DE3430835A1

DE3430835A1 - Vorrichtung zum messen der stroemungsgeschwindigkeit von gasfoermigen oder fluessigen medien

Info

Publication number: DE3430835A1
Application number: DE19843430835
Authority: DE
Inventors: Dieter 2000 Hamburg Bliesener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-27
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3430835C2

Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigen oder flüssigen Medien mit einer in die Leitung für den Medienstrom einfügbaren Einrichtung zum Erzeugen eines Wirk- oder Staudruckes und einem Weggeber mit einem vom Wirk- oder Staudruck gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren Stellglied.
Bei der Messung der Strömungsgeschwindigkeit von in Leitungen fließenden Medien bedient man sich des Wirk- oder Staudruckverfahrens.
Bei diesem Verfahren wird an einer in die Leitung eingebauten Drosselstelle (Blende, Düse) oder an einem Staukörper (Prandtlsches Staurohr) ein Differenzdruck abgenommen, zu dem die Strömungsgeschwindigkeit quadratisch proportional ist. Zur Umwandlung des erzeugten Differenzdruckes in eine lineare Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Masse des Medienstromes wirkt bei dem eingangs beschriebenen und aus der US-PS 2 692 501 bekannten Mengenmesser für Flüssigkeiten der Differenzdruck auf eine Membran ein, die auf der einen Seite den Kern eines Elektromagneten trägt und auf der anderen Seite von einer Schraubenfeder mit quadratischer Kennlinie beaufschlagt ist.
Die Eintauchtiefe des Kernes in den von einem Wechselstrom durchflossenen Elektromagneten verändert den induktiven Widerstand der Magnetspule, der wegen der quadratischen Kennung der Schraubenfeder zur strömenden Flüssigkeitsmenge linear proportional ist und als Maß für die zu ermittelnde Flüssigkeitsmenge dient. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist - nachdem es schon zum Stand der Technik gehört, die beim angewandten Meßprinzip maßgebende Beziehung: Durchflußgeschwindigkeit proportional Quadratwurzel aus Differenzdruck, elektrisch zu radizieren - die Verwendung einer Feder mit quadratischer Kennlinie. Eine derartige Feder charakteristik ist in der Serienfertigung nur mit grober Näherung zu erhalten, so daß die mit einer derartigen Feder ausgerüsteten Geräte Jeweils über den gesamten Meßbereich geeicht werden müssen, was sehr arbeitsintensiv ist.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit mn gasförmigen oder flüssigen Medien zu schaffen, die nicht nur einfach in ihrem Aufbau ist, sondern auch bei Serienfertigung mit hinreichender Genauigkeit die gewünschten Angaben liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebe- nen Art dadurch gelöst, daß die Feder als an zwei Punkten frei aufliegende Blatt-oder Stabfeder ausgebildet ist, das Stellglied an der Feder vorzugsweise in der Mitte zwischen den Auflagepunkten angreift und in der Biegebene der Feder eine Kurvenbahn angeordnet ist, auf der die Feder bei punktförmiger Belastung sich in den Berührungspunkten tangential zur Jeweiligen Biegelinie abstützt und die die Federsteife bestimmende freie Biegelänge der Feder so ändert, i die Verstellung des Stellgliedes aus der Null-Lage im Weggeber eine zur Strömungsgeschwindigkeit linear proportionale Meßgröße ergibt.
Bei der Durchflußmessung mit einer Vorrichtung nach der Erfindung wirkt der an der Drosselstelle herrschende Differenzdruck auf das Stellglied ein, das die in der Ruhestellung im wesentlichen unbelastete Blatt- oder Stabs ender in Abhängigkeit vom Differenzdruck durchbiegt. Dabei ändert der Teil des Stellgliedes, der im Wirkungsbereich des Elektromagnetfeldes liegt und vorzugsweise als Schalenkern einer Magnetspule ausgebildet ist, seine Lage sowie die zur Verschiebung des ferromagnetischen Kernes und damit zur Durchbiegung der Blattfeder linear proportionale Induktivität der Magnetspule. Die Größe der Induktivitätsänderung dient als Maß für die Durchflußmenge und kann z. B. über eine Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines entsprechenden digitalen oder analogen Signales herangezogen werden.
Durch die Verwendung einer Blatt- oder Stabfeder, die an zwei Punkten einer Kurvenbahn frei aufliegt, mit linearer Kennlinie und die Verringerung des kætandes der Auflagepunkte beim Durchbiegen der Feder wird erreicht, daß das Gesamtsystem Feder/Kurvenbahn effektiv eine quadratische Federkennlinie ergibt und damit die Durchbiegung der Feder bzw.
die Verschiebung des Stellgliedes proportional zur Durchflußmenge ist. Dabei läßt sich die Kontur der Kurvenbahn aus den Formeln der Federkennlinie und der Biegelinie eines Trägers auf zwei Stützen mit punktförmiger Belastung entsprechend dem Angriffspunkt des Stellgliedes an der Feder mathematisch ermitteln und mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen mit der geforderten Genauigkeit herstellen.
