DE2408246A1

DE2408246A1 - Durchflussmessgeraet

Info

Publication number: DE2408246A1
Application number: DE19742408246
Authority: DE
Inventors: Heinz W Dr Hopf
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther GmbH
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1974-02-21
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2408246B2; DE2408246C3

Description

Durchflußmeßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten und Gase, das quer zur Strömungsrichtung einen fest angeordneten Wirbelkörper aufweist und mit einer Einrichtung zum Messen der Frequenz der von dem Wirbelkörper erzeugten Strömungswirbel versehen ist.
Es ist ein derartiges Durchflußmeßgerät bekannt, bei dem in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Wirbelkörper ein starrer Flügel symmetrisch in der Strömung angeordnet ist, der über zwei seitliche elastische Haltebänder mit dem Wirbelkörper verbunden ist und sich infolge der Wirbelablösung hin und her bewegt. Diese Hin- und Herbewegung wird abgetastet und die Frequenz der Bewegung dient als Maß für die Durchflußmenge. Als nachteilig ist bei dieser Anordnung anzusehen, daß die relativ große Masse des Flügels durch die Wirbel fortlaufend beschleunigt und gebremst werden muß, was bei der begrenzt zur Verfügung stehenden Wirbelenergie dazu führen kann, daß die Ausschläge so gering sind, daß sie nicht mehr abgetastet werden können. Außerdem müssen die Haltebänder so stabil sein, daß sie den starren Flügel tragen und in der Mittelstellung halten, wodurch infolge der notwendigen Steifheit der Bänder zusätzlich Wirbelenergie aufgezehrt wird und für die Signalauswertung verloren geht.
Es sind auch Durchflußmeßgeräte bekannt, bei denen die Frequenz der sich ablösenden Wirbel durch elektronische Fühler, z. B.
Thermistoren ermittelt wird. Der Schaltungsaufwand für diese elektronischen Fühler ist aber sehr groß, weil das Nutzsignal nur schwach ist und das Herausfiltern des Nutzsignales aus dem Rauschen aufwendige elektronische Filter erforderlich macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Durchflußmeßgerät so auszubilden, daß bei einfachstem Aufbau die Wirbelenergie nahezu vollständig zur Signalerzeugung ausgenutzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß im Wirkbereich des Wirbelkörpers ein oder mehrere von der von den abgelösten Wirbeln erzeugten kinetischen Energie beaufschlagte, leicht durchbiegbare, massearme Membranen am Wirbelkörper oder an der Rohrleitung befestigt sind, die Dehnungsmeßstreifen zur Aufnahme der im Takt der Wirbelablösungen auftret enden Membrandurchbiegungen tragen.
Durch eine solche verhältnismäßig schlaffe und massearme Membran wird nur eine geringe kinetische Energie zur Durchbiegung der Membran benötigt, so daß die in den sich ablösenden Wirbeln enthaltene Energie ausreicht, um verhältnismäßig große Auslenkungen zu erzeugen. Dadurch ist eine ausreichend starke Signalabgabe gewährleistet. Mit Hilfe der Widerstandsänderung der Dehnungsmeßstreifen können diese Membramuslenkungen in relativ einfacher Weise elektrisch verarbeitet werden. Außerdem ist die Empfindlichkeit solcher Dehnungsmeßstreifen sehr groß.
Zweckmäßigerweise werden die Dehnungsmeßstreifen von außen auf die Membran oder Membranen aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellung und durch den Schutzüberzug sind die Dehnungsmeßstreifen sicher vor dem Strömungsmedium geschützt.
Die Dehnungsmeßstreifen können aber auch direkt in der Membran oder den Membranen eingebettet sein, so daß sich die Aufbringung eines besonderen überzuges erübrigt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Membran oder Membranen in einer mit der Strömungsrichtung fluchtenden Ebene im Strömungsschatten hinter dem Wirbelkörper anzuordnen und in einem in der Rohrleitung festen Halter einzuspannen. Durch diese Einspannung der Membran in einem in Strömungsrichtung hinter dem Wirbelkörper liegenden Halter ist eine genaue Fixierung der Membran in der Rohrleitung gewährleistet und die sich in der Strömung an den Kanten des Wirbelkörpers abwechselnd ablösenden Wirbel treffen voll von der einen oder anderen Seite her auf die Membran auf, so daß diese abwechselnd relativ weit nach der einen oder anderen Seite durchgebogen wird.
Will man eine hohe Ansprechempfindlichkeit der Membran erzielen, so empfiehlt es sich, die Membran oder Membranen an zwei gegenüberliegenden, mit der Strömungsrichtung fluchtenden Seiten an Armen des Halters zu befestigen und die anderen beiden Membranseiten frei der Strömung auszusetzen. Durch diese bandartige Einspannung der Membran erstreckt sich die Auslenkung über die gesamte Membra2Zeite, so daß die Dehnungsmeßstreifen bei der Auslenkung der Membran sehr starke Widerstandsänderungen erfahren und dadurch zu entsprechend kräftigen elektrischen Impulsen verarbeitet werden können.
Bei verschmutzten Medien können die an den freien Membrankanten vorbeiströmenden Fremdteile mit der Zeit die Membran beschädigen. Deshalb wird insbesondere für verschmutzte Medien vorgeschlagen, die Membran oder Membranen allseitig in einem als geschlossenen Rahmen ausgebildeten Halter zu befestigen.
Diese allseitige Einspannung der Membran gewährleistet einen ausreichenden Schutz vor Beschädigungen und gibt der Membran einen stabilen Halt.
Vorteilhafterweise sind die Membranhalter fest mit dem in der Rohrleitung eingebauten Wirbelkörper verbunden, wo-durch sich für den Durchflußmesser eine einfache, nur durch eine Öffnung der Rohrwandung in die Strömung einbringbare Baueinheit ergibt.
