DE2041178A1

DE2041178A1 - Messvorrichtung fuer Stroemungsgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE2041178A1
Application number: DE19702041178
Authority: DE
Inventors: Zanker Klaus Joachim
Original assignee: Kent Instruments Ltd
Current assignee: Kent Instruments Ltd
Priority date: 1969-08-20
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1971-03-04
Also published as: US3720104A; FR2058407B1; FR2058407A1; SU650522A3; GB1327751A

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung No. #1629/69 vom 2o. August 1969 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen sum Messen von Strömungsgeschwindigkeiten, und insbesondere auf eine solche Vorrichtung, die aufgrund eines Strömungsmittelflusses an einem Hindernis Turbulenzbildung ausnutzt.

Es ist bekannt, daß dann, wenn ein Strömungsmittel an einem Hindernis, wie einem Zylinder, vorbeiströmt, über einen Bereich von Strömungsgeschwindxgkeiten in der Nachströmung des Hindernisses zwei periodische Turbulenzströme oder Wirbelströmungen, und zwar ein Strom von jeder Seite, erzeugt werden. Man nimmt an, daß beispielsweise dieser Effekt das Plattern einer Fahne an einem Fahnenmast in Abhängigkeit von Wirbelströmungen veranlasst, die durch den Wind erzeugt werden, welcher am Fahnenmast vorbeigeht.

Dieses Prinzip ausnutzende Geschwindigkeitsmesser sind bekannt. Eine bekannt Ausführungsform einer Hesseinrichtung enthält einen von der Strömung abhängigen bzw. auf sie ansprechenden TeU₁,

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wie einen fest angeordneten Zylinder zur Erzeugung von Wirbelströmungen in einem sich in einem Rohr bewegenden Strömungsmittel-Strom und eine getrennte Anzeige-Einrichtung, wie eine Fahne, welche so schwenkbar angeordnet ist, daft sie entsprechend erzeugten Wirbelströmen oszilliert bzw. schwingt, wobei 'diese Oszillation bzw. Schwingung mechanisch zu Frequenz-Messeinrichtungen außerhalb des Rohres übertragen werden. In einer anderen bekannten Ausführung ist der Hindernis-Zylinder selbst um eine senkrecht zur eigenen Längsachse gerichtete Achse verschwenkbar gelagert, so daß er entsprechend der erzeugten Wirbelströmungen schwingen kann, wobei die Schwingung wiederum mechanisch zu Frequenz-Messeinrichtungen außerhalb des Rohres übertragen werden.

Derartige Geschwindigkeitsmesser haben zahlreiche Machteile. Es müssen Lager für die verschwenkbare Anordnung der schwingenden Teile vorgesehen sein, und da sich diese Lagerungen notwendigerweise durch die Seite des Rohres erstrecken, an der die Vorrichtung aufgestellt bzw. festgelegt ist, müssen auch Abdichtungen vorgesehen werden.

Ein anderer bekannter Geschwindigkeittmesser, der den Effekt der Turbulenzerzeugung ausnutzt, hat einen Widerstands- bzw. Hindernis-Zylinder mit einem in axialer Richtung kurzen Abschnitt, der zwischen ausgerichteten und fest angeordneten Abschnitten angeordnet ist. Der mittlere kurze Abschnitt kann sich in Abhängigkeit von der Turbulenzerzeugung, die durch einen Strömungsmittelfluss an dem Zylinder vorbei erzeugt wird, körperlich frei als ganzes bewegen. Weil der größere Teil des Zylinders stationär ist, wird in einer solchen Vorrichtung ein nicht zusammenhängendes bzw. nicht kohärentes Turbulenzmuster aus den später im einzelnen erläuterten Gründen erzeugt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines längs eines Kanals strömenden Strömungsmittels zu schaffen,

