DE7539850U - Durchflussmessgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmeßgeber für in Rohren strömende Gase oder Flüssigkeiten mit einer an das Netz angeschlossenen Heizsonde und zwei an eine Wheatstone-Brücke angeschlossenen Temperaturmeßsonden, die beidseitig der Heizsonde, in einem Mindestabstand davon und zusammen mit dieser im strömenden Medium angeordnet sind.

Solche Durchflußmeßgeber werden zur Untersuchung der Mikrostruktur von zeitlich und räumlich veränderlichen Geschwindigkeitsfeldern strömender Gas und Flüssigkeiten eingesetzt. Unter dem Begriff "Mikrοstruktur von Geschwindigkeitsfeldern'¹ ist stets der Momentanwert für die Geschwindigkeit von Partikeln zu verstehen, welche volumenmäßig klein gegenüber der Gesamtströmung, jedoch groß gegenüber molykularen Abmessungen sind.

Es ist ein Durchflußmeßgeber aus der ZPF/L Informationsschrift 413 vom 29. Oktober 1971 der Fa. "BBC Mannheim bekannt, der nach dem Aufheizungsverfahren arbeitet und aus einer Heizsonde und zwei Temperaturmessonden besteht. Dabei ist

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die Heizsonde zwischen den beiden Temperaturmessonden in der Mitte des Rohres, in dem die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder einer Flüssigkeit gemessen werden soll, angeordnet. Die Enden der Heizsonde sind aus dem Rohr herausgeführt und an das Netz sowie einen kWh-Zähler angeschlossen. Die Enden der Temperaturmessonden sind ebenfalls aus dem Rohr herausgeführt und an eine Wheatstone-Brücke angeschlossen. Bei diesem Durchflußmeßgeber wird entwder die von der Strömung abgeführte Wärmemenge oder die zugeführte elektrische Leitung als ein Maß für die Geschwindigkeit des strömenden Stoffes herangezogen. Desweiteren ist ein Durchflußmeßgeber der Fa. Brooks Instruments bekannt. Dieser Durchflußmeßgeber besteht aus drei Spulen, und zwar aus einer Heizspule und einer v/eiteren Temperaturm^spule, die in dieser Reihenfolge in einem Mindestabstand voneinander um die Außenwand eines Rohres gewickelt sind, in dem die Strömungsgeschwindigkeit eines Stoffes gemessen werden soll. Die beiden Temperaturmesspulen sind auch hierbei wieder an eine Wheatstone-Brücke angeschlossen. Dieser Durchflußmeßgeber ist jedoch nur für extrem kleine Messysteme auf der Grundlage des wirklichen Massendurchfiusses verwendbar. Desweiteren bekannte Durchflußmeßgeber arbeiten mit Einschnürungen (Blenden oder Düsen). Diese Durchflußmeßgeber sind sehr aufwendig und erfordern wie in den Beispielen des Venturi- und des Herschelrohres große Rohrstrecken und bewirken hohe bleibende Druckverluste. Alle mechanischen Geräte, die nur einen Fühler in die Mittelachse der Strömung zentrisch einsetzen, wie z.B. das Hakenrohr oder das Prandel'sehe Staurohr haben alle Nachteile mechanisdter Geräte, wie z.B. Abnutzung, Verunreinigung und Verstopfung durch im Gas oder in der Flüssigkeit mitgeführte Teilchen. Dadurch kann es zu einer Veränderung der Abmessung und möglicherweise zu einer Veränderung der entscheidenen Kennwerte kommen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußineßgeber zu schaffen, der sehr klein dimensioniert ist, eine kurze Ansprechzeit hat, Störungen auf die zu untersuchende Strömung vermeidet, in Rohren mit großen Querschnitten verwendet werden kann, und bei der Messung von großen und kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß sowohl die Heizsonde, als auch die Temperaturmessonden als Spulen mit mehreren Wicklungen ausgebildet sind und eng in einem Minde3tabstand voneinander eng um einen stromlinienförmigen Körper senkrecht zu dessen Längsachse gewickelt sind.

