DE2842559A1 - Geraet zum messen der geschwindigkeit einer stroemung - Google Patents

Geraet zum messen der geschwindigkeit einer stroemung

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DE2842559A1
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obstacle body
recess
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DE19782842559
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English (en)
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Eberhard Dipl Ing Friebel
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FRIEBEL, EBERHARD, DIPL.-ING., 1000 BERLIN, DE
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/01Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using swirlflowmeter

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

  • Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung in einem Rohrstück mit einem quer zur Strömungsrichtung angeordneten und einseitig an der Wandung des Rohrstückes befestigten Hinderniskdrper, der in seinemInnern eine Fühlereinrichtung zur Erfassung derem Hinderniskörper unter demEinfluß von Druckschwankungen ausgeführten Schwingungen enthält.
  • Aufgrund eines bekannten physikalischen Effektes ruft nämlich ein Hinderniskdrper in der Strömung eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße mit rhythmischen Geschwindigkeits- und Druckschwankungen hervor.
  • Bei einem bekannten Gerät dieser Art (DE-OS 21 64 180) ist der Hinderniskdrper quer zur Strdmungsrichtung und quer zu seiner Längsachse an einander gegenüberliegenden Seiten Jeweils mit mehrerenBohrungen versehen. Die Bohrungen an Jeder Seite münden in Jeweils einen inneren Hohlraum; die Hohlräume sind voneinander durch eine zentrale Wand getrennt, in der eine Öffnung vorgesehen ist.
  • Innerhalb der Öffnung in der zentralen Wand befindet sich ein Strömungsfühler, der aus einem Strömungsfühlerelement, z. B. einem elektrisch beheitten Draht, und einer diesen umgebenden Hülle aus beispielsweise Kunstharz besteht. Das Strömungsfühlerelement ist unsymmetrisch angeordnet, so daß seine Ansprechempfindlichkeit von der Richtung der Strömung durch die Öffnung in der zentralen Wand abhängig ist.
  • Dieses bekannte Gerät hat zwar den Vorteil einer verhältnismäßig genauen Messung der Strömung, weil das MeBergebnis durch Rauschkomponenten nicht beeinträchtigt wird, ist Jedoch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut.
  • Für tiberwachungsaufgaben, für die die geforderte Genauigkeit nicht sehr hoch zu sein braucht, ist daher das bekannte Gerät wiegen seines durch den relativ komplizierten Aufbau bedingten hohen Preises nicht geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung in einem Rohrstück vorzuschlagen, das verhältnismäßig einfach und damit auch kostengünstig herstellbar ist, wobei - wegen des ins Auge gefaßten Einsatzgebietes der Überwachung von Stoffströmen - bewußt auf eine hohe Auflösung der Anzeige verzichtet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Hinderniskörper aus einem elastischen Werkstoff und weist in Richtung seiner Längsachse eine Ausnehmung auf, in der eine Stange verläuft; das eine Ende der Stange liegt in der Nähe der von der Befestigungsstelle abgewandten Seite des Hinderniskörpers in der Ausnehmung und ist dort in seinen Querschnittsabmessungen unter Bildung der -Fuhlereinrichtung der Kontur der Ausnehmung angepaßt, und das andere Ende der Stange liegt außerhalb der Ausnehmung und des Rohrstückes und ist mit einer Schwingungen erfassenden Auswerteeinrichtung verbunden; die Stange ist zwischen ihren beiden Enden gelenkig gelagert.
  • Der wesentliche Vorteil des Erfindungsgemäßen Gerätes besteht in seiner besonders einfachen Ausführungsform, weil bei ihm aufgrund des aus einem elastischen Werkstoff hergestellten Hinderniskörpers dieser selbst Schwingungen ausführen kann, die von der Strömung aufgrund des eingangs erwähnten physikalischen Effektes angeregt werden. In einem bestimmten Bereich der Geschwindigkeit der Strömung ist die Frequenz dieser Schwankungen ein eindeutiges Maß für die Strömungsgeschwindigkeit, so daß daraus auf die Stärke des Durchflusses durch das Rohrstück geschlossen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist der Hinderniskörper verhältnismäßig einfach aufgebaut; er weist keine Querbohrungen und Hohlräume sowie eine Trennwand mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Strömungsfühlers auf, sondern ist lediglich mit einer Ausnehmung versehen, in der eine Stange mit einem das Fühlerelement bildenden Ende verläuft. Das erfindungsgemäße Gerät ist daher nicht nur verhältnismäßig kostengünstig herstellbar, sondern auch relativ robust und zeichnet sich daher auch durch einen geringen Wartungsbedarf aus.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Hinderniskörper aus Gummi oder einem anderen gummielastischen Werkstoff besteht, weil er dadurch derart elastische Eigenschaften erhält, daß er aufgrund der Druckschwankungen zu Schwingungen angeregt wird.
  • Die gelenkige Lagerung der Stange kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, beispielsweise durch eine im Bereich der Befestigungsstelle des Hinderniskörpers angebrachte Drehachse. Als besonders vorteilhaft wird es Jedoch angesehen, wenn die Stange in einer Halterungsmembran gelenkig gelagert ist. Eine derartige Lagerung bietet nämlich den Vorteil, daß der Innenraum der Ausnehmung des Hinderniskörpers nach außen abgedichtet ist dnd daher nicht verschmutzen kann.
  • Die Anbringung der Halterungsmembran bereitet auch keine Schwierigkeiten, wenn sie in vorteilhafter Weise zwischen einem äußeren Flansch des Hinderniskörpers oder einem Flansch des Rohrstückes und einem Flansch der Auswerteeinrichtung eingespannt ist.
  • Ist zur gelenkigen Lagerung der Stange eine Halterungsmembran vorgesehen, dann kann die Ausnehmung des Hinderniskörpers als Durchgangsloch ausgeführt sein, weil dann: durch die Halterungsmembran der Innenraum des Rohrstückes nach außen hin abgedichtet ist, so daß das innerhalb des Rohrstückes strömende Medium nicht nach außen austreten kann.
