DE69637291T2

DE69637291T2 - Wirbeldurchflussmesser und Detektor dafür

Info

Publication number: DE69637291T2
Application number: DE69637291T
Authority: DE
Inventors: Naoki Sayama-shi Matsubara; Shinsuke Yokosuka-shi Imai; Jun Kamakura-shi Tanimoto; Kenichi Takai
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: EP0758077B1; US5736647A; CN1095070C; AU700116B2; ES2294783T3; AU6084196A; CN1156820A; KR100293749B1; EP0758077A1; DE69637291D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbel-Strommesser Detektor und einen Wirbel-Strommesser, und insbesondere einen Wirbel-Strommesser Detektor, der abnehmbar an einem Ende in einem Wirbelerzeugungskörper in freitragender Weise ausgebildet ist, und ein Wirbelsignal in Erwiderung auf einen Wechseldruck, der aufgrund eines Karman Wirbels erzeugt wird, ausgibt, sowie einen Wirbel-Strommesser, der mit dem Wirbel-Strommesser Detektor ausgestattet ist.
Ein Wirbel-Strommesser ist ein Durchflussmesser bei dem die Anzahl der Karman Wirbel, die von dem in einem Durchflussrohr gehaltenen Wirbelerzeugungskörper pro Zeiteinheit erzeugt werden, proportional zu der Durchflussgeschwindigkeit mit einer bestimmten Reynolds-Zahl ist, wobei der Durchflussmesser einen Wirbel-Strommesser Detektor zum Detektieren des durch den Wirbelerzeugungskörper erzeugten Karman Wirbels aufweist. Es gibt zwei Arten von Wirbel-Strommesser, nämlich einen integrierten Wirbel-Strommesser, bei dem der Wirbel-Strommesser Detektor fest in dem Wirbelerzeugungskörper eingebaut ist, und einen einzelnen Wirbel-Strommesser, bei dem der Wirbel-Strommesser Detektor an einer Position angeordnet ist, an der sich der Wirbelerzeugungskörper befindet. Vorteilhafterweise kann der integrierte Wirbel-Strommesser klein ausgebildet werden.
Bei dem Wirbel-Strommesser Detektor aus dem Stand der Technik sind beide Enden des Wirbelerzeugungskörpers durch einen Wärmeschrumpfsitz in einem zylindrischen Durchflussrohr, durch das das zu messende Fluid fließt, befestigt, wobei Druckausgleichsöffnungen an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers ausgebildet sind. Die Druckausgleichsöffnungen kommunizieren mit einer vertieft angeordneten Messkammer, die an einem Ende des Wirbelerzeugungskörpers gemeinsam mit dem Durchflussrohr in die axiale Richtung aufgebohrt ist. Eine Befestigungsfläche ist an einer Außenwand des Durchflussrohrs ausgebildet, wobei die Befestigungsfläche eine Fläche aufweist, die rechtwinklig zu einer Achse der Messkammer angeordnet ist, wobei eine Schwingungsröhre mit einem Befestigungsflansch wasserdicht in dem Durchflussrohr in freitragender Weise befestigt ist.
Die Schwingungsröhre umfasst einen zylindrischen Körper mit einem Boden und eine Druck aufnehmende Platte, die sich koaxial von dem Boden des zylindrischen Körpers nach außen erstreckt, wobei die Druck aufnehmende Platte gegenüber von den Druckausgleichsöffnungen angeordnet ist. Eine elastisches plattenförmig ausgebildetes Grundmaterial, das bündig mit der Druck aufnehmenden Platte abschließt, wird in den zylindrischen Körper in eine axiale Richtung eingesetzt, und piezoelektrische Elemente sind an beiden Seiten des piezoelektrischen Grundmaterials befestigt, wobei das elastische Grundmaterial mit einem hoch isolierenden Füllstoff, wie beispielsweise Glas, fest mit dem zylindrischen Körper verbunden ist.
Wenn das zu messende Fluid in eine Richtung rechtwinklig zu einem Papier fließt, wird stromabwärts relativ zu dem Wirbelerzeugungskörper ein Karman Wirbel und an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers ein Wechseldruck erzeugt. Der Wechseldruck wird über die Druckausgleichsöffnungen der Messkammer zugeführt, die in dem oberen und unteren Bereich des Wirbelerzeugungskörpers ausgebildet sind, um die Druck aufnehmende Platte nach rechts und links zu verschieben. Die Wechselverschiebung wird auf die piezoelektrischen Elemente übertragen, die an der freitragenden Schwingungsröhre befestigt sind, so dass ein Wirbelsignal proportional zu der Durchflussrate in Erwiderung auf den Wechseldruck von den Anschlüssen ausgegeben wird.
Obgleich ein gemäß dem Bohrungsdurchmesser des Wirbel-Strommessers ausgebildeter Wirbelerzeugungskörper an den Wirbel-Strommesser angeschlossen ist, wird eine Schwingungsröhre mit gleicher oder gemeinsamer Größe von dem Wirbel-Strommesser verwendet, selbst wenn die Abmessungen der Wirbelerzeugungskörper unterschiedlich ausgebildet sind. Da des Weiteren der Wirbel-Strommesser Detektor mit der die gleiche Form aufweisenden Schwingungsröhre, die durch die Messkammer des Wirbelerzeugungskörpers freitragend ausgebildet und in diese eingesetzt ist, verwendet wird, kann die Herstellung vorteilhafterweise rationalisiert und so der Wirbel-Strommesser kostengünstig bereitgestellt werden.
Wie zuvor erwähnt, weist der Wirbel-Strommesser einen vereinfachten Aufbau auf, der das zylindrische Durchflussrohr, den in dem zylindrischen Durchflussrohr angebrachten Wirbelerzeugungskörper und den in dem Wirbelerzeugungskörper befestigten Wirbel-Strommesser Detektor umfasst, wobei der Wirbel-Strommesser als Durchflussmesser ausgebildet ist, der die durch die Reynoldszahl bestimmte Durchflussrate unabhängig von der Art des Fluids, d. h., Gas oder Flüssigkeit, messen kann. Die Form des Wirbelerzeugungskörpers und die Beziehung zwischen dem Wirbelerzeugungskörper und dem Innendurchmesser des zylindrischen Durchflussrohrs sind jedoch für eine äußerst präzise Messung der Durchflussrate in einem großen Reynolds-Zahlenbereich sehr wichtig, so dass es diesbezüglich bislang viele Vorschläge für Weiterentwicklungen gegeben hat.
Unter jenen Wirbel-Strommessern, die die zuvor erwähnten Bedingungen erfüllen, gibt es einen mit einem Wirbelerzeugungskörper, der im Querschnitt die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, wobei dessen Stromaufwärtsseite eine Basis bildet, und ein Verhältnis (d/D) zwischen einer Breite d des Wirbelerzeugungskörpers, der in die Flussrichtung des Fluids zeigt, und des Innendurchmesser D des zylindrischen Durchflussrohrs ungefähr 0,28 beträgt, und das Verhältnis zwischen einer Höhe des gleichschenkeligen Dreiecks und des Innendurchmesser D zwischen 1,5 und 3,5 beträgt.
