DE2453973B2

DE2453973B2 - FLOW METER

Info

Publication number: DE2453973B2
Application number: DE19742453973
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Kastner
Original assignee: Bopp & Reuther Gmbh, 6800 Mannheim
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2453973A1

Description

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Rücksprüngen (9, 10) anschließende schmalere Teil (17) des die Wirbel erzeugenden Profilkörpers (2) als nach hinten abgerundete Rippe ausgebildet ist.2. Flow meter according to claim 1, characterized in that it is located on the recesses (9, 10) subsequent narrower part (17) of the vortex-generating profile body (2) than after rounded rib is formed at the back.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmesser, bei dem ein wirbelerzeugender Profilkörper von im wesentlichen langgestreckter Form quer in einen Fluidstrom eingeschaltet ist, so daß an seinen gegenüberliegenden Seiten abwechselnd abreißende Wirbel erzeugt werden, wobei dieser Körper an den gegenüberliegenden Seiten mit je einem Rücksprung und mit je einer öffnung versehen ist, die über eine Bohrung im Innern des Körpers miteinander verbunden sind, so daß in dieser Querbohrung eine dem abwechselnden Wirbelabreißen entsprechende Fluidwechselströmung entsteht, deren Frequenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums ist, wobei diese Frequenz durch ein oder mehrere Fühlelemente gemessen wird.The invention relates to a flow meter in which a vortex-generating profile body of im substantially elongated shape is switched transversely into a fluid stream, so that at its opposite Sides alternately tearing eddies are generated, with this body on the opposite one Each side is provided with a recess and an opening each, which has a hole in the Inside the body are connected to each other, so that in this cross hole one of the alternating Vortex tear-off corresponding fluid alternating flow is created, the frequency of which is a measure of the flow velocity of the fluid, this frequency being measured by one or more sensing elements.

Bei diesen bekannten Strömungsmessern sind die Fühlelemente zwar nicht der Hauptströmung unmittelbar ausgesetzt, sondern liegen geschützt im Innern des Profilkörpers, und auch die Einlaufstrecke läßt sich einfacher ausbilden. Jedoch liegen die Fühlelemente hier nicht mehr im direkten Einflußbereich der Wirbclstraße, sondern werden nur indirekt über die von den Wirbeln erzeugten Nebenströmungen beeinflußt. Dadurch können vergleichsweise langsame Fluidströmungen aufgrund der reduzierten Wechselwirkung auf die Nebenströmungen teilweise überhaupt nicht mehr erfaßt werden. Außerdem treten immer der Wechselst.römung überlagerte, hochfrequente Rauschkomponenten und unkontrollierte, niederfrequente Pendelbewegungen der Wirbelstraße auf. die besonders bei rasch strömendem Medium das eigentliche Nutzsignal relativ stark beeinflussen. Die Wechselströmung in der Querbohrung kann somit durch diese Störströmungen relativ stark überlagert werden. Die Aufbereitung solcher verrauschter Nutzsignale ist in der Praxis zu aufwendig.In these known flow meters, the sensing elements are not directly part of the main flow exposed, but are protected inside the profile body, and the inlet section can also be easier to train. However, the sensing elements are no longer in the direct area of influence of the vortex street, but are only influenced indirectly by the secondary currents generated by the eddies. This allows comparatively slow fluid flows due to the reduced interaction on the secondary flows in some cases can no longer be recorded at all. In addition, there is always the flow of exchange Superimposed, high-frequency noise components and uncontrolled, low-frequency pendulum movements the vortex street. which the actual useful signal is relatively strong, especially in the case of a rapidly flowing medium influence. The alternating flow in the transverse bore can therefore be relatively strong due to these disruptive flows are superimposed. The processing of such noisy useful signals is too complex in practice.

