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Strömungsmesser
I)er Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Strömungsmeßvorrichtung
mit einem kreisringförinnig verlaufenden Meßkanal und einer oder mehreren darin
schwenkbar angeordneten Meßscheiben.
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Es sind Strömungsmeßgeräte bekannt, bei denen an Stelle der Meßscheibe
eine Meßfahne Anwendung findet, die iii einem zylindrischen Gehäuse zentrisch gelagert
ist.
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Die Meßfahne hat aber den Nachteil, daß die durch den Strömungsdruck
erzeugten Ablenkungskräfte nach dem Drehpunkt zu abnehmen, dagegen der Druck auf
das Lager nicht in gleichem Maße herabgesetzt wird und daher sehr stark ist. Dadurch
fällt ein wesentlicher Teil des Durchgangs für die Messung aus, und die Einrichtung
wird unempfindlich.
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Hinzu kommt, daß sich ein für die Messung vollkommen unwirksamer
Nebenspalt nicht vermeiden läßt. Die Registrierung kleinster Durchgangsmengen ist
daher nicht möglich, und das Lagerspiel verändert den Durchgang unkontrollierbar
willkürzlich.
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Auch sind die Anzeigewerte beim wahlweisen Wechseln des Betriebsdrucks
im Bereich betriebstechnischer Notwendigkeiten verschieden. +-as darauf zurückzuführen
ist, daß mit wechselndem Betriel>sdruck das Lagerspiel und dadurch liedingt Durchgang
und Ablenkungskräfte verschieden wirksam werden, abgesehen von einer erhöhten Turbulenz
der Ausgleich suchenden Strömungsmasse, die eine erhöhte Abnutzung und unruhige
Anzeige zur Folge hat.
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Auch die lineare Charakteristik einer derartigen Einrichtung. die
im Hinblick auf die Einteilung der Anzeigeskala und ihrer laufenden Übereinstimmung
bei V ergleichsmessungen und der Kopplung mehrerer derartiger Einrichtungen unerläßliche
Voraussetzung ist, kann nicht erreicht werden.
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Selbst bei erhöhter Präzision der Lagerführungen uiid sonstigen Abmessungen
aller Einrichtuiigen mit Nebenspalt ist eine dem fabrikatorischen Mehraufwand entsprechende
Meßgenauigkeit nicht zu erreichen, abgesehen davon, daß die erforderliche Betriebssicherheit
durch den stärkeren Verschleiß aller beweglichen Teile und durch die erhöhte Empfindlichkeit
gegen Niederschlag des bedingt in kleinsten Abmessungen zu haltenden Nebenspalts
verlorengeht.
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Es sind ferner Strömungsmeßvorrichtungen bekannt, bei denen die registrierenden
Teile radial als schwenkbarer Hebel in ein zylindrisches Gehäuse hineinragen und
dort axial zum Gehäuse bewegt werden. Der begrenzte Ablenkungswinkel macht derartige
Vorrichtungen für genaue blessungen unbrauchbar. Auch haften ihnen dieselben Nachteile
an, wie sie bei der Meßfahne festgestellt wurden. f)ie Sachteile dieser bekannten
Vorrichtungen werden durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Anordnung
beseitigt.
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Insbesondere beschränkt die Umfassungsführung f, f' (Abb. 1 bis 3)
der Meßscheibe d den Meßspalt auf die die Meßscheibe einschließende Durchgangsöffnung
c (Abb. 2), wobei konische Einlagen q (Al)l). 3) im Meßkanal für die Justierung
des Meßspalts vorgesehen sein können.
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Der kreisringförmige Meßkanal c und der von demselben durch die innere
Zylinderwand b getrennte und eingeschlossene Raum l erleichtert den Einbau der übrigen
Bauelemente, so daß die ganze \;orrichtung eine in einer Ebene liegende praktische
Form erhält.
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I)ie Verteilung der Ein- und Ausgangsöffnungen auf den Umfang kann
zweckmäßig und beliebig sein, und die Verwendung mehrerer Meßscheiben für besondere
Zwecke liegt durchaus im Bereich <1er Xlöglichkeit.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. I die Vorrichtung geöffnet in seitlicher Draufsicht, Abb. 2
die Vorrichtung im Abschnitt A-B der Abb. 1, Abb. 3 die Vorrichtung in Perspektive
geöffnet und in teilweisem Schnitt, Abb. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel geöffnet
und in teilweisem Schnitt.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Hohlzylindern verschiedener
Größe a und b, die ineinandergeschoben und an ihren Enden geschlossen den kreisringförmigen
Meßkanal c bilden, in welchem die Meßscheibe d schwenkbar angeordnet ist.
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I)er Träger der Meßscheibe d ist nach Abb. 4 die Führungsscheibe
e und nach Abb. I bis 3 der Hebel f mit dem Umfassungsarm f', deren Drehpunkt die
Achse g ist, die in den beiden Abschlußdeckeln h und h' lagert.
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Zwischen den beiden Anschlußstutzen i und j (Abb. 1 bis 3) ist der
Steg k vorgesehen, der den Ringkanal in einen Strömungsteil c und einen strömungsfreien
Teil c' unterteilt.
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Im Ringkanal c und insbesondere in detn strömungsfreien Teil c' oder
in dem vom Ringkanal umschlossenen Raum 1 sind die Steuerorgane 11 und die Gegenfeder
m eingeordnet.
