DE7905776U1 - Durchsatzfuehler fuer fluide - Google Patents

Description

Patentanwälte " _

Dipl.-Ing. Dipl-Chem. Dipl-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

FLONIC 2. März 1979

12, Place des Etats-Unis

92120 Montrouge / Frankreich y

Unser Zeichen; F 907 *

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Durchsatzfühler für Fluide I

Die Neuerung "betrifft einen Durchsatzfühler für Fluide, der insbesondere an Leitungen mit großen Durchmessern verwendbar ist. Ein derartiger Durchsatzfühler dient zur Speisung eines Fluid&ählers oder Durchsatzmessers, der zu der Hauptleitung parallel geschaltet ist, so daß er von einem Teildurchsatz durchflossen wird, der sich linear mit dem Durchsatz der Hauptleitung ändert.

Die Messung von Fluiddurchsätzen, beispielsweise von Wasser, an Leitungen mit großem Durchmesser, d.h. mit einem | Durchmesser von mehr als 1 Meter, kann aufgrund der Abmessungen und der Kosten nicht direkt mit einem gebräuchlichen Volumen- oder Geschwindigkeit szähle..· vorgenommen werden, der von dem gesamten zu zählenden Fluidstrom durchflossen wird.

Die Verwendung von elektromagnetischen oder Ultraschallzählern stellt zwar hinsichtlich der Dynamik der Messung und der Präzision der Ergebnisse eine ziemlich befriedigende Lösung dar, derartige Zähler erfordern aber das Vorhandensein einer elektrischen Stromquelle und verursachen vor allem besonders hohe Kosten.

Deshalb werden Eroportionalzähler kleinen Kalibers benutzt, die an einer der Hauptleitung großen Durchmessers parallel geschalteten Leitung kleinen Durchmessers montiert sind, so daß sie nur von einem Teil des durch die Hauptleitung flies- : senden Stroms durchflossen werden. Der Hauptnachteil dieses i Zählertyps liegt darin, daß der Sekundärdurchsatz, der den t Zähler durchquert, nicht ständig für den Durchsatz der Haupti; leitung repräsentierend bleibt. Wenn nämlich der Sekundäri| durchsatz an einer quasi punktförmigen oder bezüglich der I Ausdehnung des Querschnittes der Hauptleitung zu lokalisier-I ten Durchsatzabnahmestelle abgezweigt wird, so gibt diese i Durchsatzabnahme zwar die Änderung des Durchsatzes in der

£ Hauptleitung nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit wieder,

§ wenn dieser Durchsatz ständig in derselben Form erzeugt wird,

K beispielsweise bei der Eichung des Zählers unter Abwesenheit

I von Turbulenzen und Störungen in der Leitung. Wenn der Zähler

|v aber am Betriebsstandort montiert ist, so stellt man fest, daß

I die Meßergebnisse von der vorhergehenden Gesetzmäßigkeit um

i mehrere 10 % abweichen können.

I Ferner ist es bekannt, in die Hauptleitung mit Hilfe einer

I Venturi-Düse oder einer Lochscheibe eine Querschnittsver-I ringerung einzuführen, was zu beiden Seiten dieser Quer-I schnittsverringerung einen Druckabfall verursacht, und mit einem Druckdifferenzfühler den sich ergebenden Unterdruck zu messen, von dem schließlich der gesuchte Durchsatz ab-_ή geleitet wird. Diese Lösung hat ebenfalls mehrere Nachteile: 1 abgesehen von der Erzeugung eines starken Druckabfalles und

I der Raumbeanspruchung im Fall von Venturi-Düsen besitzt diese

II Lösung hinsichtlich des Durchsatzes eine sehr geringe Meß-[| dynamik von etwa ~\l5, und da zwischen dem Durchsatz und der

I Änderung der Druckdifferenz eine quadratische Gesetzmäßigkeit besteht, bringt sie die Notwendigkeit mit sich, daß der Druckdifferenzfühler in einem Meßbereich, der gleich dem Quadrat der Durchsatzdynamik ist, eine gute Präzision besitzt. Im allgemeinen verfügt man aber nicht über solche Zähler, die die gewünschte Präzision in einer Meßdynamik von über

5 "besitzen, und außerdem sind diese kostspielig.

