DE2834993A1

DE2834993A1 - Stroemungsmesser

Info

Publication number: DE2834993A1
Application number: DE19782834993
Authority: DE
Inventors: Roy Venton-Walters
Original assignee: Ricardo and Co Engineers 1927 Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DK151520C; FR2400186A1; JPS5858003B2; DK356878A; SE443450B; SE7808563L; IT1105537B; JPS5456473A; DK151520B; NL7808362A; FR2400186B1; IT7850647A0; DE2834993C2; BE869669A; US4173143A

Description

■3000 München 80 Mühldorfstraße

Telefon (089) 496872. Telex 5215035 Telegramme patemus munchon Postacheck München 394 18-S02 Bank Reuachel & Co München 2 603007

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

RICARDO & CO., ENGINEERS (1927) LIMITED
Shoreham-by-Sea, Großbritannien
P 096 40

Strömungsmesser

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser der Bauart, bei welcher ein wirbelablösender Profilstab mit vorzugsweise symmetrischem Querschnitt bezüglich der Strömungsrichtung quer zur Strömungsrichtung eines Strömungsmediums angeordnet ist und die Anzahl und die Frequenz von Karman-Wirbeln gemessen wird, welche von dem Profilstab induziert und abwechselnd von seinen entgegengesetzten Seiten abgelöst werden. Aus dieser Messunglkann die Geschwindigkeit des Hauptstroms berechnet werden, wozu gewöhnlich selbsttätig arbeitende Mittel vorgesehen sind.

In der Strömungstechnik ist bekannt, dass die ideale Strömung eines nicht viskosen Strömungsmediums um einen Körper mit Kreisquerschnitt eine laminare Strömung'ist, die beim Auftreffen auf den Körper symmetrisch geteilt wird, den Körper umströmt und sich hinter ihm wieder ^u einer symmetrischen Laminarströmung schliesst. In der Praxis gibt es kein Strömungsmedium ohne Viskosität, woraus folgt, dass die örtliche Geschwindigkeit der Strömung in unmittelbarer Nachbarschaft der Oberfläche eines Hindernisses durch den Strömungswiderstand gegenüber dem Hauptstrom verringert wird. So wird bei

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niedrigen Reynolds - Zahlen, d.h. bei niedrigen Geschwindigkeiten eines gegebenen Strömungsmediums und einer bestimmten Gestalt des Hindernisses das Strömungsfeia in ein solches mit symmetrischem Querschnitt, jedoch zwei Zonen langgestreckter Rückwärtsdrehung verändert, die in einem Totwassergebiet unmittelbar stromabwärts von dem ein Hindernis bildenden Körper sich ausbilden. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, werden diese langgestreckten Zonen zunehmend symmetrisch, bis Instabilität auftritt und sich getrennte Wirbel abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten des Körpers ausbilden. Diese Wirbel, die als Karman 'sehe Wirbel oder Wirbelstrassen bekannt sind, strömen in einer steten Folge abwechselnd von entgegengesetzten Seiten des Körpers rückwärts.

Wenn die Strömung insgesamt eine Geschwindigkeit Vq hat, wurde gefunden, dass die gebildeten Karman -Wirbel sich mit einer Geschwindigkeit V_y bewegen, die stets kleiner als die Geschwindigkeit V_Q ist. Es kann gezeigt werden (unter Auslassen der mathematischen Zwischenrechnung), dass die Zeit T zwischen aufeinanderfolgenden Ablösungen von Wirbeln, die Geschwindigkeit Vq des Hauptstromes und eine lineare Querabmessung L des ein Hindernis bildenden Körpers eine Funktion der Reynold's Zahl sind:

T · V_n
= 0 (Re)

Bei einem Zylinder eines Durchmessers D wurde gefunden, dass 0 ange-

nähert 5 für Reynolds -Zahlen zwischen 2 χ 10 und 2 χ 10 beträgt.

