DE3241988C2

DE3241988C2 -

Info

Publication number: DE3241988C2
Application number: DE3241988A
Authority: DE
Inventors: Noriomi Dipl.-Ing. Kawasaki Kanagawa Jp Miyoshi; Michihiko Sagamihara Kanagawa Jp Tsuruoka; Mutsumi Dipl.-Ing. Musashino Tokio/Tokyo Jp Nagumo
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1988-10-27
Also published as: GB8502849D0; GB2160317B; GB2159946A; GB2160318A; DE3241988A1; GB2112938A; GB8502845D0; GB8502847D0; GB2160314A; GB2160314B; GB2159946B; GB2160317A; GB8502843D0; GB8502848D0; GB2160318B; GB2160316B; GB2160316A; GB2112938B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser mit Karmn'scher Wirbelstraße gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a flow meter Karmnian vortex street according to the preamble of the claim 1.

Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art US-PS 35 89 185 weist der in Strömungsrichtung erste Pfeiler einen dreieckförmigen Querschnitt auf, und der dahinterliegende Pfeiler ist als Platte gestaltet. Insbesondere durch die Gestaltung des hinteren Pfeilers ist aufgrund des relativ großen Strömungswiderstandes eine Messung bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten schwierig. Darüber hinaus werden in solch einer Konstruktion die Wirbel in Stromrichtung hinter den Pfeilern erfaßt, wodurch eine genaue Erfassung der Wirbel schwierig ist. Eventuell auftretende Pulsierungen im Rohr, Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit oder des Drucks sind hier Anlaß für Störungen. Im allgemeinen haben Durchflußmesser dieser Art noch den Nachteil, daß die Erzeugung der Wirbel instabil ist und bei geringem Durchfluß relativ schwache Wirbel erzeugt werden, was eine genaue Messung schwierig macht.In a known flow meter of this type US-PS 35 89 185 points in the direction of flow first pillar on a triangular cross-section, and the the pillar behind is designed as a plate. In particular is due to the design of the rear pillar a measurement of the relatively large flow resistance difficult at low flow rates. About that in addition, in such a construction the eddies in Current direction detected behind the pillars, creating an accurate Capturing the vertebrae is difficult. Possibly occurring Pulsations in the pipe, changes in flow velocity or pressure are the cause of disturbances. In general flow meters of this type have the disadvantage that the Generation of the vortex is unstable and with low flow relatively weak vortices are generated, which is an accurate Makes measurement difficult.

Darüber hinaus ist auch noch ein Durchflußmesser bekannt, bei dem ein Pfeiler einen im wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Querschnitt aufweist und so angeordnet ist, daß die Grundlinie des Dreiecks quer zur Flußrichtung verläuft und somit Wirbel über einen relativ weiten Bereich der Durchflußgeschwindigkeit erzeugt werden können. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß durch den Pfeiler ein großer Druckverlust auftritt, weil die Fläche, die dem Fluß entgegengesetzt ist, flach ist. In addition, a flow meter is also known at one pillar is an essentially isosceles triangular Has cross section and is arranged so that the Baseline of the triangle is transverse to the direction of the river and thus vortices over a relatively wide range of flow rates can be generated. However, there is the disadvantage that a large pressure loss through the pillar occurs because the area opposite to the river is flat.

Darüber hinaus ist ein anderer Durchflußmesser bekannt (DD-PS 1 27 531), bei dem ein Pfeiler einen im wesentlichen gleichschenkligen trapezförmigen Querschnitt aufweist und so angeordnet ist, daß die Grundfläche vertikal zur Flußrichtung steht und damit Wirbel über einen relativ großen Bereich der Durchflußgeschwindigkeit erzeugt werden. Ein Nachteil besteht auch hier darin, daß ein großer Druckverlust erfolgt, weil die Oberfläche, die dem Flußöl entgegensteht, flach ist. Bei einem anderen bekannten Wirbelgenerator sind eine große Anzahl von Pfeilern hintereinander in Flußrichtung in regulären Abständen angeordnet. Diese Konstruktion ist jedoch durch den großen konstruktiven Aufwand und die großen Herstellungskosten nachteilig.In addition, another flow meter is known (DD-PS 1 27 531), at which a pillar has an essentially isosceles trapezoidal Has cross section and is arranged such that the base is vertical to the direction of flow and thus Vortices over a relatively large range of flow rates be generated. There is also a disadvantage here in that there is a large pressure drop because the surface, which opposes the river oil, is flat. Another one known vortex generator are a large number of pillars arranged one behind the other in the flow direction at regular intervals. However, this construction is due to the great constructive Effort and the large manufacturing costs are disadvantageous.

Zunächst werden allgemeine Probleme eines Wirbeldetektors erläutert. Im allgemeinen sind bei einem Durchflußmesser der genannten Art die in der Karmn'schen Wirbelstraße produzierten Wirbel hinter dem Pfeiler oder den Pfeilern bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten sehr schwach. Somit ist ein Detektor mit hoher Empfindlichkeit erforderlich. Anordnungen mit hoher Empfindlichkeit, z. B. Hitzdraht- oder Ultraschallmeßanordnungen haben den Nachteil, daß mit ihnen kleine elektrische Analogsignale verstärkt werden müssen und so die Temperaturcharakteristik und die Stabilität des Detektors oder der Detektorschaltung beträchtlich die Meßgenauigkeit und den Meßbereich beeinflußt. Demgemäß müssen Detektoren, die für eine Messung bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten gebraucht werden, relativ unempfindlich gegenüber diesen Faktoren sein und müssen weiterhin eine hohe Empfindlichkeit aufweisen.First, general problems of a vortex detector are explained. In general, in a flow meter mentioned species that produced in the Karmn vortex street Vortex behind the pillar or the pillars at low Flow rates very weak. So is a detector required with high sensitivity. Arrangements with high sensitivity, e.g. B. hot wire or ultrasonic measuring arrangements have the disadvantage that with them small electrical Analog signals must be amplified and so Temperature characteristics and the stability of the detector or the detector circuit considerably the measuring accuracy and affects the measuring range. Accordingly, detectors, for a measurement at low flow rates are used, relatively insensitive to these Factors must and must remain highly sensitive exhibit.

Eine bekannte Anordnung, bei der eine Vibrationsplatte eines Wirbeldetektors durch die Wirbeldrücke verbogen wird und die eine vereinfachte Signalverarbeitung aufweist, ist aus dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 21501/1971 bekannt. Hier ist eine Vibrationskammer mit einem Wirbelgenerator vorhanden, und es ist ein Vibrator mit einem plattenförmigen Boden an der Wand dieser Kammer mit einem Ende befestigt. Die Geschwindigkeit oder die Menge des Durchflusses wird von der Vibrationsfrequenz des Vibrators abgeleitet. Dieser bekannte Apparat hat insofern Vorteile, als daß er einfach konstruiert ist, da Druckänderungen aufgrund der Wirbel direkt als eine Verbiegung oder als eine Kraft detektiert werden. Wie auch immer, für den Fall, daß der Vibrator Biegeschwingungen ausführt, können Fehlfunktionen aufgrund externer Schwingungen auftreten. Insbesondere, wenn die Durchflußgeschwindigkeit gering ist und somit die Druckänderungen, hervorgerufen durch die Wirbel, auch klein sind, ist es unmöglich, die Schwingungen aufgrund der Wirbel von störenden externen Schwingungen zu unterscheiden, so daß eine genaue Detektion der Wirbelfrequenz undurchführbar ist.A known arrangement in which a vibrating plate Vortex detector is bent by the vortex pressure and the has a simplified signal processing is from the Japanese Utility Model No. 21501/1971 known. Here is a vibration chamber with a vortex generator, and it's a vibrator with a plate-shaped bottom on it one end of the wall of this chamber. The speed or the amount of flow is determined by the Vibration frequency of the vibrator derived. This well-known Apparatus has advantages in that it is simply constructed is because pressure changes due to the vortex directly as one Deflection or be detected as a force. As well as always, in case the vibrator makes bending vibrations, can malfunction due to external vibrations occur. Especially when the flow rate is small and therefore the pressure changes caused by the vortices, even small, it is impossible the vibrations due to the vortex of disturbing external vibrations to distinguish, so that an accurate detection of the vortex frequency is impracticable.

Bei einem anderen konventionellen Wirbeldetektor weist der relativ empfindliche Wirbeldetektor ein vibrierendes Teil mit einer Platte aus leichtem Harz auf, das so befestigt ist, daß es sich um eine Zentrierbohrung drehen kann. Dieser Wirbeldetektor ist dadurch nachteilig, daß bei großen Durchflußgeschwindigkeiten und somit hohen Wirbeldrücken große Verbiegungen oder große Kräfte auf den Detektor einwirken, weil das Plattenteil proportional zum Wirbeldruck verbogen wird.In another conventional swirl detector, the relatively sensitive vortex detector with a vibrating part a plate of light resin, which is attached so that it can rotate around a center hole. This vortex detector is disadvantageous in that at high flow rates and thus high eddy pressures large bends or large forces on the detector because that Plate part is bent in proportion to the vortex pressure.

Zusammenfassend ist somit festzustellen, daß es äußerst schwierig ist, Wirbel mit Genauigkeit zu detektieren, ohne den Detektor zu verletzen oder gar zu zerstören.In summary, it can be said that it is extreme is difficult to detect vertebrae with accuracy without to injure or even destroy the detector.

Ein weiteres Beispiel einer solchen Anordnung, bei der ein Plattenteil verbogen wird und dann diese Verbiegung oder Verdrehung detektiert wird, ist aus dem japanischen Patent 36933/1980 bekannt. Dieser Apparat ist dann geeignet, wenn die Durchflußgeschwindigkeit sehr hoch ist, er kann jedoch keine Wirbel detektieren, wenn die Durchflußgeschwindigkeit niedrig ist, weil hier störende Biege- oder sonstige Schwingungen des Plattenteils auftreten können.Another example of such an arrangement in which a Plate part is bent and then this bend or twist is detected is from the Japanese patent 36933/1980 known. This device is suitable if the flow rate is very high, but it can Detect no vortices when the flow rate is low because of disturbing bending or other vibrations of the plate part can occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmesser mit einer Karmn'schen Wirbelstraße zu schaffen, der einen Wirbelgenerator aufweist, welcher relativ starke und regelmäßige Wirbel auch bei geringer Durchflußgeschwindigkeit erzeugt und darüber hinaus einen geringen Druckverlust verursacht sowie wenig beeinflußbar ist durch äußere Einwirkungen oder durch Störungen im zu messenden Medium.The invention has for its object a flow meter to create with a Karmn vortex street, the has a vortex generator which is relatively strong and regular eddies even at low flow rates generated and also causes a low pressure drop and is little influenced by external influences or due to disturbances in the medium to be measured.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Durchflußmesser der eingangs genannten Art Merkmale gemäß des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 auf.To solve this problem, a flow meter has the input mentioned characteristics according to the characterizing part of claim 1.

Ein Durchflußmesser gemäß der Erfindung weist im Unterschied zu den bekannten Anordnungen mit einem ersten Pfeiler mit gleichschenkligem dreieckförmigen Querschnitt einen zweiten Pfeiler mit gleichschenkligem trapezförmigen Querschnitt auf, die beide quer zur Flußrichtung betrachtet dieselbe Breite haben und insgesamt als Fünfeck angeordnet sind. Sie weisen damit Ausgestaltungen auf, die es ermöglichen, basierend auf den Ergebnissen von Experimenten, eine optimale Bemessung zu finden, wodurch der Druckverlust gering ist und Charakteristikverbesserungen im Hinblick auf Linearität in einem weiten Meßbereich erreicht werden.A flow meter according to the invention differs to the known arrangements with a first pillar isosceles triangular cross-section a second Pillars with an isosceles trapezoidal cross-section, the two viewed across the direction of the river the same width have and are arranged as a pentagon. You point with designs that enable it to be based on the results of experiments, an optimal dimensioning find, whereby the pressure loss is low and characteristic improvements with regard to linearity in a wide measuring range can be achieved.

Im Unteranspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers mit optimaler Bemessung der Pfeiler zur Wirbelerzeugung angegeben.In sub-claim 2 is an advantageous embodiment of the Flow meter according to the invention with optimal dimensioning of the Pillars for vortex generation specified.

Gemäß dem Unteranspruch 3 weist die erfindungsgemäße Anordnung im Unterschied zu den bekannten Anordnungen - mit Sensoren für die Wirbeldetektion in Strömungsrichtung hinter den Pfeilern - Öffnungen an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Pfeilers auf, die Druckschwankungen, hervorgerufen durch Wirbel, leiten können und somit eine Detektion der Wirbel durch diese Öffnungen ermöglichen.According to sub-claim 3, the arrangement according to the invention in contrast to the known arrangements - with sensors for vortex detection in the direction of flow behind the pillars - Openings on opposite sides of the second pillar which conduct pressure fluctuations caused by eddies can and thus a detection of the vertebrae through these openings enable.

Es ergibt sich somit, daß der neuartige Durchflußmesser Wirbel mit einem guten Signalrauschverhältnis über einen weiten Bereich der Durchflußgeschwindigkeit detektieren kann, ohne durch störende Druckschwankungen, z. B. hervorgerufen durch Pulsierungen im Fluß, beeinflußt zu werden.It follows that the novel flow meter vortex with a good signal-to-noise ratio over a wide range Range of flow rate can be detected without due to disturbing pressure fluctuations, e.g. B. caused by Pulsations in the river to be influenced.

Bei einer Ausführungsform des Durchflußmessers gemäß dem Anspruch 4 ist ein Wirbeldetektor vorhanden, der besonders geeignet ist, störende externe Schwingungen von den zu detektierenden Schwingungen, insbesondere bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten, zu unterscheiden. Bei dieser Ausführungsform ist ein Vibrator vorhanden, dessen Vibrationsplatte sich in einem Gleichgewichtszustand in bezug auf eine Achse durch den Massenschwerpunkt der Vibrationsplatte befindet; die Vibrationsplatte führt eine Torsionsschwingung um die Achse aus.In one embodiment of the flow meter according to the Claim 4 is a vortex detector that is special is suitable, disturbing external vibrations from the detected Vibrations, especially at low flow rates, to distinguish. In this embodiment there is a vibrator, its vibrating plate itself in a state of equilibrium with respect to an axis by the center of gravity of the vibrating plate; the vibration plate carries a torsional vibration around the Axis off.

