DE2753543A1

DE2753543A1 - Massendurchflussmesser

Info

Publication number: DE2753543A1
Application number: DE19772753543
Authority: DE
Inventors: Gary L Frederick
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: SE7713507L; GB1568755A; JPS5369666A; FR2373039A1; FR2373039B1; US4116060A; DE2753543C3; DE2753543B2

Description

THE GARRETT CORPORATION, 402 South 3 6th Street, Phoenix, Arizona 8 5010, USA

Massendurchflußmesser

Die Erfindung bezieht sich auf Massendurchflußmesser und insbesondere auf Echtwert-Massendurchflußmesser (true mass flow sensor).

Bekannte Strömungsmitteldurchflußmessungen werden üblicherweise mit Positiv-Verschiebungsmessern, Turbinenmessern oder Meßgeräten mit begrenztem Durchfluß durchgeführt. Positiv-Verschiebungsdurchflußmesser, Turbinendurchflußmesser, Anämometer und Prallkörper-Durchflußmesser messen nur die volumetrische Durchflußgeschwindigkeit. Eine Messung des Massendurchflusses macht eine Korrektur solcher volumetrischer Durchflußsignale im Hinblick auf Strömungsmitteldichte-Änderungen erforderlich, die bei einem Flüssigkeitsdurchsatz eine Funktion der Temperatur der Flüssigkeit ist, während die Dichte_korrektur bei einem Gasdurch-

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Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 839 Postscheck München 893 69-801

Gerichtsstand Regensburg

fluß als Funktion sowohl des Druckes als der Temperatur des Strömungsmittels vorgenommen werden muß.

Drosselartige bekannte Meßgeräte arbeiten nach einem Prinzip, bei dem eine Verengung in einem Strömungsmittelstrom einen Druckabfall erzeugt, der eine Funktion der Massendurchflußgeschwindigkeit für einen gegebenen Satz von Strömungsmittelparametern ist. Zur exakten Messung des Durchflusses müssen Parameter, wie beispielsweise das Druckverhältnis, die Reynold'sehe Zahl, die MUndungsgestalt und die Strömungsmittelkompressibilität genau gemessen werden. Verfahren zur Automatisierung derartiger Berechnungen verwenden entweder Wandler und eine elektronische Berechnung oder komplizierte mechanische Mechanismen, die für industrielle,militärische und kommerzielle Anwendungsfälle unerwünscht sind.

Bekannte Echtwert-Massendurchflußmesser arbeiten nach dem Prinzip der Strömungsmittelträgheitsmessung. Derartige Einrichtungen machen Gebrauch von der Messung der Corioliskraft, des gyroskopischen Effekts oder des Winkelmomentes. Derartige bekannte Echtwert-Massendurchflußmesser sind jedoch sowohl teuer als auch verhältnismäßig unzuverlässig.

Bekannte volumetrische Durchflußmesser mit Metallkörper beruhen darauf, daß eine Wirbelablösung hinter einem Prallkörper, der in einem Durchflußstrom angeordnet ist, abgelöst werden, Ober einen weiten Bereich der Reynold'sehen Zahl wird ein reguläres Schema von Wirbeln durch einen solchen Prallkörper im Strömungsmittelfluß erzeugt. Die Frequenz dieser Wirbel ist direkt proportional der Geschwindigkeit, mit der der Durchflußstrom den Körper passiert. In einem sich bewegenden Strom erzeugt eine weite Vielzahl von Prallkörperformen einen Wirbelstrom, der aus einer Reihe von Wirbeln besteht. Diese Wirbel bilden sich in der Grenzschicht um den Körper aus und wachsen, bis sie sich trennen und in den Durchflußstrom abgelöst werden. Ein regelmäßiges Schema von abwechselnden, im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Wirbeln werden bei Reynold'sehen Zahlen von etwa,

