DE3940280A1 - Vorrichtung zur ermittlung der durchflussmenge eines stroemungsmediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums, bestehend aus einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse beweglich angeordneten Staudruckkörper.

Für die Ermittlung der Durchflußmenge mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung wird dabei davon ausgegangen, daß die Anströmgeschwindigkeit des Strömungsmediums, beispielsweise eines Gases oder einer Flüssigkeit, an den Staudruckkörper in einem bestimmten Verhältnis zur Durchflußmenge steht. Die Ermittlung der Durchflußmenge erfolgt nun dadurch, daß auf dem als Schauglas ausgebildeten Gehäuse eine Skala vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Stellung des Staudruckkörpers, die in Relation zur Durchflußmenge steht, bestimmbar ist.

Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums ist, daß diese im wesentlichen nur dort eingesetzt werden kann, wo sie von außen zugänglich ist, da sonst die Durchflußmenge nicht abgelesen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zur Feststellung der augenblicklichen Durchflußmenge die Vorrichtung nicht visuell zugänglich sein muß.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung der Durchflußmenge induktiv erfolgt. Die bei der induktiven Messung auftretenden elektrischen Signale werden über eine Leitung nach entsprechender Aufbereitung einer Anzeige zugeleitet, so daß hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, die augenblickliche Durchflußmenge unabhängig von dem Einbauort der Vorrichtung ablesen zu können.

Im einzelnen zeichnet sich die Erfindung zur induktiven Messung der Durchflußmenge dadurch aus, daß in dem Gehäuse vorzugsweise zentrisch ein magnetisierter weichmagnetischer Kern angeordnet ist, auf dem sich endseitig jeweils eine wechselstromgespeiste Erregerspule befindet, wobei zwischen den beiden Erregerspulen eine Sekundärspule angeordnet ist, und wobei der magnetbehaftete Staudruckkörper längsbeweglich zu dem Kern angeordnet ist. Bei der Wirkungsweise dieser Vorrichtung wird davon ausgegangen, daß der in dem Staudruckkörper angeordnete Magnet die Entstehung eines virtuellen Luftspaltes in dem weichmagnetischen Kern bewirkt, da die in den Kern induzierten Kurzschlußströme im wesentlichen verhindern, daß der magnetische Kern an der Stelle des Magneten einen magnetischen Fluß führt.

Befindet sich der in dem Staudruckkörper angeordnete Magnet genau in der Mitte zwischen den beiden Erregerspulen, so wird zu beiden Seiten des Magnetes das gleiche Streufeld erzeugt, so daß die in den Wicklungen der Sekundärspule erzeugten Spannungen einander gleich sind und sich in dieser Lage des Magneten gegenseitig aufheben. Verschiebt sich der Magnet aus der Mittellage, so wird die induzierte Spannung der jeweils einen oder anderen Sekundärwicklung vergrößert bzw. verkleinert. Man erhält also eine Spannung, deren Größe abhängig von der Lage des Staudruckkörpers und damit abhängig von der Lage des Magneten ist, so daß hierdurch die augenblickliche Lage des Staudruckkörpers auf dem weichmagnetischen Kern bestimmbar ist; mithin durch diese Lage eine Angabe über die Durchflußmenge möglich ist.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung sind in dem Staudruckkörper zwei Magnete einander gegenüberliegend so angeordnet, daß die ungleichen Pole aufeinander zuweisen. Der Abstand der beiden Magnete zu dem Kern bzw. zu der Sekundärspule muß hierbei so gewählt werden, daß der weichmagnetische Kern von dem Magneten gerade noch gesättigt wird. Denn erst durch die Sättigung des weichmagnetischen Kerns durch den Magneten wird erreicht, daß in dem Kern ein virtueller Luftspalt entsteht.

Um ein lineares Meßverhalten zu gewährleisten, sind die Windungen der Sekundärspule, deren Länge auf dem weichmagnetischen Kern der eigentlichen Meßlänge entspricht, im gleichen Abstand zueinander auf dem Kern gewickelt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der weichmagnetische Kern mit den darauf angeordneten Spulen von einer Umhüllung aus nicht magnetischen und nicht elektrisch leitfähigem Material umgeben. Die Stärke der Umhüllung muß hierbei so gewählt werden, daß die Sättigung des Kernes durch den im Staudruckkörper angeordneten Magneten nicht verhindert wird.