Gemäß Unteranspruch 5 ist die Vibrationsplatte von einem Paar Spannbänder getragen.According to claim 5, the vibrating plate is of a pair Tension straps worn.

Ferner ist in vorteilhafter Weise gemäß Unteranspruch 6 eine mechanische Spannung auf die Spannbänder geführt, um Biegeschwingungen zu verhindern, wodurch dieser Vibrator durch externe Schwingungen unbeeinflußbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil hier ein großer Schwingungswiderstand vorhanden ist, und eine Detektion von Wirbeln mit großer Empfindlichkeit durchgeführt werden kann, ungeachtet der Tatsache, daß die Torsionsfederkonstante klein ist.Furthermore, in an advantageous manner according to subclaim 6 mechanical tension on the straps led to bending vibrations to prevent this vibrator from going through external vibrations can not be influenced. This embodiment is advantageous because there is a large vibration resistance here is present, and detection of vertebrae with great sensitivity can be carried out regardless of the fact that the torsion spring constant is small.

Die Ausführungsform nach Anspruch 7 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Durchflußmessung, die unempfindlich ist gegenüber Temperaturänderungen.The embodiment according to claim 7 enables advantageously Way a flow measurement that is insensitive to Temperature changes.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausbildungen ist zur Umhüllung der Vibrationsplatte eine Kammer gebildet, welche durch die Vibrationsplatte in zwei im wesentlichen gleiche Teilräume geteilt ist. Einer dieser Teilräume ist nochmals symmetrisch geteilt in bezug auf die Achse durch den Schwerpunkt der Vibrationsplatte. Die so gebildeten zwei Unterkammern sind mit Öffnungen zur Einführung der Druckschwankungen der Wirbeldrücke versehen, die durch ihre Wände hindurchführen und die Torsionsschwingungen der Vibrationsplatte ermöglichen. Die Amplitude dieser Schwingungen ist begrenzt durch die der Vibrationsplatte gegenüberliegenden Wände, wodurch die Schwingungen unabhängig vom Wirbeldruck eine im wesentlichen gleiche Amplitude haben.According to further advantageous developments, the A plate formed by the vibration plate Vibration plate in two essentially the same subspaces is divided. One of these subspaces is again symmetrical divided with respect to the axis by the center of gravity of the Vibrating plate. The two subchambers thus formed are included Openings for introducing pressure fluctuations in the vortex pressures provided that lead through their walls and the torsional vibrations enable the vibration plate. The amplitude this vibration is limited by that of the vibrating plate opposite walls, which makes the vibrations independent of the vortex pressure have an essentially equal amplitude.

Der erste Teilraum ist mit Elementen zur Detektion der Verdrehung der Vibrationsplatte versehen, wobei diese selbst den Teilraum, in den die Wirbeldrücke transportiert werden, von dem Teilraum mit dem Vibrations-Verdrehungs-Detektor abschotten. Es ist somit erreicht, daß der Detektor kaum mit dem zu messenden Medium in Kontakt kommt, wodurch es möglich ist, Wirbel zu detektieren, ohne besondere Schwierigkeiten mit eventuellen Verunreinigungen zu haben. Ferner enthalten die die Verdrehung der Vibrationsplatte erfassenden Teile zwei optische Pfade, die zu dem ersten Teilraum hin offen sind und der Vibrationsplatte gegenüberliegen. Diese erfassenden Teile mit einem lichtemittierenden und einem lichtempfangenden Teil sind der Vibrationsplatte gegenüberliegend angeordnet, wobei durch Torsionsschwingungen der Vibrationsplatte eine Änderung der Intensität des an der Vibrationsplatte reflektierten Lichts erfolgt. Das lichtempfangende Teil detektiert diese Intensitätsänderung als ein der Schwindung porportionales Signal. Diese neuartige Anordnung ist einfach zu konstruieren und kann Wirbel detektieren, ohne von elektromagnetischen Störungen beeinflußt zu werden. The first part is with elements for the detection of the twist the vibration plate provided, which itself the Partial space in which the vortex pressures are transported from partition off the sub-area with the vibration-twist detector. It is thus achieved that the detector hardly matches the one to be measured Medium comes into contact, which makes it possible for vertebrae detect without any particular difficulties with possible To have impurities. They also contain the twist parts of the vibration plate detecting two optical paths, which are open to the first part and the vibrating plate opposite. These sensing parts with a light emitting and a light receiving part are the vibrating plate arranged opposite, whereby by torsional vibrations the vibration plate a change in intensity of the light reflected on the vibrating plate. The light-receiving part detects this change in intensity as a signal proportional to the shrinkage. This new arrangement is easy to construct and can detect vertebrae, without being affected by electromagnetic interference.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmessers gemäß dem Anspruch 13 ist es möglich, eine besonders genaue Erfassung der Wirbel der Karmn'schen Wirbelstraße über einen weiten Bereich der Durchflußgeschwindigkeit vorzunehmen. Durch die hier vorgeschlagene Verringerung der Resonanzfrequenz des Vibrators bzw. einer Anpassung der Resonanzfrequenz an die Charakteristik der Änderung der Wirbeldrücke, kann eine relativ große Verdrehung der Vibrationsplatte auch bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten (bei geringen Wirbelfrequenzen) erreicht werden, wobei jedoch außergewöhnlich große Verdrehungen bei großen Durchflußgeschwindigkeiten (bei großen Wirbelfrequenzen) verhindert sind. Zur Vermeidung von Instabilitäten bei der Resonanzfrequenz des Vibrationssystems ist dies vorzugsweise in geeigneter Weise gedämpft. Hiermit kann daher eine im wesentlichen konstante Amplitude der Verdrehung über den ganzen Bereich der Wirbelfrequenzen erreicht werden. Ferner ist diese neuartige Anordnung insofern äußerst effektiv, als daß die Empfindlichkeit bei geringen Durchflußgeschwindigkeiten erhöht ist und gleichzeitig außergewöhnlich große Verdrehungen der Vibrationsplatte bei großen Durchflußgeschwindigkeiten verhindert ist. Hiermit ist daher eine stabile Schwingung der Vibrationsplatte gewährleistet und eine eventuelle Zerstörung der Anordnung verhindert. In a further embodiment of the flow meter according to the claim 13, it is possible to make a particularly precise detection the vortex of the Karmn vortex road over a wide Range of the flow rate. By the proposed reduction in the resonance frequency of the Vibrators or an adaptation of the resonance frequency to the Characteristic of the change in the vortex pressures can be a relative large rotation of the vibration plate even at low flow rates (at low vortex frequencies) reached be, however, exceptionally large twists at high flow rates (at high Vortex frequencies) are prevented. To avoid instabilities is at the resonance frequency of the vibration system this is preferably damped in a suitable manner. Hereby hence a substantially constant amplitude of the twist can be achieved over the entire range of vortex frequencies. Furthermore, this novel arrangement is extremely effective in that than that sensitivity at low flow rates is elevated and at the same time extraordinary large rotations of the vibration plate at high flow rates is prevented. This is therefore one ensures stable vibration of the vibration plate and a possible destruction of the arrangement prevented.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Durchflußmessers nach Anspruch 13 ist mit dem Unteranspruch 14 angegeben.An advantageous design of the flow meter Claim 13 is specified with subclaim 14.

Mit dem Anspruch 15 ist eine Ausführungsvariante angegeben, bei der auch eine sichere Detektion der Karmn'schen Wirbel erreicht ist, wenn Einschwingprobleme der Vibrationsplatte auftreten. Die Spannbänder, die die Vibrationsplatte tragen, sind hier ebenfalls in geeigneter Weise gedämpft, wodurch auch wenn der Durchfluß sich abrupt ändert, keine Interferenzen zwischen den Wirbelfrequenzen und der Resonanzfrequenz der Vibrationsplatte auftreten. Dies erlaubt auch eine genaue Messung einer Durchflußänderung bei Einschwingvorgängen, was für den praktischen Gebrauch außerordentlich wichtig ist. Hierbei können auch gemäß einer weiteren Ausbildung die Kammern, die die Spannbänder einschließen, total mit Dämpfungsmaterial gefüllt sein, wodurch auch Biegeschwingungen der Spannbänder unterdrückbar sind. Störende Einflüsse aufgrund externer Schwingungen sind hierbei somit ebenfalls vermieden.Claim 15 specifies an embodiment variant, in which a reliable detection of Karmn's vertebrae is reached if the vibration plate has problems settling occur. The straps that carry the vibration plate are here also steamed in a suitable manner, which also if the flow changes abruptly, no interference between the vortex frequencies and the resonance frequency of the Vibration plate occur. This also allows an accurate measurement a flow change in transient events, what for practical use is extremely important. Here According to further training, the chambers that include the straps, totally filled with damping material be, which also causes bending vibrations of the straps are suppressible. Interfering influences due to external Vibrations are thus also avoided.

Geeignete Ausführungsformen der Anordnung nach Anspruch 15 sind mit den Unteransprüchen 16 und 17 angegeben.Suitable embodiments of the arrangement according to claim 15 are specified with subclaims 16 and 17.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmessers gemäß Anspruch 18 ist sichergestellt, daß Meßungenauigkeiten aufgrund einer Änderung in den lichtempfangenden Teilen nicht auftreten. Hierbei wird die durch die Wirbeldrücke hervorgerufene Vibration bzw. die Verdrehung mit optischen Elementen detektiert und dann das resultierende Ausgangssignal mit einer Gleichspannung verglichen, die durch Gleichrichtung des genannten Ausgangssignals erzeugt wird und dann in einer Integratorschaltung weiterverarbeitet wird. Es ergibt sich hier, daß sogar, wenn die Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals des Detektors sich ändert - z. B. aufgrund einer Änderung des optischen Komponenten -, ein Ausgangssignal erzeugt wird, das genau der Wirbelfrequenz entspricht. Die Änderungen der optischen Komponenten können entweder durch Änderungen der lichtemittierenden oder lichtempfangenden Teile bzw. durch Verunreinigungen in der Optik verursacht werden. Bei dieser beanspruchten Anordnung ist jedoch immer ein rechteckförmiges Ausgangssignal entsprechend der Wirbelfrequenz abnehmbar. Vorteilhaft ist dies deshalb, da der jeweilige Detektor leicht abgeglichen werden kann und frei von Verunreinigungen ist. Ferner kann, wenn die Wellenform des Ausgangssignals der Detektionseinrichtung sich ändert, der Unterschied zwischen dem Ausgangssignal und dem bereits erwähnten Gleichspannungssignal verstärkt werden, wobei die Verstärkung automatisch entsprechend der Größe des Gleichspannungssignals geregelt wird. Somit kann eine Verminderung der Lichtintensität, hervorgerufen durch Verunreinigung in den optischen Teilen der elektrischen Schaltung, kompensiert werden, was zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Anordnung führt.In a further embodiment of the flow meter according to Claim 18 ensures that measurement inaccuracies due to a change in the light receiving parts does not occur. Here, the one caused by the vortex pressures Vibration or twisting is detected with optical elements and then the resulting output signal with a DC voltage compared by rectifying the above Output signal is generated and then in an integrator circuit is processed further. It results here that even if the DC component of the output signal the detector changes - e.g. B. due to a Change in optical components -, an output signal is generated that corresponds exactly to the vortex frequency. The Changes to the optical components can be made either Changes in light emitting or light receiving Parts or caused by impurities in the optics will. In this arrangement, however, is always a rectangular output signal corresponding to the vortex frequency removable. This is advantageous because the respective detector can be easily adjusted and free of impurities. Furthermore, if the waveform the output signal of the detection device changes, the difference between the output signal and the already mentioned DC voltage signal are amplified, with the gain automatically according to the size of the DC signal is regulated. Thus, a decrease the light intensity caused by contamination in the optical parts of the electrical circuit be, resulting in an increase in reliability the arrangement leads.

Im Unteranspruch 19 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch 18 angegeben.In claim 19 is an advantageous embodiment of the Arrangement according to claim 18 specified.

Mit dem Unteranspruch 20 ist eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Durchflußmessers mit einer Karmn'schen Wirbelstraße insbesondere bei Automobilmotoren angegeben.With sub-claim 20 is an advantageous application of the flow meter according to the invention with a Karmn's vortex street, especially in automobile engines specified.

Bei einer beispielhaften Anwendung bei Automobilmotoren kann insbesondere eine Messung der von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Luft durchgeführt werden. Eine Anordnung einer Ausführungsform des Durchflußmessers mit optischer Detektion in der Lufteinführungsleitung des Motors läßt jedoch die Gefahr entstehen, daß die optischen Teile bei langem Gebrauch verunreinigt werden, was zu einer Verminderung der Empfindlichkeit bei der Detektion der Wirbel führt. Weiterhin kann der Gebrauch eines Durchflußmessers im Zusammenhang mit dem Motor eines Automobils unter Umständen durch Einflüsse aufgrund von ungeeigneten Temperaturen oder elektrischen Störungen im Motorraum behindert werden.In an exemplary application to automotive engines in particular a measurement of the internal combustion engine sucked in air. An arrangement an embodiment of the flow meter with optical detection in the engine's air intake duct, however the danger arises that the optical parts with long use become contaminated, leading to a decrease in the Sensitivity in the detection of vertebrae leads. Farther the use of a flow meter may be related to the engine of an automobile under certain circumstances due to unsuitable temperatures or electrical interference be hindered in the engine compartment.

Gemäß der mit dem Anspruch 20 angegebenen Anordnung sind besondere Vorrichtungsmerkmale angegeben, mit denen eine Reinigung mit gesondert angesaugter Luft durchgeführt wird.According to that specified in claim 20 Arrangement are given special device features with which cleaning with separately sucked-in air is carried out.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.The invention is explained on the basis of the figures.

