DE1423911A1 - Verfahren zum Messen der Stroemungsgeschwindigkeit eines elektrisch nichtleitenden Stroemungsmittels - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines elektrisch nicht-leitenden Strömungsmittels Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Messen der Strömungsgesohwindigkei t eines elektrisch nicht-leitenden Strömungsmittels, welches eine Rohrleitung aus elektrisch isolierendem Material unter dem Einfluß eines Wechselmagnetfeldes, das quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, durchströmt.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Strömungsmesser vorzusehen, bei dem Pol stücke oder -schuhe außerhalb einer das strömende Material führenden Rohrleitung angeordnet sind, um das Material so ZU ionisieren, daß ein Potentialgradient an dem Strömungsquerschnitt geschaffen wird und Kontakte an Punkten unterschiedlichen Potentials eingeführt werden. Ein Alternativbetrieb dieser Vorrichtung ist auch vorgeschlagen worden, bei welchem die Platten als Kondensator wirken, aber in diesem Falle war es vorgeschlagen worden, die Platten außerhalb der Rohrleitung anzuordnen, welche aus Isoliermaterial hergestellt war. Bei einer derartigen Anordnung ist es unwahrscheinlich, daß die feldstärke des Magnetfeldes genügend groß gemacht wird, um ein erkennbares Signal zu erzeugen, wenn nicht die dohrleitung außerordentlich groß hergestellt wird.
• Demzufolge wird dieser Nachteil durch Anordnen der Polstücke außerhalb der Rohrleitung und der Platten in der Hohrleitung gemindert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel zwischen einem Paar von Platten oer Belägen durchgeleitet wird, die in Ebenen parallel zum eld und innerhalb der Leitung mit Abstand voneinander angeordnet sind, und daij die Oberfläche der Platten und die Feldstärke so groß bemessen werden, daß die infolge der Orientierung der Dipole im Strömungsmittel erzeugte EMK zu messen ist.
• Es kann gezeigt werden, daß der äquivalente Stromkreis, der so entsteht, die in Fig. 1 gezeigte Form aufweist, bei welcher C1 die Kapazität der Kondensatorbeläge im Vakuum ist und näherungsweise durch die weichung bestimmt wird: worin #c die Leitfähigkeit im freien Raum ist, A die Belagfläche in Quadratmetern und d der Belagabstand in Metern ist.
• Wenn mit Cm die Kapazität bezeichnet wird, die vom Material herrührt, dessen Strömungswert gemessen werden soll, so ist dieser näherungsweise gegeben durch worin die Relativleitfähigkeit des Materials ist.
• Falls das zur Anwendung gebrachte Feld durch B sin # t auagedrückt werden kann, so ist die Ausgangsspannung Vo gegeben durch worin p das Widerstandsvermögen in Ohm-Metern und v die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in Metern pro Sekunde ist, während B die magnetische Plußdichte in Gauss pro Quadratmeter ist.
• Wenn das Widerstandsvermögen (spezifischer Widerstand) der Flüssigkeit groß ist, dann wird daraus was für eine gegebene Flüssigkeit proportional V, der Strömungsgeschwindigkeit, ist.
• Die Spannung VO kann mittels einer Hochimpedanz-Spannungsmesseinrichtung, wie beispielsweise eines Elektronenverstärkers, festgestellt oder gemessen werden, wobei das einzige Erfordernis darin besteht, daß die Eingangsimpedanz groß ist im Vergleich zu derjenigen von C' bei der Betriebsfrequenz.
• Eine Alternativ-Betriebsmethode läuft darauf hinaus, parallel zu C' eine Strommessvorrichtung zu schalten, deren Impedanz sehr viel kleiner als diejenige von C'ist. In diesem Falle ergibt sich der Strom 1 aus der Formel (1) wie folgt AVB (3) I = sin # t - AVB##o (#r - 1) cos # t.
• # Durch Verwendung einer auf Phasenverschiebung ansprechenden Messvorrichtung ist es möglich, die Sinuskomponente von I zu unterdrücken, wodurch man wiederum einen Ausdruck proportional V erhält.
• Wie sich aus der Zeichnung ergibt, zeigt diese im Querschnitt einen Stutzen oder eine Rohrleitung I, welcher bzw. welche sich in Achsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Papierebene erstreckt und eine Wandung 1a aufweist, die aus nicht-leitendem Material besteht. An zwei diametral gegenüberliegenden Stellen wird die Wandung 1a durch isolierte Leiter 2, 3 gequert, welche Jeweils Kondensatorplatten oder -beläge 4, 5 tragen, die ihrerseits die elektrisch stromleitenden Elemente eines Kondensators bilden. Die Platten 4, 5 erstrecken sich mit Abstand axial zur Leitung I. Ein geeigneter Detektor D, beispielsweise ein solcher, welcher einen Slektrometer-ohr-Eingangs-Verstärker aufweist und gegebenenfalls aufPhasenverschiebung ansprechende Prüfsteuerkreise aufweist, ist parallel zu den Leitern 2, 3 geschaltet.
