DE1473155C - Stromungsmeßgerat fur ein fluides Medium - Google Patents

Description

nach dem Hauptpatent hat ferner eine Recheneinrichtung, um automatisch den Quotienten zu bestimmen, der der Strömungsmenge proportional ist.

mengenmeßgerät gemäß dem Hauptpatent ausgerüstet ist, wobei die Erfindung bei diesem Gerät verwendet wird,

F i g. 2 ein Strömungsmengenmeßgerät gemäß der Erfindung, mit einem abgeänderten Übertrager, wobei der elektrische Teil in Form eines Blockdiagramms gezeigt ist,

F i g. 3 eine Schnittdarstellung einer praktischen Ausführungsform des in F i g. 2 gezeigten Wandlers.

Es sei zuerst auf F i g. 1 Bezug genommen. Ein Kanal oder eine Leitung 1, durch die ein fluides Medium in Richtung des Pfeiles A hindurchströmt, weist ein Turbinenrad 2 auf, welches mit Flügeln 3 ausgestattet ist und welches frei drehbar zwischen Spitzen 4 in einem Verkleidungskörper 5 gelagert ist. Stromaufwärts von den Turbinenflügeln 3 ist ein Satz von Leitschaufeln 6 angeordnet, welche Abweiselemente bilden. Die Winkel dieser Schaufeln gegenüber der Axialrichtung ist veränderlich, so daß eine hohe Wirbelungsgeschwindigkeit erzielt werden kann, die sicherstellt, daß die Schaufeln 3 ansprechen, auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit gering ist, ohne daß dabei die Turbine 2 sich mit einer allzu großen Drehzahl bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten dreht. Eine Vorrichtung 7, die mit einer Geschwindigkeit Pulse erzeugt, die proportional zur Dreh- \ zahl der Turbine 2 ist, ist an der Kanalwandung vorgesehen und ein zweiter Schaufelkörper 8, der in gleieher Weise in der Ummantelung 5, zwischen Spitzen, wie bei 9 gezeigt, montiert ist, ist mit elektrostatischen, auf das Drehmoment ansprechenden Mitteln 10 ausgerüstet, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese bei 11 einen elektrischen Ausgang erzeugen, der das Drehmoment darstellt.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein elektrischer Ausgang, der der Pulszählung entspricht und der die Drehzahl der Drehzahlturbine 2 darstellt, wird über eine Leitung 12 einem Rechengeräteingang 13 zugeführt. Diese Einheit 13 erzeugt einen Digitalausgang, der die Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl der Wirbelung darstellt, während der Ausgang von der Leitung 11, der die Drehmomentenwirkung auf das Drehmomentenschaufelwerk 8 repräsentiert, einen zweiten Computer-Eingang 14 zugeführt wird, dessen Ausgang den Digitalwert des Drehmomentes darstellt. Die Ausgänge der beiden Einheiten 13 und 14 werden einer Teilereinheit 15 zugeführt und der elektrische Ausgang dieser Teilereinheit, der bei 16 auftritt, wird einer Steuereinheit, einer Aufzeichnungseinheit oder einer Abgabeeinheit zugeführt, wobei bei 17 dieser Wert als Ausgang des Strömungsmeßgerätes auftritt. Zusätzlich wird der Ausgang der Teilereinheit 15 einer Programmeinheit 18 zugeführt, die dazu dient, aus dem Geräteausgang die Drehzahl N₁ zu bestimmen, mit welcher gemäß einer gewünschten Funktion die Geschwindigkeitsturbine für die festgestellte Strömung umlaufen soll. Der auf diese Weise bestimmte WeTtN₁ wird als positiver Eingang einer algebraischen Addierstufe 19 zugeführt, wobei dieser Stufe der tatsächliche Wert N zugeführt wird, der von der Rechengeräteingangsstufe J.3 abgeleitet wird. Dieser Wert wird als zweiter, negativer Eingang zugeführt. Die algebraische Summe dieser beiden Eingänge bildet die Drehzahlabweichung und ein Signal entsprechender Polarität wird nach der Verstärkung durch einen Servoverstärker 20 einem Elektromotor 21 zugeleitet. Dieser Motor treibt einen Drehring 22 an, der die Einstellung der Leitschaufeln bewirkt. Die Richtung, in der der Motor 21 angetrieben wird, ist derart gewählt, daß die Drehzahlabweichung vermindert wird, und zwar durch eine Verminderung des Einstellwinkels der Schaufeln, wenn die Drehzahl N der Turbine 2 höher ist und durch eine Erhöhung des Einstellwinkels, wenn die Drehzahl der Turbine 2 kleiner ist als der Wert N₁, der vom Programmgerät 18 geliefert wird.

