DE10121826A1 - Oscillating-jet fluid meter has sensor elements which detect oscillation of impact body rotatably mounted on axis perpendicular to channel axis - Google Patents
Oscillating-jet fluid meter has sensor elements which detect oscillation of impact body rotatably mounted on axis perpendicular to channel axisInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingstrahlzähler mit einem Strömungs führungskanal, der sich von einem Einströmkanal in Richtung auf einen mittig in der Kanalachse angeordneten Prallkörper erweitert und sich nach diesem in Richtung auf den Ausströmkanal wieder verengt, sowie mit Sensorelementen zur Erfassung der Schwingfrequenz des Freistrahls.The invention relates to an oscillating jet counter with a flow guide channel that extends from an inflow channel towards a center in the baffle arranged and expanded after this in Direction on the outflow channel narrowed again, as well as with sensor elements Detection of the oscillation frequency of the free jet.
Derartige Schwingstrahlzähler, bei denen ein aus dem Einströmkanal austretender Freistrahl durch komplexe hydrodynamische Vorgänge bedingt im Messraum zu einer periodischen Schwingung angeregt wird, deren Frequenz - je nach Kon struktion und Dimensionierung - proportional zum Durchfluss ist, haben eine sehr hohe Messdynamik bis zu 500 : 1. Allerdings kann man mit keinem der bislang bekannten Sensorelemente diese Messspanne tatsächlich detektieren.Such oscillating jet counters, in which one emerging from the inflow channel Free jet caused by complex hydrodynamic processes in the measuring room a periodic vibration is excited, the frequency - depending on Kon structure and dimensioning - proportional to the flow rate, have a very high measuring dynamics up to 500: 1. However, none of the previously Known sensor elements actually detect this span.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwingstrahlzähler der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass über den hohen Messdynamik bereich eine Erfassung der Schwingungsfrequenzen des Freistrahls möglich und damit die hohe Messdynamik voll nutzbar ist.The invention is therefore based on the object of an oscillating beam counter type mentioned above so that the high measurement dynamics range of the vibration frequencies of the free jet possible and so that the high measurement dynamics are fully usable.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Prallkörper um eine senkrecht zur Kanalachse liegende Drehachse drehgelagert und geomet risch derart gestaltet ist, dass sich durch den Freistrahl eine Pendelbewegung ausbilden kann, und dass die Sensorelemente die Schwingungen des Prallkörpers erfassen.To solve this problem, the invention provides that the impact body about a rotation axis perpendicular to the channel axis and geomet is designed in such a way that the free jet causes a pendulum movement can train, and that the sensor elements the vibrations of the impact body to capture.
Das alternierend links oder rechts am Prallkörper vorbeifließende Wasser des Freistrahls und die damit verbundenen Druckänderungen im Messraum üben auf die durch die entsprechende Geometrie des Prallkörpers Kräfte aus, die diesen zu einer Drehbewegung um die Achse im Rhythmus der Schwingfrequenz anregen.The water flowing alternately to the left or right of the impact body Free jets and the associated pressure changes in the measuring room exercise the forces resulting from the corresponding geometry of the impact body stimulate a rotary movement around the axis in rhythm with the oscillation frequency.
Um einen Strömungsabriss zu vermeiden und somit ein Versagen des Messprin zips zu unterbinden, sollen dabei in Weiterbildung der Erfindung die Auslenkung des Prallkörpers begrenzende Anschläge vorgesehen sein. Dabei können mit be sonderem Vorteil in die Anschläge zugleich die Sensoren in Form von Piezoele menten oder elektrischen Kontakten oder dergleichen mit eingebaut sein, über die die Schwingfrequenz des Prallkörpers gemessen wird.In order to avoid a stall and thus a failure of the measuring prin To prevent zips, the deflection is intended in a further development of the invention limit stops of the impact body may be provided. You can use be a special advantage in the stops are the sensors in the form of piezoelectric elements elements or electrical contacts or the like can be installed with the the vibration frequency of the impact body is measured.