Fig. 1 zeigt das Konstruktionsprinzip eines konventionellen Durchflußmessers mit Karmn'scher Wirbelstraße, Fig. 1 shows the design principle of a conventional flow meter with Karmn'scher vortex street,

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Wirbeldetektors des Durchflußmessers nach der Fig. 1, FIG. 2 shows a view of the vortex detector of the flow meter according to FIG. 1,

Fig. 3 stellt einen Querschnitt eines bekannten Wirbelgenerators dar, Fig. 3 represents a cross section of a prior art vortex generator,

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Wirbelgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 shows a cross section through a vortex generator according to the present invention,

Fig. 5 bis 10 sind Diagramme der Charakteristik des Wirbelgenerators nach Fig. 4, Fig. 5 to 10 are graphs illustrating the characteristics of the vortex generator of FIG. 4,

Fig. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Wirbeldetektors entlang der Strömungsrichtung, Fig. 11 is an enlarged cross-sectional view of a vortex detector along the flow direction,

Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines Vibrators gemäß Fig. 11 von der Seite her, Fig. 12 is a sectional view of a vibrator shown in FIG. 11, from the side

Fig. 13 zeigt einen Seitenaufriß eines Wirbeldetektors, Fig. 13 shows a side elevation of a vortex detector,

Fig. 14 zeigt die Konstruktion eines Verdrehungs- Sensors mit seiner Verdrehungscharakteristik, Fig. 14 shows the construction of a torsional sensor having its twist characteristic,

Fig. 15 ist eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Verdrehungs-Sensors, Fig. 15 is a view of another embodiment of a twist sensor,

Fig. 16 ist ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Sensors mit Spannbändern, die durch eine Feder gedrückt werden, Fig. 16 is a cross section through an exemplary embodiment of the sensor with tightening straps which are pressed by a spring,

Fig. 17 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt der wesentlichen Teile der Fig. 16, Fig. 17 is an enlarged partial cross section of the essential parts of Fig. 16,

Fig. 18 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt eines Wirbeldetektors entlang der Strömungsrichtung, wobei lichtemittierende und lichtempfangende Elemente der Vibratorplatte gegenüberliegend angeordnet sind, Fig. 18 is an enlarged partial cross section of a vortex detector along the flow direction, said light-emitting and light-receiving elements of the vibrator plate are arranged opposite,

Fig. 19 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Weiterverarbeitung der empfangenen Signale gemäß der Fig. 18, Fig. 19 is a circuit diagram of a circuit arrangement for processing the received signals according to the Fig. 18,

Fig. 20 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung der Konstruktion eines Verdrehungs-Sensors nach Fig. 18 zusammen mit der Charakteristik dieses Sensors, Fig. 20 is a view illustrating the construction of a twist sensor according to Fig. 18, along with the characteristic of this sensor

Fig. 21 ist eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Verdrehungs-Sensors, Fig. 21 is a view of another embodiment of the twist sensor,

Fig. 22 stellt die Wirkungscharakteristik eines Vibrators dar, Fig. 22 illustrates the effect is characteristic of a vibrator,

Fig. 23 zeigt die Charakteristik eines Ausgangssignals des erfindungsgemäßen Durchflußmessers, Fig. 23 shows the characteristic of an output signal of the flowmeter according to the invention,

Fig. 24 und 25 zeigen schematisierte Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des Vibrators, bei dem Dämpfungsmaterial in der Nähe der Spannbänder angeordnet ist, FIGS. 24 and 25 show schematic representations of an embodiment of the vibrator is arranged in the damping material in the vicinity of the tensioning bands,

Fig. 26 zeigt Diagramme mit Wellenformen der detektierten Wirbel, Fig. 26 shows diagrams of waveforms of the detected vortex,

Fig. 27 und 28 sind Schaltbilder eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung zur Weiterverarbeitung der detektierten Signale, FIGS. 27 and 28 are circuit diagrams of an embodiment of a circuit arrangement for further processing of the detected signals,

Fig. 29 zeigt eine Ansicht einer Anordnung eines Automobilmotors mit einem Wirbeldurchflußmesser, Fig. 29 is a view showing an arrangement of an automobile engine with a vortex flow meter,

Fig. 30 stellt ein besonderes Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers nach der Fig. 29 dar. FIG. 30 shows a special embodiment of the flow meter according to FIG. 29.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen eines Durchflußmessers mit Karmn'scher Wirbelstraße stellen eine Anordnung dar, die gemäß der DE-AS 32 22 714 zum Stand der Technik gehört. In der Fig. 1 ist ein Rohr 1 dargestellt, ferner ein Wirbelgenerator 2 zur Erzeugung einer Karmn'schen Wirbelstraße, Öffnungen 3 und 3′, einen Wirbeldetektor 4, optische Glasfiberleitungen 5 sowie eine Signalverarbeitungsschaltung 6 zur Weiterverarbeitung des detektierten Signals. Die genannte Wirbeldetektoranordnung ist durch die Teile 4 bis 6 gebildet. In der Fig. 2 ist ein Wirbeldetektor 4 mit einer Vibrationskammer 43 versehen, die einen im wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Querschnitt aufweist; ferner ist eine Vibrationsplatte 44 vorhanden, die durch Wirbel in der Nähe des Wirbelgenerators 2 zum Vibrieren angeregt wird. Die Vibrationsplatte 44 ist ebenfalls in der Vibrationskammer 43 angeordnet. Druckschwankungen, hervorgerufen durch Karmn'sche Wirbel, werden in die Vibrationskammer 43 durch Öffnungen 41 und 42 eingeführt. Die Signalverarbeitungsschaltung 6 weist ein lichtemittierendes Teil 6 a, ein lichtempfangendes 6 b und eine Wellenformbildungsschaltung 6 c auf.The embodiments shown in FIGS . 1 and 2 of a flow meter with Karmnian vortex street represent an arrangement which belongs to the prior art according to DE-AS 32 22 714. In Fig. 1, a tube 1 is shown, further a vortex generator 2 for generating a Karmn vortex street, openings 3 and 3 ' , a vortex detector 4 , optical fiber lines 5 and a signal processing circuit 6 for further processing of the detected signal. Said vortex detector arrangement is formed by parts 4 to 6 . In FIG. 2 a vortex detector 4 is provided with a vibration chamber 43 which has a substantially isosceles triangular cross-section; there is also a vibration plate 44 which is excited to vibrate by vortices in the vicinity of the vortex generator 2 . The vibration plate 44 is also arranged in the vibration chamber 43 . Pressure fluctuations caused by Karmn's vortices are introduced into the vibration chamber 43 through openings 41 and 42 . The signal processing circuit 6 has a light emitting part 6 a , a light receiving 6 b and a waveform forming circuit 6 c .

Dieser aus dem Stand der Technik bekannte Durchflußmesser funktioniert derart, daß die Karmn'sche Wirbelstraße im Nachbarbereich der gegenüberliegenden Seiten des Wirbelgenerators 2 - angeordnet in der Röhre 1 - Wirbel erzeugt. Die durch die Wirbel hervorgerufenen Druckschwankungen werden durch die Öffnungen 3, 41 oder 42 zur Vibrationsplatte 44 geleitet und verbiegen diese entsprechend. Die Wirbel treten alternierend im Bereich der gegenüberliegenden Seiten des Wirbelgenerators 2 auf und verursachen daher eine Vibration der Platte 44. Licht vom lichtaussendenden Teil 6 a in der Signalverarbeitungshaltung 6 ist durch eine optische Glasfiberleitung 5 a auf die Vibrationsplatte 44 geleitet und wird dort von der Oberfläche der Vibrationsplatte reflektiert. Sodann wird dieses Licht durch das lichtempfangende Teil 6 b und durch eine optische Glasfiberleitung 5 b übertragen. Da die Kantenflächen der optischen Glasfiberleitungen 5 a und 5 b gegenüberliegend - im wesentlichen senkrecht - zur vibrierenden Oberfläche der Platte 44 angeordnet sind, ändert sich die Intensität des Lichts, die das empfangende Teil 6 b empfängt, entsprechend der Durchbiegung der Vibrationsplatte 44. Somit empfängt das lichtempfangende Teil 6 b ein Signal, das der Wechselwirkung der Vibrationsplatte 44 entspricht, wodurch eine Detektion der Vibrationsfrequenz der Wirbel ermöglicht ist.This flow meter known from the prior art functions in such a way that the Karmnian vortex street in the neighboring region of the opposite sides of the vortex generator 2 - arranged in the tube 1 - generates vortices. The pressure fluctuations caused by the vortices are passed through the openings 3, 41 or 42 to the vibrating plate 44 and bend them accordingly. The vortices occur alternately in the area of the opposite sides of the vortex generator 2 and therefore cause the plate 44 to vibrate. Light from the light-emitting part 6 a in the signal processing posture 6 is passed through an optical glass fiber line 5 a to the vibrating plate 44 and is reflected there by the surface of the vibrating plate. Then this light is transmitted through the light-receiving part 6 b and through an optical fiber line 5 b . Since the edge surfaces of the optical glass fiber lines 5 a and 5 b are arranged opposite one another - essentially perpendicular - to the vibrating surface of the plate 44 , the intensity of the light which the receiving part 6 b receives changes in accordance with the deflection of the vibrating plate 44 . Thus, the light receiving part 6 b receives a signal which corresponds to the interaction of the vibration plate 44 , whereby detection of the vibration frequency of the vortices is made possible.

Im allgemeinen haben bekannte Durchflußmesser dieser Art den Nachteil, daß die Erzeugung der Wirbel instabil ist und bei geringem Durchfluß relativ schwache Wirbel erzeugt werden, was eine genaue Messung schwierig macht.In general, known flow meters of this type have the disadvantage that that the generation of the vortices is unstable and at low Flow relatively weak vortices are generated, which is a making accurate measurement difficult.

Zunächst werden die Probleme, die im Zusammenhang mit einem Wirbelgenerator auftreten, diskutiert.First, the problems associated with one Vortex generator occur, discussed.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Durchflußmessers (US-PS 35 89 185), bei dem zwei Pfeiler (Wirbelkörper) K 1 und K 2 in einem Raum entlang der Flußrichtung angeordnet sind. Der in Stromrichtung erste Pfeiler K 1 weist zur Erzeugung von Wirbeln einen dreieckigen Querschnitt auf, und der zweite dahinter liegende Pfeiler K 2 ist wie eine Platte gestaltet. Der Pfeiler mit dreieckigem Querschnitt ist im wesentlichen den Stromlinien des durchfließenden Mediums angepaßt und ist daher vorteilhaft, weil er keinen großen Druckverlust verursacht. Wie auch immer, es ist ihm nicht möglich, Wirbel mit Leichtigkeit zu erzeugen, und somit ist insbesondere bei geringer Durchflußgeschwindigkeit eine Messung schwierig. Darüber hinaus werden in solch einer Konstruktion die Wirbel in Stromrichtung hinter den Pfeilern erfaßt, und dementsprechend sind Pulsierungen in dem Rohr, Änderungen der Flußgeschwindigkeit oder des Drucks Anlaß für Störungen, wodurch eine genaue Erfassung der Wirbel unmöglich ist. Fig. 3 shows schematically an embodiment of a flow meter known from the prior art (US-PS 35 89 185), in which two pillars (vertebral bodies) K 1 and K 2 are arranged in a space along the flow direction. The first pillar K 1 in the direction of the current has a triangular cross section for generating eddies, and the second pillar K 2 behind it is designed like a plate. The pillar with a triangular cross section is essentially adapted to the flow lines of the medium flowing through and is therefore advantageous because it does not cause a large pressure loss. However, it is not possible for it to generate vortices with ease, and thus measurement is difficult, especially at a low flow rate. In addition, in such a construction, the eddies downstream of the pillars are detected, and accordingly pulsations in the pipe, changes in the flow rate or pressure cause disturbances, whereby an accurate detection of the eddies is impossible.

In der Fig. 4 ist ein erster Pfeiler 2 a dargestellt, der einen im wesentlichen gleichschenkligen dreieckigen Querschnitt aufweist, und es ist ein zweiter Pfeiler 2 b - in Strömungsrichtung dahinterliegend - angeordnet, der einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt hat. Diese Pfeiler sind so angeordnet, daß die Grundlinie des dreieckförmigen Querschnitts des ersten Pfeilers 2 a und die Grundlinie des trapezförmigen Querschnitts des zweiten Pfeilers 2 b parallel zueinander liegen und in einem vorgegebenen Abstand "1" in Flußrichtung angeordnet sind, wobei die Grundlinien senkrecht zur Flußrichtung stehen. Ferner ist die Breite des ersten Pfeilers 2 a (d 1 bzw. d 2) im rechten Winkel zum Fluß betrachtet gleich lang. Der dreieckförmige Querschnitt des ersten Pfeilers 2 a hat einen vertikalen Winkel α und der trapezförmige Querschnitt hat eine Höhe "h". Die gleichen Seiten der Trapezform schließen einen Winkel β ein. Die beschriebenen Größen sind in einer später beschriebenen Art und Weise geeignet festgelegt. Der zweite Pfeiler 2 b ist mit Öffnungen 4 a und 4 b zur Hineinleitung der erzeugten Wirbel an gegenüberliegenden Seiten in der Nähe der axialen Kanten versehen.In FIG. 4, a first pillar 2 a is shown, which has a substantially isosceles triangular cross-section, and it is a second pillar 2 b - arranged, which has a substantially trapezoidal cross-section - located behind it in the direction of flow. These pillars are arranged so that the baseline of the triangular cross section of the first pillar 2 a and the baseline of the trapezoidal cross section of the second pillar 2 b are parallel to one another and are arranged at a predetermined distance "1" in the flow direction, the baselines being perpendicular to the flow direction stand. Furthermore, the width of the first pillar 2 a ( d 1 or d 2 ) at right angles to the river is the same length. The triangular cross section of the first pillar 2 a has a vertical angle α and the trapezoidal cross section has a height "h". The same sides of the trapezoid shape form an angle β . The sizes described are appropriately set in a manner described later. The second pillar 2 b is provided with openings 4 a and 4 b for introducing the generated vortices on opposite sides in the vicinity of the axial edges.