  • Insbesondere dann Jedoch, wenn das innerhalb des Rohrstückes fließende Mediumtnter einem höheren Druck steht, ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmung des Hinderniskörpers ein Sackloch ist, das zur Befestigungsstelle des Hinderniskörpers hin offen ist. In diesem Falle wird der Außenraum des Rohrstückes im Bereich des Hinderniskörpers durch diesen selbst vom Innenraum abgetrennt und eine Druckbeanspruchung der Halterungsmembran durch das im Rohrstück strömende Medium vermieden.
  • Die Auswerteeinrichtung des erfindungsgemäßen Gerätes kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Im Hinblick darauf, daß das Gerät möglichst einfach in seinem Aufbau und auch zusätzlich möglichst unabhängig von einer Hilfsenergie betreibbar sein soll, wird es jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn die Auswerteeinrichtung einen Zungenkamm mit auf verschiedene Frequenzen abgestimmten, schwingungsfähigen Zungen enthält und wenn der Zungenkamm von dem außerhalb des Rohrstückes liegenden anderen Ende der Stange getragen ist. Die Zungen sind dabei auf die Frequenzen abgestimmt, die im Hinblick auf die mit dem Gerät zu erfassenden Strömungsgeschwindigkeiten und der am Hinderniskörper gebildeten Wirbel entstehen. Die Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt somit nach Art des bekannten Zungenfrequenzmessers, wobei hier die Skale nicht in Einheiten der Frequenz, sondern der Strömungsgeschwindigkeit oder der Durchflußstärke beschriftet ist. Ein allgemein gehaltener Hinweis auf die Möglichkeit der Verwendung von schwingungsfähigen, abgestimmten Zungen zur Erfassung der Frequenzen in einem solchen Gerät findet sich in der US-PS 3 116 639.
  • Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Querschnitt durch ein Rohrstück mit einem Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes,. in Fig. 2 ein Längsschnitt durch das Rohrstück mit demselben Ausführungsbeispieldes erfindungsgemäßen Gerätes, in Fig. 3 ein Querschnitt durch dasselbe Ausführungsbeispiel, in Fig.4 eine Seitenansicht dieses Ausführungsbeispiels, in Fig. 5 ein Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hinderniskörpers und in Fig. 6 ein weiterer Querschnitt durch ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des Hinderniskörpers wiedergegeben.
  • Bei dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in einem Rohrstück 1 ein Hinderniskörper 2 aus elastischem Werkstoff, z. B. Gummi, untergebracht. Der Hinderniskörper 2 ist an seinem einen Ende 3 in der Wandung des Rohrstückes 1 eingespannt und mit seinem anderen Ende 4 frei gehalten. Der Hinderniskörper 2 ist dabei so angeordnet, daß er sich mit seiner LSngsachse 5 quer zur Strömungsrichtung erstreckt, die in Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
  • Der Hinderniskörper 2 ist mit einer Ausnehmung 6 versehen, die sich in Richtung seiner Längsachse 5 erstreckt und in dem dargestellten Ausfürrungsbeispiel als Sackloch ausgebildet ist. Das Sackloch ist zur Befestigungsstelle des Hinderniskörpers 2 hin und damit an seinem Ende 3 nach außen hin offen. Innerhalb der Ausnehmung 6 verläuft eine Stange 7, deren innerhalb der Ausnehmung 6 liegendes Ende 8 verstärkt ist, so daß es unter Bildung einer Fühlereinrichtung zumindest an der in der Fig. 1 oberen und unteren Kante die Wand der Ausnehmung 6 berührt. Die Stange 7 ist in einer Halterungsmembran 9 gelenkig gelagert, die ihrerseits zwischen einem Flansch 10 des Hinderniskörpers 2 und einem Flansch 11 einer Auswerteeinrichtung 12 eingespannt ist.
  • Das außerhalb des Rohrstückes 1 unddes Hinderniskörpers 2 liegende andere Ende 13 der Stange 7 ist mit einem Zungenkamm 14 fest verbunden, der mehrere Zungen 15 trägt. Die Zungen 15 sind mittels nicht dargestellter Massen auf Jeweils die Frequenzen abstimmbar, mit denen der Hinderniskörper aufgrund der erfaßbaren Strömungsgeschwindigkeiten schwingen kann. Die Zungen 15 sind an ihren Enden mit Sichtplättchen 16 versehen und liegen hinter einer Scheibe 17, die in einem Gehäuse 18 der Auswerteeinrichtung 12 gehalten ist.
  • Insbesondere Fig. 3 zeigt, daß der Hinderniskörper 2 bei dem dort dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Form aufweist und mit einer kreiszylindrischen Ausnehmung 6 versehen ist.
  • Wird das dargestellte Gerät von einem Medium durchströmt, dann schwingt der Hinderniskörper 2 mit einer Frequenz, die der Strömungsgeschwindigkeit fest zugeordnet ist.
  • Die Schwingungen des Hinderniskörpers 2 werden über die Stange.7 auf den Zungenkamm 14 übertragen und regen jeweils die Zunge 15 zu Schwingungen an, deren Eigenfrequenz der Jeweiligen Schwingungsfrequenz des Hinderniskörpers 2 entspricht. Wie Fig. 4 zeigt, ist dies im angenommenen Fall die vierte Zunge von links, der auf einer Skale 19 - ebenso wie den übrigen Zungen - ein bestimmter Durchflußwert zugeordnet ist. Im vorliegendem Falle läßt sich demzufolge ablesen, daß durch das Rohrstück 1 eine Strömung mit einer Durchfluß stärke von 4m3/h fließt.
  • Fig. 5 zeigt beispielsweise, daß der Hinderniskörper durchaus nicht immer eine kreiszylindrische Gestalt aufweisen muß, sondern sich auf seiner der Strömung abgewandten Seiten auch keilförmig verjüngen kann. Auch bei einer solchen Ausführungsform des Hindernskörpers wird dieser zu Schwingungen mit solchen Frequenzen angeregt, die ein Maß für die Durchflußstärkedarstellen.
  • Auch kann, wie Fig. 6 als weiteres Beispiel erkennen läßt, der Hinderniskörper einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
  • Mit der Erfindungwird ein Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung in einem Rohrstück vorgeschlagen, das einfach in seinem Aufbau und damit kostengünstig in der Herstellung ist und das die Möglichkeit bietet, eine Anzeige ohne Hilfsenergie zu bewirken.
  • 7 Ansprüche 6 Figuren

