DE3743972A1 - Durchflussmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für Fluide, insbesondere einen Wirbel-Durchflußmesser mit einem Auf­ prallkörper, der in einem Strömungskanal angeordnet ist.

Wirbel-Durchflußmesser sind bereits bekannt. Ihre Wir­ kungsweise beruht auf der Beobachtung, daß ein Hindernis, das in einer linearen Strömung eines Fluids angeordnet ist, eine Vielzahl von Wirbeln erzeugt, die sich strömungs­ abwärts vom Hindernis ablösen. Die Wirbel bewirken örtliche oszillierende Veränderungen bei beobachtbaren Strömungs­ parametern, wie beispielsweise Druck oder Geschwindigkeit. Der Wirbel-Durchflußmesser weist also in seiner einfach­ sten Bauart einen Strömungskanal auf, ein im Strömungska­ nal angeordnetes Hindernis und einen Sensor für die Para­ meter, der innerhalb des Strömungskanals an einer Stelle angeordnet ist, an der er direkt oder indirekt durch die Wirbel beeinflußt werden kann. Ferner ist es bekannt, daß, um einen zweckdienlichen Wirbelverlauf zu erhalten, ein linearer Verlauf des Strömungskanals sowohl strömungsauf­ wärts als auch strömungsabwärts vom Hindernis und dem Sensor vorhanden sein muß, der keine ventilartigen Gebilde, Windungen oder ähnliches aufweist. In der Regel erstreckt sich dieser lineare Verlauf über mehrere zehnfache Kanal­ durchmesser strömungsaufwärts vom Sensor und dem Hinder­ nis und einigen wenige Kanaldurchmesser strömungsabwärts vom Sensor. Der Strömungskanaldurchmesser ist natürlich längs des linearen Verlaufs gleich.

Verschiedene Bauarten solcher Wirbel-Durchflußmesser sind bekannt. Die Unterschiede zwischen den Bauarten der Durch­ flußmesser betreffen die Form des Aufbaus des Hindernis­ ses, das allgemein als "Aufprallkörper" bezeichnet wird, und die Anordnung oder die Konstruktion des Sensors. Ein Aufprallkörper wird im Stand der Technik als "zylindrisch" bezeichnet, wenn er länglich ist und einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt aufweist, und zwar in einer Richtung quer zur Länge. Daraus geht hervor, daß das Wort "zylindrisch" im Stand der Technik nicht speziell einen kreisförmigen Zylinder bezeichnet, vielmehr wird ihm ein Wort vorangestellt, das die Form des Querschnitts angibt, beispielsweise ein "viereckiger" Zylinder.

Im allgemeinen weist der Aufprallkörper einen Bereich auf, der aus Vereinfachungsgründen als Zustromfläche bezeich­ net werden kann. Diese Zustromfläche ist in der Lage, an ihren am weitesten voneinander beabstandeten querverlau­ fenden Rändern Wirbel sich ablösen zu lassen, wenn eine Fluidströmung auf die Zustromfläche aus einer Aufprall­ richtung senkrecht zu dieser Fläche kommend auftrifft. Der Aufprallkörper weist im allgemeinen auch einen strom­ abwärts gelegenen Abschnitt auf, der entgegengesetzt zur Zustromfläche angeordnet ist und der dem Strom aus Wir­ beln zugewendet ist, welche sich durch den Aufprall des Fluids auf die Zustromfläche gebildet oder abgelöst wer­ den. Der stromabwärts gelegene Abschnitt liegt somit im allgemeinen dem Sensor für die Parameter gegenüber. Der Sensor kann irgendeines der verschiedenen bereits bekann­ ten piezoelektrischen Geräte sein.

Zwar erfüllen die bekannten Wirbel-Durchflußmesser zu­ friedenstellend ihre vorgesehene Aufgabe, jedoch treten bei ihrer Verwendung einige Nachteile auf. Die bekannten Wirbel-Durchflußmesser weisen einen komplizierten Aufbau auf und sind relativ zerbrechliche Vorrichtungen. Die be­ kannten Wirbel-Durchflußmesser sind daher sehr kostspie­ lig und können durch die Vibration während ihrer Anwen­ dung beschädigt werden. Im allgemeinen sind sie aus Werk­ stoffen hergestellt, die nicht besonders resistent gegen aggressive Fluids, zum Beispiel Säuren, korrosive Sub­ stanzen oder Lösungsmittel, sind.

