DE2614811B2 - Flow meter with a plate-shaped measuring body - Google Patents
Flow meter with a plate-shaped measuring bodyInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen, quer zur Strömungsrichtung gehaltenen und mit einer Rückstellkraft belasteten Meßkörper, der das Profil einer Tragfläche aufweist deren Stirnseite der Strömung entgegengerichtet ist und die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet istThe invention relates to a flow meter with a plate-shaped, transverse to the direction of flow held and loaded with a restoring force measuring body, which has the profile of a wing whose end face is directed in the opposite direction to the flow and which is essentially parallel to the direction of flow is aligned
Bei einem bekannten Durchflußmeßgerät dieser Art (DE-PS 4 70 238) wird die in der Strömung von dem Meßkörper verursachte Auftriebskraft als Direktionskraft für ein schwingendes System ausgenutzt; dieses schwingende System ist mit dem Meßkörper mechanisch gekuppelt und besteht unter anderem aus einem Lenker enthaltenden Führungssystem für den Meßkörper. Das Führungssystem sorgt dafür, daß der Meßkörper stets den gleichen Anstellwinkel einnimmt Das Führungssystem steht über eine Welle mit der Hemmung eines nicht dargestellten Triebwerkes in Verbindung. Das gesamte System mit dem Meßkörper führt infolgedessen Schwingungen mit einer Frequenz aus, die unter anderem auch von der Auftriebskraft des Meßkörpers abhängig ist Die Frequenz ist auch ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit so daß sich daraus die Durchflußmenge ermitteln läßtIn a known flowmeter of this type (DE-PS 4 70 238) in the flow of the The buoyancy force caused by the measuring body is used as a directional force for a vibrating system; this The oscillating system is mechanically coupled to the measuring body and consists, among other things, of a Guide system containing handlebars for the measuring body. The guidance system ensures that the The measuring body always assumes the same angle of attack. The guide system is connected to the Inhibition of an engine, not shown, in connection. The entire system with the measuring body As a result, it vibrates at a frequency that is influenced, among other things, by the buoyancy of the Measuring body is dependent The frequency is also a measure for the flow velocity so that from this the flow rate can be determined
Bei einem anderen bekannten Durchflußmeßgerät (»Messen und Regeln in der chemischen Technik«, von Hengstenberg/Sturm/Winkler, 1957, Seite 262) ist eine Durchflußöffnung im Ruhezustand mittels einer drehbar gelagerten Klappe verschlossen, die federbelastet sein kann. Bei einem Durchfluß durch die Öffnung wird die Klappe durch Anwachsen der auf sie ausgeübten Kraft verschwenkt und nimmt eine Winkelstellung ein, die ein Maß für den Durchfluß darstellt Bei diesem bekannten Durchflußmeßgerät wird der Strömungswiderstand zur Ermittlung des Durchflusses ausgenutzt Da dieser Widerstand von einer Widerstandszahl abhängig ist, die sich mit der Winkelstellung der Klappe und mit der Reynoldsschen Zahl nichtlinear ändert muß die Eichung des bekannten Durchflußmeßgerätes unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten vorgenommen werden.In another known flow meter ("Measurement and control in chemical engineering", by Hengstenberg / Sturm / Winkler, 1957, page 262) is a flow opening at rest closed by means of a rotatably mounted flap which can be spring-loaded. When there is a flow through the opening is pivoted the flap by increasing the force exerted on it and takes one An angular position that represents a measure of the flow in this known flow meter the flow resistance is used to determine the flow rate Since this resistance of depends on a coefficient of resistance, which is related to the angular position of the flap and to Reynolds' If the number changes non-linearly, the calibration of the known flowmeter must take into account empirical values be made.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein DurchfluRmeßgerät mit einem plattenförmigen Meßkörper mit dem Profil einer Tragfläche vorzuschlagen, mit dem sich die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchfluß aufgrund einer gut definierbaren Eichkurve messen läßt und das relativ einfach aufgebaut ist.The invention is based on the object of a flow meter with a plate-shaped measuring body to propose with the profile of a wing with which the flow velocity or the The flow can be measured on the basis of a well-definable calibration curve and which is relatively simple in structure.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Durchflußmeßgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Meßkörper auf einer Drehachse gelagert und mit einer Vorrichtung verbunden, die die von der Strömung auf den Meßkörper ausgeübten Auftriebskräfte kompensiert und dabei eine Meßgröße erzeugt, die ein Maß für den Durchfluß darstellt.To achieve this object, the invention is given in a flow meter of the type described at the outset the measuring body is mounted on an axis of rotation and connected to a device that is controlled by the Flow compensates the buoyancy forces exerted on the measuring body and thereby generates a measured variable, which represents a measure of the flow.