• Ein magnetisches Wechselfeld quer zu den Platten 4, 5 und zur dohrleitungsachae kann mittels eines Elektromagneten 6 erzeugt werden, welcher eine Wicklung 7 auf dem Joch 8 trägt, an welchem die beiden Polschuhe 9 sitzen, und zwar je einer auf jeder Seitenwandung der bohrleitung an Stellen, welche um 900 zu den Platten 4, 5 versetzt sind.
• Die Polschuhe 9 erstrecken sich in Achsrichtung der Rohrleitung über einen Abstand hinweg, der im wesentlichen dem axialen Abstand der Platten 4, 5 gleichkommt.
• Das nicht-leitende Strömungsmittel, dessen Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden 9011, wird durch die Rohrleitung hindurchgeschickt, während die Wicklung 7 dadurch erregt wird, daß sie an eine Wechselstromquelle angelegt wird. Ein magnetisches Wechselfeld wird zwischen den Polschuhen 9 erzeugt, während die Dipol-Ausrichtung im Strömungsmittel eine Potentialdifferenz zwischen den Platten 4, 5 erzeugt, welche vom Detektor (D) angezeigt wird.
• Bei dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde ein magnetisches Wechselfeld zu 50 Hertz mit einer Scheitel-Magnetflufddichte von etwa 1 Weber/qm bzw. Gauss zur Anwendung gebracht. Ein Ölstrom, der ein Widerstandsvermögen bzw. einen Widerstand von 1,5 x 1O10 Ohm-Meter hatte, wurde durch ein Glasrohr mit rechtwinkligem Querschnitt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 Meter pro Sekunde hindurchgeschickt. Die Abmessungen der Kupferplatten betrugen 0,00635 Meter in Längsrichtung und 0,025 Meter in der Breite, so daß C' gleich 0,4 /u/uF betrug, während Cm gleich 1,0 /u/uF war. Eine EMK von 20 mV wurde an den Platten gemessen, wenn ihr Abstand 2 cm betrug, Die Dielektrizitätskonstante des Öls war gleich etwa 2,5.
• Eine Abänderung der Erfindung kann darin bestehen, daß man ein konstantes magnetisches Feld verwendet, welches eine Gleichstrom-EMK erzeugt, wobei eine pulsierende elektrische Entladungaströmung dadurchghalten wird, daß man in Reihe mit den Zlektrodenplatten einen variablen Kondensator schaltet, dessen Kapazität verändert wird. Der elektrische Lade- oder Entladungsstrom kann in beliebiger Weise gemessen werden, wobei jedoch Vorkehrung dafür getroffen werden muß, daß die Ladungsverteilung bzw. Feldverteilung, die sich aus Leck-oder Streuströmen ergibt, durch Reduzierung des Magnetfeldes auf Null wiederhergestellt wird und daß die Steuerkreis-Kapazitäten in Intervallen entladen werden.
• Das vorgeschlagene Gerät hat einen besonderen Wert dort, wo eine Messung zur Sicherheit gegen Versagen einer Strömung von nicht-stromleitenden Materialien gefordert wird.
• Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Kondensatorplatten 4, 5 innerhalb der Rohrleitung angeordnet.
• Selbstverständlich können dann, wenn die Rohrleitungswandung la aus elektrisch nicht-stromleitendem Material besteht, die Platten auch außerhalb der Rohrleitung angeordnet werden, wobei dann der Wert von C und Cm durch die Kapazität modifiziert werden muß, die durch die Rohrleitungswandung eingebracht wird.
• Patentansprüche

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum dessen der Strömungsgescfrwindi;keit eines elektrisch nicht-leitenden Strömungemittele, welches eine Ronrleitung aus elektrisch isolierendem Material unter dem Einfluß eines @echselmagnetfeldes, das cluer zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel zwischen einei Paar von Platten oder Jelägen durchgeleitet wird, die in ebenen parallel zum Feld und innerhalb der Leitung mit Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Oberfläche der Platten und die Feldstärke genügend groß bemessen werden, daß die infolge der Orientierung der Dipole im Strömungsmittel erzeugte EMK zu messen ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom infolge der elektriscnen Polarisierung des fließenden Strömungemittels durch ein Strommeßinstrument gemessen wird, dessen Impedanz im wesentlichen niedriger als diejenige ist, welche von den Platten bei der Arbeitsfrequenz dargestellt wird.

   L e e r s e i t e