DE3100777C2

DE3100777C2 - Meßwertgeber zur Bestimmung der Druchflußmenge einer strömenden Flüssigkeit

Info

Publication number: DE3100777C2
Application number: DE19813100777
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. 6300 Zug Lechner; Claudio Dipl.-El.Ing. ETH 6410 Goldau Meisser
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1980-12-09
Filing date: 1981-01-13
Publication date: 1983-02-03
Also published as: CH648932A5; DE3100777A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertgeber

der im Oberbegriff des Patentanspruches I angeführten Gaumig.

Zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch ein Rohrsystem ist bereits ein solcher Meßwertgeber bekannt (DE-AS 29 24 561), bei dem Ultraschi.ll-lmpulse durch die sfömende Flüssigkeit gesendet werden, um aus der Laufzeit der Impulse auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und somit auf die Durchflußmenge schließen zu können. Dabei erwies sich die Messung der Laufzeiten der Impulse längs eines von der Flüssigkeit durchflossenen Rohrstückes am zweckmäßigsten.

Zur Beeinflussung der Strömungsprofile in einem Meörohr eines Durchfluß- und Sciiallgeschwindigkeitsmesser ist es bereits bekannt (DE-AS 23 39 631), am Einlaß usid am Auslaß des Meßrohres zwei Kammern ίο vorzusehen, in welchen zwei Ultraschallwa.idler angeordnet sind, deren Gehäuse mit der strömenden Flüssigkeit in Berührung stehen. Um einen Druckabfall zu vermeiden, entsprechen die Querschnitte des Meßrohres und der Durchlässe zwischen den Kammerwänden und den Gehäusen der Wandler dem Quer schnitt der Flüssigkeitszuleitung. Die Gehäuse der Ultraschallwandler weisen auf den der strömenden Flüssigkeit ausgesetzten Oberflächen eine Formgebung auf, weiche eine Hohlraumbildung (Kavitation) an den Oberflächen der piezoelektrischen Kristalle verhindert. Ferner ist ein Gas-Strömungsmesser bekannt (DE-AS 26 18 944). bei dem strömende Luft über ein Luftfilter radial in eine am Einlaß eines Meßrohres angeordnete Speicherkammer mit Hilfe eines in der Kammer angeordneten kegelstumpfförmigen Elementes derart durch die Speicherkammer geleitet wird, daß die Luft praktisch wirbellos bzw. turbulenzfrei durch die Speicherkammer ir das Meßrohr hineinfließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßgenauigkeit bei Meßwertgebern der eingangs genannten Gattung zu verbessern. Die Erfindung ist im Anspruch I gekennzeichnet. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die Strömungsprofile der durch das Meßrohr fließenden Flüssigkeit so beeinflußt, daß die Durchflußgeschwindigkeit derselben besser als bisher gemittelt und somit die Meßfehler auf ein vernachlässigbares Minimum herabgesetzt werden können. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Laufzeit der Ultraschallimpulse unter anderem von den StrömungsproC'sn abhängt, die sich im Meßrohr bilden und sich zum Beispiel in Funktion der Durchflußrichtung und Temperatur ändern.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Meßwertgebers werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert Es zeigt

Fig.l einen bekannten Meßwertgeber im Schnitt, Fig.2 eine erste Ausführung des Meßwertgebers gemäß der Erfindung im Schnitt

F i g. 3, 4 und 5 einen Teil des Meßrohres im Schnitt, so einen Teil des Meßrohres in der Draufsicht und einen Querschnitt durch das Meßrohr gemäß weiterer Ausführungen der Erfindung.

Gemäß der Fig. I besteht die Meßstrecke des im Schnitt gezeigten Meßwertgebers aus zwei Anschluß-

köpfen 1 und 2 mit zwei großräumige Hohlkörper bildenden Verteilerkammern 3 und 4 mit aneinander liegenden Trennwänden 5 und 6, welche die beiden

Verteilerkammern 3 und 4 miteinander fest verbinden. Ein Meßrohr 7 durchdringt die Trennwände 5,6 und

liegt mit den Enden 8 bzw. 9 so weit im Innern der

Verteilerkammern 3,4, daß diese die Enden 8 und 9 des

Meßrohres 7 auf einer Länge allseitig umschließen, die größer ist als der lichte Durchmesser des Meßrohres 7.

Der erste Anschlußkopf 1 weist einen Anschlußnippel 10 für einen durch einen Pfeil bezeichneten Zufluß Il der Flüssigkeit in die Verteilerkammer 3 und der andere Anschlußkopf 2 einen weiteren Anschlußnippel 12 für einen ebenfalls durch einen Pfeil bezeichneten Abfluß 13

der Flüssigkeit aus der Verteilerkammer 4 auf. Diese Ansehluönippel 10 und 12 liegen vorteilhaft in einer gemeinsamen Achse mit einem Stirnseitenabstand A, welcher einem Normabstand für den Einbau von Wasserzählern in die Wasserleitung entspricht.

