DE3220539A1 - Process and apparatus for measuring the throughflow in a gas or liquid stream - Google Patents

Process and apparatus for measuring the throughflow in a gas or liquid stream

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DE3220539A1 DE19823220539 DE3220539A DE3220539A1 DE 3220539 A1 DE3220539 A1 DE 3220539A1 DE 19823220539 DE19823220539 DE 19823220539 DE 3220539 A DE3220539 A DE 3220539A DE 3220539 A1 DE3220539 A1 DE 3220539A1
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Kurt Dipl.-Phys. 7867 Wehr Lutz
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Abstract

A process and an arrangement for measuring of the throughflow in a gas or liquid stream are described, which are distinguished in that at least two measurement sensors, arranged one behind the other in the direction of flow, scan a vortex street and, apart from the vortex frequency information, a further additional item of information is evaluated, preferably the phase position of the output signals of the measurement sensors or the time taken for one vortex to pass from one measurement sensor to the other.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Durchflusses in einerMethod and device for measuring the flow in a

Gas- oder Flüssigkeits-Strömung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Durchflusses in einer Gas- oder einer Flüssigkeits-Strömung, bei welchem in der Strömung periodisch Wirbel erzeugt werden und eine für die Wirbelfrequenz repräsentative physikalische Größe wie Geschwindigkeit oder Druck an mehreren Stellen in der Strömung experimentell ermittelt wird.Gas or liquid flow The invention relates to a method for measuring the flow in a gas or liquid flow, in which vortices are periodically generated in the flow and one for the vortex frequency representative physical quantity such as speed or pressure in several places is determined experimentally in the flow.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Wirbeldurchflußmesser für Gase oder Flüssigkeiten zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem in einer Strömung angeordneten Störkörper, an welchem periodisch Wirbel gebildet werden, deren Frequenz der Strömungsgeschwindigkeit proportional list, und mit Meßwert-Aufnehmern, durch welche über Druck- oder beschwindigkeits-Fühler die von den Wirbeln herrührenden Strömungsstörungen erfaßbar sind.The invention also relates to a vortex flow meter for gases or liquids for carrying out the method according to one of the preceding Claims, with at least one disruptive body arranged in a flow on which vortices are periodically formed, the frequency of which is proportional to the flow velocity list, and with measured value sensors, through which via pressure or speed sensors the flow disturbances originating from the eddies can be detected.

Ein solches Verfahren und ein entsprechender Wirbeldurchflußmesser sind aus der DE-OS 28 32 142 bekannt. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DELIWA-Zeitschrift, Heft 8/78 bei einem Gaszähler bekannt, der nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße arbeitet. Eine entsprechende Meßanordnung wird auch in dem von der Firma Kent Instruments herausgegebenen "technical paper" TP7513 "The performance and design of Vortex Meters" von T. Cousins (April 1975) beschrieben.One such method and vortex flow meter are known from DE-OS 28 32 142. A similar arrangement is also from the DELIWA magazine, Issue 8/78 known from a gas meter that works on the principle of the Karman vortex street is working. A corresponding measuring arrangement is also used in that from Kent Instruments published "technical paper" TP7513 "The performance and design of Vortex Meters" described by T. Cousins (April 1975).

Den bekannten Verfahren und Einrichtungen ist der Nachteil eigen, daß sie gegen Störsignale verhältnismäßig anfällig sind. Genauer gesagt, es kann das Meßsignal durch Störsignale derart überlagert werden, daß nicht mehr mit ausreichender Zuverlässigkeit zwischen dem Nutzsignal und dem Störsignal unterschieden werden kann.The known processes and facilities have the disadvantage that that they are relatively susceptible to interfering signals. More precisely, it can the measurement signal are superimposed by interference signals in such a way that no longer with sufficient Reliability can be distinguished between the useful signal and the interfering signal can.

Als Störsignale können beispielsweise Schallsignale auftreten, die in einer Rohrleitungswand und/oder in dem Meßstoff Schwingauge hervorrufen, und es können auch Unregelmäßigkeiten beliebiger Art im Meßstoff selbst vorhanden sein, die sich in Form von Störsignalen auswirken.Sound signals, for example, can occur as interfering signals cause vibrating eyes in a pipe wall and / or in the substance to be measured, and there may be irregularities of any kind in the medium itself, which have an effect in the form of interference signals.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Meßeinrichtungen besteht darin, daß sich die Amplitude des Nutzsignals fadingartig verringert, und zwar unter Umständen soweit, bis das Nutzsignal vollkommen verschwindet. Eine derartige Erscheinung führt bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen zu einer Fehlanzeige.Another disadvantage of the known measuring devices is that that the amplitude of the useful signal is reduced in a fading manner, under certain circumstances until the useful signal disappears completely. Such a phenomenon leads with the known methods and devices to a false report.