Die Ergebnisse von Experimenten bezüglich der Wirkung des Winkels α, des Winkels β, der Höhe "h", des Abstands "l" und der Breiten d 1 und d 2 der Pfeiler sind besonders in Hinsicht auf die Erzeugung von Wirbeln und der Stabilität dieser Erzeugung im folgenden dargestellt.The results of experiments on the effect of the angle α , the angle β , the height "h", the distance "l" and the widths d 1 and d 2 of the pillars are particular with regard to the generation of vortices and the stability of this generation shown below.

1) If the described width of the first pillar is substantially equal to the width of the pillar ( d 1 = d 2 = d ), then vortices are generated with the highest stability and they can be detected with a good signal-to-noise ratio.
2) When the angle α of the first pillar is 90 ° to 120 °, the pressure loss is the least, and the detected vortex waveforms are very stable. If the angle β is smaller than the range given above, disturbances are generated whose frequency components are below the frequency of the vortices. In the event that the angle exceeds the described range, disturbances are also generated and a large pressure loss can be expected.
3) If the height "h" of the isosceles trapezoid shape of the second pillar is formed according to the relationship hd / 2 and the angle β is 40 °, it is possible to detect vortices with a good linearity even at lower flow rates. In particular, the results of the experiments are made understandable by the representations in FIGS. 5 and 6, where β 40 ° and h are 0.5d; the Strouhal size (= vortex frequency × width / flow rate) is essentially constant (<± 3%) and thus a practicable characteristic.
4) If the distance 1 between the pillars is chosen so that it has a size between 0.2d and 0.3d, a wide measuring range and good linearity can be achieved. It will be shown that if the distance is in this range, the speed at which vortices are detected can be further reduced - as shown in Fig. 7 - and the linearity at high flow rates is improved - as in Fig . 8. -.

Die Fig. 9 und 10 zeigen Beispiele von Charakteristiken eines Durchflußmessers, der nach den oben erwähnten Ergebnissen der Experimente gestaltet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Winkel α des ersten Pfeilers 90°, die Höhe h ist d/3 und der Winkel β ist gleich 40°. Es ist hierbei von Bedeutung, daß die Messung bei Luft mit atmosphärischen Druck ausgeführt worden ist. Fig. 9 zeigt, daß die Linearität über einem Bereich von 1 bis 60 m/sec Durchflußgeschwindigkeit kleiner als ±3% gehalten werden kann, wodurch eine praktikable Charakteristik des Durchflußmessers erreicht ist. Die Kurve X nach der Fig. 10 zeigt die Druckverlustcharakteristik eines bekannten Durchflußmessers; demgegenüber zeigt die Kurve Y nach der Fig. 10 die Druckverlustcharakteristik eines Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung. Es wird hierdurch ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung in grober Näherung die Halbierung des Druckverlustes ermöglicht. FIGS. 9 and 10 show examples of characteristics of a flow meter which is designed according to the above-mentioned results of the experiments. In this embodiment, the angle α of the first pillar is 90 °, the height h is d / 3 and the angle β is 40 °. It is important here that the measurement was carried out in air at atmospheric pressure. Fig. 9 shows that the linearity can be kept smaller than ± 3% over a range of 1 to 60 m / sec flow rate, whereby a practical characteristic of the flow meter is achieved. The curve X according to FIG. 10 shows the pressure loss characteristic of a known flow meter; in contrast, curve Y of FIG. 10 shows the pressure loss characteristic of a flow meter according to the present invention. It is hereby apparent that the present invention roughly enables the pressure loss to be halved.

Im weiteren wird ein anderes Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers mit Karmn'scher Wirbelstraße anhand der Fig. 11 bis 15 beschrieben.Another embodiment of the flow meter with Karmnian vortex street is described below with reference to FIGS . 11 to 15.

In Fig. 11 ist ein Rohr 1, ein Wirbelgenerator 2 zur Erzeugung der Karmn'schen Wirbelstraße und ein Wirbeldetektor 4 dargestellt. Der Wirbelgenerator 2 ist unter Berücksichtigung der beispielsweise anhand der Fig. 4 beschriebenen Randbedingungen konstruiert. Der Wirbelgenerator 2 weist Schlitze 4 a und 4 b an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Pfeilers 2 b in der Nähe der axialen Enden zur Hindurchführung von Druckänderungen aufgrund von Wirbeln auf. Gemäß Fig. 12 besteht ein Vibrator 8 aus einer dünnen Metallplatte (ungefähr 20 Mikrometer) und enthält eine Vibrationsplatte 9, auf welche die Druckschwankungen der Wirbel wirken. Ferner sind Spannbänder 10 a und 10 b vorhanden, welche die Platte 9 tragen, wobei die Platte 9 symmetrisch zu einer (gedachten) Achse durch den Schwerpunkt der Platte angeordnet ist, um Torsionsschwingungen der Platte zu ermöglichen; ein Verbindungsstück 11 bildet die festen Enden der Spannbänder. Diese Teile sind aus einer Metallplatte geformt, die überall eine im wesentlichen gleiche Dicke aufweist. Die Vibrationsplatte 9 befindet sich hinsichtlich ihrer Masse im Gleichgewicht relativ zur Achse. Die Spannbänder 10 a und 10 b sind so gestaltet, daß die Torsionsfederkonstante - definiert durch die Dimensionen der Bänder - extrem niedrig ist, um eine angemessene winkelmäßige Verdrehung der Vibrationsplatte auch bei kleinen Änderungen des Wirbeldrucks zu ermöglichen, wodurch die Resonanzfrequenz so niedrig wie möglich ist. Ausnehmungen 11 a und 11 b sind durch Ausstanzung gebildet. Nach der Fig. 11 befindet sich der Vibrator 8 in einem Gehäuse 12, das wiederum eine untere Platte 13 und eine obere Platte 14 aufweist. Die Platten 13 und 14 sind mit Ausnehmungen versehen, die im wesentlichen gleich sind und gegenüberliegend angeordnet sind. Die Ausnehmungen korrespondieren hierbei mit den Ausnehmungen des Vibrators 8. Bei einer Überlastung der unteren Platte 13 bzw. des Vibrators 8 und der oberen Platte 14 auf einem Flansch 15 des Wirbelgenerators 2 ist der Vibrator 8 hierbei abgestützt; gleichzeitig sind eine Vibrationskammer 16 und Kammern 17 a und 17 b (vgl. auch Fig. 13) zum Einschluß der Spannbänder gebildet. Die Vibrationskammer 16 ist nahezu zu gleichen Teilen in eine obere Teilkammer 26 und eine untere Teilkammer 19 a, 19 b durch die Vibrationsplatte 9 des Vibrators 8 geteilt. Die untere Teikammer, gebildet durch die Vibrationsplatte 9 und die untere Platte 13, ist ebenfalls zu nahezu gleichen Teilen in Unterkammern 19 a und 19 b durch einen Vorsprung 18 geteilt, der auf der unteren Platte 13 gegenüber der Achse der Vibrationsplatte 9 angeordnet ist. Die Unterkammern 19 a und 19 b kommunizieren mit den Schlitzen 4 a und 4 b des Wirbelgenerators 2 durch Verbindungslöcher 20 a bzw. 20 b. Der Vorsprung 18 verhindert eine Zirkulation des zu messenden Mediums zwischen den Unterkammern 19 a und 19 b, wodurch eine Übertragung der Wirbeldruckänderungen vom Schlitz 4 a oder 4 b zur Vibrationsplatte 9 ohne Verluste möglich ist.In Fig. 11, a tube 1, a vortex generator 2 for generating the Karmn'schen vortex street and a vortex detector 4 is illustrated. The vortex generator 2 is constructed taking into account the boundary conditions described, for example, with reference to FIG. 4. The vortex generator 2 has slots 4 a and 4 b on opposite sides of the second pillar 2 b in the vicinity of the axial ends for passing pressure changes due to eddies. Referring to FIG. 12 is a vibrator 8 of a thin metal plate (about 20 microns), and includes a vibration plate 9, to which the pressure fluctuations of the vortices act. There are also tensioning straps 10 a and 10 b , which support the plate 9 , the plate 9 being arranged symmetrically to an (imaginary) axis through the center of gravity of the plate in order to enable torsional vibrations of the plate; a connector 11 forms the fixed ends of the straps. These parts are formed from a metal plate which is of essentially the same thickness everywhere. The vibrating plate 9 is in equilibrium with respect to its mass relative to the axis. The straps 10 a and 10 b are designed so that the torsion spring constant - defined by the dimensions of the straps - is extremely low to allow an adequate angular rotation of the vibrating plate even with small changes in the vortex pressure, whereby the resonance frequency is as low as possible . Recesses 11 a and 11 b are formed by punching. Of FIG. 11, the vibrator 8 is in a housing 12, which in turn comprises a lower plate 13 and an upper plate 14. The plates 13 and 14 are provided with recesses which are essentially the same and are arranged opposite one another. The recesses correspond to the recesses of the vibrator 8 . If the lower plate 13 or the vibrator 8 and the upper plate 14 are overloaded on a flange 15 of the vortex generator 2 , the vibrator 8 is supported here; At the same time, a vibration chamber 16 and chambers 17 a and 17 b (see also FIG. 13) are formed to enclose the tensioning straps. The vibration chamber 16 is almost equally divided into an upper partial chamber 26 and a lower partial chamber 19 a , 19 b by the vibration plate 9 of the vibrator 8 . The lower part chamber, formed by the vibrating plate 9 and the lower plate 13 , is also divided into almost equal parts in subchambers 19 a and 19 b by a projection 18 which is arranged on the lower plate 13 with respect to the axis of the vibrating plate 9 . The subchambers 19 a and 19 b communicate with the slots 4 a and 4 b of the vortex generator 2 through connection holes 20 a and 20 b . The projection 18 prevents circulation of the medium to be measured between the subchambers 19 a and 19 b , whereby a transfer of the eddy pressure changes from the slot 4 a or 4 b to the vibrating plate 9 is possible without losses.

So lange wie die torsionale Vibration der Vibrationsplatte 9 nicht behindert wird, sollte der Raum zwischen dem Vorsprung 18 und der Vibrationsplatte 9 so eng als möglich sein; vorzugsweise ist er in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm. Aus dem gleichen Grund sollte der Raum zwischen der Vibrationsplatte 9 und der Vibrationskammer 16 vorzugsweise in der gleichen Größenordnung liegen.As long as the torsional vibration of the vibrating plate 9 is not hindered, the space between the projection 18 and the vibrating plate 9 should be as narrow as possible; preferably it is on the order of 0.1 to 0.2 mm. For the same reason, the space between the vibrating plate 9 and the vibrating chamber 16 should preferably be of the same order of magnitude.

Bei der Darstellung nach der Fig. 13 ist eine Justierschraube 21 vorhanden, mit der die Spannbänder 10 a und 10 b mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt werden können; diese Schraube 21 ist an der Mittelachse des Spannbandes 10 b angeordnet. Die Schraube 21 überträgt eine Spannung auf einen Teil des Spannbandes 10 b zwischen den befestigten Enden, und ein Vorsprung 22 verhindert hierbei zusammen mit der unteren Platte 13 Biegeschwingungen des Vibrators 8. Wie später im Zusammenhang mit den Fig. 16 und 17 beschrieben wird, ist das Spannband vorzugsweise über ein Federteil mit der Schraube 21 verbunden. In Fig. 11 ist weiterhin gezeigt, daß Glasfiberleitungen 5 zur Detektion der winkelmäßigen Verbiegung des Vibrators 8 zwei optische Pfade - zur Sendung und zum Empfang - aufweisen. Die optischen Achsen stehen hierbei im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 9 des Vibrators 8, und die optischen Pfade sind zum Teilraum 26 hin offen. Damit sind die optischen Teile vollständig im Teilraum 26 eingefügt. Dies hat zum Ergebnis, daß die optischen Teile nicht in direkten Kontakt mit z. B. einer Flüssigkeit des zu messenden Mediums kommen können. Die anderen Enden der Glasfiberleitungen sind mit einem lichtemittierenden Teil 6 a und einem lichtempfangenden Teil 6 b vorzugsweise versehen. Mit dem Bezugszeichen 6 ist eine Detektorschaltung gekennzeichnet, das das lichtemittierende Teil 6 a, das lichtempfangene Teil 6 b einen Verstärker und ein Wellenformbaustein (nicht dargestellt) enthält.In the illustration according to FIG. 13 there is an adjusting screw 21 with which the tensioning straps 10 a and 10 b can be subjected to a mechanical tension; this screw 21 is arranged on the central axis of the strap 10 b . The screw 21 transmits a tension to a part of the tension band 10 b between the fixed ends, and a projection 22 together with the lower plate 13 prevents bending vibrations of the vibrator 8 . As will be described later in connection with FIGS. 16 and 17, the tension band is preferably connected to the screw 21 via a spring part. In Fig. 11 is further shown that glass-fiber cables 5 8 two optical paths for detecting the angular deflection of the vibrator - having - for transmission and reception. The optical axes are essentially perpendicular to the surface of the vibrating plate 9 of the vibrator 8 , and the optical paths are open to the subspace 26 . The optical parts are thus completely inserted in the subspace 26 . As a result, the optical parts are not in direct contact with e.g. B. can come a liquid of the medium to be measured. The other ends of the glass fiber lines are preferably provided with a light-emitting part 6 a and a light-receiving part 6 b . Reference number 6 denotes a detector circuit which contains the light-emitting part 6 a , the light-receiving part 6 b, an amplifier and a waveform component (not shown).

Die Funktion der vorher beschriebene Anordnung erfolgt derart, daß wenn beispielsweise ein Wirbel 30 auf der oberen Seite des Wirbelgenerators 2 (auf der Seite des Schlitzes 4 b) erzeugt ist, sich der Druck in der Nähe des Schlitzes 4 b vermindert gegenüber dem Druck in der Nähe des gegenüberliegenden Schlitzes 4 a. Demgemäß wird der Druck in der Unterkammer 19 b im Zusammenwirken mit dem Schlitz 4 b geringer als der Druck in der Unterkammer 19 a, die mit dem gegenüberliegenden Schlitz 4 a zusammenwirkt.The function of the arrangement described above is such that if, for example, a vortex 30 is generated on the upper side of the vortex generator 2 (on the side of the slot 4 b ), the pressure in the vicinity of the slot 4 b decreases compared to the pressure in the Proximity of the opposite slot 4 a . Accordingly, the pressure in the sub-chamber 19 b in cooperation with the slot 4 b is less than the pressure in the sub-chamber 19 a , which cooperates with the opposite slot 4 a .