In dem Wirbel-Strommesser, der ein derartiges Verhältnis (d/D) von 0,28 zwischen der Breite d des Wirbelerzeugungskörpers und dem Innendurchmesser D der Durchflussrate aufweist, ist der Wirbelerzeugungskörper mit dem zylindrischen Durchflussrohr verbunden, indem es das Durchflussrohr in eine Richtung des Durchflussrohrdurchmessers durchdringt. Dem gemäß weist das Durchflussrohr Öffnungen auf, die in eine Richtung des Durchmessers ausgebildet sind, und der Wirbelerzeugungskörper, der in diese Öffnungen eingesetzt werden soll, weist säulenförmige Bereiche auf, die mithilfe der O-Ringe, die mit den Öffnungen in Eingriff sind, verschlossen werden können. Der Wirbelerzeugungskörper weist in dem Durchgang den Querschnitt eines vorgegebenen gleichschenkeligen Dreieck auf, wobei der Wirbelerzeugungskörper eine Basis auf einer Stromaufwärtsseite umfasst und an den äußeren Endflächen kreisförmig ausgebildet ist, das heißt, er weist unterschiedliche Querschnittsformen auf. Der Wirbelerzeugungskörper wird in dem Durchflussrohr an einem Kragen, der an einem Ende ausgebildet ist, und einem Druckring, der an dem anderen Ende ausgebildet ist, durch einen Bolzen gehalten. Wenn der Wirbelerzeugungskörper von der Stromaufwärtsseite des Durchgangs betrachtet wird, umfasst der Wirbelerzeugungskörper in dem Durchgang einen rechteckigen Flächenbereich, der durch eine Basis eines dreieckigen Prismas gebildet wird, und einen gewölbten Flächenbereich, der aus einem Teil einer Wandfläche des Durchgangs und einer kurzen Seite des rechteckigen Flächenbereichs gebildet wird.
Obwohl der Wirbel-Strommesser zum Messen eines Fluids in einem großen Temperaturbereich verwendet wird, das von einem kryogenen verflüssigten Naturgas bzw. Flüssigerdgas (LNG) bis zu einem Hochtemperaturdampf etc. reicht, verwendet der zuvor erwähnte Wirbel-Strommesser Detektor aus dem Stand der Technik Glas als Füllstoff, wodurch die folgenden Probleme auftreten.

(1) Es tritt das Problem einer Korrosionsbeständigkeit der Schwingungsröhre auf, da Glas bei hohen Temperaturen bearbeitet und in die Schwingungsröhre gefüllt wird, wodurch die Festigkeit der Schwingungsröhre abnimmt.
(2) Die Beseitigung einer inneren Verspannung, die beim Abdichten des Glases erzeugt wird, und die Vermeidung eines Luftblaseneinschlusses in dem Glas ist zeitaufwendig, wodurch es schwierig ist, die Schwingungsröhre herzustellen.
(3) Es besteht die Wahrscheinlichkeit einer Sprungbildung in der Schwingungsröhre oder eines Bruchs der Schwingungsröhre aufgrund einer Materialermüdung, die durch eine lokal auftretende konzentrierte Verspannung verursacht wird, oder aufgrund einer thermischen Materialermüdung, da das Schwingungsröhrenmaterial und der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas vor Beseitigung der inneren Verspannung des Glases sich stark von jenen nach Beseitigung der inneren Verspannung des Glases unterscheiden.
(4) Da der Strommesser Detektor dem Fluid direkt ausgesetzt ist, insbesondere bei einem Hochtemperaturfluid, erreicht die in dem Glas eingeschlossene Feuchtigkeit nach und nach die piezoelektrischen Elemente, so dass der Isolationswiderstand verringert und der verwendbare Hochtemperaturbereich eingeschränkt ist.
(5) Das Trocknen des Wirbel-Strommesser Detektors ist zeitaufwendig und es ist schwierig, selbst bei einem getrockneten Wirbel-Strommesser die Feuchtigkeit ausreichend zu entfernen.
(6) Die parallelen Bleidrähte sind mit Isoliermaterial beschichtet und werden in eine Metallröhre eingeführt. Wenn jedoch eine Ausgangsimpedanz von Schwingungsdetektorelementen hoch ist, verstärkt sich das Rauschen und das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert sich die aufgrund der durch die Schwingung verursachte Kapazitätsänderung.

Der Wirbelerzeugungskörper des als zweites zitierten Wirbel-Strommessers aus dem Stand der Technik ist an beiden Enden säulenförmig ausgebildet, und der Teil, der in die Flussrichtung des Fluids zeigt, kann mehrere Formen aufweisen, wie beispielsweise die eines gleichschenkeligen Dreiecks, wobei das Durchflussrohr je nach Form des Wirbelerzeugungskörpers aufgebohrt sein muss, um den Wirbelerzeugungskörper einsetzen zu können, wodurch hohe Kosten bei der Herstellung des Wirbelerzeugungskörper entstehen. Somit entstehen selbst bei einem vereinfachten Aufbau des Wirbelerzeugungskörpers aus dem Stand der Technik hohe Kosten.
Das Dokument EP-A-0110321 beschreibt einen Wirbel-Strommesser, der einen Störkörper aufweist, der eine Wirbelstraße verströmt, wenn sich ein Fluid in einer Leitung daran vorbeibewegt, wobei die Wirbelstraße empfindliche Druckschwankungen proportional zu der Durchflussrate des Fluids entstehen lässt. Der Strommesser detektiert die Flussrate durch Abtasten der Druckschwankung und wandelt diese mithilfe eines piezoelektrischen Elements oder Ähnliches in ein elektrisches Signal um. Ein Drucksensor ist abnehmbar in einer Drucksensorkammer befestigt, die in einem Innenraum des Störkörpers ausgebildet ist, und umfasst eine Druck aufnehmende Platte, die in Erwiderung auf die Druckschwankung verschiebbar ist, und ein Sensorelement, wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element zum Umwandeln der Verschiebung in ein elektrisches Signal.
Das Dokument EP-A-0144937 beschreibt einen Wirbel-Strommesser, der ein Vibrationssensorelement umfasst, das einen Sensor, der auf äußere Vibrationen anspricht, und einen Sensor, der auf eine Wirbelstraße an vertikal gegenüber liegenden Enden reagiert, aufweist.