Es ist zwar bereits ein Meßgerät bekannt (US-PS 29 47 834), bei dem der Auftriebskraft eines Meßkörpers mit dem Profil einer Tragfläche die Kraft einer Feder entgegenwirkt, jedoch handelt es sich hier um eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung insbesondere für Flugzeuge, mit der sich auch nur eine vorgegebene Geschwindigkeit ermitteln läßt.A measuring device is already known (US-PS 29 47 834) in which the buoyancy force of a measuring body with the profile of a wing counteracts the force of a spring, but this is a Speed measuring device, especially for aircraft, with which only one is given Speed can be determined.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß die am Meßkörper auftretenden Auftriebskräfte bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und damit in einem Strömungsgeschwindigkeitsbereich kontinuierlich erfaßt und unter Erzeugung der Meßgröße kompensiert werden, was zudem mit einem relativ einfachen Aufbau erreicht wird.An advantage of the flow meter according to the invention is that the occurring on the measuring body Buoyancy forces at different flow velocities and thus in a flow velocity range continuously detected and compensated while generating the measured variable, which is also with a relatively simple structure is achieved.
Bei dem Durchflußmeßgerät kann die Drehachse außerhalb des Auftriebsmittelpunktes des Profils desIn the flow meter, the axis of rotation outside the center of lift of the profile of the
Meßkörpers quer zur Strömungsrichtung verlaufen. Sie kann aber auch parallel zur Strömungsrichtung, z. B. in der Rohrwandung, verlaufen; der Meßkörper will dann eine Schwenkbewegung quer zur Strömungsrichtung ausführen.Measuring body run transversely to the direction of flow. she but can also be parallel to the direction of flow, e.g. Am the pipe wall, run; the measuring body then wants a pivoting movement transverse to the direction of flow carry out.
Gemäß einer weiteren Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist bei einem Durchflußraeßgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Meßkörper auf einer quer tut Strömungsrichtung und außerhalb des Auftriebsmittelpunktes seines Profils verlaufenden Drehachse drehbar gelagert und mit einer auf ihn eine solche Rückstellkraft ausübenden Einrichtung versehen, daß der sich einsteilende Anstellwinkel ein Maß für den Durchfluß darstelltAccording to a further solution to the above-mentioned object, the at the outset is used in a throughflow device described type according to the invention the measuring body on a transversely does flow direction and outside of the Buoyancy center of its profile extending axis of rotation rotatably mounted and with a one on him provided such a restoring force exerting device that the adjusting angle of attack is a measure of the Represents flow
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß sich die Auftriebszahl in Abhängigkeit von dem Anstellwinkel in einem bestimmten Winkelbereich fast exakt linear verändert Daher lassen sich die Auftriebskräfte des Meßkörpers in Abhängigkeit vom Durchfluß gut definieren.The particular advantage of this embodiment of the flow meter according to the invention is that that the number of lifts depends on the angle of attack in a certain angular range almost changed exactly linearly. Therefore, the buoyancy forces of the measuring body can be adjusted as a function of the flow define well.
