DE112010003671T5

DE112010003671T5 - Wirbelgenerator für erweiterte Strömungsbereiche und schnellere Antwort

Info

Publication number: DE112010003671T5
Application number: DE112010003671T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Maahs
Original assignee: SEAMIKE SCIENT Inc ORG N D GES D STAATES DELAWARE; SeaMike Scientific Inc (org n d Ges d Staates Delaware)
Current assignee: SEAMIKE SCIENT Inc ORG N D GES D STAATES DELAWARE; SeaMike Scientific Inc (org n d Ges d Staates Delaware)
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2013-03-07
Also published as: US20110061469A1; WO2011035087A1; US8056424B2; JP2013505447A; JP5578633B2

Abstract

Eine Fluidströmungseinrichtung mit einem Wirbelgenerator in einem oder mehreren Kanälen wird beschrieben, wobei jeder Kanal einen konvergenten/divergenten Abschnitt aufweist, um die Strömungsgeschwindigkeit auf einen gewünschten Bereich von Reynolds-Zahlen und auf eine Wirbelablösungsfrequenz einzustellen. Die besagte Strömungseinrichtung kann als ein Durchflussmesser verwendet werden, um eine Wirbelablösungs-/Wirbeldurchgangsfrequenz in jedem Wirbelgenerator zu messen. Eine weitere Verbesserung wird erreicht, indem die höchste nutzbare Frequenz mit ihrem entsprechenden Skalierungsfaktor als das präziseste und reaktionsschnellste Messausgangssignal der Strömungsmesseinrichtung ausgewählt wird. Eine weitere Verbesserung wird erreicht durch gegenseitige Prüfung aller nutzbaren Frequenzen in Bezug zueinander, um einen Fehler einer oder mehrerer Wirbelablösungs-/Wirbeldurchlaufsensoren zu erkennen.

Description

Das Erfassen einer Fluidströmung unter Anwendung einer Wirbelstraßenerzeugung ist einfach, kostengünstig und robust, ist jedoch hinsichtlich des Bereiches an Strömungsgeschwindigkeiten begrenzt; ferner weist sie eine langsamere Reaktion bzw. Antwort bzw. Ansprechen bzw. Ansprechverhalten und einen relativ großen Messfehler bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten auf.
Die Skalierung bzw. Einstellung der Fluidströmungsgeschwindigkeit unter Anwendung konvergierender und/oder divergierender Kanäle ergibt eine Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit auf einen Bereich, der für die Erzeugung messbarer Wirbelstraßen geeignet ist.
Mehrere Kanäle mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsskalierungen für unterschiedliche Wirbelsensoren erweitern den nutzbaren Bereich des Wirbelsensorverfahrens wesentlich, indem der empfindlichste Sensor ausgewählt wird, der nicht gesättigt ist (seine maximale empfindliche Strömungsgeschwindigkeit nicht überschritten hat). Sensoren in der gleichen Anordnung, die Fluidströmungen aufweisen, die ihr Reaktionsvermögen übersteigen, werden aufgrund der robusten Natur des zugrunde liegenden Verfahrens nicht geschädigt. Die Verwendung des empfindlichsten Sensors, der noch nicht gesättigt ist, reduziert sowohl den Messfehler als auch die Messzeit; eine reduzierte Messzeit beschleunigt die Reaktion auf eine Änderung der Flussrate.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass mehrere Kanäle mit Prallkörpern unterschiedlicher Breite oder Form verwendet werden, um mehrere Wirbelfrequenzen aus der gleichen Strömung zu erzeugen. Dies erweitert den Bereich an empfindlichen Wirbelstraßen. Das Verfahren kann durch Verwendung unterschiedlicher Kanalströmungsgeschwindigkeitseinstellungen nach Bedarf kombiniert werden.
Wirbelströmungsmessgeräte können einfach linearisiert werden und sind sehr robust. Sie stehen in Konkurrenz mit Verfahren, etwa Messgeräten mit aufgeheiztem Draht, mit einer aufgeheizten Schicht und Flügelradmessgeräten; diese anderen Verfahren besitzen einen größeren dynamischen Bereich oder eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, sind jedoch nicht so zuverlässig und robust. Hierin beschriebene Verfahren verbessern die Reaktionseigenschaften von Wirbelströmungsmessgeräten, so dass die Eigenschaften von konkurrierenden Verfahren erfüllt oder übertroffen werden, wobei die Vorteile der Robustheit und der geringen Kosten des Wirbelverfahrens beibehalten werden.
Wirbelströmungsmessgeräte werden sehr häufig verwendet, um eine Luftströmung, die in Maschinen mit innerer Verbrennung bzw. Verbrennungsmaschinen einströmt, zu erfassen, wobei sie auch Anwendung bei der Dosierung von Fluiden in einem weiten Bereich von Einstellungen Anwendung finden. Sie können auch verwendet werden, um die Strömung von Kühlmittel, Schmierölen und Kraftstoff in Motoren zu messen. Wirbelströmungsmessgeräte können verwendet werden, um Verbrennungsluftströme oder Belüftungsluftströme in HVAC-Einheiten zu dosieren (in denen aktuell Flügelraddetektoren bzw. Detektoren mit beweglichen Flügelrädern verwendet werden). Sie finden auch Anwendung in Leitungen, in denen diverse Fluide bzw. Strömungsmittel, etwa Wasser, Naturgas bzw. Erdgas und andere Brennstoffe transportiert werden.
Wirbelströmungsmessgeräte, die in Ansaugleitungen von Kolbenmaschinen verwendet werden, sparen häufig beträchtlich Kraftstoff ein aufgrund ihrer ausgezeichneten Zuverlässigkeit, da konkurrierende Arten von Strömungsmessgeräten häufig alter und Fehler dahingehend zeigen, dass sie verursachen, dass übermäßig viel Kraftstoff von der Motorsteuerung dosiert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Eigenschaften und Vorteile von Mehrkanalwirbelgeneratoren in einer konvergierenden Fluidströmung der vorliegenden Erfindung werden beim Studium der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ersichtlich, insbesondere, wenn dies in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erfolgt, wobei gleiche Bezugszeichen in den diversen Figuren verwendet werden, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
1 ist eine Darstellung eines bekannten Wirbelgenerators.
2 bis 7 sind beispielhafte Darstellungen von Wirbelerzeugungseinrichtungen unter Verwendung konvergenter und/oder divergenter Abschnitte gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8 und 9 sind anschauliche Darstellungen von Wirbelerzeugungseinrichtungen unter Verwendung von Einrichtungen zum Laminarmachen einer Fluidströmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine anschauliche Darstellung einer Wirbelerzeugungseinrichtung unter Anwendung skalierter Prallkörper gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine anschauliche Darstellung einer Wirbelerzeugungseinrichtung unter Anwendung eines divergenten Abschnitts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine anschauliche Darstellung einer Wirbelerzeugungseinrichtung unter Anwendung eines Wirbelgeschwindigkeitssensorgehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13a und 13b zeigen beispielhafte Antwortkurven für die volumetrische Strömungsmessung in Geräten mit zwei bzw. drei Sensoren.
