DE3301855A1

DE3301855A1 - Verfahren zur messung der geschwindigkeit stroemender medien sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3301855A1
Application number: DE19833301855
Authority: DE
Inventors: Georg F. Dipl.-Wirtsch.-Ing. 5787 Olsberg Rump
Original assignee: Oventrop Sohn KG F W
Current assignee: Oventrop Sohn KG F W
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3301855C2

Description

Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit
strömender Medien sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Es ist bekannt, die Geschwindigkeit strömender Medien, beispielsweise von Flüssigkeiten oder Gasen, durch mechanische Aufnehmer, beispielsweise Flügelräder oder dergleichen, zu messen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist hiervon ausgehend, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 bezeichneten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, über die Messung und Auswertung von geschwindigkeitsspezifischen Schwingungen die Geschwindigkeit strömender Medien zu erfassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß an oder nahe einem Meßpunkt durch das fluide Medium geschwindigkeitsspezifische Schwingungen erzeugt, diese erfaßt und in elektrische Impulse umgewandelt werden, diese Impulse elektrisch miteinander bzw. mit medienspezifischen Daten verknüpft und quantitativ definierten Geschwindigkeitswerten zugeordnet werden.
Grundsätzlich liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die Geschwindigkeit strömender Medien bzw.
Geschwindigkeit von in strömenden Medien bewegten Körpern durch zum Beispiel Geräuschmessung erfaßt werden kann, wenn zunächst an oder nahe einem Meßpunkt eine für die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit spezifische Schwingung erzeugt wird. Diese Schwingung kann im hörbaren oder auch nicht hörbaren Bereich liegen.
Durch geeignete Aufnehmer können die so erzeugten spezifischen Schwingungswerte hinsichtlich ihrer Frequenz und Amplitude erfaßt und nachfolgend in elektrische Impulse umwandelt werden. Die Umwandlung in elektrische Impulse erfolgt zu dem Zweck, daß die erfaßten Meßgrößen auf einfache Art und Weise einer Datenverarbeitung zugeführt und dort verarbeitet werden können.
Die durch die Schwingungen erzeugten Impulse werden dazu miteinander bzw. mit medienspezifischen Daten, beispielsweise Art und Dichte des Mediums, verknüpft und genau definierten Geschwindigkeitsmeßdaten zugeordnet.
Um einen genauen Geschwindigkeitsmeßwert zu erhalten, ist die Verknüpfung der Schwingungsmeßwerte und der medienspezifischen Daten notwendig. Deren Ergebnis ermöglicht eine Zuordnung zu bestimmten, beispielsweise empirisch ermittelten, Skalenmeßwerten.
Vorteilhafterweise werden die erfaßten Daten in einem Mikrocomputer gespeichert. Darüber hinaus ist zweckmäßig, daß die jeweiligen Ist-Daten erfaßt und nach Umwandlung in elektrische Signale mit abgespeicherten charakteristischen Daten im Mikrocomputer verglichen werden, so daß hieraus die effektiven Geschwindigkeitsmeßdaten errechnet werden können. Diese Daten können auch auf einer Anzeige angezeigt werden.
Die Anzeige kann analog oder digital erfolgen.
Um Meßfehler zu vermeiden bzw. möglichst hohe Meßgenauigkeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung an mehreren, Abstand voneinander aufweisenden Meßstellen gemessen wird.
Vorteilhafterweise wird dabei zur Erzielung einer möglichst großen Meßgenauigkeit an mehreren Stellen in der Nähe des schwingungserzeugenden Organs gemessen.
Insbesondere bei Gasen ist vorteilhaft, wenn zusätzlich die Temperatur und/oder der Druck dieses Mediums an der Meßstelle erfaßt und in elektrische Impulse umgewandelt wird. Diese elektrischen Impulse bzw. Signale werden mit den Impulsen bzw. Signalen der Schwingungsmeßwerte verknüpft und quantitativ definierten Geschwindigkeitsmeßwerten zugeordnet.
Bei flüssigen Medien, insbesondere bei Wasser, kann in bestimmten Temperaturbereichen eine Erfassung der Temperatur und des absoluten Druckes entfallen.
Vorteilhaft ist weiter, daß bei Messungen in Rohrleitungen und dergleichen mittels der ermittelten geschwindigkeitsspezifischen Daten bzw. Geschwindigkeitswerte und zusätzlicher charakteristischer Anlagedaten, zum Beispiel dem Rohrquerschnitt, der augenblickliche Stoffmengendurchsatz errechnet wird.
Durch Aufsummierung dieser Daten über der Zeit ist das durchgeströmte Medienvolumen bzw. der zurückgelegte Medienweg bzw. der Weg eines im Medium bewegten Körpers zu bestimmen.
