DE2408246B2

DE2408246B2 - Durchflußmeßgerät

Info

Publication number: DE2408246B2
Application number: DE2408246A
Authority: DE
Inventors: Heinz W. Dr. 6800 Mannheim Hopf
Original assignee: Bopp & Reuther 6800 Mannheim GmbH
Current assignee: Bopp & Reuther 6800 Mannheim GmbH
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1974-02-21
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2408246C3; DE2408246A1

Description

bO

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten und Gase, das quer zur Strömungsrichtung einen fest angeordneten Wirbelkörper auf- ^b5 weist, von dem sich abwechselnd Karman-Wirbel ablösen, deren Frequenz durch eine oder mehrere von der kinetischen Energie der abgelösten Wirbel beaufschlagte Membranen über ein Spannungsmeliglied gemessen wird.

Bei einem derartigen aus der DE-OS 22 29 583 bekannten Durchflußmeßgerüt weist der Wirbelkörper einen Querkanal _auf_t dessen beiden Enden durch je eine Membran nach außen abgeschlossen sind. Innerhalb dieses Querkanals ist eine eingeschlossene ölsäule vorhanden, die durch die wechselnden Membrandurchbiegiingen zum Schwingen gebracht werden soll. In der Mitte des Querkanals befindei sich ein elektromechanischer Wandler zur Abtastung der Wirbelfrequenz. Da die Membranen hier im Querschnittsbercich des Wirbelkörpers liegen und somit nur relativ kleine wirksame Membranflächen besitzen, kann nur ein kleiner Teil der kinetischen Energie der sich am Wirbelkörper ablösenden Wirbel zur Beaufschlagung der Membranen dienen. Dadurch lassen sich nur verhältnismäßig kleine Membranauslenkungen erzielen, die die Ölsäule kaum zum Schwingen bringen und deshalb kein ausreichend starkes Signal abgeben können. Auch wirkt die Masse der hin und her zu bewegenden ölsäule bremsend auf die die Membranen beaufschlagende kinetische Energie der Wirbel ein.

Bei einem ähnlichen aus der DE-OS 20 37 198 bekanntgewordenen Durchflußmeßgerat (Wirbelzähler) ist eine norh kleinere Membran in der Mitte einer engen Querbohrung des Wirbelkörpers als Sensor für die F/equenzabtastung eingebaut und soll von der in der Querbohrung entstehenden Querströmung entsprechend der Frequenz der sich am Wirbelkörper ablösenden .<arman-Wirbel hin und herbewegt werden. Diese seh· kleine Membran läßt auch nur äußerst kleine Membra.ldurchbiegungen zu, so daß ein einwandfreier Signalabgriff der Membrandurchbiegungen große Schwierigkeiten bereitet. Außerdem läßt sich die Membran mit dem dazugehörigen Spannungsmeßglied nur sehr schwer in die kleine Querbohrung des Wirbelkörpers einbauen und die elektronische Auswertschaltung wird infolge des schwachen Signals außerordentlich kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen im Aufbau einfachen Wirbelzähler zu schaffen, bei dem die Energie der sich am Wirbelkörper ablösenden Wirbel möglichst vollständig zur Beaufschlagung der Membran oder der Membranen und damit zur Signalerzeugung ausgenutzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß eine leicht durchbiegbare massearme Membran oder mehrere Membranen in einer mit der Strömungsrichtung fluchtenden Ebene im Strömungsschatten hinter dem Wirbelkörper angeordnet und in einem in der Rohrleitung festen Halter eingespannt sind.

Dadurch, daß eine große Membran außerhalb des Wirbelkörpers im Strömungsschatten hinter dem Wirbelkörper in einem in der Rohrleitung festen Halter eingespannt ist und sich deshalb über die ganze Länge des Wirbelkörpers erstrecken und auch in Strömungsrichtung vom Wirbelkörper aus weit in die Rohrleitung hineinreichen kann, wird nahezu die volle Energie der sich ablösenden Wirbel direkt auf die Membran oder die Membranen zur Einwirkung gebracht. Da die große Membran verhältnismäßig schlaff und massearm ausgebildet ist, werden somit von den sich ablösenden Wirbeln starke Durchbiegungen der Membran abwechselnd nach der einen oder nach der anderen Seite erzeugt, wodurch eine kräftige Signalabgabe gewährleistet ist. Komplizierte elektronische Auswertschaltungen lassen sich dadurch ersparen. Außerdem kann die

Membran leicht in den Haller eingebaut und jederzeit wieder aus der Rohrleitung ausgebaut werden und die Lage der Membran ist durch den Halter in einfacher Weise genau in der Rohrleitung fixiert.

Als .Spannungsmeßglied werden zweckmäßigerweise mehrere Dehnungsmeßstreifen von außen auf die Membran oder Membranen aufgebracht und mit einem Schutzüberzug verschen oder in der Membran ode·" den Membranen eingebettet, so daß sich bei der abwechselnden ucil relativ weiten Durchbiegung der Membran sowohl nach der einen als auch nach der anderen Seite starke Widerstandsänderungen ergeben, die zu entsprechend kräftigen elektrischen Impulsen verarbeitet werden können.