14 ist ein Flussdiagramm, dass generell den Prozessablauf zu messen von volumetrischen Strömungen in einer Einrichtung mit zwei Kanälen und zwei von Kármán-Wirbelstraßen in konvergenten oder divergenten Fluidströmungen zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Verfahren zum Erzeugen einer von Kármán-Wirbelstraße in einer konvergierenden oder divergierenden Fluidströmung mit mehreren Kanälen zeigt.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Überblick
Es werden hierin Maßnahmen bereitgestellt, um eine Fluidströmung in einem ersten Kanal zu erzeugen, die Fluidströmung durch eine erste Düse zu einem zweiten Kanal zu leiten, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Kanals unterschiedlich ist zu der Querschnittsfläche des ersten Kanals, und um eine erste Kármán-Wirbelstraße in dem zweiten Kanal zu erzeugen. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt eine zweite Kármán-Wirbelstraße in dem ersten Kanal. Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben Wirbelstraßen in Fluidströmungen, die gemäß diversen Konvergenz-/Divergenzverhältnissen (Düsenverhältnissen) konvergent sind. Die Fluidströmung kann vor der Konvergenz/Divergenz in diverse Kanäle unterteilt werden. Somit können mehrere Wirbelstraßen in Reihe in der Fluidströmung, parallel mittels zweier oder mehr Fluidströmungen, die durch das Aufteilen der Fluidströmung erzeugt sind, oder als eine beliebige Kombination aus serieller oder paralleler Anordnung erzeugt werden.
Erfindungsgemäß wird die Strömungsgeschwindigkeit in mindestens einem Kanal so eingestellt, dass der Bereich der Wirbeldurchgangsfrequenz und der Reynolds-Zahl optimiert wird. Erfindungsgemäß werden dann weiterhin zwei oder mehr Kanäle erzeugt, die die Strömung in zwei oder mehr unterschiedlichen Weisen skalieren, um eine überlappende Antwort bzw. Reaktion mit unterschiedlichen Skalierungsfaktoren bereit zu stellen. Dies ermöglicht es, dass das robuste und kostengünstige Wirbelströmungsmessverfahren den gleichen oder einen größeren Antwortbereich mit den gleichen oder besseren Fehlereigenschaften wie konkurrierende Strömungsmessverfahren zeigt. All dies wird erreicht, ohne dass die Fehlerarten eingeführt werden, an denen konkurrierende Strömungsmessverfahren leiden.
Beispielhafte Ausführungsformen
Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der bekannte Wirbelgeneratoren für Verbrennungsmotoren gezeigt sind. Eine Einrichtung 100 umfasst einen Luftfilter, einen Motor, einen Kanal 120, einen Prallkörper 130 und einen zugehörigen Luftstrom 110 und eine Wirbelstraße 140. Der Kanal 120 ist eine Röhre, eine Leitung, ein Kanal, ein Abschnitt, etc. mit bekannter Querschnittsfläche und ist lediglich in zwei Dimensionen gezeigt. Aus Konsistenzgründen wird der Begriff „Abschnitt” verwendet, wenn ein anfängliches Fluid oder ein Bereich davon bereitgestellt wird, und der Begriff „Kanal” wird verwendet, wenn eine Stufe oder ein Teil des Abschnitts eine Querschnittströmungsfläche aufweist, die so dimensioniert ist, dass ein gewünschter Bereich an Reynolds-Zahlen für den Prallkörper bereitgestellt wird. Der Prallkörper 130 kann von beliebiger Form sein, wie sie für die Entwurfserfordernisse geeignet ist. Mehrere Formen, etwa quadratisch, dreieckig oder pyramidenförmig 130(1), rechteckig, prismenförmig oder kubisch 130(2), zylindrisch 130(3) und halbzylindrisch 130(4) sind in 1 gezeigt. Zu beachten ist, dass die Prallkörper dreidimensionale Formen sind, die in die Fluidströmung eingeführt sind und dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt sind.
Die Luftströmung bzw. der Luftstrom 110 tritt in den Abschnitt 120 ein und besitzt eine charakteristische Reynolds-Zahl (RE). In der Strömungsmechanik ist die Reynolds-Zahl eine dimensionslose Zahl, die das Verhältnis der Fluidgeschwindigkeit (Trägheitskräfte) geteilt durch die Fluidviskosität (Viskositätskräfte) multipliziert mit der Fluiddichte und der charakteristischen Länge ist. Zum Zwecke der Beschreibung werden die Fluiddichte und die charakteristische Länger aus der Erläuterung weggelassen. In diesen Einrichtungen können die Reynolds-Zahlen den Bereich von 0 (keine Strömung) bis zu 100000 oder dergleichen annehmen. Bei geringen Reynolds-Zahlen sind die Viskositätseigenschaften dominierend und die Fluidströmung neigt dazu, laminar zu bleiben (d. h. sie strömt gleichmäßig); bei hohen Reynolds-Zahlen sind jedoch die Effekte der Trägheitskraft dominierend und die laminare Strömung bricht zu einer turbulenten Strömung zusammen. Turbulente Strömungen sind chaotische Strömungen bis zu einem Punkt, an welchen gewisse Strömungsparameter stochastisch werden (d. h. nicht deterministisch) und somit in der vorliegenden Erfindung nicht verwendbar sind.
Viele Anwendungen, die von hierin beschriebenen Ausführungsformen einen vorteilhaften Nutzen ziehen können, besitzen Anforderungen im Hinblick auf die maximale Reaktionszeit bzw. Antwortzeit. Als praktische Angabe ist die schnellste Reaktionszeit bzw. Antwortzeit eine Periode (oder Halbperiode abhängig von dem Erfassungsverfahren) der Wirbelerzeugungs- oder Wirbeldurchgangsfrequenz; diese Periode kann nicht länger sein als das Erfordernis für die maximale Reaktionszeit der Anwendung. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine einfach Skalierung der Wirbelerzeugungs- oder Wirbeldurchgangsfrequenz, um die Reaktionszeiten zu erfüllen, die von einer speziellen Anwendung gefordert sind und diese Ausführungsformen werden nachfolgend detaillierter beschrieben.
