DE3940280C2

DE3940280C2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums

Info

Publication number: DE3940280C2
Application number: DE3940280A
Authority: DE
Inventors: Werner Siebert
Original assignee: Siebert & Kuehn Dr
Current assignee: SIKA Dr Siebert and Kuehn GmbH and Co KG
Priority date: 1989-11-10
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: DE3940280A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums bestehend aus einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse längsbeweglich angeordneten, zum Gehäuseeinlaß hin konisch ausgebildeten Staudruckkörper, wobei zur induktiven Ermittlung der Durchflußmenge zwei wechselstromgespeiste, gegensinnig gepolte und voneinander beabstandete Primärspulen sowie eine Sekundärspule vorgesehen sind, wobei durch die Bewegung des Staudruckkörpers relativ zu den Spulen in die Sekundärspule eine Spannung induziert wird.

Aus der DE 32 35 033 C2 ist ein Meßgerät der eingangs genannten Art bekannt. Hierbei weist der Staudruckkörper einen sich axial durch den Staudruckkörper erstreckenden Eisenkern auf. Durch den Eisenkern wird in die Sekundärspulen in Abhängigkeit von der Stellung des Staudruckkörpers bzw. des Eisenkerns relativ zu diesen Sekundärspulen eine entsprechend unterschiedliche Spannung in die Sekundärspulen induziert.

Nachteilig an diesem bekannten induktiv arbeitenden Meßgerät ist, daß der Eisenkern sich über die Länge des Staudruckkörpers hinaus erstrecken muß. Hieraus resultiert in axialer Richtung ein hoher Platzbedarf, der ein großes Bauvolumen bedingt. Darüber hinaus besitzt ein derartiger Schwebekörper aufgrund des großen Eisenkerns ein hohes Gewicht, wodurch diese Vorrichtung zur Messung geringer Durchflußmengen ungeeignet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch ein geringes Bauvolumen auszeichnet und die die Ermittlung auch geringer Durchflußmengen erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse zum Einlaß des Strömungsmediums hin entsprechend dem Staudruckkörper ebenfalls konisch ausgebildet ist, daß ein in dem Gehäuse fest angeordneter, weichmagnetischer Kern vorgesehen ist, auf dem endseitig jeweils eine der Primärspulen und dazwischen die Sekundärspule angeordnet ist, und daß der Staudruckkörper den Kern ringförmig umschließt und mindestens einen Magneten aufweist.

Eine derartige Konstruktion ist vom Aufbau der elektrischen Teile her bekannt aus der DE 36 10 479 A1 die einen magnetischen Wegsensor zeigt.

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.

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 einer Weiterbildung 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.

Um eine beliebige Lage der Meßvorrichtung (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 seine Ausgangslage, 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 den darauf angeordneten Spulen 5a, 5b und 2 ist von einer Umhüllung 2a aus nicht magnetischem und nicht elektrisch leitfähigem 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 Sekundärspule. 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 phasenverschoben). 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

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums, bestehend aus einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse längsbeweglich angeordneten, zum Gehäuseeinlaß hin konisch ausgebildeten Staudruckkörper, wobei zur induktiven Ermittlung der Durchflußmenge zwei wechselstromgespeiste, gegensinnig gepolte und voneinander beabstandete Primärspulen sowie eine Sekundärspulen vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse zum Einlaß des Strömungsmediums hin entsprechend dem Staudruckkörper (7) ebenfalls konisch ausgebildet ist,
daß ein in dem Gehäuse fest angeordneter, weich magnetischer Kern (5) vorgesehen ist, auf dem endseitig jeweils eine der Primärspulen (5a, 5b) und dazwischen die Sekundärspule (2) angeordnet ist, und
daß der Staudruckkörper den Kern (5) ringförmig umschließt und mindestens einen Magneten (9) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Sekundärspule (2) im gleichen Abstand zueinander auf den Kern (5) gewickelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Sekundärspule der Meßlänge entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Kern (5) mit den darauf angeordneten Spulen von einer Umhüllung aus nicht magnetischem und nicht elektrisch leitfähigem Material umgeben ist.

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

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruckkörper (7) die Form eines Kegels aufweist.

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

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