DE102017130346A1 - Flow measuring device and laminar flow element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmesseinrichtung sowie ein Laminar-Strömungselement (18) für eine solche Durchflussmesseinrichtung, wobei das Laminar-Strömungselement (18) eine Vielzahl von Öffnungen (32) hat, die schräg zu der Längsachse (A) des Laminar-Strömungselements (18) verlaufen.The invention relates to a flow measuring device and a laminar flow element (18) for such a flow measuring device, wherein the laminar flow element (18) has a plurality of openings (32) obliquely to the longitudinal axis (A) of the laminar flow element (18). run.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmesseinrichtung, mit einem von Fluid durchströmbaren Hauptkanal und einem in den Kanal eingesetzten Laminar-Strömungselement mit zahlreichen Öffnungen sowie einem das Laminar-Strömungselement umgebenden Bypasskanal mit einem Strömungssensor.The invention relates to a flow measuring device, comprising a main channel through which fluid can flow and a laminar flow element with numerous openings inserted into the channel and a bypass channel with a flow sensor surrounding the laminar flow element.

Solche Durchflussmesseinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Beispiele hierfür liefern die DE 103 17 166 A1 , die EP 2 275 786 B1 und die DE 20 2009 009 760 U1 . Für die exakte Bestückung des Fluiddurchflusses ist das sogenannte Laminar-Strömungselement mit entscheidend. Es handelt sich dabei um einen zylindrischen Körper, der in den Hauptkanal eingesetzt ist und der zahlreiche gleichmäßig angeordnete Öffnungen aufweist. Diese Öffnungen verlaufen parallel zueinander und haben eine streng zylindrische Geometrie. Das Laminar-Strömungselement dient dazu, einen definierten Widerstand (Differenzdruck) zu erzeugen.Such flow measuring devices are known in the art. Examples of this are the DE 103 17 166 A1 , the EP 2 275 786 B1 and the DE 20 2009 009 760 U1 , For the exact placement of the fluid flow, the so-called laminar flow element is crucial. It is a cylindrical body that is inserted in the main channel and has numerous evenly spaced openings. These openings are parallel to each other and have a strictly cylindrical geometry. The laminar flow element serves to generate a defined resistance (differential pressure).

Aufgrund der hohen Toleranzerfordernisse werden diese Laminar-Strömungselemente wenn möglich aus Kunststoff hergestellt. Für bestimmte Medien, also Fluide, ist Kunststoff jedoch nicht geeignet, sodass auch Laminar-Strömungselemente aus Edelstahl mit gebohrten Öffnungen Verwendung finden.Due to the high tolerance requirements, these laminar flow elements are made of plastic if possible. However, plastic is not suitable for certain media, ie fluids, so laminar flow elements made of stainless steel with drilled openings are also used.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Durchflussmesseinrichtung sowie ein Laminar-Strömungselement für eine solche Durchflussmesseinrichtung zu schaffen, durch das bzw. mit dem auftretende störende Schwankungen im Sensorsignal bei bestimmten Durchflüssen eliminiert oder zumindest minimiert werden. Diese störenden Schwankungen bei bestimmten Durchflüssen erfordern steuerungstechnisch eine Mittelung des Sensorsignals, die wiederum zeitliche Nachteile mit sich bringt. Durch die Erfindung soll somit die notwendige Mittelungszeit des Sensors verkürzt werden und damit ein noch schnelleres Ansprechen der Durchflussmesseinrichtung ermöglicht werden.The object of the invention is to provide a flow measuring device and a laminar flow element for such a flow measuring device are eliminated or at least minimized by or with the occurring disturbing fluctuations in the sensor signal at certain flow rates. These disturbing fluctuations at certain flows require control technology to average the sensor signal, which in turn brings with it temporal disadvantages. By means of the invention, the necessary averaging time of the sensor is thus to be shortened and thus an even faster response of the flow measuring device is made possible.