Weiterhin ist möglich und vorteilhaft, daß durch Verknüpfung mit Temperaturmeßdaten bzw. den diesen entsprechenden elektrischen Impulsen der augenblickliche Wärmemengendurchsatz errechnet wird.
Eine Aufsummierung über die Zeit ermöglicht die Erfassung der durchgeströmten Wärmemenge.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die geschwindigkeitsspezifischen Schwingungen durch in das strömende Medium ortsfest eingesetzte Schwingkörper, zum Beispiel Blenden, Ventile, schwingfähige Stäbe bzw. Querschnittsverjüngungen, erzeugt werden.
Dabei ist eine höhere Meßgenauigkeit bzw. eine höhere Meßempfindlichkeit zu erreichen, wenn bei wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten die Schwingfähigkeit der Schwingkörper den Strömungsgeschwindigkeiten angepaßt wird, indem der Öffnungsgrad der Blenden, Ventile oder Querschnittsverjüngungen bzw. die Länge der schwingfähigen Stäbe verändert wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß die Anpassung der Schwingfähigkeit durch die Strömungsgeschwindigkeit selbst bzw. durch aus ihr abgeleitete Regel- bzw. Stellgrößen erfolgt.
Hierzu ist zu bemerken, daß bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine geringe Schwingfähigkeit des Schwingkörpers ausreicht, während bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten eine große und sensible Schwingfähigkeit notwendig ist.
Das vorgeschlagene Verfahren eröffnet eine neue Möglichkeit, insbesondere Geschwindigkeiten, Wege und geströmte Volumina in Rohrleitungen zu messen und aufzuzeichnen.
Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien in Rohrleitungen oder dergleichen mit dem Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche dadurch aus, daß zur Erzeugung geschwindigkeitsspezifischer Schwingungen in die Rohrleitung Blenden, Ventile, schwingfähige Stäbe bzw. Querschnittsverjüngungen eingeschaltet oder eingebaut sind und zur Erfassung der so erzeugten Schwingungen in insbesondere unmittelbarer Nähe des erzeugenden Organes Aufnehmer, zum Beispiel ein Mikrophon, oder eine unmittelbar vom Medium beaufschlagbare Druckdose angeordnet sind.
Auf diese Weise ist es nicht immer notwendig, in die Rohrleitung einen Aufnehmer einzubauen, sondern es reicht aus, wenn außenseitig der Rohrleitung ein Mikrophon angebracht wird. Dies ist insbesondere zur Nachrüstung vorhandener Anlagen vorteilhaft, weil in diesen Anlagen ohnehin Blenden, Ventile oder sonstige Schwingungserzeuger eingebaut sind, und als Aufnehmer lediglich zusätzlich ein geeignetes Mikrophon angeordnet werden muß. Selbstverständlich sind auch andere Aufnehmer geeignet. So kann beispielsweise bei schwingfähigen Stäben oder auch Druckmeßdosen unmittelbar die Schwingung des durch das strömende Medium erregten Stabes bzw. der erregten Membran abgenommen und in elektrische Signale umgewandelt werden.
Eine Variante einer Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien bzw. der Geschwindigkeit von in strömenden Medien bewegten Körpern gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren besteht darin, daß ein ortsfest bzw. am umströmten Körper gehalterter Schwingkörper in dem strömenden Medium angeordnet ist, der durch die Strömungsgeschwindigkeit in Schwingungen versetzbar ist, und daß ein die geschwindigkeitsspezifischen Schwingungen erfassendes Organ in unmittelbarer Nähe des Schwingkörpers angeordnet bzw. mit diesem elektrisch oder mechanisch verbunden ist.
Vorteilhaft ist dabei, daß der Öffnungsgrad der Blende bzw. Querschnittsverjüngung bzw. die freie Länge eines einseitig eingespannten schwingfähigen Stabes insbesondere selbständig in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für verschiedene Meßbereiche veränderbar ausgebildet ist.
Auf diese Weise ist je nach Geschwindigkeitsbereich eine Änderung der Schwingungscharakteristik des sclingfähieen Organes möglich, so daß auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine große Auflösung bzw. eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen ist.
Zweckmäßig ist dabei, daß die Öffnungsstellung des die geschwindigkeitsspezifische Schwingung erzeugenden Ventils durch einen Aufnehmer erfaßbar ist.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß jedem Aufnehmer bzw.
Schwingungserfassungsor gan ein Wandler zugeordnet ist, mittels dessen die erfaßten Meßdaten in elektrische Impulse wandelbar sind, um eine unmittelbare Verarbeitung dieser Daten in einem nachgeordneten Mikrocomputer zu ermöglichen.