Das Dokument EP-A-0654653 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Fluids, die auf dem Karman Prinzip beruht. Diese Vorrichtung umfasst einen Biegesensor, der mit Kunststoff bedeckt ist, der mit einem Gehäuse aus einem Stück gebildet ist. Dadurch kann Todvolumen vermieden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbel-Strommesser Detektor bereitzustellen, der üblicherweise in einem Wirbel-Strommesser mit unterschiedlichen Bohrungen verwendet wird, und der eine Flussrate eines breiten Fluidbereichs unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen mit hoher Messbeständigkeit und Genauigkeit messen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Strommesser bereitzustellen, der mithilfe eines Präzisionsformgusses in einem Stück mit einem Durchflussrohr und einem Wirbelerzeugungskörper ausgebildet ist, wodurch die Fertigungskosten des Strommessers verringert und das Gerätefehlerverhalten verbessert werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(A) und 1(B) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die ein erstes Beispiel eines Wirbel-Strommesser Detektors und eines Wirbelerzeugungskörpers aus dem Stand der Technik beschreiben;
2(A) und 2(B) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die ein zweites Beispiel eines Wirbel-Strommessers aus dem Stand der Technik beschreiben;
3(A) bis 3(C) zeigen Querschnittsansichten, die Hauptteile eines Wirbel-Strommesser Detektors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
4(A) bis 4(C) zeigen Querschnittsansichten, die Hauptteile eines Wirbel-Strommesser Detektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
5(A) bis 5(C) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die einen Wirbel-Strommesser, der mit einem Wirbel-Strommesser Detektor versehen ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
6(A) und 6(B) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die einen Wirbel-Strommesser, der mit einem Wirbel-Strommesser Detektor versehen ist, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
7(A) bis 7(C) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die einen Wirbel-Strommesser, der mit einem Wirbel-Strommesser Detektor versehen ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
1(A) zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Wirbel-Strommesser Detektors, und 1(B) zeigt eine Querschnittsansicht eines Wirbelerzeugungskörpers (entlang der Pfeile B-B in der 1(A)). In dem Wirbel-Strommesser sind beide Enden eines Wirbelerzeugungskörpers 12 mithilfe eines Wärmeschrumpfsitzes mit einem zylindrischen Durchflussrohr 11 in Eingriff, um so an das zylindrische Durchflussrohr 11 befestigbar zu sein, durch das ein zu messendes Fluid fließt. Druckausgleichsöffnungen 15 und 15 sind an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers 12 ausgebildet. Die Druckausgleichsöffnungen 15 und 15 kommunizieren mit einer vertieft angeordneten Messkammer 14, die an einem Ende des Wirbelerzeugungskörpers 12 zusammen mit dem zylindrischen Durchflussrohr 11 aufgebohrt ist und sich axial in den Wirbelerzeugungskörper 12 erstreckt. Eine befestigte Fläche 13 ist an der Außenwand des zylindrischen Durchflussrohrs 11 ausgebildet und rechtwinklig zu der Achse der Messkammer 14 angeordnet. Eine Schwingungsröhre 20 mit einem befestigten Flansch 21 wird durch die befestigte Fläche 13 freitragend gehalten, um mit dem zylindrischen Durchflussrohr 11 in wasserundurchlässiger Weise in Kontakt zu sein.
Die Schwingungsröhre 20 umfasst einen zylindrischen Körper 16 mit einem Boden, und eine Druck aufnehmende Platte 16a, die koaxial mit dem zylindrischen Körper 16 angeordnet ist und sich von dem Boden des zylindrischen Körpers 16 nach außen erstreckt, wobei die Druckaufnehmende Platte 16a in die Richtung der Druckausgleichsöffnungen 15 und 15 zeigt.
Ein plattenförmig ausgebildetes elastisches Grundmaterial 17 wird in den zylindrischen Körper 16 in eine axiale Richtung des zylindrischen Körpers 16 eingefügt und schließt bündig mit der Druck aufnehmenden Platte 16a ab. Piezoelektrische Elemente 18 sind an beiden Flächen des elastischen Grundmaterials 17 befestigt, wobei die piezoelektrische Elemente 18 mithilfe eines Füllstoffes oder eines Dichtungsmittels 19, das eine gute Isolationseigenschaft aufweist und aus Glas etc. gebildet ist, fest mit dem zylindrischen Körper 16 verbunden sind.
Wenn ein zu messendes Fluid in eine Richtung rechtwinklig zu der Unterlagenfläche in der 1(A) fließt, wird flussabwärts relativ zu dem Wirbelerzeugungskörper 12 ein Karman Wirbel und an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers 12 ein Wechseldruck erzeugt. Der Wechseldruck wird über die Druckausgleichsöffnungen 15 und 15, die in einem oberen und unteren Bereich des Wirbelerzeugungskörpers 12 in der 1(A) ausgebildet sind, der Messkammer 14 zugeführt, um die Druck aufnehmende Platte 16a wahlweise nach rechts und links zu verschieben. Die wechselnde Verschiebung wird auf die piezoelektrischen Elemente 18 übertragen, die innerhalb der freitragenden Schwingungsröhre befestigt sind, so dass ein Wirbelsignal, das auf den durch den Karman Wirbel verursachten Wechseldruck anspricht und proportional zu der Flussrate ist, von den Anschlüssen 22 ausgegeben wird.
Obwohl ein Wirbelerzeugungskörper, dessen Größenabmessung in Abhängigkeit einer Bohrung eines Wirbel-Strommessers festgelegt ist, an den Wirbel-Strommesser befestigt ist, wird die Schwingungsröhre 20 mit derselben Größen durch die Wirbelerzeugungskörper mit unterschiedlichen Größen verwendet. Da des Weiteren ein Wirbel-Strommesser Detektor verwendet wird, der eine Schwingungsröhre mit derselben Größe umfasst, die freitragend gehalten und in die Messkammer 14 des Wirbelerzeugungskörpers 12 eingeführt ist, kann die Herstellung rationalisiert werden.
Wie zuvor erwähnt, weist der Wirbel-Strommesser einen vereinfachten Aufbau auf, der ein zylindrisches Durchflussrohr 11 und eine Schwingungsröhre 20, die innerhalb des Wirbelerzeugungskörpers 12 befestigt ist, umfasst, wobei der Wirbel-Strommesser als Durchflussmesser ausgebildet ist, der die durch die Reynolds-Zahl bestimmte Durchflussrate unabhängig von der Art des Fluids, d. h., Gas oder Flüssigkeit, messen kann. Die Form des Wirbelerzeugungskörpers 12 und die Beziehung zwischen dem Wirbelerzeugungskörper 12 und dem Innendurchmesser des zylindrischen Durchflussrohrs 11 sind jedoch für eine äußerst präzise Messung der Durchflussrate in einem großen Reynolds-Zahlenbereich sehr wichtig, so dass es diesbezüglich bislang viele Vorschläge für Weiterentwicklungen gegeben hat.
Unter jenen Wirbel-Strommessern, die die zuvor erwähnte Bedingung erfüllen, gibt es einen mit dem Wirbelerzeugungskörper 12, der im Querschnitt die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, wobei dessen Stromaufwärtsseite eine Basis bildet, und ein Verhältnis (d/D) zwischen einer Breite d des Wirbelerzeugungskörpers 12, der in die Flussrichtung des Fluids zeigt, und eines Innendurchmessers D des zylindrischen Durchflussrohrs ungefähr 0,28 beträgt, und das Verhältnis (L/D) zwischen dem Innendurchmesser D und einer Höhe des gleichschenkeligen Dreiecks zwischen 1,5 und 3,5 beträgt.