Dies wird bei einer Durchflussmesseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass eine Vielzahl der Öffnungen schräg zu einer Längsachse des Laminar-Strömungselements verlaufen. Die Erfindung geht also einen im Vergleich zum Stand der Technik absolut gegenteiligen Weg, indem sie nicht sämtliche Öffnungen parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Laminar-Strömungselements verlaufen lässt, sondern eine Vielzahl der Öffnungen schräg zur Längsachse verlaufen lässt. Damit ergeben sich unterschiedliche und zueinander winkelig verlaufende Öffnungserstreckungen, die sich jedoch nicht nachteilig, sondern vorteilig auswirken. Wie sich nämlich herausgestellt hat, ergeben sich im Stand der Technik bei bestimmten Strömungsverhältnissen störende Druckschwankungen (Resonanzen, vgl. Karmansche Wirbelstraße). Diese Karmansche Wirbelstraße tritt im sogenannten Totwassergebiet an dem stromabwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements zwischen benachbarten Öffnungen auf. Aufgrund der symmetrischen Lage der Öffnungen treten diese Effekte bei allen Zwischenräumen zwischen benachbarten Öffnungen gleichzeitig und mit derselben Frequenz auf. Das heißt, bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit kommt es zu einer ausgeprägten Resonanz und damit störenden Druckschwankungen. Aufgrund der unterschiedlichen Geometrien zwischen benachbarten Öffnungen und der schrägen Öffnungen, wie sie die Erfindung vorsieht, werden diese Resonanzen sehr stark reduziert und nicht auf eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit limitiert. Die Mittelungszeit des Sensors wird verkürzt und damit auch die Ansprechzeit der Durchflussmesseinrichtung, denn die störenden Signalschwankungen werden stark vermindert.This is achieved in a flow measuring device of the type mentioned above in that a plurality of openings extend obliquely to a longitudinal axis of the laminar flow element. Thus, the invention is a path absolutely opposite to the prior art in that it can not run all the openings parallel to each other and parallel to the longitudinal axis of the laminar flow element, but a plurality of openings can extend obliquely to the longitudinal axis. This results in different and mutually angularly extending opening extensions, which, however, do not adversely affect, but beneficial. As has been found out, disturbing pressure fluctuations (resonances, see Karman vortex street) result in the prior art under certain flow conditions. This Karman vortex street occurs in the so-called dead water area at the downstream end of the laminar flow element between adjacent openings. Due to the symmetrical position of the apertures, these effects occur at all intervals between adjacent apertures simultaneously and at the same frequency. That is, at a certain flow velocity, there is a pronounced resonance and thus disturbing pressure fluctuations. Due to the different geometries between adjacent openings and the oblique openings as provided by the invention, these resonances are very much reduced and not limited to a certain flow rate. The averaging time of the sensor is shortened and thus the response time of the flow measuring device, because the disturbing signal fluctuations are greatly reduced.

Am stromaufwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements ergibt sich durch die Öffnungen ein stromaufwärtiges Lochmuster. Dieses Lochmuster unterscheidet sich vorzugsweise von einem stromabwärtigen Lochmuster, das am stromabwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements durch die Öffnungen gebildet ist.At the upstream end of the laminar flow element, an upstream hole pattern results through the openings. This hole pattern preferably differs from a downstream hole pattern formed at the downstream end of the laminar flow element through the openings.

Die Erfindung sieht vor, dass nicht alle Öffnungen schräg zueinander verlaufen und schräg zur Längsachse des Laminar-Strömungselements. Vielmehr gibt es zahlreiche Öffnungen, die parallel zueinander, vorzugsweise auch parallel zur Längsachse verlaufen, was die Herstellung des Laminar-Strömungselements vereinfacht.The invention provides that not all openings extend obliquely to one another and obliquely to the longitudinal axis of the laminar flow element. Rather, there are numerous openings that are parallel to each other, preferably also parallel to the longitudinal axis, which simplifies the production of the laminar flow element.

Die schrägen Öffnungen sollten mit ihrer Mittelachse maximal um 10°, insbesondere maximal um nur 5° von der Längsachse abweichen. Bereits diese geringen Abweichungen sind aber, wie Versuche es gezeigt haben, völlig ausreichend, um die störenden Signalschwankungen erheblich zu reduzieren.The oblique openings should deviate with their central axis by a maximum of 10 °, in particular at most by only 5 ° from the longitudinal axis. Even these small deviations are, however, as experiments have shown, completely sufficient to significantly reduce the disturbing signal fluctuations.

