DE3518403A1

DE3518403A1 - Vorrichtung und verfahren zum wahrnehmen von stroemungen und zum messen von stroemungsgeschwindigkeiten in medien

Info

Publication number: DE3518403A1
Application number: DE19853518403
Authority: DE
Inventors: István Szárliget Laczkó; Ottó Dipl.-Masch.-Ing. Lukonits; István Dipl.-Bergbau-Ing. Tatabánya Tóth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1985-11-28
Also published as: GB8512707D0; HUT37672A; FR2564978B1; FR2564978A1; GB2159283A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Strömungen und/oder zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Medien, mit einem stehenden, durch die Wirkung der Strömung auslenkbaren Stausystem, mit einem oder mehreren die auf das Stausystem wirkende Kraft wahrnehmenden Signalgeber (n) und gegebenenfalls eine die von den Signalgebern kommenden Signale verstärkende und/oder weiterleitende und/oder anzeigende und/oder verarbeitende Registriereinheit, sowie ein Verfahren, das mit dieser Vorrichtung durchgeführt wird.

Das strömende Medium kann gasförmig oder flüssig sein und in beliebiger Zustandsform vorliegen.

Der Anwendungsbereich derartiger Verfahren und Vorrichtungen ist in der Industrie, der Landwirtschaft, der Meteorologie, der Wasserwirtschaft, eben auf allen Gebieten der Forschung und Praxis angesiedelt, wo die Strömung eines Mediums wahrgenommen werden muß, unabhängig davon, ob die Strömung beseitigt oder aufrechterhalten werden soll, und wo die Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums gemessen werden muß.

Für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit sind zahlreiche Lösungen bekannt. Bei einer Gruppe der bekannten Vorrichtungen ist der Geschwindigkeitsfühler mit Drehelementen ausgerüstet. Die Drehelemente können mit Löffeln oder Flügeln ausgebildet sein,und ihre Drehzahl ist der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums proportional. Bei einer anderen Gruppe bekannter Vorrichtungen dient als Fühler eine senkrecht zur Strömung angeordnete, um

eine waagerechte Achse auslenkbare Druckplatte, die von dem auf die in der Strömung stehende Fläche wirkenden Staudruck gegen ein Gewicht oder eine sonstige, in die Ausgangslage zurückstellende Kraft ausgelenkt wird.

Die Bewegung beziehungsweise die Lage der Fühler werden mittels mechanischer Mittel an die Ablesegeräte übertragen beziehungsweise zu pneumatischen oder elektrischen Signalen umgewandelt, die unmittelbar oder nach geeigneter Verarbeitung ausgewertet werden können.

In der unter der Nr. T/25356 bekanntgemachten ungarischen Patentanmeldung ist ein Gerät mit einer Druckplatte beschrieben, das ein in das strömende Medium hineinragendes, in senkrechter Ebene zur Strömungsrxchtung angeordnetes Stauelement aufweist, welches an einem Ende eines Halteorgans befestigt ist. Am anderen Ende des Halteorgans ist auf der äußeren Fläche eines deformierbaren Teils ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet.

Ähnlich ist die aus der GB-PS 1 434 165 bekannte Vorrichtung aufgebaut. Dort ist das Stauelement an einem elastischen Halteelement befestigt, welches in eine seitliche, geschlossene Abzweigung der die Strömung führenden Rohrleitung eingebaut ist.

Die Vorrichtung gemäß der ungarischen Patentschrift Nr. 173 784 ist mit der Strömung ausgesetzten, auslenkbaren, zweckmäßig um einander parallele oder miteinander koaxiale Achsen verdrehbar montierten Flügeln ausgerüstet. Die durch das strömende Medium hervorgerufene Auslenkung der Flügel wird von einer geeigneten Konstruktion gehemmt, jedoch nicht verhindert.

BAD OmGINAL

Diese bekannten Vorrichtungen sind kompliziert aufgebaut und deshalb insbesondere unter schweren Betriebsbedingungen störanfällig. Sie sind deshalb für kontinuierliche, zuverlässige Messungen nur begrenzt geeignet. Der Fühler, der eine begrenzte Anzahl von Stauelementen oder auch nur ein Stauelement aufweist, ermöglicht nur partielle Messungen. Die Meßempfindlichkeit ist, insbesondere bei geringen Geschwindigkeitswerten, nicht zufriedenstellend.

