DE2336179A1

DE2336179A1 - Vorrichtung zum messen der stroemungsgeschwindigkeit eines mediums

Info

Publication number: DE2336179A1
Application number: DE19732336179
Authority: DE
Inventors: Jens Andreas Toft Dipl Fensvig; Erik Prof Trostmann
Original assignee: INST PRODUKTUDVIKLING
Current assignee: INST PRODUKTUDVIKLING
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2193968A1; JPS49125059A; US3890839A; GB1394345A; DK137612B; SE399320B; FR2193968B1; DK137612C

Description

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Dlpl.-lng. R. BEETZ mn- «-w-^vf _f , _M DlpUng. K. LAMPSECH 44-21.091JP 16. 7. 1973

Dr.-lng. R. B E E T Z Jr. β Manch·η 22, Steirwdorfeir. 1

INSTITUTTET FOR PRODUKTüDVIKLIKG, Danmarks Tekniske H0jskole, 2Ö00 kyngby, Dänemark

Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, die eins Mediumverdrängungsmaschine mit einem Stator und wenigstens einem als Verdränger wirkenden Rotor sowie einem Antriebsmotor für den Rotor, Steuermittel zum Einstellen der Drehzahl des Antriebsmotors in Abhängigkeit -von der Differenz zwischen dem Druck des Mediums am Eintritt der Maschine und dem Druck am Ausgang und Mittel zum Messen der Drehzahl des Antriebsmotors umfasst.

Unter einer Mediumverdrängungsmaschine ist in diesem Zusammenhang eine Maschine zu verstehen, deren Rotor eine oder mehrere Trennflächen bildet, deren Bewegung in bezug auf den Stator ein Hindurchströmen des Mediums bewirkt oder vom Hindurchstromeη des Mediums hervorgerufen wird, bei welcher Bewegung■- abgesehen von eventuellen Ungenauigkeiten aufgrund von Leckage, Mitschleifen bei viskosem Pumpen oder von anderen Abweichungen vom idealisierten theoretischen Arbeitsverlauf - in joder Winkelstellung des Rotors ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der momentanen Bewegungsgeschwindigkeit der Trennfläche und der momentanen Strömungsgeschwindigkeit des Mediums besteht.

Aus der Beschreibung zur deutschen Offenlegungsschrift 2 o49 77o ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt geworden, bei welcher die Verdrängungsmaschine als Roots-Gebläse ausgeführt ist, dessen Drehzahl auf einen solchen Wert eingestellt werden kann, dass der Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Maschine Null oder praktisch gleich Null wird· Hierdurch wird der Messfehler reduziert, welcher durch eine Leckströmung des Mediums durch die Spalten zwischen dem Stator und den Rotoren der Maschine verursacht wird· aus der Beschreibung zum amerikanischen Patent 2 621 516 ist eine andere Vorrichtung der betreffenden Art bekannt

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geworden, bei welcher die Verdrängungsmaschine eine Flügelpumpe ist und* die Druckdifferenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Maschine mit Hilfe einer Membran gemessen wird, die den Antriebsmotor der Maschine steuert«

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung anzugeben, die eine grössere Messgenauigkeit als die bekannten Vorrichtungen aufweist, und zwar selbst dann, wenn relativ starke Pulsationen in der Mediumströmung auftreten, die gemessen v/erden soll· Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Verdrängungsmaschine eine Schraubenrotormaschine ist und dass die Mittel zur Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors einen mit der Verdrängungsmaschine parallel geschalteten Zylinder, in welchem ein kolbenähnlicher Körper frei beweglich ist, Mittel zur Messung der Position und/oder Geschwindigkeit des kolbenähnlichen Körpers in Längsrichtung des Zylinders sowie Mittel zur Steuerung der Drehzahl des Motors in Abhängigkeit vom Messignal umfassen.

