DE2457967C2 - Strömungsmesser - Google Patents

Description

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 öffnungen versehen ist, die über eine Bohrung im Innern des Körpers miteinander verbunden sind, so daß in dieser Querbohrung eine dem abwechselnden Wirbelabreißen entsprechende Fluid-Wechselströmung entsteht, deren Frequenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums ist. wobei diese Frequenz durch ein oder mehrere Fühlelemente gemessen wird.

Bei diesen bekannten Strömungsmessern sind die Fühlelements zwar nicht der Hauptströmung unmittelbar ausgesetzt, sondern liegen geschützt im Innern des Profiikörpers, und auch die Einitiufsirecke läßt sich einfacher ausbilden. Jedoch liegen die Fühlelemente hier nicht mehr im direkten Einflußbereich der Wirbelstra-Qe, sondern werden nur indirekt über die von den Wirbeln erzeugten Nebenströmungen beeinflußt. Dadurch können vergleichsweise langsame Fluidströmungen aul Grund der reduzierten Wechselwirkung auf die Nebenströmungen teilweise überhaupt nicht mehr erfaßt werden. Außerdem treten immer der Wechselströmung überlagerte, hochfrequente Rauschkomponenten und unkontrollierte, niederfrequente Pendelbewegungen der Wirbelstraße auf, die besonders bei rasch strömendem Medium das eigentliche Nutzsignal stark beeinflussen. Die Wechselströmung in der Querbohrung kann somit durch diese Störströmungen relativ stark

iS überlagert werden. Die Aufbereitung solcher verrauschter Nutzsignale ist i.i der Praxis zu aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wirbelfrequenz-Strömungsmesser mit einem oder mehreren durch Einbau in eine Querbohrung mechanisch geschützten und von turbulenten Strömungen im Einlauf unabhängigen Fühler zu schaffen, der sowohl bei kleinen als auch bei großen Durchflüssen eine hohe Meßempfindlichkeit besitzt und hierbei die Rauschkomponenten unterdrückt, so daß bei allen Strömungsverhältnissen eindeutige Meßsignale abgegeben werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß der die Wirbel erzeugende Profilkörper auf seiner der Strömung zugewandten Frontseite mit mindestens einer in die Querbohrung einmündenden Längsbohrung versehen ist, über die ein kleiner, direkt aus der Hauptströmung abgezweigter Fluidstrom ständig in die Querbohrung eingeführt wird.

Durch diesen ständig der Querbohrung zufließenden

kleinen Teilstrom aus der Hauptströmung wird der von den abgehenden Wirbeln in der Querbohrung verursachte Wechselstrom servoarlig verstärkt. Der ständig zuströmende Teilstrom wird nämlich in der Querbohrung in Richtung der jeweiligen Wechselströmung zur einen oder anderen Seite umgelenkt und bildet damit zusammen mit der bereits vorhandenen gleichgerichteten Querströmung einen Gesamtwechselstrom, der bis zu einem Vielfachen der ursprünglichen Wechselströmung verstärkt ist. Der ursprüngliche Wechselstrom in der Qiierbohrung dient damit im wesentlichen nur als Steuerstrom zur wechselweisen Umlenkung des ständig zuströmenden Teilstroms aus der Hauptströmung. Dadurch läßt sich auch noch bei sehr kleinen Durchflußgeschwindigkeiten ein starker Wechselstrom in der Querbohrung und damit ein sicheres Fühlersignal erzielen.

Während die durch die Rückwirkung der abgehenden Wirbel erzeugte ursprüngliche Wechselströmung in der Querbohrung neben den hochfrequenten Rauschkomponenten auch noch mit besonders störenden, unkontrollierten niederfrequenten Pendelbewegungen überlagert ist, wird durch den Zufluß des relativ ruhigen und für die Wirkung auf den Fühler entscheidenden Teilstroms aus der Hauptströmung die ausgenutzte, verstärkte Wechselströmung jetzt weitgehend frei von diesen rückwirkenden Störanteilen.