Es ist versucht worden, diesem Nachteil dadurch zu begegnen, daß ein elektronischer Schwungrad-Effekt ausgenutzt wird. bs kann dadurch zwar bis zu einem gewissen Grad die Fehl errate vermindert werden, es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß Störsignale von der Meßeinrichtung aufgenommen und ausgewertet werden.Attempts have been made to overcome this disadvantage by providing a electronic flywheel effect is exploited. bs can up to one The error rate can be reduced to a certain extent, but it cannot be ruled out that interference signals are recorded and evaluated by the measuring device.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welche sich dadurch auszeichnen, daß das Nutzsignal besonders zuverlässig von Störsignalen unterschieden werden kann.The invention is based on the A u f g a b e, a method and to create a device of the type mentioned in more detail, which is thereby are characterized by the fact that the useful signal can be distinguished from interfering signals in a particularly reliable manner can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die für die Wirbelfrequenz repräsentative physikalische Größe an solchen Meßstellen ermittelt wird, die auf einem vorgebbaren Abstand in der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, daß zusätzlich zu den Wirbelfrequenz-Signalen für die Laufzeit eines Wirbels von einer Meßstelle zur nächsten stromabwärtigen Meßstelle oder die jweilige Phasenlage der Wirbel signale an den Meßstellen repräsentative Signale ermittelt werden, daß das im Verfahrensschritt gewonnene Signal mit dem ermittelten Wirbelfrequenz-Signal kombiniert wird, daß unter den im Verfahrensschritt gewonnenen Signalen Signalpaare mit einer festen, dem Abstand der Meßstellen entsprechenden Phasenlage ermittelt werden und daß die Frequenz der im Verfahrensschritt ermittelten Signale als Kriterium für den gesuchten Durchfluß ausgewertet und dabei in eine zur Darstellung geeignete Form umgewandelt wird.To solve this problem, the invention provides that the for Vortex frequency representative physical quantity determined at such measuring points is that one behind the other at a predeterminable distance in the flow direction are arranged that in addition to the vortex frequency signals for the transit time of a vortex from one measuring point to the next downstream measuring point or the each phase position of the eddy signals at the measuring points representative signals it can be determined that the signal obtained in the process step matches the determined Eddy frequency signal is combined that among those obtained in the process step Signals Signal pairs with a fixed, corresponding to the distance between the measuring points Phase position can be determined and that the frequency of the determined in the process step Signals evaluated as a criterion for the desired flow and thereby in a form suitable for representation is converted.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß in der Strömungsrichtung hintereinander wenigste-ns zwei Meßwert-Aufnehmer angeordnet sind und daß der Abstand der Meßwert-Aufnehmer voneinander auf einen vorgebbaren Wert eingestellt ist.One which is particularly preferred for carrying out the method according to the invention Facility is characterized by the fact that in the Direction of flow one behind the other at least two transducers are arranged and that the distance the transducers are set to a predeterminable value from each other.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß zwei in der Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Meßstellen verwendet werden. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Abstand der Meßstellen derart gewählt wird-, daß die dort ermittelten Wirbelsignale eine Phasenverschiebung von etwa 180 Grad bekommen. Es könnte an sich auch eine andere Phasenverschiebung verwendet werden. Die Phasendifferenz hängt grundsätzlich von dem Abstand der beiden Meßstellen voneinander ab und ist eine Gerätekonstante, die von dem momentanen Durchfluß unabhängig ist. Die vorzugsweise verwendete Phasenverschiebung von etwa 180 Grad erweist sich jedoch bei der Auswertung als besonders vorteilhaft.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that two measuring points arranged one behind the other in the direction of flow be used. It is preferably provided that the distance between the measuring points is chosen in such a way that the vortex signals determined there have a phase shift get from about 180 degrees. In itself there could also be a different phase shift be used. The phase difference basically depends on the distance between the two Measuring points from each other and is a device constant that depends on the current flow is independent. The preferably used phase shift of about 180 degrees however, proves to be particularly advantageous in the evaluation.

Die Auswertung der Meßsignale erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die an den Meßstellen ermittelten Signale einer Verstärkung und einer Bandpaß-Filterung unterzogen werden, wobei die Breite und die Lage des Vurchlaßbereiches verändert werden können.The evaluation of the measurement signals is preferably carried out in that the signals of amplification and bandpass filtering determined at the measuring points are subjected, the width and the position of the passage area being changed can be.

Vorzugsweise wird dabei derart verfahren, daß die Signale nach der Filterung in Impulse umgewandelt werden, die zur Weiterverarbeitung in einen Prozessor eingegeben werden. Der Prozessor, der vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist, kann beispielsweise in diskreten Schritten die Durchlaßbereiche der Bandpaßfilter synchron so lange verändern, bis zwei um etwa 180 Grad phasenverschobene periodische Ausgangssignale gefunden werden. Die zugehörige Frequenz ist dann die gesuchte Wirbelablösefrequenz. Es kann in dem Prozessor diese Frequenz mit einem geeigneten Kalibrierfaktor multipliziert und als Durchfluß-Wert in geeigneter Form zur Anzeige gebracht werden.The procedure is preferably such that the signals after the Filtering is converted into impulses for further processing in a processor can be entered. The processor, which is preferably designed as a microprocessor is, for example, the pass bands of the bandpass filter can be set in discrete steps Change synchronously until two periodic ones out of phase by about 180 degrees Output signals are found. The associated frequency is then the vortex shedding frequency sought. This frequency can be multiplied by a suitable calibration factor in the processor and displayed as a flow value in a suitable form.

um zu gewährleisten, daß die Amplituden der verstärkten Signale nicht allzu stark verstärkt werden, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Verstärkungsmaß als Funktion der Bandpaß-Durchlaß-Frequenz eingestellt wird. Es besteht nämlich bei der Verwendung von Druckfühlern eine quadratische Abhängigkeit zwischen dem Durchfluß und der Signalamplitude. Folglich ist es zweckmäßig, die Verstärkung der Verstärker in Abhängigkeit von der jeweiligen Durchlaßfrequenz der Bandpaßfilter einzustellen.to ensure that the amplitudes of the amplified signals do not are reinforced too much, it is preferable to that the gain is set as a function of the bandpass pass frequency. This is because there is a quadratic dependency when using pressure sensors between the flow rate and the signal amplitude. Consequently, it is appropriate to use the Amplification of the amplifier as a function of the respective pass frequency of the Set the bandpass filter.