Ein Wirbel-Strommesserkörper aus dem Stand der Technik, der eine derartige Bedingung erfüllt, ist in den 2(A) und 2(B) dargestellt. Die 2(A) und 2(B) zeigen jeweils Querschnittsansichten, die ein zweites Beispiel eines Wirbel-Strommessers aus dem Stand der Technik beschreiben, wobei 2(A) eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile A-A in der 2(B) zeigt, und die 2(B) eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile B-B in der 2(A). Das Bezugzeichen 31 kennzeichnet ein Durchflussrohr, 32 einen Durchgang, 33 einen Wirbelerzeugungskörper, 34 äußere Endflächen, 35 und 36 O-Ringe, 37 einen Druckring, 38 einen Bolzen, und ein Pfeil F kennzeichnet die Flussrichtung eines Fluids.
Das Verhältnis (d/D) zwischen der Breite d des Wirbelerzeugungskörpers 33 und dem Innendurchmesser D des Durchflussrohrs 31 des Wirbel-Strommessers aus dem Stand der Technik, der in den 2(A) und 2(B) gezeigt ist, beträgt 0,28. Der Wirbelerzeugungskörper 33 ist mit dem zylindrischen Durchflussrohr 31 verbunden, indem er das Durchflussrohr 31 in eine Richtung des Durchmessers des Durchflussrohrs 31 durchdringt. Dem gemäß weist das Durchflussrohr 31 Endflächen 31a, die parallel zueinander angeordnet sind, und der kreisförmige Durchgang den Durchmesser D auf. Das Durchflussrohr 31 weist des Weiteren Öffnungen 31b, 31c, und 31d auf, die sich radial von diesem erstrecken. Der Wirbelerzeugungskörper 33, der an beiden Seiten mit diesen Öffnungen 31b, 31c, und 31d verbunden werden soll, weist säulenförmige Bereiche 33b, 33c und 33d auf, die mithilfe der O-Ringe 35 und 36, die mit den Öffnungen 31b, 31c, und 31d in Eingriff sind, verschlossen werden können. Der Wirbelerzeugungskörper 33 weist in dem Durchgang 32 den Querschnitt eines vorgegebenen gleichschenkeligen Dreieck auf, wobei der Wirbelerzeugungskörper eine Basis auf einer Stromaufwärtsseite und mehrere Querschnittsformen an den äußeren Endflächen umfasst und in dem Durchflussrohr 31 an einem Kragen 33a, der an einem Ende ausgebildet ist, und einem Druckring 37, der an dem anderen Ende ausgebildet ist, durch den Bolzen 38 gehalten wird.
Wenn der Wirbelerzeugungskörper 33 dem gemäß, wie in der 2(A) gezeigt, von der Stromaufwärtsseite des Durchgangs 32 betrachtet wird, umfasst der Wirbelerzeugungskörper 33 in dem Durchgang 32 einen rechteckigen Flächenbereich 33f, der durch eine Basis eines dreieckigen Prismas gebildet ist, und einen gewölbten Flächenbereich 34a, der durch einen Bogenabschnitt, der Teil einer Wandfläche 32a des Durchgangs 32 ist, an beiden Enden des rechteckigen Flächenbereichs und einer kurzen Seite 33e des rechteckigen Flächenbereichs gebildet ist.
Der Wirbel-Strommesser wird zum Messen eines Fluids in einem großen Temperaturbereich verwendet, das heißt, ein Fluid, das von einem kryogenen verflüssigten Naturgas bzw. Flüssigerdgas (LNG) bis zu einem Hochtemperaturdampf etc. reicht. Der in der 1(A) gezeigt Wirbel-Strommesser Detektor aus dem Stand der Technik verwendet in der Schwingungsröhre 20 Glas als Füllstoff oder Dichtungsmittel. Folglich treten die unter den Punkten (1) bis (6) beschriebene Probleme auf.
Der in der 2(A) gezeigte Wirbelerzeugungskörper des Wirbel-Strommessers aus dem Stand der Technik ist an beiden Seiten säulenförmig ausgebildet und der Bereich, der in die Flussrichtung des Fluids zeigt, kann mehrere Formen aufweisen, wie beispielsweise ein gleichschenkeliges Dreieck. Das Durchflussrohr 31 muss mit hohen Kosten gemäß der Form des Wirbelerzeugungskörpers 33 aufgebohrt werden, um den Wirbelerzeugungskörper 33 einsetzen zu können. Somit entstehen selbst bei einem vereinfachten Aufbau des Wirbelerzeugungskörpers aus dem Stand der Technik hohe Kosten.
Die 3(A) bis 3(C) zeigen Querschnittsansichten zur Erläuterung des Wirbel-Strommesser Detektors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die 3(A) den Gesamtaufbau, die 3(B) eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Pfeile B-B in der 3(A), und die 3(C) eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Pfeile C-C in der 3(A) zeigen. Das Bezugszeichen 41 kennzeichnet eine Schwingungsröhre, 42 ein elastisches Grundmaterial, 43a und 43b jeweils piezoelektrische Elemente (Schwingungsdetektorelemente), 44a und 44b jeweils Elektrodenplatten, 45 eine Federplatte, 46 und 47 jeweils Ausgangsanschlüsse, 48 einen Deckeleinsatz, 49 eine Hüllröhre, 50 jeweils Bleidrähte, 52 einen hermetischen Anschluss, 53 äußere Bleidrähte, 54 jeweils Anschlüsse, 60 einen Wirbel-Strommesserkörper (Durchflussrohr), 61 einen Wirbelerzeugungskörper, 62 einen Durchgang, 63 eine Messkammer, 64a und 64b jeweils Druckausgleichsöffnungen.
Der in der 3(A) gezeigte Wirbel-Strommesser Detektor ist ein Wirbeldetektor, der auf einem Wirbel-Strommesserkörper befestigt ist, und ein zylindrisches Durchflussrohr 60 und den Wirbelerzeugungskörper 61, der in dem Durchflussrohr 60 an seinen beiden Seiten gehalten wird, umfasst. Eine vertieft angeordnete Messkammer 63 wird in den Wirbelerzeugungskörper 61 ausgebildet, um sich axial von einem Ende davon zu erstrecken, und die Druckausgleichsöffnungen 64a und 64b, die jeweils an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers 61 offen ausgebildet sind, kommunizieren mit der Messkammer 63. Eine Öffnung, die koaxial die Messkammer 63 durchdringt, ist in das Durchflussrohr 60 gebohrt, und weist eine Detektorbefestigungsfläche 60a auf, die rechtwinklig zu der Achse der Messkammer 63 angeordnet ist.
Die Schwingungsröhre 41 ist als ein zylindrischer Körper mit einem offenen Ende und einem einen Bodenbereich 41c aufweisenden weiteren Ende ausgebildet und weist des Weiteren einen Flansch 41a an dem äußeren Randbereich des offenen einen Endes auf. Die Schwingungsröhre 41 wird in die Messkammer 63 eingesetzt und mithilfe des Flansches 41a an die Detektorbefestigung 60a befestigt und von dieser freitragend gehalten. Eine Druck aufnehmende Platte 41b ist an der Außenseite des Bodenbereichs 41c der Schwingungsröhre 41, die in die Messkammer 63 eingeführt wird, vorgesehen, wobei der durch den Wirbel erzeugte Wechseldruck, der über den Druckausgleichsanschluss 64a des Wirbelerzeugungskörpers 61 der Messkammer 63 zugeführt wird, von der Druck aufnehmenden Platte 41b aufgenommen wird.