Eine andere Lösung besteht darin, daß ein Rohr benutzt wird, das diametral in die Leitung eingelassen wird und mit mehreren Öffnungen versehen ist, die symmetrisch bezüglich der Achse der Leitung verteilt sind. Der durch diese Öffnungen hindurchtretende Fluß erzeugt einen Überdruck bezüglich einer in der Leitung hinter dem eingelassenen Rohr angeordneten Druckabnahmestelle. Dieser tiberdruck wird in dem Mittelpxinkt der Achse des Rohrs gemessen und entspricht einem Mittelwert des Durchsatzes in der Leitung (längs des Durchmessers des Rohrs). Diese Lösung, die wegen des geringen Druckabfalles, der durch das empfindliche Element verursacht wird, besser ist, beruht jedoch ebenfalls auf einer Druckdifferenzmessung und besitzt wie im vorhergehenden Fall den Nachteil, daß die Meßdynamik durch den Druckdifferenzfühler begrenzt ist.

Gegenstand der Neuerung ist deshalb ein Durchsatzfühler, der in einem ausreichenden Meßbereich einen abgezweigten Durchsatz liefert, der den Durchsatz in der Hauptleitung repräsentiert, und keinen merklichen Druckabfall verursacht. Da die entnommene Information in Durchsatz ausgedrückt ist, kann dieser Durchsatzfühler mit einem rein mechanischen Fluidzähler gebräuchlicher Art, einem Geschwindigkeits- oder Volumenzähler, verbunden werden, der in einer linearen Beziehung den gewünschten Durchsatz liefert. Die gewünschte Präzision kann in dem gesamten gegebenen Meßbereich leicht erreicht werden, indem man zu diesem Zweck einen Fluidzähler wählt, der die entsprechenden Kaliber- und Eräzisionsmerkmale besitzt.

Damit der Durchsatzfühler eine getreue Darstellung des Durchsatzes in der Hauptleitung liefert, wird neuerungsgemäß davon ausgegangen, daß der Durchsatzfühler die Informationen inte-

griereh muß, die an mehreren, auf verschiedene Stellen einea Querschnitts der Leitung verteilten Meßpunkten entnommen werden. Je höher die Zahl dieser Punkte ist, umso besser wird die integrierte Messung sein.

Neuerungsgemäß besitzt der Durchsatzfühler, der in einer von einem Fluid durchflossenen, zylindrischen Leitung verwendbar ist und einen den Durchsatz in dieser Leitung repräsentierenden Teildurchsatz entnimmt, einen Körper mit einer Eintrittsöffnung, einer Austrittsöffnung und zwei Anschlußleitungen zum Anschluß an einen Fluidzähler und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine allgemein flache Form besitzt, dessen Mittellinie in der Leitung diametral gerichtet ist, und daß die Länge des die Eintrittsoffming bildenden Schlitzes ia wesentlichen gleich dem Durchmesser der Leitung ist. Da der Durchsatzfühler eine allgemein flache Form besitzt, ist sein Querschnitt im Vergleich zu dem der Leitung relativ gering, so daß nur ein ebenfalls relativ geringer Druckabfall verursacht wird. Da der die Entnahmeöffnung bildende Schlitz auf der gesamten Länge eines Durchmessers der Leitung angeordnet ist, stellt die auf diese Weise an dem Durchsatz der Leitung vorgenommene Entnahme eine getreue Wiedergabe der Geschwindigkeitsverteilung auf diesem Durchmesser dar, die somit für den gesamten Querschnitt der Leitung korrekt ist. Der dem parallel geschalteten Fluidzähler zugeführte Teildruck repräsentiert somit den Durchsatz in der Hauptleitung

Andere bauliche Merkmale, die im folgenden erläutert werden, gestatten, daß die Abzweigung und Messung des Teildurchsatzes diese Geschwindigkeitsverteilung in der Entnahmezone nicht stören und ihre axiale Symmetrie nicht zerstören. Auf diese Weise wird mit Hilfe des neuerungsgemäßen Durchsatzfühlers eine Proportionalzählerschaltung geschaffen, die unter geringem Kostenaufwand ebenso gute Ergebnisse wie die wesentlich kostspieligeren Zähler, beispielsweise elektromagnetische

oder Ultraschallzähler, liefert, die direkt in die Leitung eingebaut sind.

Weitere Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einee Ausführungsbeispiels eines neuerungsgemäßen Durchsatzfühlers, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

KLg. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines neuerungsgemäßen Durchsatzfühlers,

Pig. 2 und 3 einen diametralen Schnitt und eine Stirnansicht des in einer Muffe befestigten Durchsatzfühlers.

Die Figuren zeigen den Durchsatzfühler 10, der aus einem Körper 11 mit zueinander parallelen Flächen 11A, 11B, die in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind und deren Mittellinie sich längs eines Durchmessers der zylindrischen Leitung 12 erstreckt, und aus zwei Anschlußleitungen besteht, und zwar einer Eintrittsleitung 13 und einer Austrittsleitung 14, die an ihren Enden mit Gewinde versehen sind und zum parallelen Anschluß eines einen Teildurchsatz messenden Fluidzählers 15 dienen. Die Leitung 12 besteht beispielsweise aus einer Muffe, die an ihren Enden mit Flanschen zum Anschluß an die von dem zu messenden Fluid durchflossen© Leitung versehen ist, und der Durchsatzfühler 10 ist beispielsweise in zu diesem Zweck in der Muffe vorgesehenen Öffnungen dicht verschweißt.