Der Abschnitt 120 ist in zwei Dimensionen gezeigt und kann eine Leitung, ein Rohr, ein Zylinder, ein Rechteck sein oder kann eine beliebige funktionale Querschnittsform besitzen, für die die Querschnittsfläche bekannt ist. Wenn die Fluidströmung 110 über den Prallkörper 130 hinwegströmt, wird die Wirbelstraße 140 erzeugt. Die Wirbelstraße 140 ist eine Reihe von einzelnen Wirbeln, die zeitlich abwechselnd einer nach dem anderen erzeugt werden, wenn sie an dem Prallkörper 140 vorbeiströmen, wie dies gezeigt ist. Die einzelnen Wirbel sind in den Figuren als Verwirbelungen bzw. Strudel gezeigt, die in Bezug auf den Prallkörper 130 nach innen drehen. Diese einzelnen Wirbel sind ähnlich zu den Wirbeln, die sich in Strömungsrichtung hinter einer teilweise eingetauchten Säule oder einem Pfahl in einem gleichmäßig strömenden Fluss oder im Nachlauf eines sich behutsam drehenden Kaffeerührwerks bilden. Die Frequenz, mit der die Verwirbelungen erzeugt werden, ist ungefähr proportional zur Fluidgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zur Breite des Prallkörpers (beispielsweise der Prallkörper 130). Die Fluidgeschwindigkeit multipliziert mit der Querschnittsfläche ergibt die volumetrische Fluidströmung bzw. den Fluidvolumenstrom. Die Frequenz bzw. Häufigkeit, mit der die Wirbel an dem Prallkörper erzeugt werden, oder von dem Prallkörper weitergeleitet oder abgegeben werden, wird durch einen zugehörigen Sensor erfasst, der dem Fachmann bekannt ist.
Im Abschnitt 120 muss die Reynolds-Zahl (die durch die lokale Strömungsgeschwindigkeit 110 und die Breite 130 des Prallkörpers bestimmt ist) ein Minimum von ungefähr 20 bis 40 erreichen, um eine Wirbelstraße zu erzeugen. Wenn die Reynolds-Zahl auf über einen Bereich von 2000 bis 20000 ansteigt, wird das erzeugte Wirbelsystem zunehmend chaotisch; es wird dann schwierig, eine Frequenzmessung der Wirbelerzeugung oder der Durchgangsfrequenz bzw. Strömungsfrequenz vorzunehmen. Daher ist es ein wünschenswerter Aspekt dieser Erfindung, dass sie eine einfach Skalierung der lokalen Fluidströmungsgeschwindigkeit ermöglicht, so dass eine Reynolds-Zahl innerhalb dieses ungefähren Bereichs bleibt.
Durch 150 ist eine zweite bekannte Wirbelerzeugungseinrichtung ähnlich zu der Einrichtung 100 gezeigt, in der ein Luftstrom 160 in einen Abschnitt 170 eintritt und in Umgehungsluftströmungen 160(B1) und 160(B2) durch eine Platte 165 unterteilt wird. Der Luftstrom 160(B2) wird einfach umgeleitet, während der Luftstrom 160(B1) an dem Prallkörper 180 vorbeiströmt, der eine Wirbelstraße 190 erzeugt.
Gemäß 2 ist eine Wirbelerzeugungseinrichtung 200 mit einer konvergenten Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 200 ist, anders als die Einrichtungen der 1, allgemein gültig für alle Fluidströmungen und ist nicht als ein Teil eines Verbrennungsmotors gezeigt. Die Einrichtung 200 umfasst einen Abschnitt 220, eine konvergente bzw. zusammenlaufende Düse 225, einen Prallkörper 230 und einen zugehörigen Luftstrom 210 und eine Wirbelstraße 240. In diesem Beispiel wird die Fluidströmung 210 konvergierend gemacht zu einer Fluidströmung 210(C) bevor der Prallkörper 230 umströmt wird. Die konvergente bzw. zusammenlaufende Düse 225 beschleunigt die Fluidströmung 210, wodurch die Reynolds-Zahl am Prallkörper 230 erhöht wird.
Daher können Luftströmungen mit Reynolds-Zahlen, die für eine Erfassung durch die Einrichtungen 100 oder 150 zu klein sind, mit der Einrichtung 200 erfasst werden, wodurch die untere Grenze des Bereiches an Strömungsgeschwindigkeiten herabgesetzt wird, für die die Fluidströmung 210 gemessen oder erfasst werden können. Eine Reaktionskurve bzw. Antwortkurve 250 für eine zugehörige Sensoreinrichtung zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Volumenstrom und einem Ausgangssignal. Der Volumenstrom, d. h. die Reynolds-Zahl, der Fluidströmung 210 hat eine minimale nutzbare Strömung und einen Sättigungspunkt, d. h. die Strömung wird turbulent, wie dies zuvor beschrieben ist. Die minimale nutzbare Strömung kann auf der Grundlage einer erforderlichen Antwortzeit bestimmt werden. Wenn beispielsweise ein Motor eine Regelung der Kraftstoffströmung bei 30 Hz erfordert, dann muss die Frequenz der Wirbel hoch genug sein derart, dass eine gemessene Änderung der Wirbelablösungsfrequenz eine Bedeutung besitzt. Das Ausgangssignal kann proportional zur Frequenz der Wirbel sein, die von dem Prallkörper 230 erzeugt werden und kann eine Taktfrequenz, ein Spannung oder ein anderweitig gestaltetes Ausgangssignal sein, das dem Fachmann bekannt ist. Wenn der Volumenstrom ansteigt, steigt auch das Ausgangssignal an, bis die maximale nutzbare Strömung erfasst wird, beispielsweise bis die Fluidströmung gesättigt ist. Die Antwortkurven, die in den diversen Figuren gezeigt sind, sind idealisiert oder konzeptionell und sind nicht maßstabsgetreu und nur in vereinfachter Form gezeigt, d. h. es sind keine praktisch auftretenden Nicht-Linearitäten gezeigt.
Durch das Zusammenführen der Fluidströmung 210 in die Fluidströmung 210(C) wird jedoch auch die obere Grenze des Bereichs für Geschwindigkeiten zum Erfassen der Geschwindigkeit der Fluidströmung 210 herabgesetzt. Der ursprüngliche obere Bereich an detektierbaren Fluidströmungsgeschwindigkeiten kann wiederhergestellt werden, indem ein zweiter Wirbelgenerator in die ursprüngliche nicht-konvergierende Fluidströmung 210 eingefügt wird, wie dies in 6 gezeigt ist, die nachfolgend beschrieben wird.
Gemäß 3 ist eine Wirbelerzeugungseinrichtung 300 mit einer divergenten Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 300 umfasst einen Abschnitt 320, eine divergente Düse 325, einen Prallkörper 330 und einen zugehörigen Luftstrom 310 und eine Wirbelstraße 340. In diesem Beispiel wird die Fluidströmung 310 zu einer divergierenden Fluidströmung 310(D) gemacht, bevor sie an dem Prallkörper 330 vorbeiströmt. Die divergente Düse 325 bremst die Fluidströmung 310 ab, wodurch die Reynolds-Zahl am Prallkörper 330 reduziert wird.
Somit können Luftströmungen mit Reynolds-Zahlen, die für eine Erfassung innerhalb der nicht-divergenten Fluidströmung 310 zu hoch sind, durch die Einrichtung 300 erfasst werden, wodurch die obere Grenze des Bereichs an Strömungsgeschwindigkeiten angehoben wird, die für die Fluidströmung 310 gemessen oder erfasst werden können. Eine Antwortkurve für die zugehörige Einrichtung ist mit dem Bezugszeichen 350 gezeigt. Wiederum kann durch das Divergentmachen der Fluidströmung 310 in die Fluidströmung 310(D) die untere Grenze des Bereichs an Geschwindigkeiten zum Erfassen der Geschwindigkeit der Fluidströmung 310 ebenfalls angehoben werden. Der ursprüngliche untere Bereich an erfassbaren Fluidströmungsgeschwindigkeiten kann wiederhergestellt werden, indem ein zweiter Wirbelgenerator in die ursprüngliche nicht divergente Fluidströmung 310 eingeführt wird, wie dies in 11 gezeigt und nachfolgend beschrieben ist.
