DE2802009A1 - Wirbeldurchflussmesser - Google Patents

Description

• Durchflußmeßgerät zur Hessung der strömugsgeschwindig-
• keit eines flüssigen oder gasförmigen Mediums Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät mit einem wirbelerzeugenden Imine, der fest in einer Rchrleitung oder in einer freien, durch Wandungen nicht beeinflüßten Strömung zum Zweck der Bestimmung von Volumen strömen, Strömungsgeschwindigkeiten oder Strömungs -richtungen angebracht ist.
• Die Wirkunsweise dieses Durchflußmeßger?tes beruht darauf, daß der wirbelerzeugende körper in seiner Umgebung eine fluidische Schwingung erzeugt, deren Frequenz sich in einem großen Reynoldszahl-Bereich proportional zur Anströmgeschwindigkeit verhält. Diese Geschwindig--keitsoszillation oder die parallel auftretenden Druckschwankungen werden durch geeignete Fühler abgegriffen und zu einem digitalen oder analogen Meßwert aufbereitet.
• Bei den bisher bekannten Durchflußmeßger.iten, die auf diesem Prinzip basieren, sind die Wirbelkörper ausschließlich zylindrische bzw. stabförmige Gebilde, die sich senkrecht zur Strömungsrichtung diametral über den Rchrquerschnitt erstrecken. An ihnen werden mit einer geschnfindigkeitsabhängigen Bildungsfrequenz Wirbel erzeugt, die sich stromabwärts in einer Straßenformation langsam auflösen.
• Ein diesem Verfahren innewohnender prinzipieller Nachteil besteht nun darin, daß es infolge des rotationssymmetrischen Rohrströmungsprofils zu einer Störung des zweidimensionalen Charakters der Wirbelbildung und daher entlang der Ablösekanten zu einer uneinheitlichen Einrollung der Wirbel kommt.
• Auf diese Weise entsteht im Gegensatz zur erwünschten monofrequenten eine multifrequente Ablösung und als Folge ihrer erlsgerung eine sogenannte intermittierende gluidisobe Schingung. die daraus resultierenden großen Perildendauerschwankungen und die zusätzlich auftretende als Fading bezeichmete Amplitudenmodulation, welche das Signal sogar kurzzeiti verschwinden lassen kann, erschweren und verteuern die Signalauswertung ganz erheblich.
• Von weiterem Nachteil ist bei dieser Anordnung die überaus hohe Smpfindlichkcit des Virbelbildungsprozeßes gegenüber Drallkomponenten in der r-Jtrö'nung, denn jeglicher Drall bewirkt eine sofortige Zerstörung der zweidimensionalen Wirbelströmung und verhindert damit die Ausbildung einer regelmäßigen, reproduzierbaren Geschwindigkeitsoszillation.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, durch eine geeignete Konstruktion des wirbelerzeugenden Elements ein regelmäßiges und nicht aussetzendes, den Volumenstrom bzw.
• die Strömungsgeschwindigkeit eindeutig kennzeichnendes Meßwertsignal zu erzeugen, das sich zudem als unempfindlicher gegenüber Dralkomponenten in der Strömung erweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Die Ringform passt sich dabei der Querschnittsform der Leitung bzw. dem Verlauf der Geschwindigkeitsgleichen (Isotachen) an, so daß es in Rohrleitungen bei Verwendung von kreisförmigen ringen im zugehörigen rotationssyminetrischen Strömungsprofil überraschender Weise zu einer kreisringförmigen Ablösung der Grenzschichten kommt.
• Es liat sich gezeigt, daß stabile Wirbelringe sich auch an Wirbelkörpern mit rechteck-, dreieck- If-, U-, kreisförmigen oder elliptischen Ringquerschnitten ausbilden, die/zusätzlich an ihren Kanten abgerundet sein oder über konvexe bzw. konkave Außenflächen verfügen können.
• Als besonders vorteilhaft haben sich dabei Rechteckquerschnitte herauscres-tell-t, mit einem Verhältnis Tiefe/t3reite zwischen 0,3 und 0,5 . Hier hefinde-t sich das Nutzsigual in einem optimalen Verhältmis zu den Rauschanteilen der Eignalspannung.
• Zur 81xierung solcher Wirbelkörper in Rohrströmungen sind vorzugsweise radial verlaufende traben oder Leitbleche arorgesehen, die den wirbelkörper mit einem Rohr oder !,teckring verbinden, In freien Strömungen wird ein ringförmiger Wirbelkörper zweckmäßig durch einen einzigen Stab gehalten.
• Zur Erfassung der durch den Wirbelkörper erzeugten fluids schen Schwingungen sind entweder druck- oder geschwindigkeitsempfindliche Meßfühler unmittelbar am Wirbelkörper oder in der wirbelkörper -Ümgebung wozu auch die Rohrwandung zählt, angebracht.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß statt einer uneinheitlichen wirbelbildung in einer Scherströmung einer über seinen Umfang gleichzeitige Wirbeleinrollung beim Ring erfolgt, weil er entlang der Ablösekanten nicht einer Geschwindigkeitsverteilung sondern einer gleichförmigen Anströmung ausgesetzt ist.
• Im einzelnen gehören zu den Vorzügen dieses Gerätes - die stark verbesserte Signalqualität der abgreifbaren Druck-und Geschwindigkeitsoszillationen gegenüber bisher bekannten Bauformen bezüglich der Perildendauerregelmäßigkeit und Amplitudenkonstanz, - die Unempfindlichkeit gegenüber Drallkomponenten in der Strömung, welche die Wirbel nicht in ihrer Entstehung unterdrücken, sondern ihnen eine Rotationsbewegung um ihre Achse aufprägen, - die Unabhängigkeit der wirbelbildung von stabilisierenden aian(lungen, d Ringwirbel eine Eigenstabilisierungstendenz aufweisen, - die insbesondere bei der Kreisform sehr einfach vorzunehmende Fertigung der Wirb elblende sowie - die Fähigkeit, auch bei verzerrten Geschwindigeitsprofilen ein hohes Maß an Integrationsvermögen zu erzielen.
• Die Untersuchungen liaben ergeben, daß die in dieser Arbeit betrachteten Uirbelstraßen-Durchflußmeßgeräte den Anforderungen der modernen Prozeßmeßtechnik auch dadurch gerecht werden, daß - die Meßgröße unmittelbar in quantifizierter Form anfällt, - das Meßergebnis mit elektronischen i-litteln einfach als digitaler Zählwert dargestellt werden kann, - die Beziehung zwischen dem gemessenen Volumenstrom und dem Meßwert linearen Charakter hat, - die Meßunsicherheit über einen großen Meßbereich sehr klein gehalten werden kann, - das Meßgerät zur Erfassung von gasförmigen und flüssigen Medien eingesetzt werden kann und - das Meßgerät keine mechanisch bewegten Teile enthält.
• Als weitere Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung.
• flierin zeigen Fig. 1 A-Q verschiedene Ausführungen erfindungsgemäßer IJirbelblenden in der Frontansicht, FiT. 2 den Wirbelbildungsprozeß skizziert an einer kreisförmigen Tjirbelblende und zwar zu der Innen-und Außenkante, Fig. 3 A-K mögliche Querschnittsformen erfindungsgemößer wirbelblenden, Fig. 4 einen Rechtedkquerschnitt, der vorzugsweise ein Verhält;nis Tiefe/Breite von 0,3 bis 0,8 aufweist, Fig. 5 eine wirbelblende, die in einem Holr mittels radial verlaufender streben gebalten ist, Fig. 6 eine wibelblende, die mit Hilfe eines Stabes in der Strämung findert is.

