DE2414225C3 - Durchflußmeßgerät - Google Patents

Description

geeigneten Materials für das Schleppglied liegen.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung unter Vermeidung der Nachteile und Beibehaltung der Vorteile der bekannten Anordnungen ein Durchflußmeßgerät eingangs erwähnter Art zu schaffen, das einfach aufgebaut und daher kostengünstig herzustellen und zu bedienen ist und das sich in einem sehr weiten Meßbereich einsetzen läßt, wobei auch noch bei sehr großen bzw, sehr k'einen Strömungsmengen pro Zeiteinheit bisher nicht erreichbare Meßgenauigkeit bei hoher Rdproduzierbarkeit und damit bisher nicht erreichbarer Verläßlichkeit erbracht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise durch die Kombination folgender Merkmale, daß a) die Strömungskammer einen gegenüber dem Querschnitt der Strömungspassage größeren Querschnitt aufweist und b) gegenüber der Strömungspassage achsparallel versetzt ist, wobei die eine obere Wandung der Strömungskammer unterhalb des Strömungskammernahen tiefsten Punktes der Strömungspassage gelegen ist, und c) daß das Verstellglied separat vom Schleppglied mit einem der paarweise vorgesehenen, schaftfönnigep Schleppglied-Stützglieder ausgerichtet ist und sich in Wirkverbindung mit diesem befindet.

Die achsparallele Versetzung der Strömungskammer gegenüber der Strömungspassage gewährleistet in vorteilhafter Weise, daß die Strömungskammer bei jedem Durchsatz ausreichend gefüllt ist. Ohne Rücksicht auf die vorteilhafte Bemessung des Strömungsquer-Schnitts sind daher sowohl bei sehr kleinen als auch bei sehr großen Massedurchsätzen zuverlässige Ergebnisse zu erwarten. Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich daher auch dort noch mit Vorteil verwenden, wo mit sehr stark schwankendem Massedurchsatz zu rechnen ist. Infolge des gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehenen großen Strömungsquerschnitts im Bereich der Strömungskammer ist in diesem Bereich mit keinem nennenswerten Druckabfall zu rechnen. Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich daher in vorteilhafter Weise auch noch dort einsetzen, wo relativ kleine Strömungsdrücke vorhanden sind, die bei einem zu befürchtenden Druckabfall in einem engen Durchgangsspalt bereits relativ stark beeinflußt wurden. Die hier in Vorschlag gebrachte Bemessung des Strömungskammerquerschnitts läßt sich jedoch andererseits durch die gemäß der Erfindung erreichte Entkopplung von Schleppglied und Verstellglied vorteilhaft auf einfache und daher kostengünstige Weise bewerkstelligen. Die mit der erfindungsgemäßen Korn- so bination erzielbaren Vortei'e sind daher insbesondere in der universellen Verwendbarkeit bei hoher Zuverlässigkeit und dennoch großer Übersichtlichkeit und infolge der einfachen Konstruktion günstigen Kostengestaltung zu sehen.

Die DE-AS 12 00 557 läßt zwar eine Anordnung mit einem in einem vertikal durchströmten Rohrbogen vorgesehenen Schleppglied erkennen, welches mit Hilfe eines stehenden, mit seinen Enden in Axiallagerpfannen geführten Stabs in der Strömungskammer axial verschiebbar gelagert ist. Die in die genannten Axiallagerpfannen eingreifenden Stabenden sind dabei zur Bildung des Verstellglieds mit jeweils einem Spulenkern versehen, der mit einer die betreffende Axiallagerpfanne jeweils umgebenden Spule zusammenwirkt. Bei dieser bekannten Anordnung ist daher zwar ebenfalls eine Entkopplung von Schleppglied und Spulenkern gegeben und eine permanente Füllung der Strömungskammer gewährleistet. Auf die Durehmesserverhältnisse der Strömungskammer hat sich, dies im vorliegenden Fall jedoch nicht ausgewirkt. Vielmehr sind bei der bekannten Anordnung im Bereich der Strömungskammer und der Strömungspassage etwa gleiche Durchmesser vorgesehen, was zwangsläufig einen nur noch spaltförmigen Durchgangsquerschnitt im Bereich des Schleppglieds erzeugt Ganz abgesehen davon handelt es sich hier um eine stehende, in vertikaler Richtung arbeitende Anordnung, die sich nicht ohne weiteres für einen Einbau in eine horizontal durchströmte Anordnung eignet.