Bei einer bevorzugten Ausfübungsform der Erfindung hat es sich bewährt, daß sich die Blatt-oder Stabs ender durch eine Querbohrung im Stellglied erstreckt, das innerhalb dieser Bohrung mit einer konvexen Wölbung punkt- oder linienförmig auf die Feder einwirkt.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Kurvenbahn als am Stellglied befestigtes Druckelement ausgebildet, das die vom Wirk- oder Staudruck ausgehenden Kräfte unter gleichzeitiger Verschiebung des Stellgliedes auf die Feder überträgt.
Zur Verringerung der Baumaße der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Querschnitt der Blatt- oder Stabfeder in deren Mitte größer als an deren Enden sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden noch an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen in Fig. 1 eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigen oder flüssigen Medien schematisch im Schnitt dargestellt ist, während Fig. 2 ebenfalls im Schnitt in schematischer Teilansicht eine andere Augestaltung der bei der Erfindung verwendeten Kurvenbahn zeigt.
Im Grundkörper eines Gehäuses 10 aus Spritzguß ist eine Durchgangsbohrung mit einer Drossel stelle 1 in Form einer Venturidüse und zwei Rohrstutzen 11 vorgesehen, an die die Leitung angeschlossen werden kann, durch die das Medium strömt, dessen Strömungsgeschwindigkeit und damit dessen Masse gemessen werden soll. Dieses Medium strömt in Richtung des Pfeiles A durch die Drosselstelle 1, wobei die Durchgangsbohrung zwei Kanäle 2 und 3, die in Strömungsrichtung gesehen vor und im engsten Querschnitt der Drosselstelle 1 angeordnet sind, aufweist. Diese Kanäle 2 und 3 stehen mit zwei Kammern 12 und 13 in Verbindung, die durch eine in der Gehäusewandung flüssigkeits- und gasdicht eingespannte embran 4 voneinander getrennt sind. An der Membran 4 ist ein Stellglied 5 gehalten, dessen freies Ende den ferromagnetischen Schalenkern 7 einer Magnetspule 8 trägt, die über die An- schlüsse 15 in einen Schwingkreis z. B.
den frqRenzbestimmenden Teil einer nicht dargestellten Oszillatorschaltung einbezogen ist. Durch eine Querbohrung 14 im Stellglied 5 erstreckt sich eine Blatt-oder Stabs ender 6, die eine lineare Kennlinie hat und mit ihren Enden frei und punktförmig auf einer Kurvenbahn 9 im Gehäuseinneren aufliegt. Die Kurvenbahn 9 hat eine Kontur, die in den Auflagepunkten tangential zur jeweiligen Biegelinie der Blatt- oder Stabs ender 6 bei punktförmiger und mittiger Belastung verläuft. Der Abstand der Auflagepunkte ändert sich dabei derart, daß die Durchbiegung der Blatt- oder Stabs ender 6, d. h. die Verstellung des Stellgliedes 5 aus der Null-Lage quadratisch proportional zur Federlast bzw. zum Differenzdruck an der Drosselstelle 1 ist. Um die punkt- oder linienförmige Belastung auf die Feder aufzubringen, weist die Querbohrung 14 des Stellgliedes 5 eine konvexe Wölbung 16 auf.
Im folgenden wird noch kurz die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung beschrieben; Das durch die Drosselstelle 1 strömende Medium bewirkt eine Veränderung des in den Kanälen 2 und 3 und somit in den Kammern 12 und 13 auf beiden Seiten der Membran 4 herrschenden statischen Druckes, wodurch auf das Stellglied 5 eine Kraft in Richtung auf die Magnetspule 8 ausgeübt wird. Diese Kraft, die quadratisch proportional zur Masse des die Drosselstelle 1 passierenden Mediums ist, drückt die Wölbung 16 in der Querbohrung 14 des Stellgliedes 5 gegen die Blatt- oder Stabfeder 6, die somit durchgebogen wird. Dadurch dringt der Schalenkern 7 am freien Ende des Stellgliedes 5 entsprechend der Durchbiegung der Blatt- oder Stabs ender 6 in den Wirkungsbleich der Magnetspule 8 ein und verändert deren Induktivität. Die Induktivitätsänderung ist linear proportional zur Größe der Verschiebung des Schalenkernes 7 bzw. der Durchbiegung der Blatt- oder Stabs ender 6. Während der Durchbiegung dieser Feder 6 verringert sich der Abstand zwischen ihren Auflagepunkten auf der Kurvenbahn 9. Dies hat zur Folge, daß das von der Feder 6 und der Kurvenbahn 9 gebildete System das Verhalten einer Feder mit quadratischer Kennlinie zeigt. Folglich ist die Durchflußmenge an der Drosselstelle 1 in der Größe linear proportional zur Durchbiegung der Blatt- oder Stabs ender 6 und damit der Induktivitätsänderung der Magnetspule 8.
Diese Induktivitätsänderung bewirkt eine Änderung der Schwingungsfrequenz des Oszillators, die digital ausgelesen und z. B. in l/h geeicht wird.
Die Induktivitätsänderung der Magnetspule 8 kann auch als analoge Größe z. B. in l/h angezeigt werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung unterscheidet sich von der im Vorstehenden in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen nur dadurch, daß die Kurvenbahn als am Stellglied 5 befestigtes Druckelement 17 ausgebildet ist, die Enden der Blatt- oder Stabs ender 6 auf Endlagern 18 am Gehäuse 10 aufliegen und diese Feder 6 am Scheitelpunkt der Kurvenbahn, d. h. im Achsbereich des Stellgliedes 5 frei anliegt oder befestigt ist.
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Claims

Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigen oder flüssigen Medien flüssigen Medien Patentansprüche: tß Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von gasförmigen oder flüssigen Medien mit einer in die Zeitung für den Medienstrom einfügbaren Einrichtung zum Erzeugen eines Wirk- oder Staudruckes und einem Weggeber mit einem vom Wirk-oder Staudruck gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) als an zwei Punkten (18) frei aufliegende Blatt- oder StabSeder ausgebildet ist, das Stellglied (5) an der Feder (6) vorzugsweise in der Mitte zwischen den Auflagepunkten (8) angreift und in der Biegebene der Feder (6) eine Kurvenbahn (9, 17) angeordnet ist, auf der die Feder (6) bei punktförmiger Belastung sich in den Berührungspunkten tangential zu ihrer jeweiligen Biegelinie abstützt und die die Federsteife bestimmende freie Biegelänge der Feder (6) so ändert, daß die Verstellung des Stellgliedes (5) aus der Null-Lage im Weggeber (7, 8) eine zur Strömungsgeschwindigkeit linear proportionale Meßgröße ergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagepunkte der Feder (6) auf der Kurvenbahn (9) liegen, die in den Auflagepunkten tangntial zur jeweiligen Biegelinie der Feder (6) bei punktförmiger Belastung verläuft, so daß sich der Abstand der Auflagepunkte mit der Federlast ändert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch wkennzeichnet, daß sich die Blatt- oder Stabs ender (6) durch eine Querbohrung (14) im Stellglied (5) erstreckt, das innerhalb dieser Bohrung (14) mit einer konvexen Wölbung (16) auf die Blatt- oder Stabs ender (6) einwirkt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Xurvenbahn als am Stellglied (5) befestigtes Druckelement (17) ausgebildet ist, das die vom Wirkdruck ausgehenden Kräfte unter gleichzeitiger Verschiebung des Stellgliedes (5) auf die Blatt- oder Stabfeder (6) überträgt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Blatt- oder Stabs ender (6) in deren Mitte grdbr als an deren Enden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (5) ferromagnetisch und innerhalb eines Elektromagnetfeldes des Weggebers (7, 8) verschiebbar i*.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Stellgliedes (5), der im Wirkungsbereich des Elektromagnetfeldes liegt, als Schalenkern (7) einer Magnetspule (8) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (8) Teil eines Schwingkreises, vorzugsweise des frequenzbestimmenden Zweiges einer Oszillatorschaltung ist.