DE2807356A1 - DEVICE FOR MEASURING A VOLUME OF LIQUID FLOWING THROUGH A PIPE PER UNIT OF TIME - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING A VOLUME OF LIQUID FLOWING THROUGH A PIPE PER UNIT OF TIMEInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K-Fincke Patent attorneys Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr K-Fincke
Dipl.-Ing. F. A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Incf. H. Liska Dipl.-Ing. FA ¥ eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Incf. H. Liska
8 MÜNCHEN 86, DEN «A4! r « q 8 MUNICH 86, THE “A4! r « q
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Vorrichtung zur Messung eines ein Rohr pro Zeiteinheit durchströmenden FlüssigkeitsvolumensDevice for measuring a flow rate through a pipe per unit of time Liquid volume
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines ein Rohr pro Zeiteinheit durchströmenden Flüssigkeitsvolumens mittels eines mindestens innenseitig elektrisch isolierenden Rohrstücks, in dem diametral zwei an einen Spannungsmesser angeschlossene Elektroden angeordnet sind, und einer Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der Elektroden, dessen Feldlinien überwiegend rechtwinklig (y-Achse) zu der durch die Verbindungsgeraden der Elektroden (x-Achse) und die Rohrachse (z-Achse) definierten x-z-Ebene (y = 0) verlaufen.The invention relates to a device for measuring a volume of liquid flowing through a pipe per unit of time by means of a pipe section, which is electrically insulating at least on the inside, in which two diametrically connected to a voltmeter Electrodes are arranged, and an arrangement for generating a magnetic field in the area of the electrodes, its Field lines predominantly at right angles (y-axis) to the straight line connecting the electrodes (x-axis) and the pipe axis (z-axis) defined x-z-plane (y = 0).
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art verläuft die B -Komponente des Magnetfeldes in der x-y-Ebene (z = 0), der Elektrodenebene, im wesentlichen homogen oder inhomogen und symmetrisch zu dieser Ebene in beiden ζ-Richtungen mehr oder weniger ausgedehnt erst konstant bleibend und dann monoton abfallend oder sogleich monoton abfallend.In known devices of this type, the B component of the magnetic field runs in the x-y plane (z = 0), the electrode plane, essentially homogeneous or inhomogeneous and symmetrical to this plane in both ζ-directions more or less extended first remaining constant and then falling monotonically or immediately falling monotonically.
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Einflüsse des Strömungszustandes auf das von dem Spannungsmesser erfaßte Spannungssignal, z. B. wenn die Strömung rotationsunsymmetrisch um die Achse des Rohres ist, wenn sich die Strömung schraubenförmig um die Achse des Rohrs windet oder wenn sich die rotationssymmetrische Verteilung der Strömung zeitlich ändert, sind dabei unvermeidbar.Influences of the flow condition on that of the voltmeter detected voltage signal, e.g. B. if the flow is rotationally asymmetrical around the axis of the pipe is when the flow is spiraling around the axis of the pipe or if the rotationally symmetrical distribution of the flow changes over time changes are inevitable.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung anzugeben, die insbesondere diese drei Fehler vermeidet oder so gering als möglich hält, also eine Vorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die noch weniger als bekannte Vorrichtungen in dem von ihr erfaßten Spannungssignal abhängig vom Strömungszustand der Flüssigkeit ist.The object of the invention is therefore to provide a device which in particular avoids these three errors or as few as Holds possible, so to specify a device of the type mentioned, which is even less than known devices in that of their detected voltage signal depending on the flow condition of the Liquid is.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die y-Komponente (B ) des Magnetfeldes (B , B , B ) in einer zur x-z-Ebene (y = 0) parallelen Ebene (y = y ) von einem Sattelpunkt (x , y , ζ ) aus, der in einem Abstand von dem Schnittpunkt (x=0, y=0, z=0) der drei Achsen (x-Achse, y-Achse, z-Achse) liegt, der in der y-Richtung kleiner ist als das 0,45-fache, vorzugsweise kleiner als das 0,25-fache, und in der x- und der z-Richtung kleiner ist als das 0,1-fache, vorzugsweise kleiner als das 0,05-fache, des Rohrdurchmessers (D) in beiden Richtungen parallel zur x-Achse (x /> χ und χ < χ ) bisTo solve this problem, the device is characterized in that that the y-component (B) of the magnetic field (B, B, B) in a plane (y = y) parallel to the x-z plane (y = 0) from a saddle point (x, y, ζ) which is at a distance of the intersection (x = 0, y = 0, z = 0) of the three axes (x-axis, y-axis, z-axis), which is smaller than in the y-direction 0.45 times, preferably smaller than 0.25 times, and in the x and z directions smaller than 0.1 times, preferably less than 0.05 times the pipe diameter (D) in both directions parallel to the x-axis (x /> χ and χ <χ) to
S SS S
zur Rohrinnenseite abfällt und in beiden Richtungen parallel zur z-Achse (z > ζ und ζ <C ζ ) <slopes towards the inside of the pipe and in both directions parallel to the z-axis (z> ζ and ζ <C ζ) <
S SS S
jeweils eines Maximums abfällt.each time a maximum falls.
