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Die Erfindung betrifft einen Sensor
zur Erfassung von Differenzdrücken
eines strömenden
Mediums in einem Kanal, insbesondere in einer Luftleitung, einer
klimatechnischen Anlage mit zwei in Strömungsrichtung im Abstand hintereinander
angeordneten Entnahmeöffnungen,
die mit einer Auswerte- und/oder Regelvorrichtung verbunden sind,
wobei zwischen den Entnahmeöffnungen
eine den Strömungsquerschnitt
um einen Teilbereich verringernde Strömungsbarriere angeordnet ist.
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Derartige Sensoren werden zur Erfassung von
Differenzdrücken
in Strömungskanälen eingesetzt.
Sie weisen zwei in gegenseitigem Abstand in Strömungsrichtung hintereinander
angeordnete Entnahmeöffnungen
auf, die mit einer Auswerteund/oder Regelvorrichtung verbunden sind.
Aus der ermittelten Druckdifferenz, die ein Maß für den Durchfluss pro Zeiteinheit
ist, kann beispielsweise der Volumenstrom oder auch die Strömungsgeschwindigkeit
bestimmt werden. Als Auswerteeinrichtung kann im einfachsten Fall
eine Anzeige, wie z.B. ein Druckmanometer, vorgesehen sein, das
die Druckdifferenz anzeigt. Es können
aber auch Transmitter eingesetzt werden, die die ermittelte Druckdifferenz
in an eine Regelvorrichtung weitergeleitet wird. Damit überhaupt
eine Druckdifferenz in den Entnahmeöffnungen bestimmt werden kann,
ist zwischen beiden Entnahmeöffnungen
eine in den Strömungskanal
hineinragende Strömungsbarriere
vorgesehen.
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Bei einem bekannten Sensor sind zwei
Strömungsbarrieren
vorgesehen, die als flächige
Gebilde ausgebildet sind und von außen durch die Kanalwandung
in den Strömungskanal
eingeführt
werden und um 90° versetzt
zueinander angeordnet sind. Beidseitig jeder Strömungsbarriere ist dabei je
eine Entnahmeöffnung
vorgesehen. Als Nachteil erweist sich, dass ein solcher Sensor nicht
die gewünschte
Messgenauigkeit realisiert und im Übrigen auch nicht anströmunabhängig ist.
So muss der Sensor beispielsweise in einem hinreichend großen Abstand
zu einer Abwinklung oder Krümmung
eines Kanals, in dem er montiert ist, angeordnet sein.
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Bei einem anderen bekannten Sensor
sind zur Erhöhung
der Qualität
der Messungen mehrere, über
den Umfang verteilt angeordnete Entnahmeöffnungen als Druckentnahmestellen
vorgesehen, wobei jede Entnahmeöffnung
jeweils über
eine außerhalb
des Kanals angeordnete Leitung mit einer ebenfalls außerhalb
des Kanals angeordneten Kammer zur Mittelung der diversen, im Bereich
jeder Entnahmeöffnung
gemessenen Drücke
verbunden ist. Diese Sensoren liefern zwar genauere Messergebnisse. Problematisch
ist jedoch der Einsatz in Kanälen,
die insbesondere staub- oder flüssigkeitsbelastet,
wie z. B. infolge einer Kondensatbildung, sind. Dies tritt insbesondere
in chemischen Labors, bei der Tablettenherstellung oder aber in
Abluftsystemen von Krankenhäusern
mit hohen Partikelanteilen auf, so dass hier solche Sensoren nur
bedingt einsetzbar sind, wobei sie zudem regelmäßig gereinigt und gewartet werden
müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
einen Sensor anzugeben, mit dem die vorbeschriebenen Nachteile vermieden
werden und der auch in staub- und/oder flüssigkeitbelasteten Luftströmungen weitestgehend
unverfälschte
Messergebnisse liefert. Gleichzeitig soll er einfach montierbar
sein.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die Strömungsbarriere
als eine randseitig an der Kanalwandung vorgesehene umlaufende Blende
ausgebildet ist, deren äußerer Rand
gegenüber
der Kanalwandung abgedichtet ist und an deren inneren Rand sowohl
an- als auch abströmseitig
jeweils eine in Richtung der angrenzenden Kanalwandung weisende
umlaufende ringförmige
Wandung vorgesehen ist, die jeweils zusammen mit der Blende und
der Kanalwandung je eine an- und eine abströmseitige und ringförmige Kammer
bilden, wobei der an- bzw. abströmseitige
freie Rand der Wandungen zumindest in entlang des Umfangs verteilten
Teilbereichen, insbesondere am ganzen Umfang unter Bildung eines
vollständig
umlaufenden Spaltes, von der Innenseite der Kanalwandung beabstandet
ist.
