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Die
Erfindung betrifft einen Strömungsmesser für Flüssigkeiten
und Gase mit einem Laufrad, dessen Achse aus einem magnetischen
Stoff und dessen Flügel, aus einem nichtmagnetischem Stoff ausgebildet
sind, wobei die Magnetachse drehbar auf Lagern angeordnet ist, wobei
eine Baugruppe zur Datenaufnahme eine Strahlungsquelle, einen Fotoempfänger
und eine Messeinheit umfasst und die Strahlungsquelle und der Fotoempfänger
entgegengesetzt relativ zu der Drehungsebene des Laufrades angeordnet
sowie optisch miteinander verbunden sind und wobei die Strahlungsquelle
und der Fotoempfänger so angeordnet sind, dass der Fotoempfänger
beim Drehen des Laufrades von den Flügeln überdeckbar
sind. Die Erfindung kann zur Messung der Geschwindigkeit von Flüssigkeits-
und Gasströmungen auch in Rohrleitungen, eingesetzt werden.
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Es
sind Einrichtungen zur Durchflussmessung für flüssige
Medien bekannt, welche die Messung der Strömungsgeschwindigkeit
benutzen. Der Messwertaufnehmer dieser Einrichtungen ist als ein Laufrad
ausgebildet. Das Laufrad ist auf einer Achse aufgebracht. Die Enden
der Achse stützen sich in Lagern ab (s. z. B., Zeitlin
V. G. Messtechnik für Ermittlung von Durchfluss und Menge
von Flüssigkeiten, Gas und Dampf. Moskau, Isdatelstvo Standartov, 1981,
S. 71–72).
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Die
Wirkungsweise von solchen Einrichtungen beruht auf der Drehzahlmessung
des Laufrads, welches sich unter der Wirkung der Strömung
eines fließenden Mediums umdreht. Die Drehzahl des Laufrads
ist der Strömungsgeschwindigkeit proportional. Um die Drehzahl
zu erfassen, werden verschiedene Einrichtungen eingesetzt. Diese
Einrichtungen reagieren auf die Laufrad-Drehungen. Das sind z. B. Umformer,
welche die Wellenumdrehungszahl in eine andere Größe
umsetzen. In der Regel ist es die elektrische Impulsfrequenz.
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Der
Mangel solcher Konstruktionen ist die Lagerreibung und die Notwendigkeit,
Sondermaßnahmen beim Transport und bei der Aufstellung
zu ergreifen, um die Beschädigungen der Lagerachsen zu
vermeiden. Die Lagerreibung bedingt die Entstehung einer Unempfindlichkeitszone
am Anfang des Geschwindigkeitsbereichs. Dies verhindert die Messung
von geringen Strömungsgeschwindigkeiten (dabei muss die
Ruhe-Reibungskraft überwunden werden). Das Vorhandensein
von präzisen mechanischen Bauteilen bereitet bestimmte
Schwierigkeiten beim Betrieb. Außerdem ist die Reibungsschwelle des
Laufrads keine konstante Größe. Sie variiert je nach
Abnutzungsgrad der Lager, Verschmutzungsgrad der Reibflächen
usw.
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Es
ist ein Turbinen-Durchflussmesser zur Durchflussessung von Flüssigkeit
oder Gas bekannt. In diesem Turbinen-Durchflussmesser ist eine Kleinturbine
(des Laufrads) zwischen den Polköpfen eines Dauermagneten
aufgehängt (
RU
2079812C1 ). Die Baugruppe zur Datenaufnahme besteht in
diesem bekannten Durchflussmesser aus einem optisch miteinander
verbundenen Strahler und Fotoempfänger. Der Strahler und
der Fotoempfänger sind so angeordnet, dass der Fotoempfänger
beim Drehen der Laufradflügel überdeckt werden
kann. Dank der Nutzung von einer magnetischen Lagerung wird nur
geringe Reibungskraft zwischen dem Lager aus einem verschleißfesten
Material und der Achse der Kleinturbine erreicht.