Eine WeiterentwicMing der Erfindung wird darin gesehen, daß der die Wirbel erzeugende Profilkörper hinter den an den gegenüberliegenden Seiten vorgesehenen öffnungen beiderseits je einen sich über die ganze Länge erstreckenden, eine schürfe AbiuQkante bildenden Rücksprung aufweist.

Durch diese besondere Anordnung der beiden Rücksprünge wird erreicht, daß sich die Wirkung der an den

Rücksprüngen ablösenden Hauptwirbel durch die unmittelbare Nähe der Querbohrungsöffnungen nur wenig vermindert nach rückwärts in die Querlohrung hinein an den Fühler überträgt. Es tritt durch den Hauptwirbel in der Querbohrung ein wirksamer .Saugeffekt auf. der durch den hinter dem Rücksprung von dem Wirbel verursachten Unterdruck hervorgerufen wird. Dieser Saugeffekt wird durch den sich an der geg.nüberliegenden Seite gleichzeitig aufbauenden Überdruck ergänzt, der ebenfalls in die Qiierbohrung hinein- ic wirkt und die sich mit der Frequenz der abgehenden Wirbel in der Querbohrung bildende Wechselströmung verstärkt.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Öffnungen der Querbohrung des Profilkörpers über je einen bis zu den Rücksprüngen reichenden, in Strömungsrichtung verlaufenden, nutförmigen Strömungskanal mit dem hinter den Rücksprüngen liegenden Wirbelraum direkt verbunden. Durch diese offenen Kanäle kann sich die von den Wirbeln verursachte Saug-Druckwirkung unvermindert auf die Wechselströmung in der Querbohrung auswirken, da der Zu- und Abfluß in den Kanälen nicht mehr wesentlich von der den Profilkörper umgebenden Hauptströmung gestört wird. Dadurch wird die Wechselströmung bereits -or der Zuführung des Teilstroms aus der Hauptströmung servoartig verstärkt, so daß in Kombination mit der anschließenden Mehrfachverstärkung durch den ständigen Teilstrom der Hauptsirömung ganz besonders intensive und eindeutige, rauschaime Nutzsignale abgegriffen werden können.

Weiterhin wird vorgeschlagen, den sich an den Rücksprüngen anschließenden schmaleren Teil des Profilkörpers als die abgehenden Wirbel im Bereich des Profükörpers voneinander trennende Stabilisierungsrippe auszubilden. Diese Stabilisicrungsrippe schafft eine Trennwand zwischen den beiden sich wechselweise ablösenden Wirbeln, die verhindert, daß sich an den Rücksprüngen eine Querströmung ausbildet. Eine solche Querströmung würde ohne diese Stabilisierungsrippe eine zusätzliche und unregelmäßige Pendelwirkung auf die Wechselströmung in der Querbohrung und damit auf das Nutzsignal auslösen. Damit wird bereits am Entstehungsort der Wirbel die unkontrollierte Pendelung reduziert, so daß sie sich in der Querbohrung nicht mehr so stark bemerkbar macht.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch eine Rohrleitung mit einem eingebauten, mit Fühlern versehenen und die Wirbel erzeugenden Profilkörper zeigt.

Der dargestellte Strömungsmesser besteht aus einem senkrecht zur Strömungsrichtung in die Rohrleitung 1 eingesetzten Profilkörper 2, der sich üDer den ganzen Durchmesser der Rohrleitung erstreckt und die Karmansche Wirbelstraüe erzeugt. Df^jr 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 Querbohrung 7 miteinander in Verbindung stehen. Im !nnern dieser Querbohrung 7 sind die beiden Fühiciemente 8 am Profilkörper 2 angebracht.