Im einzelnen zeichnet sich die Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge dadurch aus, daß der zentrisch im Gehäuse angeordnete Kern von dem Staudruckkörper ringförmig umschlossen wird. Sowohl der Staudruckkörper als auch das Gehäuse sind hierbei zum Einlaß des Strömungsmediums hin konisch ausgebildet, um ein lineares Meßverhalten über die gesamte Meßstrecke zu erhalten.

Um zu gewährleisten, daß die augenblickliche Durchflußmenge auch visuell erfaßt werden kann, ist das Gehäuse als Schauglas ausgebildet.

Die eigentliche Meßvorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge, bestehend aus einem weichmagnetischen Kern mit darauf angeordneten Spulen, ist im Gehäuse durch am oberen und am unteren Ende angeordnete Halterungen befestigt. Um den Durchfluß des Strömungsmediums zu gewährleisten, sind die Halterungen mit Durchlässen versehen, also etwa sternförmig ausgebildet.

Um eine beliebige Lage der Vorrichtung (horizontal oder vertikal) zu gewährleisten, ist der Staudruckkörper gemäß einer besonderen Ausführungsform an einer Seite durch eine Feder abgestützt.

Bei vertikalem Einbau der Vorrichtung ist eine derartige Feder nicht erforderlich, da der Staudruckkörper entgegen der Schwerkraft durch die kinetische Energie des Strömungsmediums nach oben gedrückt wird, so daß bei Abfall der Strömungsgeschwindigkeit der Staudruckkörper nach unten, also in seine Ausgangslage absinkt. Dies ist bei horizontalem Einbau nicht gewährleistet. Daher ist bei horizontalem Einbau vorgesehen, den Staudruckkörper an einer Seite durch eine Feder abzustützen, um zu gewährleisten, daß bei nicht vorhandener Anströmung der Staudruckkörper in seiner Ausganslage, also die Null-Stellung zurückgeführt wird.

In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Ausführungsform einer Vorrichtung zum vertikalen Einbau;

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform einer Vorrichtung zum horizontalen Einbau.

Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltung von Erregerspulen und Sekundärspule.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, das aus einem zum Einlaß des Durchflußmediums hin konisch zulaufenden Mantel 1a gefertigt ist, der endseitig die Halterung 3 und 4 aufweist.

Die Halterungen 3 und 4 weisen die Durchlässe 3a und 4a auf, die einen gleichen Querschnitt besitzen. Daraus folgt, daß diese Halterung ungefähr sternförmig ausgebildet sein muß. Zentrisch zu der Halterung 3 bzw. 4 ist ein magnetisierter weichmagnetischer Kern 5 vorgesehen, der an beiden Enden je eine wechselstromgespeiste Erregerspulen 5a und 5b aufweist.

Zwischen diesen Erregerspulen 5a und 5b ist eine Sekundärspule 2 auf dem Kern 5 angeordnet.

Der weichmagnetische Kern 5 mit dem darauf angeordneten Spulen 5a, 5b und 2 ist von einer Umhüllung 2a aus nicht magnetischem und nicht elektrischleitfähigem Material umgeben.

Längsbeweglich zu dem Kern 5 ist ein Staudruckkörper 7 angeordnet, dessen Umfangsflächen konisch 6 ausgebildet sind und zwar derart konisch, daß sich die Strömungsquerschnitte in Strömungsrichtung verengen. Die konische Ausbildung ist mithin zum Einlaß des Strömungsmediums gerichtet.

Der Staudruckkörper besitzt zwei Magnete 8 und 9, die gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die ungleichen Pole aufeinander zuweisen.

Die konische Ausbildung des Staudruckkörpers stellt sicher, daß ein lineares Meßverhalten über die gesamte Meßstrecke erreichbar ist.