Es ist gewöhnlich bequemer, die Frequenz, f der Wirbel Ablösung f = j zu messen, so dass für einen Zylinder gilt:

Aus diesem Ausdruck kann eine empirische Konstante für einen angemessenen Bereich von Strömungszuständen und einen festen Zylinderdurchmesser angegeben werden. Wenn diese Konstante mit K bezeichnet ist, gilt

V - ^f
^v0 " "R"

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Durch Messen derFrequenz f der Karman-Wirbelablösung ist es somit möglich, die Geschwindigkeit des Hauptstromes zu bestimmen.

In ähnlicher Weise kann man auch bei Körpern mit von der zylindrischen Form abweichender Form vorgehen.

Es wurden verschiedene industrielle Messvorrichtungen zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit entwickelt, die auf der Messung der Frequenz von Karman-Wirbelablösungen basieren. Z.B. kann der Durchgang von Wirbeln stromabwärts von dem wirbelablösenden Profilstab entweder durch einen Ul traschall strahl, der quer über die Breite der Strömung auf einen Kristallwandler gerichtet ist, oder mittels feiner,Örtlich quer über die Strömuno/gespannter Drähte gemessen werden, die gewöhnlich als Heißdraht-Anemometer bekannt sind und eine konstante Menge elektrischen Stromes leiten, wobei Mittel vorgesehen sind, die Widerstandsänderung in den Drähten mit der Temperatur zu erfassen; oder auf andere Weise. Diese Mittel erfassen die Änderungen der lokalen Geschwindigkeit in der Strömung, wenn die rotierenden Wirbel vorbeilaufen, und geben ein Ausgangssignal ab, dessen Gestalt zur Sinusform tendiert, wobei die Spitzen (positiv und negativ) den Durchlauf von Wirbeln repräsentieren. Da die Signal spannungen klein sind, werden sie verstärkt, und die Spitezn werden gekappt, so dass ein Rechteckwellenzug erzeugt wird, der einem digitalen Zähler oder einem Frequenzmesser zugeführt wird. Wie oben gesagt ist die Hauptstromgeschwindigkeit Vq der zu untersuchenden Strömung am wirbelablösenden Profilstab direkt proportional der Frequenz f der Wirbelablösung von der Profilstange, so dass die Messung der Frequenz f eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit V_Q ermöglicht.

Das Ausgangssignal der die Wirbel erfassenden Messvorrichtung wird gewöhnlich in eine Schmitt-Triggerschaltung eingespeist, um einen modifizierten Rechteckwellen-Ausgang zu erzeugen. Wenn jedoch in einem besonderen Zyklus die Amplitude des alternierenden Signals klein ist, kann vorkommen, dass die entsprechende Spannung nicht einenzur Betätigung des Schmitt-Triggers ausreichenden Betrag erreicht, so dass ein Impuls verloren geht und die Zählgeschwindigkeit ungenau wird. Der Erfinder hat nun gefunden,dass aus bisher nicht vollständig geklärten Gründen die Amplitude des alternierenden elektrischen Ausgangs-

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signals bei bestehenden Strömungsmessern für Luft der beschriebenen Art über der Zeit sporadisch variiert, und dies wird als Grund für die oben beschriebene Unqenauiqkeit anqenommen.

Der Erfindunq lieqt die Aufqabe zuqrunde, einenStrömunqsmesser der einqanqs beschriebenen Art empirisch in der Hinsicht zu verbessern, dass sporadische Veränderungen der Amplitude verringert und die Genauigkeit der Zählgeschwindigkeit erhöht werden»