In der Praxis sind viele der bekannten Aufpralldurchfluß­ messer plattenförmige Vorrichtungen, die im allgemeinen als relativ flache Scheiben ausgebildet sind und zwischen Abschnitten des Fluidkanals eingebaut sind. Der Durchmes­ ser einer solchen Scheibe ist im allgemeinen etwas größer als der Durchmesser des Kanals. Aufgrund der Beschränkun­ gen, die durch diese bauliche Anordnung bedingt sind, wa­ ren solche Meßgeräte nur in Kanälen anwendbar, die einen Durchmesser von mindestens mehreren Zentimetern aufweisen, im allgemeinen aber noch größer sind.

Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die bekannten Wirbel- Durchmesser falsch installiert werden, ist ebenso groß wie die anderer Bauarten von in nur einer Richtung wir­ kenden Durchflußmessern. Schätzungsweise werden ungefähr 10% aller Durchflußmesser, die durch Nichtfachleute ein­ gebaut werden, anfangs falsch, d.h., verkehrt herum, in den betreffenden Kanal eingebaut. Dieser Fehler wird fast immer nur dann entdeckt, wenn der Fluidkreislauf in Gang gesetzt und festgestellt wird, daß das Meßgerät nicht funktioniert. Daraus ergibt sich eine Erhöhung der Ausgaben bei der Strömungsmessung infolge von Schäden am Meßgerät und ein Zeitverlust, bedingt durch das Auffin­ den und Korrigieren der falschen Installation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den Durchflußmesser der bekannten Art so weiterzubilden, daß er weniger kostspielig herstellbar, weniger störanfällig und so gebaut ist, daß er sich auch in extrem beengten Platzverhältnissen verwenden läßt und darüberhinaus von Nichtfachleuten eingebaut werden kann, ohne daß Einbaufeh­ ler auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird somit ein in beiden Richtun­ gen arbeitender, mit Aufprallkörpern versehener Durchfluß­ messer geschaffen, der nicht falsch ausgerichtet montiert werden kann. Der erfindungsgemäße Durchflußmesser weist ein Gehäuse auf, das einen Strömungskanal bildet, der ein erstes und ein zweites Ende aufweist. Jedes der ersten und zweiten Kanalenden kann mit einem Fluidkanal so in Reihe geschaltet werden, daß das Fluid den Kanal in jeder Richtung durchfließt, d.h., vom ersten zum zweiten Kanal­ ende oder vom zweiten zum ersten Kanalende. Somit kann jedes Kanalende als ein Einlaß für den Kanal dienen, wäh­ rend das andere als ein Kanalauslaß dient.

Ein auf Wirbel ansprechender Sensor ist im Kanal zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalende enthalten. Ein er­ ster Aufprallkörper ist zwischen dem ersten Kanalende und dem Sensor angeordnet, während ein zweiter Aufprallkörper zwischen dem zweiten Kanalende und dem Sensor angeordnet ist. Jeder Aufprallkörper weist einen strömungsaufwärts gelegenen Abschnitt oder eine entsprechende Fläche und einen strömungsabwärts gelegenen Abschnitt oder eine ent­ sprechende Fläche auf, die in bezug zu dem benachbarten Kanalende festgelegt ist. Die Abschnitte eines jeden Auf­ prallkörpers, die im allgemeinen als strömungsabwärts ge­ legene Fläche beschrieben werden, stehen dem Sensor und einander gegenüber. Jeder Aufprallkörper ist vom Sensor durch eine ausreichende Entfernung so beabstandet, daß der Sensor auf Wirbel anspricht, die durch eine Strömung von dem benachbarten Kanalende und zum entfernter gelege­ nen Kanalende erzeugt werden. Vorzugsweise weist der Sen­ sor einen piezoelektrischen Sensor auf, der in einem frei­ tragenden Stift befestigt ist, der direkt in dem durch die Aufprallkörper abgelösten Wirbelpfad angeordnet ist.

