DE6905512U

DE6905512U - Stroemungsmessgeraet

Info

Publication number: DE6905512U
Application number: DE6905512U
Authority: DE
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1968-02-13
Filing date: 1969-02-12
Publication date: 1969-09-04
Also published as: DE1907037B2; CA923727A; DE1907037A1; NL6902307A; NL164131B; NL164131C; US3650152A; JPS4811075B1; DE1907037C3; GB1219231A; FR2001794A1

Description

Strömungsmeßgerät
Die Erfindung betrifft ein StrömusgsaeSgerät;

In einem im November 1965 in der "Aeronautical Quarterly". .! auf Seite 350 veröffentlichten Artikel beschreibt V. A. Mair "' .■ Versuche, bei welche« eine flache Scheibe an stromwärts ge- r>-" legenen, flach gehaltenen Ende eines mit einer gekrümmten Kai« .:/ versehenen, zylindrischen Körpers angebracht vurde. um den -Uv; Widerstand des Körpers zu reduzieren, wenn die Anordnung in >:.. einen Wind tunnel bzw. Windkanal mit verhältniemässig geringer ⁷^i Windgeschwindigkeit eingesetzt wurde. -Der Verfasser berichtet)' '"■ daß der Wiäers^enäj^y^rgTößert oder verfingest werden konnte, ."'/·* was vom axialen Abstand der Sche±i)e^:
abhing. Im Bereich hohen Widerstaüä

die Strömung im Bereich zwischen der Basis des Körpers und der Scheibe ausserst ungleichförmig iffiiF Ü^öh ein' signal äiV^ einer vorherrschenden Frequenz für einen^bestiomten WerJ .der Strusunsi< geschwindigkeit'der Luft gekennzeichnet war. ~* . :-'_:s:'..y

tafantanwälta DipL-ing. Martin Lkhi, DipI.-Wirhth.-lna.>xer Haninwrin/DipL-rnyj. Sebastian Hermann »MÖNCHEN J, THElESlENiJiASSi]IJ-TAoSiSnJ^i,'

ιι.Υιιι'ιιιΐιιιΐ THiiiT in. TriiTji' rr~r η rT'fT-g.**- "- *~-*

Bei Analyse der Untersuchungen von Hair wurde festgestellt, daß das Gerät unter Verwendung des zylindrischen Körpers und der stromabwärts daran angeordneten Scheibe möglicherweise als Strömungsmesser Verwendung finden kann, mit welchem die Frequenz der durch Mair beobachteten, ungleichförmigen Strömung gemessen wird; die festgestellte Frequenz wird daraufhin der Geschwindigkeit der Strömung zugeordnet. Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnisse wurde ein der Vorrichtung von Mair ähnliches Gerät geschaffen, welches konzentrisch in ein Rohr so eingelegt wurde, daß die Nase stromaufwärts zu liegen kam. Es wurden Untersuchungen bezüglich der Charakteristiken der durch Mair festgestellten, sogenannten unsteten Strömung vorgenommen. Im allgemeinen bekräftigten diese Untersuchungen Mair*s Beobachtunger einer unsteten, schwingungsförmigen Strömung in der Nähe und stromabwärts des Zwischenraumes zwischen der Basis des Körpers und der daran angeordneten Scheibe. Man gelangte jedoch auch zur Erkenntnis, daß das abgefüJalte Signal nicht stabil war insofern als die Frequenz und Amplitude der bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten gemessenen Schwingungen nicht immer angezeigt bzw. aufgenommen werden konnten· ganz allgemein gesprochen, sie konnten in keine feste Beziehung zur Strömungsgeschwindigkeit gesetzt werden. Es waren zu viele, nient T©rauss#£äiaro Veräsderssges der Strouhal-Zahl über einem beträchtlichen Bereich der Reynolds«· Zahl vorhanden. Meßergebnisse der schwingenden Strömung konnten deshalb praktisch nicht verwertet werden, um das genannte Gerät als Strömungsmesser einsetzen zn können.

Nach der vorliegenden Erfindung wurde ein Gerät der beschriebenen Art Tireiterentwiekelt xuad modifiziert, mit welchem stark stabilisierte Schwingungen im stromabwärts gelegenen Nacfastroia erzeugt werden können. Die Schwingungen der mit der erfinüungs— gemäßen Vorrichtung erzeugten Art xmterliegen nicht üjen genannten zufälligen Veränäeximge-i und Schwankungen. Bas Gerät der ooen oesenriebenen Art wurde insbesondere durch ein zusätzliches Element Tfeitexentrwiekelt,, ieLches die Strömung nahe oder stromabwärts des Zwischenraumes zwisenes. ier Basis des zylin-