Vorteilhafterweise wird derart verfahren, daß die Lage des Bandpaß-Durchlaß-Frequenzbereichs über das Spektrum erwartbarer Wirbelfrequenzen in einem Suchlauf in der Richtung von hohen zu niedrigen Frequenzen durchlaufen wird.The procedure is advantageously such that the position of the bandpass pass frequency range over the spectrum of expected eddy frequencies in a search run in the direction is traversed from high to low frequencies.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die an den Meßstellen ermittelten Signale einer Kreuzkorrelations-Analyse unterzogen werden und die Lage des ersten Maximums der Kreuzkorrelations-Funktion als Kriterium für die Periodendauer der Wirbelfrequenzsignale herangezogen wird. Vorzugsweise wid dabei so verfahren, daß nach einem Abstand vom Ursprung zum ersten Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion gesucht wird, der dem halben Abstand der Maxima untereinander entspricht, welcher in diesem Zustand der Periodendauer des Wirbelfrequenzsignals entspricht.An advantageous development of the method according to the invention provides before that the signals determined at the measuring points of a cross-correlation analysis and the position of the first maximum of the cross-correlation function is used as a criterion for the period of the vortex frequency signals. The procedure is preferably such that after a distance from the origin to the first The maximum of the cross-correlation function is sought that is half the distance between the maxima corresponds to each other, which in this state corresponds to the period of the vortex frequency signal is equivalent to.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den wesentlichen Vorteil auf, daß trotz starker Störsignale eine einwandfreie Identifikation der Wirbelfrequenz und damit des erwünschten Nutzsignals gewährleistet ist, so daß auch dann eine sehr zuverlässige Durchflußmessung ermöglicht wird, wenn außerordentlich massive Störungen vorhanden sind.The method according to the invention has the essential advantage that despite strong interfering signals a perfect identification of the vortex frequency and thus the desired useful signal is guaranteed, so that even then a very reliable flow measurement is made possible when extraordinarily massive disturbances available.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß in der Strömungsrichtung hintereinander wenigstens zwei Meßwert-Aufnehmer angeordnet sind und daß der Abstand der Meßwert-Aufnehmer voneinander auf einen vorgebbaren Wert eingestellt ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß genau zwei Meßwert-Aufnehmer auf einem Abstand S = 0,274k voneinander angeordnet sind, wobei k eine von der Form des die Wirbel erzeugenden Störkörpers abhängige Konstante ist, für welche die Beziehung 1,1 = k ' 1,8 gilt.A particularly suitable one for carrying out the method according to the invention Device is characterized in that one behind the other in the direction of flow at least two transducers are arranged and that the distance between the transducers each other is set to a predeterminable value. Preferably is it is provided that exactly two transducers are at a distance of S = 0.274k are arranged from each other, where k is one of the shape of the vortex generating The constant dependent on the disruptive body, for which the relationship 1.1 = k '1.8 applies.

Eine besonders einfache gerätetechnische Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ergibt sich dadurch, daß die Meßwert-Aufnehmer als Druckfühler ausgebildet sind. Die Druckfühler können in die Wand einer Rohrleitung eingebaut sein, sie können jedoch auch ebenso gut außen an einer Rohrleitung angebracht werden oder auch innerhalb der Rohrleitung untergebracht sein.A particularly simple device-related embodiment of the subject matter of the invention results from the fact that the transducers are designed as pressure sensors. The pressure sensors can be built into the wall of a pipeline, they can however, they can also be attached to the outside of a pipeline or inside be housed in the pipeline.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht an eine spezielle Art von Meßwert-Aufnehmern gebunden, und es liegt auch im Rahmen der Erfindung, anstatt von Druckfühlern Geschwindigkeitsfühler zu verwenden.The arrangement according to the invention is not adapted to a specific type of Tied transducers, and it is also within the scope of the invention instead of pressure sensors to use speed sensors.

Zur Verarbeitung der von den Meßwert-Aufnehmern erfaßten Signale ist vorzugsweise vorgesehen, daß jedem Meßwert-Aufnehmer ein Verstärker und anschließend ein Bandpaßfilter nachgeschaltet sind und daß der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter synchron über das Frequenzspektrum verschiebbar ist. Vorzugsweise verändert dabei der Prozessor in diskreten Schritten die Durchlaßfrequenzen der beiden Bandpaßfilter möglichst genau synchron, bis er zwei um etwa 180 Grad phasenverschobene, periodische Ausgangssignale findet. Diese Frequenz ist dann die Wirbelablösefrequenz und wird gemäß den obigen Erläuterungen ausgewertet.For processing the signals recorded by the transducers preferably provided that each transducer is an amplifier and then a bandpass filter are connected downstream and that the pass band of the bandpass filter can be shifted synchronously over the frequency spectrum. Preferably changed in the process the processor calculates the pass frequencies of the two bandpass filters in discrete steps As exactly synchronized as possible until there are two periodic ones out of phase by about 180 degrees Finds output signals. This frequency is then and becomes the vortex shedding frequency evaluated according to the explanations above.