Die schräg zur Längsachse verlaufenden Öffnungen können überwiegend oder sogar alle auch schräg zueinander verlaufen. Das bedeutet, es können einige Öffnungen mit ihrer Längsmittelachse, obwohl sie schräg zur Längsachse des Laminar-Strömungselements verlaufen, zueinander parallel verlaufen. Alternativ können die schräg verlaufenden Öffnungen aber alle eine schräge Erstreckung zueinander besitzen.The oblique to the longitudinal axis openings may be predominantly or even all obliquely to each other. This means that some openings with their longitudinal central axis, although they run obliquely to the longitudinal axis of the laminar flow element, can run parallel to one another. Alternatively, however, the oblique openings may all have an oblique extension to one another.

Die minimale Wandstärke zwischen unmittelbar benachbarten Öffnungen am stromaufwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements sollte anders als am stromabwärtigen Ende des Laminar-Strömungselement sein. Über die unterschiedlichen Abstände gibt es unterschiedliche Totwassergebiete mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, bei denen Resonanz entsteht.The minimum wall thickness between immediately adjacent openings at the upstream end of the laminar flow element should be different than at the downstream end of the laminar flow element. Be flow element. There are different dead water areas with different flow velocities at the different distances where resonance arises.

Vorteilhaft ist es, wenn am stromabwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements das durch die Öffnungen gebildete stromabwärtige Lochmuster unregelmäßig ist.It is advantageous if, at the downstream end of the laminar flow element, the downstream hole pattern formed by the openings is irregular.

Bezüglich Abmessungen hat sich bei Versuchen auch Folgendes ergeben. Es ist vorteilhaft, wenn der minimale Abstand aller Öffnungen zu ihren unmittelbar benachbarten Öffnungen am stromabwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements kleiner gleich dem Durchmesser der größten Öffnung, insbesondere kleiner gleich dem halben Durchmesser der Öffnung ist.In terms of dimensions, the following has also been found in experiments. It is advantageous if the minimum distance of all openings to their immediately adjacent openings at the downstream end of the laminar flow element is less than or equal to the diameter of the largest opening, in particular less than half the diameter of the opening.

Am stromaufwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements ist es jedoch gerade im Hinblick auf die Fertigung vorteilhafter, wenn der minimale Abstand aller Öffnungen zu den unmittelbar benachbarten Öffnungen gleich ist.However, at the upstream end of the laminar flow element, it is more advantageous in terms of manufacturing if the minimum distance of all openings to the immediately adjacent openings is equal.

Dieser minimale Abstand aller Öffnungen zu den unmittelbar benachbarten Öffnungen am stromaufwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements sollte kleiner gleich dem Durchmesser, insbesondere kleiner gleich dem halben Durchmesser der größten Öffnung sein.This minimum distance of all openings to the immediately adjacent openings at the upstream end of the laminar flow element should be less than or equal to the diameter, in particular less than half the diameter of the largest opening.

Die Öffnungen selbst haben vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, verlaufen also als Kreiszylinder durch das Laminar-Strömungselement.The openings themselves preferably have a circular cross-section, thus extending as a circular cylinder through the laminar flow element.

Die Öffnungen können auch alle denselben Querschnitt haben und sich auch mit diesem Querschnitt über die gesamte Länge erstrecken. Auch dies reduziert die Herstellungskosten.The openings may all have the same cross-section and extend with this cross-section over the entire length. This also reduces the manufacturing costs.

Bezüglich der Anordnung der Öffnungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mittelachsen der Öffnungen an dem stromaufwärtigen Ende des Laminar-Strömungselements an Knotenpunkten eines Dreiecksgitters liegen, insbesondere eines Dreiecksgitters mit gleichseitigen Dreiecken.With regard to the arrangement of the openings, it has proved to be advantageous if the center axes of the openings at the upstream end of the laminar flow element are located at nodes of a triangular grid, in particular a triangular grid with equilateral triangles.