Zur Lösung

dieserAufagbe ist bei einem Strömungsmesser mit einem Strömungskanal, durch welchen ein Strömungsmedium, wie Luft, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, durchgeleitet werden kann, einem den Strömungskanal quer zur Strömungsrichtung durchsetzenden, Wirbel ablösenden Profilstab, einer Messvorrichtung zum Erfassen des Durchlaufs von Karman-Wirbeln, die in Richtung stromabwärts von der Profilstange abgelöst werden, in einem nahe der Profilstange gelegenen Strömungsabschnitt, wobei die Messvorrichtung ein alternierendes Ausgangssignal erzeugt, und Mitteln zum Ableiten eines gegenüber dem Ausgangssignal der Messvorrichtung modifizierten Ausgangssignales in Rechteckform, das zum Betätigen eines Digital Zählers geeignet ist, mindestens ein zusätzliches Querglied vorgesehen, das nahe und stromabwärts von dem genannten Strömungsabschnitt, in welchem die Wirbel erfassende Messvorrichtung arbeitet, den wirbelablösenden Profilstab kreuzend sich über den Strömungskanal erstreckt und eine ausreichende Breite quer zur Strömungsrichtung hat, um eine divergierende Teilung des Stromes zu verursachen.

Vorzugsweise hat das zusätzliche Querglied zu einer parallel zur Strömungsrichtung in dem Strömungskanal verlaufenden Achse symmetrischen Querschnitt.

Die der Strömung zugewandte Seite des zusätzlichen Querschnittes kann teilzylindrisch odermit einer anderen sanft gerundeten konvexen Form gestaltet sein, während seine stromabwärts gerichtete Seite sich konisch verjüngt, so dass ein Tragflächenprofil gebildet ist, oder teil zylindrische oder anders gerundete Gestalt hat; z.B. kann das Querglied von einer zylindrischen Stange gebildet sein.

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Das zusätzliche Querglied kann jedoch auch eine ebene, der auftreffenden Strömung zugewandte Fläche haben,die mit ihrer Breite parallel zur Länge des wirbelablösenden Profil stabs angeordnet ist. Z.B. kann das zusätzliche Querglied dreieckigen oder rechteckigen Querschnitt oder T- oder U-Querschnitt, z.B. Kanalquerschnitt, haben.

Das zusätzliche Querglied kann gradlinig sein und sich mit seiner Längserstreckung rechtwinklig zu dem wirbelablösenden Profilstab erstrecken oder dazu unter einem Winkel von mehr als 45° geneigt verlaufen.

Es können mehr als nur ein zusätzliches Querglied vorgesehen sein, z.B. zwei zusätzliche Querglieder parallel Seite an Seite oder einander kreuzend bzw. durchsetzend.

Der wirbelablösende Profilstab selbst kann zylindrisch sein oder anderen, nicht notwendig gerundeten, jedoch bezüglich der Strömungsrichtung symmetrischen Querschnitt aufweisen und ausreichende Breite haben_s um die Strömung divergierend zu teilen. Z.B. kann ein quadratischer Stab verwendet werden, dessen eine Querschnittsdiagonale parallel zur Strömungsrichtung liegt.

Der Erfinder hat festgestellt, dass ein Strömungsmesser gemäss der Erfindung bemerkenswert grössere Genauigkeit als bekannte Strömungsmesser dieser Art aufweist. Der Erfinder glaubt, dass diese Verbesserung auf einer Verringerung der Amplitudenschwankungen des alternierenden Ausgangssignals der Messvorrichtung für die Wirbel beruht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 und 2 Diagramme von alternierenden Impuls-Ausgangssignalen eines bekannten Luftstrommessers;

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III—III in Fig. 4 durch den Strömungskanal eines Luftstrommessers gemäss der Erfindung;

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Fig. 4 und 5 Längsschnitte nach den Linien IV-IV und V-Vin Fig. 3;

Fig. 6, 7 und 8 Diagramme ähnlich denjenigen nach Fig. 1 und 2, wobei jedoch typische alternierende und gepulste Ausgangssignale gezeigt sind, die mittels des Strömungsmessers nach den Fig. 3 bis 5 erzeugt werden;

Fig. 9 ein Diagramm, in dem eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge durch den Strömungsmesser nach den Fig. 3 bis 5 über der Ausgangsfrequenz aufgezeichnet ist;

Fig. 10 ein Blockschaltbild des Strömungsmesser nach den Fig. 3 bis 5 und

Fig. 11 bis 16 in Ansichten ähnlich Fig. 5 abgewandelte Ausführungen der Erfindunq mit zusätzlichen Querqliedern unterschiedlichen Querschnitts.

