DE202023000816U1

DE202023000816U1 - Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids mit einem Differenzdrucksensor und Verwendung eines Staukörpers in einem von einem Fluid durchströmten Rohr

Info

Publication number: DE202023000816U1
Application number: DE202023000816.6U
Authority: DE
Original assignee: VAF FLUID TECHNIK GmbH
Current assignee: VAF FLUID TECHNIK GmbH
Priority date: 2023-04-04
Filing date: 2023-04-04
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2033-04-05

Abstract

Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr (1) strömenden Fluids (2) mittels eines Differenzdrucksensors (6), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohr (1) ein offenporiger Staukörper (3) angeordnet ist, dass eine erste Messleitung (4) zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck in oder an dem offenporigen Staukörper (3) endet, wobei das Ende der ersten Messleitung (4) in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids (2) weist, dass eine zweite Messleitung zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck in Strömungsrichtung des Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) angeordnet ist, dass die erste Messleitung (4) und die zweite Messleitung mit dem Differenzdrucksensor (6) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids mit einem Differenzdrucksensor und eine Verwendung eines Staukörpers in einem von einem Fluid durchströmten Rohr.
Die Druckschrift DE 10 2005 051 785 A1 beinhaltet eine Vorrichtung und ein Verfahren zur verwirbelungsfreien Messung der Flussgeschwindigkeit und/oder Durchflussmenge eines Fluids, welche das Staudruckprinzip verwenden. Die Vorrichtung umfasst ein Trägerelement, von dem mehrere faden- oder streifenartige biegeelastische Elemente abstehen. Diese sind nebeneinander auf dem Trägerelement befestigt und verbiegen sich bei Einwirkung einer Fluidströmung elastisch in Strömungsrichtung. Diese sollen in der Strömung eine signifikante Wirbelbildung verhindern. Mittels der Messung der auf die biegeelastischen Elemente wirkenden Scherkraft wird die Flussgeschwindigkeit und/oder Durchflussmenge des Fluids bestimmt. Eine Wirbelbildung ist über den gesamten Strömungsquerschnitt nicht auszuschließen.
Die Druckschrift DE 10 2007 048 881 A1 offenbart ein Massendurchflussmessgerät sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Versteifungsrahmens für ein Massendurchflussmessgerät, welche nach dem Coiriolis-Prinzip arbeiten und ein Paar im Wesentlichen parallel zueinander verlaufender Messrohre aufweist. Die Rohre sind durch einen Versteifungsrahmen miteinander gekoppelt, welcher zumindest zur Verbesserung seiner Steifigkeit teilweise mit einem Metallschaum gefüllt ist.
Durch die Druckschrift DE 1 698 058 A1 ist eine Einrichtung zum Messen und/oder Anzeigen eines Mengenstroms bekannt, wobei elektrische Widerstandselemente zur Messung des strömenden Fluids verwendet werden. Diese sind dazu im strömenden Fluid angeordnet, so dass über die Temperatur eine Mengenstromgeschwindigkeit oder ein Massendurchsatz eines Fluids bestimmbar ist. Dazu kann auch eine Anordnung eines ersten Rohres in einem zweiten Rohr mit einem Boden in einer Fluidleitung verwendet werden, wobei das erste Rohr beabstandet zum Boden des zweiten Rohres endet. Das Fluid gelangt über die Zwischenräume der Fluidleitung und der beiden Rohre vom zweiten Rohr zum ersten Rohr, in welchen die Widerstandselemente angeordnet sind. Zwischen dem Boden und dem Ende des ersten Rohres kann ein durchlässiger Körper angeordnet sein, wobei sich die Temperatur des Fluids bei Durchfluss durch die Rohre und den Körper der Temperatur der Leitung angleicht. Eine gleichmäßige Strömung ist durch die unterschiedlichen Positionen, Geometrien und Querschnitte der Rohr-in-Rohr-Anordnung in der Leitung des strömenden Fluids nicht zu erreichen.
Der in den Schutzansprüchen 1 und 13 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache zu realisierende Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Schutzansprüchen 1 und 13 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids mit einem Differenzdrucksensor zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine derartige Einrichtung mit einer Verwendung eines Staukörpers in einem von einem Fluid durchströmten Rohr einfach bereitstellbar ist.
Dazu ist in dem Rohr ein offenporiger Staukörper angeordnet. Eine erste Messleitung zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck endet in oder an dem offenporigen Staukörper, wobei das Ende der ersten Messleitung in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids weist. Eine zweite Messleitung oder ein Messraum zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck ist in Strömungsrichtung des Fluids nach dem offenporigen Staukörper angeordnet. Weiterhin sind die erste Messleitung und die zweite Messleitung oder der Messraum mit dem Differenzdrucksensor verbunden.
Dazu werden ein offenporiger Staukörper in einem von einem Fluid durchströmten Rohr, eine erste in oder an dem offenporigen Staukörper endende Messleitung zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck, wobei das Ende der ersten Messleitung in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids weist, eine zweite in Strömungsrichtung des Fluids nach dem offenporigen Staukörper angeordnete Messleitung zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck und eine mit der ersten Messleitung und der zweiten Messleitung verbundener Differenzdrucksensor zur Durchflussmessung des in dem Rohr strömenden Fluids verwendet.