Das elastische Grundmaterial 42 weist einen metallischen säulenförmigen Körper auf und wird in die Schwingungsröhre 41 eingesetzt, wobei ein Ende des elastischen Grundmaterials 42 in die Schwingungsröhre gedrückt und an diese befestigt, und das andere Ende davon von der Platte 45 gestützt ist, wie zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben. Folglich nimmt das elastische Grundmaterial 42 einen variablen Differenzdruck auf, der von dem auf die Schwingungsröhre 41 wirkenden Karman Wirbel erzeugt wurde, und überträgt die Verschiebung der Schwingungsröhre 41, die abwechselnd verschoben wird, mit hoher Genauigkeit auf die Schwingungsdetektorelemente. Das elastische Grundmaterial 42 weist einen oberen Druck eingepassten Bereich 42a in einem Abschnitt des offenen oberen Endes der Schwingungsröhre 41 und einen Endbereich 42c in dem unteren Bereich 41c der Schwingungsröhre 41 auf, wobei der Endbereich 42c, der eine flache Oberfläche mit kleinem Durchmesser umfasst, beispielsweise in Richtung der unteren Endfläche konisch zugeschnitten und an der Endfläche flach ausgebildet ist. Ein Außendurchmesser des Mittelteils des elastischen Grundmaterials 42 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Schwingungsröhre 41 und nicht mit der Schwingungsröhre in Kontakt.
Zwei Rillen 42b sind in dem oberen Druck eingepassten Bereich 42a ausgebildet, wobei beispielsweise die Schwingungsdetektorelemente, das heißt die piezoelektrischen Elemente 43a und 43b, an jeder Fläche des oberen Druck eingepassten Bereich 42a befestigt sind, wie in der 3(B) gezeigt. Die piezoelektrischen Elemente 43a und 43b umfassen eine piezoelektrische Konstante d33 und sind in eine Dickerichtung davon polarisiert. Die Elektrodenplatten 44a und 44b, die jeweils aus einer porösen Platte gebildet sind, werden an der nicht haftenden Fläche der piezoelektrischen Elemente 43a und 43b befestigt, um so einen parallelen Bimorph zu bilden. Die piezoelektrischen Elemente 43a und 43b weisen einen Ausgangsanschluss 47 auf, der aus dem elastischen Grundmaterial 42 gebildet ist, und einen weiteren Ausgangsanschluss 46, der aus den Elektrodenplatten 44a und 44b gebildet ist, die miteinander verbunden sind. Anstelle der piezoelektrischen Elemente 43a und 43b können weitere Verspannungsdetektoren vorgesehen sein.
Die Federplatte 45, die eine rechtwinklige Fläche relativ zu der Achse des elastischen Grundmaterials 42 aufweist, ist durch ein Punktschweißverfahren etc. an den Endbereich 42c befestigbar. Die Platte 45 ist in Form einer Scheibe ausgebildet und weist einen Außendurchmesser auf, der etwas größer als der Innendurchmesser der Schwingungsröhre 41 ist, wie in der 3(C) gezeigt, sowie mehrere radial angeordnete Aussparungen 45a und eine Haltekonstruktion 45b. Die Haltekonstruktion 45b weist eine Federfunktion auf, so dass deren äußerer Endbereich relativ zu dem Endbereich 42c in die axiale Richtung des elastischen Grundmaterials 42 verschiebbar ist, wobei die Haltekonstruktion 45b beim Hineindrücken in die Schwingungsröhre 41 in einfachen Weise in die Einführungsrichtung gebogen und in die Schwingungsröhre eingesetzt werden kann, um so die Schwingungsverschiebung der Schwingungsröhre 41 mit hoher Genauigkeit auf das elastische Grundmaterial 42 zu übertragen.
Das offene obere Ende der Schwingungsröhre 41 ist mit dem Deckeleinsatz 48 abgedeckt, der die Schwingungsdetektorelemente schützt und eine Isolierung gewährleistet. Die Hüllröhre 49 durchdringt die Mitte des Deckeleinsatzes 48 und ist an diesen befestigt, und das andere Ende der Hüllröhre 49 durchdringt den Anschlussblock 51 mit dem hermetischen Anschluss 52 und ist an diesen befestigt. Zwei Bleidrähte 50 werden in die Hüllröhre 49 eingeführt und zwischen den Ausgangsanschlüssen 46 und 47 und dem hermetischen Anschluss 52 verbunden. Die äußeren Bleidrähte 53 und 53 mit den Anschlüssen 54 und 54 sind mit dem hermetischen Anschluss 52 verbunden. Wenn vor der Befestigung des hermetischen Anschlusses 52 an den Anschlussblock 51 Trockengas, wie beispielsweise Stickstoffgas, in den Anschlussblock 51 eingeschlossen wird, kann das Gas in dem Deckeleinsatz 48 durch das Trockengas, das die Hüllröhre 49 durchströmt, ersetzt werden, wodurch die piezoelektrischen Elemente 43a und 43b selbst bei hohen oder niedrigen Temperaturen isoliert bleiben.
Der Wirbel-Strommesser Detektor mit dem in der 3(A) gezeigten Aufbau kann die Verschiebung der Schwingungsröhre mithilfe der Federplatte 45, die Aussparungen aufweist und an das untere Ende des elastischen Grundmaterials 42 befestigt ist, auf das elastische Grundmaterial übertragen, ohne einen Füllstoff oder ein Dichtungsmittel, wie beispielsweise Glas, zu verwenden, wohingegen das elastische Grundmaterial in der Schwingungsröhre mithilfe von Glas abgedichtet ist, um die Verschiebung der Schwingungsröhre auf das elastische Grundmaterial übertragen zu können, auf dem die Schwingungsdetektorelemente in dem Wirbel-Strommesser Detektor aus dem Stand der Technik befestigt sind, so dass der Wirbel-Strommesser Detektor in einfacher Weise zusammengebaut und Fertigungszeit eingespart werden kann. Da jedoch die Schwingungsröhre 41 und das elastische Grundmaterial 42 miteinander verbunden sind und in dem oberen Druck eingepassten Bereich 42a nicht voneinander getrennt werden können, muss nachteiligerweise der Betrieb des Wirbel-Strommessers unterbrochen werden, um ein Herausspritzen des Fluids aus der Messkammer 63 des Wirbelerzeugungskörpers 61 zu vermeiden, wenn der Wirbel-Strommesser Detektor überprüft oder durch einen anderen ersetzt wird.
4(A) bis 4(C) zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Wirbel-Strommesser Detektors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die 4(A) eine longitudinale Querschnittsansicht des Wirbel-Strommesser Detektors zeigt, die 4(B) eine Querschnittsansicht eines Wirbeldetektorteils, und die 4(C) eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile C-C in der 4(B). Das Bezugszeichen 55 kennzeichnet ein Wirbeldetektorteil, 56 eine Elementabdeckung, und 57 einen Befestigungsflansch zum Befestigen der Elementabdeckung 56 an die Schwingungsröhre 41. Elemente, die jenen der 3(A) bis 3(C) entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Aufbau des Wirbel-Strommesser Detektors der 4(A) bis 4(C) ist dergestalt, dass die Schwingungsröhre 41 und das Wirbeldetektorteil 55 lösbar voneinander getrennt werden können, um nur das Wirbeldetektorteil 55 zu entfernen, ohne den Fluss des Fluids zu unterbrechen. Das heißt, die Schwingungsröhre 41 ist wasserdicht mit dem Durchflussrohr, und das Wirbeldetektorteil 55 ist durch die Elementabdeckung 56 lösbar mit der Schwingungsröhre 41 verbunden.
