DE2512644A1

DE2512644A1 - Vorrichtung zur messung des durchflusses und/oder viskositaet von fluiden

Info

Publication number: DE2512644A1
Application number: DE19752512644
Authority: DE
Inventors: William F Hayes; John W Tanney; Helen G Tucker
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-11-06
Also published as: CA992348A; FR2274910A1; DE2512644C3; GB1459983A; DE2512644B2; JPS512453A; FR2274910B1; NL7503314A; JPS5654564B2; US3952577A

Description

DR. MOLLER-BORi DiPL.-lNG. GROP^Iwü ο·ρι. -chem. DR. DEUFEL

DIPL.-CHEM. DR. oCHÖN D! PL.-.">HYS. HFRTEL PATENTANWÄLTE

München, den ^ 1. MRZ. 7975

Hl/We-th - C 2397

CANADIAN PATENTS JlND DEVELOPMENT LIMITES Ottawa, Ontario, Kanada

Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität von Fluiden

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität von Fluiden.

In der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Viskosität eines Fluides als absolute Viskosität eines Newton¹sehen Fluides anzusehen ist oder als die Schubspannung/Schubrate-Charakteristik eines nicht-Newton¹sehen Fluides.

Weiterhin sind in der vorliegenden Beschreibung Newton'sehe Fluide definiert als solche Fluide, welche eine direkte Proportionalität zwischen der Schubspannung und der Schubrate in einer laminaren Strömung bei einer festen Temperatur und einem festen Druck auf v/eisen, während nicht-Newton¹sehe Fluide definiert sind als solche Fluide, welche eine nicht-lineare SchubSpannungsabhängigkeit von det Schubrate aufweisen und/ oder eine endliche Schubspannung bei einer Schubrate Null (d.h.. ein Fluid, welches eine Fließspannung zeigt), und zwar in einer laminaren Strömung bei einer festen Temperatur und einem festen Druck.

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Weiterhin kann gemäß der nachfolgenden Beschreibung ein Fluid aus einem Gas, aus einer Flüssigkeit, aus einer Kombination eines Gases mit einer Flüssigkeit, aus einem Gas mit darin suspendierten Feststoffen, aus einer Flüssigkeit mit suspendierten Feststoffen oder aus einer Kombination aus einem Gas, einer Flüssigkeit und suspendierten Feststoffen bestehen.

Die Messung des Durchflusses und der Viskosität eines Fluides sind seit langem bestehende Probleme, deren Lösung mit vielfälligen Mitteln in Angriff genommen wurde, von denen jeweils bestimmte Vorteile und Nachteile in bezug auf verschiedene Anwendungsfälle aufweist.

Die zur Messung des Durchflusses eines Fluids angewandten Prinzipien lassen sich in fünf allgemeine Gruppen unterteilen:

Wärmeübergangsrate zu oder von Fluiden, wie es beispielsweise bei Hitzdrahtanemometern oder ähnlichen Einrichtungen angewandt wird.

Transportzeit von äußeren Stoffen, welche in dem Fluid suspendiert sind oder von dem Fluid mitgeführt werden, wobei beispiels weise die Zeitverschiebung in Ionenwolken, festen Körpern Blasen usw. ausgenutzt wird, wobei unter Umständen auch die Transportzeit der Störungen in dem Fluid selbst ausgewertet wird, beispielsweise durch die Zeitverschiebungskorrelation von eingeprägten oder induzierten Fluidturbulenzrauschspektren.

Fluidmomentenermittlung wie mit Pitot-Eohren oder Venturi-Meßinstrumenten, Fluidmomentenausnutzung wie bei Becheranemometern bzw. Flügelradanemometern oder Turbinenmeßeinrichtungen und Fluidmomentenwechselwirkung wie bei Fluidstrahl-Geschwindigkeitsfühlern.

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i'luidstörungsermittlung wie bei Wirbelablösungs-Strömungsmeßeinrichtungen und Wirbelerzeugungs-Drallmeßeinrichtungen.

Durch die Viskosität des Fluides induzierte Erscheinungen, beispielsweise durch Laminarströmungsdruckabfallmeßeinrichtungen.

Es sind viele Typen von Einrichtungen zur Messung der Viskosität von ITuiden auf dem Harkt (siehe: Viskosität und Strömungsmessung", ein Laborhandbuch der Rheologie, Van Wazer, Lyons, Kim, Colwell, Interscience, New York (1963), die meisten Geräte geben jedoch nur eine qualitative Anzeige der Viskosität in der Weise, daß die Fluidschubspannung und die Schubrate nicht gleichzeitig an einem vorgegebenen Punkt in der Vorrichtung gemessen werden können. Viele solcher Einrichtungen liefern Anzeigewerte, welche komplexe Funktionen der Fluideigenschaften sind, und zwar zusätzlich zu der Viskosität, und derartige Ergebnisse sind mit Vorsicht anzuwenden.

Bekannte Typen von Einrichtungen, die gegenwärtig für Präzisionsmessungen der Fluidviskosität verwendet werden, lassen sich in drei allgemeine Gruppen unterteilen:

kapillarröhren-Viskosimeter, bei welchen die Fluidviskosität direkt mit dem Reibungsdruckabfall und der laminaren Strömungsrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit durch eine lange glatte Röhre in Beziehung gesetzt wird,

Rotationsviskosimeter, bei welchen das Fluid innerhalb eines Ringraumes zwischen zwei konzentrischen Zylindern einer Schubeinwirkung ausgesetzt wird, wobei eine der Zylinder rotiert, so daß die I'luidviskosität direkt zu dem Reaktionsdrehmoment und der Geschwindigkeit der Zylinder in Beziehung gesetzt ist,

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Kugelfallviskosimeter, "bei weichen die Fluidviskosität direkt zu der Geschwindigkeit einer durch das Fluid frei fallenden Kugel in Beziehung gesetzt wird, und zwar als Funktion von dem Reibungswiderstand der Kugel.

Diese bekannten Typen von Meßeinrichtungen bleiden unter dem Nachteil, daß sie in ihrer Grundkonfiguration nicht zur Messung mit einem weiten Bereich von Durchflüssen geeignet sind und daß sie gemäß ihrer Grundkonfiguration auch nicht zur kontinuierlichen Messung der Viskosität eines strömenden Fluids geeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, welche dazu in der Lage ist, einen weiten Bereich von Durchflüssen und/oder Viskositäten in einer außerordentlich großen Vielfalt von Fluiden zu erfassen, und zwar in der Weise, daß die Ausgangsdruckdifferenz der Vorrichtung kontinuierlich zu den Fluideigenschaften in Beziehung gesetzt werden kann, und zwar in eindeutiger und klar herleitbarer Weise, im Gegensatz zu den Nachteilen der bekannten Vorrichtungen zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß a) ein Gehäuse vorgesehen ist, welches einen Fluiddurchgang aufweist, welches weiterhin einen Fluideinlaßraum hat, der zur Verbindung mit einer Druckfluidquelle dient, und einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für das Fluid zu der gesamten Fläche einer Einlaßseite des Fluiddurchganges bildet, und zwar senkrecht zu der Richtung der Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang, und welches einen Fluidauslaßraum aufweist, welcher zum Entweichen des Fluides aus dem Gehäuse dient und einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für die Strömung des Fluids von im wesentlichen der gesamten Fläche einer

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Auslaßseite des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in den Fluiddurchgang bildet,

b) daß eine Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung in dem Gehäuse

angeordnet ist, um ,eine Fluiddruckdifferenz zwischen auf

angeordneten lleBsr eilen

Abstand voneinander/in dem Fluiddurchgang in der Richtung für die Strömung des darin strömenden Fluids zu ermitteln,

c) daß weiterhin eine Fluiddurckanzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung verbunden ist, von welcher die Fluiddruckdifferenz in dem Fluiddurchgang abgeleitet werden kann,

d) daß das Verhältnis von der mittleren Breite zu der mittleren Höhe der Fluiddurchgangsfläche senkrecht zu der Richtung des darin strömenden Fluids mindestens 10 : 1 beträgt, und zwar wenigstens für denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges, welcher sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet,

e) daß die Fläche des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluids im Fluiddurchgang und für wenigstens denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges, welche sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet, kontinuierlich in Strömungsrichtung des Fluids derart vermindert, daß für das in dem Durchgang strömende Fluid eine laminare Strömung aufrechterhalten wird, wenn als Standardfluid im wesentlichen reines Wasser von etwa 21,2 ⁰C (70 ⁰F) verwendet wird,

i) daß die statische Druckdifferenz Δρ, welche durch die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, von dem Massendurchfluß G von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang die folgende Beziehung erfüllt:

ΔΡ = K₁ (G)² + E₂ (G), und

ii) daß die Gesamtdruckdifferenz ΔΡ, welche durch die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, eine lineare Abhängigkeit von dem Massendurchfluß G von im wesentlichen reinem Wasser in dem Fluiddurchgang aufweist,

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daß die Druckdifferenz für entweder den statischen Druck oder den Gesamtdruck (Δρ, ΔP) über einen Durchflußbereich bestimmt wird, und zwar für das im wesentlichen reine Wasser, für welchen die Differenz zwischen den maximalen Reynolds-Zahlen in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in einem Bereich zwischen 0 und 8000 liegt, wobei die Reynolds-Zahl R durch folgende Beziehung festgelegt ist:

- E_e . ψ , wobei

h = die mittlere Höhe des Fluiddurchganges an der Stelle zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist,

ρ » die Eluiddichte des im wesentlichen reinen Wassers,

U = die mittlere Geschwindigkeit des im wesentlichen reinen Wassers an der Stelle zwischen den zwei auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist, und

u = die absolute Viskosität des im wesentliches reinen Wassers,

wobei im Falle der Ermittlungseinrichtung für die statische Druckdifferenz das Verhältnis K₁ZK₂ kleiner ist als 0,01, wobei K₁ und K₂ Konstanten für eine vorgegebene I'luiddurchgangsgeometrie sind, welche durch folgende Beziehungen festgelegt sind: . ν 2

^₂
ΔΡ. - K₀ (G.) Δρ_ο - K₅ (G_Q)

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wobei

= die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

= der Fluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den iTuiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

= die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

Gp = der Fluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

f) wobei die zu messende Fluidcharakteristik mit der Druckdifferenz in Beziehung steht, welche durch die Anzeigeeinrichtung für die Fluiddruckdifferenz angegeben wird, und welche daraus in entsprechender Weise für verschiedene Fluide herleitbar ist.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, welche sich dadurch auszeichnet, daß

a) ein Gehäuse vorgesehen ist, welches eine Vielzahl von im wesentlichen identischen Fluiddurchgängen aufweist, daß ein Fluideinlaßraum vorhanden ist, zur Verbindung mit einer Druckfluidquelle, wobei der Fluideinlaßraum einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für ein Fluid zu der

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gesamten Fläche der Einlaßseite jedes Fluiddurchganges bildet, und zwar senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang, daß weiterhin ein Fluidauslaßraum für das Entweichen des Fluides aus dem Gehäuse vorhanden ist, welcher einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für jeden Fluiddurchgang bildet,

b) daß eine Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung in dem Gehäuse

angeordnet ist, um_ eine Eluiddruckdifferenz zwischen auf

angeordneten HeEsteIIen

c) daß weiterhin eine Fluiddruckanzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung verbunden ist, von welcher die Fluiddruckdifferenz in dem Fluiddurchgang abgeleitet werden kann,

e) daß die Fläche des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluids im Fluiddurchgang und für wenigstens denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges,

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welche sich, zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet, kontinuierlich in Strömungsrichtung des Fluids derart vermindert, daß für das in dem Durchgang strömende Fluid eine laminare Strömung aufrechterhalten wird, wenn als Standardfluid im wesentlichen reines Wasser von etwa 21,2 ⁰C (70 ⁰F) verwendet wird, i) daß die statische Druckdifferenz Δρ, welche durch die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, von dem Massendurchfluß G von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang die folgende Beziehung erfüllt:

Δρ . K₁ (G)² + K₂ (G), und

daß die Druckdifferenz für entweder den statischen Druck oder den Gesamtdruck (Δρ, ΔΡ) über einen Durchflußbereich bestimmt wird, und zwar für das im wesentlichen reine Wasser, für welchen die Differenz zwischen den maximalen Eeynolds-Zahlen in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in einem Bereich zwischen O und 8000 liegt, wobei die Eeynolds-Zahl Ε_Λ durch folgende Beziehung festgelegt ist:

h ■ die mittlere Höhe des Fluiddurchganges an der Stelle zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist,

P ■ die Fluiddichte des im wesentlichen reinen Wassers, U » die mittlere Geschwindigkeit des im wesentlichen reinen Wassers an der Stelle zwischen den zwei auf

Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für 509845/0703

welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist, und /U = die absolute Viskosität des im wesentlichen reinen Wassers,

wobei im Falle der Ermittlungseinrichtung für die statische Druckdifferenz das Verhältnis K₁ZK₂ kleiner ist als 0,01, wobei K₁ und K₂ Konstanten für eine vorgegebene Ifluiddurchgangsgeometrie sind, welche durch folgende Beziehungen festgelegt sind: ₂

J und

₂ (G₁

s

- K₂ (G₁) ΔΡ₂ -

¹ ()² ()²

(G₁)² ,.(G₂)

die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddirrchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

der Fluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Pluiddurchgang, wenn die maximale Eeynolds-Zahl in dem Eluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 5500 beträgt,

der Pluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem ITluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 5500 beträgt,

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet, daß

(i) eine laminare Strömung in dem E'luiddurchgang zwischen den Detektoren über einen großen Fluidgeschwindigkeitsbereich aufrechterhalten wird, und zwar durch eine Verminderung der Durchgangsquerschnittsfläche in Strömungsrichtung, und zwar senkrecht zu der Strömungsrichtung,

(ii) eine Druckdifferenz zwischen den zwei Detektorstellen erzeugt wird, und zwar mittels einer durch die Wandgrenzschicht induzierten Viskositätsschubenergieverteilung in dem Fluiddurchgang.

In der vorliegenden Beschreibung ist eine laminare Strömung von einer turbulenten Strömung unterschieden, und zwar in der Weise, daß in der laminaren Strömung keine nennenswerten zufallsbedingten oder unregelmäßigen Strömungsgeschwindigkeitskomponenten auftreten.