Wird die in der Rohrwandung vorzusehende Öffnung zu groß, so läßt sich auch der die Membran tragende Rahmen mit Abstand hinter dem Wirbelkörper anordnen und direkt im Rohrleitungsmantel befestigen. Hierdurch werden zwar zusätzliche Befestigungselemente für den Membranrahmen benötigt, dafür werden aber nur zwei relativ kleine Einstecköffnungen in der Rohrwandung für den Wirbelkörper und den Membranrahmen erforderlich, bzw.
nur eine Einstecköffnung für den Membranrahmen, wenn der Störkörper nicht auswechselbar im Rohr befestigt ist.
Der die Membran tragende Halter ist zweckmäßigerweise mittig hinter dem Wirbelkörper angeordnet, so daß sich symmetrische Verhältnisse ergeben und die sich abwechselnd ablösenden-Wirbel mit gleicher Intensität von der einen oder anderen Seite her auf die Membran einwirken können.
Bei der Anordnung zweier Membranen mit Halter empfiehlt es sich, diese symmetrisch zur Längsmittelebene des Wirbelkörpers anzuordnen, so daß auch hier die sich ablösenden Wirbel mit der gleichen Energie sowohl auf die eine als auch auf die andere Membran auftreffen können. Durch die Anordnung von zwei Membranen werden zwei voneinander unabhängige Signale abgegeben, die eine gegenseitige Kontrolle ermöglichen, das heißt, daß bei Versagen oder fehlerhaftem Verhalten eines Signalkreises ein Alarm ausgelöst wird.
Die elektrischen Anschlüsse für die Dehnungsmeßstreifen können in einfacher Weise durch Bohrungen des Membranhaltersund/oder des Wirbelkörpers zur Rohrwandung nach außen geführt werden.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein in die Rohrleitung eingebautes erfindungsgemäßes Durchflußmeßgerät in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 den Durchflußmesser selbst mit einem allseitig geschlossenen Rahmen als Membranhalter, Fig. 3 eine andere Ausführung des Durchflußmeßgerätes mit einem die Membran nur an zwei gegenüberliegenden Seiten einspannenden Halter, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Durchflußmeßgerätes, bei dem der Wirbelkörper und der Membranrahmen getrennt voneinander in der Rohrleitung eingebaut sind und Fig. 5 noch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Membranen am Wirbelkörper befestigt sind.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Durchflußmeßgerät ist der Wirbelkörper 1 fest mit einem die Membran 2 tragenden Halter 3 verbunden und in die Rohrleitung 4 eingebaut. Der Halter 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als geschlossener Rahmen 5 ausgebildet, so daß die Membran 2 allseitig im Rahmen eingespannt ist.
Die Membran 2 trägt Dehnungsmeßstreifen 6, deren Anschlußdrähte 7 und 8 durch eine Bohrung 9 des Rahmens 5 und eine Bohrung lo des Wirbelkörpers 1 nach außen geführt sind. Die Membran 2 mit dem Rahmen 5 steht fluchtend zur Strömungsrichtung in der Längsmittelebene des Wirbelkörpers 1, und zwar in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Wirbelkörper, so daß die sich an den Kanten 11 und 12 des Wirbelkörpers 1 ablösenden Wirbel abwechselnd von der einen oder anderen Seite her mit der gleichen kinetischen Energie auf die Membran 2 auftreffen können. Die durch die Membranauslenkungen bedingten Widerstandsänderungen der Dehnungsmeßstreifen werden über die Drähte 7 und 8 zu Geräten geleitet, die in bekannter Weise Impulse erzeugen, welche ihrerseits zur Zählung der Menge, zur Bestimmung der Durchflußstärke, zu Regelzwecken usw. benutzt werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht der Träger 3 für die Membran 2 aus zwei mit dem Wirbelkörper 1 fest verbundenen Trägerarmen 15 und 14, die in Strömungsrichtung verlaufend symmetrisch hinter dem Wirbelkörper 1 oben und unten angeordnet sind und die Membran 2 an den beiden gegenüberliegenden Seiten 15 und 16 einspannen. Die zwei Längsseiten 17 und 18 der Membran 2 dagegen liegen frei in der Strömung, so daß die sich an den Kanten 11 und 12 des Wirbelkörpers ablösenden Wirbel eine Auslenkung der Membran 2 über ihre ganze Breite bewirken. Dadurch ist die Empfindlichkeit noch größer. Allerdings können die freien Kanten 17 und 18 durch von der Strömung mitgerissene Fremdteile beschädigt werden. Diese Ausführung gemäß Fig. 3 empfiehlt sich deshalb für die Durchflußmessung in weitgehend sauberen Flüssigkeiten.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die Membran 2 allseitig in einem Rechteckrahmen 5 eingespannt, der unabhängig von dem Wirbelkörper 1 durch eine Öffnung der Rohrwand in die Rohrleitung eingeschoben und dort befestigt ist. Dieser Membrantragrahmen 5 liegt mit Abstand hinter dem Wirbelkörper 1 in der Rohrleitung, so daß der Wirbelkörper 1 und der Membrantragrahmen 5 unabhängig von -einander ausgewechselt werden können oder zumindest nur der Membrantragrahmen allein auswechselbar ist. Bei dieser Ausbildung kommt man mit zwei relativ kleinen Rohrwanddurchbrechungen einerseits zum Einführen des Wirbelkörpers 1 und andererseits zum Einbringen des Membrantragrahmens 5 oder nur mit einer kleinen Rohrwanddurchbrechung aus, während bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die gemeinsame Rohrwandöffnung relativ große Abmessungen aufweist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das Durchflußmeßgerät mit zwei Membranen 2 a und 2 b versehen, die allseitig in den beiden Rechteckrahmen 5 a und 5 b eingespannt sind. Beide Rahmen 5 a und 5 b sind fest mit dem Wirbelkörper 1 verbunden und stehen parallel zueinander und symmetrisch zur Längsmittelebene des Wirbelkörpers 1. Sowohl die Anschlußdrähte 7 a und 8 a für die Dehnungsmeßstreifen 6 a der Membran 2 a als auch die Anschlußdrähte 7 b und 8 b der Dehnungsstreifen 6 b der Membran 2 b sind mit einem nicht näher dargestellten Auswertgerät verbunden, das bei Ausfall oder fehlerhaftem Verhalten eines Signalkreises einen Alarm auslöst.

