DE823797C - Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von stroemenden Medien - Google Patents

Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von stroemenden Medien

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DE823797C
DE823797C DE1949P0041555 DEP0041555D DE823797C DE 823797 C DE823797 C DE 823797C DE 1949P0041555 DE1949P0041555 DE 1949P0041555 DE P0041555 D DEP0041555 D DE P0041555D DE 823797 C DE823797 C DE 823797C
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DE
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coil
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Expired
Application number
DE1949P0041555
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr Konrad Hoffmann
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/22Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters
    • G01F1/24Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters with magnetic or electric coupling to the indicating device

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Description

  • Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von strömenden Medien Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von strömenden Medien, wie Gasen oder Flüssigkeiten, die gegehellellfalls so ausgetaltet werden kann, daß eine Anzeige des Meßergel>nisses auf elektrischem Wege erfolgt.
  • Es sind bereits mit elektrischer Anzeige arleitende Schwimmermesser bekannt, bei denen der Schwimmerstand durch einen Hebelmechanismus über eine Stopfbüchse nach außen geleitet wird, sowie solche, bei denen die Übertragung über eine magnetische Kupplung erfolgt, die einen elektrischen Fernsender beeinflußt. Diese bekannten Vorrichtullgell sin(l je(locll mit Nachteilen verhunden. Die Anzeige ist oftmals ungenau und Rei-I,ungsfehlern unterworfen. Der Grund hierfür liegt vielfach darin, daß die bauliche Ausbildung des Schwimmers nicht immer den Erfordernissen der Praxis entspricht, indem beispielsweise der Schwimmer sich in dem strömenden Medium nicht stabil genug verhält und dadurch eine fehlerhafte Anzeige verursacht wird.
  • Es hat sich nun herausgestellt, daß man die aufgezeigten Nachteile beseitigen und eine einwandfreie, fehlerlose Messung und einfache Anzeige der Geschwindigkeit strömender Medien erreichen kann, wenn die Vorrichtung unter Verwendung eines von diesen Medien durchflossenen konischen Rohres, in dem sich ein Schwimmer in seiner Lage entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit einstellt, erfindungsgemäß so gestaltet wird, daß der in dem konischen Rohr rotierende, ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Metall verfertigte Schwimmer aus einem zylindrischen Teil zweckmäßig von mindestens der anderthalbfachen Länge des Rohrdurchmessers besteht, der an seinen beiden Enden mit schräggestellten Kerben versehene und durch aufgedrehte konische Endstücke strömungsmäßig verkleidete Scheiben besitzt.
  • Als ferromagnetisches Material für den Schwimmer kommen z. B. Eisen, Nickel oder Kobalt in Betracht, aus denen er gänzlich hergestellt sein kann. Es genügt aber auch, wenn man nur einen Teil aus solchem Metall verfertigt, zweckmäßig in der Weise, daß man einen Stab aus ferro magnetischem Metall im Innern des aus einem anderen Material bestehenden Schwimmers anordnet. Wenn gegebenenfalls wegen der chemischen Angreifbarkeit der Metallstab nicht unmittelbar mit dem zu messenden Medium in Berührung kommen darf, so kann er auch in geeigneter Weise mit einer schützenden Umkleidung, z. B. aus Kunststoff, versehen sein.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, aus Gründen der Rotationsstabilisierung die Scheiben an den beiden Enden des zylindrischen Teils des Schwimmers so auszugestalten, daß sich ihre Durchmesser annähernd proportional der Steigerung des Rohrdurchmessers verhalten.
  • Abb. 1 stellt eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung dar.
  • In dem konischen Rohr I befindet sich ein Schwimmer, bestehend aus dem zylindrischen Teil 2, an dessen Enden die Scheiben 3 mit Kerben 4 und den konischen Endstützen 5 angesetzt sind. Im Innern ist ein Eisenstab 6 angeordnet.
  • Eingehende Versuche haben ergeben, daß der erfindungsgemäß vorgeschlagene Schwimmer stabil und gleichmäßig arbeitet, so daß auch in den Fällen, in denen auf eine elektrische Anzeige kein Wert gelegt wird, die neue Meßvorrichtung mit besonderem Vorteil verwendet werden kann.
  • Zur elektrischen Anzeige der Messungen gestaltet man die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung derart aus, daß man um die beiden Enden des konischen Rohres, in dem sich der Schwimmer entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit einstellt, Spulen anordnet, die als die beiden Zweige einer Wechselstrombrücke geschaltet sind. Die Länge der Spulen wird zweckmäßig etwa gleich der Längenausdehnung des ferromagnetisch wirksamen Teils des Schwimmers gehalten. Die Brücke wird durch zwei weitere Widerstände ergänzt, und zwischen den beiden Mittelpunkten der Zweige wird dann die Spannung gemessen.
  • Beim Durchströmen von Flüssigkeit durch den Messer wird je nach der Lage des Schwimmers der induktive Widerstand beider Spulen mehr oder weniger stark beeinflußt, d. h. die Brücke wird mehr oder weniger stark verstimmt, so daß die Anzeige am Nullinstrument der Schwimmerstellung proportional verläuft.