Die Öffnungen können Bohrungen sein, v. a. auch, wenn das Laminar-Strömungselement aus Metall, insbesondere Edelstahl ist.The openings may be bores, v. a. also when the laminar flow element is made of metal, in particular stainless steel.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Laminar-Strömungselement für eine Durchflussmesseinrichtung nach der Erfindung mit den zuvor gerade aufgeführten Eigenschaften dieses Laminar-Strömungselements. Somit sind sämtliche Merkmale des Laminar-Strömungselements, welche gerade im Hinblick auf die erfindungsgemäße Durchflussmesseinrichtung erwähnt wurden, einzeln oder in Kombination auch auf das erfindungsgemäße Laminar-Strömungselement allein anwendbar.The invention also relates to a laminar flow element for a flow measuring device according to the invention with the properties just mentioned of this laminar flow element. Thus, all features of the laminar flow element that have just been mentioned with regard to the flow meter according to the invention, individually or in combination, also apply to the laminar flow element according to the invention alone.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

  • - 1 eine Längsschnittansicht durch eine Variante der erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtung,
  • - 2 eine Perspektivansicht eines Laminar-Strömungselements nach der Erfindung mit Blick auf das stromaufwärtige Ende,
  • - 3 eine stirnseitige Ansicht des stromaufwärtigen Endes des Laminar-Strömungselements nach 2,
  • - 4 eine perspektivische Längsschnittansicht durch das Laminar-Strömungselement nach der Erfindung gemäß 2 und 3,
  • - 5 ein Laminar-Strömungselement nach dem Stand der Technik im Längsschnitt im Bereich des stromabwärtigen Endes,
  • - 6 einen Amplitudenverlauf eines Sensorsignals des Strömungssensors mit dem Laminar-Strömungselement nach dem Stand der Technik über den Durchfluss, und
  • - 7 einen entsprechenden Sensorverlauf des Sensorsignals des Strömungssensors bei eingesetztem erfindungsgemäßen Laminar-Strömungselement.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made. In the drawings show:
  • - 1 a longitudinal sectional view through a variant of the flow measuring device according to the invention,
  • - 2 a perspective view of a laminar flow element according to the invention with respect to the upstream end,
  • - 3 an end view of the upstream end of the laminar flow element after 2 .
  • - 4 a longitudinal perspective view through the laminar flow element according to the invention according to 2 and 3 .
  • - 5 a laminar flow element according to the prior art in longitudinal section in the region of the downstream end,
  • - 6 an amplitude profile of a sensor signal of the flow sensor with the laminar flow element according to the prior art via the flow, and
  • - 7 a corresponding sensor profile of the sensor signal of the flow sensor with inserted laminar flow element according to the invention.

In 1 ist eine Durchflussmesseinrichtung 10 dargestellt, die ein Fluidgehäuse 12 aufweist, durch welches ein Hauptkanal 14 verläuft. Vom Hauptkanal zweigt ein Bypasskanal 16 ab, mit dem ein Abschnitt des Hauptkanals 14 überbrückt werden kann. In diesem überbückten Abschnitt sitzt ein Laminar-Strömungselement 18, welches eine kreiszylindrische Außenform besitzt und eine Längsachse A hat, die parallel zur Mittelachse des Hauptkanals 14 im Bereich des Bypasskanals 16 verläuft und die parallel zur Zylinderlängsachse verläuft.In 1 is a flow measuring device 10 shown, which is a fluid housing 12 through which a main channel 14 runs. From the main channel branches a bypass channel 16 off, with a section of the main channel 14 can be bridged. In this überbückten section sits a laminar flow element 18 , which has a circular cylindrical outer shape and a longitudinal axis A which is parallel to the central axis of the main channel 14 in the area of the bypass channel 16 runs and runs parallel to the cylinder axis.

Im Bypasskanal 16 ist ein Strömungssensor 20 untergebracht.In the bypass channel 16 is a flow sensor 20 accommodated.