Die Figuren 1 und 2 zeigen typische Spannungsverläufe, wie sie von einem im Handel erhältlichen Luftströmungsmesser der oben beschriebenen Art erzeugt werden, der einen Ultraschallgenerator aufweist, um einen Ultraschanstrahl quer über den Strömungskanal hinter dem Wirbel ablösenden Profilstab auf einen Wandlerkristall zu lenken, dessen kontinuierliches, im wesentlichen sinusförmiges Spannungs- Ausgangssignal bei beiden Beispielen mit 10 bezeichnet ist. Das Signal 1Q wird in eine Schmitt-Triggerschaltung eingespeist, deren Funktion ist, auf den Empfang einer bestimmten kleinen Triggerspannung hin einen sehr schnellen Spannungsanstieg und einen ähnlich schnellen Spannungsabfall zu erzeugen, wenn das nächste Triggerspannungsniveau erreicht ist, so dass der Ausgang der Schmitt-Triggerschaltung eine Folge von Rechteckwellen ist. Diese sind in den Fig. T und 2 mit 11a und 11b als zwei Reihen von horizontalen Strichelungen oder Impulsen gezeichnet, welche die höchsten und niedrigsten Spannungen der Rechteckwelle repräsentieren. Diese Impulse werden einem digitalen ZeMer zugeführt, der über ein konstantes Zeitintervall "eingeblendet" ("gated") ist, um die Wirbelablösefrequenz, direkt anzuzeigen.

Die Wellenzüge nach den Fig. 1 und 2 sind in der Form dargestellt, in welcher siefotografisch aufgenommen wurden. Aufgrund der extrem kurzen

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Zeitintervalle ist die "Aufzeichnungsgeschwindigkeit" während der Spannungsanstiegs- und Abfallstufen des Schmitt-Triggerschaltungs- Ausgangs zu hoch, um fotografisch festgehalten zu werden, so dass die Kurven 11a, 11b als getrennte horizontale Reihen von Strichelungen oderlmpulsen erscheinen.

Es ist ersichtlich, dass an Stellen,wie sie mit X in Fig. 1 bezeichnet sind, die Amplitude des sinusförmigen Signals so klein ist, dass die Spannung nicht dazu ausreicht, den Schmitt-Trigger zu betätigen, so dass in der entsprechenden Impulsreihe ein Spalt bei X¹ auftritt und die Zähl geschwindigkeit ungenau ist.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch eine Ausführung der Erfindung, wie sie bei einem oben beschriebenen, im Handel befindlichen Strömungsmesser angewendet ist. Der Strömungsmesser umfasst einen Strömungskanal 20 zylindrischer Gestalt, durch welchen die zu messende Luftströmung hindurch in Richtung des Pfeiles 21 strömt . Der Wirbel ablösende Profilstab 22 hat quadratischen Querschnitt und ist bezüglich der Strömungsrichtung diagonal quer über den Durchmesser des Strömungskanals 20 angeordnet. Ein Ul traschall sender 23 richtet einen Ultraschall strahl 24 quer über den Durchmesser des Strömungskanals 20 unmittelbar stromabwärts von dem Wirbel ablösenden Profilstab 22. Der Ultraschall-Strahl 24 verläuft unter rechtem Winkel zu dem Profilstab 22 und trifft auf einen Kristall-Wandler 25 auf, der auf der gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals 20 angeordnet ist. Der Wandler 25 erfasst die Modulation des Ultraschall-Strahls 24, die von dem Durchlauf aufeinanderfolgender, abwechselnd von der Oberseite und von der Unterseite des Profilstabs 22 abgelöster Wirbel erzeuqt wird, wenn die Wirbel aufeinanderfolgend den Strahl 24 passieren, und das Ausgangssignal des Wandlers 25 , das dem Wellenzug 10 in Fig. 1 oder Fig. entspricht, wird einer Schmitt-Triggerschaltung zum Kappen der Spannungsspitzen und von dort einem digitalen Zähler zugeführt, wie anhand der Fig. im folgenden noch beschrieben.