Der Wandler des in F i g. 2 dargestellten Strömungsmeßgerätes und der Leitungsabschnitt, der diesen Wandler enthält, ist im einzelnen in F i g. 3 dargestellt. In F i g. 3 beziehen sich die gleichen Bezugszeichen, wie in den F i g. 1 und 2, auf die gleichen Einzelteile.

Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß die Leitung 12 zur Drehzahlzählung der stationären Kondensator-Elektrode 120 zugeführt ist, die in einem Isolationsmaterial 121 derart eingebettet ist, daß bei jedem Durchgang eines der Flügel 3 die Kapazität zum geerdeten Rotor ansteigt. Dieser Anstieg wird verwendet, um einen Zählimpuls in einer an sich bekannten Art zu erzeugen.

Zu diesem Zweck wird das Torsions-Schaufelwerk gegen eine Drehung dadurch gehalten, daß im Stator ein Permanentmagnet 110 angeordnet ist, der ein Feld erzeugt, welches sich diametral durch das Torsionsschaufelwerk hindurch erstreckt, wobei dieses einen diametral sich erstreckenden magnetischen Anker aufweist, der die Neigung hat, sich selbst gegenüber diesem Feld auszurichten und der deshalb für kleine Ablenkungen aus der neutralen Stellung ein Moment erzeugt, welches proportional zur Ablenkung ist. Dadurch ist es möglich, daß das Torsionssignal in der Leitung 11 in einer etwa ähnlichen Weise, wie das Drehzahlsignal erzeugt werden kann, indem eine Kondensatorelektrode im Torsionsschaufelwerk vorgesehen ist, welche mit zwei stationären Elektroden derart zusammenwirkt, daß zwei Kondensatoren gebildet werden, die, wenn kein Drehmoment auftritt, gleich sind, die jedoch entgegengesetzt verändert werden, wenn das Torsionsmeß-Schaufelwerk aus seiner Nullage heraus verdreht wird. Eine Kapazitätsmeßbrücke, die die beiden Kondensatoren enthält, kann deshalb verwendet werden, um einen Signalausgangswert zu erzeugen, der der Winkelverschiebung proportional ist und der demzufolge der Drehmomentenreaktion des Schaufelwerkes proportional ist.

Es sei bemerkt, daß Einzelheiten der beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen abgeändert werden können, wobei diese Abänderungen im Rahmen der Erfindung liegen. Beispielsweise kann die Schaufelwinkeleinstellvorrichtung einen anderen Aufbau haben und kann beispielsweise anstatt elektrisch hydraulisch betrieben werden, falls dies gewünscht ist und alle Rechengeräteelemente oder einzelne Rechengeräteelemente, die verwendet werden, können Elemente eines Analogrechners sein, anstatt Elemente eines Digitalrechners.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: Bei dem Strömungsmeßgerät nach dem Hauptpatent ist die Abweis- oder Ablenkeinrichtung einstellbar, und es sind automatisch wirkende Vorrichtungen vorgesehen, welche die Einstellung der Ab-5 lenk- oder Abweisflügel derart steuern, daß die Umfangsgeschwindigkeit und das Drehmoment konstant ist. Ferner soll eine Vorrichtung zur automatischen Veränderung der Einstellwinkel der Ablenk- oder Abweisflügel vorgesehen sein, welche das Drehungs-

1. Strömungsmeßgerät für ein fluides Medium,
welches in einem Kanal strömt, mit einer im Kanal angeordneten stationären Abweis- oder Ablenkeinrichtung, welche derart eingerichtet ist,
daß diese dem fluiden Medium eine Wirbelung
oder eine Drehung um eine Achse des Kanals erteilt, einer Einrichtung zur Messung der auf diese ig maß oder die Drehgeschwindigkeit in einer derartigen erzeugten Wirbelungs- oder Drehungsgeschwin- Weise steuern, daß die Umlaufgeschwindigkeit der digkeit und einer auf Drehmomente ansprechende Wirbelungs- oder Drehgeschwindigkeitsmeßvorrich-Reaktionseinrichtung zur Messung einer Dreh- tung bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten in zuläsmomentenreaktion, die durch diese Wirbelungs- sigen Grenzen gehalten wird, ohne daß diese Umbewegung des fluiden Mediums, welches durch 15 laufgeschwindigkeit bei geringen Strömungsgeschwinden Kanal strömt, erzeugt wird, und mit einer digkeiten so weit abfällt, daß diese nachteilig durch Direktanzeige der Massenströmungsrate durch die Reibung beeinflußbar ist. Dabei können die Füh-Rechengeräte nach Patent 1 284647, gekenn- rungsflügel derart befestigt sein, daß sich der Mittelzeichnet durch einen die Ablenkeinrich- punkt des dynamischen Druckes an einer solchen tung (6) betätigenden Servomotor (21) in Verbin- 20 Stelle befindet, daß dieser die Flügel beim Anstieg dung mit einer diesen Motor steuernden, auf den der Strömung in eine mehr axiale Stellung drückt, und Ausgang des Rechengerätes (13,14,15) anspre- es können Federn vorgesehen sein, welche die Flügel chende Nachlaufsteuerung (19) für die Ablenk- in der entgegengesetzten Richtung vorspannen. Daeinrichtung; bei kann die Schwenkachse eines jeden Flügels außer-

2. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 1, da- 25 halb der Ebene des Flügels angeordnet sein. Es köndurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufsteuerung nen aber auch schwenkbar gelagerte gekrümmte Ab-(19) an eine an den Ausgang des Rechengerätes lenk- oder Abweisflügel vorgesehen sein, deren (13,14,15) angeschlossene, eine Nenndrehzahl Schwenkachse im Flügel angeordnet ist, bei denen die (N₁) bestimmende Recheneinrichtung (18) und Achsen der Strömungswiderstandskräfte von dieser andererseits an eine die Drehzahl der Geschwin- 30 Schwenkachse seitlich versetzt angeordnet sind, wenn digkeitsturbine (2) messende Einrichtung (13) an- am Austrittsende des Flügels der Einstellwinkel oder geschlossen ist - Neigungswinkel-Null ist. -

Zum Zwecke einer automatischen Einstellung wer-■■■·■■'■■:■ den bei dem Gerät nach dem Hauptpatent^; dyna-35 mische Kräfte ausgenutzt, die auf die Abweis- oder Ablenkflügel durch die Strömung der Flüssigkeit ausgeübt werden. Da die Kräfte, die durch eine derartige hydrodynamische Wirkung hervorgerufen werden, bei

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmeßgerät für verschiedenen Massenströmungswertänderungen sich ein fluides Medium, welches in einem Kanal strömt, 40 in schwer vorhersehbarer Weise ändern können, kann mit einer in dem Kanal angeordneten stationären Ab- lediglich eine grobe Annäherung der automatischen weis- oder Ablenkeinrichtung, welche, derart einge- ... Einstellung mit diesen Vorrichtungen erzielt werden, richtet ist, daß diese dem. fluiden Medium eine Wir- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

belüng oder eine Drehung um eine Achse des Kanals automatische Einstellvorrichtung zu schaffen, die es erteilt, einer Einrichtung zur Messung der auf diese· 45 ermöglicht, daß einem bestimmten Einstellgesetz beserzeügten Wirbelungs- oder Drehungsgeschwindigkeit. ser gefolgt werden kann!

und einer auf Drehmomente ansprechende Reaktiöns- Erfihdungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß

einrichtung zur Messung einer Drehmomentenreak- ein die Ablenkvorrichtung betätigender Servomotor ' tion, die durch diese.Wirbelungsbewegung des fluiden in Verbindung mit einer, diesen Motor steuernden, Mediums, welches durch den Kanal strömt, erzeugt 50. auf den Ausgang des Rechengerätes ansprechende wird, und mit einer Direktanzeige der Massenströ- Nachlaufsteuerung für die Ablenkeinrichtung vorgemungsrate durch Rechengeräte nach dem Patent sehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Ablenk-

1284647. Dabei ist zwischen Abweis- oder Ablenk- flügel auf einen Winkel eingestellt werden, der direkt

einrichtung und Reaktionseinrichtung eine Meßvor- durch die Massenströmung durch den Kanal bestimmt richtung zum Messen der Wirbelungs-. oder Drehge-: 55 wird. ■ :::..-:"_.. . ;

schwindigkeitskomponente vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die

Bei dem Strömungsmeßgerät nach dem Haupt- Nachlaufsteuerung an eine an den Ausgang des Repatent ist das Drehmoment unter allen gegebenen chengerätes angeschlossene, eine Nenndrehzahl beBedingungen der den Kanal durchströmenden Masse stimmende Recheneinrichtung und andererseits an des fluiden Mediums und der Wirbelungsgeschwin- 60 eine die Drehzahl der Geschwindigkeitsturbine mesdigkeit proportional, und da das Drehmoment und sende Einrichtung angeschlossen sein, die Wirbelungsgeschwindigkeit durch die beiden er- In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungs-

wähnten Einrichtungen bestimmt werden, kann die beispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Strömungsmenge durch den Quotienten der beiden F i g. 1 eine schematische axiale Schnittansicht

erhaltenen Meßdaten bestimmt werden. Das Gerät 65 durch einen Leitungsteil, der mit einem Strömungs-