Das Wirbeldetektorteil 55 wird durch die Elementabdeckung 56 in den Bereichen P und Q verschlossen, in denen die jeweils in den zwei Rillen 42b des elastischen Grundmaterials 42 befestigten piezoelektrischen Elemente 43a und 43b angeordnet sind, so dass inaktives Gas in das Wirbeldetektorteil 55 eingeschlossen werden kann. Der an das offene Ende der Schwingungsröhre 41 befestigte Befestigungsflansch 57 ist in dem äußeren Randbereich der Elementabdeckung 56 ausgebildet. Die Schwingungsröhre 41 wird von der Federplatte 45, die radial angeordnete Aussparungen 45a aufweist und an eine Endspitze 42d des elastischen Grundmaterials 42 befestigt ist, und dem Befestigungsflansch 57 gestützt.
Da die Elementabdeckung 56 und das elastische Grundmaterial 42 jeweils von einem Umfangbereich P der zwei Rillen 42b und einem unteren Bereich Q der zwei Rillen 42b gehalten werden, wie dies in der 4(C) gezeigt ist, wird der auf die Schwingungsröhre 41 wirkende Wechseldruck auf die piezoelektrischen Elemente 43a und 43b übertragen, die jeweils mithilfe der Federplatte 45 an das elastische Grundmaterial 42 befestigt sind, wenn ein zylindrischer Teil 55a in dem unteren Bereich der Elementabdeckung dünn ausgebildet ist und eine verminderte Festigkeit aufweist.
Indem das Wirbeldetektorteil 55 mit der Elementabdeckung 56 bereitgestellt wird, ist das Wirbeldetektorteil 55 abnehmbar, ohne die Schwingungsröhre 41 von dem Durchflussrohr zu entfernen, so dass ohne Unterbrechung einer Anlage nur das Wirbeldetektorteil 55 überprüft, entfernt oder durch ein anderes ersetzt werden kann.
Obwohl die Schwingungsröhre 41 und das elastische Grundmaterial 42 jeweils aus Metall gefertigt sind, besteht die Möglichkeit, dass bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metalle eine Wärmebildung in der Schwingungsröhre 41 und eine Rissbildung in der Schwingungsröhre 41 aufgrund thermischer Materialermüdung auftreten, so dass der Schwingungstisch bei lang andauernder Verwendung der Schwingungsröhre 41 beschädigt wird. Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schwingungsröhre 41 gleich dem des elastischen Grundmaterials 42, werden die zuvor erwähnte Wärmebildung und die Rissbildung verhindert und der Temperaturbereich erhöht, um so den Verwendungsbereich des Wirbel-Strommessers auszuweiten.
Da gemäß dem Wirbel-Strommesser Detektor der zweiten Ausführungsform die Schwingungsröhre 41 und das elastische Grundmaterial 42 getrennt voneinander ausgebildet und ohne die Verwendung eines Füllstoffes oder Dichtungsmittels, wie zum Beispiel Glas, befestigt und abgenommen werden können, muss bloß das elastische Grundmaterial 42 durch ein anderes ersetzt werden, um so einen Wirbel-Strommesser Detektor mit hervorragender Zuverlässigkeit und geringen Kosten bereitzustellen. Das Durchflussrohr, das die Schwingungsröhre 41 und das elastische Grundmaterial 42 umfasst, die fest miteinander verbunden sind, kann im Hinblick auf einen derartigen Wirbel-Strommesser Detektor in einfacher Weise kostengünstig ausgebildet werden.
5(A) bis 5(C) zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Wirbel-Strommessers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Wirbel-Strommesser mit einem Wirbel-Strommesser Detektor versehen ist, sowie die 5(A) eine Draufsicht, die 5(B) eine Vorderansicht von der Stromabwärtsseite in der 5(B), und die 5(C) eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile C-C in der 5(B) zeigen. Das Bezugszeichen 71 kennzeichnet ein Durchflussrohr, 72 einen Durchgang, 73 einen Wirbelerzeugungskörper, und 74 einen Bogenvorsprung.
Das Durchflussrohr 71 der 5(A) ist ein Beispiel eines so genannten flanschlosen Durchflussrohrs, das einen zylindrischen Körper mit dem Durchgang 72 aufweist, dessen Innendurchmesser D ist und sich koaxial entlang der Achse O-O' erstreckt, und der koaxial auf dem Durchflussrohr gehalten wird (nicht gezeigt), durch das ein zu messendes Fluid zwischen den Flanschen eines derartigen Durchflussrohrs fließt, und mithilfe von Bolzen etc. eingespannt ist. Das Durchflussrohr 71 umfasst Endflächen 71a und 71a, die parallel zu der Flanschfläche des Durchflussrohrs ausgerichtet sind, und einen Wirbelerzeugungskörper 73, der in Form eines dreieckigen Prismas zur Teilung des Durchgangs 72 in rechte Winkel mit der Achse O-O' ausgebildet ist. Der Wirbelerzeugungskörper 73 weist den Querschnitt eines bestimmten säulenförmigen Körpers auf, und ist im Querschnitt aus einem gleichschenkeligen Dreieck gebildet, das eine Basis 73a umfasst, die gegenüber der Flussrichtung des Fluids in Richtung F liegt, sowie geneigte Seiten 73b und 73c. Die beiden Enden des Wirbelerzeugungskörpers 73, die mit einer Wandfläche 72a des Durchgangs 72 verbunden werden soll, bilden den Bogenvorsprung 74, der von kreisförmigen äußeren Endflächen 74a umgeben ist, die das gleichschenkelige Dreieck in die Richtung rechtwinklig zu der Achse des Wirbelerzeugungskörpers 73 und die Bögen 74b des Durchgangs 72 umschreiben. Des Weiteren sind in dem Wirbelerzeugungskörper 73 mehrere Druckausgleichsöffnungspaare 73d und 73e vorgesehen, die jeweils mit einer Messkammer kommunizieren, wobei die Messkammer an einem Ende in die axiale Richtung offen ausgebildet ist.
Das Größenverhältnis zwischen der Breite d des Wirbelerzeugungskörpers 73 des Wirbel-Strommessers in Flussrichtung des Fluids und dem Durchmesser D des zylindrischen Durchgangs 72, sowie eine bevorzugte Abmessung des Wirbelerzeugungskörpers 73 sind so bemessen, dass das Größenverhältnis (d/D) zwischen 0,2 und 0,4 liegt und der Neigungswinkel mit Bezug auf die Achse O-O' der geneigten Seiten 73b und 73c des gleichschenkeligen Dreiecks in einem bestimmten Winkelbereich liegt, und der Bogenvorsprung 74 so ausgebildet ist, dass sich die Wirbelfäden bzw. Wirbelverläufe, die durch den aus dem Wirbelerzeugungskörper 73 ausströmenden Karman Wirbel erzeugt wurden, im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Wirbelerzeugungskörper 73 ablöst, um so einen im Wesentlichen zweidimensionalen Karman Wirbel zu bilden, wodurch sich das Re-Verhalten relativ zu dem Gerätefehler sehr verbessert.