Im Zusammenhang mit der Fig. 11 wird nunmehr das Gleichgewicht der Kräfte um die Achse der Vibrationsplatte 9 herum diskutiert. Ein Druck, mit dem die obere Oberfläche der Vibrationsplatte 9 beaufschlagt ist, ist im wesentlichen gleich über der ganzen Oberfläche. Mit Rücksicht auf die Unterseite der Vibrationsplatte 9 ist der Druck in der Unterkammer 19 b geringer als in der Unterkammer 19 a, und es wirkt eventuell ein rechtsdrehendes Moment aufgrund der Druckdifferenz auf die Vibrationsplatte 9. Somit wird die Vibrationsplatte 9 in eine Rechtsdrehung versetzt, wobei jedoch die untere Oberfläche und die obere Oberfläche der Vibrationskammer 16 die Amplitude der Verdrehung begrenzen. Somit wird auch dann, wenn ein Wirbel auf der gegenüberliegenden Seite des Wirbelgenerators erzeugt wird, der Druck in der Unterkammer 19 a niedriger als in der Unterkammer 19 b, wodurch die Vibrationsplatte in eine entgegengesetzte Drehung (linksdrehend) versetzt wird. Die Amplitude ist in gleicher Weise durch den Boden und die obere Oberfläche der Vibrationskammer 16 begrenzt. Daher wird durch Erzeugung eines Paares von Wirbeln eine Drehschwinngung (eine Wechselwirkung) der Vibrationsplatte 9 verursacht. Da dies durch die Wandoberflächen der Vibrationskammer 16 begrenzt ist, ist die Amplitude im wesentlichen konstantant ohne Rücksicht auf Veränderungen des Wirbeldrucks. Die Vibrationsplatte 9 ist im wesentlichen im Gleichgewicht ihrer Masse um die Achse herum. Trägheitkräfte, die von externen Vibrationen hervorgerufen sind, werden somit unterdrückt. Hierdurch werden somit keine Drehschwingungen auftreten. Ferner der Vibrator 8 kaum vertikalen externen Schwingungen folgen, wenn die Spannbänder 10 a und 10 b mit einer Spannung beaufschlagt sind. Der Vibrator ist somit in diesem Zusammenhang frei von externen Schwingungen. Ebenso ist, wenn die Spannbänder mit einer Spannung beaufschlagt sind, die Torsionsfederkonstante hierdurch kaum beeinflußt. Aus den genannten Gründen ist somit der Widerstand im Hinblick auf störende Schwingungen verbessert, ohne die Empfindlichkeit im Hinblick auf die Detektion von Wirbeln zu vermindern.In the context of Fig. 11 the balance of forces about the axis of the vibrating plate will now be discussed 9 around. A pressure applied to the upper surface of the vibrating plate 9 is substantially the same over the entire surface. With regard to the underside of the vibrating plate 9 , the pressure in the sub-chamber 19 b is lower than in the sub-chamber 19 a , and there may be a clockwise torque due to the pressure difference on the vibrating plate 9 . Thus, the vibration plate 9 is rotated clockwise, but the lower surface and the upper surface of the vibration chamber 16 limit the amplitude of the rotation. Thus, even if a vortex is generated on the opposite side of the vortex generator, the pressure in the sub-chamber 19 a is lower than in the sub-chamber 19 b , whereby the vibrating plate is set in an opposite rotation (counterclockwise). The amplitude is likewise limited by the bottom and the upper surface of the vibration chamber 16 . Therefore, by generating a pair of vortices, the vibration plate 9 is caused to rotate (interact). Since this is limited by the wall surfaces of the vibration chamber 16 , the amplitude is essentially constant regardless of changes in the vortex pressure. The vibrating plate 9 is essentially in equilibrium of its mass around the axis. Inertial forces caused by external vibrations are suppressed. As a result, no torsional vibrations will occur. Furthermore, the vibrator 8 hardly follow any vertical external vibrations when the tensioning bands 10 a and 10 b are acted upon by a voltage. In this context, the vibrator is therefore free of external vibrations. Likewise, when a tension is applied to the tensioning straps, the torsion spring constant is hardly influenced thereby. For the reasons mentioned, the resistance to disturbing vibrations is thus improved without reducing the sensitivity to the detection of vertebrae.

Es ergibt sich somit, daß Wirbel die Vibrationsplatte 9 zu Torsionsschwingungen innerhalb der Vibrationskammer 16 anregen. Zur Regelung dieser Schwingungen über einen breiten Bereich von Wirbelfrequenzen, z. B. von 10 Hz bis 1 kHz, ist es wichtig, die Druckschwankungen der Wirbel direkt auf die Vibrationsplatte 9 ohne Verluste zu übertragen. Zu diesem Zweck enthält die vorliegende Erfindung die Schlitze 4 a und 4 b im Wirbelgenerator 2, um Veränderungen des Wirbeldrucks in die Unterkammern 19 a und 19 b auf kürzestem Wege zu führen, und weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorsprung 18 vorhanden, mit dem Verlustströme zwischen den Unterkammern 19 a und 19 b minimiert sind. Ferner ist eine Düse zwischen der Peripherie der Vibrationsplatte 9 und den Wandoberflächen der Vibrationskammer 16 so geformt, daß Verlustströme zwischen der Teilkammer 26 und der Unterkammer 19 a oder 19 b mininiert sind. Somit wirken Änderungen des Wirbeldrucks direkt auf die Vibrationsplatte ohne Verluste, wodurch eine stabile Detektion der Wirbel ermöglicht ist.It thus results that vortices excite the vibration plate 9 to torsional vibrations within the vibration chamber 16 . To control these vibrations over a wide range of vortex frequencies, e.g. B. from 10 Hz to 1 kHz, it is important to transmit the pressure fluctuations of the vortices directly to the vibrating plate 9 without losses. For this purpose, the present invention contains the slots 4 a and 4 b in the vortex generator 2 in order to guide changes in the vortex pressure into the subchambers 19 a and 19 b in the shortest possible way, and furthermore, according to the invention, the projection 18 is present with the leakage currents between the subchambers 19 a and 19 b are minimized. Furthermore, a nozzle between the periphery of the vibration plate 9 and the wall surfaces of the vibration chamber 16 is shaped so that leakage currents between the sub-chamber 26 and the sub-chamber 19 a or 19 b are minimized. Changes in the vortex pressure thus act directly on the vibration plate without losses, which enables stable detection of the vertebrae.

Im weiteren werden Detektionen einer Anzahl von Verdrehungen, also der Vibrationsfrequenz, mit dem Vibrator 8 unter Bezug auf die Fig. 11, 14 und 15 beschrieben.Detections of a number of rotations, that is to say the vibration frequency, with the vibrator 8 are described below with reference to FIGS. 11, 14 and 15.

Die Vibrationsfrequenz wird detektiert durch eine Messung der Änderung der Intensität des reflektierten Lichts auf der oberen Oberfläche der Vibrationsplatte 9 unter Benutzung der Glasfiberleitung 5. Im einzelnen weist die Glasfiberleitung 5 zwei optische Pfade 5 a und 5 b, die in einer beliebigen Art und Weise mit ihrer Endoberfläche 31 der Vibrationsplatte 9 gegenüberliegend angeordnet sind, auf; die optischen Achsen liegen hierbei jedoch im wesentlichen vertikal zur Oberfläche der Vibrationsplatte 9. Wenn sich die Intensität des von der Vibrationsplatte 9 reflektierten Lichtes vermindert - durch die Drehung der reflektierenden Oberfläche (wie anhand der Fig. 14a beschrieben) -, so erzeugt eine solche Wechselwirkung des Vibrators zwei Lichtpulse als Ausgangssignal. Wenn die Verdrehung im Vibrators 8 im wesentlichen konstant ist, so sind die Lichtausgangssignale ebenso im wesentlichen konstant. Demzufolge ist es möglich, die Wirbelfrequenz mittels einer einfachen Schaltungsanordnung zu erfassen. Folglich ist die vorgeschlagene Methode zur Auswertung des reflektierten Lichts äußerst praktikabel, weil hierzu nur eine einfache Anordnung notwendig ist und die Notwendigkeit einer genauen geraden Ausrichtung der optischen Achsen vermieden ist. Weiterhin sind die optischen Teile innerhalb des Teilraums 26 der Vibrationskammer 16 angeordnet, wodurch sie nicht in direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium kommen und somit Verunreinigungen der optischen Teile verhindert sind.The vibration frequency is detected by measuring the change in the intensity of the reflected light on the upper surface of the vibration plate 9 using the glass fiber line 5 . Specifically, the glass fiber line 5 has two optical paths 5 a and 5 b , which are arranged in any manner with their end surface 31 opposite the vibration plate 9 ; however, the optical axes are essentially vertical to the surface of the vibration plate 9 . If the intensity of the light reflected by the vibrating plate 9 decreases - due to the rotation of the reflecting surface (as described with reference to FIG. 14a) - such an interaction of the vibrator generates two light pulses as an output signal. If the rotation in the vibrator 8 is essentially constant, the light output signals are also essentially constant. As a result, it is possible to detect the vortex frequency using a simple circuit arrangement. As a result, the proposed method for evaluating the reflected light is extremely practical because it only requires a simple arrangement and the need for a precise straight alignment of the optical axes is avoided. Furthermore, the optical parts are arranged within the subspace 26 of the vibration chamber 16 , as a result of which they do not come into direct contact with the medium to be measured and thus contamination of the optical parts is prevented.

In der bereits erwähnten Detektionseinrichtung sind die optischen Achsen der Glasfiberleitungen 5 im wesentlichen vertikal zur Oberfläche der Vibrationsplatte 9. Aber es ist ebenso möglich, die optischen Achsen der Glasfiberleitung 5 leicht zu neigen, so daß eine maximale Winkeldrehung R m der Vibrationsplatte 9 auf der vibrierenden Oberfläche erreicht ist (vgl. Fig. 15). Diese Anordnung ist dadurch vorteilhaft, daß bereits eine kleine winkelmäßige Verdrehung mit aureichender Emfpindlichkeit erfaßt werden kann und ein Ausgangssignal von im wesentlichen sinusförmiger Wellenform erreichbar ist. Dies erleichtert die weitere Signalverarbeitung (vgl. Fig. 14b), weil ein im wesentlichen konstanter Bereich der in der Fig. 14b dargestellten Kurve ausgenutzt werden kann. Die Spitze der Intensität des reflektierten Lichtes ist somit gemäß dieser Kurve nach rechts verschoben. Hierzu ist anzumerken, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht auf einer Anwendung mit einer optischen Glasfiberkonstruktion beschränkt ist, sondern es sind auch andere Anordnung zur Erfasssung von Intensitätsschwankungen des reflketierten Lichtes hier denkbar.In the detection device already mentioned, the optical axes of the glass fiber lines 5 are essentially vertical to the surface of the vibration plate 9 . But it is also possible to slightly incline the optical axes of the glass fiber line 5 so that a maximum angular rotation R m of the vibrating plate 9 is achieved on the vibrating surface (cf. FIG. 15). This arrangement is advantageous in that even a small angular rotation can be detected with sufficient sensitivity and an output signal of an essentially sinusoidal wave form can be achieved. This facilitates further signal processing (cf. FIG. 14b) because an essentially constant area of the curve shown in FIG. 14b can be used. The peak of the intensity of the reflected light is thus shifted to the right according to this curve. It should be noted in this regard that the exemplary embodiment described is not limited to an application with an optical glass fiber construction, but other arrangements for detecting intensity fluctuations in the refletated light are also conceivable here.

In den Fig. 16 und 17 ist ein Mechanismus 30 dargestellt, mit dem eine mechanische Spannung auf die Spannbänder 10 a und 10 b gegeben werden kann. Dazu ist eine Druckfeder 31, eine Kappe 32 und eine Druckeinrichtung 33 zum Herunterdrücken des Spannbandes 10 b vorhanden. Die Druckeinrichtung ist aus einem leichten Harz hergestellt und ist als ein Hohlzylinder mit einem Boden, der einen rechteckigen Vorsprung 35 aufweist, ausgeführt. Wenn die Druckfeder 31 zusammengedrückt ist, wird der Vorsprung durch ein rechteckiges Führungsloch 34 geführt, welches in der oberen Platte 14 angeordnet ist, um ein Auslenken der Druckeinrichtung 33 zu verhindern. Durch die Anordnung wird eine Spannung auf einen Teil des Spannbandes 10 b zwischen den äußeren befestigten Enden geführt, und ein auf der unteren Platte 13 gestalteter Vorsprung 22 verhindert darüberhinaus Biegeschwingungen des Vibrators 8. Die Druckfeder 31 ist umschlossen von der Druckeinrichtung 33, wobei die Kappe 32 die Druckfeder am Herausspringen hindert.In Figs. 16 and 17, a mechanism 30 is shown, with which a mechanical tension to the tension bands 10 a and 10 b can be given. For this purpose, a compression spring 31 , a cap 32 and a pressure device 33 for pressing down the tension band 10 b are present. The printing device is made of a light resin and is designed as a hollow cylinder with a bottom, which has a rectangular projection 35 . When the compression spring 31 is compressed, the projection is guided through a rectangular guide hole 34 which is arranged in the upper plate 14 in order to prevent deflection of the pressure device 33 . Due to the arrangement, a tension is guided on a part of the tension band 10 b between the outer fixed ends, and a projection 22 designed on the lower plate 13 also prevents bending vibrations of the vibrator 8 . The compression spring 31 is enclosed by the pressure device 33 , the cap 32 preventing the compression spring from jumping out.