Als besonderes Merkmal der Erfindung ist hervorzuheben, daß diese Durchfltißmeßgeber senkrecht zur Strömungsrichtung beweglich ist, und daß somit die Strömungsgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen des Rohrquerschnittes ermittelt werden kann. Aus diesem Grund braucht der erfinduBgsgeaäSs Durchflußmeßgeber nicht wie bisher DeJcannxe uurchfluDuicB-geber in eine gerade und lange Ein- und Auslaufstrecke eingebaut werden. Es werden damit teure, speziell für die Messung der Durchflußgeschwindigkeit in Rohrleitungssysteme eingebaute Meßstrecken überflüssig. In vorteilhafter Weise werden die Heiz- und Temperatürmesspulen sowie der stromlinienförmige Körper aus eine korrosionsfreien Material gefertigt und somit vorder Beschädigung durch vorbeiströmende Gase oder Flüssigkeiten geschützt. Anhand von Zeichnungen wird die Erfir/f.ung nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 den erfindungsgemäßen Durchflußmeßgeber,

Fig.2 den in ein Rohr eingebauten Durchflußmeßgeber.

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Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Durchflußmeßgeber 1. Er besteht aus einem stromlinienförmigen Körper 2, einer Heizsonde 3 und zwei Temperaturmessonden 4 und 5. Die Heizsonde 3 sowie die beiden Temperaturmessonden 4 und 5 sind als Spulen mit mehreren Wicklungen ausgebildet, die eng um den stromlinienförmigen Körper 2, senkrecht zu dessen längsachse gewickelt sind. Dabei ist je eine Temperaturmessonde 4, 5 beidseitig der Heizsonde 3 angeordnet. Zwischen der Heizsonde 3 und den beiden Temperaturmessonden 4 und 5 besteht ein Mindestab3tand, der se eingeregelt wird, daß eine optimale Messung der Strömungsgeschwindigkeit möglich ist. Die Enden der beiden Temperaturmessonden 4 und 5 sind an eine Wheatstone-Brücke 6 angeschlossen, während die Enden der Heizspule 3 an das Netz und zusätzlfoh an einen kWh-Zähler 7 angeschlossen sind. Wie Fig. 2 zeigt, ist der erfindungsgemäße Durchflußmeßgeber 1 zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder einer Flüssigkeit innerhalb eines Rohres 8 anzuordnen. Durch eine Öffnung S im Rohr 8 werden

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sonden 4 und 5 aus dem Rohr 8 herausgeführt und an das Netz und den kWh-Zähler 7 bzw. die Wheatstone-Brücke 6 angeschlossen. Der stromlinienförmige Körper 2 dessen Querschnitt wesentlich kleiner dimensioniert ist als der Querschnitt des Rohres wird innerhalb des Rohres 8 so angeordnet, daß seine !Längsachse parallel zur Strömungsrichtung liegt. Die Enden der Heizsonde 3 sowie die Enden der Temperaturmessonden 4 und 5 sind so verstärkt, daß sie gleichzeitig als Halterung 10 des stromlinienförmigen Körpers fungieren können. Die Öffnung 9 des Rohres 8 ist so gestaltet, daß die Halterung von außen in das Rohr hineingeschoben oder aus dem Rohr herausgezogen werden kann» Somit kann der stromlinienförmige Körper 2 innerhalb des Rohres senkrecht zur Strömungsrichtung bewegt werden und in jede gewünschte Position entlang des Rohrquerschnittes gebracht werden , an der gerade die Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll. Die Spulenenden der Heizsonde 3 und die Spulenenden der Temperaturmeß-

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sonden 4 und 5» die die Halterung 10 bilden, sind in ihrer Länge so bemessen, daß der stromlinienförmige Körper 2 an jedem Punkt des Rohrquerschnittes positioniert werden kann. Außerhalb des Rohres 8 kann eine Arretierung für die Halterung 10 angebracht werden, damit der in eine Position gebrachte stromlinienförmige Kölner 2 während einer Messung konstant in dieser Stellung gehalterywird. Da der stromlinienförmige Körper 2 und die Heizsonde 3 sowie die Temperaturmesspulen 4 und 5 ständig dem vorbeiströmenden Gas bzw. der Flüssigkeit ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft, den stromlinienförmigen Körper 2 sowie "die Heizsonde 3 und die beiden Temperaturmessonden 4 und 5 aus einem korrosionsfreien Material zu fertigen. Beispielsweise kann der stromlinienförmige Körper 2 aus Glas hergestellt werden. Die Heizsonde 3 sowie die beiden Temperaturmessonden 4 und 5 brauchen auf den stromlinienförmigen Körper 2 nicht notwendigerweise aufgewickelt werden, sondern können auch aufgedampft werden.