AitseliT. as 20.5·-^-

drisefcsn körpers und der Scheibe aufteilt. Dabei werden die Schwingungen is stromabwärts gelegenen Nsehstroa stabilisiert, \ indem die schwingende StrSaung in einer Ebene gehalten wird, welche in ihrer Winkellage bezüglich d»r Längsachse der Vorriehtumg fixiert M*ibt. Asf diese Weise werden die bereit» genannten, nicht vorhersehbaren und willkürlichen Veränderungen vermieden, so daß das Sehwinguugsbild ofens weiteres und jederzeit wiederholbar bei einsr bestimmten Strömungsgeschwindigkeit festgelegt werden kann. Es wurde daiIberhinaus festgestellt, daß die Strouhal-ZahlL für die stabilisierte, schwingende Strömung über einem beträchtlichen Bereich der Reynolds-ζ Zahl konstant ist. Somit ist in der durch das Gerät nach der

vorliegenden Erfindung erzeugten, stabilliierten und schwin- j genden Strömung die Frequenz der Schwingung direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und dies innerhalb eiCAS beträchtlichen Geschwindigkeitsbereiches. Das weiter entwickelte Gerät ist deshalb insbesondere als Strömungsmesser verwendbar, in j welchem die Vorteile eines einfachen Aufbaues, der Linearität, j des Digitalausganges, nicht bewegbarer Teile und eines sehr I geringen Druokgefälles durch einen verhältnismäSig kleinen | Widerstand verwirklicht sind, welcher durch das Herät nach \ der vorliegenden Erfindung gebildet ist. \

Darüberhinaus ist lediglich ein einfacher und billiger | ζ Fühler zur Frequenzanzeige und damit zur Bestimmung der Strö- I mungsgeschwindigkeit erforderlich, Mit der vorliegenden Er- | findung wurde in der ?at ein verhältnismäßig unkompliziertes g Gerät geschaffen, welches aus einem Mikrofon herkömmlicher g Bauart und aus einem elektronischen Zähler besteht, mit welches g auf leichte Welse die durch die Vorrichtung naoh der vorliegen- | den Erfindung erzeugten, stabilisierten Schwingungen in Form starker Signale gemessen werden können. Mit der vorliegenden Erfindung wurde sowohl ein neuartiges Gerät als auch ein neuartiges Verfahren geschaffen, um di« volumetrische Geschwindigkeit der Strömung mit großer Präzision unter Verwendung eines verhältnismäßig einfachen und billigen Systems zu messen

und aufzuzeichnen.

Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung weist einen z-j driseiae^a Körper sit einer gekrümmten Nase an einem Ende und einer flachen Basis am anderen Ende auf. Eine Scheibe von ge-. ringersm !Durchmesser ist an dieser Basis so angebracht, daß die Achse der Scheibe mit der Längsachse des Körpers zusammenfällt, woläei die Scheibe axial im Abstand von der Basis vorgesehen ist,. Wenn die genannte Vorrichtung axial in der Mitte \. des Stromes so angebracht wird, daß die Nase stromaufwärts zu ~ liegen koiimt, kann ein stromabwärts liegender Nachstrom ge-,, schaffen werden, in welchem die Strömung ein unstetes, unregelmässiges Strcmupgsauster zeichnet, welches seiner Natur nach Schwingungsform aufweist, welches indessen willkürliche, . nicht voraussehbare Veränderungen und Schwankungen in der Amplitude und Frequenz aufweist· Das Gerät der genannten Art % wurde durch ein zusätzliches Bauteil weiterentwickelt, welches . die Strömling am Zwischenraum zwischen Basis und Scheibe bzw. . stromabwärts davon aufteilt, d.h. der Strömung einen Widerstand entgegensetzt. Durch die» Element wird das Strömungsmuster des Nachstromes in einer feststehenden Schwingungsebene stabilisiert. Sie Amplitude und Frequenz der Schwingungen können 'leicht gernesaen werden. Die Frequenz der stabilisierten Schwingungen variiert über einem beträchtlichen Geschwindigkeitsbeireich direkt mit der volumetrisehen Geschwindigkeit der Strömung. Das erfindungsgemäße· weiterentwickelte Gerät ist in einem ein-' fächeren, linear wirksamen Strömungsmesser mit nicht bewegbaren ,'Teilen und Digitalausgang verwirklicht, durch welchen mit hoher Präzision die Strömungsgeschwindigkeit leicht gemessen werden kann.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen ierläutert.

Figur 1 der Zeichnungen ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gerätes, welches nach erfindungsigemäßer IWeiterentwicklung als Strömungsmesser eingesetzt werden kann.