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Die;» Aufgabe wird erfindungsgem?iß dadurch gelöst, daß ein auf die Strömung ansprechender Teilen dem Kanal in Abhängigkeit von WirbelStrömungen, die durch die Strömung an dem Teil vorbei erzeugt werden im ganzen im wesentlichen unter rechtem Winkel zu der Strömunsrichtung schwingungsfähig angeordnet ist, und Übertragereinrichtungen vorgesehen sind, die ein Signal in Abhängigkeit von der Sehwingungsbewegung liefern, wobei der Teil derart ausgebildet und angeordnet ist, daß seine körperliche Bewegung ein kohärentes, zweidimensionales Wirbelmuster in dem strömenden Medium erzeugt.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines längs eines Kanals strömenden Strömungsmittels, bei der ein langgestreckter, auf die Strömung ansprechender Teil und Einrichtungen vorgesehen sind, die den Teil in dem Kanal mit seiner Längsachse im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung einstellen und eine körperliche Schwingbewegung des Teils in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu seiner Achse und zu der Strömungsrichtung liegt, in Abhängigkeit von Wirbelströmungen zulassen, die durch den Strömungsmittelfluss an dem Teil vorbei erzeugt werden-, wobei Übertragereinrichtungen zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit von der Schwingbewegung des Teils vorgesehen sind, der sich quer über wenigstens den größeren Abschnitt der Breite des Kanals erstreckt, und ferner die körperliche Bewegung des auf die Strömung ansprechenden Teils ein kohärentes Wirbelstrommuster über die Länge desselben herruft.

Die Einstelleinrichtung besitzt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Magnetmittel zur Aufhängung des auf die Strömung ansprechenden Teils mittels magnetischer Levitation oder einen oder mehrere biegsame Lagerstücke, welche nur die oszillierende Schwingbewegung des auf die Strömung ansprechenden Teils zulassen, oder eine Anordnung von Federn, welche wiederum nur die Schwingbewegung des auf die Strömung ansprechenden Teils ermöglichen.

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Die Übertragereinrichtung kann in irgendeiner geeigneten Ausführung vorgesehen sein, um in Abhängigkeit von der Schwingung des auf die Strömung ansprechenden Teils ein Signal zu erzeugen, obgleich ein auf eine Verlagerung ansprechender übertrager infolge der konstanten Amplituden / Frequenz-Charakteristik des langgestreckten, auf die Strömung ansprechenden Teils besonders vorteilhaft ist. Verschiedene Typen von Übertragern, die in verschiedenen Anmeldungen Vorteile haben, werden unten erläutert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

In diesen zeigen :

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Strömungsgeschwindigkeit-Messvorrichtung, gesehen von der Abströmrichtung her;

Fig. 2 : eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt, im wesentlichen längs der Linie 2-2 in Fig. 1 ;

Fig. 3 : eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt längs der Linie 3 - 3 in Fig. 2 ;

Fig. U : eine Kennlinie, welche eine typische Änderung der Strouhal-Zahl (STR) in bezug zur Reynold's-Zahl (Re) für ein an einem Zylinder vorbeiströmendes Strömungsmittel zeigt;

Fig. 5 : eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt entsprechend Fig. 2, im vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 : eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform, in welcher der auf die Strömung ansprechende Teil in einem Diffusor angeordnet ist ;

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Pig. 7 : eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;

•Pig. 8 : eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;

Fig. 9 : einen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8;

Fig. Io : eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Schnitt; und

Fig. 11 : einen Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. lo.

In der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis J ist ein zylindrischer, auf die Strömung ansprechender Teil 11 mit kreisförmigem Querschnitt durch zwei biegsame Lagerstücke 13 und an einem festen Bauteil 12 von kreuzförmigem Querschnitt befestigt, der in einem Kanal 15 fest angeordnet ist. Wie am besten aus Fig 1 zu ersehen ist, erstreckt sich der Zylinder 11 über den größeren Abschnitt des Durchmessers des Kanals 15.

Der kreuzförmige Bauteil 12 besteht aus zwei zueinander senkrechten plattenartigen Teilen 16, 17 und bildet ein Lagerelement für den auf die Strömung ansprechenden Teil 11 und wirkt auch als Strömungsgleichrichter bzw. Glätter der Turbulenzen aus dem in den Kanal 15 strömenden Strömungsmittel vollständig oder teilweise entfernt.

Die biegsamen Lagerstüeke 13 und lHhaben in einer Ebene, in der die Strömungsrichtung liegt_s sehr geringe Steifheit, so daß der Zylinder 11 in einer Richtung im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung oszillieren bzw» frei schwingen kann, wie in Fig. 3 durch X-X gegeigt ist. ν

In der Anwendung strömt ein Strömungsmittel in Fig. 2 und 3

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von links nach rechts durch das Rohr 15, und in wenigstens einem Bereich der Geschwindigkeiten lösen sich zwei Turbulenzoder Wirbelströmungen von jeder Seite des Zylinders 11. Damit wird durch das Strömungsmittel auf den Zylinder 11 eine .pulsierende Kraft ausgeübt, die veranlaßt, daß er in der Richtung X-X mit der gleichen Frequenz schwingt bzw. oszilliert, mit welcher die Wirbelströmungen erzeugt werden.

