DE2702816B2 - Gerät zum Messen des Durchflusses eines Fluids durch eine Leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des Durchflusses eines Fluids durch eine Leitung nach dem Oberbegriff des geltenden Hauptanspruchs.

Zum Messen des Durchflusses durch Leitungen sind verschiedenartige Durchflußmesser bekanntgeworden, wie Turbinendurchflußmesser, Druckdifferenz-Durchflußmesser, Ultraschalldurchflußmesser, elektromagnetische Durchflußmesser und andere.

Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, Durchflußmesser einzusetzen, welche darauf beruhen, daß mit steigender Strömungsgeschwindigkeit die Turbulenzbildung einer Flüssigkeit zunimmt.

Aus der DE-AS 1473019 ist nun ein derartiger Durchflußmesser bekanntgeworden, bei welchem die durch eine Wirbelbildungsvorrichtung erzeugte Turbulenz, welche durchflußgeschwindigkeitsabhängig ist, von einem Meßfühler erfaßt wird. Dieser mißt die Frequenz der Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels, wenn das Medium in eine erweiterte Leitung übertritt. Als Wirbelbildungsvorrichtung werden fest angebrachte, schaufelartige Leitflächen verwendet.

Das durch den Meßfühler gemessene periodische Meßsignal wird über einen Wandler in elektrische Signale umgewandelt, die mittels eines Frequenzmessers zur Bestimmung der augenblicklichen Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden.

Schließlich ist zur Mengenbestimmung ein Summierer vorgesehen, der die Gesamtzahl der Schwingungen in einem vorbestimmten Zeitabschnitt ermittelt.

Dieser bekannte Durchflußmesser fordert eine hohe Präzision bei der Herstellung der Leitflächen, um einen zuverlässigen Betrieb zu erreichen. Falls nun aufgrund irgendwelcher durchfließenden Störungen, z. B. eines Steines die Leitflächen verbogen werden, ist eine genaue Messung nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Durchflußmesser der gattungsgemäßen Art unter Vermeidung seiner Nachteile zu verbessern und einen Durchflußmesser einfacherer Konstruktion zu schaffen, welcher höhere Betriebssicherheit, bessere Linearität im Frequenzgang sowie eine Verkürzung der Ansprechzeit sicherstellt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin-

dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dabei besteht der große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, die Wirbelerzeugung durch einfache Aufweitung einer Strömungi.leitung zu erreichen, wobei eine derartige Aufwertung weder störanfällig noch leicht zu beschädigen ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den mechanischen Teil,

Fig. 2 eine Auswerteschaltung, und

Fig. 3 verschiedene elektrische Signale.

Fig. 1 stellt den mechanischen Teil 10 des Gerätes zum Messen des Durchflusses dar, wobei das Gehäuse in üblicher Weise, also durch Gießen oder Spritzgießen, hergestellt ist.

Das mechanische Teil 10 weist folgende Hauptbestandteile auf:

Eine Eingangsleitung 11, welche auch als erste zylindrische Leitung bezeichnet wird, weiche mit einem Filter 12 versehen ist. Dieses FiJter 12, welches beispielsweise aus einem festen Bündel kleiner, paralleler Leitungen besteht, ist im wesentlichen dazu bestimmt, durch das Fluid mitgeführte Verunreinigungen auszufiltern; gleichzeitig hat es die Funktion, gegebenenfalls vorhandene Störungen der Strömung vor dem Durchflußmesser zu unterdrücken;

eine zweite zylindrische Leitung 13 mit einem gegenüber dem Querschnitt der Leitung 11 vermindertem Durchlaßquerschnitt;

eine Kammer 14, die einen zylindrischen Teil mit gegenüber dem Querschnitt der Leitung 13 vergrößertem Durchlaßquerschnitt und einen konisch konvergenten Teil aufweist, wobei die Leitung 13 mit ihren beiden Enden jeweils mit der Eingangsleitung 11 und mit der Kammer 14 verbunden ist und die Achse der Leitung 13 in bezug auf die der Kammer 14 versetzt und geneigt angeordnet ist, um das Fluid in eine Wirbelflußbewegung am Ausgang der Kammer 14 zu versetzen;