Das Gehäuse enthält in vorteilhafter Weise ein Gehäuse­ unterteil, das den Kanal und die Kanalenden enthält, wo­ bei die Aufprallkörper und der Sensor, die in dem Kanal angeordnet sind, an das Gehäuseunterteil schraubbar be­ festigt sind. Ferner enthält das Gehäuse ein Gehäuserohr, das oberhalb des Unterteils befestigt ist, und das eine Schaltungsanordnung für den Anschluß des Sensors an eine externe Steuerung, beispielsweise eine Durchflußleistungs­ anzeige oder eine Warnvorrichtung, enthält. Ferner ist im Gehäuse ein Kanaladapter enthalten, der zum Teil ver­ schiebbar im Gehäuserohr angeordnet ist und eine Verbin­ dung der Schaltungsanordnung und der externen Steuerung durch einen Standard NPT-Elektroanschluß ermöglicht. Schließlich weist das Gehäuse eine Mutter auf, die mit dem Gehäuserohr in Eingriff gebracht werden kann, um den Adapter an dem Gehäuserohr zu befestigen. Die Schaltungs­ anordnung ist vorzugsweise in einer Hochfrequenzabschir­ mung aus Aluminium angeordnet, die im Gehäuserohr enthal­ ten ist. Die Gehäuseteile sind vorzugsweise aus PVC-Pla­ stik hergestellt, wobei auch andere Werkstoffe, wie bei­ spielsweise Kynar ebenfalls diesen Zweck erfüllen. Um eine Beschädigung durch Vibrationen zu widerstehen, ist die Schalungsanordnung in der Abschirmung mit einem iso­ lierenden Material, beispielsweise einem Epoxydharz, ver­ gossen, während der Sensor in ähnlicher Weise in dem Stift eingegossen ist. Das Innere des Gehäuserohres ist ebenso vorzugsweise in ähnlicher Weise vergossen. Die Aufprallkörper und der Sensorstift sind jeweils vorzugs­ weise als kreisförmige Zylinder ausgestaltet.

Der erfindungsgemäße Wirbel-Durchflußmesser weist mehre­ re Vorteile gegenüber dem bekannten mit einem Aufprallkör­ per versehenen Durchflußmessern auf. Der erfindungsgemäße Durchflußmesser kann in einer aggressiveren Umgebung ange­ wendet werden, da das PVC, das Kynar oder andere Kunststof­ fe, aus denen der Durchflußmesser vorzugsweise aufgebaut ist, widerstandsfähig gegen Korrosion, Säure und die mei­ sten Lösungsmittel ist. Das Meßgerät weist auch eine weni­ ger kostspielige Konstruktion auf, da die kreisförmige zy­ lindrische Form der Aufprallkörper und des Sensorstiftes insbesondere bei kleinerem Durchmesser leichter herzustel­ len und zu formen sind als andere Formen. Die Gleichmäßig­ keit und Festigkeit, die mit den kreisförmigen Zylindern erreichbar sind, ermöglicht eine Konstruktion eines wesent­ lich kleineren Aufprallkörpers und eines wesentlich klei­ neren Kanaldurchmessers als dies beim Stand der Technik möglich ist. Dies ermöglicht es, daß geeignete Signal-Ge­ räusch-Verhältnisse für die Durchflußmengen erreicht wer­ den, die wesentlich geringer sind als jene, die mit be­ kannten Wirbel-Durchflußmessern meßbar sind, ferner können kleinere Kanaldurchmesser vorgesehen werden, die beispiels­ weise zwischen einem Bereich von 25,4 mm bis zu 6,35 mm liegen. Dieses Ergebnis wird bei einem Kostenaufwand er­ reicht, der ungefähr bei einem Drittel des Kostenaufwandes für die bekannten Durchflußmeßgeräte liegt.

Am wichtigsten ist jedoch, daß die vorliegende Erfindung jedes Risiko einer Betriebsunfähigkeit vermeidet, die auf einem Einbau des Durchflußmessers in einer falschen Aus­ richtung beruht. Da der Sensor so angeordnet ist, daß er auf die Fluidströmung von jeder Richtung anspricht, ist die Ausrichtung des Durchflußmessers beim Einbau irrele­ vant. Der Durchflußmesser arbeitet zufriedenstellend, un­ abhängig davon, welches Ende an die Fluid-Zuführung ange­ schlossen ist. Durch die Vermeidung von Kosten für das Er­ setzen von beschädigten Durchflußmessern oder das Auffin­ den und das Wiedereinbauen falsch eingebauter Durchfluß­ meßgeräte werden die Gesamtkosten für das Messen der Fluidströmung wesentlich verringert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der bevorzugten Ausfüh­ rungsform; und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Schnittlinie 3-3 in der Fig. 2.

Wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist der Wir­ bel-Durchflußmesser zwei Aufprallkörper auf. Der Durch­ flußmesser enthält ein Gehäuseunterteil 10, das ein er­ stes offenes Ende 12, ein zweites offenes Ende 14, das gegenüber dem ersten Ende 12 angeordnet ist und einen Ab­ schnitt aufweist, der sich zwischen den Enden 12 und 14 erstreckt und einen Durchströmungskanal 16 definiert. Jedes der Enden 12 und 14 kann als ein Fluideinlaß für den Kanal 16 dienen, während jeweils das andere Ende 14 oder 12 in ähnlicher Weise als ein Auslaß oder ein Ein­ laß für den Kanal 16 dienen kann.

Wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, weist der Durchflußmes­ ser einen ersten Aufprallkörper 18 auf, der in dem Kanal 16 angeordnet und an das Gehäuse durch einen Gewindeab­ schnitt 20 verbunden ist. Ein geschlitzter Kopf 22 ist oberhalb des ersten Aufprallkörpers 18 befestigt, so daß der Aufprallkörper 18 im Gehäuse 10 durch handbetätigte Mittel, beispielsweise einem Schraubenzieher, befestigt werden kann. Der Kopf 22 dient ferner als ein Anschlag, wodurch ein Verbiegen des Aufprallkörpers 18 vermieden wird, das sonst dadurch geschehen könnte, daß der Auf­ prallkörper 18 zufälligerweise so fest eingeschraubt wird, daß sein unteres Ende gegen die Wand des Kanals 16 anliegt und gegen diese zusammengedrückt wird.

Der Durchflußmesser enthält ferner einen zweiten Aufprall­ körper 24, der in dem Kanal 16 an einer Stelle angeordnet ist, die von dem ersten Aufprallkörper 18 beabstandet ist. Der zweite Aufprallkörper 24 ist im Gehäuse 10 durch ei­ nen Gewindeabschnitt 26 befestigt und weist einen ge­ schlitzten Kopf 28 auf, der die gleiche Funktion, wie der geschlitzte Kopf 22 des ersten Aufprallkörpers 18 hat. Ein auf Wirbel ansprechender Sensor 30 ist in dem Kanal 16 zwischen dem ersten Aufprallkörper 18 und dem zweiten Auf­ prallkörper 24, vorzugsweise in der Mitte zwischen den bei­ den Aufprallkörpern 18 und 24, angeordnet. Der Sensor 30 enthält vorzugsweise einen äußeren Sensorkörper 32, der an das Gehäuse 10 durch einen Gewindeabschnitt 34 befestigt ist. Der Sensor 30 weist ebenfalls einen geschlitzten Kopf 36 auf, der von dem Gewindeabschnitt 34 durch einen gewin­ delosen Bereich 35 beabstandet ist. Der Sensor 30 besteht aus einem freistehenden Stift und einer piezoelektrischen Sensorvorrichtung 38, die durch Stricklinien in der Fig. 2 dargestellt ist und die in dem Stift 32 koaxial eingela­ gert ist und sich im wesentlichen über die Länge des Stif­ tes 32 hinwegerstreckt.

Ein Koaxialkabel 40 verläuft durch den Kopf 36 des Sen­ sors 30 und ist in Reihe mit der piezoelektrischen Sen­ sorvorrichtung 38 und einem Verbindungsmittel 42 angeord­ net, um die Sensorvorrichtung 38 mit der Umgebung zu ver­ binden, in der der Durchflußmesser angeordnet ist.