Das Muster der mit einem langgestreckten, auf die Strömung ansprechenden und körperlich als Ganzes bewegbar gelagerten Teil erzeugten Wirbelströmungen ist aus den unten beschriebenen Gründen über seine Länge kohärent. Mit einem fest angeordneten Zylinder oder einem Zylinder, dessen größerer Abschnitt festgelegt ist, wie in den oben diskutierten früheren Ausführungen, wird die Strömung am Zylinder über seine Länge in sogenannte "Zellen" unterteilt, wobei in jeder derselben eine Turbulenzerzeugung auftritt, die sich von der Turbulenzerzeugung in benachbarten Zellen unterscheidet. Somit haben die in jeder Zelle erzeugten Turbulenzströme nicht notwendigerweise genau die gleiche Frequenz und mit Sicherheit nicht die gleiche Phasenlage.und das Strömungsmuster ändert sich in drei Dimensionen.

Weiterhin verändern sich die Trennungspunkte der Turbulenzen zwischen verschiedenen Zellen in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeit sprofil der Strömung, und sie können sich auch mit der Zeit ändern. Somit ist ersichtlich, daß das Wirbelmuster, das über die Länge eines solchen fest angeordneten Zylinders erzeugt wird, nicht kohärent bzw. zusammenhängend ist, und daß infolgedessen die Ausgangsgröße aus einem übertrager, der auf die Turbulenzen anspricht und stromabwärts bezüglich des Zylinders angeordnet ist, sich sowohl in der Amplitude als auch in der Frequenz ändern wird, Die Ausgangsgröße würde sich auch bei verschiedenen Stellungen des Übertragers quer zur Strömungsrichtung ändern. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden aber aufgrund der Tatsache, daß sich der Zylinder räumlich bzw. körperlich bewegen kann, die Wirbelströme tatsächlich

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über die gesamte Länge des Zylinders in einem im wesentlichen gleichen Zeitpunkt im Oszillations-Zyklus abgelöst, und somit wird ein kohärentes, aweidimensionales Wirbelmuster, d.h. ein Muster von gleichförmiger Phase und Frequenz in dem sich bewegenden Strömungsmittel hergestellt. Infolgedessen ist die Schwingungskraft an dem Zylinder unter gleichbleibenden Strömungsbedingungen in gleicher Weise kohärent und führt zu einer Oszillation mit einer konstanten, stabilen Spitzen-Amplitude. Die Anordnung kann so betrachtet werden, daß sie eine wirksame Rückkopplung anwendet, um die stabile Oszillation zu erzeugen, indem das geschaffene kohärente Wirbelmuster an dem Zylinder eine kohärente Schwingungskraft schafft, welche wiederum das Muster der Wirbelerzeugung kohärent macht. Wie unten dargelegt wird, ist diese Spitzen-Amplitude über einen großen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen konstant, so daß die Anzeige der Oszillation vereinfacht und die Verwendung eines Übertragers der Verlagerungs-Type im wesentlichen vorteilhaft gemacht wird .

Bei der Analyse dieser-oszillierenden Bewegung, insbesondere der Strouhal-Zahl (STR) und*Reynold*s~Zahl (Re): werden ewei limensionslose Gruppen verwendet. Die Zahlen werden wie folgt definiert.

STR = f.d. und Re = v.d.f

wobei ν « die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels; f = die Frequenz der erzeugten Wirbelströmungen; ds der Durchmesser des Zylinders; und ρζ.Μ = die Dichte bzw. Viskosität des betreffenden Strömungsmittels

³ig. ¹I ist eine Kurve ₉ die ein Beispiel der Beziehung zwischen diesen beiden dimensionslosen Gruppen für eine Vorrichtung dieser Art zeigt.

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Es ist ersichtlich, daß die Strouhal-zahl (STR) über einen Bereich von Reynold's-Zahlen (Re), lo^ bis 2 χ lo^ in diesem Falle, im wesentlichen konstant ist und so die Oszillationsfrequenz f über diesen Bereich im wesentlichen linear proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit ν des Strömungsmittels ist. Damit wird die Schwingungsfrequenz des Zylinders über diesen Bereich im wesentlichen linear proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels im dem Rohr sein.