Die Durchflussmesseinrichtung ist in den Strömungskanal einer größeren Vorrichtung eingebaut und hat folglich einen Strömungseingang 22 sowie einen Strömungsausgang 24.The flow meter is built into the flow channel of a larger device and thus has a flow input 22 and a flow outlet 24 ,

Um das Laminar-Strömungselement 18 auswechseln zu können, ist ein Halterohr 26 vorgesehen, welches in den Hauptkanal 14 von dem Strömungseingang 22 aus eingeschoben werden kann.To the laminar flow element 18 to be able to replace is a holding tube 26 provided, which in the main channel 14 from the flow entrance 22 can be pushed out.

Stromaufwärts des Laminar-Strömungselements 18 sitzt ein oder sitzen mehrere Siebe 28, welche ebenfalls vorzugsweise im Halterungsrohr 26 aufgenommen und darin befestigt sind. Die Siebe 28 liegen jedoch auch stromaufwärts von Durchströmöffnungen 30 im Halterrohr 28, über die ein Teil der Fluidströmung in den Bypasskanal 16 eindringen kann. Upstream of the laminar flow element 18 sits or sit several sieves 28 , which also preferably in the support tube 26 taken up and fixed in it. The sieves 28 However, they are also upstream of flow openings 30 in the holder tube 28 , about which part of the fluid flow into the bypass channel 16 can penetrate.

Die Durchflussmesseinrichtung kann auch Teil einer Durchflussregeleinrichtung sein. In diesem Fall sitzt ein Regelventil entweder in einem zweiten Bypasskanal 50 (wobei der Hauptkanal 14 dann zwischen Einlass und Auslass des Bypasskanals 50 geschlossen wird) oder das Regelventil grenzend an das Fluidgehäuse nach dem Strömungsausgang 24 an, wobei das Regelventil in beiden Fällen signaltechnisch mit dem Strömungssensor 20 gekoppelt ist, um abhängig von den erhaltenen Messsignalen das Regelventil zu steuern oder zu regeln.The flow meter may also be part of a flow control device. In this case, a control valve sits either in a second bypass channel 50 (where the main channel 14 then between the inlet and outlet of the bypass channel 50 closed) or the control valve adjacent to the fluid housing after the flow outlet 24 in which the control valve in both cases by signal technology with the flow sensor 20 is coupled to control or regulate the control valve depending on the received measurement signals.

Die 2 und 3 zeigen das Laminar-Strömungselement 18 aus 1, das vorzugsweise aus Edelstahl ist. Zahlreiche Öffnungen 32 durchsetzen das Laminar-Strömungselement 18 von dessen stromaufwärtigem, stirnseitigen Ende 34 bis zu dessen stromabwärtigem, stirnseitigen Ende 36. Diese Öffnungen 32 sind folglich Durchgangsöffnungen und werden durch Bohren hergestellt.The 2 and 3 show the laminar flow element 18 out 1 , which is preferably made of stainless steel. Numerous openings 32 pass through the laminar flow element 18 from the upstream, front end 34 to its downstream, front end 36 , These openings 32 are thus through holes and are made by drilling.

Sämtliche Öffnungen 32 haben in der dargestellten Ausführungsform, die nicht einschränkend zu verstehen ist, denselben Durchmesser D. Der Durchmesser D ist über die Länge der Öffnungen 32 konstant. Das heißt, auch die Form und der Querschnitt der Öffnungen 32 bleiben über die Länge der Öffnungen 32 konstant.All openings 32 have the same diameter in the illustrated embodiment, which is not meant to be limiting D , The diameter D is about the length of the openings 32 constant. That is, the shape and cross section of the openings 32 stay over the length of the openings 32 constant.

Das stromaufwärtige Lochmuster, welches sich an dem stromaufwärtigen Ende 34 ergibt, ist gleichmäßig. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Mittelachsen M der Öffnungen 32 an Knotenpunkten eines Dreiecksgitters 38 mit gleichseitigen Dreiecken (siehe 3).The upstream hole pattern located at the upstream end 34 results is even. In the illustrated embodiment, the central axes are M the openings 32 at nodes of a triangular grid 38 with equilateral triangles (see 3 ).