Das Verbindungsmittel 42 ist mindestens teilweise in ei­ nem becherförmigen Aluminiumgehäuse 46 enthalten, das sich in einem zylindrischen Mantelgehäuse befindet, das in ei­ nem runden rohrförmigen Gehäuseabstandshalter 48 ausgebil­ det ist, der in einer rohrförmigen Aussparung 50 auf der Oberseite des Gehäuseunterteils 10 aufgenommen ist. Der Abstandshalter 48 ist vorzugsweise an das Gehäuseunter­ teil 10 befestigt. Das obere Ende des rohrförmigen Gehäu­ seabstandshalters 48 weist eine konische Nut 54 auf, in der ein Schnappring 56 aufgenommen ist. Die Spannung des Schnappringes 56 zwingt diesen in Abwärtsrichtung gegen das Aluminiumgehäuse 46 und hält das Aluminiumgehäuse 46 in dem rohrförmigen Abstandshalter 48 fest. Ein rohrför­ miger Leitungsanschluß oder Adapter 58 ist ebenfalls in dem rohrförmigen Abstandshalter 48 aufgenommen und weist eine Umfangsnut 60 auf, in der sowohl ein O-Ring als auch ein Flansch 64 angeordnet ist, der zu der Nut 60 benach­ bart ist. Der O-Ring 62 steht mit dem Inneren des rohr­ förmigen Abstandshalters 48 anliegend in Eingriff, um so eine Dichtung gegenüber diesem vorzusehen, während der Flansch 64 die Strecke begrenzt, über die der Adapter 58 in den rohrförmigen Abstandshalter 48 eingefügt werden kann. Der Adapter 58 weist einen Gewindeabschnitt 59 auf, der dem Abstandshalter 48 gegenüber angeordnet ist und der beispielsweise eine NPT-Leitungsöffnung bestimmt. Der Adapter 58 wird in dem rohrförmigen Abstandshalter 48 durch eine Handmutter 66 gehaltert, die über dem Adapter 58 und dem Abstandshalter 48 angeordnet ist, um so den Flansch 64 dazwischen einzufassen. Die Mutter 46 weist einen inneren Gewindeabschnitt 68 auf, der in Eingriff mit einem äuße­ ren Gewindeabschnitt 70 auf dem rohrförmigen Abstandshal­ ter 48 steht. Besonders vorteilhaft ist es, daß der O-Ring 62 aus einem elastischen, synthetischen Material herge­ stellt ist, während das Gehäuseunterteil 10, die Aufprall­ körper 18 und 24, der Sensorkörper 32, der Gehäuseab­ standshalter 48, der Adapter 58 und die Handmutter 66 aus einem unempfindlichen, aber relativ leicht bearbeitbaren Material, vorzugsweise PVC-Plastik, hergestellt ist.

Das elektrische Verbindungsmittel 42 wird nachfolgend im Detail beschrieben. Das Aluminiumgehäuse 46, das in dem Verbindungsmittel 42 eingeschlossen ist, weist einen Alu­ miniumgehäusebecher 72 und einen Aluminiumgehäusedeckel 74 auf, der auf der Oberseite des Bechers 72 angeordnet ist und als eine Hochfrequenzabschirmung für die Schal­ tungsanordnung dient, die innerhalb des Gehäuses 46 ent­ halten ist. Der Schnappring 56 liegt somit auf dem obe­ ren Rand des Bechers 72 auf. Das Koaxialkabel 40 geht durch den Boden des Gehäusebechers 72 hindurch und ist durch ein herkömmliches Verbindungsglied 76 an eine Sensorschaltungsplatte 78 angeschlossen, die in dem Gehäuse 46 enthalten ist. Auf der Schaltungsplatte 78 ist vorzugsweise eine Schaltungsanordnung zur Lineari­ sierung des Signals angeordnet, das von der piezoelek­ trischen Vorrichtung 38 erhalten wird, um so ein ana­ loges Signal vorzusehen, das für vorhandene Steuerungs­ mittel für den Fluid-Schaltkreis geeignet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Meßgerät der vorliegen­ den Erfindung in einen bereits vorhandenen Fluid- Schaltkreis eingebaut wird. Die Schaltungsanordnung, die durch die Schaltungsplatte 78 getragen wird, bein­ haltet ein Potentiometer 80 zur Anpassung der Schaltung an die voraussichtliche Reynolds-Zahl der zu messenden Strömung. Es ist bereits bekannt, daß die Frequenz der Schwingungen, die durch einen piezoelektrischen Sensor in einem Durchflußmesser mit einem Aufprallkörper erwar­ tet werden kann, ansteigt, wenn die Viskosität des Fluids ansteigt, und es ist bekannt, die Schaltung zur Anpassung des Verhaltens des Durchflußmessers an diese Änderungen in dem Gehäuse 10 anzuordnen. Das Verbin­ dungsmittel 42 enthält auch einen bekannten Anschluß­ verzweiger 82, der an der Schaltungsplatte 78 befestigt ist, und der auf diesem zwei Anschlußklemmen 84 auf­ weist, die an die äußeren Steuerungsmittel anschließbar sind. Die Schaltungsplatte 78, die damit verbundene Bau­ teile und der Gehäusedeckel 74 sind durch eine Schraube 86 mit dem Gehäusebecher 72 verbunden.