z-Achse (z > ζ und ζ <C ζ ) ansteigt und nach überschreitenz-axis (z> ζ and ζ <C ζ) increases and after exceeding
S SS S
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Magnetfeldes zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, daß die Stärke der y-Komponente des Magnetfelds in der Nähe der Elektroden besonders niedrig ist und von dort aus beidseitig zur Mitte des Rohrs zu dem genannten Sattelpunkt ansteigt und von diesem Sattelpunkt ausThe inventive design of the magnetic field is distinguished from the prior art in that the strength of the y component of the magnetic field is particularly low in the vicinity of the electrodes and from there on both sides towards the center of the pipe the said saddle point rises and from this saddle point
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wiederum in den beiden z-Richtungen jeweils zu einem Maximum ansteigt und dann wieder abfällt. Legt man in erster Linie nur auf ein von der Reynoldszahl - also auf ein vom Unterschied zwischen laminarer und turbulenter Strömung - und auf ein von einer Schraubenform der Strömung unabhängiges Spannungssignal· Wert, so kann der Abfall der y-Komponente des Magnetfeldes in den beiden Richtungen parallel zur x-Achse geringfügig sein.again rises to a maximum in each of the two z-directions and then falls again. Put you in the first place only on one of the Reynolds number - i.e. on one of the difference between laminar and turbulent flow - and on a voltage signal · value that is independent of the helical shape of the flow, the decrease in the y-component of the magnetic field be slightly in the two directions parallel to the x-axis.
Wenn auch der genannte Sattelpunkt nur in einer Ebene vorgeschrieben ist, so versteht es sich doch nach den Gesetzen der Magnetostatik von selbst, daß entsprechende Sattelpunkte, wenn auch quantitativ anders ausgebildet, in den zu dieser Ebene parallelen Ebenen anzufinden sind.Even if the mentioned saddle point is only required in one plane is, it goes without saying, according to the laws of magnetostatics, that corresponding saddle points, if also quantitatively designed differently, to be found in the planes parallel to this plane.
Zur Anpassung der Vorrichtung an einen weiten Bereich von Reynoldszahlen der Flüssigkeit und an rotationsunsymmetrisch verteilte Strömungen im Sinne der genannten Aufgabe ist die Vorrichtung bevorzugt dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Maxima von der Elektrodenebene einstellbar ist.To adapt the device to a wide range of Reynolds numbers of the liquid and to rotationally asymmetrical distributed flows within the meaning of the stated object, the device is preferably characterized in that the distance between the Maxima is adjustable from the electrode level.
Der Abstand der Maxima von der Elektrodenebene soll zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,6-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,4-fachen, des Rohrdurchmessers liegen.The distance of the maxima from the electrode plane should be between 0.1 times and 0.6 times, preferably between 0.2 times and 0.4 times the pipe diameter.
Zur Verwirklichung des Magnetfeldes sind bevorzugt beidseitig der Elektrodenebene außerhalb des lichten RohrquerSchnitts je zwei Polschuhe oder Spulen einander gegenüberliegend angeordnet, deren Verbindungsmittellinien wenigstens annähernd parallel zur y-Achse verlaufen.To realize the magnetic field, preferably on both sides of the electrode plane outside the clear pipe cross-section two pole pieces or coils arranged opposite one another, the connecting center lines at least approximately parallel to the y-axis.
