DE2318279C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids - Google Patents

Description

6 Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, det und damit in einer gegebenen Leitung so andadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation geordnet werden, daß sie den Durchsatz praktisch des Einflusses der Temperatur auf die Viskosität nicht beeinträchtigen.

des Fluids im Bereich der Meßelemente (5, 6) Wenn in einer sehr engen Leitung die Stromungs-

wenigstens ein weiteres temperaturabhängiges 45 geschwindigkeit gemessen werden soll und ausrei-Meßelement (A₁) angeordnet ist, das zusammen chend Platz vorhanden ist, so kann in dieser Leitung mit den Meßelementen an eine Kompensation*- eine Kammer mit größerem Durchmesser angeordnet schaltung (25) angeschlossen ist. werden, in der eine Blende mit e.ner Drosselbohrung

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- eingesetzt ist, deren Durchmesser dem Leitungskennzeichnet, daß im Bereich der Meßelemente 50 durchmesser entspricht, wobei die Meßelemente im (5 6) wenigstens ein temperaturabhängiger Ein- Bereich dieser Drosselbohrung angeordnet sind, die Bandwiderstand (R.) angeordnet ist, der in Par- eine Storstelle für die Fluidstromung bildet,
aufschaltung zu einem Abglcichwiderstand (R,) Soll in einer Fluidleitung mit größerem Durchmcs-

an einen Verstärker angeschlossen ist, und daß ser die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden, ein weiterer Widerstand (R.) für die Einstellung 55 so kann zur Vergrößerung der Meßwerte in diese der Viskosität vorgesehen ist. Leitung eine Blende mit mehreren Drosselbohrungen

eingesetzt werden, wobei die Querschnittsflaehe dieser Drosselbohrungen dem erforderlichen Durchsatz

entspricht und die Meßelemente im Bereich einer

60 oder mehrerer dieser Drosselbohrungen angeordnet

sein können.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen Um den Einfluß der Temperatur auf die Viskosität

der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids durch beispielsweise von Hydrauliköl und anderen flussigen Messung der Temperatur des Fluids an bcabstande- Medien und damit auf eine verstärkte oder geringere ten Stellen und Ermittlung der Strömungsgeschwin- 65 Temperaturänderung zu kompensieren, wird im Bedigkeit aus der gemessenen Temperaturdifferenz, reich der Meßelemente wenigstens ein weiteres temnach Patent 2 211 694, sowie eine Vorrichtung zur peraturabhängiges Meßelement angeordnet, das zuDurchführung des Verfahrens. sammen mit den Meßelementen an eine Kompensa-

rf «chaining angeschlossen ist, Hierbei wird im Bertlch der Meßelemente wenigstens ein temperaturab-Mtaeiger Eingangswiderstand vorgesehen, der in ParnelscWltung zu einem Abgleichwiderstand an einen Verstärker angeschlossen ist, wobei ein weiterer enderstand für die Einstellung der Viskosität vorge-"List

L_nist,

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zeichnung beispielsweise nähe,.· erläutert.

Pig 1 zeig^{1 e}'^ne Meßstellenanordnung j_n einer engenFluidleitung sowie im Bereich einer Erweite-„me des Strömungsquerschnitts;

Fi ·■'. 2 erläutert die Messung an einer Störstelle in . _ ^B<Fi«idströmung, wobei die Störstelle durch !rharfe Kanten in der Fluidldlung gebildet wird;

Fie 3 zeigt eine Meßanordnung bei einer ande-

η thematisch dargestellten Störstelle in der Fluid-

pig 4 zeigt die Anordnung eines Meßgerätes in einer engen Fluidleitung;

pig.5 zeigt einen Querschnitt durch eine Fluidleiin der eine Blende mit mehreren Drosselboh-

liegen und an ihren Blindenden ineinander übergehen. Hierzu bilden die Kanten 19 der beiden Bohrungen eine Störsielle für das Schmiermittel, die zu einer verstärkten Temperaturerhöhung führt. V-.ir

und hinter dieser Störstelle 19 sind Thermoelemente 20 und 21 angeordnet, durch welche die auftretende Temperaturänderung gemessen wird und deren Anschlußdrähte nach außen geführt sind. Dieses Ausführungsbeispiel verdeutlicht, in welcher Weise kon-

struktive Gegebenheiten auch an unzugänglichen Stellen zürn Feststellen einer vorhandenen Strömung ausgenutzt werden können.