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Das Steuerorgan für die Registriervorrichtung nach vorliegendem Beispiel
ist der elektrische Widerstand n in Verbindung mit den Kontaktfedern o die am Trägerhebel
f (Abb. 1 bis 3) oder an der Trägerscheibe e (Abl>. 4) isoliert befestigt sind.
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Die Widerstandsveränderung erfolgt im Ablenkungswinkel der Meßscheibe
d und wird durch Kahel über die Steckerkontakte p (Abb. t) auf das Anzeigeinstrument
übertragen. Als Übertragungsmittel kann auch eine Magnetkupplung oder jede andere
geeignete Einrichtung dienen. falls nicht eine direkte Achsenkupplung oder elektrische
Kopplung mit anderen Vorrichtungen vorgesehen ist.
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Zur Justierung sind zusätzlich konische segmentartige Einlagen q
(Abb. 3) vorgesehen, die ebenso wie die Spannscheibe r (Abl). 2) fiir die Gegenfeder
m von außen verstellbar sind.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die im kreisringförmigen
Meßkanal c schwenkharze Meßscheibe d wird durch den Strömungsdruck ahgelenkt, bis
die zunehmende Spannkraft der Gegenfedtr m die Ablenkungskräfte aufhebt und die
Meßscheibe zum Stillstand kommt. Die Ablenkungskräfte werden in bekannter Weise
nach dem Stauprinzip bei derartigen Einrichtungen durch den Druckabfall am Meßspalt
ausgelöst und in ihrer Größe bestimmt. Die Übereinstimmung zwischen Ablenkungskraft
und Ablenkungswinkel wird um so größer sein, je gleichmäßiger und reibungsloser
die Strömungsmasse die ganze Vorrichtung und insbesondere den Meßspalt passiert
und je weniger mechanische Reibung die beweglichen Teile zu überwinden haben.
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Der kreisringförmige Meßkanal c ermöglicht eine hebelartige, vom
Drehpunkt g abgesetzte Anordnung der Meßscheibe und gewährleistet dadurch geringste
Lagerreibung.
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Die Meßscheibe kommt mit ihrem vollen Umfang zur Wirkung.
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Der Ringkanal c in Verbindung mit der Umfassungsführung f, f' (Abb.
1 bis 3) erhöht diese Wirkung durch Beseitigung des Nebenspalts s (Abb. 4), der
auch bei allen Einrichtungen mit einer sog. Meßfahne vorhanden ist und sich dort
nicht vermeiden läßt.
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Die den Nebenspalt passierende Strömungsmasse fällt für die Messung
aus, was gleichbedeutend mit Verlust an Ablenkungskraft ist und den Nutzeffekt der
Einrichtung herabsetzt. @ Der Nebenspalt ist daher so klein wie möglich zu halten.
Um Niederschlag aus der Strömungsmasse heraus und eine für die Meßwirkung hinderliche
erhöhte Kapillar-
wirkung zu vermeiden, ist der innere Zylinder
b (Abb. 4) abgeschrägt.
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Der Ablenkungswinkel der Meßscheibe d bestimmt die Ablenkung und
Kontaktveränderung der Kontaktfeder o und mithin eine Veränderung des elektrisch
wirksamen Widerstands. Je größer der wirksame Weg der Meßscheibe und der Kontaktfedern
ist, um so genauer ist der Meßvorgang.
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Dieser Zusammenhang tritt insbesondere in unmittelbarer Nähe des Meßpunkts
in Erscheinung, wo die Strömungsmeßvorrichtungen nach dem Stauprinzip eine gewisse
Trägheit zeigen. Der kreisringförmige Meßkanal in Verbindung mit der vom Drehpunkt
besonders weit abgesetzten Anordnung der Meßscheibe bietet die Möglichkeit zu ihrer
Überwindung, und zwar in kleinsten und günstigsten Abmessungen der ganzen Einrichtung.
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Dieser erfindungsgemäße Fortschritt ist von besonderer Wicktigkeit,
wenn eine mechanische, magnetische oder elektrische Kupplung oder Kopplung mehrerer
derartiger Einrichtungen oder solche mit anderen Vorrichtungen beabsichtigt ist,
wobei es nur eine Frage der Zweckmäßigkeit ist, die verbeidenden Stener- oder Kupplungsmittel
nach außen zu verlegen.
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Ein weiterer Vorteil des kreisringförmigen Meßkanals, insbesondere
in Verbindung mit der in ihrem vollen Umfang und nach Abb. 1 bis 3 ohne Nebenspalt
wirksamen Meßscheibe, ist der, die Charakteristik der Gegenfeder m und diejenige
des Meßspalts zu einer geradlinigen Anzeigecharakteristik ausgleichen zu können.
Die reibungsbedingte kapillare Eigencharakteristik des Nebenspalts der Abb. 4 wird
durch Schärfung der Spaltbegrenzung günstig beeinflußt, und die Verwendung leicht
auswechselbarer konischer Einlagen q ist erfindungsgemäß ein weiteres Mittel, zu
einer gleichmäßigen Proportionierung der Anzeigewerte zu gelangen.
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Zusätzlich den Durchgang am Nebenspalt durch einen kurvenmäßigen Verlauf
der Spaltbegrenzung anzupassen, liegt im Bereich der Möglichkeit.