Wenn das Fluid in Richtung des Pfeils F fließt, so besitzt der Dvoc chs atzfühl er eingangsseitig eine Fläche 17 von rechteckiger, länglicher Form, deren Länge gleich dem Durchmesser der Leitung 12 ist.

In der Fläche 17 ist ein diametraler Schlitz 16 rechteckiger Form ausgeschnitten, dessen Länge im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Leitung ist. Hinter dem Schlitz 16 ist in dem Körper 11 in Querrichtung und symmetrisch ein Umlenkorgan 18 angeordnet, das den durch den Schlitz eintretenden Fluß in zwei gleiche Ströme teilt, die zu jedem Ende des betreffenden Durchmessers strömen. Diese beiden Ströme treffen sich in einer öffnung 19 mit rechteckigem Querschnitt am Eintritt einer inneren Leitung 20 mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt, die mit der Anschlußleitung 13 verbunden ist.

Das Umlenkorgan 18 hat die Aufgabe, zwei symmetrische Vage abzugrenzen, die ermöglichen, daß der- in der Leitung entnommene Fluß seine bezüglich der Achse der Leitung symmetrische Geschwindigkeit sverteilung beibehält, und zwar trotz der Störungen, die ausgangsseitig durch den Druckabfall infolge des Durchgangs des Teildurchsatzes durch die aus den Anschlußleitungen 13 und 14 und dem Fluidzähler 15 bestehenden Elementen auftreten können.

Die Leitung 20 und eine innere Austrittsleitung 21, die mit der Anschlußleitung 14 verbunden ist, sind in dem Körper 11 durch eine in Querrichtung angeordnete Wand 22 voneinander getrennt und durch eine zur Achse der Leitung parallele Wand 23 des Körpers 11 abgegrenzt. Der abgezweigte Strom, der aus dem Fluidzähler 15 über die Anschlußleitung 14 austritt, wird in die Leitung 12 über eine Austrittsöffnung 24 zurückgeleitet, die dieselben Abmessungen wie die öffnung 19 hat und symmetrisch in der Achse ausmündet.

Die Abmessungen sind so gewählt, daß der Querschnitt der öffnung 19 im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des Schlitzes 16 ist und daß die beiden von dem Umlenkorgan 18 abgegrenzten Wege jeweils einen Querschnitt haben, der gleich der Hälfte dieses Querschnitts ist. Die Querschnitte der Leitung 20, der Anschlußleitungen 13 und 14 und der Leitung 21

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sind ebenfalls gleich dem Querschnitt der Öffnung 19, d.h. der Querschnittsflache des Schlitzes 16.

Insofern als der Durchgangsquerschnitt des von dem Durchsatzfühler entnommenen Fluids in diesen Leitungen - wie "bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel - von derselben Größenordnung wie die Querschnittsflache des Schlitzes 16 sowie von der Größeaordnung des Eintrittsquerschnitts des Fluidzählers 15 ist, kann man sagen, daß der Druckabfall und damit die Linearität der Arbeitsweise des parallel geschalteten FluidZählers 15 nur von dem Durchsatzfühler abhängt. Infi ..gedessen ändern leichte Änderungen der Querschnittsfläche des Schlitzes 16, beispielsweise durch Verstopfung oder durch Kesselsteinablagerung, die Zählgenauigkeit nicht.

Außerdem kann ein und derselbe Fühlertyp, der mit ein und demselben parallel geschalteten Zähler fest verbunden ist, an Leitungen mit verschiedenen Durchmessern (natürlich mit diametralen Schlitzen mit angepaßter Länge) angeschlossen werden, wobei gleichzeitig dasselbe Ileßkaliber beibehalten wird, wenn der entsprechende Durchsatz in demselben Bereich der Änderung der Durchschnittsgeschwindigkeiten de3 Fluids, beispielsweise zwischen 10 und 200 cm pro Sekunde, bleibt. Die 8.US den Anschlußleitungen 13/md dem Fluidfühler 15 bestehenden Elemente, die sich außerhalb der Leitung befinden, bilden in diesem Fall.eine Einheit, die mit verschiedenen Durchsatzfühlern, die an den Durchmesser der betreffenden Leitung angepaßt sind, verbunden werden kann.