Gemäß 4 ist eine Einrichtung 400 mit einem Abschnitt mit zwei parallelen Kanälen gezeigt. Die Einrichtung 400 umfasst einen Abschnitt 420, eine konvergente Düse 425, Prallkörper 430(1) und 430(2) und eine zugehörige Fluidströmung 410. Die Fluidströmung 410 wird in die Fluidströmungen 410(B1) und 410(B2) durch einen Bypassplatte bzw. Umgehungsplatte 465 aufgeteilt. Die Fluidströmung 410(B1) wird zu einer konvergenten Fluidströmung 410(C) mittels der konvergenten Düse 425 gemacht, und die Fluidströmung 410(B2) bleibt nicht konvergent. Antwortkurven für die Kanäle der zugehörigen Einrichtung sind als 470 und 480 gezeigt.
Die Antwortkurve 470 entspricht Wirbelablösungsfrequenzen für Wirbel, die von dem Prallkörper 430(1) erzeugt sind, und die Antwortkurve 480 gehört zu Wirbelablösungsfrequenzen für Wirbel, die von dem Prallkörper 430(2) erzeugt sind. Bei 490 zeigt die vertikale gestrichelte Linie an, dass die Fluidströmung 410(C) in die Sättigung übergeht und nicht mehr messbar ist. Wie man aus den Kurven entnehmen kann, kann, wenn die Fluidströmung 410(C) den Sättigungspunkt bei 490 erreicht, sodann die Messung auf die Fluidströmung 410(B2) verschoben werden, von der zuverlässige Messwerte weiterhin erhalten werden können. Typischer Weise wird der Sensor (nicht gezeigt) mit dem höchsten verwendbaren Ausgangssignal für das Ausgangsignal der gesamten Anordnung aus Abschnitten/Kanälen und Geschwindigkeitssensoren verwendet, wodurch ein größerer Messbereich und eine größere Frequenzantwort im Vergleich zu den bekannten Systemen, die in 1 gezeigt sind, bereitgestellt werden. Diese Geschwindigkeitssensoren sind verträglich mit Strömungsgeschwindigkeiten, die deutlich höher sind als jene, die sie in genauer Weise erkennen oder messen, so dass keine Schädigung eintritt, wenn diese in zusammenlaufenden Fluidströmungen betrieben werden. Die in der Einrichtung 400 dargestellten Kanäle sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und es können beliebige geeignete Querschnittsflächen für Kanäle ausgewählt werden, die zu den Fluidströmungen 410(B1), 410(C) und 410(B2) gehören.
5 zeigt Wirbelgeneratoren mit drei parallelen Abschnitten in einer Einrichtung 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung 500 umfasst einen Abschnitt 520, konvergente Düsen 525 und 527, Prallkörper 530(1)–530(3) und eine zugehörige Fluidströmung 510. Die Fluidströmung 510 wird separiert/umgeleitet zu Fluidströmungen 510(B1), 510(B2) und 510(B3). Die Fluidströmung 510(B1) wird konvergent gemacht zu einer Fluidströmung 510(C1) durch die konvergente Düse 525, die Fluidströmung 510(B2) wird konvergent gemacht zu einer Fluidströmung 510(C2) durch die konvergente Düse 527 und Fluidströmung 510(B3) verbleibt als nicht-konvergierende Strömung. Wie man aus der Zeichnung entnehmen kann, besitzt die konvergente Düse 525 ein höheres Konvergenzverhältnis als die konvergente Düse 527. Bei 540 werden die Fluidströmungen 510(B1), 510(B2) und 510(B3) wieder vereinigt, um die ursprüngliche Fluidströmung 510 zu bilden, wie dies gezeigt ist. Antwortkurven für die Kanäle der zugehörigen Einrichtung sind als 570, 575 und 580 gezeigt. Wie in 4 können Sättigungspunkte 585 und 590 verwendet werden, um einen Übergang für Frequenzmessungen zwischen den Kanälen zu bilden. Die in der Einrichtung 500 gezeigten Abschnitte sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und es kann eine beliebige Querschnittsfläche für die Fluidströmungen 510(B1)/(C2), 510(B2)/(C2) und 510(B3) vor und nach dem konvergenten Bereich gewählt werden.
Gemäß 6 ist eine Einrichtung 600 ähnlich zu der Einrichtung 200 gezeigt, enthält aber einen zweiten Prallkörper in Reihe zu dem Prallkörper. Die Einrichtung 600 umfasst einen Abschnitt 620, eine konvergente Düse 625, Prallkörper 630(1) und 630(2), und eine zugehörige Fluidströmung 610. Es werden Kármán-Wirbelstraßen 640 und 650 in Reihe zueinander durch die Prallkörper 630(1) bzw. 630(2) erzeugt. Antwortkurven für die Kanäle der zugehörigen Einrichtung sind als 670 und 680 gezeigt. Wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt, kann der Sättigungspunkt 690 verwendet werden, um zwischen Frequenzmessungen zwischen Kanälen zu wechseln.
In 7 sind Wirbelerzeugungseinrichtungen 700 und 750 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 700 umfasst einen Abschnitt 720, eine konvergente Düse 725, Prallkörper 730(1) bis 730(3) und eine zugehörige Fluidströmung 710. In diesem Beispiel wird die Fluidströmung 710 in einer Reihe aus drei Stufen zu Fluidströmungen 710(C1)–710(C3) konvergent gemacht, bevor jeweils die Prallkörper 730(1)–730(3) umströmt werden. An jeder Stufe wird die Querschnittsfläche der Kanäle im Abschnitt 720 durch die konvergente Düse 725 verringert (d. h., das Konvergenzverhältnis wird mit jeder Stufe erhöht).
Die Einrichtung 750 zeigt in Reihe angeordnete und parallele Kanalwirbelgeneratoren und umfasst einen Abschnitt 770, eine konvergente Düse 775, Prallkörper 780(1)–780(3) und eine zugehörige Fluidströmung 760. In diesem Beispiel wird die Fluidströmung 760 umgeleitet oder in Fluidströmungen 760(B1) und 760(B2) aufgeteilt. Die Fluidströmung 760(B1) wird der Reihe nach zweimal zu Fluidströmungen 760(C1) und 760(C2) konvergent gemacht, bevor sie über die Prallkörper 780(1) und 780(2) strömt, während die Fluidströmung 760(B2) nicht konvergent ist und über den Prallkörper 780(3) strömt. Bei 790 werden die Fluidströme 760(B1) und 760(B2) wieder zusammengeführt, um die ursprüngliche Fluidströmung 760 zu bilden, wie dies gezeigt ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, erkennt der Fachmann, dass ein zusätzlicher Prallkörper in der Fluidströmung 760 vor oder nach den Prallkörpern 780(1)–780(3) angeordnet werden kann.