Wenn einmal eine gleichbleibende Oszillation bzw. Schwingung eingestellt worden ist, kann der Ausgleich der auf den Zylinder 11 wirkenden Kräfte durch die Anwendung den Newtonschen Gesetze ausgedrückt werden, wie

A-C₁' . P . v² = M.a.W.² . sin cot

C_T = der Hubkoeffizient für die fluktuierende Kraft am Zylinder 11;

M = die wirksame Masse des Zylinders 11;

a = die Amplitude der Schwingungen des Zylinders 11;

UO - die momentane Winkelgeschwindigkeit des Massenzentrums des Zylinders 11;

t = Zeit; und

A = typischer Flächenbereich des Zylinders.

Die anderen Symbole haben die gleichen Bedeutungen wie oben verwendet.

Es ist so ersichtlich, daß im Bereich der betrachteten Geschwindigkeiten die Strömungsgeschwindigkeit ν des Strömur.gsmittels linear proportional zur Schwingungsfrequenz f und somit zuW, für konstante C · , auch a konstant ist, d.h. die Amplitude der Oszillation ist im wesentlichen unabhängig von sowohl ν als auch£J. Diese konstante Amplituden / Frequenzcharakteristik vereinfacht die Anzeige der Schwingungsfre-

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quenz und macht somit die Anwendung von verschiebungs-empfindlichen Übertragern besonders vorteilhaft. ·

Es kann auch gezeigt werden, daß sich die Kraft an dem Zylinder mit dem Verhältnis a:d ändert und zu einem Maximum ansteigt, wenn dieses Verhältnis in der Größenordnung von l:lo liegt. Infolgedessen wird der Bauteil zur Einstellung des Zylinders in dem Kanal zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß er eine Schwingung des Zylinders mit einer Spitzen-Amplitude von etwa l/lo seines Durchmessers zulässt.

Die Resonanzwirkungen in dem Bauteil, an dem der auf die Strömung ansprechende Teil gelagert ist, können die theoretisch lineare Frequenz / Geschwindigkeit^-Charakteristik nachteilig beeinflussen. Deratige Resonanzen modulieren'die konstante Amplituden-Ausgangsgröße in höchst unerwünschter Weise und erzeugen beispielsweise Ausschläge bzw. Schwebungen. Im ungünstigsten Falle," wenn die Frequenz der erzeugten Wirbelströmungen die Resonanzfrequenz der Kombination aus dem Zylinder U und den biegsamen Lagerstücken 13, 14 erreicht, wird die Oszillationsfrequenz des Zylinders über etwa Io % ihres Bereiches zur Resonanzfrequenz hin "verzerrt".

Der Aufbau wird daher natürlich so ausgeführt werden, daß die größeren Resonanzen ausserhalb des wirksamen Frequenzbereiches der Vorrichtung liegen, aber verbleibende Resonanzen können noch zu Unregelmäßigkeiten in der Frequenz / Geschwindigkeits-Charakteristik führen. Um diese zu bekämpfen, ist ein bestimmter Dämpfungswert für die Schwingbewegung in den Aufbau eingebaut. In den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 und den später beschriebenen Ausführungsformen liefert die Wirkung des Zylinders und anderer beweglicher Teile, die sich durch die Flüssigkeit bewegen, eine viskose Dämpfung.

Die Oszillationsfrequenz des Zylinders kann in irgendeiner üblichen Weise überwacht bzw. angezeigt werden. Wie gezeigt ist, kann ein akustisch-elektrischer übertrager IB außen an dem Kanal 15 angeordnet werden. Ein derartiger übertrager könnte

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statt dessen auch in dem Kanal angeordnet werden.

Wahlweise können Elektroden an geeigneten Stellen in Kanal 15 an ehern festen oder einem schwingenden Teil oder an jedem dieser Teile angeordnet sein, so daft die Frequenz durch überwachung örtlicher Änderungen in elektrischen Eigenschaften infolge der Schwingung zwischen«Elektroden angezeigt werden kann. Geeignete Eigenschaften bzw. Kenngrößen sind Widerstand, Kapazität und Induktivität.