Der kleinste Abstand S (siehe 3) zwischen benachbarten Öffnungen 32 ist kleiner dem Durchmesser D, vorzugsweise sogar kleiner gleich dem halben Durchmesser D. Sind die Durchmesser der Öffnungen 32 unterschiedlich, so ist D der Durchmesser der größten Öffnung 32.The smallest distance S (please refer 3 ) between adjacent openings 32 is smaller than the diameter D, preferably even smaller than half the diameter D , Are the diameters of the openings 32 different, so is D the diameter of the largest opening 32 ,

Das Lochmuster am stromabwärtigen Ende 36, welches in 4 dargestellt ist, ist jedoch anders als das Lochmuster am stromaufwärtigen Ende 34 und insbesondere unregelmäßig.The hole pattern at the downstream end 36 which is in 4 but is different than the hole pattern at the upstream end 34 and in particular irregular.

Das bedeutet, eine Vielzahl der Öffnungen 32 verläuft zwar parallel zur Längsachse A des Laminar-Strömungselements 18 und damit zur Mittelachse des Hauptkanals 14 im Bereich des Laminar-Strömungselements. Eine Vielzahl anderer Öffnung 32 verläuft jedoch schräg hierzu. Die Abweichung der Öffnungen 32, die schräg verlaufen, zur zugeordneten Längsachse A, die durch den Mittelpunkt der Öffnung am stromaufwärtigen Ende 34 geht, beträgt maximal 10°, insbesondere maximal 5°. Dieser Winkel α ist in 4 anhand einer schräg verlaufenden Öffnung 32 und ihrer Mittelachse M symbolisch dargestellt.That means a variety of openings 32 Although runs parallel to the longitudinal axis A the laminar flow element 18 and thus to the central axis of the main channel 14 in the area of the laminar flow element. A variety of other opening 32 but runs obliquely to this. The deviation of the openings 32 , which run obliquely, to the associated longitudinal axis A passing through the center of the opening at the upstream end 34 is, is a maximum of 10 °, in particular a maximum of 5 °. This angle α is in 4 by means of an inclined opening 32 and its central axis M symbolically represented.

Die schrägen Öffnungen 32 können alle einen unterschiedlichen Verlauf zueinander haben, das heißt schräg zueinander stehen, oder können gruppenweise parallel, aber schräg zur Längsachse A verlaufen. Das sich ergebende Lochmuster am stromabwärtigen Ende 36 ist, wie gesagt, unregelmäßig, sodass die minimalen Abstände S zwischen benachbarten Öffnungen 32 hier ebenfalls unterschiedlich sind. Trotzdem sollten diese Abstände S nach wie vor kleiner gleich dem Durchmesser D sein, optional auch kleiner gleich dem halben Durchmesser. Es ist darüber hinaus funktional nicht schädlich, wenn Öffnungen 32 vor Erreichen des stromabwärtigen Endes 36 ineinander übergehen. Auch dies ist folglich möglich.The oblique openings 32 can all have a different course to each other, that is obliquely to each other, or groups in parallel, but obliquely to the longitudinal axis A run. The resulting hole pattern at the downstream end 36 is, as I said, irregular, so the minimum distances S between adjacent openings 32 here are also different. Nevertheless, these distances should be S still smaller than the diameter D be, optionally less than or equal to half the diameter. It is also not functionally harmful if openings 32 before reaching the downstream end 36 merge. This is also possible.

Diese Unregelmäßigkeit im Lochbild verhindert den in 5 dargestellten Effekt, der sich bei einem gleichmäßigen Lochbild ergibt, das durch ein Laminar-Strömungselement nach dem Stand der Technik gebildet wird. Hier sind die Lochbilder gleichmäßig und identisch, sowie die Abstände S immer konstant. Bedingt durch die Abstände der Öffnungen 32 ergibt sich das zuvor schon erwähnte Totwassergebiet 40 zwischen benachbarten Mündungen der Öffnungen 32. Durch die vielen gleichen Abstände und gleichen Totwassergebiete kommt es zu einer charakteristischen Ablösefrequenz abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und den Abmessungen des Laminar-Strömungselements.This irregularity in the hole pattern prevents the in 5 shown effect resulting in a uniform hole pattern formed by a laminar flow element according to the prior art. Here, the hole patterns are uniform and identical, and the distances S always constant. Due to the distances between the openings 32 This results in the previously mentioned dead water area 40 between adjacent mouths of the openings 32 , Due to the many equal distances and the same dead water areas, there is a characteristic separation frequency depending on the flow velocity and the dimensions of the laminar flow element.