In 8 ist die Einrichtung 690 aus 6 mit zusätzlich zwei Einrichtungen 810(1) und 810(2) zum Erzeugen einer laminaren Strömung gezeigt. Die Einrichtungen zum Erzeugen einer laminaren Strömung 810(1) und 810(2) machen die Luftströmung gleichmäßig, indem Turbulenzen oder andere unerwünschte Effekte entfernt werden. Beispielsweise können die von dem Prallkörper 630(1) hervorgerufenen Wirbel die Wirbel beeinflussen, die von dem Prallkörper 630(2) erzeugt werden (beispielsweise könnte eine unerwünschte Kopplung zwischen den Wirbelstraßen 640 und 650 eine Wirbelfrequenzerfassung in der Wirbelstraße 650 beeinflussen). Um diese unerwünschten Einflüsse zu entfernen, wird die Einrichtung zum Erzeugen einer laminaren Strömung 810(2) zwischen dem Prallkörper 638(1) und dem Prallkörper 630(2) angeordnet.
Es sind diverse Maßnahmen bekannt, um die Fluidströmung 210 zu einer laminaren Strömung zu machen, wozu das Hinzufügen eines porösen Materials, etwa eines Schaummaterials mit offenen Zellen 810(F) oder von Glasmassenplatten (nicht gezeigt), siebartige Materialien oder Gitter 810(G) oder wabenförmige Komponenten 810(H) in der Strömung gehören. Diese Maßnahmen, die zum Laminarmachen der Fluidströmung 810 verwendet werden, sollen die skalierenden Wirkungen der Wirbelstraße 640 mitberücksichtigen. Wenn beispielsweise die wabenförmige Komponente 510(H) verwendet wird, dann sollte die Größe jedes Sechsecks kleiner sein als die eines einzelnen Wirbels in der Wirbelstraße 640. 9 zeigt eine Einrichtung zum Erzeugen einer laminaren Strömung 810(2) aus 8, die in dem zusammenlaufenden bzw. konvergenten Kanal der Einrichtung 600 angeordnet ist.
In 10 ist eine beispielhafte Darstellung einer Wirbelerzeugungseinrichtung 100 gezeigt, in der skalierte Prallkörper verwendet sind. Ein Prallkörper 1010 ist auf eine charakteristische Länge l₁ skaliert oder eingestellt, und ein Prallkörper 1020 ist auf eine charakteristische Länge l₂ eingestellt. Die Skalierung bzw. Einstellung des Prallköpers 1010 erzeugt eine Wirbelstraße 1040 mit größeren und auch weiter auseinanderliegenden Wirbeln als die Wirbelstraße 1050, die durch den Prallkörper 1020 erzeugt wird. Derartige Skalierungseffekte können sowohl die Wirbelablösungsfrequenz als auch den Bereich der Einrichtung 1000 modifizieren. Wie der Fachmann erkennt, ermöglichen die hierin beschriebenen Maßnahmen eine einfache Skalierung der Wirbelerzeugungsfrequenz oder deren Durchlauffrequenz, um Reaktionszeiten zu erzielen, die von einer speziellen Anwendung gefordert werden, in dem die Prallkörper und/oder das Konvergenz-/Divergenzverhältnis der diversen Abschnitte skaliert bzw. angepasst wird.
Gemäß 11 ist eine Wirbelerzeugungseinrichtung 1100 mit einer divergenten Düse gezeigt. Die Einrichtung 1100 umfasst einen Abschnitt 1120, eine divergente Düse 1125, Prallkörper 1130(1) und 1130(2), eine zugehörige Luftströmung 1110, und Wirbelstraßen 1140 und 1150. In diesem Beispiel wird die Fluidströmung 1110 divergent gemacht zu einer Fluidströmung 1110(D), bevor eine Überströmung des Prallkörpers 1120(2) erfolgt. Die divergente Düse 1125 verringert die Geschwindigkeit der Fluidströmung 1110, wenn diese in die Fluidströmung 1110(D) „erweitert” wird.
In 12 ist ein Beispiel einer Blockansicht einer Wirbelerzeugungseinrichtung 1200 mit einem Sensorgehäuse gezeigt, wobei die Einrichtung ausgebildet ist, eine Mehrkanalwirbelfrequenzerfassungs- und eine Massenstromberechnungsprozesslogik 1400 einzurichten. Die Einrichtung 1200 umfasst Sensoren 1210(1) und 1210(2) und eine Verarbeitungseinheit oder ein Modul 1220 mit einer Schnittstelleneinheit 1225, einer Datenverarbeitungseinrichtung 1230, beispielsweise einem Mikroprozessor, einer Mikrosteuerung, etc., und einen Speicher 1240 oder einem anderen Datenspeicherblock, der Daten und/oder Befehle, die für die hierin beschriebenen Maßnahmen verwendet werden, speichert. Die Schnittstelleneinheit tauscht Signale mit den Sensoren 1210(1) und 1210(2) aus und/oder versorgt diese mit Leistung. Der Speicher 1240 kann getrennt vorgesehen sein oder ein Teil des Prozessors 1230 sein. Befehle zum Ausführen der Mehrkanalwirbelfrequenzerfassung- und Massenstromberechnungsprozesslogik 1400 können in dem Speicher 1240 zum Ausführen durch den Prozessor 1230 abgelegt sein. Die Prozesslogik 1400 ermöglicht es der Einrichtung 1200, die Strömungsgeschwindigkeit oder den Massenstrom eines Fluids zu messen, das durch die Einrichtung 1200 strömt oder hindurchläuft. Die Prozesslogik 1400 wird in Verbindung mit 14 beschrieben.
Die Funktionen des Prozessors 1230 können durch ein dingliches, von einem Prozessor lesbares Medium, das mit Befehlen ausgestattet ist, oder durch eine Logik eingerichtet werden, die in einem oder mehreren dinglichen Medien enthalten ist (beispielsweise eine eingebettete Logik bzw. Logikschaltung, etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), Befehle für einen digitalen Signalprozessor (DSP), Software, die von einem Prozessor ausgeführt wird, etc.), wobei der Speicher 1240 Daten speichert, die für die Berechnungen oder Funktionen, wie sie hierin beschrieben sind, verwendet werden (und/oder Software oder Prozessorbefehle speichert, die ausgeführt werden, um die hierin beschriebenen Berechnungen und Funktionen auszuführen). Somit kann die Prozesslogik 1400 durch eine festgelegte Logik oder durch eine programmierbare Logik (beispielsweise Software/Computerbefehle, die von einem Prozessor oder einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder einem System auf einem Chip (SOC)) eingerichtet werden.