Eine Schraubenrotormaschine hat gegenüber den oben genannten bekannten Verdra'ngungsmaschinen den Vorteil, dass die momentane Geschwindigkeit, mit der das Medium durch die Maschine strömt, im Laufe einer Umdrehung des Rotors im wesentlichen konstant und der Drehzahl des Rotors proportional ist. Ferner weist die Schraubenrotormaschine den Vorteil auf, dass die relative Bewegung zwischen den Kontaktflächen des Rotors und des Stators rechtwinklig zur generellen Durchströmrichtung des Mediums verläuft, so dass das Mitschleifen von Medium durch den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator durch das sogenannte viskose Pumpen in wesentlichem Umfang eliminiert wird. Viskoses Pumpen verursacht einen Messfehler, der von der Viskosität'.und dem spezifischen Gewicht des Mediums, vom Mediumdruck und von der Rotorgeschwindigkeit abhängt, und der Fehler beläuft sich oft auf 2-3$ des Verdrängungsvolumens der Maschine, d.h. er kann ebenso erheblich sein wie die eingangs erwähnte Leckströmung. Theoretisch liesse sich der Fehler, der durch das viskose Pumpen verursacht wird, korrigieren, doch da der Fehler von vielen verschiedenen Faktoren abhängt, ist eine derartige Korrektur in der Praxis kaum durchführbar, und

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es ist daher als Vorteil von hohem praktischem Wert anzusehen, dass man das viskose Pumpen auf einen unv/esentlichen Wert hinabbringen kann*

Die aus dem Zylinder und dem im Zylinder beweglichen Körper bestehondon Steuermittel fürden Antriebsmotor lassen sich so ausführen, dass sie relativ starke Pulsationen in der zu messenden Mediumströmung aufnehmen können, und durch geeignetes Filtern des von diesen Mitteln gelieferten Messsignäls könnon diese Pulsationen vom Antriebsmotor der Verdrängungsmaschine ferngehalten werden, so dass dieser den arithmetischen Mittelwert oder DC-Wert der Strömungsgeschwindigkeit registriert, während dio Pulsationen oder der AC-Wert gegebenenfalls mit Hilfe des vom frei beweglichen kolbenähnlichen Körper gelieferten Kessöignals registriert werden' kann· Hierdurch lässt sich die Vorrichtung z.B. zur Aufnahme von FrequenzCharakteristiken eines elektr©hydraulischen Sorvoventils benutzen, d.h. dem Zusammenhang zwischen dem elektrischen Steuerstrom und der Mediuniströmung durch das Ventil, indem dio Phase und die Amplitude des vom Zylinder gelieferten Ilesssignals mit den entsprechenden Worten des Steuerstroms verglichen werden können.

Durch die vorgeschriebene Ausführung der Verdrängungsmaschine und ihrer Steuermittel wird eine Messvorrichtung angegeben, deren Messergebnisse sowohl reproduzierbar als auch genau sind, d.h. sie brauchen nicht untc*- Anwendung von Tabellan, Nomogrammen usw. korrigiert zu werden. Die Vorrichtung ist rlazu imstande, die gemessene Modiumströmung in einen DC-Anteil und einen AC-Anteil aufzulösen und gegebenenfalls jede dieser Grossen für sich zu registrieren.

Der kolbenähnliche Körper kann eine Kugel sein, die im Zylinder enge Passung hat, wodurch der Reibungswiderstand gegen die Bewegung des Kolbens und damit einen Unsicherheitsfaktor für das Messergebnis reduziert wird, unter anderem weil die Form des Spalts zwischen dor Kugel und der Zylinderwand eine hydrodynamische Schmierung begünstigt.

BAD ORKJiNAU

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Die Kugel kann vorteilhafterweise im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht wie das Medium haben, wodurch unerwünschte, durch Massenkräfte verursachte Differenzdrücke am Spalt zwischen der Kugel und dem Zylinder eliminiert werden.