Weiterhin wird in der vorliegenden Beschreibung eine Druckermittlungseinrichtung in Verbindung mit einer auf Abstand angeordneten Stelle erwähnt, und zwar in der Bedeutung, daß ein Druckdetektor in der Vorrichtung derart angeordnet ist, daß Druckveränderungen, welche von dem Detektor ermittelt werden, im wesentlichen mit Druckveränderungen an der auf Abstand angeordneten Stelle identisch sind, und zwar für eine bestimmte Betriebsart der Vorrichtung.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung , in welcher die Fluidschubspannung über der Fluidschubrate für verschiedene Fluide aufgetragen ist,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. J, welcher eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids darstellt,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 2,

Fig. 4 eine grafische Darstellung des statischen Ausgangsdifferenzdruckes der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung, aufgetragen über dem Wasserdurchfluß durch die Vorrichtung,

Fig. 5 eine grafische Darstellung der ausgangsgesamtdruckdifferenz der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung, aufgetragen über dem Wasserdurchfluß, durch die Vorrichtung,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 2 und 3, welche jedoch zwei Fluiddurchgänge aufweist,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Teil der in der Fig. 6 dargestellten Vorrichtung, wobei eine Gesamtdruckmeßsonde dargestellt ist,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in der Fig. 7, und zwar durch die Gesamtdruckmeßsonde,

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Fig. 9 einen Schnitt durch, eine ähnliche Vorrichtung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, jedoch, mit Abgriffen für den statischen Druck,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 2 und 3, jedoch, mit einer Vielzahl von Sonden für den Gesamtdruck,

Fig. 11 eine schematisehe Darstellung einer Signalanpaßeinrichtung zur Verwendung in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß Fig. 10,

Fig. 12 einen Grundriß einer scheibenförmigen Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids,

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in der Fig. 12,

Fig. 14 einen Riß entlang der Linie XIV-XIV in der Fig. 15, wobei eine ähnliche Vorrichtung dargestellt ist wie in den Fig. 12 und 13, jedoch mit mehr als einem Fluiddurchgang,

Fig. 15 einen Schnitt entlang XV-XV in der Fig. 14,

Fig. 16 einen Schnitt entlang XVI-XVI in der Fig. 17, wobei eine ähnliche Vorrichtung dargestellt ist wie in den Fig. 14 und 15, jedoch mit einer Vielzahl von radialen Abstandstücken innerhalb der Fluiddurchgänge,

Fig. 17 einen Schnitt entlang XVII-XVII in der Fig. 16,

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Fig. 18 einen Schnitt durch eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 16 und 17, wobei jedoch ein Fluideinlaß .koaxial zu einem Fluidauslaß vorhanden ist,

Fig. 19 einen Grundriß einer Scheibe bzw. eines Ringes zur Verwendung bei einer scheibenförmigen Vorrichtung, wie sie in der Fig. 13 dargestellt ist und zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids dient,

Fig. 20 einen Schnitt entlang XX-XX in der Fig. 19, wobei ein Teil einer scheibenförmigen Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids dargestellt ist und wobei eine Mehrzahl von Scheiben bzw. Ringen verwendet sind, die ähnlich ausgebildet sind wie die in der Fig. 19 dargestellte Einrichtung,

Fig. 21 einen Schnitt durch einen Teil der scheibenförmigen Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität, wobei ein radialer Ring bzw. eine radiale Scheibe dargestellt ist,

Fig. 22 einen Schnitt durch eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 12 und 13, wobei jedoch ein Fluiddurchgang vorhanden ist, der sich in seiner Dicke verjüngt,

Fig. 23 einen Schnitt durch eine scheibenförmige Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids mit einer flexiblen Wand zur Abtastung der radialen statischen Druckverteilung und

Fig. 24- einen Schnitt durch eine ähnliche Vorrichtung wie in der Fig. 23, bei welcher jedoch durch eine Membranverschiebung seinrichtung die Fluiddurchgangsgeometrie eingestellt wird.

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In der Fig. 1 sind die Kennlinien für verschiedene Fluide dargestellt, deren Durchflüsse und/oder Viskositäten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden können. In der Fig. 1 ist die Fluidschubspannung auf der vertikalen Achse aufgetragen, und die Fluidschubrate auf der horizontalen Achse aufgetragen. Die Kurven 1 bis 4 zeigen die Kennlinien von vier allgemein angegebenen Typen von nicht-Newton¹sehen Fluiden. Die Kurve 1 stellt ein Ausdehnungsfluid dar, die Kurve 2 zeigt ein pseudoplastisches Fluid dar, die Kurve 3 stellt ein Fluid dar, welches als Bingham-Flastikfluid zu bezeichnen ist, und die Kurve 4 stellt ein Fluid dar, welches eine begrenzte Fließspannung aufweist und eine nicht-lineare Schubspannung-Schubrate-Kurve aufweist. Zum Vergleich ist ein Beispiel einer Kennlinie der entsprechenden Schubspannung über der Schubrate für ein Newton¹sches Fluid in der Kurve 5 dargestellt.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluides dient. Diese Vorrichtung weist folgende Teile auf:

a) ein Gehäuse, welches in seiner Gesamtheit mit 6 bezeichnet ist, welches einen Fluiddurchgang 8 aufweist, welches einen Fluideinlaßraum 10 zur Verbindung mit einer Quelle 40 für Druckfluid hat und einen im wesentlichen unbehinderten Strömungsweg für Fluid zu der gesamten Fläche eines Einlaßendes 12 des Fluiddurchganges 8 bildet, und zwar senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang 8, wobei weiterhin ein Fluidauslaßraum 14 vorhanden ist, der einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für das Fluid von dem gesamten Bereich eines Auslaßendes 16 des Fluiddurchganges 8 senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang 8 bildet.

b) Eine Fluiddruckabtasteinrichtung, in der Form von zwei Fluiddruckdetektoren 18 und 20, und zwar in dem Gehäuse 6 für die

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Ermittlung eines Fluiddruckunterschiedes zwischen auf Abstand voneinander angeordneten Punkten in dem Fluiddurchgang 8 in der Richtung für eine darin vorhandene Fluidströmung (in den Fig. 2 und 3 durch Pfeile angegeben) und c) eine Fluiddruckanzeigeeinrichtung, in der Form von Fluiddruckmeßinstrumenten 22 und 24, welche mit den Detektoren 18 und 20 verbunden sind, von welchen der FIuiddruckunterschied zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Positionen in dem Fluiddurchgang 8 ermittelt werden kann.

In der Praxis hat sich bei der Vorrichtung gezeigt, daß sie eine brauchbare Ausgangsdifferenzdruckabhängigkeit von den spezifischen Eigenschaften des Fluides erkennen läßt, welches in dem Fluiddurchgang 8 strömt, wenn der Ausgangsdifferenzdruck durch Gesamtdrucksonden an den Positionen der Detektoren 18 und innerhalb des Fluiddurchganges 8 gemessen wird, und zwar unter der Voraussetzung:

1) daß das Verhältnis zwischen der mittleren Breite χ (Fig. 3) zu der mittleren Höhe y (Fig. 2) der Fläche des Fluiddurchganges 8 senkrecht zu der Eichtung des darin strömenden Fluids für wenigstens denjenigen Teil des Fluiddurchganges 8 mindestens 10 : 1 beträgt, welcher sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Positionen der Fluiddruckdetektoren 18 und 20 befindet, wodurch die Strömung durch den Fluiddurchgang 8 im wesentlichen zweidimensional gehalten wird, und

2) daß die Fläche des Fluiddurchganges 8 senkrecht zu der Richtung der Strömung des Fluids in dem Fluiddurchgang 8, und zwar für mindestens denjenigen Teil des Fluiddurchganges 8, welcher sich zwischen den zwei oben genannten Positionen befindet, in der Größe kontinuierlich derart abnimmt, daß eine laminare Strömung über einen Reynolds-Zahlenbereich aufrechterhalten wird, welcher über demjenigen liegt, der innerhalb eines Parallelströmungs-Fluiddurchganges erreichbar

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ist, was anhand der Ausgangsgesamtdifferenzdruckabhängigkeit von der Strömungsrate von im wesentlichen reinem Wasser festzustellen ist, beispielsweise mit destilliertem Wasser mit einer Temperatur von etwa 21,1 ⁰C (70 ⁰F), wofür in entsprechenden Einheiten die folgende Beziehung gilt:

und zwar über einen Bereich von Durchflüssen, daß die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang 8 zwischen den Detektoren 18 und 20 zwischen 0 und 8000 liegt, wobei die Reynoldszahl und G oben definiert wurden und wobei folgende Beziehungen gelten:

ΔΡ = der Ausgangsgesamtdifferenzdruck, wie er

durch die Differenz im Gesamtdruck zwischen den Stellen festgelegt ist, an welchen die zwei Detektoren 18 und 20 angeordnet sind,

IL₇, = ein Koeffizient, welcher von der Fluiddichte, der Fluidviskosität und der Geometrie des Fluiddurchganges 8 abhängt.

Eine solche Beziehung zwischen dem Ausgangsgesamtdifferenzdruck (ΔΡ) und dem Massendurchfluß (G) ist in der Fig. 5 veranschaulicht, wo die Beziehungsparameter entsprechend bezeichnet sind.

Es hat sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen, die Begrenzungskriterien für die Geometrie des Fluiddurchganges 8 numerisdi nach den Voraussetzungen (1) und (2) zu ermitteln, wenn der Ausgangsdifferenzdruck durch Gesamtdrucksonden innerhalb des Fluiddurchganges 8 an den zwei Stellen gemessen wird, an welchen die Detektoren 18 und 20 angeordnet sind, und zwar nach folgendem Verfahren:

Der Massendurchfluß von Wasser bei etwa 21,1 ⁰C (70 ⁰E¹), der einer maximalen Reynoldszahl von 5500 und 8000 entspricht, und zwar innerhalb des Fluiddurchganges 8 zwischen den Detektoren 18 und 20 gemäß der Festlegung durch die Gesamtdruckmeßstel-len wird bestimmt, indem irgendeine bekannte Meßeinrichtung wie beispielsweise ein Schwebekörperdurchflußmesser für die spezielle Strömungsdurchgangsgeometrie verwendet wird, wobei die absolute Viskosität und die Dichte von im wesentlichen reinem Wasser gelten, beispielsweise für destilliertes Wasser, und zwar bei einer Temperatur von etwa 21,1 ⁰C (70 ⁰I¹), d. h. die Viskositäts beträgt etwa 10 kp.sec/m (0,210 χ 10 lbs. sec/ft.²) und die Dichte beträgt etwa 10^ kg/m^ (62,4 lbs./ft.^).

Die Ausgangsgesamtdifferenzdrücke für Wassermassendurchflüsse, welche für maximale Strömungsdurcligänge Reynoldszahl en von 35ΟΟ und 8000 entsprechen, werden bestimmt, indem irgendeine bekannte Druckmeßeinrichtung verwendet wird.

Der oben definierte Koeffizient Iu wird zahlenmäßig aus der Ausgangsgesamtdruckdifferenzmessung und dem entsprechenden Massendurchfluß gemäß der folgenden Beziehung in den entsprechenden Einheiten ermittelt:

ΔΡ

wobei der Index 1 sich auf den entsprechenden gemessenen Massendurchfluß oder die Gesamtdruckdifferenz an einem Fluiddurchgang 8 bei einer maximalen Reynoldszahl von 8000 bezieht, wie es in der Fig. 5 veranschaulicht ist.

Die Ausgangsgesamtdruckdifferenz, welche bei einem Wassermassendurchfluß gemessen wurde, welcher einer maximalen Reynoldszahl von 3500 durch den Fluiddurchgang 8 entspricht, wird mit der Druckdifferenz verglichen, welche in entsprechenden Einheiten aus folgender Beziehung zu ermitteln ist:

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wobei Gp der gemessene Wassermassendurchfluß "bei einer maximalen Reynoldszahl von 3500 "bei der Strömung durch, den Fluiddurchgang 8 ist und wobei K, der oben definierte Koeffizient ist, welcher nach der oben gegebenen Vorschrift ermittelt wird. Das Kriterium für eine laminare Strömung hinsichtlich der die Geometrie festlegenden Voraussetzung (2), die oben für den Fluiddurchgang 8 angegeben wurde, ist dann erfüllt, wenn die berechneten und gemessenen Gesamtdruckdifferenzen nicht voneinander um mehr als den üblichen Meßfehler voneinander abweichen, welcher bei den verwendeten Strömungsmeßeinrichtungen auftritt.

Sollte die Abweichung zwischen den berechneten und den gemessenen Gesamtdruckdifferenzen den üblichen Meßfehler der verwendeten Einrichtungen überschreiten, wodurch das Kriterium für die laminare Strömung somit nicht erfüllt ist, dann könnte dieses Kriterium durch eine weitere Verminderung der Fluiddurchgangsflache erfüllt werden, und zwar senkrecht zu der Strömungsrichtung in der i'luidströmungsrichtung. Dies kann dadurch herbeigeführt werden, daß in der Richtung der Strömung des Fluiddurchganges die Höhe oder die Breite oder aber auch sowohl die Höhe als auch die Breite des ELuiddurchganges vermindert werden.

Das Gehäuse 6 weist eine Deckplatte 26, eine Bodenplatte 28, obere und untere Abstandsstücke 30 und 32 sowie eine dünne, mit Profil versehene Platte 34- auf, welche sowohl die Höhe als auch die Verminderung in der Querschnittsfläche des Fluiddurchganges 8 festlegt. Die Abstandsstücke 30 und 32 sowie die mit Profil versehene Platte 34- sind starr in bezug auf die und zwischen den Platten 26 und 28 mittels Schrauben 36 befestigt,

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und die Befestigung kann gegebenenfalls auch, mit Hilfe von (nicht dargestellten) Stiften erfolgen.

Der Fluideinlaßraum 10 ist durch ein Rohr 38 mit der Quelle 40 für Druckfluid verbunden.

Die Fluiddruckdetektoren 18 und 20 sind Gesamtdruckdetektoren, und sie sind vorzugsweise im Fluiddurchgang 8 im Bereich, des Fluideinlaßraumes 10 bzw. des Fluidauslaßraumes 14 angeordnet, und sie sind vorzugsweise an Stellen entlang der Symmetrieachse des Fluiddurchganges 8 in der Sichtung der Fluidströmung angebracht.

Die Fluiddruckdetektoren 18 und 20 können jeweils als beliebiger bekannter Gesamtdruckdetektor ausgebildet sein, beispielsweise kann eine Gesamtd cksonde verwendet werden, die an ein Manometer, eine Druckmeßeinrichtung oder einen elektrischen, pneumatischen oder mechanischen Druckübertrager oder eine ähnliche Einrichtung angeschlossen ist.

Im Betrieb strömt !Fluid von der Fluiddruckquelle 40 in den Fluideinlaßraum ein, und zwar entlang dem Fluiddurchgang 8, und tritt aus der Vorrichtung über den Auslaßraum 14 wieder aus. Der Fluideinlaßgesamtdruck für den Fluiddurchgang 8 wird durch den Fluiddruckdetektor 18 ermittelt und auf dem Instrument 22 angezeigt, und der Fluidauslaßgesamtdruck vom Fluiddurchgang 8 wird durch den Fluiddruckdetektor 20 ermittelt und auf dem Instrument 24 angezeigt. Durch Subtraktion des auf dem Instrument 24 angezeigten Fluiddruckes von dem durch das Instrument 22 angezeigten Fluiddruck wird der Ausgangsdifferenzgesamtfluiddruck in dem Fluiddurchgang 8 ermittelt.

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Weiterhin hat sich bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung in der Praxis gezeigt, daß sie eine günstige Ausgangsdifferenzdruckabhängigkeit von den spezifischen Eigenschaften des Fluids erkennen läßt, welches durch den Fluiddurchgang 8 hindurchströmt, wenn der Ausgangsdifferenzdruck durch Detektoren ermittelt wird, welche als Anschlüsse zur Messung des statischen Druckes in der Wand des Fluiddurchganges ausgebildet und angeordnet sind, wie es bei der in der Fig. 9 dargestellten Vorrichtung der Fall ist, wo Abgriffe für den statischen Druck dargestellt sind, die an zwei auf Abstand voneinander angeordneten Stellen 76 und 78 angebracht sind, wodurch eine Durchgangslänge festgelegt ist, und zwar unter folgenden Voraussetzungen:

3) das Verhältnis der mittleren Breite zu der mittleren Höhe des Querschnittes des Fluiddurchganges 8, und zwar senkrecht zu der Stromungsrichtung beträgt mindestens 10 : 1 für wenigstens einen Abschnitt des Fluiddurchganges 8 zwischen den Detektoren 76 und 78, wodurch im wesentlichen eine zweidimensionale Strömung über den Durchgang aufrechterhalten wird;

4) die Verminderung der Querschnittsfläche des Fluiddurchganges

8 in der Stromungsrichtung, und zwar senkrecht zu der Strömungsrichtung über wenigstens den Abschnitt des Fluiddurchganges zwischen den Detektoren 76 und 78 ist derart gewählt, daß eine laminare Strömung über einen Reynoldszahlenbereich hinaus aufrechterhalten wird, welcher innerhalb eines parallen Strömungsdurchganges erreichbar ist, was aus der statischen Ausgangsdifferenzdruckabhängigkeit vom Durchfluß von im wesentlichen reinem Wasser bei 21,1 ⁰C (70 ⁰F) hervorgeht, und zwar gemäß der folgenden Beziehung:

Δρ = K₁ (G)² + K₂ (G)

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und zwar über einen solchen Durchflußbereich, daß die maximale Reynoldszahl innerhalb des Fluiddurchganges 8 zwischen 0 und 8000 liegt, wobei die Reynoldszahl der oben gegebenen Definition entspricht und wobei das Koeffizientenverhältnis (K_xVK₂) kleiner ist als 0,01 und wobei Δρ = dem statischen Ausgangsdifferenzdruck zwischen den oben festgelegten Meßstellen ist, mit

Ky, = ein Koeffizient, welcher von der Fluiddichte, der Fluid viskosität und der Durchgangsgeometrie abhängt,

p Koeffizient, welcher von der Fluiddichte und der Durchgangsgeometrie abhängt.