  • Als Anzeigeinstrument in der gezeigten Schaltung ist ein elektrodynamisches Gerät erforderlich, dessen Ausschlagsrichtung von der Phasenlage des Stromes durch die Spulen abhängig ist. Das Instrument zeigt dann keinen Ausschlag, wenn der Schwimmer zwischen beiden Spulen steht, und schlägt nach der einen Seite aus, wenn der Schwimmer nach unten geht und nach der anderen Seite, wenn der Schwimmer über die Mittellage ansteigt.
  • Um einen linearen Zusammenhang zwischen Schwimmerstand und Anzeige zu erreichen, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Spulenwicklung in der Mitte zu schwächen, d. h. die Spulen nicht voll zu wickeln, sondern das magnetische Feld der Spulenmitte in geeigneter Weise berabzusetzen. Dies kann zweckmäßig dadurch geschehen, daß in der Mitte der Spule auf einer Länge von IO bis 400/0 insgesamt IO bis I4°/o der Spulenwicklung in Fortfall kommt. Man kann dies erreichen, indem man z. lA. die spulen aus je zwei gleichmäßig gewickelten Teilspulen zusammensetzt, die um etwa 1/to der Gesamtlänge auseinanderstehen, oder aber, indem man die Spulen durchlaufend wickelt und dann in der Mitte auf einer entsprechend größeren Länge den entsprechenden Teil der Spulenwicklung fortläßt.
  • Weiterhin hat es sich für manche Zwecke als vorteilhaft herausgestellt. die leiden Spulen in eine Brücke zu schalten, deren Gegenzweig so bemessen ist, daß bereits bei tiefster Schwimmer stellung eine zweckmäßig kleine Spannung vorhanden ist, wobei der elektrische Vektor des zweiten Brückenmittelpunktes so gelegt wird, daß eine möglichst weitgehende Kompensation der Verzerrung des verwendeten leßinstruments und der Solenoidanordnung erreicht wird.
  • Zur Stabilisierung des Brückenstroms kann es zweckmäßig sein, elektrische Mittel, wie Eisenwasserstofflampen oder Sl,annun:skotlstanthalter, zu verwenden.
  • Es ist noch zu berücksichtigen, daß das Magnetfeld der Spulen eine gewisse Rückwirkung auf den Schwimmer selbst ausübt. Mit Rücksicht hierauf wählt man zweckmäßig die Strombelastung der Spulen derartig, daß an keiner Stelle des Magnetfeldes eine Kraft auftritt, die den Betrag von etwa I50/o des Schwimmergewichtes erreicht.
  • Durch Verwendung eiiies an sich bekannte schreibenden Gerätes können die Meßergebnisse fortlaufend aufgezeichnet werden.
  • Abb. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der ausgestalteten Vorrichtung zur elektrischen Anzeige der Messungen. Das Medium, dessen Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, fließt durch das konische Rohr 7, in dem es entsprechend seiner Geschwindigkeit den Schwimmer 8 bis zu einer bestimmten Höhe emporhebt.
  • Die beiden Spulen g und IO sind an den Enden des konischen Rohres 7 angeordnet und bilden zusammen mit den Widerständen 1 1 und I2 die Zweige einer Wechselstrombrücke, die von der Wechselstromquelle I6 gespeist wird. Mit I7 ist eine Eisenwasserstofflampe zur Stabilisierung des Brückenstroms bezeichiiet. Zwischen den beiden Mittelpunkten 13 und Iq der Brückenzweige wird mittels des Instrumentes 15 die Spannung gemessen, diese ändert sich mit der Änderung der Selbstinduktion der Spulen 9 und Io entsprechend dem Stand des Schwimmers 8.
  • In Abb. 3 sind die elektrischen Werte näher er- läutert. Hier ist durch U die Brückenspannung dargestellt, und die an der Mitte zwischen beiden Spulen liegende Spannung nach Richtung und Phasenlage durch die verschiedenen Punkte I', 2', 3,, 4,, 5,, 6', 7' eingezeichnet, denen die Schwimmerstellungen I" (ganz unten) 2", 3", 4", 5", 6", 7" (ganz oben) entsprechen mögen. Das Anzeigeinstrument liegt mit seiner einen Seite an U/2 (Mitte des anderen Brückenzweiges) und U (m) (Mittelpuiikt der beiden Induktionsspulen). Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß hier ein elektrodynamisches (phasenabhängiges) Instrument erforderlich ist, damit eine eindeutige Anzeige erfolgt.
  • Damit nun die Messung mit einem gewöhnlichen Wechselstrommeßinstrument (Weicheisen- oder Drehspulgerät mit Gleichrichter) erfolgen kann, wird mit Abb. 4 der Vergleichszweig der Brücke dergestalt abgestimmt, daß der Vergleichspunkt etwa an die Stelle A zu liegen komme. Dann nimmt bei Änderung der Schwimmerstellung die am Meßinstrument liegende Spannung eindeutig zu, so daß auch ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Stellung des Schwimmers und Ausschlag am Meßinstrument erfolgt.
  • PATENTANSPRXJCHE I. Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von strömenden Medien, wie Gasen oder Flüssigkeiten, unter Verwendung eines von diesen durchflossenen konischen Rohres, in dem sich ein Schwimmer in seiner Lage entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem konischen Rohr rotierende, ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Metall verfertigte Schwimmer aus einem zylindrischen Teil zweckmäßig von mindestens der anderthalben Länge des Rohrdurchmessers besteht, der an seinen beiden Enden mit schräggestellten Kerben versehene und durch aufgedrehte konische Endstücke strömungsmäßig verkleidete Scheiben besitzt.

