DE2630771C3 - Venturikanal-Sonde - Google Patents
Venturikanal-SondeInfo
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- G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
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- G—PHYSICS
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- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
- G01F1/38—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule
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Description
Die Erfindung betrifft eine Venturikanal-Sonde zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einem
strömenden Medium, mit einem in einem an beiden Enden offenen Rohrkörper gebildeten Vennirikanal,
der zwischen Ein- und Ausgang eine Querschnittsverengung aufweist, mit einer Minusdruckentnahme am
oder unmittelbar hinter dem engsten Querschnitt und einer Plusdruckentnahme, an die ein Differenzdruck-Wandler
angeschlossen ist.
Das durch einen Venturikanal strömende flüssige oder gasförmige Medium wird durch die Verengung
auf höhere Geschwindigkeit und niedrigeren Druck, in dem als Diffuror wirkenden, sich erweiternden
Rohrteil aber nahezu wieder zurück in den ursprünglichen
Zustand gebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich aus der Bernoulli-Gleichung. Sie ist
der Wurzel aus crem Druckunterschied zwischen dem Druck in der vorderen öffnung, dem sogenannten
Plusdruck, und dem Druck im engsten Querschnitt, dem sogenannten Minusdruck, proportional. Diese
Druckdifferenz kann mit einem U-Rohr-Manometer gemessen werden und ist ihrerseits proportional zu
der sich einstellenden Differenzhöhe multipliziert mit der Dichte des im U-Rohr zur Messung verwendeten
Mediums. Da der Diffusorteii den Zulaufdruck nicht völlig wieder herstellt, tntt im Venturi-Rohr ein
Druckverlust auf, der über durch Eichung ermittelte Korrekturfaktoren berücksichtigt wird. Bei der Ermittlung
dieses Korrekturfaktors wird davon ausgegangen, daß im Bereich der Druckentnahmen ein turbulenter
Strömungszustand herrscht, d. h. bei Wasser als Medium die Reynolds-Zahl größer als 2300 ist.
Bekanntlich kann die Druckentnahme durch Ringkammern oder Einzelanbohrungen erfolgen.
Nach dem Stand der Technik hat man zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in großen Wassertiefen
Propeller oder schaufelradartige Rotoren verwendet, um aus der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit
nach Eichung die Strömungsgeschwindigkeit zu ermitteln. Bei diesen Meßvorrichtungen kann die
Umdrehungszahl und Richtung des Meßgerätes durch Impulse registriert und in für die Computerauswertung
geeigneter Weise gespeichert werden. Allerdings lassen sich mit derartigen Vorrichtungen niedrige
Strömungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von einigen Zentimetern pro Sekunde nicht mehr erfassen.
Andere Strömungsmeßsonden arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wobei das
Seewasser als elektrischer Leiter benutzt wird. Dabei wird jedoch ein konstanter Elektrolytgehalt des Seewassers
vorausgesetzt. Eine andere Meßsonde arbeitet nach dem Verfahren des akustischen Mitführungseffektes,
was eine vollkommene Homogenität des
Seewassers auf der Meßstrecke voraussetzt. Außerdem muß die Achse der Meßstrecke mit der Strömungsrichtung
übereinstimmen, d. h. dieses Verfahren ist stark richtungsempfindlich.
In der FR-PS 1407 151 ist eine Venturikanal-Son- >
deneinheit der eingangs genannten Gattung beschrieben, die als Windgeschwindigkeitsmesser für Kräne
ausgebildet ist. Sie weist ein Venturirohr auf, an dessen Einschnürung ein Kanal abgezweigt ist, der mit
einer Barometerdose in Verbindung steht. Die Baro- '"
meterdose ist von einem Gehäuse umschlossen, in welchem der statische Druck der umgebenden Luft
herrscht, das also gewissermaßen als Plusdruckentnahme wirkt. Somit wird die Barometerdose mit dem
Difforenzdruck zwischen dieser Plusdruckentnahme ' ϊ
und der als Minusdruckentnahme anzusehenden Anzapfung
des Venturirohrs beaufschlagt und gibt durch Ausdehnung oder Kontraktion eine Anzeige des Differenzdruckes,
der ein Maß für die Windgeschwindigkeit darstellt. Wegen der räumlichen Trennung der -'»
Minusdruckentnahme und der Plusdruckentnahme ist eine derartige Einrichtung zwangsläufig nvt erhoblichen
Meßfehlern behaftet.