Um die Gleichförmigkeit der Amplitude des im wesentlichen sinusförmigen Ausgangssignals des Wandlers 25 zu verbessern, ist ein zusätzliches gradliniges Querglied 30 mit Tragflächenprofil-Querschnitt quer über den Durchmesser des Strömungskanals 20 rechtwinklig zu dem wirbelablösenden Profilstab 22 angeordnet. Wie gezeigt ist das Querglied 30 unmittelbar stromabwärts vom Ultra-

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Schall-Strahl 24 angeordnet, zu dem es parallel ist, wobei seine halbzylindrische, stromaufwärts gelegene Seite nahe dem Ultraschall-Strahl liegt und seine der ankommenden Strömung-abgewandte Seite sich in Richtung stromabwärts verjüngt. Das Querglied 30 hat zu einerAchse parallel zur Strömungsrichtung 21 symmetrischen Querschnitt, wie in Fig. 5 zu sehen ist.

Es wurde gefunden, dass das Anordnen des zusätzlichen Querqliedes 30 mit seiner gerundeten Nase dem Ultraschall-Strahl 24 so nah als praktisch möglich die Wirbelablösung stabilisiert und eine Anordnung des Wirbel ablösenden Profilstabes 22 näher an der Linie des Ultraschall-Strahles 24 ermöglicht als bei dem bekannten Strömungsmesser ohne Einbusse des Erfassens von Wirbeln möglich war, und dies wurde als bemerkenswerte Verbesserunq hinsichtlich der Reqelmässiqkeit des Siqnalausgangs des Wandlers 25, d.h. der Gleichförmigkeit seiner Amplitude festgestellt.

Bei einer Versuchsausführung gemäss den Fig. 3 bis 5 hatte der Strömungskanal 20 einen Durchmesser von 102 mm, wie bei dem im Handel erhältlichen Strömungsmesser, und es wurde ein Wirbelablösender Profilstab 22 quadratischen Querschnitts mit 3,2 mm Seitenlänge wie gezeigt im Strömungskanal positioniert und ausgerichtet. Das Tragflächenprofil 30 hatte eine Profilsehne von 45 mm, eine halbzylindrische Nase und eine maximale Dicke von 12 mm und war · etwa 7,5 mm hinter der ablaufenden Ecke des quadratischen Profilstabes 22 angeordnet. Die Achse des Ultraschall-Strahls 25 Tag 5mm hinter der ablaufenden Ecke des Profilstabes 22.

Bei dieser experimentellen Anordnung wurde gefunden, dass das Ausgangssignal des Wandlers 25 regelmässig und in jeder Hinsicht über einen Durchflussbereich von 0,02 bis 0,30 mVs, d.h. über einen Geschwindigkeitsbereich von 2,45 bis 36,7 m/s ausgezeichnet war.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen die von dem Wandler 25 der oben beschriebenen experimentellen Anordnung erhaltenen Ausgangssignale 10 bei Durchflüssen von 0,02 m³/s, 0,15 m³/s und 0,30 m³/s. Die stark Verbesserte Gleichförmigkeit der Amplitude des sinusförmigen Signals ist deutlich, weiche zu den rege!- massigen und ununterbrochenen Impulssignalen 11a» 11b führt.

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Fig. 9 zeigt den Zusammenhang zwischen unabhängig gemessenen Durchflüssen

durch die oben beschriebene experimentelle Anordnung und die entsprechenden

gemessenen Frequenzen der Karman -Wirbel. Die ausgezeichnete Gradlinigkeit der erhaltenen Kurve ist hervorzuheben.