Die Einrichtung zur Durchflussmessung führt durch eine Beeinflussung der Strömung des im Rohr strömenden Fluids durch den offenporigen Staukörper zu einem über den Strömungsquerschnitt gleichmäßigen Strömungsprofil, so dass eine genaue und wenig fehleranfällige Messung erfolgt. Dazu sind weiterhin nur kurze Ein- und Auslauflängen notwendig. Dazu wird der offenporige Staukörper eingesetzt, der additiv oder subtraktiv herstellbar ist oder seine Struktur durch Aufschäumen erhalten hat. Vorteilhafterweise kann das Material des offenporigen Staukörpers dem des Rohres entsprechen, so dass ein harmonischer Einbau gegeben ist und physikalischchemische Effekte im Zusammenspiel Fluid-Rohr-Staukörper ausgeschlossen sind.
Die Einrichtung zur Durchflussmessung arbeitet nach dem Staudruckprinzip und ist für Flüssigkeiten, Dämpfe, Gase und disperse Stoffsysteme anwendbar. Derartige Einrichtungen eignen sich insbesondere für Einpunkt-Geschwindigkeitsmessungen. Für die Durchflussmessung ist jedoch eine Messung über den Strömungsquerschnitt des Rohres notwendig. Durch den Einsatz des offenporigen Staukörpers wird vorteilhafterweise das Strömungsprofil über den Querschnitt vergleichmäßigt und/oder gleichgerichtet. Damit spart man die ansonsten erforderlichen großen Ein- und Auslaufstrecken für die Strömung ein und verbessert die Zuverlässigkeit des Messergebnisses. Der offenporige Staukörper ist so ein Teil einer Staudrucksonde.
Die Messung des Differenzdrucks erfolgt am Ende oder direkt hinter dem offenporigen Staukörper, welcher somit ein Strömungsgleichrichter ist. Aufgrund der erzielten Gleichmäßigkeit ist so eine flächige Druckmessung möglich. Mittels des offenporigen Staukörpers wird das Strömungsprofil gleichgerichtet und so vergleichmäßigt. Dies geschieht über eine Vielzahl von Mikroturbulenzen. Danach erfolgt ein flächenhafter integrierender Staudruckabgriff in der Mitte des Rohres. Im Rohr gibt es nach dem Einlauf nur noch eine relevante Strömung in Hauptströmungsrichtung orthogonal zum Rohrquerschnitt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können die Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids mit einem Differenzdrucksensor und die Verwendung eines Staukörpers in einem von einem Fluid durchströmten Rohr einzeln oder in einer Kombination fortbilden.
Der offenporige Staukörper in dem Rohr kann in Ausführungsformen aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff, einem Mineralstoff, einer Keramik oder einer Kombination davon bestehen.
Der offenporige Staukörper in dem Rohr kann in einer Ausführungsform aus einem offenporigen Schaum aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff, einem Mineralstoff, einer Keramik oder einer Kombination davon bestehen.
Das Ende der ersten Messleitung ist in einer Ausführungsform in der Symmetrieachse des Rohres angeordnet.
Die zweite Messleitung ist in einer Ausführungsform in Strömungsrichtung des Fluids am Ende oder beabstandet zu dem Ende des offenporigen Staukörpers angeordnet.
Die zweite Messleitung ist in einer Ausführungsform ein Messrohr, welches im Raum des strömenden Fluids nach dem offenporigen Staukörper endet.
Die zweite Messleitung in Form des Messrohres weist in einer Ausführungsform im Raum des strömenden Fluids nach dem offenporigen Staukörper mindestens eine Öffnung auf.
Das Messrohr als zweite Messleitung weist in einer Ausführungsform im Raum des strömenden Fluids nach dem offenporigen Staukörper Öffnungen auf, welche um den Umfang verteilt und/oder in wenigstens einer Reihe beabstandet untereinander angeordnet sind.
Die zweite Messleitung ist in einer Ausführungsform eine den Umfang des Rohres nach dem offenporigen Staukörper umgebende Ringleitung. Der Raum der Ringleitung ist mit dem Raum des Rohres des strömenden Fluids nach dem offenporigen Staukörper über mehrere Durchbrechungen verbunden. Weiterhin ist die Ringleitung mit dem Differenzdrucksensor verbunden.
Die Querschnitte des offenporigen Staukörpers und des Innenraums des Rohres und deren Abmessungen sind in einer Ausführungsform gleich. Damit liegt oder liegen die Mantelfläche oder die Mantelflächen des offenporigen Staukörpers an der Innenwand des Rohres an. Die Grundflächen des offenporigen Staukörpers können in einer Weiterbildung ebene und parallel zueinander angeordnete Grundflächen sein. In weiteren Weiterbildungen kann der offenporige Staukörper ein rotationssymmetrisch zur Rohrachse und damit zur Strömungsachse ausgebildeter offenporiger Staukörper sein. So kann dieser beispielsweise auch als Kegel, Kegelstumpf oder Halbkugel geformt sein.
Der offenporige Staukörper kann in Ausführungsformen vernetzte Poren in Ableitung von regulären und/oder irregulären Polyedern aufweisen.
Das Fluid kann insbesondere eine Flüssigkeit, ein Dampf, ein Gas oder ein disperses Stoffsystem sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr strömenden Fluids mittels eines Differenzdrucksensors und
2 ein Rohr für das strömende Fluid mit einer Ringleitung als zweite Messleitung in einer Schnittdarstellung.