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bis über 200 000 erzeugt. Die Frequenz der periodischen Wirbel ist direkt proportional der Durchflußgeschwindigkeit an dem Körper vorbei und umgekehrt proportional der charakteristischen Dimension des Prallkörpers in einer Richtung etwa senkrecht zur Richtung des Strömungsmittelflusses. Insbesondere ist die volumetrische Durchflußgeschwindigkeit multipliziert mit der Strouhal-Zahl und dividiert durch die charakteristische Dimension gleich der Frequenz der Wirbelablösung. Für eine bestimmte Form des Prallkörpers, wie z.B. den zylindrischen Körper, ist die Strouhal-Zahl konstant für Reynold'sehe Zahlen größer als 600. Innerhalb des entsprechenden Bereiches Reynold'scher Zahlen ist somit die Frequenz bestimmt durch die Strömungsgeschwindigkeit dividiert durch die charakteristische Dimension und multipliziert mit einer Konstanten. Zur Bestimmung des Massendurchflusses bei Verwendung derartiger volumetrischer Durchflußmesser muß ferner eine getrennte Feststellung der Strömungsmitteltemperatur und/oder des Strömungsmitteldruckes erreicht werden, um DichtHnderungen im Massendurchfluß zu korrigieren. Dann muß eine entsprechende Berechnung dieser festgestellten Para- '·■ meter vorgenommen werden, um einen Massendurchflußmesser zu er- ! halten. j,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Massendurchflußmesser zu schaffen, der den Echtwert des Massendurchflusses auf einfacherem zweckmäßigere und zuverlässigere Weise gestattet, als dies bei j

bekannten Massendurchflußmessern der Fall ist. !

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Vorrichtung in der Leitung periodische Wirbel im durchfließenden Strö- | mungsmittel erzeugt, deren Frequenz ein Maß für den Strömungs- j mitteldurchfluß ist, und daß eine Vorrichtung zum Feststellen der¹ Frequenz der periodischen Wirbel vorgesehen ist. Insbesondere ist die Vorrichtung zur Erzeugung periodischer Wirbel als Prallkörper so ausgebildet, daß mit ihr die Frequenz der periodischen Wirbel in bezug auf die Dichte des Strömungsmittelstromes veränderbar ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung legt der

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Prallkörper zusammen mit der Leitung eine Durchflußquerschnittsfläche A fest, der Prallkörper besitzt eine charakteristische Dimension d in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Massendurchflusses durch die Leitung, wobei die Frequenz der Wirbel eine Funktion des Produktes A χ d ist, und es wird das Produkt A χ d in bezug auf die Dichte des Massendurchflusses eingestellt, wobei die Frequenz den Massendurchfluß anzeigt.

Der Massendurchfluß wird durch die Dichte multipliziert mit dem volumetrischen Durchfluß bestimmt, und der volumetrische Durchfluß wiederum ist eine Funktion der Querschnittsdurchflußfläche mulitpliziert mit der Durchströmgeschwindigkeit; daraus ergibt sich, daß die Frequenz der erzeugten periodischen Wirbel umgekehrt proportional dem Produkt aus der Querschnittsfläche und der charakteristischen Dimension des Prallkörpers ist. Mit vorliegender Erfindung wird eine Einrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, um den Wert des Produktes aus der Querschnittsfläche A und der charakteristischen Dimension d, d.h. A χ d, umgekehrt proportional zur Dichte des Massendurchflusses zu verändern. Die Frequenz der Wirbel wird dann eine direkte Funktion des Massendurchflusses anstatt der Strömungsgeschwindigkeit an dem Prallkörper vorbei.

Mit vorliegender Erfindung wird somit vorgeschlagen, entweder die charakteristische Dimension d oder die Querschnittsfläche A oder beide so zu ändern, daß das Produkt A χ d umgekehrt proportional der Dichte des Massendurchflusses ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die charakteristische Dimension d des Prallkörpers durch Verwendung einesBalgens expandiert wird, der mit dem Massendurchflußströmungsmittel gefüllt ist, welches in Abhängigkeit von Änderungen im Druck und/oder der Temperatur des Massendurchflusses expandiert, oder indem ein Bimetallelement verwendet wird, das in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur des Massendurchflusses eine Expansion und Kontraktion ergibt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wirkt der Balgen oder das Bimetallelement als eine

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Antriebsvorrichtung zur Einstellung der Querschnittsfläche A in Abhängigkeit von Änderungen in der Temperatur und/oder dem Druck.