Es ist zweckdienlich, dass die Kugel aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt oder mit einem solchen überzogen ist, dass der Zylinder aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist und dass die Mittel zur Messung der Position der Kugel zwei gegeneinander und von der Kugel elektrisch isolierte Kondensatorplatten, die sich einander hauptsächlich diametral gegenüberliegend und mit einem Abstand voneinander, der vom einen Ende des Zylinei ders zum anderen hin abnimmt, in Längsrichtung des Zylinders erstrecken, sowie einen Konverter umfassen, der ein von der Kapazität des von den Platten und der Kugel gebildeten Kondensators abhängiges elektrisches Ausgangssignal liefert. Auf diese Weise erhält man ein elektrisches Ausgangösignal, das zur axialen Position der Kugel im Zylinder stets in eindeutiger Beziehung steht.

Die Wandstärke des Zylinders kann von seinem einen Ende zum anderen hin abnehmen und die Platten können aus sen am Zylinder angebracht sein und von ihrer Mitte zu beiden Enden hin abnehmende Breite haben. Hierdurch wird im Vergleich zu beispielsweise Einbetten der Platten in die Zylinderwand auf einfache Weise der variable Abstand zwischen den Kondensatorplatten hergestellt, und durch geeignete Dimensionierung der Plattenbreiten ist es möglich, eine praktisch völlig lineare Beziehung zwischen der Position der Kugel und der gemessenen Kapazität zu erreichen.

Der Zylinder kann von einem beschützenden Susseren Rohr umgeben sein, das zusammen mit dem Zylinder eine ringförmige Kammer bildet, die an demjenigen Ende, wo die Wandstärke des Zylinders am grössten ist, mediumdicht abgesperrt ist und am entgegengesetzten Ende mit dem Innenraum des Zylinders in Verbindung steht. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Zylinder an seinem dünnen Ende mit sehr kleiner Wandstärke, d.h. mit maximaler Kapazität zwischen den Kondensatorplatten, hergestellt werden kann, weil die umgebende Kammer bewirkt,

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ORIGINAL INSPECTED

" "■'■·■ - 5 -

dass die Zylinderwand vom Mediumdruck entlastet wird· Die Herstellung der Verbindung zwischen der ringförmigen Kammer und dem Zylinderinneren am dünnen Ende des Zylinders sichert, dass die Entlastung auch in Fällen plötzlicher Druckänderungen im Mediumstrom v/irksam ist·

Weitere kennzeichnende Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführung der erfindungsgemässen Messvorrichtung und ihrer Anwendung zur Aufnahme von Charakteristiken eines elefktrohydraulischen Servoventils hervor· Auf der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskiaze zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Vorrichtung,

Fig. 2a, 2b und 2c Prinzipskizzen zur Veransöhaulichung der Funktion desjenigen Teiles der Vorrichtung, der den DC-Anteil der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums misst,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Funktion desjenigen Teiles der Vorrichtung, dor den AC-Anteil der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums misst und gleichzeitig den Antriebsmotor für den den DC-Anteil messenden Teil steuert,

Fig· 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung mit verschiedenen - λ.:;, weiteren Bauteilen zur Aufnahme von Frequenzcharakteristiken eines Servoventils,

Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Messvorrichtung selbst, und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.

Die Messvorrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet ist, besteht aus einer Einheit 2, die den DC-Anteil der Strömungsgeschwindigkeit eines durch die Vorrichtung strömenden Mediums misst, und einer parallel mit dieser geschalteten Einheit 3 zur Messung des AC-Anteils der Strömungsgeschwindigkeit. Das Medium strömt durch einen Eintritt 4 in die Messvorrichtung ein und verlässt sie durch einen Austritt 5·