Aus den oben bereits dargelegten Gründen ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, daß daß Verstärkungsmaß der Verstärker während des Meßbetriebes als Funktion der Frequenz verstellbar ist, auf welche der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter eingestellt ist.For the reasons already set out above, it is still preferred provided that the gain of the amplifier during the measurement operation as Function of the frequency can be adjusted to which the pass band of the bandpass filter is set.

Eine besonders elegante und zugleich leistungsfähige Anordnung ergibt sich dadurch, daß der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter und das Verstärkungsmaß der Verstärker mit Hilfe eines Prozessors über vorgebbare Bereiche einstellbar sind.A particularly elegant and at the same time powerful arrangement results by the fact that the pass band of the bandpass filter and the gain the amplifier can be set using a processor over predeterminable ranges.

Aus runden der Zuverlässigkeit kann auch vorgesehen sein, daß die Meßwert-Aufnehmer jeweils als Doppel sensoren ausgebildet sind.From round the reliability can also be provided that the Measured value pickups are each designed as double sensors.

In der Praxis hat sich eine Anordnung gut bewährt, welche sich dadurch auszeichnet, daß der Störkörper bei der Messung einer Strömung in einer Rohrleitung als ein zur Wand der Rohrleitung konzentrischer Ring ausgebildet ist, Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Ring einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die breitere Trapezseite der Strömung entgegengerichtet ist.In practice, an arrangement has proven itself, which is thereby distinguishes that the bluff body when measuring a flow in a pipeline is designed as a ring concentric to the wall of the pipeline, where preferably provided that the ring has a trapezoidal cross-section, with the wider trapezoidal side facing the flow.

Für die Wirbelablösung ergeben sich sehr günstige Verhältnisse dadurch, daß der Innendurchmesser des Ringes dem halben Rohr-Innendurchmesser entspricht, daß der Außendurchmesser des Ringes drei Viertel des Rohr-Innendurchmessers beträgt, daß das Verhältnis der maximalen Ringbreite zu der maximalen Ringdicke 1,6 beträgt und daß die Mantelflächen des Ringes gegenüber der Rohrachse eine Neigung von 30 Grad aufweisen.The conditions for vortex shedding are very favorable because that the inner diameter of the ring corresponds to half the inner diameter of the pipe, that the outer diameter of the ring is three quarters of the inner diameter of the pipe, that the ratio of the maximum ring width to the maximum ring thickness is 1.6 and that the outer surface of the ring has an inclination of 30 ° with respect to the pipe axis Degree.

Sehr zuverlässige und gut reproduzierbare Meßergebnisse können auch dadurch erreicht werden, daß der Störkörper bei der Messung einer Strömung in einer Rohrleitung als ein diametral in der Rohrleitung angeordneter Stab ausgebildet ist.Very reliable and easily reproducible measurement results can also can be achieved in that the disruptive body when measuring a flow in a Pipeline is designed as a rod arranged diametrically in the pipeline.

Die Erfindung bedient sich der Erkenntnis, daß Störsignale besonders wirksam einfach dadurch ausgeschaltet werden können, daß außer einem einzigen Meßfuhler wenigstens ein weiterer Meßfühler verwendet wird, welcher in Bezug auf den ersten Meßfühler auf einem festen Abstand stromabwärts angeordnet ist, und daß mit Hilfe der in Strömungsrichtung ausgerichteten Mehrfach-Meßfühler-Anordnung außer der Wirbelfrequenz-Information (Anzahl der Wirbel pro Zeiteinheit) noch eine zusätzliche Information erfaßt und ausgewertet wird, welche vorzugsweise die Phasenlage des Ausgangssignals der beiden Fühler oder die Laufzeit eines Wirbels von einem Fühler zum nächsten Fühler sein kann. Durch diese einfache Meßanordnung werden gemäß der Erfindung praktisch beliebige Störsignale mit überraschend gutem Erfolg eliminiert.The invention makes use of the knowledge that interference signals in particular can be effectively switched off simply by the fact that except for a single measuring sensor at least one further sensor is used, which in relation to the first Sensor is arranged at a fixed distance downstream, and that with the help the multiple sensor arrangement aligned in the direction of flow except for the vortex frequency information (Number of eddies per unit of time) and additional information is recorded evaluated which is preferably the phase position of the output signal of the two sensors or the duration of a vortex from one antennae to the next can be. By this simple measuring arrangement becomes practically any interference signals according to the invention eliminated with surprisingly good success.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung.The invention is explained below, for example, with reference to the drawing described; in this the single figure shows a block diagram of the invention Arrangement.