Mit vorliegender Erfindung wird eine Verbesserung in der Messung des Massendurchflusses erreicht, indem periodische Wirbel im Durchflußstrom mit einer Frequenz erzeugt werden, die den Massendurchfluß anzeigt, und es wird die Frequenz dieser Wirbel gemessen. Die Dichtekompensation ist Teil der Erzeugung der gewünschten periodischen Wirbel und kann dadurch erzielt werden, | daß ein Prallkörper im Massendurchfluß angeordnet wird, und '·. daß dann die charakteristische Dimension d des Prallkörpers in Bezug auf die Dichte des Massendurchflusses verändert wird. Andererseits wird eine Dichtekompensation durch Änderung der Querschnittsfläche A in bezug auf die Dichte des Massendurch- i flusses erreicht. j

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht des Massendurchflußmessers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab längs der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei der sich ausdehnende Prall-

körper und das damit verbundene Antriebselement dargestellt sind,
Fig. H in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht längs der

Linie H-H des Prallkörpers,
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. U, wobei der Prallkörper in einem stärker ausgedehnten Zustand dargestellt

ist,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der

Erfindung,
Fig. 7 in vergrößertem Maßstab einen Teil des Prallkörpers nach Fig. 6, wobei Teile herausgebrochen sind, um den inneren Aufbau sichtbar zu machen,

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-Jf.

Fig. 8 eine Schnittansicht des Prallkörpers nach Fig. 6 längs der Linie 8-8 der Fig. 6,

Fig. 9 eine Teilschnittansicht einer weiteren abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 10 eine Teilschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren 1-5 der Zeichnung ist ein Massendurchfluftmesser 20 gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Der Massendurchfluftmesser weist ein Gehäuse 22 auf, das aus mehreren unterschiedlichen Bestandteilen besteht, wie in Fig. 2 gezeigt ist; das Gehäuse bildet eine innere Leitung 21 aus, in welcher entsprechen-r de Anschlußstücke 25 an entgegengesetzten Enden mit einer vorhandenen Massendurchflußübertragungsleitung verwendbar sind. Die Leitung 24 besitzt einen Abschnitt 26 mit rechteckförmigem Querschnitt und mit verringertem Durchmesser.

Innerhalb des Abschnittes 26 ist ein Prallkörper 28 (bluff body) angeordnet, der zwei im Abstand voneinander angeordnete Seiten- ■ wandungen 30, 32 besitzt, die einen Abstand d dazwischen in einer Richtung etwa senkrecht zur Richtung des Strömungsmittelflusses I durch den Abschnitt 26 definieren. Der Prallkörper 28 wirkt mit ; dem Abschnitt 26 so zusammen, daß eine den Strömungsmittelfluß . übertragende Fläche A zwischen den Seitenwänden 30, 3 2 und dem Umfang des Abschnittes 26 ausgebildet wird. Vorzugsweise ist der Prallkörper so angeordnet, daß die Breite des Abschnittes 26 j in Richtung des Abstandes d wenigstens dreimal so groß ist wie i die Länge des Abstandes d. Am rückwärtigen Ende des Prallkörpers ! 28 in bezug auf die Richtung des Massendurchflusses weist der Prallkörper zwei vertikale Sensorrohre 34 auf, die beispielsweise miteinander durch eine Schweißverbindung 38 verbunden sind.

Die Sensorrohre 3U besitzen öffnungen 36 zur Aufnahme von Wirbele. , die von dem Prallkörper abgelöst werden; wie in Fig. 2 dargestellt, erstrecken sich die Sensorrohre 34 nach abwärts durch das Gehäuse 22 zu einer Wandleranordnung, die einen Fluidic-Stapel 40 enthalten kann, der so arbeitet, daß er die von den