Das signaltechnische Ergebnis zeigt 6. Der Amplitudenverlauf F des Sensorsignals erhält einen Störbereich 42 im Bereich eines bestimmten Durchflusses ṁ, der steuerungstechnisch gemittelt werden muss, um diesen Bereich 42 zu beherrschen. Physikalisch ist der Bereich 42 durch die ausgeprägte Anregung des Fluids anhand der zahlreichen Totwassergebiete 40 zu erklären und der starken Strömungsverluste in diesem Bereich, die mit der zweiten Potenz der Strömungsgeschwindigkeit steigen. Damit wird die Linearität des Sensorsignals F für das Laminar-Strömungselement verschlechtert, wie der Bereich 42 in 6 zeigt.The signal technical result shows 6 , The amplitude curve F of the sensor signal receives an interference region 42 in the range of a certain flow rate ṁ, which must be averaged by control technology around this area 42 to dominate. Physically the area is 42 by the pronounced excitation of the fluid on the basis of the numerous dead water areas 40 explain and the strong flow losses in this area, which increase with the second power of the flow rate. This will be the linearity of the sensor signal F for the laminar flow element deteriorates as the area 42 in 6 shows.

Im Gegensatz hierzu zeigt 7 den Sensorsignalverlauf beim unregelmäßig ausgebildeten Laminar-Strömungselement nach den 2 bis 4. Die Amplitudenschwankungen werden minimiert, sie können sich allerdings über einen etwas größeren Bereich des Durchflusses ṁ erstrecken, was aber unwesentlich ist. Dies ergibt sich durch die größere Bandbreite der Ablösefrequenzen. Insgesamt ist die Zeit, die der Sensor zur Mittelung benötigt, deutlich geringer und die Genauigkeit wird verbessert.In contrast, shows 7 the sensor waveform in the irregularly formed laminar flow element according to the 2 to 4 , The amplitude fluctuations are minimized, they However, they can extend over a slightly larger area of the flow rate ṁ, which is immaterial. This is due to the greater bandwidth of the stripping frequencies. Overall, the time it takes for the sensor to averagely lower and the accuracy is improved.

Es hat sich gezeigt, dass es ausreichend ist, vorzugsweise mindestens 5 %, oder mindestens 20 % der Öffnungen 32 schräg zur Längsachse L verlaufen zu lassen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.It has been shown that it is sufficient, preferably at least 5%, or at least 20% of the openings 32 obliquely to the longitudinal axis L run to get the desired results.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10317166 A1 [0002]DE 10317166 A1 [0002]
  • EP 2275786 B1 [0002]EP 2275786 B1 [0002]
  • DE 202009009760 U1 [0002]DE 202009009760 U1 [0002]