Generell könnten aber auch eine Vielzahl anderer Sensoren, wie zum Beispiel kapazitive, induktive, resistive, magnetische, magnetisch induktive, optische Sen soren oder aber auch Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen wie von Drucken oder Kräften Verwendung finden.In general, however, a variety of other sensors, such as capacitive, inductive, resistive, magnetic, magnetically inductive, optical sen sensors or sensors for measuring mechanical quantities such as Print or use forces.
Über die Geometrie des Prallkörpers und die Qualität der Lagerung kann die Empfindlichkeit des Messprinzips bzw. die Messbereichsuntergrenze beeinflusst werden, während die Positionierung der Anschläge eine exakte Anpassung auf das verwendete Sensorprinzip zulässt.About the geometry of the impact body and the quality of the bearing can Sensitivity of the measuring principle or the lower limit of the measuring range is influenced be precise adjustment while positioning the stops the sensor principle used allows.
Der erfindungsgemäße Schwingstrahlzähler vereint die jeweiligen Vorteile eines Schwingstrahlzählers im Hinblick auf die hohe Messdynamik mit den Vorteilen ei nes Schwingkörperdurchflussmessers, bei dem zwar die Schwingungen des Schwingkörpers sehr einfach detektierbar sind, der aber selbst nur eine sehr klei ne Dynamik von günstigtenfalls 20 : 1 aufweist, so dass Schwingkörperdurch flussmesser zur Volumenmessung im Haustechnikbereich ungeeignet sind. Die Auswertbarkeit des schwingenden Prallkörpers ist dabei sogar noch besser als bei üblichen Schwingkörperdurchflussmessern, da die Auslenkung des drehbar gela gerten Prallkörpers sehr definiert mittels der in weiten Bereichen einstellbaren Auslenkung erfolgen kann. Dies ist auch der Grund dafür, dass sich alle oben an geführten Sensorprinzipien bei einem erfindungsgemäßen kombinierten Schwing strahlzäher adaptieren lassen.The oscillating jet counter according to the invention combines the respective advantages of a Vibration beam counter with the advantages of high measurement dynamics Nes vibrating body flow meter, in which the vibrations of the Vibrating body are very easy to detect, but only a very small ne dynamic of 20: 1 favorably, so that vibrating body through flow meters are unsuitable for volume measurement in building services. The Evaluability of the vibrating impact body is even better than with usual vibrating body flow meters, because the deflection of the rotatable gela The impact body is very defined by means of the adjustable range Deflection can take place. This is also the reason why everyone is on top guided sensor principles in a combined vibration according to the invention Have your jet adapted.
Eine der schon oben erwähnten Möglichkeiten der Erfassung der Schwingungs frequenz des mit dem schwingenden Freistrahl mitschwingenden Prallkörpers be steht in der Anordnung eines magnetischen Segments auf der Oberfläche des Prallkörpers, das von einem Magnetsensor detektiert werden kann. One of the possibilities of detecting the vibration mentioned above frequency of the impact body that vibrates with the oscillating free jet stands in the arrangement of a magnetic segment on the surface of the Impact body that can be detected by a magnetic sensor.