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Rohren 34 festgestellten Druckschwankungen verstärkt. Die festgestellten Druckschwankungen werden über einen Kanal 42 auf einen piezokeramischen Wandler 44 übertragen, der ein elektrisches Spannungssignal erzeugt, dessen Frequenz auf die Frequenz der von den Rohren 34 festgestellten Druckschwankungen entspricht . Durch einen entsprechenden elektrischen Auslaß 46 kann das festgestellte elektrische Frequenzsignal auf eine gewünschte Auslese-, Steuer- oder andere Auswerteinrichtung übertragen werden. Der Fluidic-Stapel 40 und der piezokeramische Wandler 44 sind nur angedeutet, derartige Wandler sind an sich bekannt.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung in Form eines Dichtekompensationselementes, das einen Balgen 50 besitzt, der innerhalb einer Kammer 48 des Gehäuses 22 angeordnet ist. Die flexiblen Wände des Balgens 50 wirken mit Endplatten 54, 56 zusammen und legen ein geschlossenes Inneres 58 des Balgens fest. Die obere Platte 54 liegt gegen einen Anschlag 60 an oder ist mit ihm befestigt; dieser Anschlag ist durch Drehen einer einstellbaren Mutter 61 verstellbar, welche außerhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist. Mit der unteren Platte 56 sind zwei parallele Kompensationsstreben 68 und 70 befestigt, die sich zwischen den Seitenwänden 30, 3 2 des Prallkörpers 28 erstrecken. Die unteren Enden dar Streben 68 und 70 werden starr von dem Gehäuse 22 gehalten. Entsprechend der Ausdehnung und Zusammenziehung des Balgens 50 verschieben sich die Kompensationsstreben 70 und 68 in vertikaler Richtung, wie in Fig. 3 dargestellt, so daß ihre mittleren, gebogenen Teile zwischen den Wänden 30, 32 sich in entsprechender horizontaler Richtung verschieben und damit die überstehenden Seitenwände 30, 3 2 ausdehnen oder zusammenziehen, um die charakteristische Abmessung d des Prallkörpers zu verändern. Das Innere 58 des Balgens 50 steht mit dem Massenströmungsmittelfluß in der Leitung 24 über eine Öffnung 64 und einen Kanal 6 6 im Gehäuse in Verbindung.

Im Betrieb strömt das Strömungsmittel durch die Leitung 24 und den Abschnitt 26 von links nach rechts in Fig. 2. Innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches des Massendurchf]ußmessers ist der

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Abschnitt 26 so dimensioniert, daß die Reynold'sehe Zahl über 600 bleibt. Beim Passieren des Prallkörpers 28 lösen sich Karmannwirbelschichten von dem Prallkörper ab,und die Druckschwankungen, die durch die sich periodisch ablösenden Wirbel erzeugt werden, werden über öffnungen 3 6 in den Sensorrohren 3 festgestellt. Diese Druckschwankungen werden dann durch den Strömungsmittelverstärker 10 verstärkt und zur Steuerung des piezokeramischen Wandlers 44 übertragen. Die auf diesen Wandler einwirkenden Druckschwankungen erzeugen eine Spannung am Wandler, so daß ein elektrisches Ausgangssignal aus der Verbindung 46 erzeugt wird, dessen Frequenz die Frequenz der Wirbel anzeigt, die von dem Prallkörper 28 abgelöst werden.

Der Balgen 50 kompensiert Änderungen in der Dichte des Massenflusses, indem er sich entsprechend zusammenzieht und ausdehnt und die Seitenwände 30, 3 2 aufeinander zu und voneinander weg bewegt, wodurch eine Änderung der charakteristischen Dimension d ' des Prallkörpers 23 erreicht wird. Auf diese Weise wird die Frequenz der periodischen Wirbel in Abhängigkeit von Änderungen

in der Dichte verändert, so daß die festgestellte Frequenz der j Wirbel den den Abschnitt 26 durchströmenden Massenfluß selbst angibt. Wenn das Strömungsmittel des Massenflusses durch die Leitung 24 eine weitgehend inkompressible flüssige Masse ist, spricht die Dichte eines derartigen Flüssigkeitsflusses nur auf Änderungen in der Temperatur dieser Flüssigkeit an. Bei einer Erhöhung der Temperatur eines derartigen Massenflusses, durch die die Dichte der Flüssigkeit verringert wird, bewirkt die Expansion der im Inneren 58 des Balgens eingeschlossenen Flüssigkeit ein Expandieren des Balgens. Dies bewirkt, daß die gekrümmten Abschnitte der Streben 68, 70 expandieren und die Seitenwände 30, 3 2 weiter voneinander weg in eine in Fig. 5 dargestellte Konfiguration bewegen. Auf diese Weise vergrößert eine Abnahme in der Dichte des Flüssigkeitsflusses die charakteristische Dimension d so, daß die Frequenz der abgelösten periodischen Wirbel den Massenfluß anzeigt.