Um mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine lineare Anzeige des Durchflusses zu erreichen, die vorteilhafterweise eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers vom Durchfluß ermöglicht, ist die Rückstellkraft durch eine Rückstellvorrichtung mit einer derartigen Charakteristik bewirkt, daß sich die gewünschte lineare Abhängigkeit ergibt Trägt man nämlich — wie F i g. 1 zeigt — die Auftriebskraft A über die Winkelstellung des Meßkörpers auf, dann ergeben sich für unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeitseinheiten c Geraden, die jeweils für eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit über der Winkelstellung χ die Auftriebskraft wiedergeben. Um eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers von der Strömungsgeschwindigkeit c bzw. vom Durchfluß zu erreichen, muß die durch die Rückstellvorrichtung erzeugte Rückstellkraft über der Winkelstellung <x einen Verlauf haben, wie ihn die strichliert eingezeichnete Kurve zeigt Diese strichliert eingezeichnete Kurve ergibt sich aus den Schnittpunkten der Geraden für die Auftriebskräfte A bei den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten c mit den senkrecht verlaufenden (gedachten) Geraden bei der jeweiligen Winkelstellung oc. Wird also bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine Rückstellkraft mit einer Charakteristik entsprechend de;· strichliert eingezeichneten Kurve verwendet, dann ist die Winkelstellung des Meßkörpers exakt dem jeweiligen Durchfluß proportional. Ein solches Durchflußmeßgerät besitzt einen sehr großen Meßbereich. Die Rückstellvorrichtung kann aus einem Gewicht an einer Kurvenscheibe oder aus einor Feder mit einer entsprechenden Charakteristik bestehen.In order to achieve a linear display of the flow with the flow meter according to the invention, which advantageously enables a linear dependence of the angular position of the measuring body on the flow, the restoring force is brought about by a restoring device with such a characteristic that the desired linear dependency results F i g. 1 shows - the buoyancy force A over the angular position of the measuring body, then for different flow velocity units c straight lines are obtained which each represent the buoyancy force for a certain flow velocity over the angular position χ. In order to achieve a linear dependence of the angular position of the measuring body on the flow velocity c or the flow rate, the restoring force generated by the restoring device must have a course over the angular position <x, as shown by the curve drawn in dashed lines Points of intersection of the straight lines for the lift forces A at the various flow velocities c with the perpendicular (imaginary) straight lines at the respective angular position oc. If a restoring force with a characteristic corresponding to the curve drawn in dashed lines is used in the flow measuring device according to the invention, then the angular position of the measuring body is exactly proportional to the respective flow. Such a flow meter has a very large measuring range. The reset device can consist of a weight on a cam or a spring with a corresponding characteristic.
Vielfach ist es ausreichend, wenn das Durchflußmeßgerät einen Meßberich von etwa 5:1 aufweist In diesem Falle ist es vorteilhaft den im gezeichneten Beispiel im Bereich zwischen etwa 5° und 10° der Winkelstellung λ linear abfallenden Verlauf der strichliert eingezeichneten Kurve der Rückstellkraft R auszunutzen und eine Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik zu verwenden, die erheblich einfacher als die oben behandelte Rückstellvorrichtung herstellbar ist. Bei Verwendung einer Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik nimmt dann der Meßkörper in seiner Ausgangslage einen größeren, et ν a 10° nicht überschreitenden Einstellwinkel zur Strömungsrichtung ein, während der kleinste Einstellwinkel bei größtem meßtechnisch erfaßbaren Durchfluß etwa 5° zur Strömungsrichtung beträgt Die Rückstellvorrichtung kann in diesem Falle aus einer Feder mit linearer Charakteristik bestehen.In many cases it is sufficient if the flow meter has a measuring range of about 5: 1. In this case, it is advantageous to use the curve of the restoring force R, which falls linearly in the range between about 5 ° and 10 ° of the angular position λ in the example shown, and to use a reset device with linear characteristics, which is considerably easier to manufacture than the reset device discussed above. When using a resetting device with linear characteristics, the measuring body in its initial position assumes a larger setting angle to the direction of flow, which does not exceed et ν a 10 °, while the smallest setting angle at the largest flow that can be measured by measurement is about 5 ° to the direction of flow consist of a spring with a linear characteristic.
