DE3516871A1

DE3516871A1 - Stroemungsmesser

Info

Publication number: DE3516871A1
Application number: DE19853516871
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Brüggen; Manfred 7149 Freiberg Gaugler; Dieter 1000 Berlin Karr; Josef 7016 Gerlingen Winkler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-10-30

Description

Strömungsmesser
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Strömungsmesser nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Strömungsmeseiern sind im Bereich der abgelösten Karman' schen Wirbel Abtasteinrichtungen angeordnet, mit deren Hilfe die Wirbelablöse-Frequenz erfaßt wird. Für eine genaue Messung sind die Abtasteinrichtungen in Abhängigkeit von der Form des Störkörpers anzuordnen. Meist sind dazu mehrere Abtasteinrichtungen notwendig. Ferner wird aber eine exakte Messung der Wirbelfrequenz und damit der Strömungsgeschwindigkeit dadurch erschwert, daß die Abstände zwischen den sich nacheinander an den Störkörpern ablösenden Wirbeln in Abhängigkeit von der Reynolds'schen Zahl veränderlich sind.
Es ist nur schwer möglich, sich innerhalb eines weiten Bereichs verändernde Strömungsgeschwindigkeiten exakt zu messen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Strömungsmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sichere Erfassung der Frequenz der Karman'schen Wirbel in genauer Übereinstimmung mit der Strömungsgeschwindigkeit auch bei Schwankungen derselben möglich ist. Die Abtasteinrichtung ist völlig getrennt von dem zu messenden Strömungsmedium geschützt angeordnet.
Es kann weder mechanisch noch chemisch vom Strömungsmedium beschädigt werden. Durch die Ausbildung als Kunststoffspritzteil ist eine preiswerte und einfache Herstellung möglich. Die Abtasteinrichtung ist bereits während des Spritzvorgangs des Störkörpers in diesen einbaubar.
Durch die Anordung von mehreren Störkörpern hintereinander in Strömungsrichtung und eine Auswertung der Meßsignale über eine Brückenschaltung werden Störeinflüsse, z.B. durch bei hoher Geschwindigkeit auftretende turbulente Strömung und den damit verbundenen Ausfall einzelner Wirbel, kompensiert. Ein linearer Verlauf der Kennlinie ist möglich. Ferner hat der Strömungsmesser eine hohe Lebensdauer.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Strömungsmesser und Figur 2 eine Abwandlung einer Einzelheit nach Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In einem Strömungskanal 10 ist ein kugelförmiger Störkörper 11 eines Strömungsmessers 12 angeordnet. Die Strömungsrichtung des durchströmenden Mediums ist durch Pfeile 13 angedeutet. Der Strömungskanal 10 hat den Durchmesser R und der Störkörper 11 den Durchmesser r. Der Störkörper 11 ist zentrisch in der Mitte der Strömungsfront positioniert, und R sein Durchmesser entspricht r< R2 . Durch den Störkörper 2 11 werden Karman'sche Wirbel 14 stromabwärts von ihm an entgegengesetzten Seiten abwechselnd erzeugt, d.h. an der oberen und unteren Seite des Störkörpers 11. Da die Ablösefrequenz der Wirbel 14 proportional der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist, kann die Strömungsgeschwindigkeit durch Erfassen dieser Frequenz gemessen werden. Es ist auch möglich, als Störkörper (11) eine Scheibe zu verwenden, die quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist.
Der Störkörper 11 ist mit Hilfe eines dünnen Rohrs 16 an der Wand des Strömungskanals 10 befestigt. Im Innern des Rohrs 16 befindet sich ein piezokeramischer Wandler 17, der mit Hilfe von elektrischen Leitungen 18 mit einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteschaltung verbunden ist. Der Wandler 17 ist mit der Wand des Rohrs 16 fest verbunden, so daß er jede Bewegung des Rohrs 16 mit ausführt. Dazu kann er z.B. mit Epoxidharz im Rohr 16 eingegossen sein. Vorteilhafterweise ist es aber auch möglich, den Störkörper 11 und das Rohr 16 als einteiliges Kunststoffspritzteil in einem Arbeitsgang herzustellen und während dieses Spritzvorgangs bereits den Wandler 17 mittig im Rohr 16 einzubauen. Bei jeder Wirbelbildung und der damit verbundenen Wirbelablösung erhält der Störkörper 11 einen Impuls. Dadurch wird das Rohr 16 geringfügig durchgebogen und dadurch ein Spannungssignal im piezokeramischen Wandler 17 hervorgerufen. Die Frequenz dieses Spannungsignals ist somit proportional der Strömungsgeschwindigkeit, da, je höher diese ist, auch mehr Wirbel 14 gebildet werden und dadurch das Rohr 16 mit einer höheren Frequenz schwingt. Bei der Masse des Störkörpers 11 ist darauf zu achten, daß seine Eigenfrequenz größer sein muß als die maximal zu bestimmende Frequenz der Wirbel 14.
Da der Störkörper 11 ein Kunststoffspritzteil sein kann, kann diese Bedingung leicht eingehalten werden. Ferner steht der piezokeramische Wandler 17 nicht in direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium, sondern ist vollständig geschützt im Innern des Rohrs 16 angeordnet. Somit können auch korrosive oder chemisch aggressive Medien gemessen werden, wobei eine hohe Lebensdauer gewährleistbar ist.
Zur Stabilisierung des Störkörpers 11 im strömenden Medium kann dieser mit Hilfe eines Fusses, der in derselben Ebene wie das Rohr 16 liegt, noch zusätzlich im Strömungsrohr 10 befestigt sein. Dieser Fuß ist dabei in das Strömungsrohr 10 eingeschraubt. Es ist aber auch möglich, diesen Fuß wie das Rohr 16 mit einem zweiten piezokeramischen Wandler auszubilden und somit zwei Wandler in Reihe zu schalten und deren Meßsignale auszuwerten.
Zur Kompensation von Störeinflüssen können aber auch zwei Störkörper hintereinander in Strömungsrichtung angeordnet sein und auf einem gemeinsamen Sockel mit einem für beide Störkörper gemeinsamen Wandler befestigt sein. Dabei sind aber die Durchmesser der beiden Störkörper möglichst klein zu wählen.
Selbstverständlich sind auch andere Wandler als die obengenannten piezokeramischen Elemente denkbar, z.B. piezoresistive, elektrodynamische Elemente oder Dehnmeßstreifen. Bei allen unterschiedlichen Wandlern ist es aber wichtig, daß sie geschützt im Rohr 16 des Störkörpers 11 angeordnet sind und sie die durch die Ablösefrequenz der Wirbel 14 hervorgerufene Schwingung des Störkörpers bestimmen.
Ferner können die Wandler preiswert bei der Herstellung des Störkörpers gleichzeitig im Rohr mit eingebaut werden.
In der Figur 2 ist eine Abwandlung des Störkörpers 11 dargestellt. Er ist als Ring 11a ausgebildet, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Der Ring 11a hat somit eckige Kanten. Das Rohr 16 ist an der Außenwandung des Rings 11a befestigt. Ferner ist der Ring 11a zur Erzeugung der Karman'schen Wirbel 14 etwa in der Mitte der Strömungsfront positioniert.
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Claims