Wenn die Leitung 24 einen Fluß eines verhältnismäßig kompressib-

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-P-

len gasförmigen Strömungsmittels führt, ist die Dichte dieses Gasflusses eine Funktion der Änderungen des Druckes und der Temperatur. Das eingeschlossene Volumen dieses Gasflusses im Inneren 58 des Balgens bewirkt eine Expansion und Kontraktion des Balgens in Abhängigkeit von Änderungen des Druckes des Gasflusses wie auch in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur des Gases. Ähnlich wie vorstehend in Verbindung mit einem Flüssigkeitsfluß erläutert, bewirkt die Änderung der Dichte des Gasflusses eine entsprechende Expansion oder Kontraktion des Balgens 50 und ergibt eine Änderung in der charakteristischen Dimension d des Prallkörpers, derart, daß die Frequenz der periodischen Wirbel den Massenfluß selbst anzeigt.

Insbesondere ist die Frequenz der periodischen Wirbel, die von dem Prallkörper 28 abgelöst werden, durch folgende Gleichung bestimmt:

wobei f die Wirbelablösfrequenz,

V die Stromflußgeschwindigkeit an dem Prallkörper vorbei,

d die charakteristische Dimension des Prallkörpers, K eine Konstante bezogen auf die Strouhalzahl ist.

Die Strömungsgeschwindigkeit und die Massenflußgeschwindigkeit werden nach folgenden bekannten Gleichungen, bei denen konstante Größen weggelassen sind, definiert:

V = S. (2)

i - PQ ⁽³>

wobei Q die volumetrische Flußgeschwindigkeit des Strömungsmittels ,

A die Querschnittsfläche der Leitung, m die Massendurchflußgeschwindxgkeit, ρ die Strömungsmitteldichte ist.

. Setzt man die zweite Gleichung in die erste Gleichung ein, ergibt sich folgende Beziehung:

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27535U

£2

Ad

Entsprechend ergibt sich, daß die Frequenz der periodischen Wirbel eine inverse Funktion des Produktes A χ d ist. Vorliegende Erfindung umfaßt die Kompensationsvorrichtung in Form des Balgens 50, um die Größe des Produktes A χ d in inversem proportionalem Anteil zur Strömungsmitteldichte ρ zu verändern:

Ad = i · (5)

Setzt man Gleichung 5 in Gleichung 4 ein, ergibt sich:

f = KpQ (6)

Durch Vergleich der Gleichungen 3 und 6 ergibt sich:

f = Km (7)

Somit zeigt die Frequenz derjperiodischen Wirbel, die im Falle vorliegender Erfindung auftreten, die Massendurchflußgeschwindigkeit an. Aus den Figuren 3 und ^ ergibt sich, daß bei einer Änderung der charakteristischen Dimension d durch Expandieren und Kontrahieren der Wände 30 und 3 2 eine geringe Änderung in der Querschnittsfläche A erhalten wird. Entsprechend sind der Balgen 50 und die zugeordnete Betätigungsanordnung so ausgebildet, daß die Größe A χ d sich umgekehrt proportional zur Dichte ρ ändert. Ordnet man den Prallkörper 28 in bezug auf den Abschnitt 26 in entsprechender Weise an, z.B., indem gewährleistet ist, daß die Breite des Abschnittes 26 inRichtung der Dimension d etwa der dreifachen Länge der Dimension d entspricht, ist die prozentuale Änderung der Fläche A als Ergebnis der Änderung in der charakteristischen Dimension d verhältnismäßig klein im Vergleich zu der prozentualen Änderung der Dimension d selbst. Auf diese Weise ist beispielsweise die Dichtekompensationsvorrichtung so ausgelegt, daß die charakteristische Dimension mit einer Geschwindigkeit geändert wird, die etwas größer ist als einfach umgekehrt proportional der Änderung in der Dichte, damit die geringe Verkleinerung der Querschnittsfläche A kompensiert wird,

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derart, daß die sich ergebende Beziehung ergibt, daß die Größe A χ d umgekehrt proportional der Dichteänderung ist.

Die Figuren 6-8 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der nur die Querschnittsfläche A verändert wirti um eine Dichtekompensation zu erzielen. Insbesondere weist diese Anordnung ein Gehäuse 80 auf, das eine innere Leitung 8 2 definiert, welche das Massenflußströmungsmittel führt; in dieser Leitung 8 2 ist ein zylindrischer Prallkörper 84 so angeordnet, daß die charakteristische Dimension d des Prallkörpers 84 in i einer vertikalen Richtung steht, wie in Fig. 6 gezeigt. Ein Dichtekompensationsbalgen 8 6 bildet zusammen mit den starren Endwänden 88 und 90 ein geschlossenes Volumen, das mit dem Massenfluß in der Leitung 8 2 über den Kanal 92 in Verbindung steht. Dem Prallkörper 84 ist eine kolbenartige Anordnung züge- : ordnet, die eine Sperre 94 bildet. Die einteilig ausgebildeten Prallkörper 84 und Sperre 94 sind beweglich im Gehäuse 80 befestigt und mit der Endwand 88 verbunden, so daß sie auf Ände- ; rungen in der Massenflußdichte ansprechen.