In F i g. 3 ist schematisch eine weitere Storsteiie dargestellt, die aus einem in eine Fluidleitung 22 ra-

genden Stift 23 bestehen kann. In Strömungsnchtung hinter diesem Stift 23 tritt durch die Erhöhung eier inneren Reibung auf Grund von Wirbelbildung eine Temperaturänderung des Fluids auf, die an der Meßstelle 21 eeeenüber der Temperatur an der Mebstelie

=0 20 festgestellt werden kann. Die Meßstelle 21 kann dabei so angeordnet werden, daß ie bei einer oe stimmten serinaen Strömungsgeschwindigkeit auller-

Fig.6 zeigt die elektrische Schaltung der Meßan-Ordnung und eines Verstärkers zur Kompensation der Viskosität;

pig.7 zeigt die Schaltung eines Differenz-Verstärkers.

In Fig. 1 ist mitl eine enge Leitung bezeichnet, längs deren Achse ein Draht 3 aus Konstanten angeordnet ist, der an den Verbindungsstellen mit zwei Fe-Drähten 4 Thermoelemente 14 und 15 bildet. Die beiden Fs-Drähte sind zur Weitergabe der Meßwerte an ein nicht dargestelltes Ablese- oder Aufzeichnungsgerät durch die Wand der Leitung 1 führt. Strömt durch diese Leitung 1 Hydrauliköl, so steigt die Temperatur des Öls auf Grund der inneren Reibung an, so daß bei der in F i g. 1 durch einen Pfeil angedeuteten Strömungsrichtung an der Meßstelle 15 eine höhere Temperatur gemessen wird als an der Meßstelle 14. Diese Temperaturänderung kann als Bezugsgröße für die Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden; eine derartige Meßstellenanordnung ist aber vor allem dazu geeignet, festzustellen, ob in der Leitung 1 eine Strömung vorhanden ist.

In Fig. 1 ist eine weitere Meßstellenanordnung schematisch dargestellt. Im Bereich der Erweiterung des Strömungsquerschnitis der Leitung 1 sind in

. · ■ · » < . n_i ^11 f- ,1O *_

α! S5S. 1

nur eine bestimmte Erhöhung der Stromungsgc sch\vind;_.keii gemessen werden soll.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der EiIm-

aus einer Kammer 16.mit einer dann Blende 2 und Thermoelementen S und 6 *? Bohrung in dieser Blende 2 kann den gieren SJo mungsquerschmtt _W1e die Le.tungl haben so durch dieses Meßgerät der Durchsate *^Lertung 1

nicht eingeschränkt wird. Durch ^"^e *°'^"⁵|_Γ_ staltung wird die Herstellung der Meßvomchtung er

leichtert und die Montage >n einer engen Leitung

vereinfacht. -„Hiokeit in

Zur Messung der Strömungsgeschwmd gk it m

einer Flu.dle.tung m. größerem ,^^"^11 nicht an der Drosselstelle ein ^«n"iter ⁰^K ⁿ _zeigt überschritten werden darf, kann - ^^ _e ^fc _n - eine Blende 17 mit mehieren ^Dros^'7ⁿ™_ß ^c _die 18 angeordnet werden d.e so au^e'e^»nd dJJ d.e gesamte Querschnittsflache dieser ^B«^hru"f" _ß. dem erforderlichen Durchsatz «tepr,chJ^J McB_ stellen 5 und6 können dabe in ^e'"f^{r dl}*£ _apneOrdgen 18, in mehreren oder %™%}££££* Sinet werden wodurch man ^c Vcrg™Bera b

die an diesen Meßstellen vorhandene Temperaturd'.ffercnz feststellen. Eine derartige Mcßstellcnanordnung ist vor allem für Gase geeignet, be. denen ,m werden darf, damit

, _{andercn nil}ssigen Medien «"d «mderen ·- ^ _lur

schnittserweiterung oder -kontraktion kann dabei die je nach auch stetig sein, es ist nicht erforderlich daß - w,e be. dcτ

in Fi₈-I dargestellt - ame ploUhche Qucrschn.lts- «6 änderung vorhanden ist.