Der Einfluß der sich aus den B ~,B - und B -Komponenten des Magnet-The influence of the B, B and B components of the magnet
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feldes und den W-, W- und W17-Komponenten der Wertigkeit mit den ν - und ν -Geschwindigkeitskomponenten der Strömung ergebenden Spannungen ist bei einem erfindungsgemäßen Magnetfeld besonders gering. Außerdem ergibt sich ein günstiges Verhältnis zwischen der aufgewendeten Feldstärke und der Höhe der an den Elektroden erfaßten Signalspannung.field and the W, W and W 17 components of the valency with the ν and ν velocity components of the flow resulting voltages is particularly low in a magnetic field according to the invention. In addition, there is a favorable relationship between the field strength applied and the level of the signal voltage detected at the electrodes.
Um eine ausgeprägte Sattelform um den Sattelpunkt herum zu erreichen, sind bevorzugt die dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe oder die Spulen im Sinn des Umfangs des Rohrs gekrümmt.In order to achieve a pronounced saddle shape around the saddle point, the surfaces facing the inside of the pipe are preferred the pole pieces or the coils are curved in the sense of the circumference of the tube.
Besonders vom. Strömungsprofil unabhängige Meßergebnisse bei relativ geringer Baulänge erhält man dann, wenn die in Längsrichtung des Rohrs gemessene Breite der dem Rohrinneren zuwandten Flächen der Poischuhe oder Spulen zwischen dem 0,15-fachen und dem 0,8-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,2-fachen und dein 0,5-fachen, des Rohrdurchmessers liegt. Der ümfassungswinkel der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe oder der Spulen quer zum Rohr soll dabei bevorzugt zwischen 90 und 150°, vorzugsweise zwischen 100 und 130°, liegen. Aus dem gleichen Grunde soll der mittlere Krümmungsdurchinesser der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe oder der Spulen zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,6-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,3-fachen, des Rohrdurchmessers betragen.Especially from. Flow profile independent measurement results A relatively short overall length is obtained if the width measured in the longitudinal direction of the pipe faces the inside of the pipe Areas of the poi shoes or coils between 0.15 times and 0.8 times, preferably between 0.2 times and 0.5 times the pipe diameter. The angle of coverage the surfaces of the pole shoes facing the inside of the tube or of the coils transversely to the tube should preferably be between 90 and 150 °, preferably between 100 and 130 °. For the same reason, the mean curvature diameter should be the surfaces of the pole shoes or the coils facing the inside of the tube between 1.0 and 1.6 times, preferably between 1.0 and 1.3 times the pipe diameter.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbexspxelen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.The invention is described below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt einen Prinzipaufbau und dient der Erläuterung der verwendeten Begriffe.1 shows a basic structure and serves to explain the terms used.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch.Fig. 2 shows an embodiment of a device according to the invention schematic.
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Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der y-Komponente des Magnetfeldes längs einer durch den Punkt (x = 0, y = y ) zur z-Achse parallel verlaufenden Geraden bei einer Anordnung nach Fig. 2.Fig. 3 shows schematically the course of the y component of the Magnetic field along a straight line running parallel to the z-axis through the point (x = 0, y = y) in an arrangement according to Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 im Schnitt IV-IV in Fig. 2.FIG. 4 shows the embodiment according to FIG. 2 in section IV-IV in FIG. 2.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Rohr 2, in dem diametral zwei an einen Spannungsmesser 4 angeschlossene Elektroden E1, E-angeordnet sind. Die für die folgende Beschreibung verwendete x-Achse ist die Verbindungsgerade zwischen den Elektroden, gerichtet von E- nach E1. Als z-Achse ist die Rohrachse in einer willkürlich gewählten Richtung verwendet. Die y-Achse vervollständigt ein rechtwinkliges, rechthändiges x-y-z-Koordintitensystem. Der Rohrdurchmesser ist mit D gekennzeichnet. In jedem Punkt P des Rohrinneren sind drei Vektoren definiert: die Geschwindigkeit ^ = {v , v- , v_J der durch den Punkt P strömenden Flüssigkeit, das im Punkt P herrschende MagnetfeldFig. 1 shows schematically a tube 2 in which two diametrically connected to a voltmeter 4 electrodes E 1 , E- are arranged. The x-axis used for the following description is the straight line connecting the electrodes, directed from E- to E 1 . The pipe axis in an arbitrarily selected direction is used as the z-axis. The y-axis completes a right-angled, right-handed xyz coordinate system. The pipe diameter is marked with D. Three vectors are defined at each point P of the pipe interior: the velocity ^ = {v, v-, v_J of the liquid flowing through point P, the magnetic field prevailing at point P.