Als besonders vorteilhaft wird es im Hinblick auf eine möglichst einfache konstruktive und fertigungsgerechte Ausführung des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes angesehen, wenn die Rückstellfeder mit linearer Federcharakteristik von einem Torsionsrohr gebildet ist was mit seinem einen Ende eine öffnung eines denIt is particularly advantageous with regard to a construction that is as simple as possible and suitable for production Execution of the flow meter according to the invention viewed when the return spring with linear The spring characteristic is formed by a torsion tube which, with its one end, is an opening of a den
ίο Meßkörper aufnehmenden Hohlkörpers dichtend umgreifend an dem Hohlkörper angebracht ist und an seinem geschlossenen Ende mit der Drehachse verbunden ist die durch die öffnung des Hohlkörpers innerhalb des Torsionsrohres geführt istίο sealingly encompassing the hollow body receiving the measuring body is attached to the hollow body and connected at its closed end to the axis of rotation is passed through the opening of the hollow body inside the torsion tube
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 2 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes wiedergegeben und in Fig.3 ein weiterer Schnitt durch dasselbe AusfiihrungsbeispieJ gezeigtTo further explain the invention, FIG. 2 shows a section through an embodiment of the invention Flowmeter shown and in Figure 3 a further section through the same Implementation example shown
Das dargestellte Durchflußmeßgerät ist in einem Hohlkörper 1 untergebracht der beispielsweise von einem Rohr gebildet ist Innerhalb des Hohlkörpers 1 ist ein plattenförmiger Meßkörper 2 gelagert Der plattenförmige Meßkörper 2 weist das Profil einer Tragfläche auf. An der Stirnseite 3 des Meßkörpers 2 ist eine Drehachse 4 angeordnet und zwar derart daß sich der Meßkörper 2 mit seiner Drehachse 4 quer zur Strömungsrichtung 5 innerhalb des Hohlkörpers 1 befindetThe flow meter shown is housed in a hollow body 1 of the example of a tube is formed. Inside the hollow body 1, a plate-shaped measuring body 2 is mounted plate-shaped measuring body 2 has the profile of a wing. On the end face 3 of the measuring body 2 is an axis of rotation 4 arranged in such a way that the measuring body 2 with its axis of rotation 4 transversely to Direction of flow 5 is located within the hollow body 1
Wie insbesondere F i g. 3 zeigt ist die Drehachse 4 des Meßkörpers 2 an ihrem einen Ende 5 auf einer Schneide 6 in einem topfartigen Vorsprung 7 des Hohlkörpers 1 gelagert Auf der gegenüberliegenden Seite des Meßkörpers 2 ist die Drehachse 4 durch eine öffnung 8As in particular F i g. 3 shows the axis of rotation 4 of the measuring body 2 at one end 5 on a cutting edge 6 mounted in a pot-like projection 7 of the hollow body 1 on the opposite side of the The measuring body 2 is the axis of rotation 4 through an opening 8
im Hohlkörper 1 geführt Die öffnung 8 ist von einem Torsionsrohr 9 verschlossen, das mit seinem einen Ende 10 die öffnung 8 dichtend umgreift Am anderen verschlossenen Ende 11 des Torsionsrohres 9 ist die Drehachse 4 befestigt.guided in the hollow body 1 The opening 8 is closed by a torsion tube 9, which with its one end 10 encompasses the opening 8 in a sealing manner. At the other closed end 11 of the torsion tube 9 is the Axis of rotation 4 attached.
Am Ende 11 des Torsionsrohres 9 befindet sich eine in der F i g. 3 nur schematisch dargestellte Anzeige- oder Abgriffeinheit 12, die in ihrer einfachsten Ausführung aus einem Ziffernblatt bestehen kann, hinter dem sich das außen mit einer Markierung, z. B. einem ZeigerAt the end 11 of the torsion tube 9 there is an in the F i g. 3 only schematically shown display or Tap unit 12, which in its simplest form can consist of a dial behind which the outside with a marking, z. B. a pointer
versehene Torsionsrohr 9 befindet Bei einer Winkelveränderung des Meßkörpers 2 dreht die Markierung aufgrund der Torsion hinter der Skala, wodurch die Winkelstellung und damit der Durchfluß angezeigt wird. Es ist aber auch möglich, die Torsion des Torsionsrohres 9 durch einen elektrischen oder pneumatischen Abgriff zu erfassen und den erfaßten Meßwert entweder am Einbauort des Durchflußmeßgerätes mittels eines elektrischen Meßinstrumentes zur Anzeige zu bringen oder über eine Fernübertragungsleitung zurprovided torsion tube 9 is located When the angle of the measuring body 2 changes, the marking rotates due to the torsion behind the scale, which shows the angular position and thus the flow. But it is also possible, the torsion of the torsion tube 9 by an electrical or pneumatic To capture tap and the recorded measured value either at the installation site of the flowmeter to be brought to the display by means of an electrical measuring instrument or via a remote transmission line to
Weiterverarbeitung an einen entfernten Ort zu übertragen.Transferring further processing to a remote location.
