EP0682772A1 - Flow measuring probe - Google Patents

Flow measuring probe

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Publication number
EP0682772A1
EP0682772A1 EP95903786A EP95903786A EP0682772A1 EP 0682772 A1 EP0682772 A1 EP 0682772A1 EP 95903786 A EP95903786 A EP 95903786A EP 95903786 A EP95903786 A EP 95903786A EP 0682772 A1 EP0682772 A1 EP 0682772A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring probe
outer tube
flow measuring
electrodes
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95903786A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Berdillon
Michel Claudin
Sven Hirt
Sören LESER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Priority to EP95903786A priority Critical patent/EP0682772A1/en
Publication of EP0682772A1 publication Critical patent/EP0682772A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring 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
    • G01F1/20—Measuring 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
    • G01F1/28—Measuring 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 drag-force, e.g. vane type or impact flowmeter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
    • G01P5/04—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer using deflection of baffle-plates

Definitions

  • the invention relates to flow measuring probes which can be inserted into the wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to the longitudinal axis thereof.
  • DE-A 36 16 777 describes a flow measuring probe which serves to measure the mass pulse flow of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of a pipe through which a fluid flows,
  • EP-A 26 715 also describes a flow measuring probe which serves to measure the volume of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline through which the fluid flows,
  • an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline.
  • DE-A 24 13 245 describes a flow measuring probe which is used to measure the flow and which is inserted into the wall of a pipeline through which the fluid flows practically perpendicular to its longitudinal axis, with a mechanically clamped in the wall into the flowing fluid immersed and deflectable under a force exerted by it and
  • an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline
  • the invention therefore consists in a flow measuring probe which can be inserted into a wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to its longitudinal axis,
  • the capacitive sensor described in US Pat. No. 4,716,770 in connection with a vortex flow meter - but only for two capacitances - which is however modified in accordance with the invention.
  • the sensor described above is not immersed in the free flow, but is arranged in a bore in the bluff body to which the fluid has access. There the pressure fluctuations generated by the vortices detaching from the bluff body are measured. In contrast, the force exerted directly on the bluff body by the flowing fluid is measured in the invention.
  • the outer tube carries an insulating layer with an applied electrode layer on the inner surface near the end, which forms capacitors with the electrodes.
  • a bluff body is provided, of which an inflow surface is arranged at an angle deviating from 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline. According to a development of this embodiment of the invention, an angle of practically 45 ° is provided between the inflow surface of the bluff body and the longitudinal axis of the pipeline.
  • four electrodes are provided at an angle of 45 ° between the sectional plane and the longitudinal axis of the pipeline.
  • an insulating layer is provided on the inner surface of the outer pipe near the end, which carries an electrode layer which is in contact with the four Electrode capacitors.
  • FIG. 1 shows in perspective a flow measuring probe inserted in a pipeline
  • FIG. 4 shows a bottom view of a flow measuring probe with four capacities
  • FIG. 5 shows a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view.
  • Fig. 1 is one in perspective in the wall
  • Pipe 1 inserted and there mechanically rigidly clamped flow measuring probe 2 is shown, the part of which protrudes into the pipe 1 in the manner of a bending beam or a cantilever is immersed in a fluid 3 flowing in the pipe 1, as can be seen at the cut-open point of the pipe 1 .
  • the flow measuring probe 2 has a housing 4 in which evaluation electronics for the signals generated by the flow measuring probe 2 are accommodated.
  • the fluid 3 flowing in the pipeline 1 can be a liquid, e.g. Water or milk, a steam, a gas, e.g. Air, or a powdery substance.
  • FIG. 1 With regard to the outer structure of the flow measuring probe 2, it can also be seen from FIG. 1 that it has a metallic outer tube 5 with a bluff body 6 which is attached to the tightly closed free end of the outer tube 5.
  • An inflow surface of the bluff body 6 is arranged at an angle, preferably deviating from 90 °, with respect to the longitudinal axis of the pipeline 1.
  • the bluff body 6 is preferably, as can be seen in FIGS. 1 and 2, a circular plate; however, other two- and / or three-dimensional shapes of the bluff body 6 are also possible.
  • FIG. 2a shows the fastening by means of a union nut 7 which is to be screwed tightly with a threaded connector attached to the wall of the pipeline.
  • FIG. 2b shows, instead of the union nut 7 from FIG. 2a, a flat plate 8 which is to be fastened tightly to a counterplate attached to the pipeline 1 in the manner of a so-called triclamp connection.
  • FIG. 2 c instead of the union nut 7 from FIG. 2 a, part 9 of a milk pipe connection that is common in Europe is shown, the counterpart of which is located on the pipeline 1.