U 0 D 1

C Figur 2 ist eine Schnittansicht von Linie 2-2 in Figur Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Bauteile der in Figur--1 dargestellten Vorrichtung, mit velcher unstahile, stromabwärts liegende Schwingungen erzeugt werden·

Figur 4 ist eine Perspektivansicht der in Figur 3 dargestellten, jedoch erfindungsgemäß weiterentwickelten Vorrichtung zur Erzielung.stabilisierter Schwingungen,

Figur 5 ist eine Perspektivansieht der in Figur 3 dargestellten, auf eine zweite Weise weiterentwickelten Vorrichtung zur Erzeugung stabilisierter Schwingungen.

Figur 6 ist eine Perspektivansicht der ±n Figur 5 darge-

{ ) stellten, auf eine dritte Veise weiterentwickelten Vorrichtung i* zur Erzeugung stabilisierter Schwingungen. "-' Figur7 ist eine Perspektivensicht der in Figur 3 dargestellten, auf eine vierte Y«ise weiterentwickelten Vorrichtung zur Erzielung stabilisierter Schwingungen; und

Figur 8 ist «ine teilweise geschnittene Perspektivansicht

^! eines geeignet angeordneten Sensors zur Messung der stabilisierten Schwingungen.-

Das in Figur 1 der Zeichnungen dargestellte Gerät weist einen zylindrischen Körper 10 mit einer gekrümmten Nase 12 und mit einer flachen Basis 14 am gegenüberliegenden Ende auf. ι-j . An der Basis 14 ist eine flache Scheibe ±6 angeordnet. Ber Durchmesser ⁿd^H der Scheibe l6 ist geringer als der Durchmesser "D^tt des zylindrischen Körpers 10. Die Mittellinie der Scheibe trifft mit der Längsachse des Körpers 10 zusammen; die Scheibe ist im Abstand ^Hx^B von der Basis 14 vorgesehen.

Der Körper 10 und die daran angeordnete Scheibe 16 sind in der Mitte eines Rohres 18 mittels dreier Paare dünner Streben 20 angebracht, welche die Außenfläche des Körpers 10 mit der Innenwand des Rohres 18 verbinden. Vie sich aus der Zeichnung ergibt sind die Streben jeden Paares in einer Ebene ausgerichtet, welche durch die Längsachse des Körpers 10 verläuft. Die drei Ebenen der drei Paare von miteinander ausgerichteten Streben sind in einem Winkel von 120° jeweils zusisssäs* vos*gg.·. Sie iü ist sissy styKmjiÄggniielle (nicht dargestellt) zugewandt und liegt bezüglich der Strömung

stromaufwärts. Die Scheibe ±6 liegt bezüglich der Strömung stromabwärts und liegt das Auslaß 22 des Eohres 18 zugewandt* Die Längsachse des Körpers 10 ist im wesentlichen parallel zur axialen Strömangsrichtung innerhalb des Ronres 18. Nahe unterhalb des Auslasses 22 befindet sich eii? Mikrofon 2%, dessen Ausgang an ein herkömmlich aufgebautes Meß- und Anzeige· gerät 26 angeschlossen ist. Dieses Gerät analysiert und zeich—" net die Druckunterschied auf, welche durch das Mikrofon 2h abgefühlt bzw. wahrgenommen werden. Der Analysator und das Aufzeichnung^gerät 26 können beispielsweise der Ausführungsform entsprechen, wie sie durch den "General Radio Type 19ü—A, Recording Sound and Vibration Analyzer" bekamt sind.

Venn ein Medium wie Luft durch das Rohr 18 geleitet wird (Figur 3) trifft die Strömung auf die gekrümmte Nase 12 des Körpers 10 auf tm4^r wird so unterteilt (siehe Zeile 26), daß sie um das durch den Körper 10 gebildete Hindernis strömt. Venn die Strömung den Zwischenraum zwischen der Scheibe 16 und der flachen Basis 14 erreicht wird sie unterbrochen bzw. gestört. Auf diese Veise entsteht ein stromabwärts befindlicher Nachstrom bzw. Wirbel, in welchem die Strömung des Mediums eine Schwingungsbewegung entstehen lässt, wie sie durch die Pfeile 30 und durch den Kurvenverlauf 32 dargestellt ist.

