DE3941981A1 - Durchflussmesser fuer vertikale messstroemungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für vertikale Meßströmungen mit einem vertikal angeordneten Meßrohr, in dem ein mit einem Permanentmagneten ausgestatteter Schwebekörper, geführt zwischen Endanschlägen, beweglich an­ geordnet ist, in dessen strömungsaufwärtiges Ende die Meß­ strömung mündet und dessen Wandung einen sich entlang der Bahn des Schwebekörpers erstreckenden Abfluß für die Meß­ strömung aufweist, und mit einer dem Permanentmagneten zu­ geordneten äußeren Anzeigevorrichtung für die Höhenlage des Schwebekörpers. Der Schwebekörper ist spezifisch schwerer als die zu messende Flüssigkeit.

Ein solcher Durchflußmesser ist aus der DE-OS 39 06 085 bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchflußmesser dieser Art so auszugestalten, daß die Abhängigkeit der Hö­ henlage des Schwebekörpers möglichst exakt angezeigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schwebekörper kreiszylindersymmetrische Außenkontur hat, daß der Schwebe­ körper durch an seinen beiden Enden angeordnete Führungen entlang seiner ganzen Bahn in koaxialer Orientierung zum Meßrohr geführt wird, daß der Schwebekörper koaxial zu sei­ ner Zylindersymmetrieachse permanentmagnetisch ist und daß außen entlang des Meßrohres ein Magnetfeldfühler angeordnet ist, der mehrere, vom Magnetfeld des Schwebekörpers betätig­ bare Magnetelemente aufweist, die entlang der Bahn des Schwebekörpers aufgereiht sind.

Dadurch wird sichergestellt, daß sich das Magnetfeld exakt koaxial und damit exakt entlang der Reihe der Magnetelemente mit dem Schwebekörper bewegt.

Aus der Meßströmung wird ein besonders deutlicher meßbarer Effekt abgeleitet, wenn das Meßrohr gleichen Querschnitt hat wie die Zuleitung der Meßströmung und koaxial an diese ange­ schlossen ist. Damit der Strömung im Anschluß an die Öffnung im Außenrohr genügend Querschnitt zur Verfügung steht, emp­ fiehlt es sich, daß der Innenquerschnitt des Außenrohrs min­ destens doppelt so groß ist wie der Innenquerschnitt des Meßrohrs.

Einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schwebekörper so auszugestalten, daß seine je­ weilige Höhenlage möglichst exakt der Durchflußmenge entspricht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens die untere Führung mit für die Beweglichkeit des Schwebekörpers ausreichendem, knappen Spiel ein den Innenquerschnitt des Meßrohrs ausfüllender, ringförmiger Außenwulst ist.

Durch das fehlende Spiel wird sichergestellt, daß die ganze Meßströmung unterhalb der unteren Führung des Schwebekörpers den Abfluß passieren muß, und da dieser im Querschnitt umso größer wird, je höher der Schwebekörper steht, ergibt sich die gewünschte exakte Abhängigkeit.

Zweckmäßig sind beide Führungen in dieser Weise ausgestaltet. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise die ge­ wünschte koaxiale Orientierung des Schwebekörpers entlang der ganzen Bahn.

Als Abfluß kann eine Lochreihe in der Wand des Meßrohrs vor­ gesehen sein, bevorzugt wird aber als Abfluß eine langgestreckte, zum Meßrohr koaxiale, schlitzförmige Öffnung in der Wand des Meßrohrs, wie dies auch bei dem oben zitier­ ten Stand der Technik der Fall ist. Zweckmäßig ist es, eine Öffnung zu wählen, die ein nach oben gleichförmig breiter werdender Längsschlitz ist. Diesen kann man dann leicht so bemessen, daß die Abhängigkeit der Höhenlage des Schwebekör­ pers von der Durchflußmenge linear ist.

Wenn das Meßrohr koaxial im Außenrohr steht, ist der für die Meßströmung im Außenrohr zur Verfügung stehende Querschnitt ringförmig. Strömungstechnisch günstiger bei gleichen Außen­ abmessungen ist eine Anordnung, bei der das Außenrohr gegen­ über dem Meßrohr achsparallel versetzt ist. Berühren sich die beiden Rohre, dann entsteht ein sichelförmiger Querschnitt, der für die Strömung bei gleichen Abmessungen am günstigsten ist. Zwischenwerte sind möglich.