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Auaser den genannten Teilen der Messvorrichtung zeigt Fig. 1 Kurven über den Verlauf der Geschwindigkeit als Funktion der Zeit einer als Beispiel gewählten Mediumströmung, und zwar am Eintritt 4» in der Messvorrichtung 1 bzw. am Austritt 5· Am Eintritt und am Austritt ist die Strömungsgeschwindigkeit, welche in sämtlichen Diagrammen mit Q bezeichnet ist, pulsierend und sie kann als aus einer stationären oder quasistationären Strömungsgeschwindigkeit q, welche den DC-Anteil der Strömungsgeschwindigkeit darstellt, und einem um die Nullinie pulsierenden AC-Anteil zusammengesetzt angesehen werden. Durch die im Folgenden beschriebene Steuerung der DC-Ein* / heit 2 mit Hilfe eines Messsignals, das von der AC-Einheit 3 abgeleitet wird, durchströmt das Medium die DC-Einheit mit einer konstanten oder stationären Strömung mit der Geschwindigkeit q, während der AC-Anteil der ursprünglichen Strömungsgeschwindigkeit nur in der AC-Einheit 3 auftritt.

Das grundlegende Prinzip der Ausführung der DC-Einheit 2 ist aus den Fig. 2a, 2b und 2c ersichtlich. In Fig. 2a ist die Einheit 2 zusammen mit ihrem Eintritt 4 und Austritt 5 dargestellt, und ausserdem ist der Verlauf des Flüssigkeitsdruckes in der Einheit und den angeschlossenen Leitungen angedeutet. In der durch einen Pfeil markierten Durchströmrichtung tritt ein Druckabfall 4 und 5 auf, in der eigentlichen Einheit 2 jedoch, näher angegeben zwischen zwei geeigneten Kontrollpunkten 6 und 7, welche unmittelbar vor bzw. hinter dem Verdränger der Einheit liegen, soll ein konstanter Druck im Medium aufrechterhalten werden. Wie bereits bekannt ist, bewirkt eine derartige Steuerung der Einheit 2, dass die Strömung in den Leitungen 4 und 5 von der Anwesenheit der Einheit 2 unbeeinflusst bleibt, oder mit anderen Worten so verläuft, als ob die Leitungen 4 und 5 in einem zusammenfallenden Punkt 6, 7 direkt miteinander verbunden wären und jede die Fortsetzung der anderen bilden würde.

Wie auch bereits erwähnt, wird die Einheit 2 von einer positiven Verdrängungsmaschine gebildet, d.h. einer prinzipiell bekannten volumetrischen Maschine, die jedoch in der speziellen Weise angetrieben wird, dass zwischen den genannten Punkten 6 und 7 weder ein

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Druckanstieg noch ein Druckabfall im durchströmenden Medium auftritt. Im Gegensatz hierzu zeigt Fig. 2b die Druckverhältnisse bei Anwendung einer entsprechenden volumetrischeη Maschine 2* als Pumpe, wobei die vom Antriebsmotor der Maschine abgegebene Energie auf das durchströmende Medium tibertragen wird, so dass dessen Druck so ansteigt, wie es durch die zugehörige Druckkurve veranschaulicht ist· Fig. 2c zeigt die entsprechenden Verhältnisse bei Anwendung einer entsprechenden Maschine 2»· als Motor, d.h. dass das durchströmende Medium in der Maschine 2^f| Energie abgibt, so dass sein Druck fällt.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass Fig. 2a den idealisierten und angestrebten Druckverlauf in der DC-Einheit der Messvorrichtung darstellt, und dass kleinere Druckunterschiede in der Praxis auftreten können, z.B. falls der Antriebsmotor für die DC-Einheit so von der AC-^inheit gesteuert wird, wie es im Folgenden beschrieben ist, doch können derartige Abweichungen jedenfalls geduldet werden, solange die Leckagecharakteristiken der DC-Einheit für positive bzw. negative Druckdifferenz zwischen den Punkten 6 und 7 so nahe beieinanderliegen, dass der Unterschied zwischen den Leckagen in der einen und der anderen Richtung durch die Einheit in einer gegebenen Periode die Genauigkeitsforderungeri, die an die Messung des DC-Anteils der Strömungsgeschwindigkeit gestellt werden, nicht überschreiten.