Bei jeder Strömungsgeschwindigkeit ist die durch die in Figur 3 dargestellte Anordnung erzeugte Schwingungsbewegung unstabil insofern, als die Ebene der Schwingungsbewegung nicht fixiert bleibt und stattdessen sich um die proiizierte Längsachse 3^ des Rohres dreht, wie durch die Pfeile 36 angezeigt ist. Die Verdrehung der Schwingungsebene ist im voraus nicht bestimmbar, sowohl was die Große" bzw. den Ausschlag als auch die Winkelrichtung bei beliebiger Geschwindigkeit oder bei beliebigem Geschwindigkeitswechsel betrifft. Das bedeutet, daß das Mikrofon 2k zeitweise starke Druckwechsel von gemessener Frequenz und Amplitude und zu anderen Zeitpunkte: willkürliche Veränderungen der gemessenen Amplitude und Frequenz der Schwingung, bisweilen sogar eine Löschung der Fre-

55 1 Z

quenz und der Amplitude bis zum Rauschen feststellt. Die durch I

das Mikrofon aufgenommenen Signale können deshalb der Geschwin- f

digkeit der Hauptströmung innerhalb des ^ohres i8 nicht, züge- «

ordnet werden; die in Figur 1 bis 3 der Zeichnungen dargestellte \

Vorrichtung ist deshalb als Strömungsmesser nicht praktisch ■■'

und verwendbar. j

In Figur 4 der Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Veiter·- f

entwicklung der in Figur 3 der Zeichnungen dargestellten Vor- f;

richtungen dargestellt. Die weiterentwickelte Vorrichtung weist r

eine kleine, zylindrische Stange 38 auf, welche nahe der flachen f

Basis 14 an der Außenfläche des Körpers iO angeordnet ist. Die I

Längsachse der Stange bzw. des Bolzens 38 trifft mit einem I]

Radius zusammen, welcher von der zentralen Längsachse des j j

Körpers 10 nach außen projiziert ist. Der Bolzen 38 stellt «^!

ein weiteres Hindernis für die Strömung an der Außenseite |

des Körpers dar und unterteilt die Strömung, bevor diese den I

Zwischenraum ⁿxⁿ zwischen der Basis 14 und der Scheibe 16 er- j;

reicht. . l\

Durch zusätzliche Verwendung des B₀lzens 38 wird die Schwin-' f

gungsbewegung der Strömung in dem stromabwärtsliegenden Nach— |

strom, wie er durch die Linie 32 dargestellt ist, in einer I

feststehenden Ebene stabilisiert! diese liegt senkrecht zu ' i

einer Ebene, welche mit der Längsachse des Bolzens bzw. der ä

Stange zusammenfällt. Das Mikrofon 24 fühlt deshalb stabili- ' |

sierte Schwingungen großer Amplitude und gleichförmiger Fre- |

quenz bei jeder Geschwindigkeit im Bereich der Reynolds-1-Zahl I

4 5 I

von etwa 10 bis 10*^ ab. Die Eequenz der stabilisierten , durch g

das Mikrofon abgefühlten Schwingungen steht in direkter Be- |

Ziehung zur Axialgeschwindigkeit der Hauptströmung innerhalb |

des Rohres 18. Die Geschwindigkeit der Strömung kann deshalb I

mit hoher Präzision innerhalb des oben angegebenen Bereiches ' gemessen werden.

_mm Q _mm

Eine weitere Nachprüfung der stabilisierten Lage der schwingenden Strömung in dem stromabwärts gelegenen Nachstrom wird erzielt, indem zwei Stränge eines flexib&n Materials 40 am Auslaßende 22 der Scheibe 16 an den gegenüberliegenden Enden eines Durchmessers'angebracht werden, welcher senkrecht zur durch die Längsachse des Bolzens 33 verlaufende Ebene steht. Wenn die Stränge bwz. Streifen aus flexiblem Material 40 mit einem stroboskopisch pulsierenden Licht bestrahlt werden, wie es beispielsweise mit Hilfe «ines "General Radio Type 1531-8 Strobotac electronic stroboscope," erzielbar ist, kann bei Strömung im Rohr 18 beobachtet werden, daß die

C Stränge 40 synchron in der sie verbindenden Durchmesserebene vonärts und rückwärts flattern wobei einer der Stränge 40 in von der Mittellinie des' Bohres abgewandter Richtung zeigt, während der . andere Strang in Richtung der Mittellinie des Rohres ausgerichtet ist (Figur 4)* Die Streifen kehren alternierend ihre Lage im Synchronablauf um, so daß der erste Strang in Richtung der Mittellinie des Rohres ausgerichtet ist, während der zweite in von der Mittellinie des Rohres angewandter Sichtung z« lieg^s koisst. So vsrden die Schwingungen in eines? Ebene stabilisiert, welche senkrecht zur Längsachse des Bolzens 38 liegt. Diese stabilisierte Lage wird durch den Bolzen innerhalb des oben genannten Geschwindigkeitsbereiches der Strömung

C aufrechterhalten. Da die Amplitude und Frequenz der stabilisierten Schwingungen ohne weiteres durch Mikrofone oder durch andere Saisoren abgefohlt werden können, und da die Frequenz der Schwingungen sich direkt mit der Strömungsgeschwindigkeit des Haupt ströme s innerhalb des Rohres 18 ändert, ist in der in Figur 4 der Zeichnungen dargestellten Vorrichtung ein sehr genau messender Strömungsmesser verwirklicht, mit dessen Hilfe die volumetrische Geschwindigkeit 3er" Strömung ohne weiteres und schnell abgelesen'werden kanrü~