Die Messung der Durchflußgeschwindigkeit mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgeber erfolgt auf bekannte) Weise. Mit der Heizsonde 3 wird das Gas oder die durch das Rohr strömende Flüssigkeit erwärmt. Solange die Heizsonde 3 ausgeschaltet ist, ist die in der Mitteldiagonale der Wheatstone-Brücke angezeigte Spannung konstant, da die beiden Temperaturmeßsonden 4 und 5 von einer Flüssigkeit oder einem Gas gleicher Temperatur umgeben werden. Wird jedoch das durch das Rohr 8 strömende Gas oder die Flüssigkeit durch die Heizsonde 3 erwärmt, so ändert sieh der Widerstand der hinter der Heizsonde 3 in Strömungsrichtung gesehenen Temperaturmessonde 5, während sich der Widerstand der Temperaturmessonde 4 bei sehr schnell strömenden Medium überhaupt nicht und bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums geringfügig ändert. Der Wärmeübergang ist sehr stark von der Strömungsgeschwindigkeit und den spezifischen wärmetechnischen Ei.gen-

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schäften des strömenden Mediums abhängig. Mit der Änderung eines oder beider Widerstände der beiden Temperaturmessonden 4 und 5 ändert sich auch die in der Mitteldiagonale der Wheatstone-Brücke 6 angezeigte Spannung. Diese Spannungsänderung ist der Temperaturdifferenz die zwischen den beiden Temperaturmessonden 4 und 5 herrscht proportional und kann bei Kenntnis des Stoffes in Durchflußeinheiten ausgedrückt werden. Da der Durchflußineßgeber innerhalb des strömenden Mediums angeordnet ist, ergibt sich ein sehr günstiger Wärmeübergang und damit eine kurze Ansprechgeschwindigkeit, die etwa bei 10 Sek. liegt, sowie eine Meßgenauigkeit, die etwa + 1 % beträgt. Die in der Diagonalen der Wheatstone'schen-Brücke auftretenden Spannungen liegen zwischen 0 und 5 Volt. Da der Durchflußmeßgeber in seinen Dimensionierungen insbesondere in seinem Querschnitt sehr klein gehalten warden kann, entsteht durch ihn auch kein Druckabfall im strömenden Medium. Der erfindungsgemäße Durchflußmeßgeber kann so ausgelegt werden, daß er zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen im Bereich zwischen atmosphärischer Luft bis zu Überschallgeschwindigkeiten herangezogen werden kann. In nichtleitenden Flüssigkeiten kann der Durchflußmeßgeber bis zur niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, desweiteren kann der Durchflußmeßgeber auch in Rohren mit einem sehr großen Durchmesser Verwendung finden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, können auch mehrere Durchflußmeßgeber an verschiedenen Stellen des Rohrquerschnittes angeordnet werden.

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Claims (5)

Sprüche

1. Durchflußmeßgeber für in Rohren strömende Gase oder Flüssigkeiten mit einer an das Netz angeschlossenen Heizsonde und zwei an eine Wheatstone-Brücke angeschlossenen Temperaturmessonden, die beidseitig der Heizsonden in einem Mindestabstand davon installiert sind und zusammen mit dieser dem strömendem Medium angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Heizsonde (3) als auch die beiden Temperaturmessonden (4, 5) als Spulen mit mehreren Wicklungen ausgebildet sind und eng um einen stromlinienförmigen Körper (2) senkrecht zu dessen Längsachse gewickelt sind.

2. DurchfjLußmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromlinienförmige Körper (2) in einem Rohr (8) senkrecht zur Strömungsrichtung bewegbar angeordnet ist.

3. Durchflußmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß der stromlinienförmige Körper (2) sowie die Heizsonde ; (3) und die beiden Temperaturmessonden (4, 5 ) aus einem ! korrosionsfreien Material hergestellt sind und daß der stromlinienförmige Körper (2) insbesondere aus Glas gefertigt ist.

4. Durchflußmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des stromlinienförmigen Körpers (2) klein ist gegenüber dem jeweiligen Rohrdurchmesser in dem der stromlinienförmige Körper (2) angeordnet ist.

5. Durchflußmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwicklungen der Heizsonde (3) und die Spulenwicklungen der beiden Temperaturmessonden (4, 5) auf den stromlinienförmigen Körper (2) aufgedampft sind.

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