Gemäß der Darstellung in der Zeichnung sind in der Wand einer Rohrleitung 21 in der Strömungsrichtung, die durch einen Pfeil veranschaulicht ist, hintereinander zwei Meßwert-Aufnehmer 10a und 10b angeordnet. Diese Meßwert-Aufnehmer sind stromabwärts von einer Ringblende 20 angeordnet. Die Ringblende 20 ist konzentrisch in der Rohrleitung 21 eingebaut. Die Ringblende Z0 kann in der Rohrleitung 21 beispielsweise durch drei Stifte gehalten werden. Die Ringblende 20 hat einen trapezförmigen Querschnitt und ist mit der breiteren Trapez seite der Strömung entgegengerichtet. Der Innendurchmesser der Kingblende lO beträgt die Hälfte des Rohr-Innendurchmessers D. Der Außendurchmesser der Ringblende 20 beträgt 0,75 D. Das Verhältnis zwischen der maximalen Breite und der maximalen Dicke der Ringblende 20 beträgt 1,6. Die Mantelflächen des Ringes, d.h. die Außenfläche und die Innenfläche, sind um einen Winkel von 30 Grad gegenüber der Strömungsrichtung geneigt. Diese Form des Wirbelerzeugers gewährleistet eine lineare Abhängigkeit der Wirbelfrequenz von der Strömunzsgeschwindigkeit, und zwar uber den gesamten Meßbereich. Es kann sich bei dieser Ausbildung des Wirbelerzeugers, der auch als Störkörper bezeichnet wird, stets eine turbulente Grenzschicht am Ring aufbauen, deren Dicke in etwa konstant bleibt.As shown in the drawing are in the wall of a pipeline 21 in the flow direction, which is illustrated by an arrow, one behind the other two transducers 10a and 10b arranged. These transducers are downstream arranged by an annular diaphragm 20. The annular orifice 20 is concentric in the pipeline 21 built in. The annular diaphragm Z0 can, for example, pass through the pipeline 21 three pens are held. The annular diaphragm 20 has a trapezoidal cross section and is opposite to the flow with the wider trapezoidal side. The inside diameter the Kingblende 10 is half of the pipe inside diameter D. The outside diameter of the diaphragm 20 is 0.75 D. The ratio between the maximum width and the maximum thickness of the annular diaphragm 20 is 1.6. The outer surfaces of the ring, i.e., the outer surface and the inner surface, are opposed by an angle of 30 degrees inclined to the direction of flow. This shape of the vortex generator ensures a linear dependence of the vortex frequency on the flow velocity, namely over the entire measuring range. With this configuration of the vortex generator, which is also referred to as a disruptive body, always a turbulent boundary layer on the ring build up, the thickness of which remains approximately constant.

Es haben praktische Versuche auch gezeigt, daß ein derartiger Wirbel erzeuger besonders wenig akustische Störgeräusche erzeugt und damit eine höhere Strömungsgeschwindigkeit gestattet.Practical tests have also shown that such a vortex generator generates very little acoustic background noise and thus a higher level of noise Flow rate allowed.

Anstatt des ringförmigen Störkörpers mit trapezförmigem Querschnitt können auch andere Formen von Wirbelerzeugern verwendet werden. Gut bewährt hat sich bei praktischen Versuchen auch ein diametral in der Rohrleitung angeordneter Stab. Weiterhin sind auch ringförmige Wirbelerzeuger mit rechteckigem, dreieckigem, rundem oder eliptischem Querschnitt zu verwenden.Instead of the ring-shaped disruptive body with a trapezoidal cross-section other forms of vortex generators can also be used. Has worked well In practical experiments, there is also a diametrically arranged in the pipeline Rod. Furthermore, ring-shaped vortex generators with rectangular, triangular, round or elliptical cross-section to be used.

ber die Meßwert-Aufnehmer 10a und 10b, die auch als Fühler oder Sensoren bezeichnet werden, können die Druckschwankungen erfaßt werden, welche von den Wirbeln hervorgerufen werden, welche gemäß den obigen Erläuterungen erzeugt werden. Der Abstand dieser Sensoren S = 0,274/k, wobei k eine von der Form des Wirbelerzeugers abhängige Konstante ist. Der Wert für diese Konstante liegt zwischen 1,1 und 1,8. Wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, erhält man von den Sensoren 10a und 10b Ausgangssignale, die um etwa 180 Grad in der Phase gegeneinander verschoben sind, wenn die Ausgangssignale durch Wirbel hervorgerufen werden, die an der Ringblende gebildet werden. Für periodische Störsignale hingegen sind die Ausgangssignale, welche von den Sensoren abgegeben werden können, nur um wenige Grade phasenverschoben.Via the transducers 10a and 10b, which are also used as probes or sensors the pressure fluctuations caused by the eddies can be detected which are generated in accordance with the above explanations. Of the Distance between these sensors S = 0.274 / k, where k is one of the shape of the vortex generator is the dependent constant. The value for this constant is between 1.1 and 1.8. When the above conditions are met, the sensors 10a and 10b are obtained Output signals that are phase shifted by about 180 degrees, when the output signals are caused by eddies on the diaphragm are formed. For periodic interfering signals, on the other hand, the output signals which can be emitted by the sensors are only phase shifted by a few degrees.