In jedem Fall steht dann für die Strömung ein breiter Be­ reich des Zwischenraums zur Verfügung und für diesen Fall empfiehlt es sich, daß der vom Meßrohr ausgehende Abfluß in diesem Bereich der größten Breite des Zwischenraums mündet.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung nä­ her erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen in eine Rohrleitung für eine Meß­ strömung eingebauten Durchflußmesser von der Seite gesehen,

Fig. 2 den Schnitt II aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Meßleiter für den einen Magnetfeld­ anzeiger aus Fig. 1 und 2 von hinten gesehen,

Fig. 4 den Meßleiter aus Fig. 3 von der anderen Seite gesehen,

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild zu Fig. 4 und

Fig. 6 in der Ansicht gemäß dem Pfeil VI aus Fig. 2, unten abgebrochen, das Meßrohr eines abgeänderten Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung ist mit 1 eine ableitende Rohrleitung und mit 25 eine zuleitende Rohrleitung für eine Meßströmung bezeichnet. In diese Rohrleitungen ist der allgemein mit 2 bezeichnete Durchflußmesser eingeflanscht. Dieser Durchfluß­ messer besteht aus einem Außenrohr 3, dessen Achse 5 zur Achse 4 der Rohrleitung parallel versetzt ist. Das Außenrohr 3 hat größeren Durchmesser als die Rohrleitung 1.

In das Außenrohr 3 ist ein Meßrohr 6 eingesetzt, das genau den gleichen Querschnitt hat wie die Rohrleitung 1, 2 und koaxial zur Achse 4 der Rohrleitung 1, 2 angeordnet ist.

Der Durchflußmesser 2 wird mit vertikalen Achsen 4, 5 - wie in Fig. 1 und 2 dargestellt - eingebaut. Das demzufolge un­ tere Ende des Meßrohrs 6 ragt unten abgedichtet aus dem Au­ ßenrohr 3 heraus. Das obere Ende des Meßrohrs endet unter­ halb des oberen Endes des Außenrohrs. Die Rohrleitung 1, das Außenrohr 3 und das Meßrohr 6 sind gerade Rohre mit kreis­ rundem Querschnitt. Der Innenquerschnitt des Außenrohrs 3 ist mindestens so groß, daß der freie Zwischenraum 52 zwi­ schen dem Außenrohr 3 und dem Meßrohr 6 ebenso groß ist wie der Innenquerschnitt des Meßrohrs.

Innerhalb des Meßrohrs 6 ist ein Schwebekörper 7 zwischen zwei Endanschlägen 8 und 9 entlang der Achse 4 beweglich angeordnet. Der Schwebekörper 7 ist spezifisch schwerer als die zu messende Flüssigkeit, hat zur Achse 4 kreiszylinder­ symmetrische Außenkontur und weist an seinen beiden Enden ringförmige Außenwülste 10, 11 auf, die mit für die Beweg­ lichkeit des Schwebekörpers ausreichendem, aber nur knappen Spiel den Innenquerschnitt des Meßrohrs 6 ausfüllen.

In den Schwebekörper ist ein Permanentmagnet 12 eingebaut, der mit seinem permanentmagnetischen Feld koaxial zur Achse 4 angeordnet und ausgebildet ist. Im übrigen besteht der Schwebekörper aus nicht magnetisierbarem Material.

Entlang der Bahn des Schwebekörpers, also entlang der Achse 4, erstreckt sich ein überall gleich breiter Längsschlitz 13 in der Wandung des Meßrohrs 6. Zwischen dem Meßrohr 6 und dem Außenrohr 3 besteht ein ringförmiger Zwischenraum 52, der in Fig. 2 rechts seine engste Stelle 14 hat, oder, wenn der Zwischenraum sichelförmig ist, an dieser Stelle unter­ brochen ist durch Berührung des Meßrohrs mit dem Außenrohr. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine solche Berüh­ rung nicht vorgesehen, sie kann aber gemäß einer Abänderung vorgesehen sein.

Der Längsschlitz 13 erstreckt sich diametral dieser engsten Stelle 14 oder Berührung gegenüber, wie auch aus Fig. 3 ersichtlich, und mündet damit in dem breitesten Bereich des Zwischenraums 52.

Außen auf das Außenrohr 3 ist ein langgestreckter Magnet­ feldfühler 24 angeordnet, der sich parallel zur Achse 4 er­ streckt und eine Reihe von walzenförmigen, gleichartigen Ma­ gnetfeldelementen 15, 16, 17, 18 aufweist, die um horizonta­ le Achsen 19 drehbar gelagert, quer zu ihrer Drehachse per­ manentmagnetisch polarisiert sind und auf ihrem Umfang ent­ sprechend der Polarisierung visuell ablesbare Markierungen 20, 21 aufweisen. Die Markierung 20 erstreckt sich über den halben Umfangsbereich und ist dunkel, und die Markierung 21 erstreckt sich über den anderen halben Umfangsbereich und ist hell.