Stattdessen könnte ein Dehnungs- bzw. Spannungsmesser, der an einem oder jedem der biegsamen Lagerstücke 13, I^ befestigt wird, als übertrager zur Anzeige der Schwingung verwendet werden. Ein weiterer möglicher übertrager besitzt wenigstens einen an dem Zylinder 11 oder einem biegsamen Lagerstück 13, befestigten Magneten und eine Vorrichtung, die den Hall-Effekt ausnutzt, wie ein magnetisch abhängiger Widerstand, vrird an der Außenseite des Kanals 15 angeordnet, um die von der Schwingungsbewegung erzeugte Oszillation des Magnetfeldes des Magneten anzuzeigen. Statt der Befestigung eines Magneten können das biegsame Lagerstück oder der Zylinder oder Teile davon zur Erzielung des gleichen Effekts magnetisiert werden.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher gleiche Bezugszeichen wie für die erste Ausführungsform für gleiche Teile verwendet worden sind.

In dieser Ausführungsform ist der strömungsabhängige Teil ein Hohlzylinder 21. Ein Stab 22, der mit einem oder beiden Enden an dem Kanal befestigt ist, geht axial durch den Zylinder 21 hindurch, wie gezeigt ist.

Die Steifheit der biegsamen Lagerstücke 13 und I¹I und die Abmessungen des Zylinders 21 und des Stabes 22sind so gewählt, daß der Stab undder Zylinder normalerweise nicht in Berührung kommen. Es ist anzuerkennen, daß bei Befestigungen von Elektroden an dem Stab 22 und dem Zylinder 21 oder wahlweise dann, wenn der Stab und der Zylinder selbst als Elektroden dienen,

eine Anzeige der Oszillationsfrequenz durch Überwachung oder Anzeige von örtlichen Veränderungen der elektrischen Eigenschaften, wie der Kapazität zwischen dem Zylinder und dem Stab, vereinfacht wird.

Der Stab ?2 und der Zylinder 21 können so angeordnet werden, daß im Falle einer übermäßigen Bewegung des Zylinders der Stab
verhindert, daß der Zylinder die Wand des Kanals 15 berührt.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, welche der nach den Fig. 1 bis 3 ähnlich ist, wobei aber der von der Strömung abhängige Teil 11 in einem Diffusor 31 angeordnet ist, d.h. in
einem Teil des Kanals, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt. Es wird angenommen, daß eine solche Anordnung gesteigerte Instabilität und eine sieh daraus ergebende Erzeugung von Wirbelströmungen bei einer niedrigeren Reynolds-Zahl und somit bei einer niedrigeren Geschwindigkeit verursachte die Ausführung nach den Fig. 1 bis 3.

Eine weitere Ausfuhrungsform ist in Fig. 7 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der auf die Strömung ansprechende
Zylinder ^1 in der Strömung hängend gehalten, wie gezeigt
durch magnetische Levitation, d.h. durch einen magnetischen Gewichtsausgleich, der eine schwebende Einstellung gewährleistet, welcher durch von Wechselstrom erregten Elektromagneten erzeugt wird, deren Wicklungen 43, 45 diametral gegenüberliegende Vorsprünge an dem Kanal umgeben. Der Zylinder muß natürlich wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen.

In dieser Ausführungsform wird eine Dämpfung der Schwingungsbewegungen magnetisch durch die magnetischen Kreise herbeigeführt. Anstelle der Verwendung einer der oben beschriebenen Übertrageranordnungen kann die Oszillation des Zylinders kl iurch überwachung oder Anzeige der resultierenden Veränderung des Stromes angezeigt werden, der die Elektromagnete 43 und 4? speist.
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In der Ausführungsform nach den Pis. 8 und 9 ist ein auf die Strömung ansprechender Zylinder 51 nittels Federn 52 bis 57 in dem Kanal 15 aufgehängt. Alle Federn sind genügend hart, daß sie eine Bewegung des Zylinders 51 in der Strömungsrichtung und in der Richtung senkrecht zur Ebene der Fig. 9 im wesentlichen verhindern, während eine Schwingung des Zylinders in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Fig. B in Abhängigkeit von der Erzeugung von Wirbel strömungen zugelassen wird.

Eine Dämpfung der Schwingungsbewegung wird durch Dämpfungsmittel herbeigeführt, die in Fig. Q schematisch als Luftpuffer bzw. Bremszylinder gezeigt sind. In der praktischen Ausführung wird die Dämpfung durch ein deformierbares Material, wie einen Kunststoffschaum oder Gummi bewirkt, der oder das rund um die Enden des Zylinders in die Vorsprünge eingesetzt wird.