Die Sensoren 1210(1) und 1210(2) sind ausgebildet, die Wirbelablösungsfrequenz der entsprechenden Wirbelstraßen zu detektieren, erfassen oder anderweitig zu messen. Die Sensoren 1210(1) und 1210(2) können ferner ausgebildet sein, Umgebungsvariablen, etwa Temperatur, Druck und dergleichen, zu messen. Unter Verwendung von Daten aus den Sensoren 1210(1) und 1210(2) misst die Prozesslogik 1400 die Geschwindigkeit oder den Massenstrom eines Fluids, das durch die Einrichtung 1200 strömt oder hindurchtritt. Nach der Messung der Geschwindigkeit oder des Massenstromes einer Strömung, die durch die Einrichtung 1200 hindurchströmt oder hindurchtritt, kann das Modul 1220 Information an beispielsweise eine Brennstoffsteuereinheit oder einen HVAC-Luftströmungsstatusindikator weitergeben oder übertragen.
Unter Bezugnahme auf 13a und weiterhin unter Bezugnahme auf 12 sind beispielhafte Antwortkurven für einen Wirbelgenerator für zwei Sensoren dargestellt. Bei 1310 sind Antwortkurven 1 und 2 für eine Einrichtung mit zwei Sensoren in Reihe oder parallel gezeigt. Die Antwortkurven sind ähnlich zu jenen, die in den 4 und 6 gezeigt sind. Beispielsweise entspricht die Antwortkurve 1 einem Ausgangssignal, das zu dem Sensor 1210(2) gehört, und die Antwortkurve 2 entspricht einem Ausgangssignal, das zu dem Sensor 1210(1) gehört. Zu beachten ist, dass, wenn der Volumenstrom ansteigt, der Sensor 1210(2) zuerst in die Sättigung gerät, wie dies durch die vertikalen gestrichelten Linien in 13a angezeigt ist. Bei 1320 ist eine kombinierte Antwortkurve für die gesamte Einrichtung, beispielsweise die Einrichtung 1200, dargestellt. Bei 1330 wird die kombinierte Antwortkurve elektronisch oder rechentechnisch linearisiert durch beispielsweise den Prozessor 1230 oder durch eine andere Schaltung (nicht gezeigt) in dem Modul 1220.
Gemäß 13b sind beispielhafte Antwortkurven für einen Wirbelgenerator mit drei Sensoren gezeigt. Bei 1340 sind die Antwortkurven 1, 2 und 3 für eine Einrichtung mit drei Sensoren in Reihe und/oder parallel gezeigt. Die Antwortkurven sind ähnlich zu jenen, die in 5 gezeigt sind, oder sie können den Einrichtungen zugeordnet sein, die in 7 gezeigt sind. Wenn der Volumenstrom ansteigt, sättigt zuerst ein der Kurve 1 entsprechender Sensor, woraufhin die Sättigung eines Sensors folgt, der der Antwortkurve 2 entspricht, wie dies durch die vertikalen gestrichelten Linien in 13b angezeigt ist. Bei 1350 ist eine kombinierte Antwortkurve für die gesamte Einrichtung dargestellt. Bei 1360 wird die kombinierte Antwortkurve linearisiert, wie dies zuvor beschrieben ist. Obwohl in den 13a und 13b Beispiele für Einrichtungen mit zwei und drei Sensoren gezeigt sind, können die hierin beschriebenen Maßnahmen auch auf eine beliebige Anzahl an Sensoren erweitert werden. Und wie man aus diesen Antwortkurven erkennen kann, kann die Frequenzantwort in entsprechender Einrichtung einfach so eingestellt werden, dass Entwurfskriterien oder Anforderungen erfüllt werden. Die 13a und 13b sind anschauliche Antwortkurven und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und auch nicht notwendigerweise linear.
Mit Bezug zu 14 ist die Mehrkanalwirbelfrequenzerfassungs- und Massenstromberechnungsprozesslogik 1400 beschrieben. Die Logik ist in einem oder mehreren dinglichen Medien für die Ausführung codiert, und, wenn sie ausgeführt wird, ist so gestaltet, dass sie bei 1410 eine erste Wirbelablösungsfrequenz einer ersten Kármán-Wirbelstraße in der Fluidströmung misst, wobei diese Straße konvergierend oder divergierend gemacht wurde, und bei 1420 eine zweite Wirbelablösungsfrequenz einer zweiten Kármán-Wirbelstraße misst, wobei die Reynolds-Zahl der Fluidströmung sich von der Reynolds-Zahl der konvergenten oder divergenten Fluidströmung unterscheidet. Bei 1430 wird eine höchste messbare Frequenz aus der ersten oder der zweiten Wirbelablösungsfrequenz als ein Maß einer Geschwindigkeit der Fluidströmung ausgewählt. Und bei 1440 wird der Volumenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz berechnet. Es kann eine zusätzliche Logik eingebaut sein, um eine oder mehrere Umgebungsvariablen zu messen und den Massenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz und auf der Grundlage der einen oder mehreren Umgebungsvariablen zu berechnen.
Es ist ferner eine Logik vorgesehen, in der Erfassen einer ersten Wirbelablösungsfrequenz das Erfassen der ersten Wirbelablösungsfrequenz in einem ersten Kanal mit bekannter Querschnittsfläche umfasst, und in der Erfassen einer zweiten Wirbelablösungsfrequenz das Erfassen der zweiten Wirbelablösungsfrequenz in einem zweiten Kanal mit unbekannter Querschnittsfläche umfasst, und das Berechnen der Querschnittsfläche des zweiten Kanals auf Grundlage der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz erfolgt.
Die Logik umfasst ferner eine Logik, die ausgebildet ist, die erste Wirbelablösungsfrequenz gegenüber der zweiten Wirbelablösungsfrequenz zu prüfen und zu bestimmen, ob ein Fehler in einem Bauelement vorhanden ist aufgrund der Grundlage der Prüfung der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz.
Mit Bezug zu 15 ist ein Flussdiagram beschrieben, das generell ein Verfahren zum Erzeugen einer Kármán-Wirbelstraße in einer konvergierenden oder divergierenden Fluidströmung mit mehreren Kanälen zeigt. Bei 1510 wird eine Fluidstörmung einem ersten Abschnitt zugeleitet, der einen ersten Kanal, eine erste konvergente oder divergente Düse und einen zweiten Kanal aufweist, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Kanals unterschiedlich ist zu der Querschnittsfläche des ersten Kanals. Bei 1520 wird die Fluidströmung von einem ersten Kanal durch die erste Düse zu einem zweiten Kanal geführt. Und bei 1530 wird eine erste Kármán-Wirbelstraße in dem zweiten Kanal erzeugt.
Zu beachten ist, dass die Ausführungsformen, wie sie zuvor beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind, lediglich einige wenige der vielen Möglichkeiten darstellen, um einen Wirbelgenerator für erweiterte Durchflussbereiche und eine schnellere Reaktion einzurichten.