.... werden. Die auf die Viskosi-

llLlltlllllU^v., Olli UlV τ»

komplizeirt und erfordert fur einen relativ In erster Nä-

herung kann die Viskositätsänderung aber relativ einfach für zwei Temperaturen kompensiert werden. Verwendet man beispielsweise NTC-Widerstände, d.h. Widerstände mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, die eine Widerstandsänderung von 2 bis 6 °/o/° C haben, für die Beschaltung von Verstärkern und ordnet man den Widerstand im Fluid an, so kann man entsprechend der Widerstandsänderung den Verstärkungsfaktor beeinflussen.

In F i g. 6 ist als Beispiel eine derartige Schaltung dargestellt. Mit 24 ist die Meßanordnung in einer Rohrleitung 1 bezeichnet, wobei U₍ die Eingangsspannung, 5 und 6 die Thermoelemente und R₁ NTC-Widerstände sind. In dem außerhalb der Rohrleitung 1 angeordneten Verstärkerteil 25 sind mit R Widerstände, mit V. der Verstärker und mit U„ die Ausgangsspannung bezeichnet, die an ein Meßgerät oder ein Aufzeichnungsgerät angelegt werden kann. Mit dem Widerstand R, wird der Temperatureinfluß de» Viskosität eingestellt, während mit dem Widerstand R₄ die Viskosität selbst nach einer Eichtabelle eingestellt wird. Dieser Verstärker nach F i g. 6 hat z. B. die Verstärkung:

D J^ D

V.= -Ü_t-

(R₂ + R₃) -(RJl

Danach ist die Verstärkung proportional dem Rückführwiderstand R₄ + R und umgekehrt proportional dem Eingangswiderstand, bestehend aus der Parallelschaltung der NTC-Widerstände R, zu den Widerständen R₂ 4- R_s. Mit dem Abgleichwiderstand R₈ kann der Einfluß der NTC-Widerstände auf z.B. 2^e/o/°C eingestellt werden. Mit R_u ist ein Schutzwiderstand bezeichnet, der jedoch für die Kompensation selbst nicht wesentlich ist.

In F i g. 7 ist ein Differenz-Verstärker mit den Verstärkern V₁ und F₂ dargestellt. Im Gegensatz zu der Schaltung nach F i g. 6 werden mit diesem Differenz-Verstärker automatisch Nullpunktverschiebungen kompensiert, die sich bei einem Verstärker durch Änderung des Eingangswiderstandes (NTC-Widerstände) ergeben können. Damit diese Schaltung symmetrisch (R₁ = R_n) ausgebildet werden kann, wird

die Viskosität an dem nachgeschalteten Verstärker K₂ mit dem Widerstand R₁₃ eingestellt. R₁₈ ist ein

R₁₄ in F i g. 6 entsprechender Widerstand.

Bei Verwendung einer Drosselstelle oder Störstelle

ίο zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit kann der Viskositätseinfluß mit je einem NTC-Widerstand R₁ (F i g. 6) vor und hinter der Drossel bzw. Störstelle kompensiert werden. Bei einem geringen Meßeffekt von z.B. 0,1 oder 0,01⁰C brauchen jedoch nicht unbedingt zwei Meßelemente zur Kompensation der Viskosität eingesetzt zu werden.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, kann die beschriebene Meßvorrichtung auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt werden, beispielsweise zur Stel-

ao lungsanzeige. Bei einer Hohnmaschine z.B. sind in der Ahle Bohrungen für das Schmiermittel ausgebildet. In einer solchen Schmiermittelbohrung können — wie oben beschrieben — Meßstellen zur Temperaturmessung angeordnet werden. Wenn die Ahle aus der zu hohnenden Bohrung herausgezogen wird oder am anderen Ende der Bohrung hinausfährt, so wird der Querschnitt der Schmiermittelbohrung plötzlich frei, so daß ein erhöhter Durchfluß auftritt, der durch die Meßelemente festgestellt wird. Das Signal kann an eine Einrichtung gegeben werden, welche die Schmiermittelzufuhr abschaltet, so daß kein unnötiger Verlust an Schmiermittel auftritt.