Wenn ein schneller Temperaturwechsel auftritt, entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen dem Vibrator 8 und dem Gehäuse 12. Wenn die in Frage kommenden Teile nicht aus demselben Material sind, entsteht somit eine unterschiedliche thermische Ausdehung der beiden Spannbänder. Wie auch immer weist die Druckfeder 31 gemäß der vorliegenden Erfindung eine kleine Federkonstante auf, und sie beaufschlagt die Spannbänder mit einer Spannung, so daß die Spannbänder normalerweise etwas durchgebogen sind und dadurch Unterschiede in der thermischen Ausdehnung absorbiert werden können. Wenn die beschriebene Spannung konstant gehalten wird, können Verletzungen der Spannbänder und Verminderungen des Vibrationswiderstandes, hervorgerufen durch externe Schwingungen, verhindert werden.When a rapid temperature change occurs, a temperature difference occurs between the vibrator 8 and the housing 12 . If the parts in question are not made of the same material, this results in a different thermal expansion of the two straps. However, the compression spring 31 according to the present invention has a small spring constant, and it applies tension to the tensioning straps so that the tensioning straps are normally somewhat bent, and thereby differences in thermal expansion can be absorbed. If the tension described is kept constant, injuries to the tensioning straps and reductions in vibration resistance caused by external vibrations can be prevented.

Gemäß der Fig. 18 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Wirbeldetektors entlang der Strömungsrichtung gezeigt. Hierbei sind ein lichtemittierendes Teil 23 und ein lichtempfangendes Teil 24 so angeordnet, daß sie der oberen Oberfläche der Vibrationsplatte 9 gegenüberliegen und ihre optischen Achsen sich in der Mitte der Achse der Vibrationsplatte 9 kreuzen. Eine Detektionseinrichtung 25, die die Teile 23 und 24 versorgt sowie das Ausgangssignal weiterverarbeitet, enthält eine Koppelschaltung 27 a zur Selektion der Wechselkomponenten des Ausgangssignals des lichtempfangenden Teils 24 und ein Komparator 27 b zur Bildung eines entsprechenden Rechtecksignals, wie in Fig. 19 dargestellt.According to the Fig. 18 is an enlarged cross-sectional view is shown of a vortex detector along the flow direction. Here, a light-emitting part 23 and a light-receiving part 24 are arranged so that they face the upper surface of the vibrating plate 9 and their optical axes intersect at the center of the axis of the vibrating plate 9 . A detection device 25 , which supplies the parts 23 and 24 and further processes the output signal, contains a coupling circuit 27 a for selecting the alternating components of the output signal of the light-receiving part 24 and a comparator 27 b for forming a corresponding square-wave signal, as shown in FIG. 19.

Eine Detektion einer Anzahl von Verdrehungen der Vibrationsplatte 9 bzw. der Vibrationsfrequenz des Vibrators 8 wird anhand der Fig. 18 bis 21 beschrieben. Wenn die Verdrehung der Vibrationsplatte 9 im wesentlichen konstant ist, ist somit das Lichtausgangssignal ebenfalls konstant, und es kann eine Ausgangsspannung in der Größenordnung von 1 V aufgrund des in das Teil 24 einfallenden Lichts auch bei kleinen Durchflußgeschwindigkeiten abgenommen werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist sichergestellt, daß die optischen Teile nicht mit dem messenden Medium in Kontakt kommen und daher frei von Verunreinigungen gehalten werden können.A detection of a number of rotations of the vibration plate 9 or the vibration frequency of the vibrator 8 will be described with reference to FIGS. 18 to 21 . Thus, when the rotation of the vibrating plate 9 is substantially constant, the light output signal is also constant, and an output voltage of the order of 1 V can be taken off due to the light incident on the part 24 even at low flow rates. This embodiment also ensures that the optical parts do not come into contact with the measuring medium and can therefore be kept free of impurities.

Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Detektionseinrichtung sind die Teile 23 und 24 so angeordnet, daß das Maximum der Lichtintensität erreicht ist, wenn die Vibrationsplatte 9 sich in einer horizontalen Lage befindet. Wie auch anhand der Fig. 21 gezeigt werden kann, kann die Vibrationsplatte 9 bis zur maximalen Winkelamplitude R m vorgespannt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können somit die weiter oben beschriebenen Vorteile ausgenutzt werden. Durch Ausnutzung der geradlinigen Teile der Kurve in Fig. 20(b) kann daher eine gute Empfindlichkeit und geringe Störanfälligkeit erreicht werden. Bei diesem Beispiel wird ein Ausgangssignal mit einem Impuls bei einer Wechseldrehung der Vibrationsplatte erzeugt.In this embodiment of a detection device, the parts 23 and 24 are arranged so that the maximum of the light intensity is reached when the vibrating plate 9 is in a horizontal position. As can also be shown with reference to FIG. 21, the vibration plate 9 can be prestressed up to the maximum angular amplitude R m. The advantages described above can thus also be exploited in this exemplary embodiment. By using the rectilinear parts of the curve in Fig. 20 (b), good sensitivity and low susceptibility to interference can be achieved. In this example, an output signal with a pulse is generated upon alternating rotation of the vibrating plate.

Im weiteren wird die Funktion des erfindungsgemäßen Durchflußmessers mit einer Karmán'schen Wirbelstraße anhand der Fig. 22 beschrieben, in der einige Funktionscharakteristiken eines Vibrators dargestellt sind. Generell schwingt ein Vibrator (vgl. z. B. Fig. 12) entsprechend der Freuqenz der Wirbel. Gemäß einer Fortbildung der Erfindung ist die Grundfrequenz der Torsionsschwingung definiert durch das Trägheitsmoment der Vibrationsplatte (Platte 9 in Fig. 12) und durch die Torsionsfederkonstante der Spannbänder (vgl. Spannbänder 10 a und 10 b z. B. in Fig. 12) Diese Torsionsschwingung sollte im wesentlichen gleich der niedrigsten Frequenz der Wirbel sein, die gemessen werden, wobei die Länge und Breite der Spannbänder und die Dimensionen der Vibrationsplatte usw. passend für den geforderten Zweck ausgewählt sind.The function of the flow meter according to the invention with a Karmán vortex street is described below with reference to FIG. 22, in which some functional characteristics of a vibrator are shown. In general, a vibrator (cf. e.g. Fig. 12) vibrates according to the frequency of the vertebrae. According to a development of the invention, the fundamental frequency of the torsional vibration is defined by the moment of inertia of the vibration plate (plate 9 in FIG. 12) and by the torsion spring constant of the tensioning straps (see tensioning straps 10 a and 10 b, e.g. in FIG. 12). This torsional vibration should be substantially equal to the lowest frequency of the vertebrae being measured, with the length and width of the straps and the dimensions of the vibrating plate, etc. properly selected for the required purpose.

Wenn eine Schwingungskraft mit vorgegebener Amplitude auf solchen ein Vibrationssystem einwirkt, erzeugt das System eine Frequenz wie in Fig. 22 dargestellt. Es kann grob gesagt werden, daß in Fig. 22(a) die Amplitude proportional zur Winkelfrequenz ω ansteigt und ihre Spitze bei der Resonanzfrequenz ω n erreicht. Im folgenden fällt die Amplitude im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat der genannten Winkelfrequenz, wobei diese Charakteristik durch die Größe der Dämpfung beeinflußt ist. Bei dieser Figur stellt die Ordinate ein Amplitudenverhältnis dar (dynamische Amplitude X/statistische Amplitude a _st) und die Abzisse stellt das Winkelfrequenzverhältnisse als dimensionslose Größe dar. Es ist experimentell ermittelt worden, daß das Ausmaß der Änderungen des Wirbeldrucks im wesentlichen proportional zum Quadrat der Durchflußgeschwindikeit fällt, wie in Fig. 22b dargestellt. Weil somit die Wirbelfrequenz proportional zur Durchflußgeschwindigkeit, ist, vermindert sich das Ausmaß der Änderung des Wirbeldrucks eventuell proportional zum Quadrat der Wirbelfrequenz.When a vibration force of a predetermined amplitude acts on such a vibration system, the system generates a frequency as shown in FIG. 22. It can be roughly said that in Fig. 22 (a) the amplitude increases in proportion to the angular frequency ω and peaks at the resonance frequency ω n. In the following, the amplitude falls in inverse proportion to the square of the angular frequency mentioned, this characteristic being influenced by the size of the damping. In this figure, the ordinate represents an amplitude ratio (dynamic amplitude X / statistical amplitude a _st ) and the abscissa represents the angular frequency ratio as a dimensionless quantity. It has been experimentally determined that the extent of changes in the vortex pressure is substantially proportional to the square of the flow rate falls as shown in Fig. 22b. Thus, because the vortex frequency is proportional to the flow rate, the amount of change in the vortex pressure may decrease in proportion to the square of the vortex frequency.

Die Resonanzfrequenz ω n des Vibrators ist gleich der niedrigsten Frequenz der Wirbel, und daher empfängt der Vibrator Schwingungskräfte, die proportional zum Quadrat der Frequenzen steigen. Somit ist die Amplitude der Vibrationsplatte des Vibrators im wesentlichen konstant, wie anhand der Fig. 22c gezeigt.The resonance frequency ω n of the vibrator is equal to the lowest frequency of the vortices, and therefore the vibrator receives vibrational forces that increase in proportion to the square of the frequencies. Thus, the amplitude of the vibrating plate of the vibrator is substantially constant, as shown in FIG. 22c.

In der Fig. 23 ist die Charakteristik des Ausgangssignals eines Durchflußmessers gemäß der Erfindung dargestellt. Im stationären Zustand hat das mit dem lichtempfangenden Teil detektierte Signal eine symmetrische Wellenform, relativ zu einem konstanten Gleichanteil DC. Dieser Gleichanteil DC korrespondiert mit einem Gleichgewichtszustand der Vibrationsplatte, wenn diese in Ruhe ist, wie in Fig. 23(A) gezeigt. Wenn in einem einschwingenden Zustand der zu messende Durchfluß abrupt steigt, erfolgt eine Resonanz bei einer Resonanzfrequenz, die durch die Masse der Vibrationsplatte des Vibrators und durch die Torsionsfederkonstante der Spannbänder festgelegt ist. Wenn z. B. der Fluß in einer Art und Weise, wie in Fig. 23(B) dargestellt, sich ändert, können hier keine Wirbel detektiert werden, da die Wellenform des Ausgangssignals ungeordnet ist. Es kann somit festgestellt werden, daß ein Resonanzpunkt in der Frequenzcharakteristik der Torsionsschwingung des Vibrators existiert, wie mit der unterbrochenen Linie in Fig. 22(A) gezeigt ist. In FIG. 23, the characteristic of the output signal is shown a flow meter according to the invention. In the stationary state, the signal detected with the light-receiving part has a symmetrical waveform, relative to a constant DC component. This DC component corresponds to a state of equilibrium of the vibrating plate when it is at rest, as shown in Fig. 23 (A). If the flow to be measured increases abruptly in a transient state, there is a resonance at a resonance frequency which is determined by the mass of the vibrating plate of the vibrator and by the torsion spring constant of the tensioning straps. If e.g. For example, if the flow changes in a manner as shown in Fig. 23 (B), no eddies can be detected here because the waveform of the output signal is disordered. It can thus be determined that there is a resonance point in the frequency characteristic of the torsional vibration of the vibrator, as shown by the broken line in Fig. 22 (A).

In der Fig. 24 sind eine Vibrationsplatte 9 und Spannbänder 10 a und 10 b dargestellt. Darüberhinaus ist Dämpfungsmaterial 36, wie z. B. ein gummiartiges visko-elastisches Material, im Bereich der Spannbänder 10 a und 10 b angeordnet. Experimente haben gezeigt, daß die Frequenzcharakteristik von Torsionsschwingungen eines mit solchen Dämpfungsmaterial versehenen Vibrators keinen definierten Resonanzpunkt haben, was mit der geraden Linie in Fig. 22(c) angedeutet ist. Es ergibt sich hieraus, daß, wenn ein solcher abrupter Wechsel des Durchflusses stattfindet, der Vibrator eine korrekte Wiedergabe des Wechsels im Wirbeldruck liefert. Es ist, wie in Fig. 23(B) gezeigt, eine ungeordnete Wellenform verhindert, wenn eine solche Änderung stattfindet, wodurch die Unmöglichkeit der Detektion von Wirbeln verhindert ist. Somit kann bei der Erfindung eine Resonanz des Vibrators 8 zumindest innerhalb des Bereichs der Wirbelfrequezen verhindert werden.In FIG. 24, a vibration plate 9 and tightening straps 10 a and 10 b are shown. In addition, damping material 36 , such as. B. a rubber-like visco-elastic material, arranged in the region of the straps 10 a and 10 b . Experiments have shown that the frequency characteristics of torsional vibrations of a vibrator provided with such damping material have no defined resonance point, which is indicated by the straight line in Fig. 22 (c). It follows from this that when such an abrupt change in flow occurs, the vibrator provides a correct representation of the change in vortex pressure. As shown in Fig. 23 (B), a disordered waveform is prevented when such a change takes place, thereby preventing the inability to detect vortices. In the invention, resonance of the vibrator 8 can thus be prevented at least within the range of the vortex frequencies.

Fig. 25 zeigt eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in der Fig. 24 dargestellten Anordnung darin, daß Kammern 17 a und 17 b total mit Dämpfungsmaterial 37 gefüllt sind. In diesen Kammern 17 a und 17 b sind die Spannbänder 10 a und 10 b angeordnet. Auch diese Konstruktion unterdrückt eine Resonanz bei der Torsionsschwingung des Vibrators und verhindert außerdem Biegeschwingungen in vertikaler oder horizontaler Richtung, die durch externe Schwingungen hervorgerufen sein können. Bei diesem Beispiel kann das Dämpfungsmaterial 37 beispielsweise Silikongummi sein. Fig. 25 shows a schematic representation of another embodiment. This embodiment differs from the arrangement shown in FIG. 24 in that chambers 17 a and 17 b are completely filled with damping material 37 . In these chambers 17 a and 17 b , the straps 10 a and 10 b are arranged. This construction also suppresses resonance in the torsional vibration of the vibrator and also prevents bending vibrations in the vertical or horizontal direction, which can be caused by external vibrations. In this example, the damping material 37 may be silicone rubber, for example.