In der deutschen Patentanmeldung E 65 25 IX/42e ist bereits ein Differenzdruckmesser zur Ermittlung r>
des Druckunterschiedes vor und hinter einer Drossel-Öffnung in einer Rohrleitung beschrieben. Die Meßeinrichtung
weist in einem Gehäuse zwei miteinander starr gekoppelte Membranen auf, die von je einei
Druckentnahme der Leitung beaufschlagt sind und «> deren Auslenkung zur Ermittlung des Differenzdrukkes
elektromagnetisch kompensiert ist, wobei der Kompensationsstrom als Maß für den Differenzdruck
gewertet wird.
Aus der DE-OS 2162658 ist auch bereits ein Dif- r>
lerenzdruck-Meßgerät bekanntgeworden, das zwei miteinander verkoppelte Membranen und eine elektrische
Meßeinrichtung für deren Auslenkung aufweist, wobei zur Temperaturkompensation zwischen
die gekoppelten Membranen eine Füllflüssigkeit ein- *<>
gebracht ist.
In der DE-OS 2051 829 ist die besondere geometrische
Ausbildung eines Venturirohrs mit zwei Druckentnahmen dargestellt, wobei jedoch die Auswertung
der Drücke dieser Druckentnahmen nicht er- 4 > läutert ist.
Schließlich ist in der DE-AS 1 110892 bereits ein
Durchflußmesser für Gase und Flüssigkeiten beschrieben, bei dem die Plusdruckentnahme und die
Minusdruckentnahme in einem Venturirohr mit einer
>» entfernt gelegenen, elektromagnetisch kompensierenden
Differenzdruck-Meßeinrichtung verbunden sind.
In der Praxis ergeben sich mit einer Venturikanal-Sonde der eingangs genannten Gattung besondere v>
Probleme dann, wenn einerseits eine besonders hohe Meßgenauigkeit in einem weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten
gefordert wird und zudem andererseits der Einsatz in Strömungsbereichen mit
Sehr stark unterschiedlichem statischem Druck vorge- so
sehen ist, also beispielsweise bei der Strömungsmessung in unterschiedlichen Wassertiefen. Dabei ist
nämlich zu fordern, daß die Meßsonde unabhängig von dem herrschenden statischen Druck einwandfrei
arbeitet und zugleich eine Störung der Wasserströ- h,
mung durch die Sonde selbst weitgehendst vermieden wird.
Die der Erfindung iugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Venturikanal-Sonde der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, die eine hohe Meßgenauigkeit in einem weiten Bereich von Stromungsgeschwindigkeiten
aufweist und zudem für den Einsatz bei stark unterschiedlichem statischem Druck geeignet ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
- daß die Plusdruckentnahme im Venturikanal vor der Verengung in einem Bereich mit größerem
Querschnitt vorgesehen ist,
- daß der Wandler innerhalb des Rohrkörpers angeordnet ist,
- daß der Wandler zwei starr miteinander verbundene Membranen aufweist, von denen die eine
Membran von der Plusdruckentnahme und die andere Membran von der Minusdruckentnahme
beaufschlagt ist,
- daß die Membranen eine Kammer einschließen, weiche mit einem Medium gefüllt ist, dessen Eigenschaften
denen des stroi-ienden Mediums
entsprechen, und
- daß die Membranen mit einer Einrichtung zur elektromagnetischen Kompensation ihrer Auslenkung
in Wirkverbindung stehen.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung einer Venturikanal-Sonde ist es möglich, ohne Verwendung
beweglicher Teile einen weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten genau zu erfassen, ohne daß
die Einsatztiefe beispielsweise in Wasser begrenzt ist. Durch die Verwendung der elektromagnetischen
Kraftkompensation kann der Differenzdruck mit hoher Auflösung bestimmt werden. Das Meßsignal steht
dabei direkt als elektrischer Strom zur Verfügung, so daß es über entsprechende Leitungen zu einer Auswertstelle
geführt oder bei Langzeitmessungen periodisch abgefragt und für eine spätere Auswertung gespeichert
werden kann.
Da bei Messungen im tiefen Wasser mit eintj Temperatur
von ca. PC bei einem Durchmesser des Rohrkörpers von d = 8 cm die Reynoldszahlen bei
Geschwindigkeiten von 5 cm/s noch im laminaren Bereich liegen, wird zweckmäßigerweise zur Vermeidung
eines Umschlages der Strömung vor der Meßstrecke eine Beschleunigungsdüse angeordnet, die
bewirkt, daß im Meßbereich turbulente Bedingungen herrschen. Eine Strömungsablösung stellt sich dabei
nicht ein. Die sich durch die Beschleunigungsdüse ergebenden zusätzlichen Wandreibungsverluste sind
vernachlässigbar, wenn die Rohrwand entsprechend glatt ausgebildet wird.