Das Durchflussrohr 71, der Wirbelerzeugungskörper 73, und die Bogenvorsprünge 74 der 5(A) sind mithilfe eines Präzisionsformgusses, wie beispielsweise ein Wachsausschmelzverfahren (Feingussverfahren), in einem Stück ausgebildet. Das Wachsausschmelzverfahren umfasst das Bereitstellen einer Gussform des Wirbel-Strommesser Detektors, die aus wärmelöslichem Material, wie beispielsweise Bienenwachs herstellt ist, das Abdecken der Gussform mit einem feuerfesten Material, wie beispielsweise Quarzsand und pulverförmiger Kalk, das Erhitzen der wärmelöslichen Gussform, um so die Gussform zu schmelzen, das Einfüllen von Gießmetall, wie beispielsweise rostfreien Stahl, in eine hohle Gussform und das Verfestigen des Gießmetalls, sowie das Entfernen des feuerfesten Materials. Die Oberfläche des Wirbel-Strommessers wird zur Ausbildung einer ebenmäßigen Oberfläche einer Oberflächenbehandlung durch ein Sandstrahlgebläse etc. unterzogen.
Der Wirbel-Strommesser, der somit einer Oberflächenbehandlung unterzogen wurde, weist eine Detektorbefestigungsfläche 71b zum Befestigen des Wirbel-Strommesser Detektors an dessen Außenwand auf, und es sind Bohrungen in der Messkammer vorgesehen, die sich in dem Wirbelerzeugungskörper 73 befindet, die sich von der Detektorbefestigungsfläche 71b in die axiale Richtung des Wirbelerzeugungskörpers 73 erstrecken, wobei die Bohrungen der Messkammer mit den Druckausgleichsöffnungen 73d, 73d, 73e und 73e kommunizieren, um so den Wirbel-Strommesser mit einem bestimmten Gerätefehlerverhalten auszubilden.
6(A) und 6(B) zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Wirbel-Strommessers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Wirbel-Strommesser mit dem Wirbel-Strommesser Detektor ausgestattet ist. Die 6(A) zeigt eine Draufsicht und die 6(B) zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile B-B in der 6(A). Das Bezugszeichen 75 kennzeichnet einen Wirbelerzeugungskörper und 76 bogenförmig ausgebildete flache Plattenbereiche. Elemente, die jenen der 5(A) bis 5(C) entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen der 5(A) bis 5(C) versehen.
Der Wirbelerzeugungskörper 75 des Wirbel-Strommessers der 6(A) und der 6(B) ist in Form eines gleichschenkeligen Dreiecks ausgebildet, das in der gleichen Weise wie der Wirbelerzeugungskörper 75 der 5(C) im Querschnitt eine Basis 75a auf einer Stromaufwärtsseite und beide Seiten 75b und 75c aufweist, wobei der Verbindungsbereich zwischen dem Wirbelerzeugungskörper 75 und dem Durchflussrohr 71 anstelle der Bogenvorsprünge 74 bogenförmig ausgebildete flache Plattenbereiche 76 aufweist. Die bogenförmig ausgebildeten flachen Plattenbereiche 76 sind flache Plattenbereiche, die sich von der Basis 75a in einem Bereich benachbart zu dem Verbindungsbereich des Wirbelerzeugungskörpers 75 zu der Wandfläche 72a auf der Stromaufwärtsseite des Durchgangs 72 erstrecken, um in Form eines Bogens hervorzuragen.
In dem Wirbel-Strommesser aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der Wirbel-Strommesser der 2(A) und 2(B), wird ein Hufeisenwirbel, der Wirbelfäden aufweist, von der Stromaufwärtsseite des Bereichs benachbart zu der Wandfläche des Durchgangs und des Wirbelerzeugungskörpers 33 zu der Stromabwärtsseite davon erzeugt und abgegeben. Der Hufeisenwirbel ist ein Wirbel, der erzeugt wird, wenn der durch den Fluidfluss verursachte dynamische Druck in der Mitte einer Fläche 33f auf der Stromaufwärtsseite des Wirbelerzeugungskörpers 33 hoch ist, aber an beiden Seiten des Wirbelerzeugungskörpers 33 sowie an einer Durchgangswandfläche 32a niedrig ist, wobei dieser Hufeisenwirbel an der Grenzschicht der Durchgangswandfläche 32a in dem Bereich benachbart zu dem Wirbelerzeugungskörpers 33 erzeugt wird. Der an der Grenzschicht der Durchgangswand 32a erzeugte Hufeisenwirbel löst sich gleichzeitig mit den Wirbelfäden, die sich von den Seiten des Wirbelerzeugungskörpers 33 erstrecken, und strömt ab. Folglich wird der Karman Wirbel gestört, der aus dem Wirbelerzeugungskörper 33 ausströmt, wodurch sich das Gerätefehler/Reynolds-Zahl Verhalten verschlechtert und eine Beeinträchtigung durch das Röhrensystem eintritt. Die bogenförmig ausgebildeten flachen Plattenbereiche 76 sind für die Beseitigung des Hufeisenwirbels vorgesehen.
7(A) bis 7(C) zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Wirbel-Strommessers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Wirbel-Strommesser mit dem Wirbel-Strommesser Detektor ausgebildet ist. Die 7(A) zeigt eine Draufsicht von der Flussrichtung aus betrachtet. Die 7(B) zeigt eine Seitenansicht, und die 7(C) zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Pfeile C-C in der 7(B). Elemente, die jenen der 56A) und 6(B) entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein in der 7(A) bis 7(C) gezeigter Wirbelerzeugungskörper 75 umfasst ein gleichschenkeliges Dreiecksprisma mit einer Länge, die gleich dem Innendurchmesser D (Durchgang) des Durchflussrohrs 71 ist, und eine Breite d, die in die Flussrichtung des Fluids zeigt, und eine Länge L in die Flussrichtung, wobei sich diese Größenabmessungen in den folgenden Bereichen liegen: 0,2 < d/D < 0,4 (1) 1,5 < D/L < 3,5 (2)
Sind die bogenförmig ausgebildeten flachen Plattenbereiche 76 in dem Wirbel-Strommesser mit dem Wirbelerzeugungskörper 75 mit einer derartigen Größe vorgesehen, verbessert sich das Gerätefehler/Reynolds-Zahl Verhalten, wie zuvor erwähnt. Zusätzlich dazu zeigte ein von dem Anmelder durchgeführtes Experiment, dass sich das Flussratengerätefehlerverhalten verbessert, wenn die Größenabmessung der bogenförmig ausgebildeten flachen Plattenbereiche 76 in folgenden Bereichen liegen: 0,03 D < m < 0,07 D (3) 0,04 D < h < 0,07 D (4)
Das heißt, der Gerätefehler beträgt ±0,5%, wenn die Reynolds-Zahl (Re-Zahl) in dem Bereich zwischen 2 × 10⁴ – 10⁷ liegt, und ein relativer Gerätefehler mit Bezug auf eine Messgerätekonstante überschreitet –1%, wenn die Länge der geraden Röhre 5D beträgt, beträgt aber ±0,5% oder weniger, wenn die Länge der geraden Röhre 10D oder mehr beträgt, und zwar unter der Testbedingung, dass die Länge der geraden Röhre auf der Stromaufwärtsseite 40D beträgt, wenn ein 90° Bogen und ein Doppelbogen auf der Stromaufwärtsseite vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung ist so ausgebildet, dass die bogenförmig ausgebildeten flachen Plattenbereiche 76 den Hufeisenwirbel entfernen, der aus dem Wirbelerzeugungskörper 75 ausströmt und den zweidimensionalen Karman Wirbel bildet, wodurch die Beeinträchtigung durch das Röhrensystem verringert wird. Der Wirbel-Strommesser gemäß der dritten Ausführungsform kann wie die erste Ausführungsform mithilfe eines Präzisionsformgusses in einem Stück ausgebildet sein, um so einen Wirbel-Strommesser mit hoher Genauigkeit und geringen Kosten bereitzustellen.