Im weiteren wird anhand der Fig. 26 bis 28 ein Ausführungsbeispiel eines Durchflußmessers mit einer Karmán'schen Wirbelstraße beschrieben, wobei in der Fig. 26 die Wellenform von detektierten Wirbeln und in den Fig. 27 und 28 Schaltpläne zur Weiterverarbeitung des detektierten Signals in je einer Ausführungsvariante dargestellt sind. An exemplary embodiment of a flow meter with a Karmán vortex street is described below with reference to FIGS . 26 to 28, the waveform of detected eddies in FIG. 26 and circuit diagrams for further processing of the detected signal in one each in FIGS. 27 and 28 Design variants are shown.

In der Fig. 27 ist ein lichtaussehendes Teil 61, ein lichtempfangendes Teil 62, Pufferverstärker 631 und 633, eine Integrationsschaltung 632, eine Komparatorschaltung 634, Widerstände R 1, bis R 6, ein Kondensator C 1 und eine Diode D 1 gezeigt.In the Fig. 27 is a light-looking part 61, a light receiving portion 62, buffer amplifiers 631 and 633, an integration circuit 632, a comparator 634, resistors R 1, to R 6, a capacitor C 1 and diode D 1 shown.

Das Ausgangssignal des lichtempfangenden Teils 62 ist direkt dem Komparator 634 zugeführt. Außerdem ist dieses Signal über den Pufferverstärker 631 auf die Integratorschaltung 632 geführt. Das Ausgangssignal der Integratorschaltung 632 ist über den Pufferverstärker 633 auf einen zweiten Eingang der Komparatorschaltung 634 geführt. Die Komparatorschaltung 634 vergleicht die an ihren Eingängen anliegenden Signale und erzeugt in dem Fall, wenn sie übereinstimmen, ein Ausgangssignal. Im einzelnen weist das Ausgangssignal des lichtempfangenden Teils 62 eine sinusförmige Wellenform auf, die im wesentlichen symmetrisch zu einer Gleichspannung E₀ ist, welche wiederum mit einer konstanten Intensität des Lichts korrespondiert, die in einer Gleichgewichtsposition der Vibrationsplatte - in ihrer Ruhestellung -, hier dargestellt mit "a", in Fig. 26(B) erzeugt wird. Auf der anderen Seite ist das Ausgangssignal der Integratorschaltung 632 das gleiche Signal wie das Gleichspannungssignal E₀, dargestellt durch die unterbrochene Linie b in Fig. 26(B). Konsequenterweise ist es somit möglich, eine rechteckige Wellenform des Ausgangssignals als Antwort auf die Wirbelfrequenz aufgrund eines Vergleichs der Eingangssignale des Komparators zu bekommen und somit eine entsprechende Änderung der Wellenform in der Komparatorschaltung 634 durchzuführen. Da die lichtemittierenden Teile, die lichtempfangenden Teile, die optischen Glasfiberleitungen usw. generall unterschiedliche Charakteristiken haben und die Gleichspannung E₀ zur Gleichgewichtsposition der Vibrationsplatte korrespondiert, ändert sich das Ausgangssignal relativ zur Gleichspannung E₀, wie durch a′ in Fig. 26(B) angedeutet ist. Auf jeden Fall wird, wie vorher beschrieben, das Ausgangssignal a′ mit der Gleichspannung b′ verglichen, die durch Gleichrichtung erzeugt ist; hierdurch wird die Wellenform geändert. Es ist dadurch möglich, Wirbelfrequenzen sogar dann präzise zu detektieren, wenn die Gleichspannung E₀ sich ändert. Wenn die Gleichspannung E₀ in der Gleichgewichtsposition der Vibrationsplatte absinkt, was auf einem Abfall der Lichtintensität, beispielsweise hervorgerufen durch Verunreinigungen in den optischen Teilen inclusive der reflektierenden Oberfläche der Vibrationsplatte oder der Glasfiberleitungen beruhen kann, kann somit in gleicher Weise ein rechteckiges Ausganggssignal als Antwort auf die Wirbelfrequenzen abgeleitet werden. Es muß hierbei festgestellt werden, daß die Zeitkonstante der Integratorschaltung 632 vorzugsweise so groß als möglich gewählt ist. Wenn die Zeitkonstante klein ist, können kleine störende zusätzliche Wellen bei niedrigeren Wirbelfrequenzen zu einer Veränderung der Differenz zwischen dem Ausgangssignal "a" und dem Signal "b" führen, wodurch die Anordnung durch Störungen beeinflußbar ist. Konsequenterweise ist es wichtig, daß die Zeitkonstante größer ist als die niedrigste Frequenz der Wirbel. Um störende Effekte zu verhindern, ist es eventuell wünschenswert, eine Hysterese, wie sie in der Fig. 27 dargestellt ist, bei der Komparatorschaltung 634 vorzusehen, wie sie beispielsweise durch Widerstände R 5 und R 6 gebildet ist.The output signal of the light receiving part 62 is fed directly to the comparator 634 . In addition, this signal is fed to the integrator circuit 632 via the buffer amplifier 631 . The output signal of the integrator circuit 632 is fed via the buffer amplifier 633 to a second input of the comparator circuit 634 . Comparator circuit 634 compares the signals present at its inputs and, if they match, produces an output signal. In particular, the output signal of the light-receiving part 62 has a sinusoidal waveform which is essentially symmetrical to a DC voltage E ₀, which in turn corresponds to a constant intensity of the light, which is shown in an equilibrium position of the vibration plate - in its rest position - with "a" is generated in Fig. 26 (B). On the other hand, the output signal of the integrator circuit 632 is the same signal as the DC voltage signal E ₀ represented by the broken line b in Fig. 26 (B). It is consequently possible to obtain a rectangular waveform of the output signal in response to the swirl frequency on the basis of a comparison of the input signals of the comparator and thus to carry out a corresponding change in the waveform in the comparator circuit 634 . Since the light emitting parts, the light receiving parts, the optical fiber lines, etc. generally have different characteristics and the DC voltage E ₀ corresponds to the equilibrium position of the vibrating plate, the output signal changes relative to the DC voltage E ₀, as represented by a 'in Fig. 26 (B) is indicated. In any case, as previously described, the output signal a 'is compared with the direct voltage b ' generated by rectification; this will change the waveform. This makes it possible to precisely detect eddy frequencies even when the DC voltage E ₀ changes. If the DC voltage E ₀ drops in the equilibrium position of the vibrating plate, which can be due to a drop in the light intensity, for example caused by impurities in the optical parts including the reflecting surface of the vibrating plate or the glass fiber lines, a rectangular output signal can thus respond in the same way the vortex frequencies are derived. It must be noted here that the time constant of the integrator circuit 632 is preferably chosen to be as large as possible. If the time constant is small, small interfering additional waves at lower swirl frequencies can lead to a change in the difference between the output signal "a" and the signal "b" , whereby the arrangement can be influenced by interference. Consequently, it is important that the time constant be greater than the lowest frequency of the vertebrae. In order to prevent disturbing effects, it may be desirable to provide a hysteresis, as shown in FIG. 27, in the comparator circuit 634 , such as is formed by resistors R 5 and R 6 , for example.

Fig. 28 stellt einen Schaltplan einer geänderten Ausführungsform nach der Fig. 27 dar. In der Fig. 28 ist ein Verstärkerschaltkreis 635 vorhanden, der einen Differenzverstärker 635₂ und 635₃ aufweist. Ein veränderbarer Widerstand 635₄, dessen Widerstandswert sich vermindert, wenn die an ihm anliegende Spannung steigt, ist Bestandteil eines CDS-Optokopplers und wirkt im Sinne einer Regelung der Verstärkung des Verstärkers 635₃. Der Ausgang A des Pufferverstärkers 633 ist mit dem veränderbaren Widerstand 635₄ über einen Pufferverstärker 635₁ verbunden. Der Unterschied gemäß dieser Abänderung zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 27 liegt darin, daß die Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgangssignal "a" und der Gleichspannung "b", die vom Signal "a" über die Integratorschaltung 632 gewonnen ist, verstärkt wird, und gleichzeitig die Verstärkung des Verstärkers 632₃ automatisch durch die Amplitude der Spannung E₀ (A) des genannten Gleichspannungssignals b geregelt wird. Fig. 28 shows a circuit diagram of a modified embodiment of FIG. 27. In Fig. 28, an amplifier circuit 635 is present, which has a differential amplifier 635 ₂ and 635 ₃. A variable resistor 635 ₄, whose resistance value decreases when the voltage across it increases, is part of a CDS optocoupler and acts in the sense of regulating the gain of the amplifier 635 ₃. The output A of the buffer amplifier 633 is connected to the variable resistor 635 ₄ via a buffer amplifier 635 ₁. The difference according to this modification to the exemplary embodiment according to FIG. 27 is that the voltage difference between the output signal "a" and the direct voltage "b" , which is obtained from the signal "a" via the integrator circuit 632 , is amplified, and at the same time that Gain of the amplifier 632 ₃ is automatically controlled by the amplitude of the voltage E ₀ ( A ) of said DC voltage signal b .

Es kann somit zusammengefaßt werden, daß die Intensität des Lichts, das auf das lichtempfangende Teil 62 gelangt, durch Verunreinigungen in den optischen Teilen abgesenkt wird, und somit das Ausgangssignal des Teils 62 sich von "a" zu a′ ändert, wie in Fig. 26B dargestellt. Im einzelnen korrespondiert die Gleichspannung DC zur Lichtintensität bei einer im Gleichgewicht befindlichen Vibrationsplatte und vermindert sich somit von E₀ zu E₀′. Die Wechselspannung AC korrespondiert somit zu den Änderungen der Lichtintensität, hervorgerufen durch Schwingungen der Vibrationsplatte, und vermindert sich somit von "a" zu a′. Auf jeden Fall kann der Differenzverstärker 635₂ die Wirbelfrequenzen mit Sicherheit detektieren und dies sogar, wenn die Gleichspannung E₀ sich ändert, weil er entweder jeden Unterschied zwischen den Ausgangssignalen "a" und dem Gleichspannungssignal b oder die Differenz zwischen a′ und b′ verstärkt. Ebenso vermindert sich auch der Widerstand des veränderbaren Widerstands 635₄, wenn die Gleichspannung aufgrund einer Verminderung der Verstärkung des Verstärkers 635₃ fällt. Daraus folgt, daß eine Verminderung der Wechselspannung AC als Antwort auf die Wirbelfrequenz kompensiert werden kann. Demgemäß ist es möglich, die Verstärkung des Verstärkers 635₃ durch eine entsprechende Auswahl der Werte der Widerstände R 11 und R 12 und des Widerstands 635₄ zu regeln. Daher ist es möglich, sogar wenn die Lichtintensität fällt, eine stabile Detektion der Wirbelfrequenzen ohne Beeinflussung durch diese Verminderung durchzuführen. It can thus be summarized that the intensity of the light which reaches the light-receiving part 62 is reduced by impurities in the optical parts, and thus the output signal of the part 62 changes from "a" to a ' , as in Fig. 26B. Specifically, the DC voltage DC corresponds to the light intensity with a vibrating plate in equilibrium and thus decreases from E ₀ to E ₀ '. The AC voltage AC thus corresponds to the changes in the light intensity, caused by vibrations of the vibration plate, and thus decreases from "a" to a ' . In any case, the differential amplifier 635 ₂ can detect the eddy frequencies with certainty, even if the DC voltage E ₀ changes, because it either amplifies every difference between the output signals "a" and the DC voltage signal b or the difference between a ' and b ' . Likewise, the resistance of the variable resistor 635 ₄ decreases when the DC voltage drops due to a reduction in the gain of the amplifier 635 ₃. It follows that a reduction of the AC voltage AC can be compensated in response to the vortex frequency. Accordingly, it is possible to regulate the gain of the amplifier 635 ₃ by appropriate selection of the values of the resistors R 11 and R 12 and the resistor 635 ₄. Therefore, even if the light intensity falls, it is possible to carry out stable detection of the vortex frequencies without being affected by this reduction.

Es ist gezeigt, daß das Ausgangssignal des lichtempfangenden Teils 62 bei diesem Beispiel immer über den Pufferverstärker 631 auf die Integratorschaltung 632 geführt ist. Dies kann jedoch unterlassen werden, wenn die Impedanz, definiert durch den Widerstand R 4 und den Kondensator C 1 ausreichend größer ist als der Lastwiderstand R 2 des lichtempfangenden Teils.It is shown that the output signal of the light-receiving part 62 in this example is always fed to the integrator circuit 632 via the buffer amplifier 631 . However, this can be avoided if the impedance defined by the resistor R 4 and the capacitor C 1 is sufficiently larger than the load resistance R 2 of the light-receiving part.

In der Fig. 29 ist ein Motor 101 (beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine eines Automobils) mit einer Zuführungsleitung 102 dargestellt. Die Leitung 102 enthält einen Luftfilter 103 und ein weiteres Filterelement 104 sowie ein Einlaßrohr 105, eine Drosselklappe 106 und andere Elemente. Ein Rohr 108 bildet einen Teil des Einlaßrohres 105, wobei der Durchfluß durch das Rohr 108 durch einen Fußvergleichmäßiger 109 stabilisiert ist. Ein Durchflußmesser 107 mit Karmn'scher Wirbelstraße enthält einen Wirbelgenerator 2, der in das Rohr 108 zur Erzeugung der Wirbel eingefügt ist, einen Wirbeldetektor 4, der die Druckänderungen der erzeugten Wirbel in Lichtpulse als Antwort auf die Wirbelfrequenz umwandelt, sowie weitere Teile. Eine elektronische Schaltung 6 zur Umwandlung des Lichtsignals des Wirbeldetektors 4 in ein elektrisches Signal ist über Glasfiberleitungen 5 a und 5 b an den Wirbeldetektor angeschaltet. FIG. 29 shows a motor 101 (for example the internal combustion engine of an automobile) with a feed line 102 . The line 102 includes an air filter 103 and another filter element 104 as well as an inlet pipe 105 , a throttle valve 106 and other elements. A pipe 108 forms part of the inlet pipe 105 , the flow through the pipe 108 being stabilized by a foot equalizer 109 . A flow meter 107 with Karmnian vortex road contains a vortex generator 2 , which is inserted into the tube 108 for generating the vortex, a vortex detector 4 , which converts the pressure changes of the generated vortex into light pulses in response to the vortex frequency, and other parts. An electronic circuit 6 for converting the light signal of the vortex detector 4 into an electrical signal is connected to the vortex detector via glass fiber lines 5 a and 5 b .