Die US-PS 12 49 484 und 31 19 262 zeigen zwar Anordnungen, bei denen der Strömungskanal gegenüber der zugeordneten Strömungspassage erweitert ist. Diese Maßnahme dient hier offensichtlich allerdings nur zur Unterbringung des relativ großflächigen, massiven Schleppglieds. Ganz abgesehen davon befindet sich hier die Strömungskammer in koaxialer Ausrichtung zur jeweils zugeordneten Strömungspassage. Infolge dieser koaxialen Aujrichtung ist jedoch bei geringem Massedurchsatz keine vollständige Füllung ,^r Strömungskammer gewährleistet. Dies führt aber dc-zu, daß das Schleppglied einer lediglich einseitigen Beaufschlagung unterliegt, was eine Verfälschung der erhaltenen Meßergebnisse befürchten läßt.

Es ist erkennbar, daß die Erfindung die oben geschilderten Probleme des Standes der Technik mit einfachen Mitteln beseitigt.

In zweckmäßiger Vervollkommnung der übergeordneten Maßnahmen kann die Strömungskammer eine in einer ihrer Axialwandungen in axialer Ausrichtung mit einem der schaftförmigen Stützglieder angeordnete Ausnehmung bzw. Höhlung aufweisen, wobei das Verstellglied in dieser mit Abstand zu deren Wandungen angeordnet ist. Dabei kann ferner mit Vorzug das Verstellglied ein elektromagnetischer Kern und die Fühlereinrichtung ein Differentialtransformer sein, dessen Windungen nahe der Außenwandung der Ausnehmung bzw. Höhlung angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung können die beiden Enden der Strömungskammer jeweiii einen sich nach oben erstreckenden Bereich aurweisen, der sich zumindest bis zum oberen Abschluß der Strömungspassage erstreckt und in dieser axial gegenüberliegender Anordnung eine Wandung aufweist. Dabei können mit Vorzug die beiden Federungseinrichtungen ein Paar Blattfedern aufweisen, von denen jede an der Wandung eines der sich nach oben erstreckenden Bereiche der Strömungskammer in der Mitte der Strömungspassage festgelegt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die hierbei dargestellte einzige Figur zeigt dab^i ei.ien Axialschnitt dieses Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung.

Bekanntlich kann überall dort, wo sehr hohe Durchflußmengen betroffen sind, oder überall dort, wo es erforderlich ist, geringe Durchflußmengen in einer kleinen Strömungspassage zu messen, ein Druckverlust sehr bedeutsam werden, weil durch diesen die Brauchbarkeil des gesamten Geräts erheblich beeinträchtigt werden kann. Im dargestellten Ausfnhi jngsbeispiel steht daher eine relativ große Strömungspassage zur Verfügung. Mit 21 ist dabei eine Strömungskammer als solche bezeichnet, die zwischen axialen Sektionen eines Rohres 1 ein- bzw. zwischengeschaltet ist. Das als Ganzes mit 20 bezeichnete Durchflußmeßge-

rät weist eine Strömungskammer 21 auf, die einen größeren Flächenquerschnitt besitzt als das Rohr 1. Die Strömungskammer 21 ist in Vertikalrichtung tiefer angeordnet als das Rohr 1. Dabei ist die Strömungskammer 21 vertikal niedriger als die axialen Fortsätze des Rohres 1 und steht in Kommunikation mit den axialen Enden des Rohres 1. Das eine axiale Ende der Strömungskammer 21 weist einen sich nach oben erstreckenden Bereich 22 auf, der eine erste Wandung 23 aufweist, welche in Axialrichtung dem offenen Ende des zugeordneten Bereiches des Rohres 1 gegenüberliegt. Das andere axiale Ende der Strömungskammer 21 weist gleichfalls einen sich nach oben erstreckenden Bereich 24 auf, der eine erste Wandung 25 besitzt, die in axialer Richtung dem offenen Ende des zugeordneten Sektionsbereiches des Rohres 1 gegenüberliegt. Die in der Fig. gezeigte Ausführungsform benötigt keine vorbestimmte, mit dem Strömungsquerschnitt des Stmmiingsrohres I übereinstimmende Querschnittsseometrie, obgleich das Volumen der Strömungskammer 21 einen größeren Flächenquerschnitt zur Verfugung stellen muß als das Rohr 1 und außerdem in Vertikalrichtung unterhalb der Axialströmung durch das Rohr 1 liegen muß.

