DE3904224C2 - Dralldurchflußmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dralldurchflußmeßgerät, in dem die Präzessionsfrequenz eines um die Mittelachse eines rohrförmi­ gen Meßabschnitts sowie um eine Wirbelkernachse präzedieren­ den Wirbelkerns eines fließfähigen Mediums gemessen wird.

Bei solchen Geräten ruft der präzedierende Wirbel im Medium Druck- und Temperaturänderungen hervor, die qualitativ gemes­ sen werden können und deren Frequenz quantitativ gemessen werden kann.

Aus der DE-OS 17 98 360 ist ein Dralldurchflußmeßgerät der genannten Art bekannt, bei dem die Wirbelfrequenz in einem fließfähigen Medium gemessen wird.

Als Detektoren sind Thermistoren und Piezoelemente bekannt. Beide Detektoren müssen Frequenzen von 10 bis 1600 Hertz erfassen können. Dadurch und durch angestrebte Arbeitsbe­ reiche bis 100 bar und 150°C ergeben sich Schwierigkeiten.

Aus der DD 2 50 180 A1, der DE 32 20 539 A1, der DE 25 17 533 B2, der DE 37 13 523 A1 und der GB 2 125 549 A sind Ultra­ schallmessungen einer Wirbelfrequenz bei der Durchflußmessung mit entsprechend angeordnetem Sender und Empfänger bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dralldurchflußmeßgerät der genannten Art anzugeben, das unempfindlich ist und in dem die Präzessionsfrequenz des Wirbels in weiten Arbeitsbereichen zuverlässig zur Erzeugung eines eindeutigen, verhältnismäßig starken Signals erfaßt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Dralldurchflußmeßgerät der genannten Art angegeben, umfassend: einen Ultraschallsender, der wenigstens ein Ultraschallbündel vorgegebener Frequenz in einem Bereich gleichsinniger Geschwindigkeitskomponenten des Wirbelkerns sekantial durch das Medium radial außerhalb der Mittelachse des Meßabschnitts und radial außerhalb der Wir­ belkernachse des Wirbelkerns richtet, und wenigstens einen von diesem wenigstens einen Ultraschallbündel erregten Ul­ traschallempfänger, der periodische Frequenzänderungen im Ultraschallbündel in die Frequenz dieser periodischen Fre­ quenzänderungen wiedergebende Signale umsetzt.

Abmessungen werden dabei bevorzugt so gewählt, daß der Durch­ messer des Ultraschallbündels höchstens so groß wie der Radius des Wirbelkerns ist oder daß der maximale Abstand der Achse des Ultraschallbündels von der Innenfläche des rohrför­ migen Meßabschnitts, durch den das Medium fließt, höchstens so groß wie der Radius des Wirbelkerns ist. Die verwendeten Sender und Ultraschallempfänger mit zu­ gehörigen Schaltungen sind handelsüblich und können für den geforderten Frequenzbereich bis zu hohen Drucken und Tempera­ turen eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Schaltungsanordnung ist derart ausgestaltet, daß zum Vergleich des von dem Ultraschallsender ausgesendeten Signals mit dem vom Ultraschallempfänger empfangenen Signals eine Auswerteelektronik mit einem Phasenkomparator oder einem Frequenz-Demodulator vorgesehen ist.

Bei dem Dralldurchflußmeßgerät durchschneidet das Ultra­ schallbündel den Wirbelkern nur auf einer Seite seines Zen­ trums, also nur in einem Bereich, in dem gleichsinnige Ge­ schwindigkeitskomponenten, aber nicht gegensinnige Geschwin­ digkeitskomponenten des Wirbelkerns vorliegen. Daher wirkt der Doppler-Effekt auf das Ultraschallbündel eindeutig und verhältnismäßig stark.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Dralldurchflußmeßgerät ohne Detektor nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine erste Detektoranordnung.

Fig. 3 zeigt eine zweite Detektoranordnung.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Detektoranord­ nung nach Fig. 2.