Die diversen Beispiele eines Wirbelgenerators mit Einzelkanal, von Wirbelgeneratoren mit seriellen Kanälen und von Wirbelgeneratoren mit parallelen Kanälen, in denen konvergierende Fluidströmungen verwendet sind, sollen nicht als Einschränkung erachtet werden. Aus den Beispielen geht hervor, dass eine beliebige Anzahl an Wirbelgeneratoren eingerichtet werden kann. Die Wirbelgeneratoren können in einer beliebigen Weise aus serieller oder paralleler Kombination angeordnet sein. Die Wirbelgeneratoren können voneinander beabstandet sein. Es kann eine beliebige Kombination aus Kanalquerschnittsflächen für getrennte Fluidströmungen eingerichtet werden. Die Düsen können ein beliebiges Konvergenzverhältnis besitzen. Somit kann eine beliebige Kombination aus erzeugten Wirbeln eingerichtet werden, ohne von dem Konzept des Erzeugens einer von Kármán-Wirbelstraße in einer konvergenten Fluidströmung abzuweichen.
Es sind Beispiele für Wirbelgeneratoren angegeben, die verwendet werden, um die Luftströmungsgeschwindigkeit in Verbrennungsmotoren zu messen. Diese Beispiele sollen als nicht-einschränkend betrachtet werden. Die Fluidströmungsmessung ist in vielen Anwendungen und auf vielen technischen Gebieten wichtig. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Maßnahmen verwendet werden, um Wirbelstraßen zu erzeugen, in:

• Flugzeugtreibstoff, um die Kraftstoffströmung in einem Düsenantrieb zu messen, um die Kraftstoffströmung zwischen Kraftstofftanks zu messen, oder um die Kraftstoffströmungen in und aus einer Kraftstoffleitung heraus im Hinblick auf die Leckerkennung zu vergleichen;
• Wasserstoff, Sauerstoff, Hydrazin, Kerosin, etc., und die Wirbelstraße kann verwendet werden, um die Strömung in einer Verbrennungskammer zu messen;
• Luft zur Messung der Luftströmung in Heiz-, Belüftungs- und Klima-(HVAC)Systemen, in denen erzwungene Luftströmung verwendet wird, zu messen; oder
• in einem Hydraulikfluid, um Leckagen zu erkennen.

Obwohl die Vorrichtung, die Logik und das Verfahren hierin gezeigt und beschrieben sind als Ausführungsformen in einem oder mehreren speziellen Beispielen, ist dennoch keine Beschränkung auf die gezeigten Details beabsichtigt, da diverse Modifizierungen und strukturelle Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Vorrichtung, der Logik und des Verfahrens abzuweichen, und diese Änderungen liegen innerhalb des Schutzbereichs und des Äquivalenzbereichs der Patentansprüche. Folglich ist es angemessen, dass die angefügten Ansprüche als breit erachtet und in einer Weise aufgefasst werden, die mit dem Schutzbereich der Vorrichtung, der Logik und des Verfahrens, wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt, konsistent ist.

Claims

Ein Verfahren mit: Bereitstellen einer Fluidströmung zu einem ersten Abschnitt, der einen ersten Kanal, eine erste konvergente oder divergente Düse und einen zweiten Kanal aufweist, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Kanals sich von der Querschnittsfläche des ersten Kanals unterscheidet; Leiten der Fluidströmung von dem ersten Kanal durch die erste Düse zu dem zweiten Kanal; und Erzeugen einer ersten Kármán-Wirbelstraße in dem zweiten Kanal.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Düse eine konvergierende Düse derart ist, dass die Querschnittsfläche des zweiten Kanals kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Kanals und wobei die Reynolds-Zahl der Fluidströmung in dem zweiten Kanal auf einen gewünschten Wert erhöht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Düse eine divergente Düse derart ist, dass die Querschnittsfläche des zweiten Kanals größer ist als die Querschnittsfläche des ersten Kanals, und wobei die Reynolds-Zahl der Fluidströmung in dem zweiten Kanal auf einen gewünschten Wert verringert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Umleiten eines Teils der Fluidströmung zu einem zweiten Abschnitt; und Erzeugen einer zweiten Kármán-Wirbelstraße in dem zweiten Abschnitt derart, dass die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße parallel erzeugt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Anordnen eines ersten Prallkörpers in dem zweiten Kanal, der zum Erzeugen der ersten Kármán-Wirbelstraße ausgebildet ist, und Skalieren einer Größe des ersten Prallkörpers zu einer charakteristischen Länge, die eine Wirbelablösungsfrequenzantwort für die erste Kármán-Wirbelstraße optimiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Leiten der Fluidströmung von dem zweiten Kanal durch eine zweite konvergente oder divergente Düse zu einem dritten Kanal, wobei die Querschnittsfläche des dritten Kanals sich von der Querschnittfläche des ersten und des zweiten Kanals unterscheidet; und Erzeugen einer zweiten Kármán-Wirbelstraße in den dritten Kanal in Reihe zu der ersten Kármán-Wirbelstraße.
Das Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Anordnen eines ersten und eines zweiten Prallkörpers in dem zweiten und dem dritten Kanal, die ausgebildet sind, die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße zu erzeugen; und Skalieren einer Größe des ersten und des zweiten Prallkörpers zu einer charakteristischen Länge, die eine Wirbelablösungsfrequenzantwort für die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße optimiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Messen einer Wirbelablösungsfrequenz der ersten Kármán-Wirbelstraße; und Messen einer Wirbelabslösungsfrequenz einer zweiten Kármán-Wirbelstraße, wobei die zweite Kármán-Wirbelstraße an anderer Stelle als dem zweiten Kanal erzeugt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Prüfen der ersten Wirbelablösungsfrequenz auf der Grundlage der zweiten Wirbelablösungsfrequenz; und Bestimmen, ob ein Fehler vorhanden ist auf der Grundlage der Prüfung der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz.
Das Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Auswählen einer höchsten nutzbaren Frequenz aus der ersten Wirbelablösungsfrequenz oder der zweiten Wirbelablösungsfrequenz als ein Maß einer Geschwindigkeit der Fluidströmung; und Berechnen des Volumenstromes der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz.
Das Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Messen einer oder mehrerer Umgebungsvariablen, insbesondere der Temperatur, des Drucks und der Fluidzusammensetzung; und Berechnen des Massenstroms der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz und der einen oder mehreren Umgebungsvariablen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Umleiten von Bereichen der Fluidströmung in mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen oder identischen Querschnittsflächen, wobei die Abschnitte in Reihe und/oder parallel oder in einer Kombination davon angeordnet sind; Anordnen mehrere Düsen in den mehreren Abschnitten derart, dass Bereiche der umgeleiteten Fluidströme mehrere Male konvergierend oder divergierend gemacht werden, um mehrere Kármán-Wirbelstraßen zu erzeugen; Anordnen mehrerer Prallkörper in den konvergierenden oder divergierenden Bereichen der Fluidströmung, die ausgebildet sind, Kármán-Wirbelstraßen zu erzeugen; und Erzeugen mehrerer weiterer Kármán-Wirbelstraßen unter Verwendung der mehreren Prallkörper.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen einer laminaren Strömung aus der Fluidströmung in dem ersten und/oder dem zweiten Kanal.