eine dritte, zylindrische Leitung oder Zwischenleitung 15 mit gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Teils der Kammer 14 vermindertem Durchlaßquerschnitt, wobei die Zwischenleitung 15 koaxial an die Kammer 14 anschließt;

eine vierte zylindrische Leitung oder Ausgangsleitung 17 mit gegenüber dem Querschnitt der Leitung 15 vergrößertem Durchlaßquerschnitt, um das Fluid in einem Wirbelfluß fortzuführen, wobei die Ausgangsleitung 17 mit der Zwischenleitung 15 über eine divergente konische Erweiterung 16 verbunden ist und die Ausgangsleitung 17 eine aus einem festen, zur Unterdrückung des Wirbelflusses des Fluids dienenden Kreuz bestehende Einrichtung 18 aufweist; und

einen Meßfühler 19, welcher an dem mechanischen

Teil 10 des Durchflußmessers angebracht ist, dessen Meßende bis an das Innere der Zwischenleitung 15 ragt. Der Meßfühler 19 kann aus einem piezoelektrischen oder einem anderen mechanisch-elektrischen Meßelement, wie z. B. einem Hitzdraht bestehen.

Fig. 2 stellt schematisch die Auswerteschaltung dar. Der auf dem mechanischen Teil 10 des Gerätes angebrachte Meßfühler 19 liefert ein periodisches, elektrisches Signal 3.1 (Fig. 3) einer Frequenz, die gemäß folgender Funktion linear mit dem Durchfluß D variiert:

F = k_aD-k_v

K₀ und k_l sind dabei zwei positive Konstanten.

Ein Umsetzer 20 verarbeitet mit einem üblichen Skalenfaktor die Frequenz / in eine dem Durchfluß direkt proportionale Frequenz F.

Der Umsetzer 20 umfaßt einen Impulsformer 21, der das vom Meßfühler 19 gelieferte Signal 3.1. in ein Rechtecksignal 3.2. umformt. Ein Taktgeber 22 erzeugt ein periodisches Signal 3.3. (Fig 3). Ein Schaltkreis 23 führt auf der Grundlage der Signale 3.2. und 3.3. die logische Operation »Exklusiv/Oder« (d. h. entweder-oder), durch, wobei die Signale 3.2. und 3.3. vom Impulsformer 21 bzw. Taktgeber 22 geliefert werden; das so erzeugte Signal 3.4. befindet sich im logischen Schaltzustand 1, wenn eines und nur eines der Signale 3.2. und 3.3. im logischen Schaltzustand 1 ist. Ein Zähler 24 wertet die vom Schaltkreis 23 gelieferte Mittelfrequenz F des pseudo-periodisehen Signals 3.4. numerisch aus.

Das erfindungsgemäße Gerät erbringt optimale Ergebnisse, wenn der mechanische Teil 10 die folgenden konstruktiven Bedingungen erfüllt:

Der Ablenkwinkel der Achse der Leitung 13 des Wirbelstromerzeugers gegen die Basis des zylindrischen Teils der Kammer 14 liegt zwischen 40 und 50 °; der Konvergenzwinkel des konischen Teils der Kammer 14, der mit der Zwischenleitung 15 verbunden ist, liegt zwischen 45 und 55^c; der Durchmesser des zylindrischen Teils der Kammer 14 ist etwa doppelt so groß wie der der folgenden Zwischenleitung 15;

die Zwischenleitung 15 ist zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser zwischen 1 und 2 liegt;