Claims (1)

  1. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der beiden Scheiben des zylindrischen Teils des Schwimmers sich annähernd proportional der Steigerung des Rohrdurchmessers verhalten.
    3. Vorrichtung gemäß Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß um die Enden des konischen Rohres als Zweige einer Wechselstrombrücke geschaltete Spulen angeordnet sind, deren Selbstinduktion beim Anlegen einer Wechselspannung durch die ferromagnetischen Teile des Schwimmers verändert wird, welche Änderung mit Hilfe des Meßinstruments der Brücke sichtbar gemacht wird, wodurch die Lage des Schwimmers und nach Eichung die Strömungsgeschwindigkeit angezeigt wird.
    4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Spule etwa gleich der Längenausdehnung des ferromagnetisch wirksamen Teils des Schwimmers ist.
    5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines linearen Zusammenhangs zwischen Anzeige und Schwimmerstand die Spulenwicklung in der Mitte geschwächt ist, vorzugsweise dergestalt, daß auf einer Spulenlänge von 10 bis 400/0 10 bis I4°/o der Spulenwicklung fortgelassen ist.
    6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen in eine Brücke geschaltet sind, deren Gegenzweig so bemessen ist, daß bereits bei tiefster Schwimmerstellung eine zweckmäßig kleine Spannung vorhanden ist, wobei der elektrische Vektor des zweiten Brückenmittelpunktes so liegt, daß eine möglichst weitgehende Kompensation der Verzerrung des verwendeten Meßinstruments und der Solenoidanordnung erreicht ist.
    7. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rückwirkung auf den Schwimmer an keiner Stelle des Meßbereichs den Betrag von etwa 15 0/o des Schwimmergewichtes erreicht.
    8. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines an sich bekannten schreibenden Gerätes zur Aufzeichnung der Meßergebnisse.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3300798A1 (de) * 1983-01-12 1984-07-12 Willi 6082 Mörfelden Tiefenbach Vorrichtung zur durchflussmessung von stroemenden medien
DE3433741A1 (de) * 1984-09-14 1986-03-20 Josef Heinrichs Meßgeräte, 5000 Köln Schwebekoerper-durchflussmessgeraet fuer heisse medien
EP0472959A1 (de) * 1990-08-27 1992-03-04 Prominent Dosiertechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Fluids mit einer pulsierenden Strömung
DE4109694A1 (de) * 1991-03-23 1992-09-24 Hess Paul Durchflussmesseinrichtung
EP1621855A1 (de) * 2004-07-27 2006-02-01 ABB PATENT GmbH Induktiver Schwebekörper - Durchflussmesser
WO2021165460A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-26 University Of Limerick Apparatus for use in measuring a property of a fluid and method

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