Der obere Abschnitt des Gehäuseunterteils 10 ist vor­ zugsweise mit einem Vergußwerkstoff, vorzugsweise mit einem elektrisch isolierendem Material, gefüllt. Der Vergußwerkstoff füllt teilweise das Innere des rohrför­ migen Gehäuseabstandshalters 48 aus, der mit dem Gehäu­ seunterteil 10 und dem Inneren des Aluminiumgehäuses 46 verbunden ist. Die Sensorvorrichtung 38 ist im Sensor­ körper 32 gesondert vergossen. Dieser Vergußwerkstoff bewirkt im Fall eines Lecks eine gute Isolierung der elektrischen Schaltung von dem Fluid, das normalerweise in dem Durchströmungskanal 16 enthalten ist, und schützt gleichzeitig das Verbindungsmittel 42 und die darin ent­ haltene Schaltung vor den Vibrationen, die normalerweise während des Betriebs des Durchflußmessers in einem Fluid­ strömungssystem auftreten, in dem die Durchflußmesser an­ geordnet sind. Der Durchflußmesser ist an ein Fluidströ­ mungssystem über Gewindeabschnitte 87 und 89, die an den Ausgängen 12 und 14 des Gehäuseunterteils 10 jeweils aus­ gebildet sind, angeschlossen.

In bezug auf die Fig. 2 und 3 wird nachfolgend die Wirkungsweise des Wirbel-Durchflußmessers mit zwei Auf­ prallkörpern beschrieben. Der erste Aufprallkörper 18 und der zweite Aufprallkörper 24 sind jeweils vorzugs­ weise als ein kreisförmiger Zylinder ausgestaltet und auch der Körperabschnitt 32 des Sensors 30 ist als kreis­ förmiger Zylinder ausgebildet. Wenn das Fluid in den Kanal 16 durch den ersten Ausgang 12 eintritt und den Kanal durch den zweiten Ausgang 14 verläßt, dann zeigt eine halbzylindrische, strömungsaufwärts gelegene Flä­ che 88 des ersten Aufprallkörpers 18 in Richtung der in dem Kanal 16 vorhandenen Strömung, während eine strö­ mungsabwärts gelegene Fläche 90 in Richtung des Sensors 30 zeigt. Die Fluidströmung hinter dem Aufprallkörper 18 erzeugt eine Reihe von Wirbeln 92 in der ersten Strö­ mungsrichtung, die in dem Abstrom gebildet werden, der sich vom äußersten Querrand des Aufprallkörpers 18 ab­ löst. Der Sensor 30 ist vom ersten Aufprallkörper 18 über eine Entfernung S beabstandet, um so in der Wirbel­ nachströmung 92 angeordnet zu werden.

Andererseits trifft die Strömung, die in den Strömungs­ kanal 16 durch den zweiten Ausgang 14 hineinfließt, wenn der Durchflußmesser in der entgegengesetzten Strömungs­ richtung eingebaut ist, auf eine halbzylindrische strö­ mungsaufwärts gelegene Fläche 94 des zweiten Aufprall­ körpers 24 auf. Eine strömungsabwärts gelegene Fläche 96 des zweiten Aufprallkörpers 24, die gegenüber der strö­ mungsaufwärts gelegenen Fläche 94 vorhanden ist, ist dem Sensor 30 zugewendet. Wenn das Fluid von dem zweiten Aus­ gang 14 zum ersten Ausgang 12 fließt, dann werden eine Reihe von Wirbel 98 in der zweiten Richtung in einer Ab­ strömung gebildet, die sich vom äußersten Querrand des Aufprallkörpers 24 ablöst. Der Sensor 30 ist auch in einem Abstand S vom zweiten Aufprallkörper 24 angeord­ net, so daß er in der zweiten Strömungsrichtung der Wir­ belabströmung 98 angeordnet ist.