Eine solche Beziehung zwischen der statischen Ausgangεdruckdifferenz (Δρ) und dem Massendurchfluß (G) ist in der Fig. 4-veranschaulicht, wo die entsprechenden Beziehungsparameter angegeben sind, und es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, daß für ein bekanntes Fluid, welches durch den Fluiddurchgang 8 hindurchströmt, der Durchfluß und/oder die Viskosität dieses Fluids aus der Druckdifferenz zwischen den Detektoren 76 und 78 ermittelt werden können.

Es hat sich in der Praxis als zweckmäßig herausgestellt, die oben angegebenen Begrenzungskriterien für die Fluiddurchgangsgeometrie zahlenmäßig zu ermitteln, wenn der Ausgangsdifferenzdruck durch Abgriffe für den statischen Druck im Fluiddurchgang an den zwei Durchgangslängen gemessen wird, welche die Druckmeßstellen festlegen, indem das folgende Verfahren angewandt wird:

a) Wenn destilliertes Wasser als im wesentlichen reines Wasser verwendet wird, wird der Massendurchfluß des destillierten Wassers bei etwa 21,1 ⁰C ( 70 ⁰F), welcher einer maximalen

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Reynoldszahl von 3500, 700 und 8000 entspricht, und zwar innerhalb der Fluiddurchgangslänge zwischen den Detektormeßstellen, dadurch bestimmt, daß eine an sich bekannte Meßeinrichtung wie ein Schwebekörperdurchflußmesser für die spezielle Fluiddurchgangsgeometrie verwendet wird, wobei die absolute Viskosität und die Dichte von reinem Wasser bei etwa 21,2 ⁰C (70 ⁰F) etwa 10"⁴ kp sec/m² (0,210 χ 10"⁴ lbs. sec/ft.²) bzw. 10⁵ kg/m⁵ (62,4 lbs./ft.⁵) betragen.

b) Die statischen Ausgangsdifferenzdrücke für Wassermassendurchflüsse, welche den maximalen Strömungsdurchgangs-Reynoldszahlen von 3500, 7000 und 8000 entsprechen, werden bestimmt, indem als Druckdetektoren beliebige bekannte Druckmeßeinrichtungen wie Manometer verwendet werden.

c) Die Koeffizienten K₁ und K₂ werden numerisch aus den statischen Ausgangsdifferenzdruckmessungen und den entsprechenden Massendurchflüssen gemäß den folgenden Beziehungen ermittelt:

- (G₁)²
^G2

- K₂ (G₁) APp -

und ^v --"" ' ^i d

¹ (G₁)² " (G₂)²

wobei gemäß den obigen Ausführungen die Indices 2 und 1 sich auf den entsprechenden gemessenen Massendurchfluß oder die statische Druckdifferenz am Fluiddurchgang 8 bei maximalen Reynoldszahlen von 3500 und 8000 beziehen, wie es in der Fig. 4 veranschaulicht ist.

d) Der durch die Detektoren bei einem Wassermassendurchfluß, welcher einer maximalen Reynoldszahl von 7000 innerhalb des Fluiddurchganges 8 entspricht, gemessene statische Ausgangsdifferenzdruck wird mit der Druckdifferenz verglichen, welche aus folgender Beziehung ermittelt wird:

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Ap = K₁ (G₃)² + K₂ (G₅) (3)

wobei G, der gemessene Wassermassendurchfluß im lluiddurchgang 8 bei einer maximalen Eeynoldszahl von 7000 ist und wobei JLy, und K₂ die oben definierten Koeffizienten sind, welche numerisch nach dem oben angegebenen Verfahren ermittelt .werden. Das Kriterium für die laminare Strömung hinsichtlich der Begrenzungsvoraussetzungen (3) und (4) für den Fluiddurchgang 8 wurde oben festgelegt und ist erfüllt, wenn die berechneten und die gemessenen Druckdifferenzen des statischen Druckes voneinander nicht um mehr als den Meßfehler der verwendeten Meßeinrichtungen für den statischen Druck und den Durchfluß voneinander abweichen, wenn das Koeffizientenv rhältnis K^/K₂ kleiner ist als 0,01, wobei K. und K₂ die oben definierten Koeffizienten sind, die nach dem oben ebenfalls angegebenen Verfahren numerisch ermittelt werden können.

Sollte die Abweichung zwischen den berechneten und den gemessenen statischen Druckdifferenzen den aufgrund der verwendeten Meßeinrichtungen zu erwartenden Meßfehler überschreiten oder sollte das Koeffizientenverhältnis Κ,,/Κρ kleiner sein als der spezifizierte Wert, dann könnten die für die IPluiddurchgangsgeometrie gültigen Voraussetzungen durch eine in der Fluidströmungsrichtung fortschreitende weitere Verminderung des Fluiddurchgangesquerschnittes normal zu der Strömungsrichtung erfüllt werden, indem in der Strömungsrichtung' fortschreitend die Fluiddurchgangshöhe oder die Fluiddurchgangsbreite oder sowohl die Fluiddurchgangshöhe als auch die Fluiddurchgangsbreite weiter vermindert werden.

Die Vorrichtung gemäß I¹Xg. 2 und 3 wird nachfolgend als "konvergenter Fluiddurchgangsfühler" bezeichnet, weil bei dieser

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Vorrichtung der vorteilhafte Druckgradient in der Strömungsrichtung ausgenutzt wird, welcher durch die geometrische Konvergenz erzeugt wird, um eine laminare Strömung innerhalb des Fluiddurchganges 8 über einen großen Reynoldszahlenbereich aufrechtzuerhalten. Dies unterscheidet den konvergenten Fluiddurchgangsfühler von solchen Strömungsfühlern, welche auf dem Zähigkeitswiüerstand einer Strömung durch rein parallele Durchgänge beruhen, wie es in der US-Patentschrift 2 212 186 mit dem Titel "Fluidströmungsmeßeinrichtung" von Ricardo et al., vom 20. 8. 194-0, beschrieben ist, oder von Strömungsfühlern, welche auf dem Widerstand einer Strömung durch die Zwischenräume zwischen einer Vielzahl von Kugeln oder anderen Partikeln basieren, wie es im "Franklin Institute", Forschungslaboratorien von Philadelphia, Pennsylvania, Bericht I-A2049-24 beschrieben ist, oder von Fühlern, welche auf dem Zähigkeitswiderstand einer Strömung basieren, welche durch Durchgänge hindurchgeht, die in der Strömungsrichtung divergieren, wie es in der US-Patentschrift 3 040 570 von Sarem mit dem Titel "Durchflußmeßeinrichtung¹¹ vom 26. 6. 1962 und in der US-Patentanmeldung 3 590 643 von Posingies mit dem Titel "Fluidwirbelwinkelbewegungsfühler" vom 6. 7-^971 in den Fig. 1 und 2 beschrieben ist.

Das Arbeitsprinzip des konvergenten Fluiddurchgangsfühlers kann am leichtesten verstanden werden, wenn ein dünner rechteckiger Fluiddurchgang konstanter Höhe betrachtet wird, in welchem die Durchgangsbreite linear mit der Durchgangslänge mit einer Rate abnimmt, welche die oben definierten Geometriebegrenzungsvoraussetzungen 1) bis 4) einschließlich erfüllt.

Die Druckfluidquelle wird mit dem breiteren Ende des Fluiddurchganges derart verbunden, daß eine Strömung durch den Fluiddurchgang in der Richtung der abnehmenden Fluiddurchgangsquerschnittsflache induziert wird. Eine Fluidströmung durch einen solchen konvergenten Fluiddurchgang erfährt einen Energieverlust,

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was durch, einen Gradienten im Gesamtdruck in der Strömungsrichtung zum Ausdruck kommt, wobei dieser Energieverlust das Ergebnis der viskosen Schubwirkung zwischen dem Fluid und den Fluiddurchgangswänden ist.

In dem besonderen Fall eines Newton¹sehen Fluids führt die Verteilung der viskosen Energieverluste zu einem Abfall des Gesamtdruckes entlang der Fluiddurchgangslänge, welcher von der Geometrie des Fluiddurchganges 8 und der Dichte, der Viskosität und dem Durchfluß des Fluids gemäß der folgenden Beziehung abhängt:

wobei K ein Koeffizient ist, der nur von der Geometrie des Fluiddurchganges 8 abhang
Definitionen entsprechen.

Fluiddurchganges 8 abhängt, und wobei λι, G und Δρ den obigen

Wenn kein nennenswerter statischer Druckgradient i^i der Strömung srichtung vorhanden ist, ist diese Beziehung auf Reynoldszahlen von weniger als etwa 7000 für eine zweidimensionale Strömung begrenzt, wobei die Reynoldszahl der obigen Definition entspricht.

Wenn der Gradient des statischen Druckes (d. h. Gesamtdruck minus dynamischen Druck) in der Strömungsrichtung in nennenswertem Umfang abnimmt, wobei in dem konvergenten Fluiddurchgang ein Beschleunigungsströmungsfeld vorhanden ist, ist die Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung nicht auf Eeynoldszahlen von weniger als etwa 7000 begrenzt, wie es bei der zweidimensionalen parallelen Strömung der Fall ist, sondern kann auf erheblich höhere ßeynoldszahlen ausgedehnt werden, deren Größe von dem Gradienten des statischen Druckes in der

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Strömungsrichtung zusätzlich zu den Eigenschaften der Störungen innerhalb der Strömung abhängt. (Das heißt Störungswellenlänge, -intensität, usw.).

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein nennenswerter Fluiddurchgangsquerschnittsflächen-Verminderungsgradient in "bezug auf die Fluiddurchgangslänge in der Strömungsrichtung insofern vorteilhaft, daß eine solche Querschnittsverminderung zu einem Bereich einer linearen Abhängigkeit der Ausgangsgesamtdruckdifferenz von dem Massendurchfluß führt, der beträchtlich größer ist, und die Ausgangsgesamtdruckdifferenzempfindlichkeit in bezug auf die Fluidviskositätsveränderung ist erheblich größer als diejenige, welche in einer parallelen Strömung oder in Strömungseinrichtungen vorhanden ist, die von einem Partikelbett abhängen, sofern äquivalente Fluiddurchgangshöhen und -längen vorliegen. In umgekehrter Weise ist eine solche Querschnittsverminderung unter praktischen Gesichtspunkten vorteilhaft, soweit die Fluiddurchgangstoleranz im Hinblick auf eine Verunreinigung des !fluids durch feste Partikeln betroffen ist, weil nämlich eine größere Fluiddurchgangshöhe verwendet werden kann als bei einer Einrichtung, welche mit einer parallen Strömung arbeitet oder von einem Partikelbett abhängig ist, wobei äquivalente Längen und Ausgangsdruckdifferenzempfindlichkeiten vorausgesetzt sind.

Der Energieverlust über die Länge des Fluiddurchganges kann direkt im Form der Gesamtdruckdifferenz gemessen werden, wobei Gesamtdruck-Pitot-Rohre oder -Sonden geeigneter Konfiguration verwendet werden können, welche an geeigneter Stelle in dem Fluiddurchgang angeordnet werden, der durch die Vorrichtung festgelegt ist.

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Aus der obigen Gesamtdruckbeziehung geht hervor, daß die ermittelte Gesamtdruckdifferenz direkt proportional ist zu dem Massendurchfluß, und zwar für eine feste Fluidviskosität und eine Standarddichte oder proportional zu dem volumetrischen Durchfluß für eine feste Fluidviskosität. Der Ausdruck "Standarddichte·¹ "bedeutet hier ein spezifisches Gewicht des Fluids, welches auf eine feste Fluidtemperatur und einen festen Fluiddruck bezogen ist. Weiterhin ist ersichtlich, daß die ermittelte Gesamtdruckdifferenz direkt proportional zu der absoluten Viskosität des Fluids für einen vorgegebenen volumetrischen Durchfluß ist, vorausgesetzt, daß das Fluid tatsächlich ein Newton¹sches Fluid ist und daß ein Gesamtdruck-Pitotrohr oder eine -sonde an einer solchen Stelle im Fluiddurchgang angeordnet ist, daß die ermittelte Druckdifferenz als Funktion von Veränderungen in der Fluidviskosität meßbar ist,

In der Praxis kann es zweckmäßig sein, den Energieverlust entlang der Längsausdehnung des Fluiddurchganges in Form des statischen Druckes anstatt des Gesamtdruckes auszudrücken, wobei statische Drucksonden oder bündig in die Fluiddurchgangswand eingesetzte Druckübertrager verwendet werden.

Die Beziehung zwischen dem von der Viskosität verursachten Energieverlust in dem Fluiddurchgang, ausgedrückt durch die Gesamtdruckdifferenz, die ermittelte statische Druckdifferenz und die Veränderung im dynamischen Druck ist durch die hinreichend bekannte Bernoulli'sehe Gleichung festgelegt:

- Ap + Δ(1/2 ρ U²) = Δρ π

wobei AF, Δρ? p> G und u den obigen Definitionen entsprechen und wobei:

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Δ (1/2 ρ U ) = Veränderung des dynamischen Druckes in dem

Fluiddurchgang zwischen den Meßstellen der Detektoren und

A = Fluiddurchgangsquerschnittsfläche senkrecht

zu der Strömungsrichtung.

Demgemäß enthält der gemessene statische Druckabfall entlang dem Eluidduichgang Auswirkungen von Geschwindigkeitsveränderungen entlang dem Fluiddurchgang ebenso wie Auswirkungen der Viskosität, nämlich einen durch die Viskosität verursachten Energieverlust, der von der obigen Beziehung festgelegt ist.

Das Ausmaß, in welchem die von der Viskosität verursachte Druckdifferenz KuG/ji> im Verhältnis zu der Bernoulli-Druckdifferenz Δ(ΐ/2ρϋ ) dominiert, hängt von der speziellen geometrischen Konfiguration des Fluiddurchganges ab.

Es ist ersichtlich, daß für ein Newton'sches Fluid dort, wo die Tendenz besteht, daß die von der Viskosität verursachte Druckdifferenz dominiert, die statische Druckdifferenz sich der direkten Proportionalität zu dem Massendurchfluß für eine feste Eluidviskosität und eine Standarddichte oder zu dem volumetrischen Durchfluß für eine feste Fluidviskosität nähert.

Weiterhin ist ersichtlich, daß für ein Newton¹sches Fluid dort, wo die Tendenz besteht, daß der Bernoulli-Effekt dominiert, die statische Druckdifferenz sich der direkten Proportionalität zu dem Quadrat des Massendurchflusses für eine feste Fluidviskosität und eine Standarddichte oder zu dem Quadrat des volumetrischen Durchflusses für -eine feste Fluidviskosität nähert.

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Es ist weiterhin ersichtlich, daß für ein Newton'sches Fluid dort, wo die Tendenz besteht, daß die durch die Viskosität verursachte Druckdifferenz dominiert, die statische Druckdifferenz sich der direkten Proportionalität zu der absoluten Viskosität des Fluids für einen volumetrischen Durchfluß nähert und sich einer direkten Proportionalität zu dem Massendurchfluß für eine feste Fluidviskosität und eine Standarddichte nähert.

Aus den obigen Betrachtungen geht hervor, daß durch eine geeignete Verminderung der Querschnittsfläche des Fluiddurchganges Veränderungen im statischen Druck in der Richtung der Strömung, welche sich aus Veränderungen in der örtlichen Fluidviskositätsschubverteilung ergeben, einen weiten Bereich der Betriebskennlinienbewirken.