Es ist auch ein Strömungsmesser bekannt (DT-AS 2122 713), bei dem der die Wirbel erzeugende Profilkörper als Rundkörper ausgebildet ist und an seinen gegenüberliegenden Seiten in Strömungsrichtung gesehen vor den öffnungen der Querbohrung für die Aufnahme der Fühlelemente je einen in Längsrichtung des Profilkörpers verlaufenden und sich über den Bereich der Querbohrung erstreckenden Rücksprung aufweist, damit sich vor der Querbohrung eine die Wirbel erzeugende Abreißkante am Rundkörper ergibt. Dadurch werden nicht nur die den Meßeffekt erzeugenden Wirbel, sondern auch alle sekundären Wirbel und Strömungsstörungen auf die Wechselströmung in der Querbohrung im überlagernden Sinne übertragen. Außerdem findet bei diesem Rundkörper nur im Bereich der beiden Rücksprünge eine definierte Wirbelablösung statt, während an den übrigen Teilen des Rundkörpers unterschiedliche Ablösungsbereiche im Medium entstehen. Dadurch kann eine ungleichmäßige Wirbelbewegung über die gesamte Profilkörperlänge auftreten, die zusätzliche Schwankungen des Gesaintwirbelfeldes bewirkt, so daß der hiervon abhängige Meßeffekt gestört wird.There is also a flow meter known (DT-AS 2122 713), in which the vortex-generating Profile body is designed as a round body and on its opposite sides in the direction of flow seen in front of the openings of the transverse bore for receiving the sensing elements, one each in the longitudinal direction of the profile body extending and extending over the area of the transverse bore recess has, so that there is a vortex-generating tear-off edge on the round body in front of the transverse bore. As a result, not only the eddies producing the measuring effect, but also all secondary ones Vortices and flow disturbances on the alternating flow in the transverse bore in the superimposed sense transfer. In addition, with this round body there is only one defined recess in the area of the two recesses Vortex shedding takes place, while different shedding areas on the other parts of the round body arise in the medium. This can result in an uneven vortex movement over the entire length of the profile body occur, which causes additional fluctuations in the total vortex field, so that of this dependent measurement effect is disturbed.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Wirbelfrequenz-Strömungsmesser mit einem oder mehreren durch Einbau in eine Querbohrung tnechanisch geschützten und von turbulenten Strömungen im Einlauf unabhängigen Fühlern zu schaffen, der einerseits bei kleinen Fluidströmungen eine ausreichende Meßempfindlichkeit aufweist und andererseits bei hohen Durchflüssen die Rauschkomponenten und sonstige ungleichmäßige Strömungsbewegungen weitgehend unterdrückt.The object of the invention is to provide a vortex frequency flow meter with one or more through Installation in a transverse bore, mechanically protected and independent of turbulent flows in the inlet To create sensors which, on the one hand, have sufficient measurement sensitivity for small fluid flows and on the other hand, at high flow rates, the noise components and other uneven components Flow movements largely suppressed.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß die an den gegenüberliegenden Seiten des die Wirbel erzeugenden Profilkör pers vorgesehenen beiden Rücksprünge in Strömungsrichtung gesehen hinter den öffnungen der Querbohrung vorgesehen sind und sich zur Bildung der Abreißkante über die ganze Länge des Profilkörpers erstrecken, und daß beide öffnungen der Querbohrung über je einen bis zu den Rücksprüngen reichenden, in Strömungsrichtung verlaufenden nutförmigen Strömungskanal mit dem hinter den Rücksprüngen liegenden Wirbelraum direkt verbunden sind. Durch diese besondere Anordnung der beiden Rücksprünge und die offene Verbindung des sich hinter den Rücksprüngen befindlichen Wirbeiraumes mit der Querbohrung wird erreicht, daß sich die an den Rücksprüngen ablösenden Hauptwirbel praktisch unvermindert durch die offenen Kanäle hindurch rückwärts bis in die Querbohrung hinein an den Fühler übertragen. Es tritt durch den Hauptwirbel in der Querbohrung ein Saugeffekt auf, der durch den im Rücksprung mit dem Wirbel zusammen auftretenden Unterdruck hervorgerufen wird. Dieser Saugeffekt wird durch den sich an der gegenüberliegenden Seite gleichzeitig aufbauenden Überdruck ergänzt, der ebenfalls durch den offenen Kanal in die Querbohrung hineinwirkt und die sich mit der Frequenz der abgehenden Wirbel in der Querbohrung bildende Wechselströmung servoartig verstärkt. Durch diese Verstärkung der Nutzwirbel werden die Rauschkomponenten in ihrer Wirkung weitgehend unterdrückt.The solution to this problem is seen according to the invention that the opposite Sides of the profiled body generating the eddy pers provided two recesses, viewed in the direction of flow, behind the openings of the transverse bore are provided and to form the tear-off edge over the entire length of the profile body extend, and that both openings of the transverse bore via one each reaching as far as the recesses, in Groove-shaped flow channel running in the direction of flow with the one behind the recesses Vertebral space are directly connected. Due to this special arrangement of the two recesses and the open connection of the behind the recesses located vortex space with the transverse bore is achieved that the to the The main vertebrae, which are detached from the back, are practically undiminished backwards through the open channels Transfer to the sensor up to the cross hole. It occurs through the main vertebra in the Cross bore creates a suction effect, which occurs through the return joint with the vertebra Negative pressure is caused. This suction effect is caused by the one on the opposite side at the same time building up overpressure, which is also added through the open channel in the transverse bore acts into it and which forms in the transverse bore with the frequency of the outgoing eddies Alternating current amplified like a servo. This amplification of the useful eddies results in the noise components largely suppressed in their effect.

