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Strömungsmengenmeßgerät : Die Erfindung betrifft ein Strömungsmengenmeßgerät,
bei welchem die in einer Leitung strömende Menge als Quotient eines Drehmomentes,
das durch eine Ver-@nderung des Drehimpulses der Strömung erzeugt wird, dividiert
durch die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit, bestimmt wird, und es ist ein Ziel
der Erfindung ein verbessertes Strömungsmengenmeßgerät der beschriebenen Art zu
schaffen, welches ohne Verwendung von Lagerungen oder Drehdichtungen in der Flüssigkeit
aufgebaut werden kann, sodaß dieses Gerat gegen in der Flüssigkeit vorhandenes abreibendes
oder verschleissendes Material unempfindlich ist.
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Gemäss der Erfindung wird ein Schwingungsmotor verwendet,
um
über eine federnde Welle eine Winkelbewegung auf eine axial in der Strömung angeordnete
Schaufel oder einen Satz derartiger Schaufeln zu übertragen, wobei die Schaufel
oder die Schaufeln um eine sich in Richtung der Strömung erstreckende Achse drehbar
sind, und es sind Einrichtungen vorgesehen, um den Überschuss der Drehmomentanslenkung,
die vom Motor durch eine federnde Welle auf die Schau@l oder die Schaufeln übertragen
wird, über die rehnIomentauslenkung zu bestimmen, die auf eine Welle mit ähnlich
bezogenen elastischen Eigenschaften und Trägheitalasten übertragen wird, welche
keinen Impuls oder einen proportional geringeren Impuls auf die Strömung überträgt
und welche Sinrichtungen ebenfalls die auf die zuletzt genannte Welle Ubertragene
Drehmomentauslenkung bestimmen. Falls die zweite Trägheitslaet keinen Drehimpuls
auf die Strömung überträgt, ist die Strömungamenge proportional dem Quotienten der
beiden auf diese Weise bestimmten Drehmomentwerte.
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In den Figuren der Zeichnung sind zwei Asuführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Leitung,
durch ml che die Strömungsmenge hindurchgeführt wird und ii der eine Einrichtung
gemäss der Erfindung angeordnet ist und Figur 2
figur 2 eine Schnittansicht
eines weiteren Ausführungsbeispieles.
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Wie Figur 1 zeigt, sind zwei mit Schaufeln oder Flügeln versehene
Rotoren 1 und 2 vorgesehen, die den gleichen Aufbau haben und die an entgegengesetzten
Enden einer federnden hohlen Welle 3 angeordnet sind. Diese Welle ist im Drehschwingungsanker
4 eines Vibrationsmotors 4, 4a befestigt, und zwar derart, daß sich diese Welle
axial zur Leitung 5 arstreckt, durch welche die Flüssigkeit strömt, die zu messen
ist. Die Flügel oder Schaufeln eines Jeden Rotors t und 2 erstrecken sich in Richtung
der Leitungsachse und damit in Richtung der Strömung. Ein Rotor 1 ist in einem Gehäuse
oder in einer Hülse ó angeordnet, wobei sich das Gehäuse innerhalb der Leitung 5
befindet.
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Dieses Gehäuse 6 ist derart geformt, daß es der Strömung durch die
Leitung einen minimalen Widerstand entgegensetzt, und das Gehäuse ist im Abstand
von der Wandung der Leitung 5 angeordnete Die Anordnung des Gehäuses und die Ausbildung
der Leitung 5 sind derart getroffen, daß im wesentlichen ein konstanter Strömungsquerschnitt
aufrechterhalten wird. Die Leitung 5 weist im Teil 15, der das Gehäse 6 umgibt,
einen vergrößerten Durchmesser auf. Die Wandung des Gehäuses 6 ist mit Durchbohrungen
7 versehen. Die Wandung des Gehäuses 6 kann auch aus einem durchlässigen Material
geforttgt seiz
sein. Auf diese Weise steht der Innenraum des Gehäuses
hydrostatisch mit der Flüssigkeit in der Leitung 5 in Verbindung. Die Flüssigkeit
innerhalb des Gehäuses 6 nimmt Jedoch nicht wesentlich an der axialen Strömungsbewegung
der Hauptströmung teil.
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Innerhalb der federnden Torsionshohlwelle 3 ist koaxial eine starre
innere Welle 8 angeordnet. Ein Ende dieser Welle ist am Rotor 1 und an einem Ende.
der federnde Welle 3 befestigt, während das andere Ende der Welle 8 sich durch das
freie Ende der federnden Welle 3 am, äußeren Ende des Rotors 2 hindurcherstreckt.