Die Magnetfeldelemente sind in einem gemeinsamen Gehäuse 22 gelagert und von außen durch eine durchsichtige Scheibe 23 zu betrachten. Neben der Reihe der Magnetfeldelemente ist eine Skala 55 außen am Außenrohr 3 angeordnet, die auf Durchflußgrößen geeicht ist.

Ebenfalls parallel zur Achse 4 erstreckt sich außen am Meß­ rohr 6 ein zweiter Magnetfeldfühler 30, der ein gerades Rohr 31 aus nicht magnetisierbarem Material aufweist, in dem ein Meßleiter 32 steckt. Der Meßleiter 32 ist mit einer Reihe von gleichen magnetisch betätigbaren Kontaktschaltern 33, 34 bestückt, die in einer elektrischen Schaltung 35 mit den Leitungen 36, 37, 38 als Abgriffe einer Kette 39 elektri­ scher Widerstände 40, 41 geschaltet sind.

Die Leitungen 36, 37, 38 führen zu einem Meßgerät 42 mit ei­ ner von außen ablesbaren Anzeigevorrichtung 43. Alternativ zur Anzeigevorrichtung 43 kann eine solche Anzeigevorrich­ tung auch entfernt vom Meßgerät 42 angeordnet sein.

Außen am Außenrohr 3 sind auf die Länge der Bahn des Schwe­ bekörpers 7 zwei magnetisch betätigbare Schalter 45, 46 ver­ teilt angeordnet, die über nicht dargestellte Leitungen zur Ansteuerung anderer nicht dargestellter Geräte geschaltet sein können.

Der Permanentmagnet 12 ist so bemessen, daß sein Magnetfeld betätigend auf die jeweils auf der gleichen Höhe gelegenen walzenförmigen Magnetfeldelemente 16, 17, 18 und die auf der gleichen Höhe gelegenen Kontaktschalter 33, 34 ... einwirkt und betätigend auf die Schalter 45 beziehungsweise 46 einwirkt, wenn sich der Schwebekörper in einer diesen Kon­ taktschaltern zugeordneten Lage befindet.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende. Die gemäß den Pfeilen 50, 51 von unten zuströmende Meßströmung strömt zu­ nächst in das Meßrohr 6, trifft dort auf die Unterseite des Schwebekörpers 7 und treibt diesen vor sich her in die Höhe, bis ein ausreichender Abschnitt des Längsschlitzes 13 frei­ gegeben ist, durch den diese Strömung gemäß Pfeil 50 in den ringförmigen Zwischenraum 52 weiterströmt. Die Strömung strömt dann in dem Zwischenraum 52 gemäß dem Pfeil 53 bezie­ hungsweise bei tiefer Lage des Schwebekörpers auch gemäß Pfeil 54 im Inneren des oberen Teils des Meßrohrs nach oben zur Rohrleitung 1.

Der Schwebekörper 7 nimmt dadurch exakt entsprechend der Durchflußmenge eine Höhenlage ein, und zwar in jeder Höhen­ lage bedingt durch die Wirkung der Außenwülste 10 und 11 mit stets zur Achse 4 koaxialem Magnetfeld. Dieses Magnetfeld betätigt die walzenförmigen Magnetfeldelemente 15, 16, 17, 18 derart, daß alle diese Elemente, die sich unterhalb des Permanentmagneten 12 befinden, ihre erste Anzeigestellung einnehmen, in der die dunkle Seite nach außen gekehrt ist, und alle darüber befindlichen die zweite Anzeigestellung einnehmen, in der die helle Seite nach außen gekehrt ist.

Ein Magnetfeldelement, wie das Magnetfeldelement 17, das da­ zwischen liegt, nimmt eine Zwischenstellung ein. Die Lage dieses Magnetfeldelementes markiert gegenüber der Skala 55 die jeweilige Durchflußmenge.

Der Permanentmagnet 12 schließt auch die auf der gleichen Höhe befindlichen Kontaktschalter 33, 34. Das Magnetfeld ist dabei so bemessen, daß zur Zeit unabhängig von der Höhenlage immer mindestens einer der Kontaktschalter geschlossen ist oder zwei benachbarte. Die Folge ist, daß ein Abschnitt der Widerstandskette 56 kurzgeschlossen ist, dessen Länge und damit dessen Widerstandswert abhängig ist von der jeweiligen Höhenlage des Permanentmagneten und damit von der jeweiligen Durchflußmenge. Der daraus abgeleitete Meßwert wird in Durchflußgrößen geeicht am Meßgerät 42 beziehungsweise an der Anzeigevorrichtung 43 angezeigt. Die beiden Schalter 45 und 46 können als Endschalter geschaltet sein, zum Beispiel der Kontaktschalter 45 zur Anzeige einer zulässigen, nie­ drigsten Durchflußmenge und der Kontaktschalter 46 zur An­ zeige einer zulässigen, höchsten Durchflußmenge.

