DE4120051A1

DE4120051A1 - Fluidischer stroemungsmesser

Info

Publication number: DE4120051A1
Application number: DE4120051A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Hattori; Takashi Ueki; Katsuhito Sakai; Toshiki Ishikawa; Yukihiro Niimi; Hideyuki Ochi
Original assignee: Kimmon Manufacturing Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Kimmon Manufacturing Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1991-06-18
Publication date: 1992-01-02
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: GB2246631A; JP2806602B2; KR950010528Y1; US5218872A; GB9113014D0; FR2663417B1; FR2663417A1; GB2246631B; JPH0450724A; DE4120051C2

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidischen Strömungsmes ser zum Messen der Strömungsraten von Stadtgas und anderen Gasen.

Ein fluidischer Strömungsmesser ist ein Strömungsmes ser zum Messen der Strömungsrate mittels eines Aufbaus, bei dem eine Adhäsionswand und ein Rückkopplungströmungskanal an der stromabwärtigen Seite einer das zu messende Fluid ausblasenden Düse vorgesehen sind und eine Schwingung des Fluids an der Adhäsionswand aufgrund des Coanda-Effekts hervorgerufen und die Druckausbreitung zu dem Rückkopp lungströmungskanal übertragen wird, wobei konstruktionsge mäß die Schwingung des Fluids (Schwingungsfrequenz) propor tional zu dem zu messenden Fluid ist.

Fluidische Strömungsmesser dieser Konstruktionsart sind bereits in der US-PS 36 40 133, US-PS 36 90 171, JP-OS 48-54 962, JP-OS 53-77 558, JP-OS 59-1 84 822 veröffentlicht worden.

Weil bei einem solchen fluidischen Strömungsmesser die Funktion darauf beruht, daß das Fluid zum Erzeugen der Fluidschwingung, wie oben beschrieben, aus der Düse ausge blasen wird, muß die Strömungsrate des aus der Düse ausge blasenen zu messenden Fluids als eine wesentliche Bedingung stabil sein im Verhältnis zur Strömungsrate, und es tritt ein Meßfehler auf, wenn es dem Strömungsmesser an dieser Stabilität mangelt.

Die Strömungsrate des durch die Düse geblasenen Fluids wird in großem Maße von der Gestalt der stromaufwärtigen Seite der Düse zusammen mit der Gestalt der Düse selbst be stimmt. Wenn beispielsweise irgendetwas eine glatte Strö mung in dem Strömungskanal auf der stromaufwärtigen Seite der Düse verhindert, ergibt sich in dem in die Düse fließenden Fluid eine Wirbelströmung, und diese Wirbelströ mung übt einen großen Einfluß auf die Strömungsrate aus, da sie diese verändert.

Daher ist es in Hinblick auf die oben genannten vorbe schriebenen fluidischen Strömungsmesser verständlich, daß bei diesen Vorkehrungen getroffen wurden, einen geraden Strömungskanal auf der stromaufwärtigen Seite der Düse zu bilden, um das Auftreten einer Wirbelströmung unwahrschein lich zu machen.

Das Ausbilden eines derartigen geraden Strömungskanals auf der stromaufwärtigen Seite der Düse ist möglich in der Entwicklungsstufe im Labor oder wenn viel Platz für die In stallation zur Verfügung steht. Wenn jedoch wegen der In stallationsbedingungen, wie bei einem Gasströmungsmesser für Stadtgas, das an übliche Haushalte geliefert wird, bei spielsweise aufgrund der Leitungsführung eine kompakte Größe notwendig ist, ist die Ausbildung eines ausreichen den, geraden Strömungskanals auf der stromaufwärtigen Seite der Düse unmöglich. Außerdem sind bei dieser Art von Gas strömungsmessern die Ventile und Regler häufig auf der stromaufwärtigen Seite der Düse installiert und es gibt auch Biegungen in den Rohren und Versetzungen in den Anla geflächen der Verbindungen, wobei all diese Faktoren Wir belströmungen in dem Gasstrom bewirken und einen negativen Einfluß auf die Stabilität der Strömungsrate ausüben.

Somit ist es ein Ziel der Erfindung, einen fluidischen Strömungsmesser vorzuschlagen, bei dem die in die Düse fließende Strömungsrate des zu messenden Fluids stabili siert ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines fluidischen Ele ments, bei dem ein Drahtnetz angebracht ist, das den Einlaß der Düse auf der stromaufwärtigen Seite der Düse umgibt;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines fluidischen Ele ments, bei dem ein zweites Drahtnetz auf der stromaufwärti gen Seite der Düse angebracht ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines fluidischen Ele ments, bei dem eine Einlaufdüse zur Strömungseinstellung auf der stromaufwärtigen Seite eines Drahtnetzes angeordnet ist, das auf der stromaufwärtigen Seite der Düse angeordnet ist;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Unterschieds meßbarer Strömungsratenbereiche in den Fällen, daß ein Drahtnetz auf der stromaufwärtigen Seite der Düse angeord net ist, und ohne ein solches Drahtnetz;

Fig. 5 ein Diagramm, das im Vergleich die Leistungs fähigkeit der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten fluidischen Elemente zeigt;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Ausführungsbei spiels, bei dem das Drahtnetz in Form eines umgedrehten Trapezoids ausgebildet ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Ausführungsbei spiels, bei dem ein Drahtnetz in Form eines umgedrehten Trapezoids sowie ein zweites Drahtnetz angebracht sind;

Fig. 8 ein Diagramm, das im Vergleich die Leistungs fähigkeit der fluidischen Elemente nach den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen zeigt.