Während bei der gezeigten experimentellen Anordnung ein stromabwärts gelegenes Querglied 30 mit empirisch gewähltem Tragflächenprofil verwendet wurde, wurde gefunden, dass Querglieder 30 auch anderen Querschnitts verwendet werden können., die ebenfalls eine günstige Auswirkung auf die Wirbelstabilisierung haben. Z.B. kann gemäss Fig. 11 eine zylindrische Stange 3OA geeigneter Grosse verwendet werden.

Andere Formen von Quergliedern 30, bei denen in Versuchen günstige Ergebnisse festgestellt wurden, sind in den Fig. 12 bis 16 gezeigt. Das in Fig. 12 gezeigte gradlinige Querglied 30B hat rechteckigen Querschnitt, wobei ein Paar seiner ebenen Seiten parallel zu dem wirbelablösenden Profilstab 22 liegen. In Fig. 13 hat das gradlingie Querglied 3OC dreieckigen Querschnitt, wobei eine seiner ebenen Seiten parallel zu dem wirbelablösenden Profilstab 22 liegt. Es ist wahrscheinlich, dass ein ebener Streifen, der mit seiner Längserstreckung quer zur Länge des wirbelablösenden Profilstabes 22 und mit seinen Flachseiten parallel dazu liegt, ebenfalls die Wandlerausgangssignale wirkungsvoll stabilisieren dürfte; in der Praxis dürfte es jedoch schwierig oder unmöglich sein, einen solchen Streifen unter Betriebsbedingungen vor einem Schwingen zu bewahren. Jedoch dürften mit aller Wahrscheinlichkeit ein ebenes Querqlied 3OD von !-Querschnitt, das gemäss Fig. mit der Aussenseite seines T-Querbalkens . gegenüber und parallel der wirbelablösenden Profilstange 22 liegt₉ oder ein gradliniges Querglied 3OE mit U-Querschnitt oder ein gradliniges Querglied 3OF mit Kanal querschnitts wobei die, Basis des U-oder des Kanals der Profilstange 22 gegenüberliegt und die entsprechenden Schenkel von dieser in Strömungsrichtung weg weisen (Fig. 15 und 16)-mit günstigen Auswirkungen auf die Regelmässigkeit der Wirbel ab lösung einsetzbar seien.

Das Querglied muss mit ausreichender Breite dimensioniert sein, um eine divergierende Teilung der Strömung zu bewirken, und sollte wohl einen symmetrisch zu seiner parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Querachse

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ausgebildeten Querschnitt haben. Darüberhinaus sollte die auflaufende bzw. der Strömung zugewandte Seite des Quergliedes vorzugsweise so nahe wie möglich an dem Strahlenbündel der Ul traschall signale 24 davon stromabwärts angeordnet sein, ohne jedoch das Strahlenbündel von Ultraschallsignalen körperlich zu unterbrechen. Die Kriterien und diebegrenzenden Faktoren bezüglich möglicher Variationen der Gestalt und der Lage des Quergliedes 30 usw. sind jedoch noch nicht vollständig geklärt bzw. erforscht.

Bei einer praktischen Konstruktion eines Strömungsmessers wird ein Querglied 30 mit Tragflächenprofi!-Querschnitt gemäss Fig. 5 gewöhnlich im Hinblick darauf bevorzugt» dass die Druckverluste über den Messabschnitt im Strömungskanal kleinstmöglich gehalten werden; dies ist jedoch nicht wesentlich und in Fällen, in denen grössere Druckverluste hingenommen werden können, können Querglieder anderer denkbarer Formen wie oben beschrieben verwendet werden.