Es ist ersichtlich, dass der Antriebsmotor 2 in jedem Augenblick einen Effekt an die Einheit abgeben muss, der daau ausreicht, den inneren mechanischen Effektverlust und die - in dieser Verbindung weit kleineren - Verluste, die durch die Reibung des Mediums verursacht werden, zu kompensieren. Hat die DC-Einheit im Übrigen die oben vorgeschriebenen Eigenschaften, stellt die augenblickliche Drehzahl (oder Winkelgeschwindigkeit) des Antriebsmotors der Einheit einen analogen Wert für die Durchströmgeschwindigkeit des Mediums dar, und hieraus ist ersichtlich, dass der Messbereich der Einheit allein durch die Begrenzungen gegeben ist, die für die Drehzahl des Antriebsmotors gelten.

Fig. 3 veranschaulicht das Prinzip einer im Folgenden näher be-

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INSPECTED

schriebenen Ausfühmngsform der AC-Einheit 3· Diese umfasst einen Zylinder 8 aus elektrisch isolierendem Material, der eine genau zylindrische inwendige Oberfläche hat, während die äussere Oberfläche eine schwach konische Form besitzt. Eine Kugel 9» die wenigstens auf :ihrer Oberfläche elektrisch leitend ist, ist mit enger Passung im Zylinder 8 so beweglich, dass sie sich im Gleichtakt mit dem in der Einheit 3 auftretenden AC-Anteil der Mediumfitrömung im Zylinder hin- und herbewegt, vgl. Fig. 1. Die Kugel kann aus Metall hergestellt sein, besteht jedoch vorzugsweise aus einem leichteren Material, beispielsweise Kunststoff, und ist lediglich mit einer leitenden Schicht überzogen. Entspricht das Gewicht der Kugel dem Gewicht de3 verdrängten Mediumvolumens, tritt am Dichtungsspalt zwischen der Kugel und dor Innenwand des Zylinders kein Differenzdruck infolge der Massenkräfte auf, die durch die Beschleunigung der Kugel während ihrer Hin- und Herbex/egung entstehen.

Auf der Aussenseite des Zylinders 8 sind zwei Kondensatorplatten Io und 11 aus elektrisch leitendem Material sich diametral oder im wesentlichen diametral gegenüberliegond angebracht. An die Platte Io ist eine Signalleitung 12 angeschlossen, die zu einer im Folgenden näher beschriebenen Steuereinheit für die Messvorrichtung führt, während die Platte 11, wie in Fig. 3 angedeutet, mit Masse der Vorrichtung verbunden ist. Die Platten Io und 11 bilden zusammen mit der Kugel 9 einen Kondensator, dessen Kapazität aufgrund des variierenden Abstandes zwischen den Platten Io und 11 mit der Position in Längsrichtung des Zylinders 8 variiert, und durch geeignete Gestaltung der beiden Platten Io und 11 lässt sich eine Variation der Kapazität C des Kondensators erzielen, wie sie durch die Kurve in Fig* 3 dargestellt wird, d.h. eine lineare Abhängigkeit zwischen der Position der Kugol und der Kapazität. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass man den beiden Platten ungefähr zigarrenförrnige Kontur verleiht, wobei die grösste Breite jeder Platte etwa in der Mitte des Messbereiches liegt.

Während Fig. 3 eine kapazitive Messung der Position der Kugel 9 veranschaulicht, deren augenblickliche Geschwindigkeit der Geschwindigkeit des AC-Anteils der Strömung entspriht, Hessen sich selbstverständlich auch andere, aus Rücksicht auf die Reibung vorzugsweise berührungslose Messverfahren benutzen, z.B. induktive

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oder optiseh? verfahren« Sell das Ausgangssign&l d-sr in Fig* 3 gezeigten Messeinheit zum Kessen der Geschwindigkeit des AG-Anteils verwendet werden, muss das Signs! diifsrsnsisrt- werde:·: _f was zz? bekannte Weise in einer elektrische*: Scfcaltimg erfslgen kanru Ferner kann das Messsignal dazu ansgcrm^Et. wänden _r. die DO-EirAie if in einer welchen Weise su steuern_f dass dsr JiittGlfcre^t ass /.O-Lntsili: Hull ■wirdρ vgl« Fig» 1, d.h· das? sieä die ISifoI ms. sie* ^ntsprsia^izli-Nnliage im Zylinder 6