Claims (7)

  1. Patentanspriiche Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung in einem Rohrstück mit einem quer zur Strdmungsrichtung angeordneten und einseitig an der Wandung des Rohrstückes befestigten Hinderniskörper, der in seinem Innern eine Fühlereinrichtung zur Erfassung der vom Hinderniskörper unter dem Einfluß von Druckschwankungen ausgeführten Schwingungen enthält, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hinderniskörper (2) aus einem elastischen Werkstoff besteht und in Richtung seiner Längsachse (5) eine Ausnehmung (6) aufweist, in der eine Stange (7) verläuft, daß das eine Ende (8) der Stange (7) in der Nähe der von der Befestigungsstelle abgewandten Seite des Hinderniskörpers (2) in der Ausnehmung (6) liegt und dort in seinen Querschnittsabmessungen unter Bildung der FUhlereinrichtung der Kontur der Ausnehmung (6) angepaßt ist und das andere Ende (13) der Stange (7) außerhalb der Ausnehmung (6) und des Rohrstückes (i) liegt und mit einer Schwingungen erfassenden Auswerteeinrichtung (16) verbunden ist und daß die Stange (7) zwischen ihren beiden Enden (8, 13) gelenkig gelagert ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ., daß der Hinderniskörper (2) aus Gummi oder einem anderen gummielastischen Werkstoff besteht.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e: n n z e i c h n e t , daß die Stange (7) in einer Halterungsmembran (9) gelenkig gelagert ist.
  4. 4, Gerät nach Anspruch 3, d a d u-r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Halterungsmembran (9) zwischen einem äußeren Flansch (10) des Hinderniskörpers (2) oder einem Flansch des Rohrstückes und einem Flansch (11) der Auswerteeinrichtung (12) eingespannt ist.
  5. 5. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung (6) des Hinderniskdrpers (2) ein Sackloch ist, das zur Befestigungsstelle des Hinderniskörpers (2) hin offen ist.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung des Hinderniskdrpers ein Durchgangsloch ist.
  7. 7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteeinrichtung (12) einen Zungenkamm (14) mit auf verschiedene Frequenzen abgestimmten, schwingungsfähigen Zungen (15) enthält und daß der Zungenkamm (14) von dem außerhalb des Rohrstückes (1) liegenden anderen Ende (13) der Stange (7) getragen ist.
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DE3516871A1 (de) * 1985-04-23 1986-10-30 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Stroemungsmesser

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