In dem besonderen Falle eines nicht-Newton¹sehen Fluides ist die Verteilung des Viskositätsenergieverlustes entlang dem Fluiddurchgang eine eindeutige Funktion der absoluten Schubspannung-Schubdehnung-Beziehung des Fluides, und zwar für einen vorgegebenen Massendurchfluß, wobei diese eindeutige Funktion einen erheblichen Bereich aufweist, wenn die Fluiddurchgangsgeometrie derart gewählt ist, daß eine erhebliche Veränderung der Fluidviskositätsschubrate durch den luiddurchgang hervorgerufen wird. Ein allgemein verwendetes Modell, welches sich auf die Schubspannung und die Schubrate eines eitabhängigen nicht-Newton¹ sehen Fluids ohne Fließspannung oder Streckspannung bezieht, ist das "Energiegesetzmodell", welches durch die folgende Beziehung angegeben wird:

S
wobei g, U und h den obigen Definitionen entsprechen und wobei

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77, = die Fluidschubspannung, welche entlang dem Fluiddurchgang in seiner Längsausdehnung auf die Durchgangsgrenzfläche senkrecht zu der Durchgangshöhe wirkt,

/U = offensichtliche Viskosität,
/ a

4^· = ITuidviskositätsschubrate (d. h. Neigung der radialen

Geschwindigkeitsverteilung über die Strömungskammerhöhe) η = dimensionsloser Iluidindex.

Aus dieser Schubspannungsgleichung ist ersichtlich, daß durch geeignete Auswahl der Fluiddurchgangsquerschnittsflächenverminderung die Verteilung der mittleren Fluidschubrate "dU/dh" entlang der Fluiddurchgangslängsausdehnung erheblich geändert werden kann. Ein entsprechender schubspannungsabhängiger Viskositätsenergieverlust erzeugt eine Druckverteilung entlang der Fluiddurchgangslängsausdehnung, die ihrerseits eine eindeutige Abhängigkeit von den Eigenschaften eines nicht-Newton¹sehen Fluides zeigt, wie es durch die offensichtliche Viskosität "u " und den Fluidindex "n" gekennzeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß nicht-Newton¹sehe Fluide, welche durch komplexere Modelle beschrieben werden, und zwar in bezug auf die Fluidschubspannung und die Schubrate, beispielsweise solche Modelle, wie das Ellis-Modell, das DeHaven-Modell, das Prandtl-Eyring-Modell usw. ebenfalls günstige Bereiche der Druckverteilung entlang der Fluiddurchgangslängsausdehnung zeigen, welche eindeutig von den entsprechenden das Modell festlegenden Parameters abhängig sind, wenn die Fluiddurchgangsquerschnittsflächenverminderung derart gewählt ist, daß eine erhebliche Fluidschubratenveränderung in der Strömungsrichtung erreicht wird.

Gemäß der Erfindung ist eine besonders nützliche Funktion die kontinuierliche Überwachung der statischen Druckverteilung oder der Gesamtdruckverteilung entlang der Fluiddurchgangslängsausdehnung, wie sie durch die Strömung von nicht-Newton¹sehen i'luiden erzeugt wird, beispielsweise bei Schmiermitteln, bei

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Nahrungsmitteln, "bei Holzbreiaufschlämmungen usw., wo die Beziehung zwischen der Schubspannung und der Schubrate ein kritischer Leistungsparameter ist. Irgendein spezifiziertes Toleranzband, welches auf die Schubspannung/Schubrate-Beziehung solcher nicht-Newton¹ scher Fluide angewandt wird, kann auf analytischem Weg in ein entsprechendes, für die Längsrichtung der Vorrichtung geltendes Druckverteilungstoleranzband umgeformt werden, wobei die spezifizierte Toleranz direkt in Form der Vorrichtungsausgangsdruckverteilung überwacht werden kann. Die Vorrichtung kann entweder intermittierend mit einem Fluid versorgt werden, und zwar für eine individuelle Probenprüfung, oder sie kann kontinuierlich für on-line-Überwachungsvorgänge mit Fluid versorgt werden.

Es ist somit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den Durchfluß von Fluiden oder die Viskosität von Newton'sehen Fluiden oder die Viskositätseigenschaften bzw. die Viskositätskennlinien von nicht-Newton'sehen Fluiden zu messen, und zwar entweder als Einzelmessungen oder in Kombination mit der Messung von anderen Eigenschaften, um eine nützliche Information zu liefern, Vielehe die Eigenschaften solcher Fluide betrifft.

Im Vergleich zu vorhandenen Einrichtungen zur Durchführung ähnlicher- Messungen der Strömung bzw. des Durchflusses oder der Viskosität oder von nicht-Newton'sehen Eigenschaften oder Kennlinien weist die Erfindung zahlreiche Vorteile auf. Einige dieser Vorteile, welche aus den nachfolgenden Erläuterungen von Ausführungsbeispielen in zunehmenden Maß deutlicher werden, sind unten für solche erfindungsgemäßen Einrichtungen angegeben, welche im wesentlichen rechteckige Fluiddurchgangsquerschnitte senkrecht zu der Strömungsrichtung aufweisen.

1. Wirtschaftliche Herstellung, und zwar entweder in kleinen oder großen Stückzahlen, bezüglich des Leistungspotentials,

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in Form von Ausgangsempfindlichkeit und/oder Linearität in einem weiten Bereich, einer planaren Strömung, wobei die den Fluiddurchgang festlegenden Elemente einem speziellen Fühlergehäuse oder Bauelement gemeinsam sein können und nach einer Anzahl von hinreichend bekannten Fertigungsverfahren bei einem Minimum von nicht-wiederkehrenden Kosten hergestellt werden können.

2. Es kann ein sehr weiter Betriebsbereich für Flüssigkeiten und Gase erreicht werden, und zwar im Hinblick auf die Ausgangsempfindlichkeit, die Strömungskapazität und den Viskositätsbereich, wobei die Anordnung in einem einzigen Gehäuse oder Bauelement untergebracht werden kann, durch Hinzufügen, Herausnehmen oder Ersetzen von preiswerten, den Fluiddurchgang festlegenden Elementen bei einer Planarströmung. Diese weitere Vereinheitlichung bringt die Lagerhaltungskosten für die Fühler auf ein Minimum.

3. Der leichte Ausbau und/oder die leichte Austauschmöglichkeit für die den Fluiddurchgang festlegenden Elemente erleichtert die Inspektion, die Reinigung und die Wartung.

4. Der dynamische Ausgangsbereich, definiert durch das maximal ausnutzbare Ausgangssignal, dividiert durch das minimale Signal, welches innerhalb des Ausgangsrauschens zu ermitteln ist, kann sehr groß sein, wenn der Vorteil der der beschleunigenden laminaren Strömung eigenen Rauschunterdrückungscharakteristik voll ausgenutzt wird.

5. Ein kontinuierlicher Betrieb mit demselben Fluid oder ein intermittierender Betrieb mit demselben Fluid oder mit verschiedenen Fluiden ist möglich, da die Vorrichtung sich im wesentlichen selbst reinigt.

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6. Die große Oberfläche im Vergleich zu der i^uerschnittsfläche senkrecht zu der Strömungsrichtung innerhalb des Fluiddurchganges erleichtert die Kompensation der durch Wärme hervorgerufenen Strömungsverluste und die Regulierung der Fluidtemperatur.

7. Wenn die Einrichtung als Strömungsmeßeinrichtung verwendet wird, ist das Ausgangssignal dem volumetrisehen Durchfluß direkt proportional, wenn der- Differenzgesamtdruck über die Fluiddurchgangslängsausdehnung als Ausgangssignal verwendet wird.

8. Wenn die Einrichtung als Viskosimeter für Newton¹sehe Fluide verwendet wird, so ist das Ausgangssignal direkt proportional zu der absoluten Viskosität, und zwar für einen vorgegebenen volumetrischen Durchfluß, wenn der Differenzgesamtdruck über die Fluiddurchgangslänge als Ausgangssignal verwendet wird. 9· Die Einrichtung erzeugt kontinuierliche Druckverteilungsmeßwerte, welche ein Maß bzw. eine Anzeige für die Schubspannung in Abhängigkeit von der Schubrate für nicht-Newton¹sehe Fluide über einen ausgedehnten Sehubratenbereich liefern. Zusätzlich können nicht-Newton'sehe Fluide, welche eine zeitabhängige Viskositätscharakteristik aufweisen, kontinuierlich überwacht werden.

Es ist ersichtlich, daß die weite Bereich der Leistung, welcher nach den Vorteilen 2, 4-, 7₅ 8 und 9 gemäß der obigen Aufzählung für die Erfindung in Anspruch genommen wird, dadurcli noch ausgedehnt werden kann, daß die den Fluiddurchgang für die laminare Strömung festlegenden Elemente mit einer entsprechend geeigneten Oberfläche ausgestattet werden.

Zusätzlich zu den oben angegebenen Vorteilen für die erfindungsgemäße Einrichtung, können, zusätzliche Vorteile genannt werden, wenn die Einrichtung einstellbare oder flexible Strömungsbegrenstmgselement aufweist:

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1. An Ort und Stelle kann der Bereich im Hinblick auf die üusgangsempfindlichkeit innerhalb von Grenzen eingestellt werden, und zwar durch eine Einstellung, die von außen vorgenommen werden kann.

2. Die Verwendung von teilweise oder ganz flexiblen Platten zur iestlegung des Fluiddurchganges ermöglicht eine Anzeige der Verteilung des statischen Druckes innerhalb des Fluiddurchganges durch direkte Messung der Dehnung oder Durchbiegung der flexiblen Platten mit Hilfe von bekannten Einrichtungen und Verfahren, beispielsweise mit Hilfe von Widerstandsdehnungsmeßstreifen oder entsprechenden Luftmeßeinrichtungen.

Zu der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung ist zu bemerken, daß deren Betrieb bzw. Leistung im allgemeinen nicht von der Anordnung der Vorrichtung abhängt, so daß für die jeweilige Anordnung der Vorrichtung keine Kompensation erforderlich ist, es sei denn, der hydrostatische Druck ändert sich entlang dem Fluiddurchgang 8 wesentlich, wie es im speziellen Fall einer sehr großen Vorrichtung auftreten könnte, welche mit einem Fluid unter hoher Dichte arbeitet, welche derart angeordnet ist, daß die Fluiddurchgangssymmetrieachse vertikal verläuft.

Bei festen Fluideigenschaften hinsichtlich der absoluten Viskosität und der Dichte arbeitet die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung als Fluidmassendurchflußmeßeinrichtung, indem die Druckdifferenz, welche durch die Detektoren 18 und in der Form von Gesamtdrucksonden gemessen wird, direkt proportional zu dem Fluidmassendurchfluß durch die Einrichtung ist, vorausgesetzt, daß die Strömung in dem Fluiddurchgang 8 laminar ist.

Bei einer festen Fluideigenschaft hinsichtlich der absoluten Viskosität arbextet die in den Fig.2 und 3 dargestellte Vorrichtung

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als volumetrisches Fluiddurchflußmeßgerät, indem die Druckdifferenz, welche durch die Detektoren 18 und 20 in der Form von Gesamtdrucksonden gemessen wird, direkt proportional zu dem volumetrischen Fluiddurchfluß durch die Einrichtung ist, vorausgesetzt, daß die Strömung in dem Fluiddurchgang 8 laminar ist.

Bei einer festen Fluiddichte und mit einer Druckfluidquelle 40, welche derart geregelt ist, daß ein konstanter Massendurchfluß durch den Fluiddurchgang 8 aufrechterhalten wird, arbeitet die Vorrichtung als Viskosimeter, indem die Druckdifferenz, welche durch die Detektoren 18 und 20 in der Form von Gesamtdrucksonden gemessen wird, direkt proportional zu der Fluidviskosität ist, vorausgesetzt, daß die Strömung in dem Fluiddurchgang 8 laminar ist. Mir eine solche Quelle mit einem konstanten Massendurchfluß eines Fluids fester Dichte könnte die Druckfluidquelle 40 eine Förderpumpe aufweisen wie "beispielsweise eine hydraulische Axialkolbenpumpe, die mit konstanter Botationsgeschwindigkeit arbeitet.

Bei einem Fluid veränderlicher Dichte, bei welchem die Dichte sowohl von der Fluidtemperatur als auch vom Fluiddurch abhängt, und mit einer Druckfluidquelle 40, welche derart geregelt ist, daß an der Einlaßseite 12 des Fluiddurchganges 8 ein konstanter Gesamtdruck und eine konstante Temperatur herrschen, wobei der Äuslaßhohlraum 14 einen festen Bezugsdruck liefert, beispielsweise atmosphärischen Druck, arbeitet die Vorrichtung als Viskosimeter, vorausgesetzt, daß der Detektor 20 eine Gesamtdrucksonde ist und zwischen dem Fluiddurchgangseinlaß 12 und dem Fluiddurchgangsauslaß 16 angeordnet ist, vorzugsweise auf der Symmetrieachse des Strömungsdurchganges und vorzugsweise an einer solchen Stelle in der Längsrichtung des Durchganges, daß die Empfindlichkeit des ermittelten Gesamtdruckes in bezug

auf die Fluidviskositätsveränderung meßbar und vorzugsweise ein Maximum ist. Der Gesamtdruck, welcher durch einen solchen Detektor ernittelt wird, ist eine eindeutige, jedoch typischerweise nicht-lineare Funktion der Fluidviskosität, vorausgesetzt, daß die Strömung in dem Fluiddurchgang 8 laminar ist. Das Ausmaß der Nichtlinearität der Gesamtdruckabhängigkeit von der Fluidviskosität ist eine komplexe !Funktion der Höhe, des Gradienten der Querschnittsflächenverminderung, des Fluideinlaßdruckes und des Durchflusses durch den Fluiddurchgang 8, was aus experimentellen Untersuchungen an der Einrichtung oder aus analytischen Vorhersagen des Leistungsverhaltens abzuleiten ist.

In der Fig. 6 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 2 und 3 durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird zu ihrer Beschreibung auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.

Die Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine ähnliche Vorrichtung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß zwei identische Fluiddurchgänge 46 und 48 vorhanden sind, die in ihrer Querschnittsfläche in der Richtung der Fluidströmung abnehmen, wobei aus dem Einlaßhohlraum 50 Fluid in die zwei Strömungsdurchgänge 46 und 48 eingeführt wird und in einen gemeinsamen Fluidauslaßraum 52 austritt, wobei die Räume 50 und 52 sowie die Fluiddurchgänge 46 und 48 durch die Abstandsstücke 30 und 32 sowie ein Abstandsstück 54- und zwei mit Profil versehene Platten 56 und 58 festgelegt sind, die abwechselnd zwischen einer Deckplatte 26 und einer Bodenplatte 28 angeordnet sind. Die Abstandsstücke 30, 32 und 54 sind identisch. Die Gesamtdrucksonden 60 und 62 sind als die zwei Fluiddruckdetektoren ausgebildet, und sie sind in dem Fluiddurchgang 46 in der Nähe des Fluiddurchgangeseinlaßendes 64 und des -auslaßendes 66 angeordnet.

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Im Betrieb arbeitet die in der Fig. 6 dargestellte Vorrichtung in derselben Weise wie die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung, mit der Ausnahme, daß Fluid entlang beiden Fluiddurchgängen 46 und 48 strömt und daß die Druckdifferenz nur in dem Fluiddurchgang 46 gemessen wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 arbeitet in derselben Weise wie die oben anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Ausführungsform, kann jedoch größere Durchflüsse aufnehmen, vorausgesetzt, daß der Anteil des Fluids, welches durch den Fluiddurchgang 48 strömt, auf seinem dortigen Weg dieselben Strömungseigenschaften aufweist wie das dem Fluiddurchgang 46 entlangströmende Fluid.

Es ist ersichtlich, daß mit einer -Vorrichtung gemäß Fig. 6 oder mit einer ähnlichen Vorrichtung zu der in der Fig. 6 dargestellten Vorrichtung, welche jedoch mehr als zwei parallele, miteinander gekoppelte, identische Fluiddurchgänge aufweist, Gesamtdrucksonden in einer beliebigen Anzahl oder in jedem der Fluiddurchgänge angeordnet sein könnten, da die Gesamtdruckverteilung in der Strömungsrichtung innerhalb aller Fluiddurchgänge dieselbe ist.