Die Fig. 2 zeigt im wesentlichen die gleiche Vorrichtung wie Fig. 1, jedoch ist diese Vorrichtung horizontal einbaubar.

Zu diesem Zwecke ist der Staudruckkörper 7 an einer Seite durch eine Druckfeder 10 abgestützt, so daß gewährleistet ist, daß bei einem Abfall der Strömungsgeschwindigkeit der Staudruckkörper in seine Ausgangsstellung zurückgelangt.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltung von Erregerspule und Sekundürspule. Bei dieser Schaltung ist der Staudruckkörper weggelassen und sind nur die in ihm befindlichen Magnete 8 und 9 dargestellt. Die endseitig angebrachten Erregerspulen 5a und 5b sind nur schematisch dargestellt, ebenso die dazwischen befindliche Sekundärspule 2 und der weichmagnetische Kern 5. Aus dieser Schaltung ergibt sich folgendes. Die Erregerwicklungen 5a und 5b sind in Reihe an eine Wechselspannungsquelle 14 so angeschlossen, daß sie versuchen, den weichmagnetischen Kern 5 gegensinnig zu magnetisieren.

Befindet sich der Staudruckkörper mit den Magneten 8 und 9 in der Mitte der Sekundärspule, ergibt sich ein durch Unterbrechung des weichmagnetischen Kerns 5 angedeuteter virtueller Luftspalt 11.

Da sich an dieser Stelle, d. h. also in der Mitte ohnehin wegen der gegensinnigen Magnetisierung der Enden des weichmagnetischen Kerns kein magnetischer Fluß befindet, hat der virtuelle Luftspalt an dieser Stelle keinen Einfluß auf die in der Sekundärspule 2 erzeugten Spannungen. Diese Spannungen sind mit ua und ub bezeichnet und sind einander entgegengesetzt (d. h. um 180 Grad Phasen verschoben). An den Anschlüssen 12, 13 liegt demzufolge keine Spannung an.

Nimmt jedoch der Staudruckkörper und damit die Magnete 8, 9 eine von der Mittellage abweichende Lage ein, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, dann vermindert sich die Spannung ua, hingegen vergrößert sich die Spannung ub, so daß sich ein von der Position des Staudruckkörpers 6 abhängiger Wert für die Summenspannung us ergibt.

Daraus wird deutlich, daß je nach Lage des Staudruckkörpers auf der Meßstrecke andere Spannungen sich einstellen, die dann ein Maß für die Durchflußmenge darstellen.

Das Kabel für die Stromzuführung ist mit 15 bezeichnet.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums, bestehend aus einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse beweglich angeordneten Staudruckkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Durchflußmenge induktiv erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisierter weichmagnetischer Kern (5) vorgesehen ist, auf dem endseitig jeweils eine wechselstromgespeiste Erregerspule (5a, 5b) angeordnet ist, wobei sich zwischen den beiden Erregerspulen eine Sekundärspule (2) befindet, und wobei der magnetbehaftete Staudruckkörper (7) längsbeweglich zu dem Kern (5) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Staudruckkörper (7) zwei Magnete (8, 9) einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß die ungleichen Pole aufeinander zuweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Sekundärspule (2) im gleichen Abstand zueinander auf den Kern (5) gewickelt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Sekundärspule der Meßlänge entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Kern (5) mit den darauf angeordneten Spulen von einer Umhüllung aus nicht magnetischem und nicht elektrischleitfähigem Material umgeben ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen den Kern gegensinnig magnetisieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) zentrisch im Gehäuse (1) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruckkörper (7) den Kern (5) ringförmig umschließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruckkörper zum Einlaß des Strömungsmediums hin konisch ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Staudruckkörper (7) die Form eines Kegels aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse konisch ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als Schauglas ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) am oberen und am unteren Ende jeweils eine Halterung (3, 4) für die Erregerspulen (5a, 5b) und den Kern (5) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung Durchlässe (3a, 4a) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur lageunabhängigen Montage der Vorrichtung, der Staudruckkörper (7) an einer Seite durch eine Feder (10) abgestützt ist.