Nachfolgend wird der Meßvorgang im einzelnen beschrieben. Das Ausgangssignal des Sensors 10a wird in einem Verstärker 11a verstärkt, dessen Verstärkungsmafs von einem nachgeschalteten Prozessor 13 gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 11a wird einem Bancipaß-Filter 12a zugeführt, und gelangt nach der Filterung in den Prozessor 13. In dem Prozessor 13 wird eine Messung der Periodendauer durchgeführt. In analoger Weise werden die Ausgangssignale des Sensors 10b über den Verstärker 11b und das Bandpaßfilter 12b dem Prozessor 13 zugeführt. Der Prozessor 13 ermittelt-auch die Phasenlage der Ausgangssignale der Sensoren 10a und 10b. Der Prozessor verändert, vorzugsweise in diskreten Schritten, die Durchlaßfrequenzen der beiden Bandpaßfilter synchron so lange, bis zwei um etwa 180 Grad gegeneinander phasenverschobene, periodische Signale ermittelt werden. Die Frequenz dieser Signale entspricht dann der gesuchten Wirbelablöse-Frequenz und wird im Prozessor mit einem Kalibrierfaktor multipliziert und dann beispielsweise in einer Anzeige-Einrichtung 14 als Durchfluß-Meßwert digital angezeigt. Gemäß der Zeichnung liefert der Prozessor 13 auch über einen Analog-Ausgang 15 ein analoges Ausgangssignal sowie ein dem Durchfluß proportionales Frequenzsignal über einen Frequenz-Ausgang 16.The measuring process is described in detail below. The output signal of the sensor 10a is amplified in an amplifier 11a, the gain of which is controlled by a downstream processor 13. The output of the amplifier 11a is fed to a bancipass filter 12a and, after filtering, enters the processor 13. In the processor 13, a measurement of the period duration is carried out. In an analogous manner, the output signals of the sensor 10b are transmitted via the amplifier 11b and the bandpass filter 12b are fed to the processor 13. The processor 13 also determines the phase position of the output signals from sensors 10a and 10b. The processor changed preferably in discrete steps, the pass frequencies of the two bandpass filters synchronously until two periodic ones out of phase with each other by about 180 degrees Signals are determined. The frequency of these signals then corresponds to the one sought Vortex shedding frequency and is multiplied in the processor by a calibration factor and then for example displayed digitally in a display device 14 as a measured flow value. According to the The processor 13 also supplies an analog drawing via an analog output 15 Output signal and a frequency signal proportional to the flow rate via a Frequency output 16.

Der Analog-Ausgang 15 ist über einen Digital-Analog-Umsetzer an den Prozessor 13 angeschlossen.The analog output 15 is connected to the via a digital-to-analog converter Processor 13 connected.

Um zu gewährleisten, daß die Amplitude der verstärkten Signale nicht zu groß wird, wird das Verstärkungsmaß der Verstärker lla und 11b vom Prozessor 13 in Abhängigkeit der Durchlaß-Frequenz der Bandpaß-Filter 12a bzw. 12b eingestellt. Es besteht nämlich bei der Verwendung von Druckfühlern eine quadratische Abhängigkeit zwischen dem Durchfluß und der Signal-Amplitude. Zweckmäßigerweise wird bei dem vom Prozessor ausgelösten Suchlauf am oberen Meßbereichsende begonnen, d.h. der Suchlauf wird von hohen zu niedrigen Frequenzen hin durchgeführt.To ensure that the amplitude of the amplified signals does not becomes too large, the gain of the amplifiers 11a and 11b by the processor 13 set as a function of the pass frequency of the bandpass filter 12a or 12b. This is because there is a quadratic dependency when using pressure sensors between the flow rate and the signal amplitude. Appropriately is the Search run initiated by the processor started at the upper end of the measuring range, i.e. the Search runs from high to low frequencies.

An Stelle der oben beschriebenen Frequenzanalyse mit Hilfe von Bandpaß-Filtern kann auch eine Kreuzkorrelations-Analyse der von den Sensoren 10a und 10b gelieferten Ausgangssignale durchgeführt werden. Diese Kreuzkorrelations-Analyse kann von dem Prozessor 13 übernommen werden. Bei dieser Analyse liefert die Lage des ersten Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion die Periodendauer der Wirbelfrequenz. Wenn der Abstand vom Ursprung zum ersten Maximum der Korrelationsfunktion etwa halb so groß wie der Abstand zwischen zwei Maxima der Korrelationsfunktion ist, handelt es sich beim Abstand der beiden Maxima der Korrelationsfunktion um die gesuchte Periodendauer der Wirbelfrequenz.Instead of the frequency analysis described above with the help of bandpass filters can also perform a cross-correlation analysis of the data provided by sensors 10a and 10b Output signals are carried out. This cross-correlation analysis can be of the Processor 13 are taken over. In this analysis, the position of the first maximum provides the cross-correlation function is the period of the vortex frequency. When the distance from the origin to the first maximum of the correlation function about half as large as that Is the distance between two maxima of the correlation function, it is Distance between the two maxima of the correlation function by the period duration sought the vortex frequency.

Die weitere Signalverarbeitung geschieht dann gemäß der obigen Beschreibung.The further signal processing then takes place in accordance with the description above.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht eine einwandfreie Identifikation der gesuchten Wirbelfrequenz und damit eine zuverlässige Durchflußmessung auch dann, wenn außerordentlich massive Störungen auftreten.The procedure according to the invention enables perfect identification the desired eddy frequency and thus a reliable flow measurement even then, when extraordinarily massive disturbances occur.