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Jedoch
weist diese Einrichtung bestimmte Mängel auf und zwar:
Die komplizierte Fertigung des Dauermagneten mit vorgegebenen Abmessungen sowie
die Unmöglichkeit, die Strömungsrichtung der Flüssigkeit
festzustellen.
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Verschiedene
Einsatzbedingungen setzen die Anwendung von Laufrädern
verschiedener Baugrößen voraus. Wenn Laufräder
verschiedener Baugrößen eingesetzt werden, ist
es notwendig, dementsprechend verschiedene Magnete herzustellen.
Darüber hinaus werden die Anwendungsgebiete dieser Einrichtungen
dadurch beschränkt, dass es unmöglich ist, die
Strömungsrichtung der Flüssigkeit festzustellen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Einrichtung zu schaffen,
welche die Messung der Strömungsgeschwindigkeit der jeweiligen
Flüssigkeit sicherstellt und die Möglichkeit schafft,
eine Reihe von Messgeräten für verschiedene Einsatzbedingungen
zu bilden.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Lager
in Form von zwei Dauermagneten ausgebildet sind.
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Der
Strömungsmesser enthält ein Laufrad und eine Baugruppe
zur Datenaufnahme. Die Achse des Laufrads ist aus einem magnetischen
Material und die Flügel des Laufrads sind aus einem nicht
magnetischen Material ausgeführt. Das Laufrad wird drehbar
auf Lagern aufgesetzt. Die Baugruppe zur Datenaufnahme umfasst eine
Strahlungsquelle, einen Fotoempfänger und eine Messeinheit.
Die Strahlungsquelle und der Fotoempfänger sind an entgegengesetzten
Seiten der Drehungsebene des Laufrads angeordnet. Sie sind optisch
miteinander verbunden. Die Strahlungsquelle und der Fotoempfänger
sind so angeordnet, dass der Fotoempfänger beim Drehen
der Laufradflügel überdeckt wird. Die Lager sind
als zwei Dauermagnete ausgeführt. Die Dauermagnete können
mittels eines Magnetleiters verbunden werden. Die Baugruppe zur
Datenaufnahme kann zwei Fotoempfänger enthalten, die entgegengesetzt
relativ zur Strahlungsquelle angeordnet sind. Dabei liegen die Fotoempfänger
in einer Ebene, die normal zu Drehachse des Laufrads verläuft.
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Die
Benutzung von zwei Dauermagneten ermöglicht es, eine betriebsfreundliche
Einrichtung zu entwickeln. Das gilt besonders für solche
Fälle, wenn die Streuflüsse belanglos sind. Das
Vorhandensein von einem Magnetleiter ermöglicht es, Messgeräte mit
verschiedenen Geometrien und Abmessungen unter Nutzung von gleichen
Dauermagneten herzustellen, und zwar dadurch, dass die Form und
die Abmessungen des Magnetleiters geändert wird, sowie dass
die Streuflüsse scharf reduziert werden.
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Die
Anwendung von zwei Fotoempfängern, die an verschiedenen
Seiten relativ zur Strahlungsquelle angeordnet werden und in einer
Ebene liegen, die normal zu Drehachse des Laufrads verläuft,
ermöglicht es, die Richtung der Strömung zu bestimmen.
Das hängt damit zusammen, dass das Anfangsmoment der Abschattung
des einen Fotoempfängers durch den Flügel des
Laufrads sich von dem gleichen Moment für den anderen Fotoempfänger unterscheiden
wird. Mittels logischer Signalbearbeitung kann die Strömungsrichtung
festgestellt werden.
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Die
Erfindung wird anhand eins in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
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1 im
Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die
Lager in Form von zwei Dauermagneten ausgebildet sind;
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2 die
Seitenansicht der Einrichtung nach 1;
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3 im
Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die
Lager in Form von zwei Dauermagneten ausgebildet sind und mittels
eines Magnetleiters verbunden sind und
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4 die
Seitenansicht der Einrichtung nach 3.