Die Ausführung nach den Fig. Io und 11 ist weitgehend ähnlich der nach den Figuren 8 und 9· In diesem Falle ist jedoch ein hohler, auf die Strömung ansprechender Zylinder 6l mittels harter Federn 63 bis 66 an einem Stab 62 aufgehängt, der an dem Kanal 15 befestigt ist und axial durch den Zylinder hindurchgeht Die Dämpfung ist hier wiederum schematisch durch Pufferzylind^r 67, 68 gezeigt. In dieser Ausführung liefert die Flüssigkeit zwischen dem Stab 62 und der Innenseite des Zylinders 61 einen bestimmten Dämpfungswert, obgleich auch deformierbares Material, wie es für die vorher beschriebene Ausführungsform verwendet wurde, hinzugefügt werden kann, wenn es notwendig ist. Übertragereinrichtungen der vorstehend, unter Bezugnahme auf die Ausführung nach den Fig. 1 bis 3j diskutierten Typen können benutzt werden, um Signale in Abhängigkeit von der Schwingung der auf die Strömung ansprechenden Teile 51 und in den Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9, und Io und 11 zu liefern.

In allen Ausführungsformen ist erwünscht, daß der auf die Strömung ansprechende Teil der Strömung einen Flächenbereich bietet, oder entgegensetzt der in bezug zu dem inneren Querschnitt des Kanals nicht zu groß ist, damit ein niedriger

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Druckverlust gewährleistet ist. Da die Größe der gewünschten Wirbelströmungen, die gebildet werden, von gleicher Größenordnung wie der Durchmesser des auf die Strömung ansprechenden Teils ist, wird bevorzugt, daß dieser im Hinblick auf typische turbulente, lineare Wirbelungs-Dimensionen groß ist, •so daß die turbulenten Wirbelungen viel kleiner als die erwünschten sind, und somit hindern sie durch Erzeugung eines größeren Wertes von unechtem akustischen oder elektrischen Geräusch nicht wesentlich den Vorgang zur Frequenzanzeige. Eine Anordnung mit einem Verhältnis Zylinderdurchmesser / innerer Kanaldurchmesser von 1 : 3 hat sich als günstig erwiesen. In gleicher Weise ist vorteilhaft, daß der Zylinder eine hohe Trägheit hat und somit als Filter für derartiges Turbulenzgeräusch wirkt.

In diesem Zusammenhang ist die mögliche Verwendung von verlagerempfindlichen Übertragern, die durch die Erfindung vorgesehen sind, gegenüber der Verwendung von Hitζ-Draht oder

Druck-Anzeigevorrichtungen zum Messen von Wirbelfrequenzen, s χθ

wie ι in der bisherigen Technik verwendet worden ist, vorteilhaft. Mit diesen beiden Vorrichtungen wird der Geräuschpegel hoch sein und kann das Signal verfälschen. Weiterhin haben diese Vorrichtungen den Nachteils daß das angezeigte Signal den vierten bzw. zweiten Potenzen der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist, während die Amplitude des gemäß der Erfindung angezeigten Signals über den genannten beschränkten Bereich im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit ist.

Es wird hervorgehoben, daß der Bereich der Strömungsmittelgeschwindigkeiten in einer besonderen Anwendung aus dem oben erwähnten linearen Bereich herausfallen kann. Zur Überwindung dieses Nachteils kann der auf die Strömung ansprechende Teil in einem Kanalabschnitt angeordnet werden, dessen Querschnittsfläche zunimmt oder abnimmt. Die Querschnittsfläche', an der Stelle des Teils wird im Verhältnis zu der normalen Fläche des Kanals so gewählt, daß der Bereich der Geschwindigkeiten in dfesem Abschnitt in die lineare Zone verschoben wird.

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Obgleich die auf die Strömung ansprechenden, hier beschriebenen Teile kreisförmig sind und gleichförmigen Querschnitt haben, ist das nicht wesentlich. Der Teil ist vorzugsweise im wesentlichen stabähnlich, aber sein Querschnitt braucht weder kreisförmig noch genau gleichförmig zu sein. Beispielsweise kann der auf die Strömung ansprechende Teil einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben, wobei eine Fläche des Teils senkrecht zur Strömungsrichtung liegt. Dadurch wird die Abtrennung der beiden Turbulenzströme längs der beiden Ränder dieser Fläche auftreten. Im allgemeinen kann ein breiter Körper für eine Strömung niedriger Reynold's-Zahl und ein stromlinienförmiger Körper für eine Strömung hoher Reynold ¹S-Zahlen verwendet werden.