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Durch die Abdichtung des äußeren Randes der
Blende gegenüber
der Kanalwandung entsteht je eine abströmseitige und je eine anströmseitige
Kammer mit jeweils einer Entnahmeöffnung. Jede Kammer wird von
der entsprechenden Wandung, der Blende und der Kanalwandung gebildet.
Jede dieser Kammern weist an dem an- bzw. abströmseitige freien Rand der Wandung
entweder über
den vollständigen
Umfang einen umlaufenden Spalt zwischen der Wandung und der Kanalwandung
auf. Es ist aber auch durchaus möglich,
dass die Wandung in einigen Bereichen mit der Kanalwandung in Kontakt
ist. Dann sind aber zumindest über
den Umfang verteilte Teilbereiche des an- bzw. abströmseitigen
freien Randes der Wandung von der Kanalwandung beabstandet.
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In den Kammern selbst stellt sich
der jeweilig anstehende Druck ein und es findet gleichzeitig in
jeder Kammer eine Mittelung des Druckes statt. So können Druckunterschiede über den
Umfang gesehen bei ungleichförmiger
Anströmung
des Sensors auftreten. Diese werden jedoch in der betreffenden Kammer
gemittelt. Durch die an- und abströmseitige Entnahmeöffnung in
der an- und abströmseitigen Kammer
können
dann jeweils direkt die er- und gemittelten Drücke abgegriffen und der entsprechende Differenzdruck
bestimmt werden.
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Auch bei hohem Schmutzanfall oder
bei hoher Flüssigkeitsbelastung,
beispielsweise in Folge von Kondensat, können nahezu unverfälschte Messergebnisse
erzielt werden. So sammelt sich in die Kammern eintretender Schmutz
bzw. eintretende Feuchtigkeit im unteren Bereich der jeweiligen
Kammer bei horizontaler Ausrichtung des Kanals und kann insoweit
allenfalls im unteren Bereich zu einem partiellen Verschließen des
Spaltes zwischen der Wandung und der Kanalwandung führen, was
jedoch die Druckerfassung aufgrund des ansonsten freien umlaufenden
Spaltes keineswegs beeinträchtigt. Eventuell
eintretende flüssige
Partikel treten bei horizontaler Ausrichtung des Kanals im unteren
Bereich des Spaltes wieder aus.
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Vorzugsweise sind dabei die Entnahmeöffnungen
bei horizontaler Ausrichtung des Kanals im oberen Bereich anzuordnen,
so dass selbst bei einer Ansammlung von Schmutzpartikeln oder Kondensat im
unteren Bereich über
die Entnahmeöffnung die Drücke jederzeit
ermittelt werden können.
Die Form der an- und abströmseitigen
Wandung ist dabei so zu bestimmen, dass eine Druckdifferenz gemessen
werden kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann
die anströmseitige
Wandung in Strömungsrichtung
gesehen trichterartig unter Verringerung des freien Strömungsquerschnittes
zusammenlaufend ausgebildet sein.
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Dabei kann die Kontur der abströmseitigen Wandung
gekrümmt
ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Konturen möglich.
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Soweit es die abströmseitige
Wandung betrifft, bietet sich an, wenn der an den inneren Rand der
Blende angrenzende Bereich der abströmseitigen Wandung als Zylinder
ausgebildet ist, der an seinem freien Ende in Richtung der Innenseite
des Kanals abgewinkelt ist.
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Dabei kann das freie Ende in etwa
rechtwinklig zu dem Zylinder in Richtung der Kanalwandung oder aber
trichterartig in Strömungsrichtung
auseinanderlaufend abgewinkelt sein. Insbesondere bei der rechtwinkligen
Abwinklung findet ein deutlicher Strömungsabriss im Bereich der
rechtwinkligen Abwinklung der abströmseitigen Wandung statt, so
dass eine hohe Druckdifferenz messbar ist.
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An dem äußeren Rand der Blende kann
ein Kragen angeformt sein, der entweder nur an einer Seite der Blende
oder aber auch beidseitig vorstehen kann. Dieser Rand dient als
Justier- und Ausrichthilfe, so dass der Sensor in einem Kanal keine
ungewollte Schräglage
annehmen kann. Andere Ausführungsformen
sind natürlich
denkbar. So kann beispielsweise in dem Kanal eine Nut vorgesehen
sein, in die der äußere Rand
der Blende eingeführt
wird. Die Nut kann dabei aus zwei gegeneinander geklippsten Kanalabschnitten
gebildet sein.
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Der Sensor kann als Einschub ausgebildet sein.
Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Sensor beispielsweise problemlos
nachgerüstet
und auch leicht wieder demontiert werden.
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Im Folgenden werden in den Zeichnungen dargestellte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor und
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2 einen
Schnitt durch eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sensors.
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In allen Figuren werden für gleiche
bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende
Bezugszeichen verwendet.
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In den Figuren ist ein in einem Kanal 1 montierter
Sensor zur Erfassung von Differenzdrücken eines Mediums dargestellt.