Somit wird der Sensor 30 immer in einer Wirbelabströ­ mung angeordnet sein, die durch einen Aufprallkörper ab­ gelöst wird, der in dem Fluid-Strömungskanal 16 vorhan­ den ist, unabhängig davon, welches Ende 12 oder 14 als der Fluideinlaß dient und welches Ende 14 oder 12 als der Fluidauslaß dient. Kostspielige Fehler, Zeitverlust oder Schäden, die früher durch einen Einbau des Durch­ flußmessers in der falschen Strömungsrichtung an dem Gerät verursacht wurden, werden somit auf jeden Fall vermieden.

Die Wirkungsweise des Durchflußmessers mit Aufprallkör­ pern wird optimiert, wenn bestimmte Abmessungen einge­ halten werden. Wenn mit D der innere Durchmesser des Durchströmungskanals 16 bezeichnet wird, H der wirksame Durchmesser des Aufprallkörpers 18 oder 24 ist, H′ der wirksame Durchmesser des Sensorkörpers 32 ist, G der Ab­ stand zwischen dem freien Ende 99 des Sensors 30 und dem gegenüberliegenden Abschnitt der inneren Oberfläche des Strömungskanals 16 ist und S der Abstand zwischen entwe­ der dem Aufprallkörper 18 oder 24 und dem Sensor 30 ist, dann ist die Leistung des Durchflußmessers zufriedenstel­ lend, wenn die folgenden Bedingungen eingehalten werden:

Verhältnis H/D:0,12 bis 0,46; Verhältnis S/D:0,6 bis 1,5; Verhältnis H′/H:0,0 bis 1,7; und Verhältnis G/D:0,0 bis 1,0.

Der erfindungsgemäße Durchflußmesser mit den beiden Auf­ prallkörpern weist gegenüber den bekannten Vorrichtungen mehrere Vorteile auf. Die Herstellungskosten des erfin­ dungsgemäßen Durchflußmessers belaufen sich auf ungefähr ¹/₃ der Herstellungskosten für die bekannten Durchfluß­ messer mit Aufprallkörper, dazu kommt, daß Kosten ver­ mieden werden, die beim Einbau eines Durchflußmessers in der falschen Richtung auftreten. Die Verwendung von zylindrischen Aufprallkörpern und eines zylindrischen Sensorkörpers macht es möglich, daß der Durchflußmesser kleiner als bekannte Durchflußmesser mit Aufprallkörper dimensioniert werden kann, wodurch eine zufriedenstel­ lende Messung von wesentlich geringeren Fluidströmungs­ mengen möglich ist. Beispielsweise liegt der Kanal­ durchmesser D vorzugsweise in einem Bereich von 6,35 mm bis 25,4 mm. Dies ermöglicht genaue Strömungen, die mit Fluids erreicht werden können, die eine niedrige Reynolds- Zahl von 600 aufweisen und so ist es möglich, daß das Verhältnis auf 12:1 verringert werden kann. Beispiels­ weise ist es bei einem Durchmesser D von 25,4 mm möglich, daß eine maximale gemessene Durchflußmenge 227,3 l pro Minute beträgt und eine minimale gemessene Durchflußmen­ ge ungefähr 19,09 l pro Minute beträgt. Wenn der Durch­ messer D=6,35 mm ist, dann beträgt die maximale meß­ bare Strömungsmenge in der Regel 22,73 l pro Minute, während die minimale Strömungsmenge ungefähr 1,81 l pro Minute beträgt. Solche Strömungsmengen können mit einer Genauigkeit von ungefähr ±1% der maximalen Strömungs­ menge und einer Wiederholbarkeit von ungefähr 0,25% der maximalen Strömungsmenge gemessen werden. Die somit meßbaren Strömungsmengen sind signifikant niedriger als die niedrigsten Mengen, die mit herkömmlichen mit Auf­ prallkörpern versehenen Durchflußmessern meßbar sind. Es ist besonders vorteilhaft, daß die Aufprallkörper sym­ metrisch aufgebaut und symmetrisch um den Sensor 30 an­ geordnet sind.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Aus­ führungsbeispiel beschränkt, sondern beinhaltet weitere Modifikationen, die für den Fachmann offensichtlich sind.