In Figur 5 der Zeichnungen ist eine zweite Ansführungsform der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine halbkreisförmige Rippe 42 an

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der stromabwärtsliegenden Seite der Scheibe i6 entlang eines der Scheibendurchmesser angebracht. Obwohl mit Hilfe der Rippe 42 das strömende Medium nicht aufgeteilt wird, bevor die Strömung den Zwischenraum "x" zwischen der Basis 14 und der Scheibe ±6 erreicht, ist sie trotzdeaÄusserst wirksam, um die schwingende Strömung in dem streaabwärtsliegesdea Naohstrom in einer fixierten Ebene zu stabilisieren, welche mit der Ebene der Rippe zusammenfällt bzw. parallel zu dieser ist. Auch bei dieser Ausiührungsform der Erfindung können mit Hilfe des Mikrofons 24 die Frequenz und die Amplitude der Schwingungsbewegung in einer genau bestimm- und vorhersehbaren W_eise angezeigt werden, d.h. ohne willkürliche Veränderungen und Schwankungen, welche mit der in Figur 3 dargestellten Anordnung in Kauf genommen werden müssen. Das Meßgerät der Ausführungsform nach Figur 5 hat infolgedessen ausgezeichnete Eigenschaft als Strömungsmesser, welches die eben genannten Vorteile zueigen sind.

In Figur 6 der Zeichnungen ist eine dritte Weiterbildung =der iji Figur 3 der Züiciniumgeii dargestelltes. Vorrichtung dsir— gestellt, Wie sich aus Figur 6 der Zeichnungen ergibt unterteilt eine dünne Platte 44 den durch den Umfang und nie einander gegenüberliegenden Flächen von Basis und Scheibe gebildeten Zwischenraum in zwei Hälften. Die Platte 44 ist entlang eines Durchmessers der Basis 14 und der Scheibe 16, welche in gemeinsamer Ebene liegen, angebracht. Die Platte 44 unterteilt den Zwischenraum zwischen Basis 14 und Scheibe 16 in zwei symme-> trische Hälften; mit Hilfe der Scheibe wird die schwingende Strömung im stromabwärtsliegenden Nachs'crom in einer feststehenden Ebene stabilisiert, welche mit der Platte 44 zusammenfällt bzw. parallel zu dieser ist, wie durch die Spur 32 dargestellt ist. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die stabilisierten Schwingungen über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich der oben beschriebenen Art beibehalten. Mit Hilfe des Mikrofons 24 können deshalb sowohl die Amplitude als auch die Frequenz der Schwingungen bei jeder gegebenen Geschwindigkeit und die Bequenzänderungeai der Schwingungen bei einem Wechsel der Stromungsgesehwindigkeit

-ιο

gemessen werden. Die in Figur 6 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung kann deshalb als Strömungsmeßgerät eingesetzt werden, um die axiale Hauptströmung bzw. deren Geschwindigkeit innerhalb des Rohres 18 zu messen und aufzuzeichnen.

In Figur 7 der Zeichnungen ist eine vierte Ausführungsfora bzw. Weiterbildung der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung dargestellt. Ein großer, flacher End- bzw. Leitkörper hS ist an der stromabwärtsliegenden Seite der Scheibe i6 entlang eines Durchmessers dieser Scheibe angebracht. Der Leitkörper 46 erstreckt sich üoer den Durchmesser der Scheibe hinaus bie zur Innenwand des Rohres 18 und erstreckt sich gleichfalls über das Auslaßende 22 des Rohres. Der Leitkörper 46 unterteilt infolgedessen die gesamte, bezüglich der Scheibe 16 stromabwärtsliegende Strömung in zwei symmetrische Ströounge- \ teile, welche je für sich durch den halbrunden Zwischenraum

verlaufen, welche jeweils durch eine Seite des Leitk'tfrpers und durch die gegenüberliegende Innenwand des Rohres 18 gebildet werden. Bei dieser besonderen Ausführungsfonn der Erj findung wird die stromabwärts des Zwiscfienbereiches ^wxⁿ

] zwischen Basis 14 und Scheibe ±6 liegende Strömung in einer

] fixierten Efeese stabilisiert^ urelese mit der Eben© des Leit—

körpers 46 zusammenfällt bzw. parallel zu dieser ist. Auch in diesem Fall wird das Mikrofon verwendet, um die Frequenz und die Amplitude der Strömungsschwingungen für eine gegebene Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Rohres 18 anzuzeigen. Mit Hilfe des Mikrofons kann der in direktem Zusammenhang stehende Wechsel in der Frequenz der Schwingungen bei Änderung der Geschwindigkeit gemessen werden. Innerhalb des bereits genannten Geschwindigkeitsbereiches der Strömung kann infolgedessen die in Figur 7 der Zeichnungen dargestellte Ausfuhrangsform der Erfindung ölt ausgezeichneten Ergebnissen als StrösnmgsmeSgerät verwendet werden, weichest öle bereits genannten Vorteile zu eigen sind.