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden eine Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr 1 strömenden Fluids 2 mittels eines Differenzdrucksensors 6 und eine Verwendung eines Staukörpers 3 in einem von einem Fluid 2 durchströmten Rohr 1 zusammen näher erläutert.
Eine Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr 1 strömenden Fluids 2 besteht im Wesentlichen aus einem offenporigen Staukörper 3, einer ersten Messleitung 4, einer zweiten Messleitung und dem Differenzdrucksensor 6.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr 1 strömenden Fluids 2 mittels eines Differenzdrucksensors 6 in einer prinzipiellen Darstellung.
In dem Rohr 1 befindet sich der offenporige Staukörper 3, so dass dieser ein Teil einer Staudrucksonde ist. Die Querschnitte des offenporigen Staukörpers 3 und des Innenraums des Rohres 1 und deren Abmessungen sind insbesondere gleich. So können die Querschnitte jeweils kreisförmig ausgebildet sein. Der offenporige Staukörper 3 kann so ein Zylinder sein, so dass die Mantelfläche des offenporigen Staukörpers 3 an der Innenwand des Rohres 1 anliegt. Weiterhin sind damit die Grundflächen des offenporigen Staukörpers 3 ebene und parallel zueinander angeordnete Grundflächen des offenporigen Staukörpers 3.
Der offenporige Staukörper 3 besitzt vernetzte Poren in Ableitung von regulären und/oder irregulären Polyedern. Das können beispielsweise Zellen in Form von regulären Polyedern, irregulären Polyedern mit nichteinheitlichen Kantenlängen der Seitenflächen sein. Der offenporige Staukörper kann aus einem offenporigen Schaum aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff, einem Mineralstoff, einer Keramik oder einer Kombination davon bestehen. Die Keramik kann in Ausführungsformen beispielsweise aus Siliziumcarbid oder Aluminiumoxidkeramik bestehen.
Die erste Messleitung 4 zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck endet mittig im offenporigen Staukörper 3, wobei das Ende der ersten Messleitung 4 in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids 2 weist. Die zweite Messleitung zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck ist in Strömungsrichtung des Fluids 2 nach dem offenporigen Staukörper 3 und so beabstandet zu dessen Ende angeordnet.
Die zweite Messleitung ist in einer ersten Ausführungsform als ein Messrohr 5 ausgebildet, welches in den Innenraum des Rohres 1 und damit in das nach dem offenporigen Staukörper 3 strömende Fluid 2 ragt. Das Messrohr 5 kann im Raum nach dem offenporigen Körper 3 mehrere um den Umfang verteilt und/oder in wenigstens einer Reihe beabstandet untereinander angeordnete Öffnungen 7 aufweisen.
Die 2 zeigt ein Rohr 1 für das strömende Fluid 2 mit einer Ringleitung 8 als zweite Messleitung in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
Die zweite Messleitung ist in einer zweiten Ausführungsform eine das Rohr 1 nach dem offenporigen Staukörper 3 umgebende Ringleitung 8. Die Räume der Ringleitung 8 und des Rohres 1 nach dem offenporigen Staukörper 3 sind über mehrere Durchbrechungen 9 miteinander verbunden. Die Durchbrechungen 9 sind dazu um den Umfang des Rohres 1 verteil angeordnet.
Die erste Messleitung 4 und die zweite Messleitung sind mit dem Differenzdrucksensor 6 verbunden.
Das strömende Fluid 2 kann eine Flüssigkeit, ein Dampf, ein Gas oder ein disperses Stoffsystem sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005051785 A1 [0002]
DE 102007048881 A1 [0003]
DE 1698058 A1 [0004]