Xr = (B , B , B ) und die im Punkt P vorliegende, von der x y ζ Xr = (B, B, B) and the one present at point P, from which xy ζ
Geometrie der Anordnung abhängige Wertigkeit <%& = (W , W , W ).Geometry of the arrangement dependent valency <% & = (W, W, W).
x y ζx y ζ
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen beidseitig der x-y-Ebene die zwei Polschuhe N , S und N, , S, einander diametral gegenüber, und zwar mit ihren Verbindungsmittellinien 8, 10 parallel zur y-Achse im Abstand ζ bzw. z, . Diese Abstände sind praktisch stets einander gleich. Sie können jedoch vorzugsweise verändert werden, um den Abstand der Maxima der y-Komponente des Magnetfeldes von der Elektrodenebene z=0 einzustellen.In the embodiment shown in FIG. 2, the two pole shoes N, S and N,, S, lie one above the other on both sides of the x-y plane diametrically opposite, with their connecting center lines 8, 10 parallel to the y-axis at a distance ζ and z,. These The distances are practically always the same. However, they can preferably be changed by the distance between the maxima of the y-component of the magnetic field from the electrode plane z = 0.
Durchwandert man einen Stromfaden parallel zur Rohrachse (z-Achse) durch den Punkt (x=0, y=y , z=0) bei der Anordnung nach Fig. 2 und mißt man dabei die y-Komponente des Magnetfeldes,If you walk through a stream parallel to the pipe axis (z-axis) through the point (x = 0, y = y, z = 0) in the arrangement according to FIG. 2 and the y component of the magnetic field is measured,
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so ergibt sich der aus Fig. 3 entnehmbare Verlauf. Von der Elektrodenebene ζ = 0 an steigt die y-Komponente des Magnetfeldes in beiden Richtungen (z £ 0) bis zu einem Maximum an und fällt dann ab. Wandert man andererseits (was aus Fig. 3 nicht ersichtlich ist) vom Punkt (x = 0, Y = Y r ζ =0) parallel zu der Elektrodenverbindungslinie (x-Achse) in Richtung Rohrwand, so fällt in beiden Richtungen die y-Komponente des Magnetfeldes ab. Im Punkt (x=0, y = y , ζ = 0) liegt also einthis results in the course that can be seen in FIG. 3. From the electrode level ζ = 0 the y component of the magnetic field increases in both directions (z £ 0) to a maximum and then decreases. If, on the other hand, one wanders (which cannot be seen in FIG. 3) from the point (x = 0, Y = Y r ζ = 0) parallel to the electrode connection line (x-axis) in the direction of the pipe wall, the y-component falls in both directions of the magnetic field. At the point (x = 0, y = y, ζ = 0) there is a
Sattelpunkt der y-Komponente des Magnetfeldes über der x-z-Ebene (y = y ).Saddle point of the y component of the magnetic field above the x-z plane (y = y).
Die Vorrichtung nach den Fig. 2 und 4 weist Polschuhe N , S ,The device according to FIGS. 2 and 4 has pole pieces N, S,
a aa a
N, , S. auf, die in Umfangsrichtung des Rohrs 2 gekrümmt sind, und zwar im dargestellten Beispiel konzentrisch zur Rohrachse, was eine vorteilhafte Ausführungsform, aber nur ein Spezialfall ist.N,, S., which are curved in the circumferential direction of the pipe 2, namely in the example shown concentrically to the pipe axis, which is an advantageous embodiment, but only a special case is.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8136 | Disposal/non-payment of the fee for publication/grant |