Fig_e 4 zeigt ein Blockschaltbild für die Steuerung der Einheit iß Verbindung mit der Aufnahme von Frequenzeharakfcsristiken eines hydraulischen Servoventilse Das Servoventil, welches mit 13 bezeichnet ist, ist in die Eintritt- und Austrittleitungen 4 uicu 5 der Messvorrichtung 1 eingeschaltet. Das Ventil erhält seinen Steuerstrom durch eine Leitung 14 von einem Verstärker 15, der teils mit einem konstanten Gleichstrom durch eine Leitung 16, teils durch eine Leitung 17 mit einem Wechselstrom gespeist werden kann, der in einem Funktionsgenerator 1δ erzeugt wird.

Die DC-Einheit 2 der Messvorrichtung wird über eine Kupplung 19 von einem Gleichstrommotor 2o angetrieben, dessen Drehzahl und -richtung veränderlich ist und der durch eine Leitung 21 von einem elektronischen Steueraggregat 22 gespeist wird. Der Motor 2o ist mit einem Tachogenerator 23 zusammengekoppelt, der über die Leitung ein von der Drehzahl des Motors abhängiges Ausgangssignal an das Steueraggregat 22 liefert. Eine Referenzspannung für den Motor 2o wird durch eine Leitung 25 zugeführt*

Die Kondensatorplatte Io der AC-Einheit ist mit Hilfe der vorher erwähnten Leitung 12 mit einem Reaktanzkonverter 26 verbunden, der eine elektrische Spannung liefert, welche der gemessenen Kapazität proportional ist. Durch eine Leitung 27 wird diese Spannung in das Steueraggregat 22 eingespeist und dazu benutzt, den Motor 2o in einer solchen Weise zu steuern, dass die Drehzahl des Motors erhöht wird, wenn der in der Einheit 3 gemessene AC-Anteil der Strömung einen positiven DC-Bestandteil enthält, d.h. wenn die Kugel 9 in Fig. 4 dazu neigt, sich nach rechts zu bewegen. Umgekehrt wird die

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Drehzahl des Motors 2c gesenkt,, wenn sich die Kugel 9 im Zylinder 6 generell nach links bewegt» d.h. wenn infolge einer zu hohen Durchströmgeschwindigkeit in der Messeinheit 2 ein "negativer" DC-Bestandteil in der Messeinheit 3 auftritt. Derjenige Teil des Steueraggregates 22, der die durch eis Leitung 21 zugeführte Steuerspannung für den Kot or 2o erzeug;,,. kann swockniässigerweise ein Filter enthalten, welches über einer gewissen Frequenz liegende Schwingungen aus dem durch die Leitung 2" zugeführt©:.· Signal heraus filtert, so dass nur dann eine Änderung der Drehzahl des Motors 2o bewirkt wird, wenn die mittlere Position der Kugel 9 Tendenz zu einer'bleibenden Änderung zeigt.

Zur Registrierung der vorher erwähnten Frequenzcharakteristiken des Servoventils 13 muss jedoch auch das direkte Ausgangssignal des Konverters 26 benutzt werden, da dieses, wie gesagt, nach Differenzierung die augenblickliche Geschwindigkeit der Kugel 9, d.h. die augenblickliche Geschwindigkeit des AC-Anteils der Strömung, angibt. Das differenzierte Messsignal gelangt durch eine Leitung 2Ö zu einem Indikator 29, wo es mit einem vom Funktionsgenerator 18 durch eine Leitung 3ö, einen variablen Phasengenerator 31 und eine Leitung 32 zugeführten Signal verglichen wird, so dass dem Indikator 29 durch eine Ausgangsleitung 33 ein Signal entnommen werden kann, welches einen Ausdruck für das Verhältnis zwischen der Amplitude des Steuerstroms für das Servoventil und der Mediumströmung darstellt. Durch eine Leitung 34 lässt sich ein Signal ableiten, welches die Phasenverschiebung zwischen den AC-Anteilen des Steuerstromes und der Mediumströmung angibt.