Eine Änderung in der Massenflußdichte bewirkt eine Zusammenziehung oder Expansion des Balgens 8 6 in gleicher Weise wie der Balgen 50 der Anordnung nach Fig. 1. In Abhängigkeit von der Be-j wegung des Balgens verschiebt sich die Sperre 94 und stellt die ! Querschnittsfläche A der Leitung ein, die den Massenfluß an dem Prallkörper 84 vorbeiführt. Die Sperre 94 ist so ausgebildet, daß die Querschnittsfläche A sich umgekehrt proportional mit den Änderungen der Dichte des Massenflusses ändert. Die charakteristische Dimension d des Prallkörpers bleibt unverändert, und deshalb wird das Produkt A χ d umgekehrt proportional zur Dichte des Massenflusses verändert. Daraus ergibt sich, daß die Frequenz der abgelösten periodischen Wirbel, deren Druckschwankungen durch Öffnungen 98 auf der Strom abwärts gelegenen Seite des Prallkörpers festgestellt und über Sensorrohre 96 auf einen entsprechenden Wandler übertragen werden, proportional dem Massenfluß sind .

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Fig. 9 zeigt eine weitere, abgeänderte Ausführungsform der Dichtekompensationsvorrichtung in Verbindung mit einem Prallkörper ähnlich der Anordnung nach Fig. 1. Sie weist ein Gehäuse 100 auf, das eine innere, rechteckförmige, den Massenfluß führende Leitung 102 festlegt, in welcher ein Prallkörper 104 angeordnet ist, der ähnlich der Darstellung nach Fig. 2 ausgebildet ist. Insbesondere besitzt der Prallkörper 104 im Abstand versetzte Seitenwände 106, die die charakteristische Dimension d dazwischen festlegen, sowie sich biegende Kompensationsstreben 104 dazwischen, deren eines oder deren beide entgegengesetzten Enden mit dem Gehäuse 100 befestigt sind.

Im Gegensatz zu der Anordnung des Balgens nach Art einer Kompensationsvorrichtung nach Fig. 1 Weist die Anordnung nach Fig. 9 Kompensationsstreben 104 auf, die aus einem auf Wärme ansprechenden Material, z.B. einem Bimetall hergestellt sind. Die Kompensationsstreben sprechen auf Änderungen in der Temperatur des Strömungsmittels in der Leitung 102 an, und biegen sich nach innen und außen in Abhängigkeit von der Abnahme und Zunahme der Temperatur des Massenflusses. Auch die Kompensationsanordnung ist so ausgelegt, daß das Produkt A χ d sich umgekehrt proportional den Dichteänderungen verändert, so daß die Ablösfrequenz von dem Prallkörper die Massendurchflußgeschwindigkeit durch die Leitung anzeigt. Die Anordnung nach Fig. 9 ist insbesondere zweckmäßig zum Feststellen der Massendurchflußgeschwindigkeit einer weitgehend inkompressiblen Flüssigkeit, deren Dichteänderungen sich im wesentlichen nur in Abhänigkeit von Änderungen in der Temperatur der Flüssigkeit ändern.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Gehäuse 110 eine innere Leitung 112 festlegt, welche den Strömungsmittel-Massendurchfluß führt; quer zur Leitung 112 erstreckt sich ein Prallkörper 114. Insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen der Prallkörper wesentlich kleiner als die Größe der den Durchfluß aufnehmenden Leitung ist, ist die Anordnung nach Fig. 10 insoferne zweckmäßig, als der Prallkörper 114 nur einen Teil 116 besitzt, der sich in der Größe in AbhäigLgkeit

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von Dichteänderungen des Massenflusses ändert. Um eine Beeinflussung der Frequenz der Wirbel durch Endeffekte aus dem Prallkörper selbst zu verhindern, beträgt die Länge des expandierfähigen Abschnittes 116 in einer horizontalen Richtung nach
Fig. 10 vorzugsweise etwa mindestens das Sechsfache des Durchmessers der Sensoröffnung 118. Die Anordnung nach Fig. 10 ist so ausgelegt, daß nach den vorstehend erläuterten Grundsätzen gearbeitet werden kann. Aus der Anordnung nach Fig. 10 ergibt sich, daß nicht die gesamte Länge des Prallkörpers expandierfähig sein muß, sondern nur ein ausreichend großer Teil, um
Endeffekte zu vermeiden.