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Claims (20)

Patentansprüche (1- )Verfahren zum Messen des Durchflusses in einer Gas- oder einer Flüssigkeits-Strömung, bei welchem in der Strömung periodisch Wirbel erzeugt werden und eine für die Wirbelfrequenz repräsentative physikalische Größe wie Geschwindigkeit oder Druck an mehreren Stellen in der Strömung experimentell ermittelt wird, dadurch g e k e n n z e i c n e t, daß folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: 1.1 daß die für die Wirbelfrequenz repräsentative physikalische Größe an solchen Meßstellen ermittelt wird, die auf einem vorgebbaren Abstand in der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, 1.2 daß zusätzlich zu den Wirbelfrequenz-Signalen für die Laufzeit eines Wirbels von einer Meßstelle zur nächsten stromabwärtigen Meßstelle oder die jeweilige Phasenlage der Wirbelsignale an den Meßstellen repräsentative Signale ermittelt werden, 1.3 daß das im Verfahrensschritt 1.2 gewonnene Signal mit dem ermittelten Wirbelfrequenz-Signal kombiniert wird, 1.4 daß unter den im Verfahrensschritt 1.3 gewonnenen Signalen Signalpaare mit einer festen, dem Abstand der Meßstellen entsprechenden Phasenlage ermittelt werden und 1.5 daß die Frequenz der im Verfahrensschritt 1.4 ermittelten Signale als Kriterium für den gesuchten Durchfluß ausgewertet und dabei in eine zur Darstellung geeignete Form umgewandelt wird. Claims (1-) Method for measuring the flow in a Gas or liquid flow, in which vortices periodically occur in the flow and a physical quantity representative of the vortex frequency such as speed or pressure at several points in the flow experimentally is determined by the following process steps be carried out: 1.1 that the representative of the vortex frequency physical Size is determined at such measuring points, which on a predeterminable distance in the direction of flow are arranged one behind the other, 1.2 that in addition to the Vortex frequency signals for the duration of a vortex from one measuring point to the next downstream measuring point or the respective phase position of the vortex signals to the Signals representative of measuring points are determined, 1.3 that in the process step 1.2 the obtained signal is combined with the determined vortex frequency signal, 1.4 that among the signals obtained in step 1.3, signal pairs with a fixed phase position corresponding to the distance between the measuring points can be determined and 1.5 that the frequency of the signals determined in step 1.4 is used as a criterion evaluated for the desired flow and thereby in a suitable for representation Shape is transformed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß zwei in der Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Meßstellen verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that two measuring points arranged one behind the other in the flow direction are used will. 3. Verfahren nach Anspruch 7 oder 2, dadurch g e k e n-n z e i c hn e t, daß der Abstand der Meßstellen derart gewählt wird, daß die dort ermittelten Wirbelsignale eine Phasenverschiebung von etwa 180 Grad bekommen.3. The method according to claim 7 or 2, characterized in that g e k e n-n z e i c hn e t, that the distance between the measuring points is chosen so that those determined there Vortex signals get a phase shift of about 180 degrees. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die an den Meßstellen ermittelten Signale einer Verstärkung und einer Bandpaß-Filterung unterzogen werden, wobei die Breite und die Lage des Durchlaßbereiches verändert werden können.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized g e - it is not indicated that the signals determined at the measuring points have an amplification and bandpass filtering, the width and location of the Passband can be changed. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signale nach der Filterung in Impulse umgewandelt werden, die zur Weiterverarbeitung in einen Prozessor eingegeben werden.5. The method according to claim 4, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the signals are converted into pulses after filtering for further processing entered into a processor. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Verstärkungsmaß als Funktion der Bandpaß-Durchlaß-Frequenz eingestellt wird.6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized g e -k e n It does not show that the gain as a function of the bandpass pass frequency is set. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Lage des Bandpaß-Durchlaß-Frequenzbereichs über das Spektrum erwartbarer Wirbelfrequenzen in einem Suchlauf in der Richtung von hohen zu niedrigen Frequenzen durchlaufen wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the position of the bandpass pass frequency range over the spectrum expected eddy frequencies in a search in the direction of high to low Frequencies is passed through. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die an den Meßstellen ermittelten Signale einer Kreuzkorrelations-Analyse unterzogen werden und die Lage des ersten Maximums der Kreuzkorrelations-Funkt ion als Kriterium für die Periodendauer der Wirbelfrequenzsignale herangezogen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized g e it is not indicated that the signals determined at the measuring points are a cross-correlation analysis and the position of the first maximum of the cross-correlation function is used as a criterion for the period of the vortex frequency signals. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß nach einem Abstand vom Ursprung zum ersten Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion gesucht wird, der dem halben Abstand der Maxima untereinander entspricht, welcher in diesem Zustand der Periodendauer des Wirbelfrequenzsignals entspricht.9. The method according to claim 8, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that after a distance from the origin to the first maximum of the cross-correlation function is sought, the half Corresponds to the distance between the maxima, which in this state corresponds to the period of the vortex frequency signal. 