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Gerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung
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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.
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Aufgrund eines bekannten physikalischen Effektes ruft nämlich ein
Hinderniskdrper in der Strömung eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße mit rhythmischen
Geschwindigkeits- und Druckschwankungen hervor.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wird das dargestellte Gerät von einem Medium durchströmt, dann schwingt
der Hinderniskörper 2 mit einer Frequenz, die der Strömungsgeschwindigkeit fest
zugeordnet ist.
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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.
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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.
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Auch kann, wie Fig. 6 als weiteres Beispiel erkennen läßt, der Hinderniskörper
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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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.
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7 Ansprüche 6 Figuren