In Fig. 1 ist ein fluidisches Element eines fluidi schen Strömungsmessers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein trapezoidförmiges Drahtnetz, das auf der Seite des Einlasses 3a auf der stromaufwärtigen Seite der Düse 3 eines fluidischen Ele ments A angeordnet ist, wobei die Feinheit des Drahtnetzes etwa 7,9 Drähte pro Zentimeter (20 Drähte pro Zoll) beträgt und das Trapezoid so geformt ist, daß die Höhe der Ober seite bis zum Düseneinlaß 3a h=60 mm beträgt, die Breite der Oberseite W₁=20 mm beträgt und die Breite der Boden seite W₂=30 mm beträgt.

Das Bezugszeichen 4 in der Figur bedeutet eine auf der stromabwärtigen Seite der Düse 3 ausgebildete, eine Fluid schwingung erzeugende Kammer und das Bezugszeichen 5 ein Solenoid zum Betätigen eines Ventils 5a zum Verschließen des Ventilsitzes 8, der in einem zu der Düse 3 führenden Fluidströmungskanal 7 ausgebildet ist, so daß der Gasstrom zum Beispiel in einem Notfall durch Schließen des Ventils 5a unterbrochen werden kann. Das Bezugszeichen 8 bedeutet einen Auslaß für das gemessene Fluid, das die Flüssigkeits schwingungserzeugungkammer 4 durchströmt hat.

Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt das zu messende Fluid in dem Fluidströmungskanal 7 innerhalb des fluidi schen Elements A von einem mit dem Rohrnetz verbundenen Fluideinlaß 7a in Richtung nach oben, kehrt in dem Ventil sitz 8 um etwa 80° in die horizontale Richtung um, dreht um etwa 90° in Richtung nach unten um, nachdem er im Inneren leicht nach oben gestiegen ist, tritt von dem Düseneinlaß 3a in die Düse 3 ein und bläst in die Fluidschwingungser zeugungskammer 4. In der Fluidschwingungserzeugungskammer 4 werden durch eine allgemein bekannte Wirkung Fluidschwin gungen erzeugt und diese Fluidschwingungen in ein elektri sches Signal umgewandelt und in eine Strömungsratenverar beitungsschaltung eingegeben. Diese Strömungsrate wird in der Verarbeitungsschaltung verarbeitet und deren integrier ter Wert auf einer Anzeigeeinrichtung sichtbar gemacht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang dreht sich nicht nur die Strömungsrichtung des gemessenen Fluids um etwa 180° um, während es über den Ventilsitz 6 von dem Fluideinlaß 7a zu dem Düseneinlaß 3a gelangt, sondern es werden auch die Vorsprünge des Ventils 5a und des Ventil sitzes 6 zu Hindernissen für die Strömung während das Fluid durch das Ventil hindurchtritt, so daß an den entsprechen den Orten Wirbelströmungen hervorgerufen werden.

Diese Wirbelströmungen machen die Strömungsrate unsta bil, jedoch dient das Drahtnetz 1 dazu, die Strömungsrate des zu messenden Fluids einzustellen unmittelbar bevor das Fluid in den Düseneinlaß 3a eintritt.

Da das eingestellte zu messende Fluid in die Düse 3 eintritt und aus dieser ausgeblasen wird, wird die Strö mungsrate des Fluids stabil unabhängig von den Strömungs ratenbereichen, was zur Folge hat, daß auch die Erzeugung der Fluidschwingungen stabilisiert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, einem 3 m³/h-Modell, ist der Bereich der meßbaren Strömungsrate 0,1 bis 3 m³/h, wogegen der Bereich der meßbaren Strömungsrate bei einem 5 m³/h-Modell zu 0,1 bis 5 m³/h wird, so daß eine der idealen geraden Linie näherkommende stabile Fluidschwingung (Schwingungsfrequenz) erzeugt werden kann, wie in Fig. 4 gezeigt. Der Instrumentenfehler ist bei jedem Modell weni ger als 5%, wie in Fig. 5 (1) gezeigt.

Wenn jedoch Bereiche eines Druckabfalls von größer als 20 mm H₂O in Betracht gezogen werden können, kann ange nommen werden, daß ein zusätzlicher größerer Strömungs ratenbereich als meßbarer Bereich zur Verfügung steht.