Das Verhältnis des Xmrclo&essexs äex Seheibe sms Sureinsssser des Körpers, d.h. d/D hat eine Auswirkung auf die stabilisiert! Sehvingmigsibetregimg ±n. den verschiedenen Ausf ührnngsf armen des

Strömungsmeßgerätes nach der vorliegenden Erfindung, Diese Auswirkung verändert sich je nach der besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelementes zur Unterteilung der Streuung? um die Schwingungen zu stabilisieren. Im allgemeinen sollte der We^ d/D im Bereich von 0_s6 bis 0,8 liegen.

Auch das Verhältnis des Abstandes ⁿx" zum Durchmesser des Körpers D, d.h. x/d hat einen Einfluß auf die stabilisierten Schwingungen des Strömungsmeßgerätes nach der vorliegenden Erfindung. Die Auswirkung des x/D-Varhältnissee ändert sich weiterhin je nach der besonderen Ausgestaltung des zur Unterteilung der Strömung dienenden Bauelementes und je nach den zugrundegelegten d/D-Veriiältnis. Gewöhnlich sollte der Wert x/d im Bereich von etwa 0,28 bis etwa 0,6 liegen.

-⁰Ie genannten. Bestimmungsgrößen sind nicht insoweit we sentlieh und von Bedeutung als außerhalb dieser Werte keine stabilisierten Schwingungen zu erzielen wären. Indessen dienen die oben genannten Verhältniszahlen als Richtwerte, innerhalb welcher die besten Resultate bezüglich der messbaren Amplitude der stabilisierten Schwingungen zu erzielen sind. Wenn alle anderen Größen gleich sind, ist es vorteilhafter, die Amplitude der stabilisierten Schwingungen bei einer gegebenen Geschwindigkeit und Frequenz maximal zu gestalten, um die ( größte Differenz zwischen der Signalamplitude und dem durch den Sensor ^gefühlten Grundgeräusch zu erzielen. Um diese möglichst große Differenz zu erreichen sollten die zuvor genannten Verhältniswerte d/D und x/D gewahrt bleiben.

In Figur 8 der Zeichnungen ist die Befestigung eines Sensors 48 in der Wand des Rohres 18 dargestellt. Der Sensor ist in eine Gewindebohrung der -Rohrwandung an einem passenden Punkt stromabwärts des in Figur 4 - '7 dargestellten Strömungsmeßgerätes eingeschraubt^'Der Sensor 48 weist ein Fühlerelement 50 auf, welches in der Bahn der durch das Strömungemeßgerät erzeugten Strömungsschwingungen ausgerichtet ist. Das Fühler-

a ; a

element 50 kann so aasgelegt sein, daß es auf durch die Schwin- , gungen hervorgerufene Druck- und Temperaturunterschiede anspricht. Das Element 50 kann beispielsweise ein Membran-Wandler bzw. ein Membram-Umformer oder ein piezoelektrischer Kristall sein, um die Druckunterschiede abzufühlen. Das Element 50 kann auch als Thermistor oder als Thermoelement ausgebildet sein, um Temperaturunterschiede abzufühlen. Bei Verwendung eines Sensors der in Figur 8 der Zeichnungen wiedergegebenen Art in Kombination mit dem Strömungsmeßgerät nach Figur 4-7 kann die Meß vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung an jedem beliebigen Punkt entlang der Längsachse eines Rohren, einer längeren Bohrleitung und entlang eines anderen Leit-^Λ systems angebracht werden, um das im Leitungssystem strömende Medium zu messen.

Es wurde bereits darauf hingewiesen], daß mit der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaft arbeitendes Strömungsmeßgerät geschaffen wurde, um die Geschwindigkeit und Strömungen zu. 'messen. Das Strömungsmeßgerät nach der vorliegenden Erfindung und andere, mit welchen die Erfindung verwirklicht werden kann, erfordern einen Schwingungserzeuger, welcher durch einen Hinderniskörper und einen zweiten Körper gebildet wird, der in einem bestimmten Abstand von einem Ende des Hinderniskörpers vorgesehen und so ausgerichtet Ist, daß ein» Projizierung der Längsachse vom Ende des Hinderniskörpers durch den zweiten Körper verläuft. Der maximale Querschnitt des zeiten Körpers, welcher senkrecht zur projizierten Längsachse liegt, muß geringer sein als der maximale Querschnitt des Hinderniskörpers, welcher senkrecht zu seiner Längsachse liegt. Wenn der Schwingungserzeuger innerhalb einer Strömung angeordnet wird, wobei die zentrale Längsachse des Hinderniskörpers im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung liegt, während das zweite Ende des Hinderniskörpers stromaufwärts ausgerichtet ist, werden Schwingungen in der Strömung, d.h. im Nachstrom stromabwärts des zweiten Körpers erzeugt. Diese Schwingungen sind von will_T kürlicher Natur insofern, als sich die Winkellage der Schwingungeebene bezüglich der zentralen Längsachse des Hindernis- -