Bei einer Ausführungsform für eine Leitung mit einem Durchmesser von 1 m hat der Schlitz beispielsweise eine Breite von 2,5 mm; der Querschnitt der Öffnungen und Leitungen 19, 20, 13, 14, 21 und 24 ist von derselben Größenordnung, näm-

lieh 25 cm und der Fluidzähler ist so gewählt, daß er in einem Durchsatzmeßbereich von I50 l/h bis 40 nr/h mit einer bestimmten Präzision arbeitet.

Anstatt durch den Schlitz kann der Druckabfall auch durch den Querschnitt der nachfolgenden Leitungen bestimmt werden, wenn dioaer wesentlich kleiner als der des Schlitzes ist. Dies gestattet die Verwendung eines Fluidzählers mit kleinerem Kaliber, wobei die Gerade, die den Durchsatz der Leitung in Abhängigkeit von dem an dem parallel geschalteten Fluidzähler abgelesenen Durchsatz darstellt, eine stärkere Neigung als im vorhergehenden Fall hat. Wenn man in dem Pail einer Leitung mit einem Durchmesser von 1 m und unter Beibehaltung desselben Schlitzes mit einer Breite von 2,5 mm für die ausgangsseitigen

Leitungen einen Querschnitt von nur 4· cm nimmt, kann man einen Fluidzähler mit einem Meßbereich von 10 l/h bis 3 nr/h benutzen,

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt der Körper des Durchsatzfühlers in einer zur Achse der Leitung senkrechten Ebene sowie in einer zu dem Schlitz senkrechten Ebene allgemein rechteckige Formen. Der Körper kann gegebenenfalls jedoch auch mit einer Verkleidung versehen sein, die dem Durchsatzfühler eine aerodynamischere Außenform verleiht. Diese Verkleidung spielt hinsichtlich der Entnahme und des Umlaufes des Fluids im Inneren des Durchsatzfühlers keine Rolle.

Die Hont age des Durchsah zf uhlers in einer Muffe bringt einen Eingriff in die Leitung und die Unterbrechung ihres Betriebs mit sich, um den Anschluß dieser Muffe vorzunehmen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, der Verkleidung des Durchsatzfühlers eine zylindrische Form mit kreisförmigem Querschnitt zu geben, so daß er beispielsweise durch Einpressen direkt in die Leitung eingebaut werden kann, wobei das andere Ende des Durchsatzfühlers an dem Boden der Leitung anstößt.

Claims (9)

1. p'atentanwäite

   Dlpl.-lng. Dipl.-Chem. Dipl-Ing.

   E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

   Ernsbergerstrasfje 19

   8 München 60
2. 2. März 1979 FLONIC
   12, Place des Etats-Unis

   ti 92120 Montrouge / Frankreich

   Unser Zeichen: F 907

   Sohut zansprüche

   Durchsatzfühler für Fluide, der in einer von einem Fluid durchflossenou zylindrischen Leitung verwendbar ist und einen den Durchsatz in der Leitung darstellenden Teildurchsatz entnimmt, mit einem länglichen, diametral in der Leitung angeordneten Körper, der eine Eintrittsöffnung in Form eines in der Mitte angeordneten Schlitzes, eine Austrittsöffnung und zwei Anschlußleitungen zum Anschluß an einen Fluidzähler besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine allgemein flache Form besitzt und daß die Länge des die Eintrittsöffnung bildenden Schlitzes im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Leitung ist.

   — 2 —

   2. Durchsatzfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper ein Umlenkorgan "besitzt, das symmetrisch und in Querrichtung hinter dem Schlitz angeordnet ist und zwei symmetrische Ströraungswege abgrenzt, deren Durchgangsquerschnitt gleich der Hälfte der Querschnitt sflache des Schlitzes ist.
3. 3. Durchsatzfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchgangsquerschnitte der Anschlußleitungen und der Querschnitt der Austrittsöffnung K'chstens gleich der Querschnittsfläche des Schlitzes sind.
4. 4-, Durchsatzfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittsöffnung in der Achse der Leitung zentriert ist.
5. 5. Durchsatzfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er am Eintritt der ersten Anschlußleitung eine Öffnung "besitzt, die denselben Querschnitt wie die Austrittsöffnung besitzt und in der Achse der Leitung zentriert ist₀
6. 6. Durchsatzfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper mit einer stromlinienförmigen Verkleidung versehen ist.
7. 7. Durchsatzfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er in einer zylindrischen Muffe befestigt ist, die an eine Leitung mit demselben Querschnitt anschließbar ist.
8. 8. Durchsatzfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Einpressen in einer Leitung montiert ist.
9. 9. Durchsatzfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet, daß er mit einem Durchsat ζzähler fest verbunden ist, der an den Anschlußleitungen angeschlossen ist.