Soll nur der DC-Anteil der Mediumströmung gemessen werden, kann der Antriebsmotor der Einheit 2 alternativ auf einfachere Weise gesteuert werden, und zwar mit Hilfe von Druckfühlern, die im Eintritt und im Austritt der Messvorrichtung angebracht sind, indem die Drehzahl des Antriebsmotors dann auf einen solchen Wert eingestellt wird, dass die Druckdifferenz Null wird.

In Fig. 5 sind die beiden Einheiten 2 und 3 der Messvorrichtung zusammen mit dem Antriebsmotor 2o der DC-Einheit und dem mit diesem gekoppelten Tachogenerator 23 auf einem gemeinsamen Gestell 35 mon-

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tiert. Der Eintritt 4 und der Austritt 5 für das strömende Medium sind durch inwendige Kanäle in den Gehäusen der beiden Messeinheiten mit dem rechten bzw· linken Ende des Zylinders 8 und mit dem Eintritt und Austritt der Einheit '£ verbunden. Die Einheit 2* ist als Schraubenrotormaschine mit einem Hauptrotor 36, der über die Kupplung 19 vom Motor 2o angetrieben wird, sowie zwei Seiten- oder Dichtungsrotoren 37 ausgebildet. Diese bekannte Konstruktion, bei welcher die Rotoren in Verbindung mit dom Gehäuse der Einheit eine Reihe voneinander getrennter, mediumgefüllter Kammern bilden, bewirkt bei Rotation des Hauptrotors 36 im Uhrzeigersinn, gesehen vom in Fig. 5 linken Ende des Rotors, dass das Medium in Richtung vom Eintritt 4 zum Austritt 5 mit einer Geschwindigkeit strömt, die der Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit des Rotors 36 proportional ist.

Um dem von den beiden nicht gezeigten Kondensator platten und der Kugel 9 gebildeten Kondensator grösstmögliche Kapazität zu verleihen, j st es wünschenswert, dass die kleinste Wandstärke des aussen konischen Zylinders 8 so klein wie möglich ist. Damit die Messeinheit trotzdem auch bei relativ hohen Drücken benutzt werden kann, ist der Zylinder 8 von einem ihn beschützenden, äusseren Zylinder 38 mit relativ grosser Wandstärke umgeben, und der Zylinder 3& ist an seinem in Fig« 5 und 6 rechten Ende mit Hilfe eines Dichtungsringes flüssigkeitsdicht vom Inneren des Zylinders 8 abgesperrt. An seinem linken Ende steht das Innere des Zylinders 38 in freier Verbindung mit dem Einlaufkanal und damit mit dem Inneren des Zylinders 8 durch Offnungen 4o in einem Zwischenring, der gleichzeitig die beiden Zylinder relativ zueinander zentriert. Auf diese Weise wird die Ifend des Zylinders 8 von radialen Druckkräften entlastet.

Vor den Enden des Zylinders 8 sind im Gehäuse der Einheit 3 zwei Schraubendruckfedern 41 angeordnet, die verhindern, dass die Kugel 9 den Zylinder verlässt, in welchem Fall das Medium direkt vom Eintritt 4 zum Austritt 5 strömen könnte.

^s-ist ersichtlich, dass, falls die zu messende Mediumströmung ih- }?e Richtung ändert, sowohl die Funktion der mit Eintritt bzw. Austritt bezeichneten Anschlüsse 4 und 5 als auch die Rotationsrichtung

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des Hauptrotors 36 umgekehrt wird, doch ändert dieser Umstand nichts an der Funktion der Vorrichtung. Die im Zylinder 8 frei bewegliche Kugel sichert in allen Fällen, dass praktisch keine Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Zylinders ß auftritt, so dass die oben erwähnte Druckentlastung des Zylinders durch die öffnungen 4o unabhängig von der Strömungsrichtung des Mediums wirksam ist.

