DE2404318A1

DE2404318A1 - Einrichtung zur durchflussmessung von stroemenden medien

Info

Publication number: DE2404318A1
Application number: DE2404318A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1975-08-07

Description

Anlage zur Patent- und Gebrauchs mus terhi lfs anmeldung Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Medien Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur frequenzanalogen Druchflußmessung von strömenden Medien.
Es ist eine Einrichtung zur Durchflußmessung bekanntgeworden, bei der ein pendelnd aufgehängter Körper mit zwei einen spitzen Winkel bildenden Prallflächen zwei Teilluftströmen ausgesetzt ist. Die Teilluftströme erzwingen eine Schwingbewegung des Körpers, wobei die Frequenz der Schwingbewegung der Durchfiußmenge proportional ist. Nachteilig ist bei der beschriebenen Einrichtung, daß die Aufteilung des strömenden Mediums in zwei Teilluftströme, die in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, und die Ausbildung des Meßraumes, in dem der pendelnde Körper angeordnet ist, sehr genau ausgeführt sein muß und daß diese genaue Ausbildung der Strömungswege aufwendig ist. Außerdem sind Eicharbeiten erforderlich und das Gerät ist infolge des komplizierten Aufbaues relativ störempfindlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmesser zu schaffen, mit dem ein genaues elektrisches Signal, welches der Durchflußmenge entspricht, gabildet werden kann.
Die Einrichtung zur Durchflußmessung soll dabei leicht und kostensparend aufgebaut sein und dennoch so robust sein, daß vielfältige Verwendungsmöglichkeiten auch unter rauhen Betriebsbedingungen gegeben sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch' gelöst, daß innerhalb des Strömungsweges quer zur Strömungsrichtung eine Prallplatte angeordnet ist, die durch das Auftreffen von Teilluftströmen um ein Lager schwenkbar ist, wobei in Abhängigkeit von der Lage der Prallplatte die Lage eines Strömungsteilers bestimmt ist, und das Mittel zur Abnahme der Schwingfrequenz der Prallplatte bzw. des Strömungsteilers vorgesehen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfclhrungsbeispielen und aus der zugehörigen Zeichnung.
Es zeigen: Fig. 1 einen Durchflußmesser, der eine Prallplatte und einen mechanisch mit der Prallplatte verbundenen Strömungsteiler aufweist, Fig. 2 einen Durchflußmesser, der eine getrennt gelagerte Prallplatte und einen getrennt gelagerten Strömungsteiler aufweist, Fig. 3 die Lagerung eines Strömungsteilers mittels eier feststehenden Achse und eines um diese Achse verdrehbaren Röhrchens, Fig. 4 die Lagerung des Durchflußmessers mit Hilfe einer in einer Pfanne beweglichen Schneide, Fig. 5 eine optische Einrichtung zur Abnahme der Schwing- -frequenz, Fig. 6 eine Einrichtung zur Abnahme der Schwingfrequenz, bei der Dämpfungsstreifen an der Prallplatte angebracht sind, welche Oszillatorspulen bedämpfen und Fig. 7 eine Einrichtung zur Abnahme der Schwingfrequenz, bei der Permanentmagnete magnet fe ldabh ängige Widerstände beeinflussen.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur-Durchflußmessung gezeigt, die eine Prallplåtta 10 und einen Strömungsteiler 11,aufweist.
Ein durch Wände 12, räumlich begrenzter Luftstrom wird durch den Strömungsteiler 11 in zwei im allgemeinen ungleiche Teilströme unterteilt. Die Teilströme werden auf die beiden etwa senkrecht zu dem Strömungsteiler 11 angeordneten Hälften der Prallplatte 10 geleitet und von dieser Prallplatte 10 umgelenkt. Der dabei entstehende Staudruck erzeugt bei langsamer Bewegung ein dem Ausschlagwinkel o<der Prallplatte 10 proportionales Rückstellmoment. Man spricht hier von einer sogenannten fluiden Feder. Aus der Federkonstanten dieser fluiden Feder ergibt sich mit dem Trägheitsmoment 0 des gesamten drehbaren Teiles in bekannter Weise eine Eigenfrequenz des Strömungsteilers und der Prallplatte zu dabei hängt die Federkonstante c vom Durchfluß, d. h. von der Geschwindigkeit v und der Dichte ~f) des strömenden Mediums ab. Eine stationäre Schwingung der Prallplatte 10 und des damit verbundenen Strömungsteilers 11 entsteht auf Grund der laufzeitbedingten Phasenverschiebung zwischen dem Ausschlag des Strömungsteilers und dem daraus resultierenden Drehmoment an der Prallplatte 10. Durch diese Phasenverschiebung tritt die erforderliche Entdämpfung des schwingenden Systems auf.