In den Fig. 7 und 8 sind ähnliche Teile wie bei der Vorrichtung in der Fig. 6 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

Eine spezielle Meßsondenkonfiguration für den Gesamtdruck ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt, wo zwei dieser Sonden besonders nützlich sind, um die Gesamtdruckdifferenz zwischen beliebigen vorgegebenen Stellen innerhalb von einem oder mehreren identischen Strömungsdurchgängen bei Konfigurationen der Vorrichtung wie in den Fig. 2 und 3 oder 6 oder in ähnlichen Konfigurationen wie

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in der Fig. 6 zu ermitteln, wobei jedoch mehr als zwei identische 3?luiddurchgänge vorhanden sind. Gemäß Fig. 7 ist ein Gesamtdruckmeßrohr 68 in der Vorrichtung durch eine geeignete Einrichtung wie einen Schraubenbolzen 70 angebracht, welcher in eine Öffnung 72 in der Deckplatte 26 eingeschraubt ist, und dieses Rohr ist durch einen O-Ring 71 darin abgedichtet und geht durch die Abstandsstücke 30, 32 und 54 hindurch, so daß es die zwei Fluiddurchgänge 46 und 48 durchquert. Ein schmaler Längsschlitz 74- ist entlang einem Teil der Längsausdehnung des Rohres 68 eingeschnitten, und ein Schnitt durch das geschlitzte Rohr ist in der Fig. 8 dargestellt. Das Sondenrohr 68 ist derart angeordnet, daß der Schlitz 74 in Strömungsrichtung angeordnet ist und im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung innerhalb der Fluiddurchgänge 46 und 48 verläuft, wie es durch die Pfeile in der Fig. 7 dargestellt ist.

Es ist zu bemerken, daß sowohl bei der Ausführungsform mit einem einzigen Fluiddurchgang als auch beider Ausführungsform mit mehreren Fluiddurchgängen die in den Fig. 2 und 3 oder 6 dargestellte Vorrichtung, wobei die Platten bzw. Scheiben mit 34-(siehe Fig. 2 und 3) und mit 56 und 58 (siehe Fig. 6) bezeichnet sind, Fluiddurchgangsprofile vorgesehen sein könnten, welche sich im Grundriß von den geraden, sich verjüngenden Profilen unterscheiden, wie sie dargestellt sind, vorausgesetzt, daß die Fluiddurchgangsquerschnittsfläche senkrecht zu der Fluidströmungsrichtung in der Strömungsrichtung über wenigstens den Teil des Fluiddurchganges kontinuierlich abnimmt, der zwischen den Gesamtdruckmeßsonden liegt.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung weist im wesentlichen dieselben Bauteile wie die in den Fig. 2 und 3 oder 6 dargestellte Vorrichtung auf, mit der Ausnahme, daß die Detektoren 18 und 20 oder 60 und 62 in der Wand angeordnete Abgriffe

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für den statischen Druck sind. In der Fig. 9 ist ein Seitenschnitt einer solchen Ausführungsform dargestellt, und ähnliche Bauelemente wie in den Fig. 2 und 3 sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird außerdem auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Bei dieser Ausführungsform weisen die Detektoren die'Form von Abgriffen 76 und 78 für den statischen Druck auf, welche im Bereich des Fluideinlaßraumes 10 bzw. des Fluidauslaßraumes 14 angeordnet sind. Es ist zu bemerken, daß im Rahmen der Erfindung auch eine Anordnung liegt, bei welcher der eine oder beide der Abgriffe 76 und 78 für den statischen Druck anstatt in dem Fluiddurchgang 8 an der Wand der Räume 10 oder 14 angebracht sind, welche mit dem Fluiddurchgang 8 verbunden ist, wie es bei dem Abgriff 80 für den statischen Druck der Fall ist, welcher in dem Fluideinlaßraum 10 angeordnet ist, und wie es weiterhin für den Abgriff 82 für den statischen Druck der Fall ist, welcher in dem Fluidauslaßraum 14 angeordnet ist, vorausgesetzt, daß irgendeine Veränderung des statischen Druckes in der Strömung in den Räumen 10 und 14 zwischen den Abgriffen 80 und 82 für den statischen Druck sowie für den Fluiddurchgangseinlaß bzw. -auslaß in bezug auf die statische Druckdifferenz entlang dem Fluiddurchgang 8 für einen bestimmten Betriebsmodus der Vorrichtung nicht erheblich ist. Das Vorhandensein einer solchen Veränderung des statischen Druckes in der Strömung für einen vorgegebenen Betriebsmodus der Vorrichtung kann experimentell bestimmt werden oder kann aufgrund der in der Literatur bekannten Verfahren ermittelt werden.

Es ist zu bemerken, daß in der Konfiguration der in der Fig. 9 dargestellten Vorrichtung ebenso wie in weiteren Ausführungsformen der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Erfindung der Druck, welcher durch einen Abgriff für den statischen Druck entweder im Einlaß- oder im Auslaßraum ermittelt wird, im

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wesentlichen mit demjenigen Druck identisch ist, welcher durch eine Gesamtdrucksonde ermittelt wird, vorausgesetzt, daß die Fluidgeschwindigkeit in unmittelbarer Nachbarschaft der Druckmeßstelle im Raum im Verhältnis zu der minimalen Geschwindigkeit innerhalb des Fluidströmungsdurchganges niedrig ist. Somit kann ein Abgriff für den statischen Druck im Einlaß- oder im Auslaßraum der Vorrichtung als äquivalent zu einer Gesamtdrucksonde angesehen weiden, und zwar innerhalb der Grenzen der spezifizierten Baumgeschwindigkeitsgrenzen. Somit kann ein Abgriff oder können mehrere Abgriffe für den statischen Druck mit einer oder mit mehreren Gesamtdrucksonden verwendet werden.

Für die Ausführungsform gemäß Fig. 9 können Druckabgriffe zur Messung des statischen Druckes in der Wand des Fluiddurchganges 8 so interpretiert werden, daß damit irgendein bekanntes Verfahren der statischen Druckmessung angesprochen ist. Bei solchen Verfahren könnten bündig in die Wand eingesetzte Druckübertrager oder öffnungen in dem Abstandsstücke 30 ausgebildet sein, welche von dessen Oberfläche hinwegführen, durch welche der Fluiddurchgang 8 begrenzt wird und mit einem geeigneten Druckmeßinstrument 22 oder 24 verbunden sind, wobei die öffnungen auch in der Bodenplatte 28 angebracht sein könnten, welche von deren Oberfläche hinwegführen, die den Fluideinlaßraum 10 und den Fluidauslaßraum 14 begrenzt, wobei die öffnungen an ein geeignetes Druckmeßinstrument 84 oder 86 angeschlossen sind. Ein solches Instrument könnte beispielsweise ein Manometer sein, eine Druckmeßeinrichtung, eine elektrische, pneumatische oder mechanische Druckübertragungseinrichtung oder eine ähnliche Einri chtung.

Bei einer festen absoluten Viskosität des Fluids arbeitet die in der Fig. 9 dargestellte Vorrichtung als eine Fluidströmungsmeßeinrichtung, indem nämlich der Druckunterschied, welcher entweder zwischen den Abgriffen 76 und 78 für den statischen

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Druck innerhalb des Fluiddurchganges 8 oder zwischen den Drucka"b griff en 80 und 82 stromaufwärts und stromabwärts von dem Fluiddurchgang 8 oder zwischen den Druckabgriffen 76 wad 82 oder zwischen den Druckabgriffen 80 und 78 gemessen wird, eine eindeutige, jedoch nicht typischerweise nicht-lineare Funktion von entweder dem Massendurchfluß oder dem volumetrischen Durchfluß durch die Vorrichtung ist. Obwohl die Druckabgriffe 80 und 82 außerhalb des Fluiddurchganges 8 angeordnet sind, messen sie den statischen Druck am Ende des Fluiddurchganges 8, in dessen Bereich sie angeordnet sind. Das Ausmaß der Nichtlinearität ist eine komplexe Funktion der Höhe und des Querschnittsflächenverminderungsgradienten des Fluiddurchganges 8, und es ist weiterhin eine Funktion des Fluiddurchflußbereiches entlang dem Fluiddurchgang, was entweder aus experimentellen Untersuchungen oder aus einem theoretischen Analyse hervorgeht.

Mit einem Fluid fester Dichte und einer Druckfluidquelle 40, welche derart geregelt ist, daß ein fester Massendurchfluß durch den Fluiddurchgang 8 aufrechterhalten wird, arbeitet die Vorrichtung gemäß Fig. 9 als ein Viskosimeter, indem nämlich die statische Druckdifferenz, welche für die oben definierte Fluidströmungsmesserfunktion gemessen wurde, direkt proportional zu der Fluidviskosität ist, vorausgesetzt, daß die Strömung in dem Fluiddurchgang 8 laminar ist.

Bei einem Fluid veränderlicher Dichte, bei welchem die Dichte eine Abhängigkeit sowohl von der Fluidtemperatur als auch von dem Fluiddruck zeigt, und bei einer Fluidquelle, welche derart geregelt ist, daß ein konstantet Gesamtdruck und eine konstante Temperatur am Einlaß des Fluiddurchganges 8 aufrechterhalten werden und wenn das Fluid aus der Fluidkammer bei einem konstanten Bezugsdruck wie dem atmosphärischen Druck austritt, arbeitet die Vorrichtung als Viskosimeter, vorausgesetzt, daß die

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statische Drucksonde 78 , welche gemäß der Darstellung in der Fig. 9 in der Nähe des Auslasses des Fluiddurchganges 8 angeordnet ist, weiter stromaufwärts an einer Stelle zwischen dem Einlaß 10 und dem Auslaß 14 des Fluiddurchganges 8 in dem Durchgang in der Längsausdehnung derart angeordnet wird, daß die Empfindlichkeit des ermittelten statischen Druckes in bezug auf die Fluidviskositätsveränderung meßbar und vorzugsweise ein Maximum ist. Der statische Druck, welcher durch eine derart neu angeordnete Drucksonde 78 ermittelt wird, ist eine eindeutige, jedoch nicht typischerweise nicht-lineare Funktion der Fluidviskosität, vorausgesetzt, daß die Strömung innerhalb des Fluiddurchganges 8 laminar ist. Das Ausmaß der Nichtlinearität der Abhängigkeit des statischen Druckes von der Fluidviskosität ist eine komplexe Funktion von der Höhe und von dem Querschnitt sflächenverrainderungsgradienten der Fluidkammer 8, von dem dort herrschenden Fluideinlaßdruck und dem darin vorhandenen Fluiddurchfluß, wie entweder aus experimentellen Untersuchungen oder einer theoretischen Analyse zu entnehmen ist.

Eine weitere Konfiguration der Erfindung, welche insbesondere bei der Messung der Schubspannung/Schubrate-Charakteristik von viskosen nicht-Newton'sehen Fluiden eine Anwendung findet, ist in der Fig. 10 dargestellt, in welcher ähnliche Teile wie in den Fig. 2 und 3 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Eine Vielzahl von Gesamtdrucksonden 90 bis 95 sind in dem Fluiddurchgang 8 in der Richtung der Strömung des Fluids und zwischen dem Einlaßraum 10 und der Auslaßraum 14 verteilt. Jede Gesamtdrucksonde 90 bis 95 ist jeweils mit einem Druckmeßinstrument 98 bis 103 verbunden, beispielsweise mit einem Manometer, mit einer Druckmeßzelle oder einer ähnlichen Einrichtung, so daß eine Einrichtung vorhanden ist, mit welcher die Verteilung des Gesamtdruckes über den Fluiddurchgang 8 ermittelt werden kann.

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Eine solche Gesamtdruckverteilung ist eine eindeutige Funktion der absoluten Beziehung zwischen Spannung und Dehnung in einem nicht-Newton¹sehen Fluid, welches innerhalb des Fluiddurchganges 8 strömt, wenn die Druckfluidquelle 40 derart geregelt ist, daß der Massendurchfluß durch die Vorrichtung konstant ist. Die Quelle' für einen konstanten Massendurchfluß kann eine Förderpumpe wie eine hydraulische Axialkolbenpumpe sein, die mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit arbeitet, da die Dichte von nicht-Newton¹sehen Fluiden konstant ist.

Es ist ersichtlich , daß diese gemessene Gesamtdruckverteilung für die Ermittlung des Ausmaßes an Übereinstimmung der Spannungs-Schub-Raten-Zähigkeitscharakteristika eines speziellen nichtNewton¹ sehen Fluides mit denjenigen eines nicht-Newton¹sehen Bezugsfluids wertvoll ist, wenn die Querschnittsverminderung des Fluiddurchganges 8 derart gewählt ist, daß eine wesentliche verteilte Veränderung der Fluidzähigkeitsschubrate entlang der Längsausdehnung des Fluiddurchganges 8 erzeugt wird, da nämlich die Gesamtdruckverteilung in dem Fluiddurchgang 8 aus den bekannten nicht-Newton¹sehen Eigenschaften des Bezugsfluides vorhersagbar ist oder experimentell bestimmt werden kann, indem das Bezugsfluid in der Vorrichtung verwendet wird.

In der Fig. 11 sind ähnliche Teile wie in der Fig. 10 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und auf die obige Beschreibung wird Bezug genommen.

Eine Verbesserung in der Interpretation der Gesamtdruckverteilung in dem Fluiddurchgang 8 in bezug auf die absoluten Spannungs-Dehnungs-Charakteristika des dem Fluiddurchgang 8 entlang strömenden Fluids kann gemäß Fig. 11 dadurch erreicht werden, daß eine Signalanpaßeinrichtung wie eine digitale Datenverarbeitungsanlage 106 und eine entsprechende Anzeigeeinrichtung wie ein X-Y-Schreiber 108 verwendet werden. Die Datenverarbeitungsanlage 106 ist über die Druckmeßeinrichtungen 98 bis 103

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angeschlossen, welche in dieser Ausführungsform Fluiddruckübertrager sind, und zwar an die (nicht dargestellten) Gesamtdrucksonden innerhalb des (nicht dargestellten) Fluiddurchganges.

Es ist zu bemerken, daß in einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung die Vorrichtung allgemein gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 10 und 11 ausgebildet sein kann, mit der Ausnahme, daß die Gesamtdrucksonden 90 bis 95 durch Abgriffe für den statischen Druck auf der Wand des Fluiddurchganges 8, beispielsweise durch statische Druckabgriffe gemäß Fig. 9 ersetzt werden können. In dieser Ausführungsform dient die Vorrichtung ebenfalls zur Ermittlung der Charakteristika bzw. Kennlinien eines nicht-Newton*sehen Fluids.

In den Fig. 12 und 13 ist ein zylindrisches Gehäuse 110 dargestellt, welches einen äußeren, ringförmig ausgebildeten Fluideinlaßraum 112 aufweist, welcher einen im wesentlichen unbehinderten Strömungsweg für das Fluid bildet, welches in radialer Richtung nach innen zu dem gesamten äußeren Umfang des Einlaßendes 114 eines ringförmig ausgebildeten Fluidzwischendurchganges 116 strömt, und das Gehäuse weist weiterhin einen ringförmig ausgebildeten Fluidauslaßraum 118 auf, der einen im wesentlichen unbehinderten Strömungsweg für das Fluid darstellt, welches in radialer Richtung nach innen von dem gesamten inneren Umfang des Auslaßendes 120 des Fluiddurchganges 116 strömt. Das Gehäuse 110 weist eine obere Deckplatte 122 auf, weiterhin eine Bodenplatte 124, wobei die Platten scheibenförmig ausgebildet sind, weiterhin ein oberes und ein unteres Abstandsstück 126 bzw. und einen äußeren Umfangsring 13Θ. Der Einlaßraum 112 ist über ein Einlaßrohr oder über mehrere Einlaßrohre angeschlossen, von denen eines bei 132 dargestellt ist, und zwar an eine Druckfluidquelle 134. Die Platten 122 und 124, die Abstandsstücke 126 und 128 sowie der äußere Ring 130 sind fest aneinander mittels

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Schrauben 136 und 138 "befestigt, und es können gegebenenfalls (nicht dargestellte) Stifte verwendet werden, um die Befestigung zu unterstützen, so daß der EinlaßraumH2, der Fluiddurchgang 116 und der Auslaßraum 118 damit festgelegt sind. Die Gesamtdrucksonden 140 und 142, welche den Sonden 18 und 20 gemäß Fig. 2 ähnlich sind, sind in der Nähe des Einlaßendes 114 "bzw. des Auslaßendes 120 des Fluidaurchganges 116 angeordnet. Fluiddruckübertrager 144 und 146 sind mit den Sonden 140 "bzw. 142 verbunden.