Um ein Signal, das abhängig ist vom das Rohr 1 durchströmenden Flüssigkeitsdurchsatz, zu erhalten, ist in der Strömungskammer 21 ein aerodynamischer Schleppkörper in axialer Ausrichtung mit diesem angeordnet. Der aerodynamische Schleppkörper 26 ist auf einem Schaft 27 gelagert, der an seinen axialen Enden durch Blattfedern 28 und 29 abgestützt wird. Die Blattfedern 28 und 29 werden ihrerseits von Lagergliedern 30 bzw. 31 abgestützt, welche die an ihnen festgelegten Blattfedern 28 und 29 kragarmartig abstützen. Der Schaft 27 ist in axialer Ausrichtung mit der Strömungskammer 21 innerhalb derselben angeordnet und hält den aerodynamischen Schleppkörper 26 längs der Achse der Strömungskammer 21. Das Volumen zwischen dem aerodynamischen Schleppkörper 26 und den Wandungen 32 und 33 der Strömungskammer 21 ist allseitig praktisch das gleiche. Dies gewährleistet, daß gleiche Kräfte überall längs gleicher Oberflächen des aerodynamischen Schleppgliedes 26 diesem durch die laminare Strömung der das Rohr 1 durchströmenden Flüssigkeit aufgeprägt werden.

In der Wandung 34 der Strömungskammer 21 ist eine Ausnehmung bzw. Höhlung 35 zur Aufnahme eines Abtastgliedes bzw. Fühlgliedes angeordnet. Der Schaft 27 weist eine axiale Verlängerung 36 auf, auf welcher das Fühlglied 37 angeordnet ist. Das Fühlglied 37 ist ein elektromagnetischer Kern oder eine andere Einrichtung, welche eine Abtastung der Durchflußmenge außerhalb der inneren Begrenzung der Strömungskammer 21 gestattet Wo ein elektromagnetisches Kernglied 37 Verwendung findet, kommt für die Meßwertab tastung von außen ein Differentialtransformer 38 zum Einsatz. Dieser Differentialtransformer 38 hat einen Wechseistromsignaleingang und gibt ein Ausgangssignal ab, das abhängig ist vom zeitlichen Durchsatz an das Rohr 1 durchströmender Flüssigkeit. Dies wird detaillierter im folgenden beschrieben.

Wenn die Ausführungsform gemäß der Figur sich in Betrieb befindet, füllt die das Rohr 1 durchströmende Flüssigkeit die .Strömungskammer 21 und sorgt für eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung in dieser und um den aerodynamischen Schleppkörper 26 herum. Da das vollständige Volumen der Strömungskammer 21 in Vertikalrichtung niedriger als die Wandungen des Rohres 1 angeordnet ist, ist zu erkennen, daß das Volumen zwischen den Wandungen 32 und 33 der Strömungskammer 21 mit Flüssigkeit aufgefüllt ist. Da die Flüssigkeit sich durch die Strömungskammer 21 bewegt, prägt die durch die laminare Strömung der Flüssigkeit aufgebrachte Kraft dem aerodynamischen Schleppglied 26 eine Kraft auf. Da die in der Figur dargestellte Ausführungsform ein verbessertes Durchflußmeßgerät für die Durchsatzmengen bei großen Flüssigkeitsvolumina oder bei sehr geringen Strömungsmengen darstellt, ist die Auslenkung des Schaftes 27 eine Folge der dem aerodynamischen Schleppglied 26 aufgeprägten Kraft und eine Funktion des Widerstandes der Blattfedern 28 und 29. Die Auslenkung des aerodynamischen Schleppgliedes 26 hört auf, wenn die diesem aufgeprägte Kraft gleich der durch die Blattfedern 28 und 29 aufgebrachten Gegenkraft ist. Die Ausnehmung 35 kommuniziert mit der Strömungskammer 21 und ist praktisch frei von Wirbel- oder Streuströmungen oder andere durch die Flüssigkeit hervorgerufenen Turbulenzen. Das elektromagnetische Kernglied 37 wird in seiner Lage ausgelenkt, und zwar dies als Folge der dem aerodynamischen Schleppglied 26 aufgeprägten Kraft. Da die Blattfedern 28 und 29 die horizontale Ausrichtung des Schaftes 27 unbeeinflußt aufrechterhalten, und zwar dies durch Begrenzung von dessen axialer Auslenkung, kann jede lagemäßige Abweichung von der Achse der Strömungskammer 21 vernachlässigt bleiben.