In der Luftströmung sind zwei Strömungshindernisse 13 und 14 angebracht, die durch die umgelenkte Luft eine anschlagfreie Begrenzung der Ausschlagamplitude des schwingenden Systems aus Prallplatte 10 und Strömungsteiler 11 bewirken.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der die Prallplatte 10 und der Strömungsteiler 11 voneinander getrennt sind. Die Prallplatte 10 ist dabei mit Hilfe eines Lagers 15 und der Strömungsteiler 11 mit Hilfe eines Lagers 16 pendelnd gelagert. Die jeweilige Stellung der Prallplatte, d. h. der Ausschlagwinkel A wird mit einem Drehwinkelgeber 17 ermittelt und auf ein Stellglied 18 gegeben. Das Stellglied 18 verändert in Abhängigkeit von der Lage der Prallplatte 10 bzw. von der Stellung des Drehwinkelgebers 17 die Stellung des Strömungsteilers 11. Die Wirkungsweise des Ausführ,ungsbeispieles nach Fig. 2 entspricht vollständig der Wirkungsweise des AusfGhrungsbeispieles nach Fig. 1. Durch das Auftreffen der im allgemeinen ungleichen Teilluftströme auf die Prallplatte 10 entsteht ein Rückstellmoment, und die Lage des Strömungsteilers 11 wird verändert. Eine stationäre Schwingung der Prallplatte 10 und des Strömungsteilers 11 wird durch die Phasenverschiebung zwischen der Strömungsteilung durch den Strömungsteiler 11 und das dazugehörige Drehmoment, das sich später an der Prallplatte 10 ergibt, erreicht.
In Fig. 3 ist in schematischer Darstellung ein Lager für die Prallplatte und/oder den Strömungsteiler gezeigt. Der Strömungsteiler 11 ist hier mit einem Röhrchen 19 fest verbunden. Dieses Röhrchen 19 ist auf einer Achse 20 drehbar angeordnet. Dabei sitzt an das Röhrchen an einem bei 21 angedeuteten Punkt auf einer schiefen Ebene 22 auf. Durch diese Lagerung ist die Reibung des schwingungsSähigen Gebildes aus Prallplatte 10 und/oder Strömungsteiler 11 auf ein Minimum herabgesetzt.
Eine andere vorteilhafte Lagerung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Der Strömungsteiler 11 und die mit dem Strömungsteiler verbundene Prallplatte 10 sind mit einer Schneide 23 versehen, welche in einer Pfanne 24, die als Kerbe in einem Bolzen ausgebildet sein kann, geführt ist. Diese Lagerung ist besonders reibungsarm, so daß bis zu sehr niedrigen Frequenzen gemessen werden kanna In Fig. 4 ist ebenso wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, daß die Prallplatte 10 mit schräg zu der Prallplatte verlaufenden Randteilen 25 versehen ist. Diese Maßnahme. dient dazu, eine größere Laufruhe des schwingenden Systemes zu erreichen. Ebenfalls der Verbesse.-rung der Laufruhe dient die Maßnahme, die durch die Wände 12 gebildete Anströmdüse so um ihre Längsachse zu neigen, daß die Längsachse mit der Achse des Strömungsteilers 11 einen insbesondere spitzen Winkel bildet.
In Fig. 5 ist eine Einrichtung zur optischen Abnahme der Schwingfrequenz des Strömungsteilers ll bzw. der Prallplatte io dargestellt. Dabei ist eine Lichtquelle 26 vorgesehen, 4iemit einer Photodiode 27 in Wirkverbindung steht. Zwischen der Lichtquelle 26 und der Photodiode 27 pendelt beispielsweise der Strömungsteiler 11 hin und her und unterbricht dabei im Rhythmus der Schwingfrequenz die Lichtstrahlen von der Lichtquelle zu der Photodiode 27. An der Photodiode 27 kann deshalb ein elektrisches Signal abgenommen werden, daß der Schwingfrequenz des Strömungsteilers 11 bzw. der Prallplatte 10 entspricht.
Ein anderes System zur Abnahme der Schwingfrequenz des Strömungsteilers 11 bzw. der Prallplatte 10 ist in Fig. 6 dargestellt. Dort sind an der Prallplatte 10 zwei Dämpfungselemente 28 angebracht, die vorzugsweise als. Metallstreifen ausgebildet sind. Diese Dämpfungsstreifen 28 nähern sich bei einer durch einen Pfeil gekennzeichneten Schwingbewegung der Prallplatte 10 und des Strömungsteilers 11 mehr oder weniger an eine von zwei Spulen 29 an, die zu einem Oszillatorschwingkreis gehören. Durch die Bedämpfung des Schwingkreises kann ein elektrisches Signal gewonnen werden, das der Schwingfrequenz der Prallplatte 10 bzw. des S'trömungsteilers 11 proportional ist.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer Abnahme zur Schwingfrequenz dargestellt, bei dem an der Prallplatte 10 zwei Permanentmagnete 30 angebracht sind. Diese Permanentmagnete verändern bei Annäherung an magnetfeldabhängige Widerstände 31 deren Widerstandswert, so daß aus der Widerstandsänderung dieser magnetfeldabhängigen Widerstände ein elektrisches Signal gewonnen werden kann, daß die Schwingfrequenz an der Prallplatte 10 bzw. des Strömungsteilers 11 kennzeichnet. Anstelle der magnetfeldabhängigen Widerstände können auch Spulen angeordnet sein, in denen bei Annäherung der Permanentmagnete 30 eine Wechselspannung induziert wird, deren Frequenz wiederum ein 4aß für die Schwingfrequenz der Prallplatte 10 bzw. des Stomungsteilers 11 ist.