Um in der Einlaufströmung schon frühzeitig eine Verwirbelung und einp Erhöhung des Turbulenzgrades
rj srreichen, wird zweckmäßigerweise in der Beschleunigungsdüse
ein grobmaschiges Netz aus dünnem Draht angordnet.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfir· dungsgemäßen Venturikanal-Sonde sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert;
es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Sonde im Längsschnitt, und
Fig. 2 schematisch den Differenzdruck-Wandler
der in Fig. 1 dargestellten Sonde.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Sonde besteht aus einem einen Venturikanal bildenden
Rohrkörper 1 mit einer einströmseitigen Beschleunigungsdüse
3, einem Abschnitt 4 mit konstantem Querschnitt, dem eine aus Einzelbohrungen bestehende
Plusdruckentnahme zugeordnet ist, die in eine Ringkammer 8 münden, aus einem sich in Strömungsrichtung daran anschließenden konvergenten Abschnitt
5, auf den der Abschnitt 6 mit dem engsten Querschnitt folgt, dem die Minusdruckentnahme in
Form von Einzelbohrungen zugeordnet ist, die in eine Ringkammer 9 münden. An den Abschnitt 6 mit dem !(
engsten Querschnitt schließt sich ein Diffusorabschnitt 7 an, auf dessen Außenseite Leitflossen 10 sitzen.
Die Ringkammer 8 ist über einen Plusdruckentnahmeanschluß 21 an die eine Stirnseite, die Ring- ;"
kammer 9 über einen Minusdruckanschluß 22 an die gegenüberliegende Stirnseite eines zylindrischen
Hohlraumes 2 angeschlossen, der sich innerhalb der Wand des Rohrkörpers 1 befindet. Dem Plusdruckentnahmeanschluß
21 gegenüberliegend ist im Hohl- -' raum 2 eine kreisförmige Membran 23, dem Minusdruckentnahmeanschluß
22 gegenüberliegend eine weitere kreisförmige Membran 24 vorgesehen. Die Membranen 23 und 24 bilden mit der zylindrischen
Wand 31 des Hohlraums 2 eine umschlossene Kam- mer 32. Die Membranen 23 und 24 sind durch eine
in der Achse des Hohlraums 2 verlaufende Stange 26 verbunden. An der Stange 26 sitzt ein rotationssymmetrischer
Spulenträger 28 mit einer Spule 29. In der Kammer 32 ist ein Topfmagnet 27 mit einem ringför-
>< migen Spalt 30 angeordnet, der der Spule 29 des Spulenträgers
28 so zugeordnet ist, daß eine Auslenkung der Stange 26 infolge einer Druckdifferenz zwischen
den Membranen 23 und 24 elektromagnetisch kompensiert wird, wobei der dabei erforderliche elektri- r
sehe Strom das Meßsignal für die Strömungsgeschwindigkeit bildet.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist in der zylindrischen Wand 31 des Hohlraums 2 eine dritte Membran
25 eingesetzt, wobei die Kammer 32 in dem Hohlraum 2 mit einer Flüssigkeit, wie Wasser oder öl, gefüllt
ist.
Die beiden Membranen 23 und 24 haben die gleiche Größe und sind durch die starre Verbindungsstange 26 mechanisch reibungsfrei miteinander gekoppelt.
In der mit Flüssigkeit gefüllten Kammer 32 stellt sich über die schlaffe Membran 25 oder über
die durchlöcherte Membran 23 oder 24 der Außendruck ein. Die sich an den beiden Membranen 23 und
24 ergebende Druckdifferenz wird durch das elektromagnetische Kraftglied, bestehend aus der Spule 28
und dem Permanentmagneten 27, kompensiert. Die zugehörige Elektronik ist in der Zeichnung der Übersichtlichkeit
halber weggelassen. Beispielsweise können bei Verwendung eines Rohrkörpers 1 mit einem
Austrittsdurchmesser von 16 cm, einem Eintrittsdurchmesser von 10 cm und einem Durchmesser am
engsten Querschnitt von 6 cm, ohne daß sich ein laminarer
Strömungszustand einstellt, noch Strömungsgeschwindigkeiten von 1,6 cm/s gemessen wird. Bei einer
Strömungsgeschwindigkeit von 70 cm/s ergeben sich an der Plusdruckentnahme eine Strömungsgeschwindigkeit
von 180 cm/s und an der Minusdruckentnahme von 500 cm/s. Dadurch ergibt sich eine
Druckdifferenz von 11 X 10''N/m2. Bei einer Membranfläche
von 3 cm2 ergibt dies eine Kraft von 340 p. Nimrni man einen Meßumfang von 1:50 an, wobei
die minimal zulässige Strömungsgeschwindigkeit 1,5 cm/s ist, muß wegen der quadratischen Abhängigkeit
die elektromagnetische Kraftkompensation einen Meßumfang von 2,5 X 103 besitzen, was ohne weiteres
verwirklichbar ist.