Im Betrieb tritt Druckfluid von der Quelle 134 durch das Einlaßrohr 132 in den Einlaßraum 112 ein und strömt in radialer Richtung nach innen durch den Fluiddurchgang 116, und zwar in einer laminaren Strömung, welche den Fluiddurchgang 116 durch den Fluidauslaßraum 118 verläßt, wie es durch die Pfeile in der Fig. 13 dargestellt ist. Die Gesamtdrucksonden 140 und 142 werden dazu verwendet, den Durchfluß und/oder die Viskositätscharakteristika des Fluids zu bestimmen, welches in dem Fluiddurchgang 116 strömt.

Es ist zu bemerken, daß die anhand der Fig. 12 und 13 beschriebene Vorrichtung keine Einrichtung zur Ermittlung oder Messung der Winkelgeschwindigkeit oder der Rotation der Strömung entweder innerhalb des Fluiddurchganges 116 oder des Auslaßraumes 118 aufweist, und die Vorrichtung weist auch keine bauliche Einrichtung zwischen dem Einlaßraum 112 und dem Fluiddurchgang 116 auf, um die Richtung der Fluidströmung mit der Rotationsbewegung der Vorrichtung um ihre Symmetrieachse zu koppeln, und zwar im Gegensatz zu der Einrichtung, welche in Patentschriften beschrieben ist, welche sich auf Winkelbewegungsdetektoren beziehen, beispielsweise die US-Patentschrift 3 320 815 vom 23. 5. 1967 (R. E. Bowles) und die US-Patentschrift 3 285 073 vom 15. 11. 1966 (W. H. EgIi). Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich grundsätzlich von der Einrichtung, welche in Patentschriften beschrieben ist, die sich

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auf Fluideigensehaften und BewegungBdetektoren beziehen, wie es beispielsweise bei der US-Patentschrift 3 580 087 vom 25. 5. 1971 (R. L. Sampson) der Pail ist.

Es ist zu bemerken, daß die anhand der Fig. 12 und 13 beschriebene Vorrichtung keine Einrichtung aufweist, welche zum Induzieren einer Winkelgeschwindigkeit oder eines Wirbels innerhalb eines Fluiddurchganges 116 dient, wenn die Vorrichtung stationär ist, wo eine solche Einrichtung tangentiale Düsen aufweisen könnte, welche mit einer Druckfluidquelle verbunden sind, wie es bei der US-Patentschrift 3 447 383 vom 3. 6. 1969 (F. J. Camarata) der Fall ist, wobei insbesondere auf Fig. 3 hinzuweisen ist, oder wo eine solche Vorrichtung in Umfangsrichtung und nicht in radialer Richtung ausgerichtete Flächen haben könnte, wie es in der US-Patentschrift 3 4-36 969 vom 8. 4. 1969 (E. R. Phillips) beschrieben ist.

In den Fig. 14 und 15 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 12 und 13 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung hingewiesen.

In den Fig. 14 und 15 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 12 und 13 beschrieben, mit der Ausnahme, daß sie eine Vielzahl von identischen Fluiddurchgängen aufweist, von denen zwei Durchgänge 116 und 148 in der Fig. 15 dargestellt sind, wobei jedoch zu bemerken ist, daß mehr als zwei Fluiddurchgänge verwendet werden können. Beide Fluiddurchgänge 116 und 148 nehmen Fluid aus dem Einlaßraum 112 auf und liefern Fluid an den Auslaßraum 118. Der Fluideinlaßraum 112 bildet einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für das Fluid zu der gesamten Fläche der Einlaßseite jedes Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluids in den Fluiddurchgängen 116 und 148, und der Fluidauslaßraum bildet einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für das Entweichen von Fluid aus dem gesamten Bereich der Auslaßseite jedes

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Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in den I'luiddurchgängen 116 und 148.

Die zwei lluiddurchgänge 116 und 148 sind durch den oberen und den unteren Abstandsring 126 "bzw. 128 festgelegt sowie weiterhin durch den mittleren Abstandsring 150. Die Abstandsringe 126 und 128 sind fest in bezug auf die scheibenförmigen Platten 122 und 124 jeweils durch Schrauben 136 gehalten. Der mittlere Abstandsring 150 weist eine ringförmige mittlere Scheibe 149 und einen koaxialen äußeren Ring 154- auf, wobei diese beiden Bauteile durch eine Anzahl von dünnen radialen Speichen 151 miteinander verbunden sind, von denen vier Speichen 151 in der Pig. 14 dargestellt sind. Die Scheibenplatten 122 und 124, die zwei äußeren Gehäuseringe 152 und 153 sowie der äußere Ring 154- des mittleren Abstandsringes 150 sind fest miteinander verbunden und gegeneinander mittels Schrauben 138 derart verklemmt, daß der Abstandsring 150 äquidistant zwischen den AbStandsringen 126 und 128 angeordnet ist, ohne daß die Fluidströmung zu den i'luiddurchgängen 116 und 148 nennenswert beeinträchtigt wird.

Die zwei Gesamtdrucksonden 140 und 142 sind in dem Fluiddurchgang 116 angeordnet, vorzugsweise im Bereich des Einlasses bzw. des Auslasses des Fluiddurchganges 116.

Im Betrieb der in den Fig. 14 und 15 dargestellten Ausführungsform arbeitet die Vorrichtung ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 und 13 mit der Ausnahme, daß der zusätzliche Fluiddurchgang 148 für die Vorrichtung die Möglichkeit schafft, daß in einer vorgegebenen Zeitperiode ein größeres Fluidvolumen hindurchströmen kann.

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In den Fig. 16 und 17 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 12 und 13 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung hingewiesen.

Die Fig. 16 und 17 veranschaulichen eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 14 und 15, mit der Ausnahme, daß sie zwei Sätze von sich mit im wesentlichen konstanter Breite in radialer Richtung erstreckenden Platten 155 bis 160 aufweist, wobei ein Satz zwischen den AbStandsringen 126 und 150 und der andere Satz zwischen den Abstandsringen 150 und 128 angeordnet ist, welche jeden der Fluiddurchgänge 116 und 148 in sechs voneinander getrennte, jedoch ähnliche radiale Strömungsdurchgänge unterteilt, von denen wiederum jeder Fluid aus dem Einlaßraum 112 aufnimmt und Fluid an den Auslaßraum 118 abgibt. Die sich in radialer Richtung erstreckenden Platten 155 bis 160 dehnen sich vorzugsweise über eine im wesentlichen radiale Länge der Fluiddurchgänge 116 und 148 aus, wie es in der Fig. 14 dargestellt ist. Die Scheibenplatten 122 und 124, die Abstandsringe 126, 128 und 150 sowie beide Sätze von Platten 155 bis 160 sind fest angebracht und gegeneinander mittels Schrauben 161 verklemmt, und es kann erforderlichenfalls die Anordnung durch Stifte weiter gehalten sein, welche vorzugsweise durch öffnungen in den Platten 155 bis 160 hindurchgehen, so daß die Fluiddurchgänge 116 und 148 festgelegt sind, während der äußere Ring und die Scheibenplatten 122 und 124 gegeneinander fest mittels Schrauben 138 gehalten sind. Die zwei Gesamtdrucksonden 140 und 142 sind in dem Fluiddurchgang 116 angeordnet, und zwar vorzugsweise im Bereich des Einlasses bzw. des Auslasses des Fluiddurchganges 116.

Im Betrieb arbeitet die Ausführungsform gemäß Fig. 16 und 17 in derselben Weise wie die Ausführungsformen, welche anhand der Fig. 12 und 13 sowie 14 und 15 beschrieben wurden, mit der Ausnahme, daß durch den zusätzlichen Fluiddurchgang 148 die

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Vorrichtung gemäß Fig. 14 und 15 sowie 16 und 17 in die Lage versetzt wird, daß ein größeres Fluidvolumen in einer vorgegebenen Zeitperiode durchgesetzt werden kann.

Die Fig. 18 veranschaulicht eine ähnliche Vorrichtung wie in den Fig. 14 und 15 sowie 16 und 17, mit der Ausnahme, daß die Vorrichtung einen Fluideinlaßraum 162 aufweist, der koaxial zu dem Fluidauslaßraum 164 angeordnet ist, so daß die Vorrichtung symmetrisch in "bezug auf eine hittelachse XX aufgebaut ist. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine obere Scheibenplatte 166 auf, hat weiterhin.eine untere Scheibenplatte 168 sowie Abstandsringe 170 und 172 und zwei Sätze von sich in radialer Richtung erstreckenden Platten 17^ und 176, welche zwei Fluiddurchgänge 178 und 180 festlegen, welche zwei Gesamtdrucksonden enthalten,' welche den Sonden 140 und 142 gemäß Fig. 15 und 17 ähnlich sind, welche jedoch im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung in der Fig. 18 nicht eingezeichnet sind. Ein konischer Einlaßdurchgang 182, welcher sich zwisehen einem Einlaßrohr 184 und dem Fluideinlaßraum 162 erstreckt, ist durch einen konischen Mittelkörper 188 und eine konische äußere Hülle 190 festgelegt. Aus der Fig. 18 ist ersichtlich^ daß zahlreiche andere Einlaß- und Auslaßrohrkonfigurationen in der Vorrichtung in Verbindung mit entweder einem einzigen Fluiddurchgang 116 gemäß Fig. 13 oder mit einer Vielzahl von Fluiddurchgängen wie den Fluiddurchgängen 116 und 148 gemäß Fig. 15 und 17 vorgesehen sein können.

Es ist zu bemerken, daß bei einer solchen Vorrichtung, wie sie in den Fig. 15, 17 oder 18 dargestellt ist, oder bei einer ähnlichen Vorrichtung, welche jedoch mehr als zwei Fluiddurchgänge aufweist, eine beliebige geeignete Konfiguration von Gesamtdrucksonden einschließlich der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Anordnung in radialer Richtung auf Abständen voneinander in wenigstens einem der Fluiddurchgänge angeordnet werden

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könnte,weil die radiale Verteilung des Gesamtdruckes innerhalb von allen Fluiddurchgängen dieselbe ist.

Es ist weiterhin zu bemerken, daß in den Ausführungsformen mit einem Kehrfachfluiddurchgang der Verrichtung, wie es in den Fig. 16, 17 und 18 dargestellt ist, die in der Tig. 16 mit 155 t>is 160 bezeichneten Platten im Grundriß Profile aufweisen könnten, welche sich von denjenigen unterscheiden, die zu dem Zweck dargestellt wurden, eine bestimmte Fluiddurchgangsflächenabhängigkeit von dem Fluiddurchgangsradius fest- zulegen, gemessen von dem Zentrum des Auslaßraumes 118 , wie es in speziellen Anwendungsfällen erforderlich sein kann.

In der Praxis ist es insbesondere zweckmäßig, die einzelnen Platten mit konstanter Dicke, welche in radialer Richtung angeordnet sind, und zwar in einem beliebigen vorgegebenen Fluiddurchgang, beispielsweise die Platten 155 bis 160 gemäß Fig. 16, zu einer einzigen Platte konstanter Dicke mit einem Profil im Grundriß zusammenzufassen, wie es in der Fig. 19 dargestellt ist. In der Fig. 19 ist eine Platte 191 dargestellt, welche eine Anzahl von identischen Fingern 192 aufweist, die in radialer Richtung von einem Umfangsring 194 aus nach innen ragen, wobei die Finger im Grundriß ein beliebiges Profil aufweisen, welches für eine spezielle Anwendung der Vorrichtung erforderlich ist, vorausgesetzt, daß die Fluiddurchgänge 196, welche auf diese Weise festgelegt sind, sich im Querschnittsflächenbereich in der Richtung der Strömung des darin strömenden Fluids kontinuierlich vermindern.

Es ist zu bemerken, daß in einer solchen Ausführungsform der Vorrichtung, in welcher mit Profil ausgestattet Platten die Fluiddurchgänge festlegen, auch eine Anordnung im Rahmen der Erfindung liegt, bei welcher das Plattenprofil derart ausgebildet

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ist, daß die Fluiddurchgänge, welche auf diese Weise festgelegt sind, sich, in ihrer Querschnittsfläche in der Strömungsrichtung des darin strömenden Fluids kontinuierlich vermindern, wenn die Fluidströmung in den Durchgängen in einer Richtung radial nach außen anstatt in einer Richtung radial nach innen erfolgt, wie es oben beschrieben ist.

In der Fig. 20 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 17 und 19 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung hingewiesen. Ein Querschnitt durch den Umfangsring 194- und zwischen den Fingern 192 der zwei Scheiben 191 hindurch, und zwar gemäß der obigen Beschreibung anhand der Fig. 19, ist zum Teil in der Fig. 20 dargestellt, wo die Scheiben bzw. Flatten 191 starr an Bauelementen angebracht und zwischen diesen festgeklemmt sind, welche zwei Fluiddurchgänge 116 und 148 festlegen, und zwar mittels Schruaben 198, welche vorzugsweise durch öffnungen 200 in den Fingern 192 jeder Scheibe bzw. Platte 191 gemäß Fig. 19 hindurchgehen. In der Fig. 20 überschreitet der innere Radius des Umfangsringteiles 194 jeder mit Profil ausgestatteten Platte bzw. Scheibe 19I den äußeren Radius der Abstandsring 126, 128 und 150, welche zusammen die Fluiddurchgänge 116 und 148 festlegen, so daß ein im wesentlichen"ungehinderter Strömungsdurchgang von dem Einlaßraum 112 zu den Fluiddurchgängen 116 und 148 gebildet wird, wie es durch die Fluidströmungsrichtungspfeile angedeutet ist.

Es ist zu bemerken, daß die Konfiguration mit einem einzigen Fluiddurchgang wie dem Fluiddurchgang 116 gemäß Fig. 12 und 13 ebenfalls eine Platte bzw. Scheibe 191 aufweisen kann, welche gemäß Fig. 19 ausgebildet ist, wobei auch eine beliebige Grundrißvariation dieser Scheibe vorgesehen sein kann, die den Zwecken zur Festlegung von geeigneten Fluidströmungsdurchgangsgeometrien entspricht.

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Es ist zu bemerken, daß die Betriebsarten, welche in den iig. 2 und 3, der Fig. 6 sowie in den Fig. 10 und 11 dargestellt sind, wobei die Vorrichtung eine Anordnung aufweist, die als segmetrische radiale Strömung anzusehen ist, und eine Gesamtdruckmeßeinrichtung hat, direkt auf die in den Fig. 12 und 13, den Fig. 14 und 15, den Fig. 16 und 17 sowie in der iig. 18 dargestellten Vorrichtungen anwendbar sind, wobei eine Anordnung vorgesehen ist, die als eine achsensymmetrische radiale Einströmung anzusehen ist, wobei weiterhin eine Gesamtdruckmeßexnrichtung vorhanden ist.

Weiterhin ist ersichtlich, daß die Betriebsweise, die bezüglich der in den Fig. 4, 5, 6, 10 und 11 dargestellten Vorrichtung erläutert wurde, wobei eine Anordnung vorgesehen ist, die als eine in mehrere Abschnitte aufgeteilte radiale Strömung zu bezeichnen ist, wobei jedoch die Gesamtdrucksonden durch Abgriffe für den statischen Druck ersetzt sind, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist, direkt auf die in den Fig. 12 und 13, 14 und 15, 16 und 17 sowie 18 anwendbar ist, wobei eine Anordnung vorhanden ist, die als achsensymmetrische radiale Einströmung zu bezeichnen ist, vorausgesetzt, daß die für eine solche Vorrichtung vorgesehenen Gesamtdrucksonden durch Abgriffe für den statischen Druck ersetzt werden. Weiterhin ist ersichtlich, daß solche Abgriffe für den statischen Druck, welche in sogenannten achsensymmetrischen Fluiddurchgängen der Vorrichtung angeordnet sind, ähnlich wie in den Fig. 12 und 13, 14- und 15, 16 und 17 sowie 18, entweder stromaufwärts, oder stromabwärts in bezug auf den Fluiddurchgang verlagert werden könnten, vorausgesetzt, daß irgendwelche Änderungen im statischen Druck in der Strömung zwischen den ursprünglichen Abgriffsteilen und den Abgriffstellen nach der Verlagerung im Verhältnis zu der statischen Druckdifferenz entlang dem Fluiddurchgang für irgendeine Betriebsart der Vorrichtung nicht wesentlich sind.