Die zu messende Flüssigkeit durchströmt vom Zufluß 11 her die erste Verteilerkammer 3, dringt an der einen Stirnseite des Endes 8 in das Meßrohr 7 ein, verläßt dieses an seinem anderen Ende 9, durchströmt die zweite Verteilerkammer 4 und gelangt zum Abfluß 13. Direkt der strömenden Flüssigkeit ausgesetzte Obertragungsflächen 14,15 von Meßwandlern 16,17 weisen je einen Abstand E von der Stirnseite der Enden 8 und 9 des Meßrohres 7 auf. Die Abstände E sind so gewählt, daß sich für den Durchfluß der Flüssigkeil einerseits zwei möglichst große Durchfiußquerschnitte an den Stirnflächen des Meßrohres 7 ergeben, andererseits ist für die Genauigkeit der Messung von Laufzeiten von durch die Meßwandler ausgesandten und empfangenen Ultraschall-Impulsen erwünscht, die Abstände E möglichst klein zu halten. Zufriedenstellende Ergebnisse liegen dann vor, wenn die Abstände E annähernd die Hälfte des Innendurchmessers des Meßrohres 7 betragen.

Die Fig.2 zeigt in einer ähnlichen Weise wie die F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Meßwertgebers, wobei die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind Der Unterschied zur Konstruktion gemäß F i g. 1 liegt darin, daß die Enden 8, 9 des Meßrohres 7 in einem geringeren Abstand E zu den Übertragungsflächen 14 und 15 der Meßwandler 16 und 17 liegen können und mit öffnungen 18 versehen sind, durch welche ein Teil der strömenden Flüssigkeit in das Meßruhr 7 eindringt und es auch verläßt. Dadurch entsteht im Meßrohr 7 ein definiertes Turbulenzprofil, das eine bessere Bestimmung der mittleren Geschwindigkeit mit bedeutend kleinerem Fehler ermöglicht. Die öffnungen 18 können ringförmig in einer oder in mehreren Reihen angeordnet sein.

Weitere Ausführungsbeispiele der Anordnung zur Beeinflussung der Strömungsprofile im Meßrohr 7 sind in den F i g. 3 bis 5 dargestellt. Bei der Lösung nach der F i g. 3 sind die Enden 8,9 des Meßrohres 7 mit Schlitzen 19, bei der Lösung gemäß der Fig.4 mit an der Außenwand des Meßrohres 7 angeordneten vorzugs-

weise aufsteckbaren Teilen 20, wie z. B. Zapfen und dgl.

versehen. Die F i g. 5 zeigt eine vierte Ausführung, die aus einem Steg 21 im Meßrohr 7 besteht. Es können aber auch mehrere Stege 21 im Meßrohr 7 vorgesehen werden. Der bzw. die Stege 21 können durch eine bzw.

mehrere Trennwände oder durch Speichen gebildet sein. Auch in diesen Fällen entsteht bei Durchfluß der Flüssigkeit durch das Meßrohr 7 ein definiertes Turbulenzprofil, welches dazu beiträgt, daß der Fehler bei der Bestimmung der Durchflußgeschwindigkeit vemachläsiigbar klein wird.

Alle beschriebenen Anordnungen beeinflussen die sich im Meßrohr während des Du;ehflusses der Flüssigkeit bildenden Strömungsprofile derart, daß die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit mit Hilfe der Ultraschall-Signale besser als bisher gemittelt werden kann, wss die Genauigkeit der Messung erhöht Dabei bleibt die Änderung der Durchflußrichtung des durch das Meßrohr 7 strömenden Mediums ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit, so daß ein solcher Meßwertgeber ω in beiden Richtungen betrieben werden kann. Der gegenüber der bekannten Anordnung nach der F i g. 1 verringerte Abstand E zwischen den Stirnseiten des Meßrohres 8,9 und den Übertragungsflächen 14,15 der Meßwandler 16, 17 trägt im Zusammenwirken mit den beschriebenen Maßnahmen nun ebenfalls zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bei.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Meßwertgeber für die Bestimmung der Durchflußmenge einer durch ein Rohrsystem strömenden Flüssigkeit durch Messung der Laufzeiten von Ultraschall innerhalb der Flüssigkeit und längs einer von der Flüssigkeit durchflossenen und von einem Meßrohr umgebenen Meßstrecke, mit großräumigen Verteilerkammern, mit Anschlußköpfen für den Zu- und Abfluß der Flüssigkeit und mit gegenüber den beiden Enden des Meßrohres in den Anschlußköpfen angeordneten, mittels Obertragungsflächen mit der Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung stehenden Meßwandlern, bei dem eine dem Flüssigkeitsstrom ausgesetzte Leitanordnung das Strömungsprofil der durch das Meßrohr strömenden Flüssigkeit beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitanordnung einen Teil des Meßrohres (7) bildet und derart als Turbulatoranordnung dient, daß die durd» das Meßrohr<3) strömende Flüssigkeit ein definiertes Turbulenzprofi! aufweist.
2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoranordnung durch an den Enden (8, 9) des Meßrohres (7) befindliche öffnungen (18, 19) der Meßrohrwandung gebildet ist
3. Meßwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (19) als Schlitze ausgebildet sind.
4. Meßwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (18) durch ringförmige Lochreihen gebildet sind.
5. Meßwertgeber nach eintm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoranordnung an der Außenwand des Meßrohres (7) angeordnete Teile (20) aufweist
6. Meßwertgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (20) aus Zapfen bestehen.
7. Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoranordnung mindestens aus einem im Innern des Meßrohres (7) angeordneten Steg (21) besteht.
8. Meßwertgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Stege (21) durch Speichen gebildet sind.
9. Meßwertgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Stege (21) aus Trennwänden bestehen.
10. Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stirnenden (8, 9) des Meßrohres (7) in einem Abstand (E) von den Übertragungsflächen (14, IS) befinden, der geringer ist als der Innenradius des Meßrohres (7).