Aufgabe der Erfindung ist es, die nachteiligen Eigenschaften der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und eine einfacher aufgebaute, eine größere Meßempfindlichkeit aufweisende, auf vielen Gebieten und auch unter schweren Betriebsbedingungen zuverlässig und störungsfrei arbeitende Vorrichtung zum Wahrnehmen von Strömungen und/oder dem Messen der Strömungsgeschwindigkeit sowie ein Verfahren zu schaffen, das mit dieser Vorrichtung durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, daß innerhalb des Gehäuses ein gegenüber dem strömenden Medium ganz oder teilweise verschlossener Innenraum ausgebildet ist, daß ein oder mehrere, um eine zur Strömungsrichtung parallele Achse des Stausystems im Gleichgewicht angeordnete, am Stausystem befestigte und außerhalb des Innenraumes angeordnete Stauelemente angeordnet sind, und daß das Stausystem einen elastischen Sitz aufweist und/oder mit einer die auf die Stauelemente wirkende Kraft ganz oder teilweise kompensierenden Einrichtung in Verbindung steht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stauelemente abgedichtet mit dem Innenraum verbunden. Zur Einstellung der Empfindlichkeit kann die Ebene der Stauelemente in Bezug auf die Strömungsrichtung einstellbar sein.

Der elastische Sitz zwischen den Stauelementen und der Auflage des Stausystems wird vorzugsweise durch Blattfedern gebildet, in deren Ebene die Gleichgewichtsachse fällt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die kompensierende Einrichtung der Vorrichtung eine Feder und/oder ein gewichtsbelasteter und/oder elektromagnetischer Mechanismus.

Die Signalgeber und/oder die kompensierende Einrichtung sind vorzugsweise im Innenraum ,gegebenenfalls elektrisch, isoliert angeordnet.

Zum Erfindungsgegenstand gehört auch ein Verfahren zur Wahrnehmung von Strömungen und/oder zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in Medien mit Hilfe der erfindungsgemäßen, nicht-rotierenden Vorrichtung. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß man das durch die in senkrechter Ebene zur Gleichgewichtsachse wirkende Komponente der Schubkraft des strömenden Mediums erzeugte Drehmoment oder die durch dieses Drehmoment bewirkte, gegebenenfalls elastische, Deformation mißt.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Vorrichtung, die ein stehendes, durch die Wirkung des strömenden Mediums jedoch auslenkbares, im Gleichgewichtszustand befindliches Stausystem aufweist, als Kombination der über Drehelemente und der über Druck-

platten verfügenden Lösungen in zweckmäßiger Weise die Vorteile beider Gruppen in sich vereinigt und darüber hinaus noch weitere Vorteile aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Meßempfindlichkeit erhöht, was besonders bei geringen Strömungsgeschwxndigkiten von Vorteil ist- Daneben ist auch der Meßbereich größer, er kann bis zu 1:100 betragen. Das Stausystem kann eine beliebige Anzahl von Stauelementen in beliebiger Größe aufweisen. Mit der Vorrichtung wird bei einer kaum wahrnehmbaren, bei Vorhandensein einer kompensierenden Einheit völlig verschwindenden, Auslenkung des Stausystems, d.h. bei praktisch stehendem Stausystem, das Drehmoment der senkrecht zur Ebene der Gleichgewichtsachse wirkenden Komponente der Schubkraft des strömenden Mediums oder die durch das Drehmoment bewirkte, gegebenenfalls elastische, Deformation gemessen . Bezogen auf die in anderen Richtungen wirkenden Komponenten der Schubkraft verhält sich die Vorrichtung wie eine starre Vorrichtung; deswegen können die Messung beeinflussende andere Deformationen praktisch nicht auftreten. Aus der Gleichgewichtslage des Stausystems ergibt sich, daß die Genauigkeit der Messung nicht von der Lage der Vorrichtung während des Messens abhängig ist. Die Abweichung der Gleichgewichtsachse des Stausystems von der Strömungsrichtung verursacht auch dann, wenn es sich um Winkel von etwa 15-20° handelt, nur eine Meßabweichung von 2-3 %, was innerhalb der Genauigkextsgrenzen von Meßgeräten für normale Zwecke liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in Bergwerken zum Wahrnehmen des Vorhandenseins der Luftströmung, zum kontinuierlichen Messen der Strömungsgeschwindigkeit und zu deren Registrierung an einem von der Meßstelle entfernten Punkt, zum Beispiel über Tage, verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung, und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.