Auf seiner Frontseite 9 trägt der Profilkörper 2 eine in die Querbohrung 7 einmündende Längsbohrung 10. über die ständig ein kleiner Teilstrom 51 direkt aus der Hauptströmung 12 abgezweigt und in die Querbohrung 7 eingeführt wird. Der Profilkörper 2 besitzt außerdem in Aöströmrichtung hinter den Öffnungen 5 und 6 Rücksprünge 13 und 14, die außen die Abreißkanten 15 und 16 für die Karmanschen Wirbel 17 und 18 bilden. Die Querbohrung 7 ist durch je einen nach außen offenen Kanal 19 bzw. 20 mit dem Wirbelgebiet hinter den Rücksprüngen 13 und 14 verbunden. Der durch die Rücksprünge gebildete schmalere Ansatz 21 des Profilkörpers 2 dient als sich über den Durchmesser der Rohrleitung 1 erstreckender Stabilisierungssteg für die Wirbelstraße.

Da sich hirter dem Rücksprung 13 durch den Wirbel 17 und die damit verbundene Strömungseinschnürung 2? gegenüber der Rohrwandung cm Unterdruckgebiet aufbaut, wird ein Saugeffekt erzielt und dadurch das Fluidurn in der Querbohrung 7 entsprechend zur Öffnung 5 hin b;wegt. Gleichzeitig entsteht auf der gegenüberliegenden Seite hinter dem Rücksprung 14 ein Überdruckgebiet, da der Wirbel 18 bereits abgewandert ist und sich dadurch die Strömung wieder nach innen ausweiten kann, wie durch den Pfeil 23 dargestellt ist. Dadurch wird eine durch den Pfeil 24 gekennzeichnete Querströmung in der Bohrung 7 von der Öffnung 6 zur Öffnung 5 hin erreicht, die von den beiden Fühlelementen 8 erfaßt wird.

Der aus der Hauptströmung 12 abgezweigte und durch die Längsbohrung 10 ständig der Querbohrung 7 zufließende Teilstrom 11 wird im dargestellten Strömungszustand von der von den abgelösten Wirbeln 17 und 18 erzeugten Querströmung 24 in der Querbohrung 7 nach oben umgelenkt und bildet zusammen mit der ursprünglichen Querströmung 24 einen Gesamtquerstrom 25, der ein wesentlich stärkeres Signal an den Fühler 8 abgibt. Beim nächsten sich unten ablösenden Wirbel in Verbindung mit dem oben abschwimmenden Wirbel 17 dreht sich die Querströmung 24 um, und der zufließende Teilstrom 11 aus der Hauptströmung 12 wird dadurch nach unten umgelenkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Strömungsmesser, bei dem ein wirbelerzcugcnder 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 Öffnungen versehen ist, die über eine Bohrung im Innern des Körpers miteinander verbunden sind, so daß in dieser Querbohrung eine dem abwechselnden Wirbelabreißen entsprechende Fluid-Wechselströmung entsteht, deren Frequenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidurr.s ist, wobei diese Frequenz durch ein oder mehrere Fühlelemente gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wirbel (17, 18) erzeugende Profilkörper (2) auf seiner der Strömung zugewandten Frontseite (9) mit mindestens einer in die Querbohrung (7) einmündenden Längsbohrung (10) versehen ist, über die ein kleiner, direkt aus der Hauptströmung (12) abgezweigter Fluidstrom (11) ständig in die Querbohrung eingeführt wird.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wirbel (17. 18) erzeugende Profilkörper (2) in Abströmrichtung hinter den an den gegenüberliegenden Seiten (3, 4) vorgesehenen Öffnungen (5, 6) beiderseits je einen sich über die ganze Länge erstreckenden, eine scharfe Abreißkante (15, 16) bildenden Rücksprung (13, 14) aufweist.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide öffnungen (5, 6) der Querbohriing (7) des Profilkörpers (2) über je einen bis zu den Rücksprüngen (13, 14) reichenden, in Strömungsrichtung verlaufenden, nutförmigen Strömungskanal (19, 20) mit dem hinter den Rücksprüngen liegenden Wirbelraum (17, 18) direkt verbunden sind.

4. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Rücksprüngen (13, 14) anschließenden schmalere Teil (21) des Profilkörpers (2) als die abgehenden Wirbel (17, 18) im Bereich des Profilkörpers voneinander trennende Stabilisierungsrippe ausgebildet ist.