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Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die anhand der Fig. 14, 15» 16, 17 und 18 be schrieb ene Vorrichtung eine Fluidströmungsdurchfluß- oder Viskositäts-Meßeinrichtung darstellt, bei welcher Fluiddruckmeßelemente verwendet werden, welche jedoch stromabwärts von dem Fluiddurchgang angeordnet werden könnten, wobei keine Empfindlichkeit in bezug auf die Winkelgeschwindigkeit oder die Rotation der Strömung besteht, und zwar im Gegensatz zu der Strömungswinkelgeschwindigkeits-Abtasteinrichtung stromabwärts von der Viskositätskopp lungseinrichtung, die in der US-Patentschrift 3 285 073 vom 15· 11· 1966 (W. H. EgIi) beschrieben ist. Weiterhin stellt die anhand der Fig. 14, 15, 16, 17 und 18 beschriebene Vorrichtung eine Fluiddurchfluß- oder Viskositäts-Meßeinrichtung dar, bei welcher Fluiddruck-Abtastelemente verwendet werden, die Drucksonden aufweisen, welche entweder innerhalb von oder stromaufwärts von dem dünnen Strömungsdurchgang angeordnet sind, und zwar im Gegensatz zu dem NichtVorhandensein irgendwelcher Fluiddruck-Abtastelemente innerhalb von oder stromaufwärts von den ringförmigen Scheiben, wie es in der US-Patentschrift 3 285 073 vom 15- 11. 1966 (W. H. EgIi) dargestellt ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 21 dargestellt, in welcher einzelne radiale Scheiben oder Platten vorhanden sind, von denen eine dargestellt und mit 202 bezeichnet ist, und diese Scheiben oder Platten sind zwischen den den Fluiddurchgang festlegenden AbStandsringen 204 und 206 angeordnet, welche den Abstandsstücken 126 und 128 gemäß Fig. 13 entsprechen können. Jede Scheibe oder Platte 202 ist im Querschnitt gebogen oder gewölbt und zwischen den Abstandsstücken 204 und 206 gebogen eingesetzt. Platten oder Scheiben wie die Platte bzw. Scheibe 202 ermöglichen eine Einstellung der Höhe des Fluiddurchganges zwischen dem oberen Abstandsstücke 204 und dem unteren Abstandsstück 206. und zwar bei einem vernachlässigbaren Leck über jede Scheibe bzw. Platte 202, innerhalb

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der Grenzen der maximal voll durchgebogenen Dicke jeder Platte 202 und ihrer nicht-durchgebogenen Höhe.

In der Fig. 22 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 12 und 13 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

In der I'ig. 22 sind ein ringförmiges oberes Abstandsstück 208 und ein ringförmiges unteres Abstandsstück 210 derart konisch ausgebildet, bzw. verjüngen sich derart, daß sie in ihrer Dicke zu der Mitte hin derart abnehmen, daß sie einen ringförmigen achsensymmetrischen Fluiddurchgang 212 festlegen, der in seiner Höhe in Richtung auf den Fluidauslaßraum 118 hin zunimmt. Durch die Verjüngung der Abstandsstücke 208 und 210 in dieser Weise kann eine spezielle Querschnittsflächenverminderung des Fluiddurchganges 212 in der Strömungsrichtung für spezielle Anwendungsfälle der Vorrichtung vorgesehen werden. Während gemäß Fig. 22 beide Abstandsstücke 208 und 210 in ihrer Dicke abnehmen, ist es auch möglich, nur eines dieser Abstandsstücke 208 oder 210 auf diese Weise abnehmen zu lassen, um die gewünschte Verminderung im Querschnitt des Fluiddurchganges 212 zu erreichen. Die Abstandsstücke 208 und 210 sind in der Weise dargestellt, daß sie in ihrer Dicke zu dem Fluidauslaßraum 118 hin abnehmen und modifizieren somit den natürlichen Verjüngungseffekt bei der Querschnittsfläche des Fluiddurchganges 212, welcher durch den Strömungsweg erzeugt wird, der in radialer Richtung zwischen zwei ringförmigen Abstandsstücken 208 und 210 nach innen geht. In einigen Fällen kann die gewünschte Verminderung in der Querschnittsfläche des Fluiddurchganges 212 dadurch erreicht werden, daß entweder das eine oder beide ringförmigen Abstandsstücke 208 und 210 sich verjüngen, um deren jeweilige Dicke in Richtung auf die Mitte hin zunehmen zu lassen. Obwohl sie nicht dargestellt sind, können

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eine oder mehrere Drucksonden und eine entsprechende Anzahl von Fluiddruckübertragern vorgesehen sein, die ähnlich aufgebaut sein können wie die in den Fig. 9 oder 13 dargestellten Einrichtungen, und solche Drucksonden sind für die Ausführungsform gemäß Fig. 22 dazu erforderlich, die Druckdifferenz in dem Fluiddurchgang 212 zu messen.

In der Fig. 23 sind ähnliche Teile wie in den Fig. 12 und 13 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

Gemäß Fig. 23 sind keine Drucksonden und/oder -abgriffe vorgesehen, und das obere Abstandsstücke 216 hat ein flexibles Element in der Form eines flexiblen, scheibenförmigen Abschnittes 218. Der scheibenförmige Abschnitt 218 ist an der Scheibenplatte 122 angebracht und durch ein Randteil 219 auf Abstand davon gehalten. Die Durchbiegung des flexiblen Abschnittes des Abstandsstückes 216 ist eine spezielle Funktion der radialen statischen Druckverteilung innerhalb des Fluiddurchganges 220. Somit wird der Differenzfluiddruck in dem Fluiddurchgang 220 durch Übertrager wie einen Dehnungsmeßstreifen 221 oder eine Luftmeßdüse 223 gemessen, wobei die Dehnung bzw. die Durchbiegung des Abschnittes 218 an radial auf Abstand voneinander angeordneten Stellen ermittelt wird, und die Übertrager sind eigentlich Fluiddurchdetektoren. Es besteht eine Wechselwirkung zwischen dieser Durchbiegung und der statischen Druckverteilung in dem Fluiddurchgang 220, so daß die Höhe des Fluiddurchganges 220 verändert wird und somit auch die Betriebseigenschaften der Vorrichtung in vorgegebener Weise verändert werden. Es ist weiterhin ersichtlich, daß entweder das gesamte obere Abstandsstück 216 oder ein Teil davon aus einer dünnen Schicht bzw. Platte eines Materials bestehen kann, welches entweder flach oder derart ausgebildet sein kann, wie es bei einer Metall- oder einer I-lastikmembran der Fall ist, oder

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dieses Stück kann aus einem Blech oder einer Platte aus elastischem Material wie Kautschuk bestehen, der verstärkt oder versteift sein kann. Gemäß Fig. 23 erstreckt sich der Fluidauslaßraum 118 nur durch das untere Abstandsstück 128 und die Bodenplatte 124 , und eine nicht unbedingt erforderliche Entlüftung 222 ist in der Deckplatte 122 dargestellt.

Diese Einrichtung zur Ermittlung der Durchbiegung und/oder der Dehnung des flexiblen Abschnittes 218 , und zwar im Hinblick auf eine Messung bzw. Anzeige der radialen statischen Druckverteilung innerhalb des Fluiddurchganges 220 in bezug auf das Durchbiegungsprofil des Abschnittes 218, kann einen Widerstandsdraht-Dehnungsmeßstreifen 221 aufweisen, welcher an der Oberfläche des flexiblen Abschnittes 218 angebracht ist, oder es können Luftmeßeinrichtungen mit den Düsen 223 vorgesehen sein, welche unmittelbar angrenzend an die Oberfläche der flexiblen Wand 218 angeordnet sind, oder es kann eine beliebige andere bekannte Dehnungsmeßeinrichtung oder Durchbiegungsmeßeinrichtung eingesetzt werden.

In der Fig. 24 sind ähnliche Teile wie in der Fig. 23 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

Gemäß Fig. 24 ist eine Einrichtung 224 zur Durchbiegung des flexiblen Abschnittes 218 vorgesehen, um eine bestimmte Konfiguration des Fluiddurchganges 220 einzustellen, welche sich von derjenigen unterscheidet, welche durch die radiale Druckverteilung innerhalb des Fluiddurchganges 220 festgelegt wird. Die Durchbiegungseinrichtung 224, welche an dem flexiblen Abschnitt 218 angebracht ist, kann eine servogesteuerte Verschiebeeinrichtung bzw. Hubeinrichtung sein, könnte auch eine Krafterzeugungs- oder Verlagerungseinrichtung sein, beispielsweise ein hydraulischer Zylinder, eine elektrische Spule, eine

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Spindelwinde oder eine ähnliche Einrichtung, oder es könnte auch irgendeine andere solche Einrichtung verwendet werden, wie sie dem Fachmann hinreichend bekannt sind. Eine solche Komponente, mit welcher eine Kraft oder eine Verlagerung erzeugt wird, kann derart angeordnet werden, daß sie auf die Dehnung oder die Durchbiegung in dem flexiblen Abschnitt 218 anspricht, welche durch eine Einrichtung ermittelt wird, wie sie anhand der Fig. 23 beschrieben wurde, und zwar mittels einer (nicht dargestellten) Rückführung zu der Durchbiegungseinrichtung 224, wobei in geeigneter Weise angepaßte Signale verwendet werden, die aus der Dehnüngs- oder der Durchbiegungsmessung abgeleitet wurden, so daß die Wirkung der radialen Druckverteilung auf die Durchbiegung des flexiblen Abschnittes 218 verstärkt oder betont v/erden kann, indem .Regelverfahren angewandt werden, wie es dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß eine Verlagerungserzeugungseinrichtung wie die Einrichtung 224- dazu verwendet werden kann, um eine spezielle Konfiguration des Fluiddurchganges 220 zu erreichen, indem die Einrichtung 224 oder eine Vielzahl solcher Einrichtungen entsprechend eingestellt und/ oder gesteuert werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei allen Ausführungsformen, wie sie oben beschrieben sind, auch eine Anordnung im Rahmen der Erfindung liegt, bei welcher mehr als eine Gesamtdrucksonde oder als ein Abgriff für den statischen Druck an einer bestimmten Stelle in der Längsrichtung oder in radialer Richtung innerhalb des Fluidströmungsdurchganges angeordnet sind, so daß beispielsweise eine alternative Messung an dieser radialen Stelle oder in einem System, vorgenommen werden kann, wodurch eine Vielzahl von Druckmeßergebnissen an dieser radialen Stelle gemittelt werden können.

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Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausfiihrungsformen, die oben beschrieben wurden, in ihrer körperlichen Größe oder ihrem geometrischen Maßstab nicht auf die Grenzen der praktischen Herstellungsgenauigkeit und der Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung innerhalb der Fluidströmungsdurchgänge beschränkt sind.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß zwei oder mehrere sogenannte segmetrische Konfigurationen oder sogenannte achsensymmetrische Konfigurationen der hier beschriebenen Vorrichtung, die entweder mit einem einzigen Fluiddurchgang oder mit mehreren Iluiddurchgängen ausgestattet ist, miteinander kombiniert werden können, während getrennte Fluidquellen und Vorrichtungseinlaßräume beibehalten werden, so daß die Charakteristiken von zwei oder mehreren Fluiden gleichzeitig ermittelt werden können, wobei eines oder mehrere der Fluide als Bezugsfluid dienen können.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

M J Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluids, dadurch gekennz eichnet,

a) daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches einen Fluiddurchgang aufweist, welches weiterhin einen Fluideinlaßraum hat, der zur Verbindung mit einer Druckfluidquelle dient, und einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für das Fluid zu der gesamten Fläche einer Einlaßseite des Fluiddurchganges bildet, und zwar senkrecht zu der Richtung der Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang, und welches einen Fluidauslaßraum aufweist, welcher zum Entweichen des Fluides aus dem Gehäuse dient und einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für die Strömung des Fluids von im wesentlichen der gesamten Fläche einer Auslaßseite des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in den Fluiddurchgang bildet,

b) daß eine Fluiddruck-■ Ermittlungseinrichtung in dem Gehäuse

angeordnet ist, um eine Fluiddruckdifferenz zwischen auf

'^;ngeor*c,neten ίΐβι.,εfellen Abstand voneinander/in dem Fluiddurchgang in der Richtung für die Strömung des darin strömenden Fluids zu ermitteln,

c) daß weiterhin eine Fluiddruckanzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung verbunden ist, von welcher die Fluiddruckdifferenz in dem Fluiddurchgang abgeleitet werden kann,

d) daß das Verhältnis von der mittleren Breite zu der mittleren Höhe der Fluiddurchgangsfläche senkrecht zu der Richtung des darin strömenden Fluids mindestens 10 : 1 beträgt, und zwar wenigstens für denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges, welcher sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet,

e) daß die Fläche des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluids im Fluiddurchgang und für wenigetens denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges

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welche· sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet, kontinuierlich in Strömungsrichtung des i'luids derart vermindert, daß für das in dem Durchgang strömende Fluid eine laminare Strömung aufrechterhalten wird, wenn als Standardfluid im wesentlichen reines Wasser von etwa 21,2 ⁰C (70 ⁰F) verwendet wird, i) daß die statische Druckdifferenz Δρ, welche durch die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, von dem Massendurchfluß G von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang die folgende Beziehung erfüllt:

Δρ = K₁ (G)² + K₂ (G), und

ii) daß die Gesamtdruckdifferenz ΔΡ, welche durch die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, eine lineare Abhängigkeit von dem Massendurchfluß G von im wesentlichen reinem Wasser in dem Fluiddurchgang aufweist,

daß die Druckdifferenz für entweder den statischen Druck oder den Gesamtdruck (Δρ, ΔΡ) über einen Durchflußbereich bestimmt wird, und zwar für das im wesentlichen reine Wasser, für welchen die Differenz zwischen den maximalen ßeynolds-Zahlen in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in einem Bereich zwischen 0 und 8000 liegt, wobei die Beynolds-Zahl R durch folgende Beziehung festgelegt ist:

H . iiPU _wobei
e u '

h = die mittlere Höhe des Fluiddurchganges an der Stelle zwischen den auf Abstand* voneinander angeordneten Meßstellen, für welche die Eeynolds-Zahl ein Maximum ist,

P - die ITuiddichte des im wesentlichen reinen Wassers, U β die mittlere Geschwindigkeit des im wesentlichen reinen Wassers an der Stelle zwischen den zwei auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für

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welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist, und /U = die absolute Viskosität des im wesentlichen reinen Wassers,

wobei im Falle der Ermittlungseinrichtung für die statische Druckdifferenz das Verhältnis K./Kp kleiner ist als 0,01, wobei K.. und Kp Konstanten für eine vorgegebene !bluiddurchgangsgeometrie sind, welche durch folgende Beziehungen festgelegt sind:

₁ pp

K = ! und

G (U)

AP₁ - K₂ (G₁) AP₂ - K₂ (G₂)

= die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem J'luiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

= der ITuidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Heynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand 'voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

= die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

= der Pluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

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f) wobei die zu messende i'luidcharakteristik mit der Druckdifferenz in Beziehung steht, welche durch die Anzeigeeinrichtung für die Fluiddruckdifferenz angegeben wird, und welche daraus in entsprechender Weise für verschiedene iluide herleitbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Abgriffe für den statischen Druck in dem Gehäuse aufweist und daß jeder Abgriff mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Keßstellen in dem Fluiddurchgang verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Abgriffe für den statischen Druck an den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen liegen.

4. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die iluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Abgriffe für den statischen Druck aufweist, von denen einer mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Heßstellen in Verbindung steht und der andere an der anderen Meßstelle angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die iluiddruck-Ermittlungseinrichtung einen Abgriff für den statischen Druck und eine Gesamtdrucksonde aufweist, wobei jedes dieser Meßelemente mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die S'luiddruck-Ermittlungseinrichtung einen Abgriff für den statischen Druck und eine Gesamtdrucksonde aufweist, wobei jedes dieser Meßelemente an einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen angeordnet ist.