Das Dralldurchflußmeßgerät nach Fig. 1 weist ein Rohr 2 auf, dessen Innendurchmesser sich von einem Einlaufabschnitt 4 aus zu einem Meßabschnitt 6 allmählich verjüngt und sich dann wieder zu einem Auslaufabschnitt 8 allmählich erweitert. Im Einlaufabschnitt 4 befinden sich drallerzeugende Elemente 10, im Auslaufabschnitt befinden sich gleichrichtende Elemente 12. Im Meßabschnitt 6 bildet sich bei Betrieb des Geräts ein um die Mittelachse des Rohrs 2 präzedierender Wirbel 14 in dem das Rohr 2 durchströmenden fließfähigen Medium, dessen Präzessionsfrequenz zu messen ist.

In Fig. 2 ist ein Wirbelkern 16 eines solchen Wirbels 14 schematisch dargestellt. Seine Wirbelrichtung ist durch den Pfeil 18 gekennzeichnet. Sein Umlauf im rohrförmigen Meß­ abschnitt 6 ist durch einen Pfeil 20 gekennzeichnet.

Ein Ultraschallsender S1 richtet ein Ultraschallbündel 22 vorgegebener Frequenz sekantial radial außerhalb der Achse 30 des Wirbelkerns 16 durch den Meßabschnitt 6 auf einen Ul­ traschallempfänger E1. Dieser Ultraschallempfänger E1 wird somit von dem Ultraschallbündel 22 erregt. Er enthält eine an sich bekannte Schaltung, die periodische Frequenz­ änderungen im Ultraschallbündel 22 in die Frequenz dieser periodischen Frequenzänderungen wiedergebende Signale umsetzt. Daß solche Frequenzänderungen erfolgen, beruht auf dem bei dieser Anordnung eindeutigen Doppler-Effekt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Ultraschall­ sender S2 vorgesehen, der je ein Ultraschallbündel 24, 26 auf je einen Ultraschallempfänger E2a bzw. E2b richtet. Bei dieser Anordnung wirkt der Doppler-Effekt jeweils ein­ deutig, aber gegensinnig. Die auszuwertenden Signale sind daher bei Vereinigung besonders hoch.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 weist einen Oszillator 30 auf, der den Ultraschallsender S1 speist. Der Ultra­ schallempfänger E1 gibt die von ihm erfaßten Signale über einen Demodulator 32 an einen Zähler 34. Statt des Demodu­ lators 32 kann auch ein Phasenkomparator vorgesehen sein, der die von dem Oszillator 30 abgegebenen Signale mit den von dem Ultraschallempfänger E1 abgegebenen Signalen ver­ gleicht. In dem Zähler 34 wird die Anzahl der Phasendemo­ dulationen bestimmt. Diese Anzahl ist dem Durchfluß des Mediums durch das Dralldurchflußmeßgerät proportional.

Claims (4)

1. Dralldurchflußmeßgerät, in dem die Präzessionsfrequenz eines um die Mittelachse eines rohrförmigen Meßabschnitts (6) sowie um eine Wirbelkernachse (30) präzedierenden Wirbelkerns (16) eines fließfähigen Mediums gemessen wird, gekennzeichnet durch
einen Ultraschallsender (S1; S2), der wenigstens ein Ul­ traschallbündel (22; 24, 26) vorgegebener Frequenz in einem Bereich gleichsinniger Geschwindigkeitskomponenten des Wirbelkerns (16) sekantial durch das Medium radial außerhalb der Mittelachse des Meßabschnitts (6) und radial außerhalb der Wirbelkernachse (30) des Wirbelkerns (16) richtet,
und durch wenigstens einen von diesem wenigstens einen Ultraschallbündel (22; 24, 26) erregten Ultraschallempfänger (E1; E2a, E2b), der periodische Frequenzänderungen im Ultraschallbündel (22; 24, 26) in die Frequenz dieser periodischen Frequenzänderungen wiedergebende Signale umsetzt.

2. Dralldurchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser des Ultraschallbündels (22; 24, 26) höchstens so groß wie der Radius des Wirbelkerns (16) ist.

3. Dralldurchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der maximale Abstand der Achse des Ultraschall­ bündels (22; 24, 26) von der Innenfläche des rohrförmigen Meßabschnitts (6), durch den das Medium fließt, höchstens so groß wie der Radius des Wirbelkerns (16) ist.

4. Dralldurchflußmeßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich des von dem Ultraschallsender (S1; S2) ausgesendeten Signals mit dem vom Ultraschallempfänger (E1; E2a, E2b) empfangenen Signals eine Auswerteelektronik mit einem Phasenkomparator oder einem Frequenz-Demodulator vorgesehen ist.