Claims

Einrichtung zur Durchflussmessung eines in einem Rohr (1) strömenden Fluids (2) mittels eines Differenzdrucksensors (6), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohr (1) ein offenporiger Staukörper (3) angeordnet ist, dass eine erste Messleitung (4) zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck in oder an dem offenporigen Staukörper (3) endet, wobei das Ende der ersten Messleitung (4) in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids (2) weist, dass eine zweite Messleitung zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck in Strömungsrichtung des Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) angeordnet ist, dass die erste Messleitung (4) und die zweite Messleitung mit dem Differenzdrucksensor (6) verbunden sind.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Staukörper (3) in dem Rohr (1) aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff, einem Mineralstoff, einer Keramik oder einer Kombination davon besteht.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Staukörper (3) in dem Rohr (1) aus einem offenporigen Schaum aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff, einem Mineralstoff, einer Keramik oder einer Kombination davon besteht.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der ersten Messleitung (4) in der Symmetrieachse des Rohres (1) angeordnet ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messleitung in Strömungsrichtung des Fluids (2) am Ende oder beabstandet zu dem Ende des offenporigen Staukörpers (3) angeordnet ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messleitung in Form eines Messrohres (5) in den Raum des strömenden Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) endet.
Einrichtung nach den Schutzansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messleitung in Form des Messrohres (5) im Raum des strömenden Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) mindestens eine Öffnung (7) aufweist.
Einrichtung nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (5) im Raum des strömenden Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) Öffnungen (7) aufweist, welche um den Umfang verteilt und/oder in wenigstens einer Reihe beabstandet untereinander angeordnet sind.
Einrichtung nach wenigstens einem der Schutzansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messleitung eine den Umfang des Rohres (1) nach dem offenporigen Staukörper (3) umgebende Ringleitung (8) ist, dass der Raum der Ringleitung (8) mit dem Raum des Rohres (1) des strömenden Fluids (2) nach dem offenporigen Staukörper (3) über mehrere Durchbrechungen (9) verbunden ist und dass die Ringleitung (8) mit dem Differenzdrucksensor (6) verbunden ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des offenporigen Staukörpers (3) und des Innenraums des Rohres (1) und deren Abmessungen gleich sind.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Staukörper (3) vernetzte Poren in Ableitung von regulären und/oder irregulären Polyedern aufweist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (2) eine Flüssigkeit, ein Dampf, ein Gas oder ein disperses Stoffsystem ist.
Verwendung eines Staukörpers (3) in einem von einem Fluid (2) durchströmten Rohr (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Staukörper (3) in Form eines offenporigen Staukörpers (3), eine erste in oder an dem offenporigen Staukörper (3) endende Messleitung (4) zum Messen des dynamischen Überdrucks als Staudruck, wobei das Ende der ersten Messleitung (4) in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids (2) weist, eine zweite in Strömungsrichtung des Fluids (2) nach dem offenporigem Staukörper (3) angeordnete Messleitung zum Messen des dynamischen Unterdrucks als statischer Druck und ein mit der ersten Messleitung (4) und der zweiten Messleitung verbundener Differenzdrucksensor (6) zur Durchflussmessung des in dem Rohr (1) strömenden Fluids (2) verwendet werden.