and method for measuring flow rate using disk-type vortex shedder |
US5214965A (en) * | 1991-10-08 | 1993-06-01 | Lew Hyok S | Vortex generator-sensor with noise cancelling transducer |
DE59203846D1 (de) * | 1992-02-27 | 1995-11-02 | Flowtec Ag | Wirbelströmungsmessgerät. |
US5289726A (en) * | 1992-09-22 | 1994-03-01 | National Science Council | Ring type vortex flowmeter and method for measuring flow speed and flow rate using said ring type vortex flowmeter |
US6003383A (en) * | 1994-03-23 | 1999-12-21 | Schlumberger Industries, S.A. | Vortex fluid meter incorporating a double obstacle |
US6615673B1 (en) * | 1999-07-26 | 2003-09-09 | The Foxboro Company | Integral shedder and mounting pad |
-
2001
- 2001-04-17 DE DE10118810A patent/DE10118810A1/de not_active Ceased
-
2002
- 2002-04-17 KR KR10-2003-7013467A patent/KR20030090740A/ko not_active Application Discontinuation
- 2002-04-17 RU RU2003133304/28A patent/RU2003133304A/ru not_active Application Discontinuation
- 2002-04-17 EP EP02729873A patent/EP1379841A1/de not_active Withdrawn
- 2002-04-17 CN CNA028084632A patent/CN1503897A/zh active Pending
- 2002-04-17 US US10/475,226 patent/US20040107778A1/en not_active Abandoned
- 2002-04-17 JP JP2002581932A patent/JP2004522159A/ja active Pending
- 2002-04-17 WO PCT/DE2002/001428 patent/WO2002084225A1/de not_active Application Discontinuation
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2061817A1 (de) * | 1970-12-16 | 1972-06-22 | Krohne Fa Ludwig | |
US3863500A (en) * | 1972-04-27 | 1975-02-04 | Yokogawa Electric Works Ltd | Flow velocity measuring device |
US3948097A (en) * | 1973-08-28 | 1976-04-06 | Yokogawa Electric Works, Ltd. | Flow velocity measuring device |
US3991613A (en) * | 1975-03-10 | 1976-11-16 | Corning Glass Works | Sensing element for flow meter |
US3996796A (en) * | 1975-03-10 | 1976-12-14 | Corning Glass Works | Flow meter |
DE2845378A1 (de) * | 1978-10-18 | 1980-04-24 | Rolf Neumaier | Verfahren zur haltbarmachung und naehrwertsteigerung von nassfutter |
DE2845753A1 (de) * | 1978-10-20 | 1980-04-30 | Siemens Ag | Messeinrichtung nach dem prinzip der karman'schen wirbelstrasse |
EP0069008A1 (de) * | 1981-06-30 | 1983-01-05 | Societe De Prospection Electrique Schlumberger | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungseigenschaften einer Flüssigkeit in einer Quelle |
US5060522A (en) * | 1990-01-19 | 1991-10-29 | Lew Hyok S | Mass-volume vortex flowmeter |
EP0502517A1 (de) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | IWKA Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Messung des Fluidfusses in einem Strömungskanal |
EP0666468A2 (de) * | 1994-02-04 | 1995-08-09 | The Foxboro Company | Ersetzbarer Wirbelsensor für mehrfache Messung |
JPH09196721A (ja) * | 1996-01-12 | 1997-07-31 | Yokogawa Electric Corp | 非満水流量計 |
JPH09196959A (ja) * | 1996-01-19 | 1997-07-31 | Yokogawa Electric Corp | 風向風速計 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 06-241 853 A, in: Patents Abstract of Japan (1994) * |
JP 56-55 813 A, in: Patents Abstract of Japan (1981) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20030090740A (ko) | 2003-11-28 |
CN1503897A (zh) | 2004-06-09 |
JP2004522159A (ja) | 2004-07-22 |
US20040107778A1 (en) | 2004-06-10 |
WO2002084225A1 (de) | 2002-10-24 |
RU2003133304A (ru) | 2005-02-27 |
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Owner name: SENSUS METERING SYSTEMS GMBH HANNOVER, 30880 LAAT |
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