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eerseite

Claims

Patentansprüche

_ 1 Λ Lchtwert-'Iassendurchf lußmesser mit einer Leitung zum lündurch- \_y fähren des festzustellenden Strömun^smittelflusses, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Vorrichtung (28; 84; 114) in der Leitung (24, 26; 82; 102; 112) periodische Wirbel im durchfließenden εΐΓΟπηαηςΞ-nittel erzeugt, deren Frequenz ein Haß für den Strömunr.smitteldurchfluß ist, und daß eine Vorrichtung (34, 36, 40, 44; 96, 93) zum Feststellen der Frequenz der periodischen Wirbel vorgesehen ist.
2. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (28; 84; 114) so ausgebildet ist, daß mit ihr die Frequenz der periodischen Wirbel in Bezug auf die Dichte des Strömungsmittelflusses veränderbar ist.
3. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (28; 84; 114) ein Prallkörper in der Leitung (24, 26; 82; 102; 112) ist, der zusammen mit der Leitung eine üurchflußquerschnittsflache A dazwischen festlegt, daß der Prallkörper (28; 84; 114Ί eine charakteristische Dimension d in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Hasseniurchflusses durch die Leitung (24, 26; 82; 102; 112) besitzt, wobei die Frequenz der Wirbel eine Funktion des Produktes A χ d ist, und daß eine Vorrichtung (50, 86, 104) das Produkt A χ d in Bezug auf die Dichte des Massendurchflusses einstellt, wobei die Frequenz den Massendurchfluß anzeigt.
4. Massendurchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (50; 104) eine Vorrichtung (68, 70; 106) zur Veränderung der charakteristischen Dimension d besitzt.

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5. Hassendurchf luftmesser nacii Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (86) eine Vorrichtung (94) zur Veränderung der üuerschnittsflache A aufweist.
6. ilassendurchfluftmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (86) zur Veränderung der Querschnittsfläche A so betätigbar ist, daß sie die Querschnittsfläche A etwa umgekehrt proportional zu Änderungen der Dichte des Massendurchflusses verändert.
7. 'Iassendurchfluftmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsteilvorrichtung (50, 86, 104) eine bewegliche Vorrichtung (68, 70; 94) besitzt, die antriebsmäßig dem Massendurchfluß ausgesetzt ist und in bezug auf Dichteänderungen verschiebbar ist.
8. [Iassendurchf luftmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Vorrichtung (104) ein Element aufweist, das in bezug auf Änderungen in der Temperatur des Massendurchflusses beweglich ist.
9. Massendurchflußniesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (104) ein Bimetallelement aufweist, das dem Massendurchfluß ausgesetzt ist und das in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen beweglich ist.
10. Massendurchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Vorrichtung (50; 86) ein Element besitzt, das in bezug auf Änderungen in der Temperatur und im Druck des Massendurchflusses beweglich ist.
11. Ilassendurchf lußmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (50; 86) einen hohlen Balgen besitzt und eine Vorrichtung (64; 92) aufweist, die eine Verbindung zwischen dem Inneren (58) des Balgens (50) und dem Massendurchfluß ergibt, wobei der Balgen sich in Abhängigkeit von Änderungen in der Dichte des Massendurchflusses ausdehnt und

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zusammenzieht.
12. Hassendurchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (50, 86, 10*4) eine flexible Ausdehnungsvorrichtung (68, 70; 104) aufweist, die auf Ausdehnung und Zusammenziehung des Balgens anspricht, daß der Prallkörper (28, 114) ein Paar von im Abstand versetzten Wandungen (30, 32; 106) besitzt, die die charakteristische Dimension d dazwischen festlegt und daß die Ausdehnungsvorrichtung antriebsmäßig den im Abstand angeordneten Wänden zugeordnet ist, um den Abstand dazwischen in Abhängigkeit von der Bewegung des Balgens zu verändern.
13. Massendurchflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand versetzten Wandungen (30, 3 2) miteinander an ersten Enden in freitragender Anordnung verbunden sind.
14. Massendurchflußmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30, 32, 40, 44) ein Abfühlrohr