Claims (12)

1. Durchflußmesser mit einem Strömungskanal (16), der ein erstes (12) und ein zweites Ende (14) aufweist,
gekennzeichnet durch einen auf Wirbel an­ sprechenden Sensor (30), der in dem Strömungskanal ange­ ordnet ist;
einen ersten Aufprallkörper (18), der in dem Strömungs­ kanal zwischen dem ersten Kanalende und dem Sensor ange­ ordnet ist, wobei der erste Aufprallkörper einen strö­ mungsaufwärts gelegenen Abschnitt (88) aufweist, der dem ersten Kanalende (12) zugewandt ist und der geeignet ist, Wirbel (92) in einer ersten Strömungsrichtung als Reak­ tion auf eine Strömung, die auf diesen Abschnitt auf­ trifft, abzulösen, wobei der erste Aufprallkörper (18) vom Sensor (30) durch eine Strecke S beabstandet ist, die ausreicht, um den Sensor auf die Wirbel (92) der ersten Strömungsrichtung ansprechen zu lassen;
und durch einen zweiten Aufprallkörper (24), der in dem Strömungskanal (16) zwischen dem zweiten Kanalende (14) und dem Sensor (30) angeordnet ist, wobei der zweite Aufprallkörper (24) einen strömungsaufwärts gelegenen Abschnitt (94) aufweist, der dem zweiten Kanalende (14) zugewandt und geeignet ist, Wirbel (98) in einer zwei­ ten Strömungsrichtung als Reaktion auf eine Strömung ab­ zulösen, die auf diesen Abschnitt auftrifft, wobei der zweite Aufprallkörper (24) von dem Sensor durch eine Strecke S beabstandet ist, die ausreicht, um den Sensor auf die Wirbel (98) in der zweiten Strömungsrichtung an­ sprechen zu lassen.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (30) einen freistehenden Stift (32) aufweist, der in der Mitte zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Aufprallkörper angeord­ net ist und der einen piezoelektrischen Sensor (38) auf­ weist, der von dem Stift (32) getragen wird.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (38) in dem Stift (32) befestigt ist.

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Aufprallkörper (18 und 24) jeweils aus einem kreisförmigen Zylinder bestehen, daß der Stift (32) ein dritter kreisförmiger Zylinder ist und daß der erste und der zweite Aufprallkörper und der Stift (32) parallel zueinander angeordnet sind.

5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Aufprallkörper jeweils einen Durchmesser von ungefähr 0,76 bis 12,7 mm aufweisen.

6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zylinder (32) einen Durchmesser aufweist, der nicht größer als ungefähr 21,6 mm beträgt.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse für den Durchflußmesser, in dem der Strömungskanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallkörper und der Sensor (30) an das Ge­ häuse (10) durch entsprechende Gewindeabschnitte (20, 26 und 34) befestigt sind.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse, in dem der Strömungskanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse (10) Mittel zum Anschluß des Durchflußmessers an den Fluid- Strömungskreislauf vorgesehen sind, die Strömungssteue­ rungsmittel enthalten, und daß Schaltungsmittel in dem Gehäuse zum betriebsbereiten Verbinden des Sensors mit dem Strömungssteuerungsmittel enthalten sind.

9. Durchflußmesser nach Anspruch 8, gekenn­ zeichnet durch eine Hochfrequenzabschirmung (46), die über die Schaltungsmittel angeordnet ist, eine innere, als schiefe Ebene ausgestaltete Fläche, die in dem Gehäu­ se benachbart zur Abschirmung ausgebildet ist und einen Schnappring (56), der in Anlage an die als schiefe Ebene ausgebildete Fläche und die Abschirmung so angeordnet ist, daß dieser die Abschirmung und die Schaltung in dem Gehäuse haltert.

10. Durchflußmesser mit einem Aufprallkörper, mit ei­ nem Strömungskanal zum Ausrichten einer Fluidströmung, mit einem Aufprallkörper, der in diesem Kanal angeord­ net ist und einem auf Wirbel ansprechenden Sensor, der in dem Kanal strömungsabwärts von dem Aufprallkörper vor­ gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallkörper ausschließlich aus einem kreisför­ migen Zylinder besteht, der in dem Kanal senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet ist.

11. Durchflußmesser nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zylinder einen Durch­ messer zwischen 0,76 mm und 12,7 mm aufweist.

12. Durchflußmesser mit einem Aufprallkörper, mit ei­ nem Gehäuse, das einen Fluid-Strömungskanal enthält, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei voneinander beabstandete Aufprallkör­ per, die in dem Kanal angeordnet und am Gehäuse befestigt sind und einen auf Wirbel ansprechenden Sensor, der in dem Kanal zwischen den Aufprallkörpern angeordnet ist und an dem Gehäuse befestigt ist.