In Fig. 6 sind schematisch der Anschluss der Leitung 12 an die Kondensatorplatte Io sowie Entlüftungsöffnungen 42 angedeutet, die bei in Betrieb befindlicher Vorrichtung durch eingeschraubte Gewindepropfen 43 verschlossen sind.

Zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Messvorrichtung wird zweckmässigerweise ein Umgang mit einem normalerweise geschlossenen Entlastungsventil vorgesehen, das sich öffnet, sobald ein bestimmter Differenzdruck überschritten wird, und zwar unabhängig davon, in welcher Richtung. Hierdurch wird eine zusätzliche Sicherheit dagegen erreicht, dass der Messsylinder Ö unzulässig grossen Druckunterschieden zwischen seiner Aussen- und Innenseite ausgesetzt wird. Der Öffnungsdruck des Entlastungsventils kann so eingestellt werden, dass er etwas grosser als derjenige Druck ist, der normalerweise zum Bewegen der Kugel 9 erforderlich ist. Wird der oben erwähnte äussere Zylinder 3$ aus Stahl oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt, dient er gleichzeitig als elektrische Abschirmung des Messkondensators.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, die eineMediumverdrängungsmaschine (2) mit einem Stator und wenigstens einem als Verdränger wirkenden Rotor (36) sowie einem Antriebsmotor (2o) für den Rotor, Steuermittel zum Einstellen der Drehzahl des Antriebsmotors in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Druck des Mediums am Eintritt (4) der Maschine und dem Druck am Ausgang (5) und Mittel (23) zum Messen der Drehzahl des Antriebsmotors umfasst, dadurch /^kennzeichnet» dass die Verdrängungsmaschine (2) eine Schraubenrotormaschine ist und dass die Mittel zur Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors einen mit der Verdrängungsmaschine parallel geschalteten Zylinder (Ö), in welchem ein kolbenähnlicher Körper (9) frei beweglich ist, Mittel (Io, 11) zur Messung der Position und/oder Geschwindigkeit des kolbenähnlichen Körpers in Längsrichtung des Zylinders sowie Mittel (22) zur Steuerung der Drehzahl des Motors in Abhängigkeit vom Messignal umfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenähnliche Körper (9) eine Kugel ist, die im Zylinder (δ) enge Passung hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» dass die Kugel im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht wie das Medium hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt oder mit einem solchen überzogen ist, dass der Zylinder aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist und dass die Mittel zur Messung der Position der Kugel (9) zwei gegeneinander und von der Kugel elektrisch isolierte Kondensatorplatten (lo, 11), die sich einander hauptsächlich diametral gegenüberliegend und mit einem Abstand voneinander, der vom einen Ende des Zylinders zum anderen hin abnimmt, in Längsrichtung des Zylinders (8) er-

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strecken, sowie einen Konverter (26) umfassen, der ein von der Kapazität des von den Platten und der Kugel gebildeten Kondensators abhängiges elektrisches Ausgangssignal liefert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Zylinders (8) von seinem einen Ende zum anderen hin abnimmt und dass die Platten (lo, 11) aussen am Zylinder angebracht sind und von ihrer Mitte zu beiden Enden hin abnehmende Breite haben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (8) von einem beschützenden äusseren Rohr (38) umgeben ist, das zusammen mit dem Zylinder eine ringförmige Kammer bildet, die an demjenigen Ende, wo die Wandstärke des Zylinders am grössten ist, mediumdicht abgesperrt ist und am entgegengesetzten Ende mit dem Innenraum des Zylinders in Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb beider Enden des Zylinders (8) und koaxial mit diesen eine Schraubendruckfeder (41) zum Auffangen der Kugel (9) angebracht ist, so dass diese den Zylinder nicht verlassen kann.

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