Das erfindungsgemäße Durchfiußmeßgerät arbeitet in folgender Weise:
Im Ruhezustand, d.h. bei einem Durchfluß Null, befindet sich der Meßkörper 2 in einer um etwa 10°
gegenüber der Strömungsrichtung 5 geneigten Lage, in die er durch die Torsionsfeder 9 geschwenkt ist Tritt ein
Durchfluß auf, dann ergibt sich auch eine Auftriebskraft die in Richtung des Pfeiles 13 wirkt und den Meßkörper
2 entgegen der Wirkung des Torsionsrohres 9 in Richtung des Pfeiles 14 so weit verschwenkt bis das von
der Auftriebskraft verursachte Drehmoment sich im Gleichgewicht mit dem Rückstellmoment des Torsions-The flow meter according to the invention works in the following way:
At rest, ie with a flow of zero, the measuring body 2 is in a position inclined by about 10 ° with respect to the flow direction 5, into which it is pivoted by the torsion spring 9 of arrow 13 acts and the measuring body 2 is pivoted against the action of the torsion tube 9 in the direction of arrow 14 until the torque caused by the buoyancy force is in equilibrium with the restoring torque of the torsion
rohres 9 befindet In der Anzeige- oder Abgriffeinheit 12 ist dann der entsprechende Durchflußmeßwert ablesbar bzw. abgreifbar. Bei weitersteigendem Durchfluß wird der Meßkörper 2 entsprechend weiter verschwenkt und gibt dann durch seine Winkelstellung den veränderten Durchfluß an. In einer Winkelstellung von etwa 5° gegenüber der Strömungsrichtung 5 ist bei Verwendung eines Torsionsrohres mit linearer Charakteristik der mit vertretbarem Fehler maximal erfaßbare Meßwert erreicht.The pipe 9 is located in the display or pick-up unit 12 the corresponding measured flow value can then be read or tapped. As the flow increases, the measuring body 2 is pivoted further accordingly and then gives the changed due to its angular position Flow on. In an angular position of about 5 ° with respect to the flow direction 5 is when used of a torsion tube with linear characteristics is the maximum measurable value that can be recorded with an acceptable error achieved.
Steigt der Durchfluß noch stärker an, dann wird er aufgrund des in F i g. 1 dargestellten Sachverhaltes nicht mehr genau erfaßt, jedoch verursacht eine über dem Meßbereich liegender Durchfluß keine Schäden am Durchflußmeßgerät, weil die Auftriebskräfte mit kleiner werdendem Anstellwinkel gegen Null gehen, so daß eine große Überlastbarkeit des Durchflußmeßgerätes gegeben istIf the flow increases even more, then it is due to the in F i g. 1 is not the case detected more precisely, however, a flow above the measuring range does not cause any damage to the Flow meter, because the buoyancy forces go to zero as the angle of attack decreases, so that a high overload capacity of the flowmeter is given
Mit der Erfindung wird ein Durchflußmeßgerät mit einem mit einer Rückstellvorrichtung versehenen, plattenförmigen Meßkörper vorgeschlagen, das wegen der Ausbildung des Meßkörpers als Tragfläche Winkel-Stellungen des Meßkörpers erreichen läßt, die in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und damit auch vom Durchfluß gut definierbar sind.With the invention, a flow meter is provided with a reset device, Plate-shaped measuring body proposed that because of the design of the measuring body as a support surface angular positions of the measuring body can be achieved depending on the flow rate and so that the flow can also be easily defined.
Claims (7)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8230 | Patent withdrawn |