10. Wirbeldurchflußmesser für Gase oder Flüssigkeiten zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem-in einer Strömung angeordneten Störkörper, an welchem periodisch Wirbel gebildet werden, deren Frequenz der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist, und mit Meßwert-Aufnehmern, durch welche über Druck- oder Geschwindigkeits-Fühler die von den Wirbeln herrührenden Strömungsstörungen erfaßbar sind, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß in der Strömungsrichtung hintereinander wenigstens zwei Meßwert-Aufnehmer (10a, lOb) angeordnet sind und daß der Abstand (S) der Meßwert-Aufnehmer (10a, 10b) voneinander auf einen vorgebbaren Wert eingestellt ist.10. Vortex flow meter for gases or liquids for implementation of the method according to any one of the preceding claims, with at least one-in a disruptive body arranged in a flow, on which vortices are periodically formed, whose frequency is proportional to the flow velocity, and with transducers, through which, via pressure or speed sensors, those coming from the eddies Flow disturbances are detectable, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that in the Direction of flow at least two measured value pickups (10a, 10b) arranged one behind the other are and that the distance (S) of the transducers (10a, 10b) from each other on a preset value is set. 11. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß genau zwei Meßwert-Aufnehmer (10a, 10b) auf einem Abstand S = 0,274k voneinander angeordnet sind, wobei k eine von der Form des die Wirbel erzeugenden Störkörpers abhängige Konstante ist, für welche die Beziehung 1,1 z k ' 1,8 gilt.11. vortex flow meter according to claim 10, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that exactly two transducers (10a, 10b) at a distance S = 0.274k from each other, where k is one of the shape of the vortex generating The constant dependent on the disruptive body, for which the relationship 1.1 z k '1.8 applies. 12. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Meßwert-Aufnehmer als Druckfühler ausgebildet sind.12. vortex flow meter according to claim 10 or 11, characterized g e -k It is noted that the transducers are designed as pressure sensors. 13. Wirbeldurchflußmesser nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß jedem Meßwert-Aufnehmer (10a, 10b) ein Verstärker (lla, 11b) und anschließend ein Bandpaßtilter (12a, 12b) nachgeschaltet sind und daß der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter (12a, 12b) synchron über das Frequenzspektrum verschiebbar ist.13. Vortex flow meter according to one of claims 10 to 12, characterized it is noted that each measured value pick-up (10a, 10b) has an amplifier (11a, 11b) and then a bandpass filter (12a, 12b) are connected downstream and that the pass band of the bandpass filters (12a, 12b) synchronously over the frequency spectrum is movable. 14. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 13, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß das Verstärkungsmaß der Verstärker (12a, 12b) während des Meßbetriebes als Funktion der Frequenz verstellbar ist, auf welche der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter (12a, 12b) eingestellt ist.14. vortex flow meter according to claim 13, characterized g e k e n nz e i c h n e t that the gain of the amplifiers (12a, 12b) during the measuring operation is adjustable as a function of the frequency to which the pass band of the bandpass filter (12a, 12b) is set. 15. Wirbeldurchflußmesser nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Durchlaßbereich der Bandpaßfilter (12a, 12b) und das Verstärkungsmaß der Verstärker (lla, lib) mit Hilfe eines Prozessors (13) über vorgebbare Bereiche einstellbar sind.15. Vortex flow meter according to one of claims 13 or 14, characterized it is noted that the pass band of the bandpass filters (12a, 12b) and the gain of the amplifier (lla, lib) with the help of a processor (13) can be set via predeterminable ranges. 16. Wirbeldurchflußmesser nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßwert-Aufnehmer jeweils als Doppelsensoren ausgebildet sind.16. Vortex flow meter according to one of claims 10 to 15, characterized it is noted that the transducers each operate as double sensors are trained. 17. Wirbeldurchflußmesser nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch g e.k e n n z e i c h n e t, daß der Störkörper bei der Messung einer Strömung in einer Kohrleitung (21) als ein zur Wand der Rohrleitung konzentrischer Ring (20) ausgebildet ist.17. Vortex flow meter according to one of claims 10 to 16, characterized it is noted that the disruptive body in the measurement of a flow in a pipe (21) as a ring (20) concentric to the wall of the pipe is trained. 18. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Ring (20) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die breitere Trapezseite der Strömung entgegengerichtet ist.18. Vortex flow meter according to claim 17, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the ring (20) has a trapezoidal cross-section, wherein the wider side of the trapezoid is opposite to the flow. 19. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 17 oder 18, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß der Innendurchmesser des Ringes (20) dem halben Rohr-Innendurchmesser entspricht, daß der Außendurchmesser des Ringes (20) drei Viertel des Rohr-Innendurchmessers beträgt, daß das Verhältnis der maximalen Ringbreite zu der maximalen Ringdicke 1, beträgt und daß die Mantelflächen des Ringes (20) gegenüber der Rohrachse eine Neigung von 30 Grad aufweisen.19. Vortex flow meter according to claim 17 or 18, characterized g ek e It is noted that the inner diameter of the ring (20) is half the inner diameter of the pipe corresponds to the fact that the outer diameter of the ring (20) is three quarters of the inner diameter of the pipe is that the ratio of the maximum ring width to the maximum ring thickness 1, and that the lateral surfaces of the ring (20) opposite the pipe axis one Have an incline of 30 degrees. 20. Wirbeldurchflußmesser nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Störkörper bei der Messung einer Strömung in einer Rohrleitung als ein diametral in der Rohrleitung angeordneter Stab ausgebildet ist.20. Vortex flow meter according to one of claims 10 to 16, characterized it is noted that the disruptive body in the measurement of a flow in a pipeline formed as a rod arranged diametrically in the pipeline is.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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