Bei allen beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen ist ein einziges Querglied 30 verwendet, das längs einem Durchmesser mit seiner Längenerstreckung senkrecht zur Längenerstreckung des Wirbel ablösenden Profilstabes 22 angeordnet ist. Versuche haben gezeigt, dass diese senkrechte Anordnung nicht unbedingt wesentlich ist und dass das Querglied schräg zur der Profilstange stehen kann, also nicht dazu senkrecht stehen muss. Jedoch wurde eine wesentliche qualitative Verschlechterung festgestellt, wenn der Neigungswinkel des Quergliedes 30 bzw. der Querglieder 30A bis 30F gemessen zur Senkrechten zum Wirbel ablösenden Profilstab in Strömungsnchtun.g ges.eh.en Werte von etwa t 45° erreicht.

Während bei allen gezeigten und beschriebenen Ausführungen ein einziges Querglied 30 oder 3OA bis 3OF verwendet ist, können auch mehr, z.B. zwei solche Querglieder im Abstand voneinander parallel Seite an Seite oder sogar einander kreuzend bzw. durchsetzend angeordnet sein. In solchen Fällv... kann es erforderlich sein, die Anordnung der Ultraschall-Messvorrichtung oder einer anderen Messvorrichtung entsprechend abzuändern.

Der wirbelablösende Profilstab 22 muss nicht quadratischen Querschnitt haben sondern kann anderen Stab- bzw. Stangenquerschnitt haben, der jedoch

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bevorzugt und vielleicht sogar notwendig symmetrisch zur Strömungsrichtung sein sollte.

Es könnten auch andere Wirbelmessvorrichtungen als die beschriebene Ultraschall anordnung in Verbindung mit dem zusätzlichen,stromabwärts gelegenen Querglied eingesetzt werden, z.B. die früher erwähnte Heissdraht-Anemometer-Messvorrichtung.

Die Erfindung kann auch mit Vorteil bei Strömungsmessern zum Messen von anderen Strömungsmedien als Luft angewendet werden.

Fig. 10 zeigt schematisch die Schaltung des Strömungsmessers nach den Fig. 3 bis 5. Eine Eingangsspannung mit Ul traschall frequenz und sinusförmiger Wellenform, wie im Kreis 50 angedeutet, wird durch einen Signal prozessor 51 erzeugt und von einem ersten Ausgang 52 des Prozessors 51 über eine Leitung 53 dem Ultraschall-Sender -Wandler der Kristallbauart zugeführt. Der Ultraschallempfänger-Wandler 25 gibt ein sinusförmiges Ausgangssignal ab, das wie im Kreis 54 gezeichnet aufgrund des Durchlaufes von Wirbeln moduliert ist, welche von der Profilstange 22 abgelöst sind und den Ultraschall-Strahl 24 passieren. Dieses Ausgangssignal wird über eine Leitung 55 zu einem Eingang 56 des Signal Prozessors 51 geleitet. Der Signal prozessor 51 entfernt die ursprüngliche Träqerfrequenz-Komponente aus dem modulierten Wellenzug und gibt über einen zweiten Ausgang 57 ein Ausgangssignal ab, das im Kreis 58 als sinusförmiges Signal mit der geringen Modulationsfrequenz entsprechend der Freuqenz f der Wirbel ab!ösung gezeichnet ist, welche eine Funktion der Luftgeechwindigkeit V_Q im Strömungskanal 20 ist, wie oben erläutert. Dieses Siqnal niedriger Frequenz f wird über eine Leitung 59 zu einer Schmitt-Triggerschaltung 60 gespeist, welche das Signal in einen Rechteck-Wellenzug wie im Kreis 61 schematisch dargestellt formt und das umgeformte Rechteckwellensignal einem digitalen Zähler 63 mit direkter Ausgabe zuführt. Der Zähler 63 wird zweckmässig zu bestimmten Zeitintervall en eingeschaltet, um eine Ausgabe bzw. Anzeige vorzusehen, die ein direktes Mass der Luftgeschwindigkeit V_Q und damit bei gegebenem Durchmesser des Strömungskanals 20 der Geschwindigkeit des volumetrisehen Stromes darstellt.