Claims

A -n s p r ü c h e

Einrichtung zu frequenzanalogen Durchflußmessung von strömenden Medien, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Strömungsweges quer zur Strömungsrichtung eine Prallplatte (10) angeordnet ist, die durch das Auftreffen von Teilluftströmen um ein Lager (15) schwenkbar ist, wobei in Abhängigkeit von der Lage der Prallplatte (10) die Lage eines Strömungsteilers (11) bestimmt ist, und daß Mittel zur Abnahme der Schwingfrequenz der Prallplatte (10) bzw. des Strömungsteilers (11) vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (11) als Schneide ausgebildet ist und mechanisch mit der Prallplatte (10) verbunden ist, wobei die Schneide über dem Lager (15) senkrecht zu der' Prallplatte (10) befestigt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (11) und die Prallplatte (10) über einen insbesondere elektro-mechanischen Wandler (18) miteinander in Wirkverbindung stehen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwinkelgeber (17) zur Abnahme der Stellung der Prallplatte (10) vorgesehen ist, der ein Stellglied (18) zur Beeinflussung der Lage des Strömungsteilers (11) betätigt, wobei die Prallplatte (10) und der Strömungsteiler (11) getrennte Lager (15 bzw. 16) aufweisen.
5. Einrichtung nach einem Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor der Prallplatte (10) wenigstens zwei Strömungshindernisse (13, 14) zur anschlagfreien Begrenzung der Schwingamplitude der Prallplatte (10) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschnitte (25) der Prallplatte (10) unter einem vorzugsweise stumpfen Winkel zur Prallplatte (10) verlaufen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anströmdüse (12) in Strömungsrichtung vor dem Strömungsteiler (11) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Anströmdüse (12) gegenüber der Achse des Strömungsteilers (11) geneigt ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (15 bzw. 16) für die Prallplatte (10) und/oder den Strömungsteiler (11) ein mit der Prallplatte (10) und/oder dem Strömungsteiler (11) verbundenes Röhrchen (19) vorgesehen ist, daß auf einer fest angeordneten Achse (20) drehbar gelagert ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daR als Lager (15 bzw. 16) für die Prallplatte (10) und/oder den Strömungsteiler (11) eine in einer Pfanne (24) laufende Söhneide- (23) vorgesehen ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daR zur Abnahme der Schwingfrequenz wenigstens ein mit der Prallplatte (10) bzw. dem Strömungsteiler (11) verbundenes Dämpfungselement (28) vorgesehen ist, das an wenigstens einer feststehenden Oszillatorspule (29) vorbeibewegbar ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abnahme der Schwingfrequenz ein optisches System mit wenigstens einer Lichtquelle (26) und wenigstens einem Licht-Sensor (27) vorgesehen ist, wobei zwischen Lichtquelle (26) und Sensor (27) die Prallplatte (10) und/oder der Strömungsteiler (11) angeordnet sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gegekennzeichnet, daß zur Abnahme der Schwingfrequenz ein magnetisches System vorgesehen ist, das wenigstens einen mit der Prallplatte (10) und/oder dem Strömungsteiler (11) verbundenen Permanentmagnet (30) aufweist, der an wenigstens einem feststehenden Aufnahmeelement (31), insbesondere an einer Aufnahmespule und/oder an einem magnetfeldabhängigen Widerstand vorbeibewegbar ist.