Wie oben bereits festgestellt, wird dann, wenn ein Wechselstromeingangssignal der Primärwindung des Differentialtransformators 38 zugeführt wird, ein Signal in der Sekundärwindung induziert, welches abhängig ist von der Reluctanz des magnetischen Kreises. Da das elektromagnetische Kernglied 37 als Funktion der durch die laminare Strömung der Flüssigkeit aufgeprägten Kraft ausgelenkt wird, variiert die Reluctanz des magnetischen Kreises als Funktion der Strömungsmenge der Flüssigkeit. Die Amplitude des Ausgangssignals der Sekundärwindung des Differentialtransformers 38 ändert sich als Funktion der Reluctanzänderung des magnetischen Kreises und demgemäß als Funktion der Durchsatzmenge an Flüssigkeit.

Das in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel schafft ein Durchflußmeßgerät, welches in der Lage ist, Durchflußmengen zu messen, welche sowohl sehr hoch als auch sehr gering sein können. Dadurch, daß eine Strömungskammer und ein abgestütztes aerodynamisches Schleppglied vorgesehen sind, welches nicht in schädlicher Weise die Flüssigkeitsströmung beeinflußt und dadurch Druckabfälle hervorruft, die ihrerseits das resultierende Meßergebnis ungünstig beeinflussen, schafft die Erfindung erstmalig ein Durchflußmeßgerät, welches in einfacher und wirtschaftlicher Weise sämtliche Probleme löst, die bei Geräten nach dem Stande der Technik bisher unbewältigt waren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Durchflußmeßgerät zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch eine Strömungspassage mit einer in die Strömungspassage eingeschalteten Strömungskammer, die mit ihren beiden Enden jeweils an die Strömungspassage angeschlossen ist, einem in der Strömungskammer in Axialausrichtung zu dieser angeordneten und von einem Paar schaftförmiger Glieder an seinen Längsenden abgestützten Schleppglied, wobei sich diese schaftförmigen Glieder in axialer Ausrichtung mit der Strömungskammer befinden, einer ersten und einer zweiten Fedeirungseinrichtung als biegsame bzw. auslenkbare Abstützung, von denen jede mit einem axialen Ende jeweils eines der schaftförmigen Stützglieder in Wirkverbindung steht, einem auf axiale Auslenkungen des Schleppglieds ansprechenden und dessen axialen Bewegungen entspre chende Meßwc-te abgebenden Verstellglied und einer Fühlereinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Lage des Verstellglieds, die dem Verstellglied gegenüberliegend außerhalb der Strörnungskammer angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, daß a) die Strömungskammer (2'J) einen gegenüber dem Querschnitt der Strömungspassage (1) größeren Querschnitt aufweist und b) gegenüber der Strömungspassage (1) achsparallel versetzt ist, wobei die eine obere Wandung (32) der Strömungskammer (21) unterhalb des Strömungskammernahen tiefsten Punktes der Strömungspassage (1) gelegen ist, und c) daß das Versteilglied (37) separat vo.n Schleppglied (26) mit einem der paarweise vorgesehener, schaftförmigen Schleppglied-Stützglieder (36) ausgerichtet ist und sich in Wirkverbindung mit diesem befindet.

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskammer (21) eine in einer ihrer Axialwandungen in axialer Ausrichtung mit einem der schaftförmigen Stützglieder (27 bzw. 36) angeordnete Ausnehmung (35) bzw. Höhlung aufweist, und daß das Verstellglied (37) in dieser mit Abstand von deren Wandungen angeordnet ist.

3. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied ein elektromagnetischer Kern (37) und die Fühlereinrichtung ein Differentialtransformer (38) ist, dessen Windungen nahe der Außenwandung der Ausnehmung (35) bzw. Höhlung angeordnet sind.

4. Durchflußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Strömungskammer (21) jeweils einen sich nach oben erstreckenden Bereich aufweisen, der sich zumindest bis zum oberen Abschluß der Strömungspassage (1) erstreckt und in dieser axial gegenüberliegenden Anordnung eine Wandung (23 bzw. 25) aufweist.

5. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federungseinrichtungen ein Paar Blattfedern (28, 29) aufweisen, von denen jede an der Wandung (23 bzw. 22; 25 bzw. 24) eines der sich nach oben erstreckenden Bereiche der Stömungskammer (21) in der Mitte der Strömungspassage festgelegt ist.

Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch eine Strömungspassage mit einer in die Stömungspassage eingeschalteten Strömungskammer, die mit ihren beiden Enden jeweils an die Strömungspassage angeschlossen ist, einem in der Strömungskammer in Axialausrichtung zu dieser angeordneten und von einem Paar schaftförmiger Glieder an seinen Längsenden abgestützten Schleppglied, wobei sich diese

to schaftförmigen Glieder in axialer Ausrichtung mit der Strömungskammer befinden, einer ersten und einer zweiten Federungseinrichtung als biegsame bzw. auslenkbare Abstützung, von denen jede mit einem axialen Ende jeweils eines der schaftförmigen Stützglieder in Wirkverbindung steht, einem auf axiale Auslenkungen des Schleppglieds ansprechenden und dessen axialen Bewegungen entsprechende Meßwerte abgebenden Verstellglied und einer Fühlereinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Lage des Verstellglieds, die dem Verstellglied gegenüberliegend außerhalb der Strömungskammer angeordnet ist.

Eine Anordnung dieser Art ist etwa aus der US-PS 34 24 001 bekannt. Bei der bekannten Anordnung sind zur Bildung der Fühlereinrichtung zwei miteinander gekoppelte Spulen vorgesehen, die in tiefe Nuten der die Strömungskammer umgebenden Zylinderwandung eingeblasen sind. Diese Spulen umgeben daher die Strömungskammer ringförmig. Das innerhalb der Strömungskammer angeordnete Schleppglied ist bei dieser bekannten Anordnung gleichzeitig als Spulenkern ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Verstelleinrichtung bedingt jedoch relativ kleine Abstände zwischen Spule und Kern, wobei die konstruktive Freizügigkeit in der Gestaltung des Strömungsquerschnitts der Strömungskammer völlig verbraucht ist. Auf Grund dieser Gegebenheiten und der mechanischen Forderung, daß in den die Spulen aufnehmenden, tragenden Bauteilen auch noch ausreichende Wandstärken eingehalten werden, verbleibt hier nur ein äußerst schmaler Ringkanal zwischen der Außenwandung des als Spulenkern ausgebildeten Schleppglieds und der Strömungskanalwandung, welcher den gesamten Massedurchsatz verkraften muß. Die bekannte Anordnung eignet sich daher ersichtlich nur für relativ geringe Durchsatzmengen. Ihr Einsatzfeld ist daher sehr beschränkt. Hinzu kommt, daß in dem sehr stark verengten Strömungskanal auch die Viskosität der durchströmenden Flüssigkeit sehr stark zum Tragen kommt. Die Forderung nach einem möglichst engen, spaltförmigen Strömungsweg für das durchströmende Medium ist hierbei jedoch nicht nur Ausfluß der ungünstigen konstruktiven Ausbildung des Verstellglieds und der hiermit zusammenwirkenden Fühlereinrichtung, sondern ergibt sich bereits auch aus der koaxialen Anordnung von Strömungspassage und Strömungskammer. Bei relativ kleinen Durchsatzmengen und großem Durchflußquerschnitt wäre daher zu befürchten, daß das durchströmende Medium diesen großen Durchströmungsquerschnitt nicht ganz ausfüllt und daher lediglich einseitig am Schleppglied angreift, was Verfälschungen des Meßergebnisses zur Folge hätte. Die aus der genannten US-PS 34 24 001 bekannte Anordnung ist daher hinsichtlich des zu verkraftenden Massedurchsatzes nicht nur nach oben sondern auch nach unten beschränkt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung dürfte in der hier notwendigen Verwendung eines zur Bildung des Spulenkerns