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Der
Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase
enthält ein Laufrad mit einer Magnetachse 1 mit Flügeln 2 aus
nichtmagnetischem Stoff. Das Laufrad liegt zwischen Lagern, die
als zwei zylinderförmige Dauermagnete 3 und 4 ausgebildet
sind. Auf die Dauermagneten 3 und 4 sind dünne
Platten aus einem verschleißfesten Stoff aufgeklebt (nicht
abgebildet). Die Dauermagneten 3 und 4 können
durch einen Magnetleiter 5 miteinander verbunden sein.
Das Laufrad mit der Magnetachse 1 wird zwischen den Dauermagneten 3 und 4 frei
gehalten. Die Dauermagnete 3 und 4 werden an den
Stützen der Grundplatte 6 befestigt. Die Grundplatte 6 zwischen
den Stützen enthält eine Nute für Flügel 2 des
Laufrads. In den Wänden dieser Nute sind Fotoempfänger 7, 8 und
eine Strahlungsquelle 9 angeordnet. Sie liegen an verschiedenen
Seiten relativ zur Drehungsebene des Laufrads. Dabei sind sie so
angeordnet, dass die Fotoempfänger 7, 8 beim
Drehen der Flügel 2 des Laufrads überdeckt
werden können. Die Fotoempfänger 7, 8 liegen
an verschiedenen Seiten relativ zur Achse der Strahlungsquelle 9 und
der Ebene, die normal zu der Drehungsachse des Laufrads verläuft. Das
stellt die Verschiedenheit (zeitliche Unterschiede) bei der Abschattung
der Fotoempfänger 7, 8 sicher. Um die
Messwerte zu erfassen und die Strömungsrichtung festzustellen,
ist eine Messeinheit 10 vorgesehen.
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Die
Funktionsweise des Strömungsmessers im flüssigen
Medium ist wie folgt. Die Magnetachse 1 des Laufrads spielt
sich entlang der Strömung von Flüssigkeit oder
Gas ein. Die Strömung dreht das Laufrad um. Die Laufradachse
richtet sich nach den Kraftlinien des Magnetfeldes aus. Das Magnetfeld wird
durch die Dauermagnete 3 und 4 erzeugt. Ein Ende
der Laufradachse wird an die Grundplatte 6 aus einem verschleißfesten
Stoff herangezogen. Das Laufrad dreht sich. Dabei stützt
sich ein Ende der Magnetachse 1 auf die Grundplatte 6,
welche auf dem Lager angeordnet ist. Das Lager stellt einen der
zwei Dauermagnete 3 und 4 dar. Die Flügel 2 überdecken beim
Drehen den Lichtstrom, der von der Strahlungsquelle 9 an
die Fotoempfänger 7, 8 abgegeben wird. Die Überdeckung
erfolgt abwechselnd, je nach der Drehrichtung des Laufrades. Wird
die Strömungsrichtung geändert, so erfolgt die
Abschattung der Fotoempfänger 7, 8 in
umgekehrter Reihenfolge. In der Messeinheit 10 erfolgt
die Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrads und somit
auch der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
oder des Gases. Dadurch wird auch die Richtung der Strömung
festgestellt. Die Drehzahl des Laufrads ist der Durchflussgeschwindigkeit
der Flüssigkeit oder des Gases proportional. Aus der Folge
der Abdeckungen der Fotoempfänger 7 und 8 kann
die Laufrichtung des Laufrades und damit die Richtung der das Laufrad
antreibenden Strömung ermittelt werden.
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Mit 11 ist
eine Abdeckung der Einrichtung bezeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Zeitlin V.
G. Messtechnik für Ermittlung von Durchfluss und Menge
von Flüssigkeiten, Gas und Dampf. Moskau, Isdatelstvo Standartov, 1981,
S. 71–72 [0002]