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Claims

8ηο·) iv-üpchen 80 ix/Ohldorfstraße Telefon (089) 496872,Telex 5215935 Telegramme patemus münchon Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang RICARDO & CO. ENGINEERS (1927) LTD. Shoreham-by-Sea, Großbritannien P 096 40 Ansprüche

1. Strömungsmesser mit einem Strömungskanal, durch welchen ein Strömungsmedium, wie Luft, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, durchgeleitet werden kann, einem den Strömungskanal quer zur Strömungsrichtung durchsetzenden, wirbelablösenden Profilstab, einer Messvorrichtung zum Erfassen des Durchlaufs von Karman-Wirbeln, die in Richtung stromabwärts von der Profilstange abgelöst werden, in einem nahe der Profilstange gelegenen Strömungsabschnitt, wobei die Messvorrichtung ein alternierendes Ausgangssignal erzeugt, und Mitteln zum Ableiten eines gegenüber dem Ausgangssignal der Messvorrichtung modifizierten Ausgangssignals!in Rechteckwellenform, das zum Betätigen eines digitalen Zählers geeignet ist, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Querglied (30,3OA bis 30E), das nahe und stromabwärts von dem genannten Strömungsabschnitt, in welchem die Wirbel erfassende Messvorrichtung (23,24,25) arbeitet, unter einem Winkel zu dem wirbelablösenden Profilstab (22) sich quer über den Strömungskanal (20) erstrc ~kt und in Richtung quer zur Strömungsrichtung eine ausreichende Breite hat, um eine divergierende Teilung des Stromes zu verursachen.

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2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Querglied (30,3OA bis 30E) zu einer parallel zur Strömungsrichtung in dem Strömungskanal verlaufenden Achse symmetrischen Querschnitt hat.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Strömung"zugewandte Seite des zusätzlichen Quergliedes (30 oder 30A) konvex teilzylindrisch gestaltet ist.

4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Querglied ein TragfVächenprofil ist, das sich zur Abstromseite hin verjüngt.

5. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet, dass das zusätzliche Querglied (30B) zylindrisch gestaltet ist.

6. Strömungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Querglied (SOB; 30C, 3OD, 30F) eine der Strömung zugewandte ebene Fläche aufweist, deren Breitenrichtung parallel zur Längenrichtung des Profilstabes verläuft.

7. Strömungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das das zusätzliche Querglied (30B oder 30C) rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist.

8. Strömungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Querglied (30D) T-Querschnitt mit stromaufwärts gele genem Querbalken und stromabwärts gelegenem Standbalken des T hat.

9. Strömungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chnet, dass das zusätzliche Querglied (30F)Kanalquerschnitt hat, wobei die Basis des Kanals stromaufwärts von den Seiten des Kanals angeordnet ist.

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10. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, dass das zusätzliche Querglied (30F) gradlinig ist und sich mit seiner Längserstreckung rechtwinklig zu dem wirbelablösenden Profilstab (22) erstreckt.

11.'Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e η η zeichne t, dass das zusätzliche Querglied (30 bis 30F)gradlinig ist und .in Strömungsrichtung gesehen zu dem. Wirbel ablösenden Profilstab unter einem Winkel von mehr als 45^e geneigt angeord.net 1st.

12. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e η η ζ e i c hn e t durch mindestens zwei Querglieder (30 bi.s 30F), die parallel Seite an Seite angeordnet sind.

13. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 11, g e k e η η ζ. e i. c h η ^e t durch mindestens zwei zusätzliche Querglieder (30 bis 30F), die sich kreuzen bzw. durchsetzen.

14. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (23,24,25) zum Erfassen ^des Durchlaufs von Karman-Wirbeln einen Ultraschall-Generator (23) aufweist, der so angeordnet ist, dass er einen Strahl von Ultraschall-Wellen quer über den Strömungskanal (20) unmittelbar stromabwärts von dem wirbelablösenden Profilstab 22 und quer dazu sendet, und ferner einen Wandler (25), der den Ultraschall-Strahl empfängt.

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