Obgleich der erfindungsgemäße kombinierte Durchflussmesser per Definition kein statisches Messprinzip nutzt, umgeht er die Problematik üblicher mechanischer Messverfahren (Flügelradzähler, Ringkolbenzähler usw.), bei denen die Qualität und Sauberkeit der Lager über die erzielbare Messgenauigkeit entscheidet. Die Beweglichkeit des Prallkörpers hingegen korrespondiert nicht mit der Messge nauigkeit des Durchflussmessers, da der Prallkörper nur als Indikator für die Schwingungsfrequenz des wandernden Freistrahls durch den Messraum dient, während die Impulswertigkeit und die Reproduzierbarkeit mit der Geometrie des Messraums, der Ein- und Ausströmkanäle sowie des Prallkörpers definiert wird. Die Qualität des Lagers beeinflusst in keiner Weise die Messgenauigkeit, aller dings kann unter ungünstigen Bedingungen die erhöhte Lagerreibung den Wert der Messbereichsuntergrenze zu höheren Durchflüssen hin verschieben, wodurch die maximale Messdynamik des Durchflussmessers kleiner wird. Abgesehen von diesem Effekt arbeitet das Messprinzip des erfindungsgemäßen kombinierten Schwingstrahlzählers mit als Schwingkörper ausgebildeten Prallkörper somit weit gehend verschleiß- und verschmutzungsunabhängig.Although the combined flow meter of the invention by definition, none uses static measuring principle, it bypasses the problems of conventional mechanical Measuring methods (impeller counters, ring piston counters, etc.) in which the quality and cleanliness of the bearings determines the achievable measurement accuracy. The Movement of the impact body, however, does not correspond to the measurement accuracy of the flow meter, as the impact body only serves as an indicator of the Vibration frequency of the traveling free jet through the measuring room, while the pulse value and the reproducibility with the geometry of the Measurement room, the inflow and outflow channels and the impact body is defined. The quality of the bearing in no way affects the measurement accuracy, everyone However, under unfavorable conditions the increased bearing friction can add value shift the lower limit of the measuring range to higher flow rates, whereby the maximum measuring dynamic of the flow meter becomes smaller. Apart from the measuring principle of the combined according to the invention works with this effect Vibration beam counter with impact body designed as a vibrating body is thus wide independent of wear and soiling.
Wenn von einer besonderen Geometrie des Prallkörpers die Rede ist, derart dass sich eine Pendelbewegung ausbilden kann, so ist damit gemeint, dass der Prall körper keinesfalls vollkommen drehsymmetrisch sein darf, sondern dass er bei spielsweise in der Anströmstirnfläche mit konkaven Vertiefungen versehen ist. Gegebenenfalls kann auch noch vorgesehen sein, dass der Prallkörper auf der dem Ausströmkanal zugekehrten Rückseite mit einer blattförmigen Verlängerung versehen ist.If there is talk of a special geometry of the impact body, such that a pendulum movement can form, it means that the impact body must not be completely rotationally symmetrical, but that it should be for example, is provided with concave depressions in the inflow face. If necessary, it can also be provided that the impact body on the the back side facing the outflow channel with a leaf-shaped extension is provided.
Der erfindungsgemäße Schwingstrahlzähler kann auch als symmetrischer Schwingstrahlzähler ausgebildet sein, der sowohl in der einen wie der anderen Strömungsrichtung arbeiten kann, indem der Strömungsführungskanal einschließ lich des Einströmkanals und des Ausströmkanals zur Quermittelebene durch den Prallkörper ebenso wie dieser symmetrisch ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestal tung ist es dann zweckmäßig, die Anschläge zur Verhinderung einer übermäßigen Auslenkung des Prallkörpers oder gar zum Durchrotieren des Prallkörpers, in symmetrischen Aussparungen des Prallkörpers anzuordnen und nicht außerhalb des Prallkörpers.The oscillating beam counter according to the invention can also be a symmetrical one Vibration beam counter to be formed, both in one and the other Flow direction can work by including the flow guide channel Lich the inflow channel and the outflow channel to the transverse median plane through the Impact body as well as this is symmetrical. With this configuration tion, it is then expedient to prevent excessive attacks Deflection of the impact body or even to rotate through the impact body, in Arrange symmetrical recesses of the impact body and not outside of the impact body.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention result from the following description of an embodiment and based on the Drawing. Show:
Fig. 1 eine Aufsicht auf den geöffneten Messraum einer ersten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Schwingstrahlzählers, Fig. 1 is a plan view of the open measuring space a first exporting approximate shape of a resonant beam counter according to the invention,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Messraums nach Fig. 1 ohne die in Fig. 1 gezeigten als Sensoren ausgebildeten Anschläge, Fig. 2 is a perspective view of the measurement space of Fig. 1 without the shown in FIG. 1 formed as sensors stops,
Fig. 3 eine Aufsicht auf den geöffneten Messraum einer zweiten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Schwingstrahlzählers und Fig. 3 is a plan view of the open measuring space of a second embodiment of an oscillating beam counter according to the invention and
Fig. 4 u. 5 vergrößerte Ansicht des Prallkörpers in der Mittelstellung sowie einer der durch die Anschläge begrenzten Endausschlagstellungen. Fig. 4 u. 5 enlarged view of the impact body in the central position and one of the end deflection positions limited by the stops.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 gelangt die zu messende Flüssigkeit über einen Einströmkanal 1 mit einer definierten Stufe in einen Strömungsfüh rungskanal 2, in dem sich ein auf der Mittelachse 11 befindlicher Prallkörper 3 be findet. Der Strömungsführungskanal erweitert sich bis zu einer Stelle stromab wärts des Prallkörpers 3, von wo aus sich der Strömungsführungskanal 2 wieder verengt bis zum Ausströmkanal 4, der im gezeigten Ausführungsbeispiel erheblich weiter ist als der Einströmkanal 1. Durch die bereits angesprochenen komplexen hydrodynamischen Vorgänge im Messraum wird ein aus dem Einströmkanal 1 austretender Freistrahl zu periodischen Schwingungen angeregt, deren Frequenz linear zum Durchfluss ist, wobei der schwingende Freistrahl alternierend links oder rechts am Prallkörper 3 vorbeifließt. Der Prallkörper 3 ist auf einer senkrecht zur Strömungsachse liegenden Achse 5 drehbar gelagert und mit einer Fahne 6, das heißt einer blattförmigen Verlängerung versehen. Der schwingende Freistrahl und die damit verbundenen Druckänderungen im Messraum üben auf die Fahne 6 des Prallkörpers 3 Kräfte aus, die ihn zu einer Drehbewegung um die Achse im Rhythmus der Schwingfrequenz anregen. Die Amplitude dieser Schwingungen wird durch Anschläge 7 und 8 begrenzt, um einen Strömungsabriss und somit das Versagen des Messprinzips zu unterbinden. Diese nur in Fig. 1 gezeigten An schläge können mit einem Piezoelement oder elektrischen Kontakten ausgestattet sein und somit als Sensorelement für die Schwingfrequenz des schwingenden Prallkörpers und damit letztlich der Schwingfrequenz des Freistrahls dienen. Eine Erfassung der Schwingungsfrequenz des schwingenden Prallkörpers ist bei spielsweise auch über ein an der Fahne befestigtes Magnetplättchen 9 möglich, das unter einem Sensorelement 10 schwingt.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the liquid to be measured passes through an inflow channel 1 with a defined step into a flow guide channel 2 in which there is an impact body 3 located on the central axis 11 . The flow guide channel extends up to a point downstream of the impact body 3 , from where the flow guide channel 2 narrows again to the outflow channel 4 , which in the exemplary embodiment shown is considerably wider than the inflow channel 1 . Due to the already mentioned complex hydrodynamic processes in the measuring space, a free jet emerging from the inflow channel 1 is excited to periodic vibrations, the frequency of which is linear to the flow, the oscillating free jet alternately flowing past the impact body 3 on the left or right. The impact body 3 is rotatably mounted on an axis 5 lying perpendicular to the flow axis and provided with a flag 6 , that is to say a leaf-shaped extension. The oscillating free jet and the associated pressure changes in the measuring chamber exert 3 forces on the flag 6 of the impact body, which stimulate it to rotate about the axis in the rhythm of the oscillation frequency. The amplitude of these vibrations is limited by stops 7 and 8 in order to prevent a stall and thus the failure of the measuring principle. This can only be shown in Fig. 1 to be equipped with a piezo element or electrical contacts and thus serve as a sensor element for the oscillation frequency of the vibrating impact body and thus ultimately the oscillation frequency of the free jet. Detection of the oscillation frequency of the vibrating impact body is also possible, for example, via a magnetic plate 9 fastened to the flag, which oscillates under a sensor element 10 .