Zwischen der Beschleunigungsdüse 3 und dem sich daran anschließenden Abschnitt 4 des Venturikanals
ist ein grobmaschiges Netz 11 aus dünnem Draht angeordnet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Venturikanal-Sonde zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
in einem strömenden Medium, mit einem in einem an beiden Enden offenen Rohrkörper gebildeten Venturikanal, der
zwischen Ein- und Ausgang eine Querschnittsverengung aufweist, mit einer Minusdruckentnahme
am oder unmittelbar hinter dem engsten Querschnitt und einer Plusdruckentnahme, an die ein
Differenzdruck-Wandler angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
a) daß die Plusdruckentnahme (21) im Venturikanal (4 bis 7) vor der Verengung (6) in einem
Bereich mit größerem Querschnitt (4) vorgesehen ist,
b) daß der Wandler (23 bis 31) innerhalb des Rohrkörpers (1) angeordnet ist,
c) daß Uer Wandler (23 bis 31) zwei starr miteinander
verbundene Membranen (23, 24) aufweist, von denen die eine Membran (23) von der Plusdruckentnahme (21) und die andere
Membran (24) von der Minusdruckentnahme (22) beaufschlagt ist,
d) daß die Membranen (23, 24) eine Kammer (32) einschließen, weiche mit einem Medium
gefüllt ist, dessen Eigenschaften denen des strömenden Mediums entsprechen, und
e) daß die Membranen (23, 24) mit einer Einrichtimg (27 bis 31) zur elektromagnetischen
Kompensation ihrer Auslenkung in Wirkverbindung stenen.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27 bis 31) zur elektromagnetischen
Kompensation der Auslenkung aus einem Spulenträger (28) mit Spule (29), der an der von einer Stange (26) gebildeten starren
Verbindung der Membranen (23,24) befestigt ist, und aus einem Permanentmagneten (27) besteht,
«1er einen Schlitz (30) aufweist, dem die Spule (29) am Spulenträger (28) zugeordnet ist.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27 bis 31) zur
elektromagnetischen Kompensation der Auslenkung in einem Hohlraum (2) angeordnet ist, an
den auf gegenüberliegenden Seiten die Druckentnahmen (21, 22) angeschlossen sind, und daß die
Membranen (23, 24) jeweils zwischen der Einrichtung (27 bis 31) und den Anschlüssen der
Druckentnahmen (21, 22) im Hohlraum (2) angeordnet sind.
4. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum
(2), die Membranen (23,24), der Spulenträger (28) mit Spule (29) und der Permanentmagnet
(27) mit Spalt (30) rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial angeordnet sind.
5. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dritte, wenigstens
einen Teil einer Außenwand des Hohlraums (2) bildenden Membran (25).
6. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen
(23, 24, 25) schlaff sind.
7. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden
Membranen (23 oder 24) Durchbrechungen auf-
weist.
8. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem Venturikanal
(4 bis 7) zugeordnete Beschleunigungsdüse (3).
9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschleunigungsdüse (3) ein
grobmaschiges Netz (11) aus dünnem Draht angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762630771 DE2630771C3 (de) | 1976-07-08 | 1976-07-08 | Venturikanal-Sonde |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762630771 DE2630771C3 (de) | 1976-07-08 | 1976-07-08 | Venturikanal-Sonde |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2630771A1 DE2630771A1 (de) | 1978-01-19 |
DE2630771B2 DE2630771B2 (de) | 1980-07-24 |
DE2630771C3 true DE2630771C3 (de) | 1981-03-12 |
Family
ID=5982523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762630771 Expired DE2630771C3 (de) | 1976-07-08 | 1976-07-08 | Venturikanal-Sonde |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2630771C3 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3505833A1 (de) * | 1985-02-20 | 1986-08-21 | Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen | Venturirohr |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1110892B (de) * | 1960-06-21 | 1961-07-13 | Licentia Gmbh | Durchflussmesser fuer Gase und Fluessigkeiten |
FR1407151A (fr) * | 1964-06-16 | 1965-07-30 | L App Aeronautique | Dispositif avertisseur de vitesse limite du vent, notamment pour grues |
CA938127A (en) * | 1969-11-03 | 1973-12-11 | Halmi Dezsoe | Flow metering devices of the pressure differential producing type |
DE2162658A1 (de) * | 1971-12-17 | 1973-06-20 | Philips Patentverwaltung | Vorrichtung zum umsetzen kleiner differenzdruecke in ein dem differenzdruck proportionales gleichstromsignal |
-
1976
- 1976-07-08 DE DE19762630771 patent/DE2630771C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2630771B2 (de) | 1980-07-24 |
DE2630771A1 (de) | 1978-01-19 |
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Legal Events
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