Auf diese Weise können die Stellungen der entsprechenden Schwingungserfassungsorgane mit in die Datenverarbeitung einbezogen werden, um nach entsprechender Verknüpfung der Einstell- und Meßdaten einen genauen Meßwert zu erhalten.
Vorteilhaft ist weiter, daß zur Erfassung der erzeugten Schwingungen mindestens eine der nachstehenden Erfassungsanordnungen vorgenommen ist: Erfassungsorgan in Strömungsrichtung vor dem Erzeugungsorgan; Erfassungsorgan am Erzeugungsorgan; Erfassungsorgan in Strömungsrichtung hinter dem Erzeugungsorgan.
Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit können auch mehrere dieser Möglichkeiten gleichzeitig angewandt werden.
Um auch den Mediendruck in die Datenverarbeitung mit einbeziehen zu können, ist vorteilhaft, daß alternativ oder zusätzlich als Erfassungsorgane Druckmeßgeräte eingebaut sind, und zwar insbesondere bei Rohrleitungen in der Rohrleitungswa ndung.
Zur Erfassung der Temperatur ist vorteilhaft, daß bei Rohrleitungen Temperaturmeßfühler in der Nähe bzw. an den Schwingungs- bzw. Druckmeßpunkten im strömenden Medium angeordnet sind.
Von besonderem Vorteil ist, wenn ein zentraler Mikrocomputer vorgesehen ist, in den die erhaltenen Meßwerte in digitaler Form einzeln oder zusammengefaßt eingelesen werden und der die Meßwerte mit Systemkonstanten, zum Beispiel Medienkonstanten, Leitungsabmessungen und dergleichen verknüpft, die so erhaltenen Daten über der Zeit aufsummiert und gegegebenenfalls speichert und/oder anzeigt, und zwar digital oder analog.
Die Vorrichtung ermöglicht so die einfache Erfassung von Mediengeschwindigkeit, Weg, Durchflußvolumen und transportierter Wärmemenge.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines vereinfachten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Zeichnmgsfigur zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Zentralheizungsanlage, die nur im Ausschnitt gezeigt ist.
Durch ein Vorlauf-Rohr 1 und ein Rücklauf-Rohr 2 fließt jeweils in Pfeilrichtung ein Warmwasserstrom.
In die Rohrwandungen der Rohre 1,2 sind Temperaturfühler 3,4 flüssigkeitsdicht eingebaut, so daß die Vorlauf- und die Rücklauftemperatur erfaßt werden kann.
In das Rücklaufrohr 2 ist zudem eine Blende 5 eingebaut, durch die der Rücklaufstrom hindurchströmen kann.
An der Wandung des Rohres 2 ist desweiteren ein Schwingungsaufnehmer 6 in unmittelbarer Nähe der Blende 5 installiert.
Schließlich ist noch eine zentrale Meßwertverarbeitung 7, beispielsweise in Form eines Mikrocomputers 7 vorgesehen.
Die Meßwertverarbeitung 7 ist so programmiert, daß sämtliche medienspezifischen Daten ebenso wie die charakteristischen Daten des Rohrleitungssystems und die Meßzeit bei der Auswertung erfaßter Meßdaten berücksichtigt sind.
In die Meßwertverarbeitung 7 werden dievon den Temperaturfühlern 3,4 erfaßten Daten eingespeist, und zwar in datenverarbeitbarer Form.Desweiteren werden die durch die Blende 5 erzeugten Schwingungen, die geschwindigkeitscharakteristisch sind, vom Aufnehmer 6 erfaßt, in datenverarbeitbare Impulse bzw. Signale umgewandelt und in die Meßwertverarbeitung 7 eingespeist.
Die Meßwertverarbeitung 7 übernimmt die Verknüpfung, Zuordnung und Auswertung der Meßsignale bzw. -daten, speichert diese und bringt sie gegebenenfalls auf einem nicht gezeigten Display zur Anzeige. Es kann so beispielsweise die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers, das durchgeströmte Volumen und die abgegebene Wärmemenge ermittelt und angezeigt werden.