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7. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Detektoren in der Form eines Abgriffes für den statischen Druck und einer Gesamtdrucksonde aufweist und daß ein Detektor mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen verbunden und der andere Detektor an der anderen Meßstelle angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Eluiddurchganges an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß die ermittelte Druckdifferenz in Abhängigkeit von Veränderungen der Fluidviskosität meßbar ist, und daß die Fluidabtasteinrichtung Abgriffe für den statischen Druck aiifweist»

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung wenigstens drei Abgriffe für den statischen Druck an Stellen aufweist, welche zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen liegen, und daß die i'luiddr-uckanzeigeeinrichtung eine Mehrzahl von Druckmeßinstrumenten aufiireiist, die jeweils mit einem Abgriff für den statischen Druck verbunden sind, so daß die statische Druckverteilung zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen angebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Gesamtdrucksonden in dem Gehäuse aufweist und an den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Eluiddurchganges derart angeordnet ist, daß die ermittelte Druckdifferenz in Abhängigkeit

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von Veränderungen der iluidviskosität meßbar ist und daß die i'luidabtasteinrichtung Gesamtdrucksonden aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung wenigstens drei Gesamtdrucksonden an auf Abstand voneinander angeordneten Stellen zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen aufweist und daß die Fluiddruckanzeigeeinrichtung eine Wehrzahl von Druckmeßinstrumenten aufweist, die jeweils mit einer der Gesamtdrucksonden verbunden sind, so daß die Gesamtdruckverteilung zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen angebbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein zylindrisches Gehäuse ist, welches einen äußeren, ringförmig ausgebildeten Fluideinlaßraum aufweist, welches weiterhin einen ringförmig ausgebildeten Fluiddurchgang für eine radial nach innen durch diesen Durchgang hindurchströmende Fluidströniung hat und welches einen inneren Fluidauslaßraum aufweist, daß der äußere ringförmig ausgebildete Fluideinlaßraum den im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg zu der gesamten äußeren Peripherie des ringförmig ausgebildeten Fluiddurchganges bildet, daß der innere Fluidauslaßraum den im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg von der gesamten inneren Peripherie des Durchganges bildet, daß der ringförmig ausgebildete Fluiddurchgang für das Entweichen des Fluid aus dem Gehäuse dient und daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung in dem Gehäuse dazu dient, eine Fluiddruckdifferenz zwischen den in radialer Richtung auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in dem Fluiddurchgang zu ermitteln.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer Mittelkörper an einer Seite des zylindrischen Gehäuses angebracht ist, daß eine konische äußere Hülse den konischen Mittelkörper auf Abstand umgibt, daß die konische äußere Hülse an dem Gehäuse derart angebracht ist, daß der Abstand zwischen dem konischen Mittelkörper und der konischen äußeren Hülse einen konischen Einlaßdurchgang festlegt, welcher sich um die Gesamtheit des Fluideinlaßraumes herum, ausdehnt, um das unter Druck stehende Fluid von der Fluiddruckquelle dort hinzuführen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Element in dem Gehäuse angeordnet ist, welches eine Wand des Fluiddurchganges bildet und an dem Gehäuse um den Rand des flexiblen Elementes herum angebracht ist, um einen Teil des Elementes auf Abstand von dem Gehäuse zu halten, und daß Durchbiegungsübertrager, welche die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung bilden, an dem flexiblen Element angebracht sind, um einen Fluiddruckunt^er schied zu ermitteln, indem Durchbiegungen des flexiblen Elementes gemessen werden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Element in dem Gehäuse angeordnet ist, und daran um den Rand des flexiblen Elementes herum angebracht ist, um einen Abschnitt dieses Elementes auf Abstand von dem Gehäuse zu halten und daß eine Durchbiegungseinrichtung dazu dient, das flexible Element derart auf einen Abstand zwischen den Wänden des Durchganges einzustellen, daß die Fläche des Fluiddurchganges festgelegt wird.

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Λ'?· Vorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder der Viskosität eines Fluides, dadurch gekennzeichnet, daß

a) daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches eine Vielzahl von im wesentlichen identischen Iluiddurchgängen aufweist, daß ein Fluideinlaßraum vorhanden ist, zur Verbindung mit einer Druckfluidquelle, wobei der Fluideinlaßraum einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für ein Fluid zu der gesamten Fläche der Einlaßseite jedes Fluiddurchganges bildet, und zwar senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluides in dem Fluiddurchgang, daß weiterhin ein Fluidauslaßraum für das Entweichen des Fluides aus dem Gehäuse vorhanden ist, welcher einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg für jeden Fluiddurchgang bildet,

b) daß eine Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung in dem Gehäuse

angeordnet ist, um eine Fluiddruckdifferenz zwischen auf

^nfrc-oroiieten i-ieitstellen Abstand voneinander/ in dem iluiddurchgang in der Richtung für die Strömung des darin strömenden Fluids zu ermitteln,

c) daß weiterhin eine Fluiddruckanzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung verbunden ist, von welcher die Fluiddruckdifferenz in dem Iluiddurchgang abgeleitet werden kann,

d) daß das Verhältnis von der mittleren Breite zu der mittleren Höhe der Fluiddurchgangsfläche senkrecht zu der Ricrtung des darin strömenden Fluids mindestens 10 : 1 beträgt, und zwar wenigstens für denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges, welcher sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen befindet,

e) daß die Fläche des Fluiddurchganges senkrecht zu der Richtung für die Strömung des Fluids im Fluiddurchgang und für wenigstens denjenigen Abschnitt des Fluiddurchganges,

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welche sich zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen "befindet, kontinuierlich in Strömungsrichtung des S'luids derart vermindert, daß für das in dem Durchgang strömende Fluid eine laminare Strömung aufrechterhalten wird, wenn als Standardfluid im wesentlichen reines Wasser von etwa 21,2 ^UC (70 ⁰S¹) verwendet wird, i) daß die statische Druckdifferenz Ap, welche durch die ITluiddruck-SrmittXungseinrichtung ermittelt wurde, von des riass3ndurchflvi.ß G von im wesentlichen !"einem Wasser &ircii den Pluicldiiruligang die folgende Beziehung erfüllt; Ap = K₁ {Q)² + K₂ (G), und

ii) daß die Gesamtdruukdiffersnz £P, welche durch die PIuiddruek-Ermittlurigseinriehtung ermittelt wurde, eine lineare Abhängigkeit von dsm Massen&urchfluß G von im wesentlichen reinem. Wasser in dem Fluiöäurch- " gang aufweist,

daß die Druckdifferenz für entweder den statischen Druck odsr asn Gssamtdruak (£.p, L^-P) über sinsn Durchflußbereich "bestimai; wird, und gwaz³ Hu:- das isa wsseatliahsn rsine Wasser- für '"j'Sicheii" die Bifiersnz swirschen den taassioialen E©ynold;3-Zahlen in daza S'luidäA2rchg-^::ag zwischen den auf Abstand "/onsinandor angeordneten EsSstellen ±n einem Bereich Zii±3Qh.Qzi 0 und 800G liegt ₅ wobei die H@yaclas»Sakl E_ffl durch Beziehung festgelegt ists

h = die mittlere Höh® dss Fluidänrchganges an der Stelle swisohen den auf Abstand vonsinazider angeordneten Heßstellen, fiü? welche die Eeynolds-Zahl ein Maximum

P ** die Pluiddichte des im wesentlichen reinen Wassers, U ss die mittlere Geschwindigkeit des im wesentlichen reinen Wassers an der Stelle zwischen den zwei auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, für

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welche die Reynolds-Zahl ein Maximum ist, und λχ = die absolute Viskosität; des im wesentlichen reinen Wassers,

wobei im Falle der Ermittlungseinrichtung für die statische Druckdifferenz das Verhältnis Κ,,/Κρ kleiner ist als 0,01, wobei K₁ und K₂ Konstanten für eine vorgegebene Fluiddurchgangsgeometrie sind, welche durch folgende Beziehungen festgelegt sind: _t _x ρ

[fir

Δρ^ - ApplGp/

K J und

(G₁) AP₂ - K₂ (G₂)

₁) AP₂ - K₂ (G₂

« die statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Heßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

- der Fluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 8000 beträgt,

" d-ie statische Druckdifferenz zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

« der Fluidmassendurchfluß von im wesentlichen reinem Wasser durch den Fluiddurchgang, wenn die maximale Reynolds-Zahl in dem Fluiddurchgang zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen 3500 beträgt,

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f) wobei die zu messende !''luidcharakteristik mit der Druckdifferenz in Beziehung steht«, welche durch die Anzeigeeinrichtung für die Uluiddruckdifferenz angegeben wird, und welche daraus in entsprechender "Weise für verschiedene Fluide herleitbar ist«

18. Vorrichtung nach Anspruch 1?, dadurch gekennzeichnet, daß die Irluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Abgriffe für den statischen Druck in dem Gehäuse aufweist und daß jeder Abgriff mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in dem Iluiddurchgang verbunden ist.

"19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Abstand voneinander angeordneten Keßstellen in einem STuiddurchgang angeordnet sind und daß die zwei Abgriffe für den statischen Druök an den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen liegen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Abstand voneinander angeordneten Keßstellen in verschiedenen Fluiddurchgängen angeordnet sind und daß die zwei Abgriffe für den statischen Druck an den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen liegen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Abgriffe für den statischen Druck aufweist, von denen einer mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Keßstellen in Verbindung steht und der andere an der anderen Keßstelle angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung einen Abgriff für den statischen Druck und eine Gesamtdrucksonde aufweist, wobei jedes dieser Meßelemente mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in Verbindung steht.

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23· Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in einem Fluiddurchgang liegen und daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung einen Abgriff für den statischen Druck und eine Gesamtdrucksonde aufweist, wobei diese Meßelemente jeweils an einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen liegen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen in verschiedenen Fluiddurchgängen angeordnet sind und daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung einen Abgriff für den statischen Druck und eine Gesamtdrucksonde aufweist, wobei jedes Meßelement an einer, der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1?', dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zwei Detektoren in der Form eines Abgriffes für den statischen Druck und einer Gesamtdrucksonde aufweist, und daß ein Detektor mit einer der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen verbunden ist und der andere Detektor an der Stelle der anderen Meßstelle angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine der auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Fluiddurchganges an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß die ermittelte Druckdifferenz in Abhängigkeit von Veränderungen der Fluidviskosität meßbar ist, und daß die Fluidabtasteinrichtung Abgriffe für den statischen Druck aufweist.

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27« Vorrichtung nach Anspruch 17·> de. durch gekennzeichnet, daß die Pliiidär-uck-Ermittj-ungseiiiricIitung wenigstens drei Abgriffe für den statischen Brück aufweist, von denen jeder in einc-iu "^luiddurchgang angeordnet ist und ^jobei d.iese Abgriffe ^3!rjeils auf At-stsiid Tonsinandsr zwischen den auf Abstand Toneinancler angeordneten iiei 3st allen angeordnet sind, und dρQ dii.e Pluidöruci^nseiReeinrieli^iniF; sins Mehrsahl von ■ Lruckü^ßi: fprrv.naüt^n. e.^;:::--je:v-t - von =^:'_6n3n -edes mit einem αϊ,: .11:·^;::-if:ίs für d^n .^::t.?.":iso.-.:."n !.Γ".·:·.:-:.:. ver"b".nd3n ist, so daß i i-vOhz rimol-:."-;;.""'"-: "■:"-lx:,.\ ^v.^ri,5cn3n d:3:i auf Abstand ,τοn-

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31. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine der auf Abstand voneinander angeordneten Keßstellen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß von einem Fluiddurchgang an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß die ermittelte !Druckdifferenz in Abhängigkeit von Veränderungen der Fluidviskosität meßbar ist, und daß die Fluidabtasteinrichtung die Gesamtdrucksonden aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung wenigstens drei Gesamtdrucksonden aufweist, von denen jede in einem der Fluiddurchgänge angeordnet ist, und zwar auf Abstand voneinander zwischen den zwei auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen, und daß die Fluiddruckanzeigeeinrichtung eine Mehrzahl von Druekmeßinstrutaenten aufweist, die jeweils mit einer der Gesamtdrucksoriden verbunden sind, so daß die Gesamtdruckverteilung zwischen den auf Abstand voneinander angeordneten Meßstellen ermittelt werden kann.

33. Vorrichtung nach Anspruch 17₅ dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein zylindrisches Gehäuse ist, welches einen äußeren, ringförmig ausgebildeten Fluideinlaßraum aufweist, welches weiterhin eine Vielzahl von ähnlichen, koaxialen, ringförmigen Fluiddurchgängen hat, von denen jeder im wesentlichen eine radial nach innen strömende Fluidströmung führt, und welches einen inneren Fluidauslaßraum aufweist, daß der äußere, ringförmige Fluideinlaßraum einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg zu dem gesamten äußeren Umfang jedes dazwischen angeordneten' ringförmigen Fluiddurchganges bildet, daß der innere Fluidauslaßraum einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg von dem gesamten inneren Umfang jedes Fluiddurchganges, der als ringförmiger Fluiddurchgang ausgebildet ist, zum Entweichen des Fluids aus dem Gehäuse bildet und daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zur

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Ermittlung der Fluiddruckdifferenz an zwei in radialer Richtung auf Abstand voneinander angeordneten Stellen dient, von denen jede in einem der Fluiddurchgänge angeordnet ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33? dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer Mittelkörper an einer Seite des zylindrischen Gehäuses angebracht ist, daß eine konische äußere Hülse den konischen Mittelkörper auf Abstand umgibt, daß die konische äußere Hülse an dem Gehäuse derart angebracht ist, daß der Raum zwischen dem konischen Mittelkörper und der konischen äußeren Hülse ein konischer Einlaßdurchgang ist, welcher sich um den gesamten Fluideinlaßraum herum erstreckt, um von der Druckfluidquelle Fluid dort hinzuführen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein zylindrisches Gehäuse ist, welches einen äußeren, ringförmig ausgebildeten Fluideinlaßraum aufweist, welches weiterhin einen ringförmigen Zwischenraum" und einen inneren Fluidauslaßraum hat, daß weiterhin eine Vielzahl von Scheiben bzw. Flatten vorgesehen sind, welche sich in radialer Richtung nach innen innerhalb des ringförmigen Fluiddurchganges erstrecken, wodurch der ringförmige Zwischenraum in eine- Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Fluiddurchgängen unterteilt wird, wobei der äußere ringförmige Einlaßraum den im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg zu der gesamten Fläche der Einlaßseite jedes radialen Fluiddurchganges bildet und der innere, ringförmig ausgebildete Auslaßraum einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg von der gesamten Fläche der Auslaßseite jedes radialen Fluiddurchganges bildet, und daß die Fluiddruck-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Fluiddruckdifferenz an zwei in radialer Richtung auf Abstand voneinander angeordneten Stellen in wenigstens einem der Fluiddurchgänge dient.

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36. Vorrichtung nach Anspruch 35 ₅ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Scheibenabstandssttick in dem ringförmigen Hohlraum angeordnet ist, wodurch der ringförmige Zwischenhohlraum in einen aus einer Vielzahl von ähnlichen, koaxialen, ringförmigen Zwischenräumen unterteilt wird, von denen jeder ringförmige Zwischenraum sich in radialer dichtung erstreckende Scheibe zur unterteilung der ringförmigen Zwischenräume in gleiche, sich iu radialer Jtachtung erstreckende Fluiddurchgänge aufweist, wobei ^Ue Fluiddurchgänge einen im wesentlichen ungehinderten Slromungsweg von dem äußeren, ringförmig ausgebildeten iMiil-ieinlaSraum dorthin aufweisen, sowie eine:: in, wesentlicher, \;>;;:;ehi:uler't:en Ströiraingsweg von do_-t zu den. i:.j ertn f luid■'·.■ ;->i abraum.

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40. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe "bzw. Platte eine Ausdehnung bzw. einen Ansatz aufweist, welcher sich in radialer Sichtung nach außen in den Fluideinlaßraum. erstreckt, und daß die Scheibenansätze, _welche sich von jedem koaxialen, ringförmigen Zwischenraum aus erstrecken, durch einen Umfangsring miteinander vereinigt sind, welcher an den Ansätzen angebracht und koaxial in dem Fluideinlaßraum angeordnet ist.

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