Claims

Patentansprüche

1.Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten und Gase, das quer zur Strömungsrichtung einen fest angeordneten Wirbelkörper aufweist und mit einer Einrichtung zum Messen der Frequenz der von dem Wirbelkörper erzeugten Strömungswirbel versehen ist, d a d urc h g e k e n n z e i c h -n e t, daß im Wirkbereich des Wirbelkörpers (1) ein oder mehrere von der von den abgelösten Wirbeln erzeugten kinetischen Energie beaufschlagte, leicht durchbiegbare, massearme Membranen (2) am Wirbelkörper (1) oder an der Rohrleitung (4) befestigt sind, die Dehnungsmeßstreifen (6) zur Aufnahme der im Takt der Wirbelablösungen auftretenden Membrandurchbiegungen tragen.

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Dehnungsmeßstreifen (6) von außen auf die Membran oder Membranen (2) aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen sind.

5. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Dehnungsmeßstreifen (6) in der Membran oder den Membranen (2) eingebettet sind.

4. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,d a -d ur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Membran oder Membranen (2) in einer mit der Strömungsrichtung fluchtenden Ebene im Strömungsschatten hinter dem Wirbelkörper (1) angeordnet und in einem in der Rohrleitung (4) festen Halter (3) eingespannt sind.

5. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Membran oder Membranen (2) an zwei gegenüberliegenden, mit der Strömungsrichtung fluchtenden Seiten (15, 16) an Arme (13> 14) des Halters (3) befestigt sind und die anderen beiden Membranseiten (17, 18) frei in der Strömung liegen.

6. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Membran oder Membranen (2) allseitig in einem als geschlossener Rahmen (5) ausgebildeten Halter (3) befestigt sind.

7. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der oder die Membranhalter (3) fest mit dem in der Rohrleitung (4) eingebauten Wirbelkörper (1) verbunden sind.

8. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u'r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der die Membran (2) tragende Rahmen (5) mit Abstand hinter dem Wirbelkörper (1) angeordnet und direkt im Rohrleitungsmantel (4) befestigt ist.

9. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der die Membran (2) tragende Halter (3) mittig hinter dem Wirbelkörper (1) angeordnet ist.

lo. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei der Anordnung zweier Membranen (2 a, 2 b) mit Halter (3 a, 3 b) diese symmetrisch zur Längsmittelebene des Wirbelkörpers (1) angeordnet sind.

11. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis lo, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anschlußdrähte (7, 8) für die Dehnungsmeßstreifen (6) durch Bohrungen (9, lo) des Membranhalters (3) und/oder des Wirbelkörpers (1) zur Rohrwandung (4) nach außen geführt sind.