Die ermittelten Ergebnisse können selbstverständlich in geeigneter Form- aufgezeichnet werden, zum Beispiel durch einen der Meßwertverarbeitung 7 nachgeordneten Drucker oder Schreiber.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien, nämlich Flüssigkeiten oder Gase, bzw. der Geschwindigkeit von in fluiden Medien, nämlich Flüssigkeiten oder Gasen, bewegten Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß an oder nahe einem Meßpunkt durch das fluide Medium geschwindigkeitsspezifische Schwingungen erzeugt, diese erfaßt und in elektrische Impulse umgewandelt werden, diese Impulse elektrisch miteinander bzw. mit medienspezifischen Daten verknüpft und quantitativ definierten Geschwindigkeitswerten zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Daten in einem Mikrocomputer gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Ist-Daten erfaßt und mit abgespeicherten charakteristischen Daten im Mikrocomputer vergleichen werden, daß hieraus die effektive Geschwindigkeit errechnet und angezeigt wird
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere in Strömungsrichtung an mehreren, Abstand voneinander aufweisenden Meßstellen gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gasen zusätzlich die Temperatur und/oder der Druck an der Meßstelle erfaßt und in elektrische Impulse umgewandelt wird, diese mit den Impulsen der Schwingungsmeßwerte verknüpft und quantitativ definierten Geschwindigkeitswerten zugeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Messungen in Rohrleitungen und dergleichen mittels zusätzlicher charakteristischer Anlagedaten, zum Beispiel dem Rohrquerschnitt, der augenblickliche Stoffmengendurchsatz errechnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfung mit Temperaturmeßdaten bzw. den diesen entsprechenden elektrischen Impulsen der augenblickliche Wärmemengendurchsatz errechnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten über die erfaßte Meßzeit aufsummiert und gespeichert werden und das Ergebnis angezeigt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwindigkeitsspezifischen Schwingungen durch in das strömende Medium ortsfest eingesetzte Schwingkörper, zum Beispiel Blenden, Ventile, schwingfähige Stäbe bzw. Querschnittsverjüngungen, erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten die Schwingfähigkeit der Schwingkörper den Strömungsgeschwindigkeiten angepaßt wird, indem der Öffnungsgrad der Blenden, Ventile oder Querschnittsverjüngungen bzw. die Länge der schwingfähigen Stäbe verändert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Schwingfähigkeit durch die Strömungsgeschwindigkeit selbst bzw. durch aus ihr abgeleitete Regel- bzw. Stellgrößen erfolgt.
12. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien in Rohrleitungen oder dergleichen mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung geschwindigkeitsspezifischer Schwingungen in die Rohrleitung Blenden (5), Ventile, schwingfähige Stäbe bzw. Querschnittsverjüngungen eingeschaltet sind und zur Erfassung der so erzeugten Schwingungen in insbesondere unmittelbarer Nähe des erzeugenden Organes Aufnehmer (6), zum Beispiel ein Mikrophon oder eine unmittelbar vom Medium beaufschlagbare Druckdoseangeordnet sind.
13. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien bzw. der Geschwindigkeit von in strömenden Medien bewegten Körpern gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein ortsfest bzw. am umströmten Körper gehalterter Schwingkörper (z.B. 5) in dem strömenden Medium angeordnet ist, der durch die Strömungsgeschwindigkeit in Schwingungen versetzbar ist, bzw. das strömende Medium in Schwingungen versetzt, und daß ein die geschwindigkeitsspezifischen Schwingungen erfassendes Organ (6) in unmittelbarer Nähe des Schwingkörpers (z.B. 5) angeordnet bzw.

mit diesem elektrisch bzw. mechanisch verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad der Blende (5) bzw. Querschnittsverjüngung bzw. die freie Länge eines einseitig eingespannten schwingfähigen Stabes, insbesondere selbständig, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für verschiedene Meßbereiche veränderbar ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die- Öffnungsstellung des die geschwindigkeitsspezifische Schwingung erzeugenden Organes durch einen Aufnehmer erfaßbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Aufnehmer (6) bzw. Schwingungserfassungs-Organ ein Wandler zugeordnet ist, mittels dessen die erfaßten Meßdaten in elektrische Impulse wandelbar sind, um eine unmittelbare Verarbeitung dieser Daten in einem nachgeordneten Mikrocomputer (z.B. 7) zu ermöglichen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der erzeugten Schwingungen mindestens eine der nachstehenden Erfassungsanordnungen vorgenommen ist: Erfassungsorgan in Strömungsrichtung vor dem Erzeugungsorgan; Erfassungsorgan am Erzeugungsorgan; Erfassungsorgan in Strömungsrichtung hinter dem Erzeugungsorgan.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ oder zuzusätzlich als Erfassungsorgane Druckmeßgeräte eingebaut sind, und zwar insbesondere bei Rohrleitungen in der Rohrleitungswandung.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturmeßfühler (3,4) in der Nähe bzw. an den Schwingungs- bzw.

Druckmeßpunkten im strömenden Medium angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Mikrocomputer (z.B. 7) vorgesehen ist, in den die erhaltenen Meßwerte in digitaler Form einzeln oder zusammengefaßt eingelesen werden und der die Meßwerte mit Systemkonstanten, zum Beispiel Medienkonstanten, Leitungsabmessungen und dergleichen verknüpft, die so erhaltenen Daten über der Zeit aufsummiert und gegebenenfalls speichert und/oder anzeigt, und zwar -digital oder analog.