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Durchflussmesseinrichtung, mit einem von Fluid durchströmbaren Hauptkanal (14) und einem in dem Hauptkanal (14) eingesetzten Laminar-Strömungselement (18) mit zahlreichen Öffnungen (32) sowie einem das Laminar-Strömungselement (18) umgehenden Bypasskanal (16) mit einem Strömungssensor (20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Öffnungen (32) schräg zu einer Längsachse (A) des Laminar-Strömungselements verlaufen.Flow measuring device, comprising a main passage (14) through which fluid can flow and a laminar flow element (18) with numerous openings (32) inserted in the main passage (14) and a bypass passage (16) bypassing the laminar flow element (18) with a flow sensor ( 20), characterized in that a plurality of the openings (32) extend obliquely to a longitudinal axis (A) of the laminar flow element. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein am stromaufwärtigen Ende (34) des Laminar-Strömungselements (18) durch die Öffnungen (32) gebildetes stromaufwärtiges Lochmuster von einem am stromabwärtigen Ende (36) des Laminar-Strömungselements (18) durch die Öffnungen (32) gebildeten stromabwärtigen Lochmuster unterscheidet.Flow measuring device according to Claim 1 characterized in that an upstream hole pattern formed at the upstream end (34) of the laminar flow element (18) through the openings (32) extends from one at the downstream end (36) of the laminar flow element (18) through the openings (32). formed formed downstream Lochmuster. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zahlreiche Öffnungen (32) parallel zueinander verlaufen, vorzugsweise parallel zur Längsachse (A).Flow measuring device according to Claim 1 or 2 , characterized in that numerous openings (32) parallel to each other, preferably parallel to the longitudinal axis (A). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg verlaufenden Öffnungen (32) mit ihrer Mittelachse (M) maximal um 10°, vorzugsweise maximal um 5° von der Längsachse (A) abweichen.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the obliquely extending openings (32) with its central axis (M) a maximum of 10 °, preferably at most 5 ° deviate from the longitudinal axis (A). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg zur Längsachse (A) verlaufenden Öffnungen (32) überwiegend oder alle schräg zueinander verlaufen.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the obliquely to the longitudinal axis (A) extending openings (32) predominantly or all obliquely to each other. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke (S) zwischen unmittelbar benachbarten Öffnungen (32) am stromaufwärtigen Ende (34) des Laminar-Strömungselements (18) anders als der Abstand derselben Öffnungen (32) am stromabwärtigen Ende (36) des Laminar-Strömungselements (18) ist.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum wall thickness (S) between immediately adjacent openings (32) at the upstream end (34) of the laminar flow element (18) other than the distance of the same openings (32) at the downstream end ( 36) of the laminar flow element (18). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am stromabwärtigen Ende (36) des Laminar-Strömungselements (18) durch die Öffnungen (32) gebildete stromabwärtige Lochmuster unregelmäßig ist.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream hole pattern formed at the downstream end (36) of the laminar flow element (18) through the openings (32) is irregular. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (S) aller Öffnungen (32) zu ihren unmittelbar benachbarten Öffnungen (32) am stromabwärtigen Ende (36) des Laminar-Strömungselements (18) kleiner gleich dem Durchmesser (D) der größten Öffnung (32) ist.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum distance (S) of all openings (32) to their immediately adjacent openings (32) at the downstream end (36) of the laminar flow element (18) is less than or equal to the diameter (D). the largest opening (32). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (S) aller Öffnungen (32) zu ihren unmittelbar benachbarten Öffnungen (32) am stromaufwärtigen Ende (34) des Laminar-Strömungselements (18) gleich ist.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum distance (S) of all openings (32) to their immediately adjacent openings (32) at the upstream end (34) of the laminar flow element (18) is equal. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (S) aller Öffnungen (32) zu ihren unmittelbar benachbarten Öffnungen am stromaufwärtigen Ende (34) des Laminar-Strömungselements (18) kleiner gleich dem Durchmesser, insbesondere kleiner gleich dem halben Durchmesser (D) der größten Öffnung (32) ist.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum distance (S) of all openings (32) to their immediately adjacent openings at the upstream end (34) of the laminar flow element (18) is less than or equal to the diameter, in particular less than or equal to half Diameter (D) of the largest opening (32). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (32) einen kreisförmigen Querschnitt haben.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the openings (32) have a circular cross-section. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Öffnungen (32) denselben Querschnitt haben, insbesondere auch denselben Querschnitt über ihre gesamte Länge besitzen.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that all openings (32) have the same cross section, in particular also have the same cross section over its entire length. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (M) der Öffnungen (32) an dem stromaufwärtigen Ende (34) des Laminar-Strömungselements (18) an Knotenpunkten eines Dreiecksgitters (38) liegen.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the central axes (M) of the openings (32) at the upstream end (34) of the laminar flow element (18) at nodes of a triangular grid (38). Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (32) Bohrungen sind.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the openings (32) are bores. Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminar-Strömungselement (18) aus Metall, insbesondere Edelstahl besteht.Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the laminar flow element (18) made of metal, in particular stainless steel. Laminar-Strömungselement für eine Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Laminar flow element for a flow measuring device according to one of the preceding claims.
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