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Die Anordnung der beiden Rücksprünge hinter der Querbohrung bewirkt eine zusätzliche Glättung der den Meßeffekt auslösenden Wirbel, so daß Störwirbel und Störbewegungen weitgehend ausgeschieden werden. Vor der die Hauptwirbel erzeugenden Kante des Rücksprunges liegen nämlich noch glatte Strömungsverhältnisse vor, so daß die Wechselstrombildung in der Querbohrung und damit der Meßeffekt im wesentlichen nur durch die von den Hauptwirbeln erzeugten Druckunterschiede ausgelöst wird. Die Nebenwirbel wirken sich rückwärts in Richtung des Einflußbereiches der Querbohrung jetzt nicht störend aus, da sie von der glatten Strömung abgeschwächt werden.The arrangement of the two recesses behind the transverse hole causes an additional smoothing of the Vortex causing the measuring effect, so that disturbing vortices and disturbing movements are largely eliminated. In front of the edge of the recess, which generates the main eddy, there are still smooth flow conditions, so that the alternating current formation in the Cross bore and thus the measuring effect essentially only through the one generated by the main vortices Differences in pressure is triggered. The secondary vortices work backwards in the direction of the area of influence the cross-hole now not disturbing, as they are weakened by the smooth flow.

Weiterhin wird vorgeschlagen, den sich an den Rücksprüngen anschließenden schmaleren Teil des die Wirbel erzeugenden Profilkörpers als nach hinten abgerundete Rippe auszubilden. Diese abgerundete Rippe des die Wirbel erzeugenden ProfilKörpers bildet eine Stabilisierungstrennwand zwischen den beiden sich wechselweise ablösenden Wirbeln, die verhindert, daß sich an den Rücksprüngen eine Querströmung bildet. Eine solche Querströmung würde ohne diese Stabilisierungsrippe eine zusätzliche und unregelmäßige Pendelwirkung auf die Wechselströmung in der Querbohrung und damit auf das Nutzsignal auslösen.It is also proposed that the narrower part of the die following the recesses Form eddy-generating profile body as a rib rounded towards the rear. This rounded Rib of the profile body generating the vortices forms a stabilizing partition between the two alternating eddies that prevent a cross flow from forming at the recesses. Such a cross flow would create an additional and irregular pendulum effect without this stabilizing rib on the alternating flow in the cross hole and thus on the useful signal.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch eine Rohrleitung mit eingebautem, mit einem Fühler versehenen wirbelerzeugenden Profilkörper zeigt.Details of the invention are explained in more detail using an exemplary embodiment in the drawing, which cut a section through a pipeline with built-in vortex-generating equipment provided with a sensor Profile body shows.

Der dargestellte Strömungsmesser besteht aus einem senkrecht zur Sirömungsrichiung in die Rohrleitung 1 eingesetzten Profilkörper 2, der sich über den ganzen Durchmesser der Rohrleitung erstreckt und die Karmansche Wirbelstraße erzeugt. Der Profilkörper 2 ist in der Rohrmitte quergeschnitten gezeigt und besitzt in der Mitte an den beiden gegenüberliegenden Seiten 3 und 4 Öffnungen 5 und 6, die über die nach innen leicht konische Querbohrung 7 miteinander in Verbindung stehen. Im Innern dieser Querbohrung 7 sind ein oder mehrere Fühlelemente 8 im Profilkörper 2 angebracht. Der Profilkörper 2 besitzt in Absirömrichtung hinter den Öffnungen 5 und 6 Rücksprünge 9 und 10, die außen die Abreißkanten U und 12 für die Karmanschen Wirbel 13 und 14 bilden. Die Querbohrung 7 ist durch je einen nach außen offenen Kanal 15 bzw. 16 mit dem Wirbelgebiet hinter den Rücksprüngen 9 und 10 verbunden. Der durch die Rücksprünge 9 und 10 gebildete schmalere Ansatz 17 des Profilkörpers 2 dient als sich über den Durchmesser der Rohrleitung 1 erstreckender Stabilisierungssteg für die Wirbelstraße und ist nach hinten abgerundetThe flow meter shown consists of a perpendicular to the direction of flow into the pipeline 1 used profile body 2, which extends over the entire diameter of the pipeline and the Karman's vortex street generated. The profile body 2 is shown in cross section in the middle of the tube and has in the middle on the two opposite sides 3 and 4 openings 5 and 6, which over the inward slightly conical transverse bore 7 are in communication with each other. Inside this transverse hole 7 are one or several sensing elements 8 are attached in the profile body 2. The profile body 2 has in Absirömrichtung behind the openings 5 and 6 recesses 9 and 10, the outside the tear-off edges U and 12 for the Karman vertebrae 13 and 14 form. The transverse bore 7 is through one outwardly open channel 15 or 16 with the Vertebral area connected behind the recesses 9 and 10. The one caused by jumps 9 and 10 The narrower extension 17 of the profile body 2 formed is used as extending over the diameter of the pipeline 1 extending stabilization bar for the vortex street and is rounded to the rear