Fig. 2 zeigt den Fall, in dem ein weiteres, zweites Drahtnetz 2 einer Größe von 11,8 Drähten pro Zentimeter (30 Drähten pro Zoll) an einer Stelle 25 mm von der stromabwärtigen Seite des Ventils 5a zusätzlich zu dem Drahtnetz 1 in Fig. 1 angeordnet ist. Der Instrumentenfeh ler ist in diesem Fall weniger als +/-2% für beide Mo delle, wie in Fig. 5 (2) gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Drahtnetz 1 von der gleichen Form wie das in Fig. 1 in ei ner Lage 8 mm von der stromaufwärtigen Seite der Düse 3 entfernt angeordnet ist und weiterhin eine Einlaufdüse 9 mit einem Schlitz 9a von 10 mm Breite in einer Lage 5 mm stromaufwärts angeordnet ist, wobei die Funktion dieser Einlaufdüse 9 zum einen darin besteht, die Strömungsrate des zu messenden Fluids zu vergrößern, und zum anderen, es aus dem Schlitz 9a linear gegen den Düseneinlaß 3a zu rich ten, um die Strömung mittels des Drahtnetzes 1 einzustel len. Der Instrumentenfehler bei diesem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 (3) gezeigt und liegt innerhalb +/-2%.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines 3 m³/h-Modells, bei dem ein Drahtnetz 1 in Form eines umge drehten Trapezoids mit den Abmessungen h=9 mm, W₁=30 mm und W₂=26 mm und mit 11,8 Drähten pro Zentimeter (30 Drähten pro Zoll) vorgesehen ist, wobei der Instrumenten fehler für 0,1 bis 3,0 m³/h im Bereich von +/-2% liegt, wie in Fig. 8 (4) gezeigt ist.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Drahtnetz 2 mit 11,8 Drähten pro Zentimeter (30 Drähten pro Zoll) in einer Lage 25 mm auf der stromabwärti gen Seite des Ventils 5a zusätzlich zu dem Drahtnetz 1 von Fig. 8 angeordnet ist, wobei der Instrumentenfehler bei 0,1 bis 3,0 m³/h in der Größenordnung von +/-1% liegt, wie in Fig. 8 (5) gezeigt ist.

Bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Drahtnetze verwendet, jedoch kann anstelle eines solchen Drahtnetzes auch ein Material wie ein beispiels weise aus Nylonfäden geflochtenes oder damit umsponnenes Netz, oder ein Metall mit Honigwabenstruktur, ein Kunststoffkörper, ein gestanztes Metall usw. oder eine andere netzartige Struktur verwendet werden.

Wie oben beschrieben, ist es der Zweck der vorliegen den Erfindung, die Strömungsratenverteilung des in die Düse eintretenden zu messenden Fluids auszugleichen, indem ein Drahtnetz oder allgemein eine netzartige Struktur verwendet wird, das dazu dient, die Strömung auf der stromaufwärtigen Seite der Düse einzustellen.

Das Ergebnis ist, daß die Strömungsratenverteilung des aus der Düse ausgeblasenen zu messenden Fluids ausgegeli chen ist und der Meßfehler und der Instrumentenfehler im Falle einer einstufigen netzartigen Struktur auf weniger als 5% gesenkt werden kann und im Falle einer zweistufigen netzartigen Struktur und im Falle der Anbringung einer zweiten Düse auf weniger als +/-2% gesenkt werden kann.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Rate der in die Düse fließenden Strömung stabil wird und im Ergebnis unabhängig von der Form des Strömungskanals auf der strom aufwärtigen Seite der Düse und der netzartigen Struktur eine stabile Fluidschwingung (Schwingungsfrequenz) in allen Strömungsratenbereichen erzeugt werden kann, hat dies zur Folge, daß der fluidische Strömungsmesser auf eine kompakte Größe gebracht werden kann, ohne daß Beschränkungen hin sichtlich der Installation im Rohrnetz bestehen.

Claims

1. Fluidischer Strömungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal für das zu messende Fluid auf der stromaufwärtigen Seite der Düse eine netzartige Struktur zur Einstellung der Strömung angebracht ist.

2. Fluidischer Strömungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtnetz auf der stromaufwärtigen Seite der Düse angebracht ist.

3. Fluidischer Strömungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus synthetischem Fasergarn gewebtes oder damit um sponnenes Netz auf der stromaufwärtigen Seite der Düse ange bracht ist.

4. Fluidischer Strömungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß eine netzartige Struktur in mehreren Stufen auf der stromaufwärtigen Seite der Düse angebracht ist.

5. Fluidischer Strömungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der den Einlaß der Düse umgebenden netzar tigen Struktur eine zweite Einlaßdüse auf der stromaufwärti gen Seite der die Strömung einstellenden netzartigen Struktur angebracht ist.