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Claims

DIPL.-ING.O.R.KRETZSCHMAR ^ ^ ¹ } ^{7 8}

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Kent Instruments. Limited '

Luton, Bedfordshire

England

Anwaltsakte: 37o5

Sc hut zansprü ehe

Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit*eines Strömungsmittels, iis einen Kanal entlangströmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Strömung ansprechender Teil (11, 21, 41, 51, 61) in dem Kanal (15, 3D in Abhängigkeit von Wirbelströmungen, die durch die Strömung an dem Teil vorbei erzeugt werden,im ganzen im wesentlichen unter rechtem Winkel zu der Strömungsrichtung schwingungsfähig angeordnet ist, und übertragereinriehtungen(18) vorgesehen sind, die ein Signal in Abhängigkeit von der Schwingungsbewegung liefern., wobei der Teil (11, 21, 41, 51, 61) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß seine körperliche Bewegung ein kohärenfes, zweidimensionales Wirbelmuster in dem strömenden Medium erzeugt.
2. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestreckter, auf die Strömung ansprechender Teil (11, 21, 41, 51, 61) und Einrichtungen (13, 14, 43, 45, 52 bis 57, 63 bis 66) vorgesehen sind, die den Teil in dem Kanal (15) mit seiner Längsachse im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung einstellen und eine körperliche Schwingbewegung des Teils (11, 21, 4l, 51,-61)*in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu seiner Achse und zu der Strömungsrichtung liegt, in Abhängigkeit von Wirbelströmungen zulassen, die durch den Strömungs-

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KONTEN· DRESDNER BANK. KONTO-NK. 0S99 · POITICH1CK HAMBURG N«. 19» 66

mittelfluee an dem Teil vorbei erzeugt werden, und daß ^f* bertragereinrichtungen (18) zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit voniSchwingbevregung des Teils vorgesehen sind, der sich quer über wenigstens den größerer» Abschnitt der Breite des Kanals (15) erstreckt, wobei die körperliche Bewegung des auf die Strömung ansprechenden Teils ein kohärentes Wirbelstrommuster Ober die Länge desselben hervorruft .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung wenigstens einen biegsamen Träger (13, 14) des auf die Strömung ansprechenden Teils (11, 21) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Strömung ansprechende Teil (41) wenigstens teilweise aus ferromagnetische"! Material besteht und die Einstelleinrichtung eine Magnetanordnung (43, 45) aufweist, die an dem Kanal (15) angeordnet ist und den Teil in dem Kanal durch magnetische Levitation hält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnete (43, 45) an dem Kanal (15) neben entsprechenden Enden des auf die Strömung ansprechenden Teils (41) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung mehrere Federn (52 - 57, 63 - 66) aufweist, die so angeordnet sind,daß sie die Bewegung des auf die Strömung ansprechenden Teils (51, 61) im wesentlichen auf die Richtung der Schwingbewegung beschränken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6» gekennzeichnet durch deformierbare Dämpfungsmittel (58, 59» 67, 68) zum Dämpfen der Schwingbewegung d€»a auf die Strömung ansprechenden Teils (51, 61).

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8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Strömung ansprechende Teil (21, 61) hohl ist und ein an dem Kanal (15) befestigter Stab (22, 62) axial durch den Teil hindurchgeht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Strömung ansprechende Teil (11) in einem Abschnitt des Kanals (15) angeordnet ist, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Strömung ansprechende Teil in einem Kanalabschnitt mit kleinerer Querschnittsfläche angeordnet ist als die benachbarten stromaufwärts und stromabwärts liegenden Abschnitte aufweisen. -
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Strömung ansprechende Teil (11) in einem Abschnitt des Kanals mit größerem Querschnitt angeordnet ist als die benachbarten stromaafwärts und stromabwärts liegenden Abschnitte haben.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zum Glätten der Strömung in dem Kanal (15) stromaufwärts in beeug auf de» auf die Strömung ansprechenden Teil (11).

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