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 beiwn Membransciten frei der Strömung auszusetzen. Durch diese bandartige Einspannung der Membran erstreckt sich die Auslenkung über die gesamte Membranbrehe, 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 d η 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.

Vorleilhafterweise sind die Membranhalter fest mit dem in der Rohrleitung eingebauten Wirbelkörper verbunden, wodurch 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 Wirbeikörpers 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 Membranhallers und/oder des Wirbelkörpers zur Rohrwandung nach außen geführt werden.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein in die Rohrleitung eingebautes erfindungsgemäßes Durchflußmeßgerät in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 den Durchflußmesser selbst mit einem allseitig geschlossenen Rahmen als Membranhallcr.

F i g. 3 eine andere Ausführung des Durchflußmeßgerätes mit einem die Membran nur an zwei gegenüberliegenden Seiten einspannenden Halter,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Durchflußmeßgerätes, bei dem der Wirbelkörper und der Membranrahmen getrennt voneinander in der Rohrleitung eingebaut sind und

F i g. 5 noch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Membranen am Wirbelkörper befestigt sind.

Bei dem in F i g. 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 10 des Wirbelkörpers 1 nach außen geführt sind. Die Membran 2 mit dem Rahmen 5 steht fluchtend zur Strömungslichtung in der Längsmittelebene des Wirbelkörpers 1, und zwar in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Wirbelkörper, so daß die sich an den Kanten Il und 12 des Wirbelkörpers 1 ablösenden Wirbel abwechselnd von der einen oder anderen Seite her mit der gleichen kinetischen Energie auf die Membran 2 auftreifen 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 Rcgelzwecken usw. benutzt werden können.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 3 besteht der Träger 3 für die Membran 2 aus zwei mit dem Wirbelkörper 1 fest verbundenen Trägerarmen 13 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 Kanter. 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 F i g. 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 Membrantraerahmen 5 unabhäneie voneinander ausee-

wechseil werden können oder zumindest nur der Membrantragrahmen allein auswechselbar ist. Hei dieser Ausbildung kommt man mit zwei relativ kleinen Rohrwanddurchbrechungen einerseits /um umführen des Wirbelkörpers I und andererseits /um Einbringen des Membrantragrahmens 5 oder nur mit einer kleinen Rohrwanddurchbrechung aus. während bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die gemeinsame Rohrwandöffniing relativ große Abmessungen aulweist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Γ ig. 5 ist das Durchflußmeßgeriit mit /wci Membranen 2.7 und 2b versehen, die allseilig in den beiden Rechteekrahmen 5.7 und 5ft eingespannt sind. Heide Rahmen 5.7 und 5ft sind fest mit dem Wirbelkörper 1 verbunden und stehen parallel zueinander und symmetrisch zur l.ängsmittelebcne des Wirbelkörpers I. Sowohl die Anschlußdrähte 7.7 und 8.7 für die Dehnungsmeßstreifen 6,7 der Membran 2,7 als auch die Anschkißdriihie 7ft und 8ft der Dehnungsslreifen 6ft der Membran 2ft sind mit einem nicht näher dargestellten Auswertgerät verbunden, das bei Ausfall oder fehlerhaftem Verhallen eines .Signalkreises einen Alarm utislösi.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Durchflußmeßgerat für Flüssigkeiten und Gase, das quer zur Strömungsrichtung einen fest angeordneten Wirbelkörper aufweist, von dem sich abwechselnd Karman-Wirbel ablösen, deren Frequenz durch eine oder mehrere von der kinetischen Energie der abgelösten Wirbel beaufschlagte Membranen über ein Spannungsmeßglied gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine leicht durchbiegbare massearme Membran oder mehrere 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.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsmeßglied mehrere Dehnungsmeßstreifen (6) von außen auf die Membran oder Membranen (2) aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen sind oder in der Membran oder den Membranen (2) eingebettet sind.

3. Durchflußmeßgerat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, 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.

4. Durchflußmeßgerat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran oder Membranen (2) allseitig in einem als geschlossener Rahmen (5) ausgebildeten Halter (3) befestigt sind.

5. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Membranhalter (3) fest mit dem in der Rohrleitung (4) eingebauten Wirbelkörper (1) verbunden sind.

6. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Membran (2) tragende Rahmen (5) mit Abstand hinter dem Wirbelkörper (1) angeordnet und direkt im Rohrleitungsmantel (4) befestigt ist.

7. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Membran (2) tragende Halter (3) mittig hinter dem Wirbelkörper (1) angeordnet ist.

8. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung zweier Membranen (2a, 2b) mit Halter (3a, 3b) diese symmetrisch zur Längsmittelebene des Wirbelkörpers (1) angeordnet sind.

9. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (7, 8) für die Dehnungsmeßstreifen (6) durch Bohrungen (9,10) des Membranhalters (3) und/oder des Wirbelkörpers (1) zur Rohrwandung (4) nach außen geführt sind.

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