Wie aus Fig. 30 ersichtlich, ist der Wirbeldetektor 4 aus Löchern 20 a und 20 b, einer Vibrationskammer 16, die mit den Löchern kommuniziert, und einer Vibrationsplatte 9, die Torsionsschwingungen in der Kammer 16 ausführt, gebildet. Die Löcher weisen Öffnungen 4 a und 4 b auf, die an gegenüberliegenden Seiten des Wirbelgenerators 2 parallel zum Fluß angeordnet sind und einer Hindurchführung der Druckschwankungen der Wirbel dienen.As seen from Fig. 30, the vortex detector 4 from holes 20 a and 20 b, a vibration chamber 16 which communicates with the holes, and a vibration plate 9, which performs torsional vibrations in the chamber 16 is formed. The holes have openings 4 a and 4 b , which are arranged on opposite sides of the vortex generator 2 parallel to the flow and serve to pass the pressure fluctuations of the vortex.

Die einen Enden der Glasfiberleitungen 5 a und 5 b sind so angeordnet, daß ihre optischen Achsen die Torsionsachse der Vibrationsplatte in einen bestimmten Winkel kreuzen. Die Enden der Leitungen 5 a und 5 b sind mit einem lichtaussendenden Teil 6 a und einem lichtempfangenden Teil 6 b versehen. Diese Elemente sind in einem Gehäuse 120 untergebracht. Ein Reinigungstück 122 enthält einen Begrenzer 124 und ein Filter 123. Die beschriebene Kammer ist über den Begrenzer 124 und das Filter 123 sowie durch eine Öffnung 121, welche im Gehäuse 120 nahe der lichtaussendenden Teile angeordnet ist, in Verbindung mit der Atmosphäre.The one ends of the glass fiber lines 5 a and 5 b are arranged so that their optical axes cross the torsion axis of the vibration plate at a certain angle. The ends of the lines 5 a and 5 b are provided with a light-emitting part 6 a and a light-receiving part 6 b . These elements are housed in a housing 120 . A cleaning piece 122 includes a limiter 124 and a filter 123 . The chamber described is in communication with the atmosphere via the limiter 124 and the filter 123 and through an opening 121 which is arranged in the housing 120 near the light-emitting parts.

Die Funktion der dargestellte Anordnung wird wie folgt beschrieben. Wenn beispielsweise Luft durch die Einführungsleitung 102 (vgl. Fig. 29) fließt und somit Wirbel auf der Seite der Öffnung 4 a des Wirbelgenerators 2 erzeugt (vgl. Fig. 30), wird damit der Druck auf der Seite der Öffnung 4 a geringer als der Druck auf der Seite 4 b. Wenn ein Paar solcher Wirbel erzeugt ist, bewirken solche Druckdifferenzen bei der Vibrationsplatte 9 eine Torsionsschwingung (entsprechend einer Wechselwirkung). Eine Änderung der Intensität des reflektierten Lichts, hervorgerufen durch die Verdrehung bei dieser Schwingung, wird durch das lichtempfangende Teil 6 b detektiert und durch die Glasfiberleitung 5 b zur Messung der Wirbelfrequenz übertragen. Somit ist die Menge der eingeflossenen Luft aus dieser Frequenz abzuleiten. Der Druck in der Kammer 26 ist hierbei geringer als der Atmosphärendruck, weil auf der Seite der Öffnung 4 a der Druck bekannterweise geringer als der Atmosphärendruck ist, und der Wirbelgenerator 2, der die Einführungsleitung auf der gegenüberliegenden Seite 4 b verengt, führt zu der Verminderung des Drucks auch auf der Seite der Öffnung 4 b.The function of the arrangement shown is described as follows. If, for example, air flows through the inlet line 102 (cf. FIG. 29) and thus produces vortices on the opening 4 a side of the vortex generator 2 (cf. FIG. 30), the pressure on the opening 4 a side is thus less than the pressure on page 4 b . When a pair of such vortices are generated, such pressure differences in the vibrating plate 9 cause torsional vibration (corresponding to an interaction). A change in the intensity of the reflected light, caused by the rotation during this vibration, is detected by the light-receiving part 6 b and transmitted through the glass fiber line 5 b for measuring the vortex frequency. The amount of air flowing in must therefore be derived from this frequency. The pressure in the chamber 26 is lower than the atmospheric pressure, because on the side of the opening 4 a the pressure is known to be lower than the atmospheric pressure, and the vortex generator 2 , which narrows the inlet line on the opposite side 4 b , leads to the reduction the pressure also on the side of the opening 4 b .

Demgemäß ist immer, wenn das Automobil gefahren und somit Luft angesaugt wird, der Druck in der Teilkammer 26 (vgl. auch Fig. 11) negativ. Mit anderen Worten wird, wenn nicht der Motor einen Rückschlag verursacht, Luft durch diesen Unterdruck angesaugt und dadurch die Innenseite des Einführungsrohrs in diesem negativen Druck gehalten, wodurch immer saubere Luft durch das Reinigungsteil 122 zu dem lichtsendenden Teil geführt wird und dieses somit gesäubert bzw. von Verunreinigungen von vornherein freigehalten wird. Wenn die gesäuberte Luft in der Einführungsleitung 102 durch die Löcher 20 a, 20 b und die Öffnungen 4 a, 4 b fließt, wird die Menge der Luft jedoch nicht gemessen. Wie auch immer, der Begrenzer 124f begrenzt die beschriebene Luftmenge auf weniger als 0,1% der insgesamt angesaugten Luft. Dadurch ist weder die Meßgenauigkeit noch die Erzeugung der Wirbel beeinflußt.Accordingly, whenever the automobile is driven and air is thus sucked in, the pressure in the partial chamber 26 (cf. also FIG. 11) is negative. In other words, if the motor does not cause a kickback, air is sucked in by this negative pressure and thereby the inside of the insertion tube is kept in this negative pressure, as a result of which clean air is always led through the cleaning part 122 to the light-emitting part and is thus cleaned or is kept free of contamination from the outset. If the cleaned air in the inlet line 102 flows through the holes 20 a , 20 b and the openings 4 a , 4 b , the amount of air is not measured. However, the limiter 124 f limits the amount of air described to less than 0.1% of the total air drawn in. As a result, neither the measurement accuracy nor the generation of the vortices is affected.

Claims

1. Flow meter with Karmnian vortex street for measuring the flow rate or the speed of a medium with

- A first pillar ( 2 a ) lying at the front in the flow direction, which has an isosceles, triangular cross section with a baseline running transversely to the flow direction, and with
- a second pillar ( 2 b ) lying in the flow direction, the cross section of which has an edge running parallel to the base line of the cross section of the first pillar ( 2 a ) at a predetermined distance ( 1 ),

characterized in that

- The second pillar ( 2 b ) has an isosceles, trapezoidal cross-section that
- The edge of the baseline of the trapezoidal cross-section of the second pillar ( 2 b ) is formed and that
- The opposite base lines of the first pillar ( 2 a ) and the second pillar ( 2 b ) are of equal length ( Fig. 4).

2. Flow meter according to claim 1,
characterized in that

the triangular cross section of the first pillar (2 a) ° having a vertical angle of 90 ° to 120,
- The same legs of the trapezoidal cross-section of the second pillar ( 2 b ) include an angle that is less than 40 °, and that
- The height h of the trapezoidal cross section of the second pillar ( 2 b ) lying in the flow direction is smaller than d / 2, where d is the length of the baseline and the first and second pillars ( 2 a , 2 b ) at a distance ( 1 ) are arranged from 0.2 to 0.3 × d.

3. Flow meter according to claim 1 or 2,
characterized in that

- The two side surfaces of the second pillar ( 2 b ) are each provided with an opening ( 4 a , 4 b ) through which pressure fluctuations due to the generated vortices are conducted ( Fig. 4).

4. Flow meter according to one of the preceding claims,
characterized in that

- For the measurement of the pressure fluctuations caused by the eddies of the Karmn vortex road, a vibrator ( 8 ) with a vibroplate ( 9 ) is present, which is acted upon by the pressure fluctuations and detects the frequency of the eddies from the oscillations caused by these pressure fluctuations
- The Virbrator ( 8 ) is arranged in a vibration chamber ( 16 ) and that
- the vibration plate (9) is in a mass balance relative to an axis through the centroid of Virbrationsplatte (9), whereby the vibrating plate can perform (9) torsional vibrations about the axis (FIG. 11).

5. Flow meter according to claim 4,
characterized in that

- The vibration plate ( 9 ) of a pair of straps ( 10 a , 10 b ) is worn ( Fig. 12).

6. Flow meter according to claim 4 or 5,
characterized in that

- The straps ( 10 a , 10 b ) are firmly clamped at their ends and are subjected to a mechanical tension.

7. Flow meter according to claim 6,
characterized in that

- Part of one of the tensioning straps ( 10 b ) is acted upon by the mechanical tension in the region of the fixed end,
- A spring ( 31 ) with a small spring constant is present at a support point in a chamber for enveloping the tensioning straps ( 17 a , 17 b ), which exerts pressure on the part of the tensioning strap ( 17 b ) ( Fig. 16).

8. Flow meter according to one of claims 4 to 7,
characterized in that

- The vibrator contains a vibrating plate ( 9 ) which is enclosed in a vibrating chamber ( 16 ), said vibrating plate ( 9 ) dividing the vibrating chamber ( 16 ) into two subspaces ( 26 ; 19 a , 19 b ), and that
- A first subspace ( 26 ) of the vibration chamber ( 16 ) is provided with a detection device for detecting the rotations of the vibration plate ( 9 ) and the other subspace ( 19 a , 19 b ) with insertion channels ( 4 a , 4 b ) for those to be measured Pressure fluctuations are provided, whereby the detection device ( 23, 24, 25 ... ) and the insertion channels are isolated from each other by the vibration plate ( 9 ) ( Fig. 18).

9. Flow meter according to claim 8,
characterized in that

- The second subspace is further divided into two subchambers ( 19 a , 19 b ), the axis of the vibrating plate ( 9 ) being symmetrical in the axis of symmetry of the second subspace, and that
- The subchambers ( 19 a , 19 b ) are alternately subjected to the pressure fluctuations ( Fig. 18).

10. Flow meter according to claim 8 or 9,
characterized in that

- The detection device has at least one light-emitting part ( 23 ), at least one light-receiving part ( 24 ) and light transmission parts connected to them, and that
- The light-emitting and light-receiving parts ( 23, 24 ) for detecting the oscillating rotation of the vibrating plate ( 9 ) are arranged opposite to each other, whereby the rotation of the vibrating plate ( 9 ) is detected by a change in the intensity of the reflecting light ( Fig. 18).

11. Flow meter according to claim 10,
characterized in that

- The open ends of the light-transmitting parts (glass fiber line 5 ) are arranged so that each end of the vibration plate ( 9 ) in the first sub-space ( 26 ) is opposite.

12. Flow meter according to claim 11,
characterized in that

- The surfaces of the open ends are arranged so that they are parallel to the vibrating plate ( 9 ) when the vibrating plate ( 9 ) is in its maximum rotational position, in which further rotation by the walls of the vibrating chamber ( 16 ) is prevented ( Fig. 15).

13. Flow meter according to one of claims 4 to 12, characterized in that

- The entire detection device is designed so that the natural vibrations (resonance frequency) of the vibrating plate ( 9 ) is substantially equal to the lowest expected frequency of the vortex.

14. Flow meter according to one of claims 4 to 13,
characterized in that

- The vibration plate ( 9 ) is damped.

15. Flow meter according to claim 14,
characterized in that

- The straps ( 10 a , 10 b ) are designed so that they themselves cause the damping.

16. Flow meter according to claim 15,
characterized in that

- The tensioning straps ( 10 a , 10 b ) are covered with a visco-elastic material, whereby the tensioning straps ( 10 a , 10 b ) receive a corresponding damping characteristic.

17. Flow meter according to claim 15,
characterized in that

- The chamber, which includes the straps ( 10 a , 10 b ), is filled with damping material.

18. Flow meter according to one of claims 10 to 17,
characterized in that

- A signal processing circuit for processing the detected signal is present, an integrator circuit ( 632 ) for integrating the output signal of the detection device ( 61, 62 ) and a comparator circuit ( 634 ) for comparing the output signal of the integrator circuit ( 632 ) with the output signal of the detection device ( 61 , 62 ) ( Fig. 27).

19. Flow meter according to claim 18,
characterized in that the signal processing circuit contains the following components:

- A differential amplifier ( 635 ₂) for amplifying the difference between the output signal of the integrator circuit ( 632 ) and the output signal of the detection device ( 61 , 62 ),
- A second amplifier ( 635 ₃) for further amplifying the output signal of the differential amplifier ( 635 ₂) and
- A gain control device ( 635 ₄) for controlling the gain of the second amplifier ( 635 ₃) depending on the output signal of the integrator circuit ( 632 ) and for compensating for amplitude reductions in the output signal of the detection device ( 61, 62 ) ( Fig. 28).

20. Use of a flow meter according to one of claims 4 to 19 for measuring the amount of air extracted from an automobile engine,
characterized by a combination of the following features:

- There is a pillar arrangement ( 2 ) from the first and the second pillars ( 2 a , 2 b ) in a path in the intake pipe ( 102 ) of the engine ( 101 ),
- The vibrator ( 8 ) with the torsional vibrations vibrating plate ( 9 ) is arranged so that the vibrating plate ( 9 ) is caused to vibrate by the generated vortex and a detection device ( 4 ) for optical detection of the rotations of the vibrating plate ( 9 ) is effective ,
- In addition, there is an arrangement for cleaning the intake air and for limiting this air to a predetermined amount and
- An optical arrangement which contains the vibrator ( 8 ) and the detection device ( 4 ) and is supplied with the cleaned air ( Fig. 29).