DE102012022991A1

DE102012022991A1 - Durchflusssensor

Info

Publication number: DE102012022991A1
Application number: DE201210022991
Authority: DE
Inventors: Eckart Hiss; Dipl.-Ing. Michelsen Stefan; Heinz Oostendorp
Original assignee: Sensorentechnologie Gettorf GmbH
Current assignee: Sensorentechnologie Gettorf GmbH
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-05-28

Abstract

Durchflusssensor mit einem von dem Medium, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, durchströmten Rohrstück (1), an dessen Außenwandung ein erstes Messelement (5) angesetzt ist, mit einer in das Rohrstück (1) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Ort des Messelements (5) angeordneten, eine Verwirbelung des Fluidstroms bewirkenden ersten Konturscheibe (21).

Description

Die Erfindung betrifft einen – vorzugsweise thermodynamischen – Durchflusssensor mit einem von dem Medium, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, durchströmten Rohrstück, an das ein erstes Messelement angesetzt ist.
Bei derartigen Inline-Durchflusssensoren stellt sich das Problem, dass das Messergebnis von dem Strömungsprofil des Mediums abhängig ist: Der zu messende physikalische Parameter, der einen Rückschluss auf die Strömungsgeschwindigkeit erlaubt, ist bei einer laminaren Strömung ein anderer als bei einer turbulenten Strömung.
Bei thermodynamisch funktionierenden Inline-Durchflusssensoren hängt die Messgenauigkeit von dem Wärmeübergang zwischen dem Medium und der Innenwandung des Rohrstücks abhängt. Der Wärmeübergang wird dabei erheblich durch das Strömungsprofil des Mediums beeinflusst, dieser ist bei einem turbulenten Zustand größer als bei einer laminaren Strömung in dem an der Innenwandung des Rohrstücks anliegenden Randbereich. Das Profil der laminare Strömung aber ist wiederum in anderer Weise von der Viskosität und der Geschwindigkeit des Mediums als das der turbulenten Strömung abhängig, es ist daher anzustreben, dass der laminare Anteil des Strömungsprofils im Bereich der Temperaturmesselement minimiert ist.
Für nach anderen physikalischen Prinzipien funktionierenden Durchflusssensoren (beispielsweise Magnetisch-Induktiven-Durchflusssensoren) gilt entsprechendes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Inline-Durchflusssensor dahingehend zu verbessern, dass das Medium im Bereich der Messelemente ein von dessen Geschwindigkeit und Viskosität unabhängiges Strömungsprofil hat.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine in das Rohrstück in Strömungsrichtung gesehen vor dem Ort des Messelements eine eine Verwirbelung des Fluidstroms bewirkende erste Konturscheibe.
Diese Konturscheibe ist vorzugsweise im Bereich des Einlaufs eines Vorschraubadapters angeordnet, die auch eine von der ersten Konturscheibe beabstandete zweite Konturscheibe aufnehmen kann. Dabei kann die erste Konturscheibe im Bereich des Einlaufs und die zweite Konturscheibe im Bereich des Auslaufs des Vorschraubadapters angeordnet sein.
Bei Verwendung bei einem thermodynamischen Durchflusssensor mit zwei Temperaturmesselemente sind diese vorzugsweise einander gegenüberliegend an die Außenwandung des Rohrstücks angesetzt, so dass das Ausmaß der Turbulenz der Strömung im Bereich beider Temperaturmesselemente gleich ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht des Durchflusssensors,
2 eine Schnittansicht des Vorschraubadapters, und
3 eine Wiedergabe des Sensorsignals über die Durchflussmenge.
4 eine Wiedergabe verschiedener Ausgestaltungen der Konturscheiben.
Der Durchflusssensor besteht aus einem Rohrstück 1, durch das hindurch das Fluid, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, strömt. An der Außenwandung des Rohrstücks 1 ist ein erstes Temperaturmesselement 5 angeordnet, das mit einem das Temperaturmesselement 5 und das Rohrstück 1 beaufschlagenden Heizelement 6 versehen ist. Ein zweites Temperaturmesselement 4 ist dem ersten Temperaturmesselement 5 gegenüberliegend an das Rohrstück 1 angesetzt. In Strömungsrichtung gesehen vor dem Ort der Elemente 4, 5 ist eine erste Konturscheibe 21 angeordnet, die eine Verwirbelung des Fluidstroms bewirkt. Diese Konturscheibe kann, wie in 2 gezeigt, in einem vor dem Rohrstück an dieses angesetzte Vorschraubelement 31 angeordnet sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie 2 zeigt, die erste Konturscheibe im Bereich des Einlaufs des Vorschraubelemente an einem Absatz 29 anliegend in dieses eingepresst. Eine zweite Konturscheibe 23 ist von der Auslaufseite des Vorschraubelements von der ersten Konturscheibe 21 beabstandet in dieses eingepresst.
Bei Anordnen des Vorschraubadapters 31 vor dem Einlauf des Rohrstücks 1 passiert das Fluid, dessen Geschwindigkeit zu messen ist, zunächst die erste Konturscheibe 21 und wird durch diese verwirbelt. Die Verwirbelung wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine zweite Konturscheibe 23 verstärkt. Die Konturscheiben 21, 23 bewirken eine derartige Verwirbelung der Strömung derart, dass eine laminare Strömung des Fluids im an der Innenwandung anliegenden Randbereich der Strömung vermieden wird.
Aufgrund der Verwirbelung des Fluids im Bereich der Temperaturmesselemente 4, 5 wird vermieden, dass im Bereich des Wärmebereichs eine teilweise laminare und nur teilweise turbulente Strömung auftritt. Dies hat zur Folge, dass, wie in 3 gezeigt, die Abhängigkeit des Sensorsignals von der Durchflussmenge den mit 16 bezeichneten Verlauf annimmt, während sie ohne eine solche Verwirbelung den Verlauf 15 (oder einen ähnlichen Verlauf) haben kann.
4 zeigt verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen der Konturscheiben 21, 23, die mit in die Strömung hineinragenden scharfkantigen Geometrien 32 und Aussparungen 33 versehen sein können. Eine derartige Ausgestaltung der Konturscheiben erlaubt eine ausreichende Verwirbelung auch bei geringen Fließgeschwindigkeiten.

Claims

Durchflusssensor mit einem von dem Medium, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, durchströmten Rohrstück (1), an dessen Außenwandung ein erstes Messelement (5) angesetzt ist, gekennzeichnet durch eine in das Rohrstück (1) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Ort des Messelements (5) angeordnete, eine Verwirbelung des Fluidstroms bewirkende erste Konturscheibe (21).
Durchflusssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturscheibe (21) in einem dem Rohrstück (1) vorgeschalteten Vorschraubadapter (31) angeordnet ist.
Durchflusssensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine von der ersten Konturscheibe (21) in Strömungsrichtung beabstandet angeordnete zweite Konturscheibe (23).
Durchflusssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturscheibe im Bereich des Einlaufs des Vorschraubadapters (31) und die zweite Konturscheibe im Bereich das Auslaufs des Vorschraubadapters (31) angeordnet ist.
Durchflusssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein das Rohrstück (1) beaufschlagendes Heizelement (6), wobei das Messelement (5) ein Temperaturmesselement ist.
Durchflusssensor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein zweites an die Außenwandung des Rohrstücks (1) angesetztes Temperaturmesselement (5).
Durchflusssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Temperaturmesselement (4) dem ersten Temperaturmesselement (5) gegenüberliegend angeordnet ist.