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körpers verändert. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, die Größe oder Richtung dieser Veränderungen vorherzusagen l)zw. zu feestimmen. Ein in fixierter Lage angeordneter Sensor zur Messung der Schwingungen ist deshalb nicht in der Lage,, die willkürlichen Veränderungen festzulegen, noch ist es möglich, einen "bewegbaren Sensor den willkürlichen Schwankungen folgen und diese festlegen zu lassen. Ein Schwingungserzeuger der tesehriebenen Art hat für sich deshalb keine Bedeutung als Strömungsmeßgerät.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde der Schwingungserzeuger weiterentwickelt durch Hinzufügen eines Stabilisierungskörpers, durch welchen die nachteiligen, willkürlichen Schwankungen vermieden werden. Auf diese Weise bleibt jede Schwingungsebene im wesentlichen fixiert in ihrer Winkellage bezüglich zur projizierten Längsachse des Hinderniskörpers. Von größter Bedeutung ist die Tatsache, daß die Ebene der stabilisierten Schwingungen, d.h. eine durch die gesamte Amplitude der schwingenden Strömung gelegte Ebene im wesentlichen in ihrer Wickellage bezüglich der projezierten Längsachse des ·-■ · Hinderniskörpers fixiert bleibt. Infolgedessen kann ein

passender Sensor in fixierter Lage angeordnet werden, von welcher er die maximale Amplitude der Schwingungen abfühlt; wegen des durch das Meßgerät nach der vorliegenden Erfindung ¹^ ' erzielten Stabilisierungseffektes kann das zu erzielende

optimale Signal über den gesamten Arbeitsbereich der Vorrichtung erzielt werden.

Außer den neuartigen Meßgeräten nach der vorliegenden ι Erfindung wurden durch diese ein neuartiges Meßverfahren für die Geschwindigkeit von Strömung geschaffen. Sie erfindungsgemäße Bestimmung bzw. Messung der Strömungsgeschwindigkeit besteht darin, in einem Bereich des Querschnittes eines strömenden Mediums eine Hinderniszone aufzubauen, deren Längsachse im wesentlichen parallel zur Achse der Hauptströmung liegt. Das Verfahren besteht weiterhin darin Schwingungen im stromabwärts der Hinderniszone liegenden Nachstrombereich zu er-

zeugen, ferner im Stabilisieren der Schwingungen in einer Ebene, -weiche in ihrer Winkellage bezüglich der Längsachse fixiert ist, und im Messen der Frequenz und der Amplitude dieser stabilisierten Schwingungen. Angesichts der direkten Proportionalität der gemessenen Frequenz zur Geschwindigkeit der Hauptströmung wird nach dem erfinduiagsgemäßen Messverfahren die Strömungsgeschwindigkeit mit hoher Präzision angegeben.

¹ .

Claims

Gebrauchsmusteranme!dung i"Strömungsmeßgerät" SCHÜTZANSPRÜCHE

1. Strönrangsmeßgerät zum Messen der Geschwindigkeit einer Strömung mit einem Schwingungserzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger aus einem Hinderniskörper (107 mit einer zentralen Längsachse und aus einem zweiten Körper (l6) besteht, welcher in bestimmten Abstand von einem Ende des Hinderuiskörpere (lO) angeordnet ist, so daß die Projizierung der zentralen Längsachse von einem Ende des Hinderniskörpers durch den zweiten Körper (l6) verläuft, daß der maximale Quersehnittsfcereich des zweiten Körpers (l6) senkrecht zur projizierten Längsachse liegt und in seiner Fläche geringer ist als der maximale Querschnittsbereich des Hinderniskörpers welcher senkrecht zur Längsachse angeordnet ist, daß der Schwingungserzeuger bei Anordnung innerhalb eines stromenden Mediums so ausgerichtet ist, daß das zweite Ende (12) des Hinderniskörpers (iO) stromaufwärts zu liegen kommt, während die zentrale Längsachse im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung vorgesehen ist, daß mittels einer Vorrichtung der Schwingungserzeuger in einem ein strömendes Medium enthaltenden Leitungskörper (18) vorgesehen ist, und daß eine Stabilisierungsvorrichtung (38, 42, 44, 46) dem Schwingungserzeuger zugeordnet ist, um die willkürlichen Schwankungen der