Die an beliebiger Stelle des Prallkörpers positionierbaren, amplitudenbegrenzen den Anschläge 7 und 8 sind so gewählt, dass Drehwinkel des Prallkörpers 3 von bis zu +-10° möglich sind. Je nach verwendetem Sensorprinzip (kapazitiv, induk tiv, resistiv, magnetisch, magnetisch induktiv, optisch, Druck- oder Kraftmesser) lässt sich der Drehwinkel über die Position eines oder mehrerer Anschläge 7 und 8 beliebig anpassen. Der Vorteil, der darin besteht, dass sich die Schwingungen eines mechanischen Bauteils wesentlich einfacher messen lassen als die Schwin gungen des Freistrahls selbst, bleiben auch bei einer sehr hohen Messdynamik von 500 : 1 bestehen.The positions 7 and 8 of the stops 7 and 8 , which can be positioned at any point on the impact body, are chosen such that angles of rotation of the impact body 3 of up to + -10 ° are possible. Depending on the sensor principle used (capacitive, inductive, resistive, magnetic, magnetic inductive, optical, pressure or dynamometer), the angle of rotation can be adjusted as required via the position of one or more stops 7 and 8 . The advantage, which is that the vibrations of a mechanical component are much easier to measure than the vibrations of the free jet itself, remain even with a very high measuring dynamic of 500: 1.
In den Fig. 3-5 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kombi nierten Schwingstrahl-Schwingkörperzählers dargestellt, bei dem der Strömungs führungskanal 2' einschließlich des Einströmkanals 1' und des Ausströmkanals 4' zur Quermittelebene 16 durch den Prallkörper 5' ebenso wie dieser symmetrisch ausgebildet ist. Dadurch lässt sich ein solcher Schwingstrahlzähler zum Messen von Flüssigkeit in beiden Strömungsrichtungen, also sowohl vom Einströmkanal 1' zum Ausströmkanal 4' als auch umgekehrt vom Kanal 4' zum Kanal 1' verwenden. Bei dieser symmetrischen Ausführungsform sind die Anschläge 7' und 8' in sym metrisch im Prallkörper 5' angeordneten etwas größeren Ausnehmungen 12 und 13 angeordnet, wobei einer dieser als Stifte ausgebildeten Anschläge 7' und 8' mit einem Piezoelement oder elektrischen Kontakten ausgestattet sein kann und somit als Sensorelement für die Schwingfrequenz des schwingenden Prallkörpers 5' dienen kann. Zur Messung der Strömungsrichtung muss zusätzlich an einer ge eigneten Stelle mindestens ein Sensor S1 bzw. S1' angebracht werden. Durch diese Vertiefungen 14 und 15 ergibt sich auch eine Geometrie, durch die sich eine Pendelbewegung des Prallkörpers 5' aufgrund des pendelnden Freistrahls ausbil den kann und zwar auch bei der in den Fig. 3-5 gezeigten symmetrischen Aus bildung des Prallkörpers 5' anstelle der unsymmetrischen nur eine Durchströ mungsrichtung zulassenden Ausbildung bei den Fig. 1 und 2.In FIGS. 3-5, an embodiment of a combi ned vibrating beam transducers body counter according to the invention, in which the flow is guide channel 'including the inlet channel 1' and of the discharge passage 4 'to the transverse center plane 16 through the collision member 5' as well as the formed 2 symmetrically , Characterized such an oscillating jet can be counter for measuring fluid flow in both directions, ie both the inlet channel 1 'to the outflow channel 4' and vice versa from the channel 4 'for the channel 1' use. In this symmetrical embodiment, the stops 7 'and 8 ' are arranged in sym metrically in the impact body 5 'arranged somewhat larger recesses 12 and 13 , wherein one of these stops 7 ' and 8 'designed as pins can be equipped with a piezo element or electrical contacts and can thus serve as a sensor element for the vibration frequency of the vibrating impact body 5 '. To measure the flow direction, at least one sensor S1 or S1 'must also be attached at a suitable location. Through these recesses 14 and 15 there is also a geometry through which a pendulum movement of the impact body 5 'can be formed due to the oscillating free jet, even with the symmetrical formation of the impact body 5 ' shown in FIGS . 3-5 instead of asymmetrical only one flow direction permitting training in FIGS . 1 and 2.
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