(34) an den ersten Enden aufweist, das die im Abstand versetzten Wandungen (30, 3 2) miteinander verbindet, wobei das Abfühlrohr (34) eine öffnung (36) besitzt, die dem Massendurchfluß stromabwärts in bezug auf den Prallkörper (28) ausgesetzt ist, um die periodischen Wirbel aufzunehmen.
15. Massendurchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (86, 94) einen Kolben aufweist, der von dem Balgen (86) angetrieben ist, und daß eine von dem Kolben aufgenommene Sperre (94) vorgesehen ist, die über die Leitung (8 2) beweglich angeordnet ist, um die Querschnittsflache A etwa umgekehrt proportional zu den Änderungen der Dichte zu verändern.
16. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (34, 36, 40, 44) mindestens ein erstes Abfühlrohr (34) mit einer öffnung

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(36) darin, die dem Massenströmungsmitteldurchfluß stromabwärts in bezug auf den Prallkörper (28) zugewandt ist, aufweist, um die periodischen Wirbel aufzunehmen, die ein Drucksignal in dein Rohr (34) erzeugen, das in Abhängigkeit von der Frequenz der periodischen Wirbel schwankt.
17. Hassendurchflußmesser nach Anspruch IU, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil (26) des Prallkörpers (28) die charakteristische Dimension d besitzt, wobei die Länge dieses Teiles (26) wenigstens etwa das Dreifache des Durchmessers der Öffnung (2U) beträgt.
18. Massendurchflußmeser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3U, 36, 40, UU) einen piezokeramischen Wandler (UU) aufweist, der auf das schwankende Drucksignal anspricht, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Frequenz besitzt, die die Massendurchflußgeschwindigkeit anzeigt.
19. Ma-ssendurchflußmesser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3U, 36, UO, U2) ferner einen Fluidic-Verstärker (UO) zwischen dem Abfühlrohr (3U) und dem Wandler (UU) zur Verstärkung der Größe des schwankenden Ürucksignales besitzt,
20. Kassendurchflußmesser mit einer Leitung zum Führen des zu messenden Massendurchflusses und einer Vorrichtung in der Leitung zur Erzeugung von periodischen Wirbeln, nach einem der Ansprüche 1 - 19, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28) zur Änderung der Frequenz der periodischen Wirbel in bezug auf die Dichte des Massendurchflusses.
21. Massendurchflußmesser mit einer Leitung zum Führen eines Massendurchflusses veränderlicher Dichte, nach einem der Ansprüche 1 - 19, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28), die antriebsmäf.ig der Leitung (24, 26) zur Erzeugung periodischer 'Wirbel im Massendurchfluß zugeordnet ist und auf die

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Dichte des Massendurchflusses anspricht, wobei die Frequenz der periodischen Wirbel den Massendurchfluß anzeigt, und eine Vorrichtung (32, 34) zum Feststellen der Frequenz der periodischen Wirbel.
22. Verfahren zum Messen eines Massendurchflusses, dessen Dichte sich während des Durchfließens ändern kann, dadurch gekennzeichnet, daß periodische Wirbel im Massendurchfluß mit einer Frequenz erzeugt werden, die den Massendurchfluß unabhängig von Dichteänderungen anzeigt, und daß die Frequenz der periodischen Wirbel festgestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in den Massendurchfluß ein Prallkörper mit einer charakteristischen Dimension d in einer Richtung etwa senkrecht zur Richtung des Massendurchflusses eingesetzt wird, und daß die charakteristische Dimension d in bezug auf die Dichte des Massendurchflusses verändert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prallkörper in eine Leitung eingesetzt wird, die das den Massendurchfluß darstellende Strömungsmittel aufnimmt und eine Querschnittsdurchflußfläche A zwischen der Leitung und dem Körper festlegt, und daß die Querschnittsdurchflußfläche A in bezug auf die Dichte des Massendurchflusses verändert wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der periodischen Wirbel in Abhängigkeit von der festgestellten Dichte verändert wird.

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