Eine Vorrichtung mit: einem ersten Abschnitt, der ausgebildet ist, eine Fluidströmung aufzunehmen und einen ersten Kanal, eine konvergente oder divergente Düse und einen zweiten Kanal aufweist, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Kanals sieh von der Querschnittsfläche des ersten Kanals unterscheidet; und einem ersten Prallkörper in dem zweiten Kanal, der ausgebildet ist, eine erste Kármán-Wirbelstraße zu erzeugen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Düse eine konvergente Düse derart ist, dass die Querschnittfläche des zweiten Kanals kleiner ist als die Querschnittfläche des ersten Kanals, wobei die Vorrichtung ferner ausgebildet ist, eine Reynolds-Zahl der Fluidströmung in dem zweiten Kanal auf einen gewünschten Wert zu erhöhen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Düse eine divergente Düse derart ist, dass die Querschnittsfläche des zweiten Kanals größer ist als die Querschnittfläche des ersten Kanals, und wobei die Vorrichtung ferner ausgebildet ist, eine Reynolds-Zahl der Fluidströmung in dem zweiten Kanal auf einen gewünschten Wert zu verringern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner umfasst: einen Umgehungskanal, der ausgebildet ist, einen Bereich der Fluidströmung zu einem zweiten Abschnitt umzuleiten; und einen zweiten Prallkörper in dem zweiten Abschnitt, der ausgebildet ist, eine zweite Kármán-Wirbelstraße derart zu erzeugen, dass die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße parallel erzeugbar sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei eine Größe des ersten und des zweiten Prallkörpers auf eine charakteristische Länge ausgelegt ist, die eine Wirbelablösungsfrequenzantwort für die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße optimiert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner umfasst: einen dritten Kanal in Reihe zu dem ersten und dem zweiten Kanal; eine zweite konvergente oder divergente Düse, die zwischen dem zweiten und dem dritten Kanal angekoppelt ist, wobei die Querschnittsfläche des dritten Kanals sich von der Querschnittfläche des ersten und des zweiten Kanals unterscheidet; und einen zweiten Prallkörper in dem dritten Kanal, der ausgebildet ist, eine zweite Kármán-Wirbelstraße in dem zweiten Abschnitte derart zu erzeugen, dass die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße in Reihe erzeugbar sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Größe des ersten und des zweiten Prallkörpers auf eine charakteristische Länge ausgelegt ist, die eine Wirbelablösungsfrequenzantwort für die erste und die zweite Kármán-Wirbelstraße optimiert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine Sensoranordnung mit einer Verarbeitungslogik aufweist, die ausgebildet ist, um: eine Wirbelablösungsfrequenz der ersten Kármán-Wirbelstraße zu messen; und eine Wirbelablösungsfrequenz einer zweiten Kármán-Wirbelstraße zu messen, wobei die zweite Kármán-Wirbelstraße an einem anderen Ort als dem zweiten Kanal erzeugt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Sensoranordnung ferner ausgebildet ist, um: die erste Wirbelablösungsfrequenz in Bezug zu der zweiten Wirbelablösungsfrequenz zu prüfen; und zu bestimmen, ob in der Vorrichtung ein Fehler vorhanden ist auf der Grundlage der Prüfung der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz.
Die Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Sensoranordnung ferner ausgebildet ist, um: eine höchste nutzbare Frequenz aus der ersten oder der zweiten Wirbelablösungsfrequenz als ein Maß einer Geschwindigkeit der Fluidströmung auszuwählen; und den Volumenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz zu berechnen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Sensoranordnung ferner ausgebildet ist, um: eine oder mehrere Umgebungsvariablen zu messen; und den Massenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz und der einen oder den mehreren Umgebungsvariablen zu berechnen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner umfasst: eine oder mehrere Umgehungsleitungen, die ausgebildet sind, Bereich der Fluidströmung in mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen oder identischen Querschnittflächen umzuleiten, wobei die Abschnitte in Reihe und/oder parallel oder als Kombination davon angeordnet sind; mehrere Düsen in den mehreren Abschnitten, die ausgebildet sind, Bereiche der Fluidströmung konvergent oder divergent zu machen, um mehrere Kármán-Wirbelstraßen zu erzeugen; drei oder mehr Prallkörper in den mehreren Abschnitten, die ausgebildet sind, Kármán-Wirbelstraßen zu erzeugen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine Sensoranordnung aufweist, die ausgebildet ist, die Wirbelablösungsfrequenz mehrerer Kármán-Wirbelstraßen zu messen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine oder mehrere Einrichtungen zur Erzeugung einer laminaren Strömung in dem ersten und/oder dem zweiten Kanal aufweist, die ausgebildet sind, die Fluidströmung laminar zu machen.
Logik, die in einem oder mehreren dinglichen Medien zum Ausführen codiert ist, und die, wenn sie ausgeführt wird, dazu führt, dass: eine erste Wirbelablösungsfrequenz einer ersten Kármán-Wirbelstraße in der Fluidströmung, die konvergent oder divergent gemacht ist, gemessen wird; und eine zweite Wirbelablösungsfrequenz einer zweiten Kármán-Wirbelstraße gemessen wird, wobei die Reynolds-Zahl der Fluidströmung sich von der Reynolds-Zahl der konvergenten oder divergenten Fluidströmung unterscheidet.
Die Logik nach Anspruch 20, die ferner eine Logik aufweist, die ausgebildet ist, um: eine höchste nutzbare Frequenz aus der ersten oder zweiten Wirbelablösungsfrequenz als Maß einer Geschwindigkeit der Fluidströmung auszuwählen; und den Volumenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz zu berechnen.
Die Logik nach Anspruch 29, die ferner eine Logik umfasst, die ausgebildet ist, um: eine oder mehrere Umgebungsvariablen zu messen; und den Massenstrom der Fluidströmung auf der Grundlage der höchsten nutzbaren Frequenz und der einen oder den mehreren Umgebungsvariablen zu berechnen.
Die Logik nach Anspruch 20, wobei Erfassen der ersten Wirbelablösungsfrequenz Erfassen der ersten Wirbelablösungsfrequenz in einem ersten Kanal mit bekannter Querschnittsfläche umfasst, und wobei Erfassen der zweiten Wirbelablösungsfrequenz Erfassen der zweiten Wirbelablösungsfrequenz in einem zweiten Kanal mit unbekannter Querschnittsfläche umfasst, und wobei ferner eine Logik vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die Querschnittsfläche des zweiten Kanals auf der Grundlage der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz zu berechnen.
Die Logik nach Anspruch 20, die ferner eine Logik aufweist, die ausgebildet ist, um: die erste Wirbelablösungsfrequenz in Bezug auf die zweite Wirbelablösungsfrequenz zu prüfen; und zu bestimmen, ob ein Fehler in der Vorrichtung vorhanden ist, auf der Grundlage der Prüfung der ersten und der zweiten Wirbelablösungsfrequenz.