der Meßfühler ist normalerweise über der Achse der Zwischenleitung 15 angeordnet, wobei die Projektion der Achse des Meßfühlers 19 auf die Basis des zylindrischen Teils der Kammer 14 einen Winkel von 120 bis 130° umfaßt, wobei die Senkrechte der Basis durch das Zentrum der öffnung führt, mit der die Leitung 13 in die Kammer 14 mündet; und

das empfindliche Ende des Meßfühlers 19 ragt in das Innere der Zwischenleitung 15 mit einer Eintauchtiefe zwischen V₁₀ und V₂₀ des Durchmessers der Zwischenieitung 15.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messen des Durchflusses eines Fluids durch eine Leitung, bei dem im Fluid ein > Wirbelfluß erzeugt wird, mit einer zylindrischen Eingangsleitung, einer zylindrischen Zwischenleitung, einer zylindrischen, in bezug auf die Zwischenleitung im Querschnitt vergrößerten Ausgangsleitung, die über eine konisch divergente ι« Erweiterung koaxial mit der Zwischenleitung verbunden ist, mit einem Wirbelflußerzeuger, einem auf den Wirbelfluß ansprechenden, zum Inneren der Zwischenleitung reichenden Meßfühler, der ein Signal geschwindigkeitsproportionaler Fre- i> quenz liefert, und mit einer Schaltungsanordnung zum Verarbeiten dieses Signals, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelflußerzeuger aus einer geneigten, zylindrischen, in bezug auf die Eingangsieitung (11) im Querschnitt verengten >o Leitung (13), die mit der Eingangsleitung (11) verbunden ist, und einer einen zylindrischen, in bezug auf die geneigte, mit ihm verbundene Leitung (13) im Durchlaßquerschnitt erweiterten Abschnitt und einen konisch konvergenten, mit r> dem zylindrischen Abschnitt und der Zwischenleitung (15) koaxial verbundenen Abschnitt aufweisenden Kammer (14) besteht, und daß die Achse der geneigten Leitung (13) versetzt und geneigt zur Achse der Kammer liegt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkwinkel der Achse der geneigten, zylindrischen, im Querschnitt verengten Leitung (13), bezogen auf die Basis des zylindrischen Teils der Kammer (14) zwischen 40° und ji 50° ist.

3. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zylindrischen Teils der Kammer (14) etwa das Doppelte des Durchmessers der zylindrisehen Zwischenleitung (15) beträgt.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel des konischen Teils der an die zylindrische Zwischenleitung (15) angebrachten 4> Kammer (14) zwischen 45° und 50° ist.

5. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Länge: Durchmesser der zylindrischen Zwischenleitung (15) zwischen 1 und 2 liegt. -,n

6. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (19) ein Meßfühler für den Fluiddruck oder die Fluidgeschwindigkeit ist, der senkrecht zur Achse der zylindrischen Zwischenleitung (15) angeordnet ist, wobei die Projektion der Achse des Meßfühlers (19) auf die Basis des zylindrischen Teils der Kammer (14) mit dem Radius der Basis der Kammer (14) durch den Mittelpunkt der Öffnung, mit der die verengte Leitung (13) in die bo Kammer (14) mündet, einen Winkel zwischen 120 und 130° einschließt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlende des Meßfühlers (19) in einem Abstand zwischen '/„, und V₂₀ des _b5 Durchmessers der zylindrischen Zwischenleitung (15) in das Ende der zylindrischen Zwischenleitung (15) mündet.

8. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Verarbeiten der periodischen Signale variabler Frequenz einen Taktgeber (22) für ein periodisches Signal konstanter Frequenz und ein logisches »Exklusiv/Oder«-Element (23) aufweist, welches die Summe des periodischen Signals konstanter Frequenz mit dem durch einen Impulsformer (21) gebildeten periodischen Signal variabler Frequenz bildet, und daß das entstehende logische pseudoperiodische Signal auf eine Anordnung (24) zur numerischen Auswertung der mittleren Frequenz dieses Signals gegeben ist.