Das Stausystem der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung weist vier Stauelemente 2 auf, die über einen elastischen Sitz 3 bewirkende Blattfedern mit einer Auflage 5 verbunden sind. Die Blattfedern sind an jeder Flachseite mit je einem Dehnungsmeßstreifen versehen; diese bilden, in entsprechender Verbindung, zusammen den Fühler-Signalgeber 14 der Vorrichtung. Der elastische

Sitz 3, die Blattfedern, die Auflage 5 und der Fühler-Signalgeber 14 sind im Innenraum 8 eines Gehäuses 7 (mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten Dichtung) angeordnet. Die Auflage 5 des Stausystems ist mit dem Gehäuse 7 starr verbunden. Das Gehäuse 7 steht über Distanzstücke 10 mit einer Kapsel 11 in Verbindung, an welcher die Vorrichtung in einem Bergwerksstollen in entsprechender Höhe in Strömungsrichtung aufgehängt werden kann. Zur Vorrichtung gehört noch ein Luftleitelement 12, das an der den Stauelementen 2 zugewandten Seite des Stausystems angeordnet ist, sowie ein Luftleitelement 13 für Messungen in der entgegengesetzten Richtung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel fällt die Gleichgewichtsachse 9 des Stausystems mit der Symmetrieachse des Stausystems und der ganzen Vorrichtung zusammen.

An die aus den Dehnungsmeßstreifen bestehenden Fühler-Signalgeber 14 schließt sich eine (nicht dargestellte) Registriereinheit zum Verstärken, Weiterleiten, Anzeigen und Verarbeiten des Signals an. - q -

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.

Die strömende Luft trifft auf die Stauelemente 2 auf. Infolge des Auftreffens ändern sich die Richtung des Luftstromes und auch der Impuls der strömenden Luft. Der auftreffende Luftstrom belastet die Stauelemente 2 mit einer der Richtung der Strömung entsprechenden Kraft. Eine Komponente dieser Kraft wirkt in der Ebene senkrecht zu der Gleichgewichtsachse 9, und dadurch wird das Stausystem mit einem bestimmten Drehmoment belastet. Die sonstigen Kraftkomponenten verursachen bei dem elastischen Sitz 3 keine die Messung störenden Deformationen.

Durch das Drehmoment werden die Blattfedern elastisch verformt, und diese Verformung bewirkt an den Dehnungsmeßstreifen ein entsprechendes Ausgangssignal.

Das Ausgangssignal des Fühler-Signalgebers 14 wird auf einen Verstärker entsprechender Empfindlichkeit aufgegeben, der das Signal in dem erforderlichen Maße verstärkt. Dieses Signal kann an einer beliebigen analogen oder digitalen Anzeige sichtbar gemacht und/oder einer Registriervorrichtung zugeführt werden. Das entsprechend verstärkte Signal kann zum Zwecke sonstiger Signalverarbeitung auch über größere Entfernungen weitergeleitet, so zum Beispiel einer Dispatcherzentrale zugeführt und/ oder rechnerisch verarbeitet werden.

In der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ist keine kompensierende Einrichtung vorgesehen. Eine solche wird beispielsweise im folgenden näher erläutert.

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Die kompensierende Einrichtung kann eine Drehwicklung sein, die mit dem Stausystem verbunden ist. Infolge des auf das Stausystem wirkenden Drehmomentes ist auch die Drehwicklung bestrebt, sich wegzudrehen. Mit einem entsprechenden Fühler (zum Beispiel einem mit Leuchtdioden, Phototransistoren, Photowiderständen usw. versehenen optischen Fühler) kann ein Ausgangssignal erzeugt werden, welches in dem erforderlichen Winkelbereich eine zweckmäßig monotone stetige Funktion der Auslenkung ist. Dieses Ausgangssignal gelangt auf einen elektronischen Verstärker, dessen Ausgang zweckmäßig den Charakter eines Stromgeneraiors hat. Wenn dieser Ausgangsstrom in entsprechender Phase auf die Drehwicklung geführt wird, so versucht die auf die Drehwicklung wirkende Kraft, die Drehwicklung in der entgegengesetzten Richtung wie das auf das Stausystem wirkende Drehmoment zu verdrehen. Auf diese Weise ist die Auslenkung der Drehwicklung so gering, daß sie praktisch als nicht vorhanden betrachtet werden kann. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als Ausgangssignal die auf die Drehwicklung aufgegebene Stromstärke oder die dieser proportionale Spannung zu verwenden.