Der Kanal 1 weist eine Kanalwandung 2 auf.
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Der Sensor selbst besteht aus einer
umlaufenden Blende 3 als Strömungsbarriere, deren äußerer Rand
gegenüber
der Kanalwandung 2 abgedichtet ist. An dem inneren Rand
der Blende 3 ist eine anströmseitige Wandung 4 und
eine abströmseitige Wandung 5 angeformt.
Die an- und abströmseitige Wandung 4 bzw. 5 sind
umlaufend ringförmig
ausgebildet und weisen in Richtung der angrenzenden Kanalwandung 2.
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Der jeweilige freie Rand 6 bzw. 7 der
an- und abströmseitigen
Wandung 4 bzw. 5 ist bei den dargestellten Ausführungsformen
von der Innenseite der Kanalwandung 2 so beabstandet, dass
sich jeweils ein vollständig
umlaufender Spalt 8 bzw. 9 bildet.
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Die anströmseitige Wandung 4 läuft in Strömungsrichtung 10 gesehen
trichterartig unter Verringerung des freien Strömungsquerschnittes zusammen.
Dabei ist die Kontur gekrümmt
ausgebildet.
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Die abströmseitige Wandung 5 ist
in dem an den inneren Rand der Blende 3 angrenzenden Bereich
als Zylinder 11 ausgebildet, wobei das freie Ende des Zylinders 12 in
Richtung der Kanalwandung 2 abgewinkelt ist.
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Wie den Figuren zu entnehmen ist,
bildet die anströmseitige
Wandung 4 zusammen mit der Blende 3 und der Kanalwandung 2 eine
anströmseitige ringförmige Kammer 13,
die über
eine Entnahmeöffnung 14 mit
einer nicht dargestellten Auswerte- und/oder Regelvorrichtung verbunden
ist. Die abströmseitige
Wandung 5 bildet ihrerseits mit der Blende 3 und
der Kanalwandung 2 eine abströmseitige Kammer 15,
die ebenfalls eine Entnahmeöffnung 16 aufweist.
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Während
das Ende 12 der abströmseitigen Wandung 5 bei
der in 1 dargestellten
Ausführungsform
trichterartig in Strömungsrichtung 10 auseinanderlaufend
abgewinkelt ausgebildet ist, ist das Ende 12 der abströmseitigen
Wandung 5 bei dem Sensor nach 2 rechtwinklig zu dem Zylinder 11 in Richtung
der Kanalwandung 2 abgewinkelt.
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Als Justier- und Ausrichthilfe ist
bei dem Sensor nach 2 an
dem äußeren Rand
der Blende 3 ein Kragen 17 an geformt. Dieser bewirkt,
dass die Blende 3 im Wesentlichen rechtwinklig zur Kanalwandung 2 ausgerichtet
ist und nicht verkippen kann.
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Wie den 1 und 2 zu
entnehmen ist, sind die Spalte 8 und 9 umlaufend
ausgebildet. Infolgedessen stellt sich der anstehende Druck direkt
in den ringförmigen,
im Vergleich zu dem jeweiligen Spalt 8 bzw. 9 relativ
großen
Kammern 13 bzw. 15 ein, wobei in der jeweiligen
Kammer 13 bzw. 15 eine Mittelung stattfindet.
So können
eventuell über
den Umfang des Kanals 1 gesehen auftretende Druckunterschiede
infolge ungleichförmiger
Anströmung
durch Mittelung ausgeglichen werden.
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Über
die Entnahmeöffnungen 14 und 16 können dann
die Drücke
abgegriffen und die Druckdifferenz ermittelt werden. Dabei stellt
sich in der anströmseitigen
Kammer 13 aufgrund der Abdichtung des äußeren Randes der Blende 3 gegenüber der Kanalwandung 2 ein
höherer
Druck (Plus-Zeichen) als in der abströmseitigen Kammer 15 (Minus-Zeichen)ein.
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Für
den Fall, dass Schmutzpartikel oder Kondensat (18) in die
Kammer 13 bzw. 15 eintritt, sammeln sich diese
im unteren Bereich des Kanals 1. Dadurch kann es allenfalls
zu einer partiellen Versperrung des Spaltes 8 bzw. 9 im
unteren Bereich kommen, während
die weitaus größere Fläche des
Spaltes 8 bzw. 9 frei bleibt und so die Druckerfassung nicht
beeinträchtigt
wird. Flüssige
Partikel können dabei
bei horizontaler Ausrichtung, wie sie in den Figuren dargestellt
ist, im unteren Bereich des Spaltes 8 bzw. 9 austreten.
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Um ein Verstopfen der Entnahmeöffnungen 14 bzw. 16 zu
vermeiden, sollten diese bei Einbau des erfindungsgemäßen Sensors
in einem horizontal ausgerichteten Kanal 1 in dem oberen
Bereich der Kanalwandung 2 angeordnet sein.