Das Meßverfahren ist für flüssige wie gasförmige Medien anwendbar. Die Messung kann in einer einfachen Leitung oder im Bereich einer Störstelle vorgenommen weiden, die durch konstruktive Gegebenheiten in irgendeiner Weise, beispielsweise als Querschnittskontraktion oder -erweiterung, als Ks»nte od. dgl. ausgebildet oder durch ein in die Fluidströmung eingesetztes Teil vorgesehen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

¹ Nach dem Hauptpatent wird zur Ermittlung der

Strömungsgeschwindigkeit im Bereich einer Ande-• Patentansprüche: njL des Strömungsquerschnitts, vorzugsweise im Be-

Zh einer Drossel die Temperatur des Fluids gemes-

1. Verfahren zum Messen der Strämungsge- reich e ner^ Anwendungsgebieten ist aber schwindigkeit eines Fluids durch Messung der 5 sen. Am«¹ _insbesondere Verringerung des Strö-Temperatur des Fluids an beabstandeten Stellen ^ei"«^™Jnitt8 nicht erwünscht oder nicht mög- und Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit mungsquerschn.tts ni

aus der gemessenen Temperaturdifferenz, nach hch. _{die Vorricntung nac}h Ctm

Patent 2 211694, d a d u r c h g e k e η η ζ e ic h - °as V e«^anr weitergebildet werden,

net, daß die Temperaturmessung in einer Fluid- ic ^^^^„ILdai Fluidleitung ohne eine

leitung ohne Beeinträchtigung des Durchsatzes da£S auch in e.ner^ ^ _{nennenswerte Verr}inge-

vorgenommen wird. „_Ino Hes Strömungsquerschnitts eine Messung mög-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- rung des btromung^

kennzeichnet, daß die Temperaturmessung im hch isu Verfahren dadurch erreicht,

Bereich einer den Strömungsquerschnitt nur un- 15 ?". ^emotrarurmessung in einer Fluidleitung wesentlich beeinflussenden Störstelle vorgenom- daß ^^gg^dL, Durchsatzes vorgenom-

"Ί Vorrichtung zur Durchführung des Verfalv men «% ™«^^%^^ rens nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens zwei Fluids .η J^er ^"f^^ _sgeschwindig_kei, ab

in einem Abstand voneinander angeordneten ao entsteht und ™"/^'^O™"enutzt
lemperaturempfindüchen Meßelementen, da- "äng.g ist, zu Meßzwecken ausgenutzt
durch gekennzeichnet, daß die Meßelemente an Die Temperaturmessung kan. »τ B.rach cmc

einer beliebigen Stel.e in der Fluidleitung bzw. im J-J^ ^

Bereich der Storstelle angeordnet sind. flussenden Morsieuc β Wirbelhildune

4. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch ge- α₅ einer solchen Storstelle J. B. durch Wirbe b,ldun*, kennzeichnet, daß in einer Leitung (1) eine Kam- eine verstärkte innere ^*"^,"^ Sureh kön mer (16) mit größerem Durchmesser angeordnet stärkte ^^^^^l^l^u^^ ist, in der eine Blende (2) mit einer Drosselboh- nen vor allem Iconstrak ve Gegetenheiten aus^erung eingesetzt ist, deren Durchmesser dem Lei- nutzt werden um ^bf ^elswe-se m e nem Schm.ers

tunfsdurchmesser entspricht, und daß die Meß- 30 stern festzustellen ob eine Strömung rη der betreffenelemente (5, 6) im Bereich dieser D.osselbohrung den Schmiermittelleitung vorhanden^ st
anoeordnet sind Bei der Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses V er-

5 Vorriing nach Anspruch 3 oder 4, da- fahrens, bei der wenigstens zwe. m einem Abstand durch gekennSnet, daß eine Blende (17) mit voneinander angeordnete f»*™™/™?^ mehreren Drosselbohrungen (18) in einer Leitung 35 Meßelemente vorgesehen sind werden Jeeingesetzt ist daß die Querschnittsfiäche dieser mente an einer beliebigen ^Ste"e m der Fluidlertung Drosselbohrungen (18) dem erforderlichen bzw. im Bereich der Storstelle angeon'aet· D J Mcß-Durchsatz entspricht und daß die Meßelemente elemente, die Thermoelemente, W.derstandsthermo-(5 6) im Bereich einer oder mehrerer dieser meter oder andere geeignete Meßwertgeber we Drosselbohrungen (18) angeordnet sind. 40 Halbleiter sein können, können sehr klein ausgeb.l-