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Durchflußmeßgerät zur Heßung der Strömungsgeschwindigkeit eines glüssigen oder gasförmigen Üediums mit einer ringförmigen Üirbelblende und einer Ginrichtung zum Messen der Frequenz der von der Wirbelblende erzeugten trömungswirbel, d o d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die wirbelblende aus einem in einer Ebene geformten geschlossenen Bandkörper besteht, dessen beide Bandkanten voneinander in Abstand ehalten sind und der derart angebracht ist, daß er senkrecht zur 5trömungsrichtung steht, und daß die Ringbreite zwischen 5 und 50 % des mittleren Pingdurchmessers beträgt.
2. 2. Durchflußmeßgerät nach P a t e n t a n s p r ü c h 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der wirbelerzeugende Ring eine Kreisform aufweist.
3. 3, Durchflüßmeßgerät nach P a t e n t a n s p r ü c h 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ringquerschnitt eine Form hat, die einem Rechteck, Dreieck, H, U, Kreis oder einer Ellipse entspricht.
4. 4. Durchflüßmeßerät nach Ansprüch 3, d b d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Querschnittsformen ( 3G-3K) mit abgerundeten Wanten versehen sind.
5. 5. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h z1 e t, d:fl die Quersohnittsformen ()7G) und (TH) so ausgebildet sind, daß ihre Rauten konvexen Flächen entsprechen.
6. 6. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchan 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der wirbelerzeugende Eing einen Becheckquerschnitt vorzugsweise mit einem Verhältnis Tief/Breite zwischen 0,3 und 0,8 aufweist.
7. 7. Durchflußmeßgenät zum Einbau in Echrleitungen nach den Ansprchen l - 5, d cl u U r c h g e k e n n z e i c h n e t-, daß der Eirbelkörper in eiem Steckring durch radial verlaufende Streben oder Leitbleche zentriert gehalten ist.
8. 8, Durchflußmeßgenät nach den Ansprüchen 1-d a d U r c h g e k e n n z e i c ii n e t, daß der aing durch einen radial angebrachten Stab so gehalten ist daß die Ringachse veränderbar ist.
9. 9. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1 - 8 dd a d u r c c h g e k e n n z e i c h n e -t, daß das Gerät mit einer an sich bekannten Meßeinrichtung in der Weise zusammenarbeitet, daß die Erequenz neben oder hinter dem wirbelerzeugenden Fing abgegriffen wird.