Ansprüche 1. Strömungsmesser (12) mit einem von einem Strömungsmittelstrom durchflossenen Strömungskanal (10), mit einem quer zur Strömungsrichtung auf einer Halterung (16) angeordneten Karman'sche Wirbel (14) erzeugenden Störkörper (11), wobei die Frequenz der abgelösten Karman' schen Wirbel (14) von einer Abtasteinrichtung (17) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (17) in der Halterung (16) des Störkörpers (11) angeordnet ist.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (16) und der Störkörper (11) eih Kunststoffspritzgießteil sind und die Abtasteinrichtung (17) während des Spritzvorgangs fest in der Halterung (16) mit eingegossen ist.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (11) als Kugel ausgebildet ist, die etwa in der Mitte der Strömungsfront des Strömungsmittels angeordnet ist, und einen Durchmesser (r) aufweist der kleiner als der halbe Durchmesser (R) des Strömungskanals ist.
4. Strömungsmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (11) als Ring (11a) ausgebildet ist, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, daß die Halterung (16) an der Außenwandung des Rings (11a) befestigt ist und daß der Ring (11a) etwa in der Mitte der Strömungsfront des Strömungsmittels angeordnet ist.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (11) als Scheibe ausgebildet ist, an deren einen Stirnseite die Halterung (16) befestigt ist und die etwa in der Mitte der Strömungsfront des Strömungsmittels angeordnet ist.
6. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (17) stabförmig ausgebildet ist.
7. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekepnzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (17) ein Kristallelement mit piezoelektrischen Eigenschaften ist.
8. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (11) zwei in einer Ebene angeordnete Halterungen hat, in denen in wenigstens einer eine Abtasteinrichtung (17) angeordnet ist.
9. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Strömungsmittels hintereinander wenigstens zwei Störkörper (11) auf einer gemeinsamen Halterung angeordnet sind.