Die starre Welle 8. trägt an diesem, Ende ein Feldrichtungsglied, beispielsweise
einen elektromagnetischen Stab 9, und zwei voneinander getrennte Induktionsglieder
10 und 11 sind an Ende der hohlen federnden Welle 3 und an einem stationären Körper
12 angeordnet. Beide induktioisglieder sind in der Nähe de. freien Endes der Welle
3 angeordnet. um die Vibratkionsamplitude der starren Welle 8 bezüglich der federnden
Welle 3 und der festen Wendung der Leitut 5 abzutasten. Wenn durch den Motor 4,
4a derWelle 3 eine Drehschwingung vorzugsweise mit einer derartigen Fiequenz
Frequenz
erteilt wird, daß sich eine Resonanz einstellt, ist der Widerstand gegen die Drehung,
der durch die Flügel oder Schaufeln 1 geleistet wird, der Geschwindigkeit und der
Amplitude der Schwingung proportional. Dadurch ist dieser Widerstand proportional
der augenblicklichen Winkelbeschleunigung, multipliziert, mit dem Trägheitsmoment
der Flügel 1 und einem zusätzlichen Trägheitswert, der durch die sich ergebende
Bewegung der Flüssigkeit erzeugt wird. Die Bewegung der Schaufeln oder Flügel 2
muß einen zusätzlichen Widerstand überwinden, welcher der augenblicklichen ginkelgeschwindigkeit
des Rotors multi-pliziert mit der Strömungsmenge proportional ist, welche in den
Rotor mit der Winkelgeschwindigkeit Null eintritt und welche diesen Rotor mit einer
Winkelgeschwindigkeit verlässt, die gleich der der Schaufeln 2 ist Da die durch
die Trägheit erzeugten Drehmomente an den beiden Enden der Welle 3 gleich sind,
erzeugen diese keinerlei relative Verschiebung zwischen den freien Enden der Welle
3 usa 8 und erzeugen so im induktor lo keine Anzeige. Eine Erregung des Induktors
10 zeigt deshalb lediglich das produkt der Strdmungsmenge und der Vinkelgeschwindigkeit
an, während andrerseits die Bewegung des Feldgliedes 9 gegenüber' dem Detektor 11
lediglich den Trägheitswiderstand der Flügel 1 anzeigt, und dieser Widerstand ist
im Falle von
von rein sinusförmigen Schwingungen proportional der
maximalen Winkelgeschwindigkeit des Motorankers 4. Es ist zu erkennen, daß der Quotient,
der durch eine Division der Anzeige der Vorrichtung 11 durch die Anzeige der Vorrichtung
10 gewonnen wird, proportional der Strömungsmenge ist, die auf diese Weise in üblicher
Porm gemessen werden kann, beispielsweise durch die gegenseitige Verschiebung von
zwei logarithmischen Skalen.
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Da lediglich das Verhältnis von zwei Ausgangswerten zur Bestimmung
der Strömungsmenge verwendet wird, wird das Ergebnis nicht durch die Frequenz beeinflusst,
mit der der Vibrationsmotor arbeitet. Bin Betrieb mit Resonanzfrequenz ist jedoch
erKinscht, da dieser eine maximale Auslenkung erzeugt und da dadurch eine maximale
Genauigkeit der Messung erzielt wird. Weiterhin gleicht sich dadurch die Bewegung
wesentlich mehr einer echt sinusförmigen Bewegung an. Da der Motoranker 4 lediglich
Vibrationsbewegungen durchführt, kann dessen drehender Teil federnd im stationären
Teil gelagert sein. Daduroh kann die Welle 3, welche die Rotorflügel 1 und 2 trägt,
derart montiert werden, daß keine Lager vorgesehen sein müssen. Da die Schwingungsamplitude
des Motors klein sein
kann, kann dieser Motor, falls gewünscht,
als piezoelektrischer Antrieb ausgebildet sein.
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Der in Figur 1 dargestellte Aufbau kann für ejne Strömung in jeder
Richtung, die durch die Efeile A und 3 angezeigt wird, verwendet werden.
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Figur 2 zeigt schematisch einen im allgemeinen ähnlichen Aufbau, der
hauptsächlich für eine StrUmung in Richtung des Pfeiles C bestimmt ist.
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In Figur 2 sind die Teile, die gleichen Teilen in Figur 1 entsprechen,
mit den gleichen, um zwanzig erhöhten Bezugs-zeichen versehen. Die Flügel 22, die
durch die Strömungsmenge beeinflusst werden, sind bei dieser Ausführungsform am
Einlaß oder stromaufwärts gelegenen Ende der federnden Torsionswelle 23 angeordnet,
sodaß auf diese Flügel eine Strömungauftritt, die so ungestört wie nur möglich ist.
Die Welle 23 selbst kann eine volle Welle sein, und die Aufnahmeeinrichtung zur
Messung der Drehmomente ist etwas anders aufgebaut, inso@@ fern, als die Amplituden
der Drehmomente, die auf die Strömungsmengenmeßflügel 22 übertragen werden und auf
den Trägheitskörper, der Flügel 21 aufweist,durch Wicklungen 33 und, 34 für sich
abgegriffen werden. Jede dieser Wliklungen
lungen wird durch ein
felderzeugendes Glied induziert, welches mit dem entsprechenden Ende der Zelle 25
schwingt. Vor den Flügeln 22 ist eine mittlere Verkleidung 35 angeordnet und das
Gehause 26 ist bezüglich des Einlaß- und Auslaßendes asymmetrisch geformt, um einen
minimalen Strömungswiderstand zu bilden.
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Es können gegenüber den in den Figuren der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen bauliche Abänderungen vorgenommen werden1 die im Rahmen der Erfindung
liegen. FAr die beiden Flügel oder für die beiden Flügelsätze ist es nicht wesentlich,
daß diese gleich sind, da, vorausgesett, daß deren relative Trägheit bekannt ist,
die federnde Welle derart aufgebaut werden kann, daß sie Plügelsysteme unterschiedlicher
Trägheit kompensieren kann. In gleicher Weise ist es für einen der Flügel oder Plügelsätze
nicht wesentsich, daß dieser oder diese in ruhende Flüssigkeit eintaucht oder eintauchen.
Der Flügel oder der Flügelsatz kann in Flüssigkeit eintauchen, deren Geschwindiekgit
ein bekannter Bruchteil der Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist, die durch den anderen
Flügel oder Plügelsatz hindurchgeht. In diesem Fall wird durch die Messung des Unterschiedes
der Winkelbewegung
gung zwischen den beiden Flügeln oder Flügelsätzen
vollständig die Trägheitseinwirkung ausgeachaltet, es wird jedoch ein bekanntes
Verhältnis der Drehimpulseinwirkung ebenfalls abgezogen. Dadurch wird jedoch in
die Berechnung lediglich ein bekannter Koeffizient ein geführt.
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Patentansprüche