Bei einem abgeänderten, vereinfachten Ausführungsbeispiel fehlt der Magnetfeldfühler 24 oder der Magnetfeldfühler 30. Außerdem können auch die Schalter 45 und 46 fehlen.

Anhand der Fig. 6 wird ein, gegenüber dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 bis 5, abgeändertes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Abänderung bezieht sich nur auf die Abmes­ sung des Längsschlitzes 58. Der Längsschlitz 13 ist in Fig. 6 zur Verdeutlichung des Unterschiedes noch einmal gestri­ chelt eingezeichnet. Bei dem abgeänderten Ausführungsbei­ spiel ist der Längsschlitz 58 an dem Meßrohr 57 genausolang, wie der Längsschlitz 13. Alle übrigen Teile des Ausführungs­ beispiels nach Fig. 6 sind genauso ausgebildet wie die ent­ sprechenden Teile des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bis 5. Die zunehmende Erweiterung des Längsschlitzes 58 nach oben ist so bemessen, daß die Abhängigkeit der Höhenlage des Schwebekörpers von der Durchflußmenge linear ist.

Claims (10)

1. Durchflußmesser für vertikale Meßströmungen mit einem vertikal angeordneten Meßrohr, in dem ein mit einem Perman­ entmagneten ausgestatteter Schwebekörper, geführt zwischen Endanschlägen, beweglich angeordnet ist, in dessen strö­ mungsaufwärtiges Ende die Meßströmung mündet und dessen Wan­ dung einen sich entlang der Bahn des Schwebekörpers er­ streckenden Abfluß für die Meßströmung aufweist und mit ei­ ner dem Permanentmagneten zugeordneten äußeren Anzeigevor­ richtung für die Höhenlage des Schwebekörpers, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwebekörper (7) kreiszylindersymmetrische Au­ ßenkontur hat,
daß der Schwebekörper durch an seinen beiden Enden an­ geordnete Führungen (10, 11) entlang seiner ganzen Bahn in koaxialer Orientierung zum Meßrohr (6) geführt wird,
daß der Schwebekörper koaxial zu seiner Zylindersymme­ trieachse (4) permanentmagnetisch ist und
daß außen entlang des Meßrohres ein Magnetfeldfühler (24, 30, 45, 46) angeordnet ist, der mehrere, vom Magnetfeld des Schwebekörpers betätigbare Magnetfeldelemente (16, 33) aufweist, die entlang der Bahn des Schwebekörpers aufgereiht sind.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (6) gleichen Querschnitt hat wie die Zuleitung (25) der Meßströmung und koaxial an diese ange­ schlossen ist.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt des Außenrohrs (3) mindestens doppelt so groß ist wie der Innenquerschnitt des Meßrohrs (6).

4. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßrohr (6) kreiszylinderische Innenkontur hat, und
daß mindestens die untere Führung mit für die Beweglich­ keit des Schwebekörpers (7) ausreichendem, knappen Spiel ein den Innenquerschnitt des Meßrohres ausfüllender, ring­ förmiger Außenwulst (11) ist.

5. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfluß eine langgestreckte, zum Meßrohr koaxiale, schlitzförmige Öffnung (13) in der Wand des Meß­ rohrs (6) vorgesehen ist.

6. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung ein nach oben gleichförmig breiter wer­ dender Längsschlitz (58) ist.

7. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) gegenüber dem Meßrohr (6) achs­ parallel versetzt ist.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Bereich der größten Breite des Zwi­ schenraums (52) zwischen Meßrohr (6) und Außenrohr (3) angeordnet ist.

9. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldelemente (18 ...) um horizontale Ach­ sen (19) drehbar gelagert, quer zu ihrer Drehachse perman­ entmagnetisch polarisiert und auf ihrem Umfang entsprechend der Polarisierung visuell ablesbar markiert sind.

10. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldelemente magnetisch betätigbare Kon­ taktschalter (33) sind, die entsprechend ihrer räumlichen Anordnung den Abgriffen einer Kette (56) elektrischer Wi­ derstände (40) in einer elektrischen Meßschaltung (35) zugeordnet sind.