Claims

Wirbel-Strommesser Detektor, der folgendes umfasst: eine zylindrische Schwingungsröhre (41), die so ausgelegt ist, dass sie in eine Wirbel-Strommesser-Messkammer (63), die an einem Ende offen ist, eingesetzt wird, und dass sie wasserdicht mit dem offenen einen Ende der Messkammer (63) verbunden wird; und einen elastischen säulenförmigen Körper (42) mit einer Endspitze, der an mindestens zwei Punkten in der Schwingungsröhre (41) in einer axialen Richtung davon gelagert ist, wobei der elastische säulenförmige Körper (42) Schwingungsdetektorelemente (43a, 43b), die daran angebracht sind, aufweist, wobei die Schwingungsdetektorelemente so ausgelegt sind, dass sie Schwingungen, die durch wechselnden Druck, der auf die Schwingungsröhre (41) wirkt, verursacht werden, erfassen, gekennzeichnet durch eine scheibenförmige Federplatte (45), die koaxial an der Endspitze des elastischen säulenförmigen Körper (42) befestigt ist, wobei die Federplatte vor dem Zusammenbau einen leicht größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Schwingungsröhre (41) an einer Stelle, wo der säulenförmige Körper (42) lösbar innerhalb der Schwingungsröhre (41) durch die Federplatte (45) gelagert ist.
Wirbel-Strommesser Detektor nach Anspruch 1, der weiterhin einen Deckeleinsatz (48) einschließt, um Verbindungsleitungen (50) der Schwingungsdetektorelemente (43a, 43b) abzudichten, um sie so von Ausgangsanschlüssen (46, 47) zu einer Hüllröhre (49), die das Zentrum des Deckels (48) durchstößt, zu führen.
Wirbel-Strommesser Detektor nach Anspruch 1 oder 2, worin das Material der Schwingungsröhre (41) im wesentlichen den selben thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der des elastischen Grundmaterials (42).
Wirbel-Strommesser, der folgendes umfasst: eine zylindrisches Durchflussrohr (60); einen Wirbelerzeugungskörper (61), der senkrecht in dem Durchflussrohr (60) befestigt ist, und der durch die Innenfläche des Durchflussrohrs an zwei hinsichtlich des Durchflussrohrs diametral gegenüberliegenden Enden begrenzt wird, eine zylindrische Messkammer (63) in dem Wirbelerzeugungskörper (61), die an dessen einem Ende offen ist und die sich axial durch die benachbarte Durchflussröhrenwand erstreckt; Druckausgleichsöffnungen (64a, 64b) in dem Wirbelerzeugungskörper, die eine Verbindung zwischen dem inneren Durchflussröhrenraum und der Messkammer herstellen; gekennzeichnet durch einen Wirbel-Strommesser Detektor nach Anspruch 1, der in der Messkammer (63) eingesetzt und wasserdicht mit dem offenen einen Ende der Messkammer (63) verbunden ist.
Wirbel-Strommesser nach Anspruch 4, worin der Wirbelerzeugungskörper (73) aus folgendem besteht: zwei koaxialen zylindrischen Basisbereichen (74), die radial von der Durchflussröhrenwand zur Mitte der Durchflussröhre (71) vorstehen, und einem Mittelbereich (73) in Form eines gleichschenkeligen dreieckigen Prismas, der sich von einem Basisbereich zu dem anderen Basisbereich erstreckt, so dass ein Querschnitt des Prismas die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, wobei dessen Basis (73a) zur Stromaufwärtsseite zeigt, wobei der Durchmesser der zylindrischen Basisbereiche (74) so groß ist, dass die parallelen Endflächen des Prismas innerhalb des kreisförmigen Umfangs der Basisbereiche (74) liegen, und worin die Durchflussröhre (71) und der Wirbelerzeugungskörper (73) integral zueinander ausgebildet sind.
Wirbel-Strommesser nach Anspruch 4, worin der Wirbelerzeugungskörper (75) aus folgendem besteht: einem säulenförmigem Körper in Form eines gleichschenkeligen dreieckigen Prismas, der sich radial von einer Durchflussröhrenwand zur anderen erstreckt, so dass ein Querschnitt des Prismas die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, wobei dessen Basis zur Stromaufwärtsseite zeigt, und Basisbereiche (76) an den fixierenden Enden des säulenförmigen Körpers, die radial von der Durchflussröhrenwand zur Mitte der Durchflussröhre (71) vorstehen, wobei jeder Basisbereich (76) durch eine planare Fläche, die senkrecht zur longitudinalen Achse des Prismas liegt, abgeschlossen ist, wobei jeder Basisbereich (76) bogenförmig von der Basisfläche des gleichschenkeligen Dreiecks zur Stromaufwärtsseite vorsteht, und worin die Durchflussröhre und der Wirbelerzeugungskörper integral zueinander ausgebildet sind.
Wirbel-Strommesser nach Anspruch 6, wobei der Wirbel-Strommesser dadurch gekennzeichnet ist, dass er die folgenden Abmessungsbereiche erfüllt; 0,2 < d/D < 0,4 1,5 < D/L < 3,5 0,03 D < m < 0,07 D 0,04 D < h < 0,07 D wobei D ein Innendurchmesser der Durchflussröhre (60) ist, d eine Breite des Wirbelerzeugungskörpers (61) ist, die gegen die Flussrichtung des Fluids zeigt, L eine Länge des Wirbelerzeugungskörpers (61) in Flussrichtung des Fluids ist, und m die maximale Länge der bogenförmigen flachen Plattenbereiche (74, 76), die von einem Endbereich des Wirbelerzeugungskörpers (61) zu einer Stromaufwärtsseite vorstehen, ist, und h eine Höhe der bogenförmigen flachen Bereiche ist.