Da sich hinter dem Rücksprung 9 durch den Wirbel 13 und der damit verbundenen Strömungseinschnürung 18 gegenüber der Rohrwandung ein Unterdruckgebiet aufbaut, wird ein Saugeffekt erzielt und dadurch das Fluidum in der Querbohrung 7 entsprechend zur Öffnung 5 hin bewegt. Gleichzeitig entsteht auf der gegenüberliegenden Seite hinter dem Rücksprung 10 ein Überdruckgebiet, da der Wirbel 14 bereits abgewandert ist und sich dadurch die Strömung wieder nach innen ausweiten kann, wie durch den Pfeil 19 dargestellt ist. Dadurch wird eine Querströmung in der Bohrung 7 von der Öffnung 6 zur Öffnung 5 hin erreicht, die von den Fühlelementen 8 erfaßt wird.Since behind the recess 9 through the vortex 13 and the associated flow constriction 18 If a negative pressure area builds up in relation to the pipe wall, a suction effect is achieved and thereby the Fluid in the transverse bore 7 is moved towards the opening 5 accordingly. At the same time, the opposite side behind the recess 10 an overpressure area, since the vortex 14 is already has migrated and as a result the flow can expand inward again, as indicated by arrow 19 is shown. As a result, a cross flow is achieved in the bore 7 from the opening 6 to the opening 5, which is detected by the sensing elements 8.

Durch die Verbindungskanäle 15 und 16 zwischen der Querbohrung 7 und dem Unterdruck- bzw. Überdruckgebiet hinter den Rücksprüngen 9 und 10 kann das Fluidum der Querbohrung 7 entsprechend den Pfeilen 20 und 21 über den einen Kanal 16 zufließen und über den gegenüberliegenden Kanal 15 wieder abfließen und umgekehrt, ohne von der Hauptströmung um den Profilkörper 2 gestört zu werden. Die durch die Karmanschen Wirbel erzeugte Wechselströmung in der Querbohrung 7 wird dadurch erheblich verstärkt, so daß die auftretenden Sekundärwirbel in ihrer Störwirkung auf die Hauptwirbel weitgehendst ohne Einfluß bleiben und das bei niedrigen Durchflüssen relativ schwache Nutzsignal noch so weit verstärkt wird, daß es von den Fühlern 8 zur Meßstange gebracht werden kann.Through the connecting channels 15 and 16 between the transverse bore 7 and the underpressure or overpressure area behind the recesses 9 and 10, the fluid of the transverse bore 7 can according to the arrows 20 and 21 flow in via the one channel 16 and flow out again via the opposite channel 15 and vice versa, without being disturbed by the main flow around the profile body 2. The through the Karman's vortex generated alternating flow in the transverse bore 7 is thereby considerably increased, so that the resulting secondary eddies remain largely without influence in their disruptive effect on the main eddies and the useful signal, which is relatively weak at low flow rates, is amplified to such an extent that it is used by the Sensors 8 can be brought to the measuring rod.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1 flow meter, in which a vortex-generating profile body of essentially elongated Shape is turned transversely into a fluid stream, so on its opposite sides alternately tearing eddies are generated, this body at the opposite Each side is stranded with a recess and an opening, which has a hole in the Inside the body are connected to each other, so that in this cross hole one of the alternating Vortex disruption corresponding fluid alternating current arises, the frequency of which is a measure of the flow velocity of the fluid, where this frequency is measured by one or more sensing elements, characterized in that that the on the opposite sides (3, 4) of the vortex-generating profile body (2) provided two recesses (9, 10) in Seen in the direction of flow behind the openings (5, 6) of the transverse bore (7) are provided and themselves to form the tear-off edge (U, 12) extend over the entire length of the profile body (2), and that both openings (5, 6) of the transverse bore (7) via one each reaching as far as the recesses (9, 10), in Groove-shaped flow channel (15, 16) running in the direction of flow with the one behind the recesses lying vertebral space (13,14) directly connected