Patentanwälte DipL-Ιηα. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REIN HOLD SCHMIDT

Schwingungsehene in ihrer Winkellage zur projizierten Längsachse zu stahilisiersnj wodurch die Schwingungsebene in ihrer Winkellage bezüglich der projizierten Längsachse fixiert bleibt»

2. Strömungsmeögerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinderniskerper (lO) zylindrisch ist, eine gekrümmte Nase (12) an seinem zweiten Ende und eine flache Basis {lh)

aa gegenüberliegenden Ende aufweist, daß der zweite Körper (i6) aus einer Scheibe besteht, deren Durchmesser geringer ist als der Durchmesser des Körpers, daß dis Scheibe senkrecht zur projizierten Längsachse angeordnet ist und mit ihrer Mittel-) linie mit dieser zusammenfällt.

3. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Scheibendurchmessers zum Durchmesser des Hinderniskörpers im Bereich von etwa 0,6 - etwa 0,8 liegt, und daß das Verhältnis des bestimmten Abstandes zum Durchmesser des Hinderniskörpers im Bereich von etwa 0,28 bis etwa 0,6 liegt.

k. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsvorrichtung aus einem Bolzen (38) besteht, welcher an der Oberfläche des Hinderniskörpers nahe dessen flachem Ende angebracht ist und sich von dort nach außen er- ^s - streckt, wobei die Achse des "olzens mit einem Radius zusammen— ^r fällt, welcher von der zentralen Längsachse nach außen projiziert ist, wodurch die Schwingungen in einer fixierten Ebene stabilisiert werden, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse des Bolzens liegt.

5. Strömuingsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsvorrichtung aus einer dünnen Rippe (42) besteht, welche an der stromabwärtsliegenden Seite der Scheibe (16) angebracht ist, und daß die Rippe senkrecht zur Scheibe ausgerichtet ist, wodurch die Schwingungen in einer fixierten Ebene stabilisiert werden, welche im wesentlichen mit der Ebene der Rippe zusammenfällt bzw· mit dieser parallel ist.

6. Strömungaeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe entlang eines Durchmessers der Scheibe angebracht ist und an den gegenüberliegenden Enden des Durchmessers endet, und daß der Umfangsbereich der Hippe zwischen den beiden Endpunkten gieichmässig gekrümmt ist.

7. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe in Form eines Leitkörpers (46) entlang eines Durchmessers der Scheibe angeordnet ist und sich über die gegenüberliegenden Enden des Durchmessers erstreckt.

8. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Hinderniskörper, Scheibe und Leitkörper innerhalb des Leitungskörpers (l8) für das Medium angeordnet ist, daß der Leitkörper (46) sich über die gegenüberliegenden Enden des Durchmessers der Scheibe bis zu den einander gegenüberliegenden Punkten an der Innenseite des Leitungskörpers erstreckt, wodurch der Leitkörper (46) das Innere des Leitungskörpers (l8) stromabwärts der Scheibe (l6) in zwei symmetrische Hälften unterteilt.

9. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsvorrichtung eine dünne Platte (44) aufweist, welche an der flachen Basis (±4) und an der strom— aufwärtsliegenden Seite der Scheibe in einer Ausrichtung angebracht ist, welche mit der Längsachse des Hinderaiskorpers (iO) zusammenfällt, daß der Umfang der Platte (44) durch die Durchmesser von Hinderniskörper und Scheibe gebildet ist, an welchen die Platte befestigt ist und durch Linien, welche die gegenüberliegenden Endpunkte der Durchmesser miteinander verbinden, wodurch die Schwingungen in einer fixierten Ebene stabilisiert werden, welche im wesentlichen mit der Ausrichtung der Platte zusananenfällt bzw. mit dieser parallel ist.

10. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler, zylindrischer Leitungskörper (18) für das Medium vorgesehen ist, und daß das Strömungsmeß-

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gerät in der Mitte des strömenden Mediums innerhalb dee hohlen» zylindrischen Leitungskörpers (i8) angebracht ist. ['.:''

11. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch einen Sensor (50) zum Messen der Frequenz _:- und der Amplitude der stabilisierten Schwingungen. .-

12. Strömungsmeßgerät nach Anspruch Ii₁ dadurch gekenn- ' zeichnet, daß der Sensor auf Druckänderungen des Mediums anspricht. .

13. Strömungeuseßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet flaS äex S^^Sw? »ϊΐί TgBggreturanderuagen des Medium* anspricht. "

ι. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor axtf Yesäsäerungen in der Geschwin- .] digkeit des Mediums anspricht. * " ]

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