Die Erfindung weist nachstehende Vorteile auf:

1) Die Meßempfindlichkeit und die Fähigkeit, dem Signal zu folgen, sind besser als bei den bekannten Vorrichtungen.

2) Durch die Gleichgewichtslage der Stauelemente ist auch der Ansprechschwellenwert niedriger.

3) Die Vorrichtung weist praktisch nur stehende Teile auf, ihr Aufbau ist einfach, und dadurch sind die Herstellungs-, Betriebs- und Instandhaltungskosten gering.

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4) Die Vorrichtung kann auf zahlreichen Gebieten, unter schweren Betriebsbedingungen und kontinuierlich betrieben werden; sie ist zuverlässig und erfordert kaum Wartung.

5) Mit der Vorrichtung können auch die Größenänderungen sehr geringer Strömungsgeschwindigkeiten verfolgt werden. Zum Beispiel können an Arbeitsplätzen, in Vortrags- und Konferenzsälen, in klimatisierten Räumen, in Kühlhäusern, Containern, in industriellen und landwirtschaftlichen Zielen dienenden Räumen unterschiedlicher Zweckbestimmung die notwendigen oder nicht erwünschten Luftströmungen erkannt und entsprechend reguliert werden.

6) Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Meßverfahren sind ferner zur Messung der Strömungsverhältnisse von Flüssen und sonstigen Wassermassen großer Ausdehnung und zur Feststellung der Geschwindigkeitsverteilung geeignet. Die erfindungsgemäße Lösung ist ferner auch geeignet zur Messung senkrechter Strömungen sehr geringer Geschwindigkeit, wie sie zum Beispiel bei Selbstreinigungsprozessen von Gewässern auftreten.

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Claims

Patentansprüche

h\ Vorrichtung zum Wahrnehmen von Strömungen und/oder ^ zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Medien ,mit einem stehenden, durch die Wirkung der Strömung auslenkbaren Stausystem, mit einem oder mehreren die auf das Stausystem wirkende Kraft wahrnehmenden Sig nalgeberin) und gegebenenfalls eine die von den Signalgebern kommenden Signale verstärkende und/oder weiterleitende und/oder anzeigende und/oder verarbeitende Registriereinheit, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Gehäuse (7) vorgesehen ist, daß innerhalb des Gehäuses (7) ein gegenüber dem strömenden Medium ganz oder teilweise verschlossener Innenraum (8) ausgebildet ist, daß ein oder mehrere, um eine zur Strömungsrichtung parallele Achse (9) des Stausystems im Gleichgewicht angeordnete, am Stausystem befestigte und außerhalb des Innenraumes (8) angeordnete Stauelemente (2) angeordnet sind, und daß das Stausystem einen elastischen Sitz (3) aufweist und/oder mit einer die auf die Stauelemente (2) wirkende Kraft ganz oder teilweise kompensierenden Einrichtung in Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauelemente (2) abgedichtet mit dem Innenraum (8) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- j

zeichnet, daß der elastische Sitz (3) von zwischen I

den Stauelementen (2) und der Auflage (5) des Stau- i

systems befindlichen Blattfedern gebildet wird und ί

die Gleichgewichtsachse (9) in die Ebene der Blatt- |

federn fällt. j

- 2 - I
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Einrichtung eine Feder und/oder ein gewichtsbelasteter und/oder ein elektromagnetischer Mechanismus ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler-Signalgeber (14) und/oder die kompensierende Einrichtung im Innenraum (8) gegebenenfalls elektrisch isoliert angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Stauelemente (2) in Bezug auf die Strömungsrichtung verstellbar ist.
7. Verfahren zur Wahrnehmung der Strömungen und/oder zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit in Medien mit Hilfe der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man das durch die in senkrechter Ebene zur Gleichgewichtsachse wirkende Komponente der Schubkraft des strömenden Mediums erzeugte Drehmoment oder die durch dieses Drehmoment bewirkte ,gegebenenfalls elastische ,Deformation mißt.

Beschreibung