  • FIG. 2d shows that a flange connection is also possible; there is a flange 10 on the flow measuring probe 2, the counter flange of which is attached to the pipeline 1.
  • FIGS. 3 to 5 A partial section of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3a of FIG. 3, and a bottom view of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3b thereof.
  • the bluff body 6 is omitted for reasons of clarity.
  • an inner tube 11 is spaced and rigidly arranged, which protrudes into the cavity 12 of the outer tube 5 and thus from the latter acting forces is decoupled.
  • the inner tube 11 and outer tube 5 are preferably made of stainless steel.
  • the inner tube 11 has two sections of different diameters.
  • a first section 11a has a larger outer diameter than a second section 11b, which carries an even number of electrodes 13, 14, which are insulated and symmetrical with respect to a section plane containing the axis of the inner pipe 11 and which form capacitors with the inner surface of the outer pipe 5.
  • two electrodes are provided, as can be seen. They are arranged near the free end of the outer tube 5, where its deflection is greatest.
  • the diameter line X-X can be seen in this figure from the section plane mentioned, which runs perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3b.
  • the electrodes 13, 14 are attached to the outer surface of the inner tube 11 with the interposition of an insulating part 15.
  • the insulating part 15 can e.g. consist of an adhesive layer by means of which e.g. foil-like, metal of the electrodes 13, 14 is fastened on the section 11b of the inner tube 11.
  • the outer tube 5 is sealed at its free end by a closure body 17.
  • the electrodes 13, 14 cover the largest part of the circumferential surface of the second section 11b of the inner tube 11 and the lower end face of the insulating part 15, where a gap 18, 19 is left open Feed lines 20, 21 are attached to them. These lead through the hollow interior of the inner tube 11 into the housing 4 to the evaluation electronics located therein.
  • FIG. 4 shows a bottom view corresponding to FIG. 3b of a preferred development with four electrodes 22, 23, 24, 25 arranged symmetrically to the cutting plane mentioned. As a result, there are two further gaps 26, 27, so that the four electrodes 22, 23, 24, 25 are galvanically separated from one another.
  • the feed lines 20, 21 and the two further feed lines corresponding to these are omitted in FIG. 4 for the sake of clarity.
  • the diameter line X-X of the section plane mentioned is to be aligned so that it forms an angle of practically 45 ° with the longitudinal axis of the pipeline 1.
  • this orientation there are two electrodes facing each other, e.g. the electrodes 23, 24, vertically above or below the longitudinal axis of the pipeline 1, while this longitudinal axis then cuts the two other electrodes 22, 25 lying opposite one another in the middle.
  • FIG. 5 shows a detail of a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view, in which the inner surface of the outer tube 5 serves as a common electrode of the two electrodes 13, 14.
  • this common electrode is at the potential of the circuit zero point of the evaluation electronics mentioned, which of course limits the possibilities of wiring all the capacitor electrodes.
  • an insulating layer 31 is arranged on the inner surface of the outer tube 5 near the end, which has an electrode layer 32 applied thereon. This then forms corresponding capacitors with the electrodes 13, 14 or 22, 23, 24, 25 arranged on the inner tube 11.
  • the electrode layer 32 can be provided with a feed line.
  • the flow measuring probe of the invention with two electrodes, together with a corresponding circuit can serve as a flow monitor, with which the flow or the non-flow of the fluid 3 can be monitored.
  • Such circuits are common and are outside the scope of the invention.
  • the flow measuring probe according to the invention with four electrodes can be used together with a corresponding circuit for the continuous measurement of flow velocity, volume flow, mass flow, density and / or viscosity of the fluid 3. Since there are four capacities influenced by the flow, of which two are influenced essentially in opposite directions, at least two signals which are practically independent of one another can be evaluated. Circuits for this are also common and are outside the scope of the invention.

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Abstract

By varying the design and/or arrangement, this probe can take the form of a flow monitor and/or flow rate and/or volume flow and/or mass flow and/or density sensor. To this end, the probe (2), which can be inserted in the wall of a pipe (1) through which a fluid (3) flows, virtually perpendicularly to its longitudinally axis, has a metal outer tube (5) rigidly secured on one side to the pipe wall and immersed in the flowing fluid on the other side, which can be deflected by its force in the manner of a bending strip, the free end of said outer tube being sealed. The probe (2) also comprises a retaining plate (6) fitted at the free end of the outer tube (5) and an inner tube (11) rigidly secured in and spaced from the outer tube (5), having on at least one part of its outer surface an even number of electrodes (13, 14) arranged separately and symmetrically to a section plane containing the axis of the inner tube and forming capacitors with the outer tube.

Description

Strömungsmeßsonde Flow measuring probe
Die Priorität der europäischen Anmeldung 93 11 9668.7 vom 07. Dezember 1993 wird beanspruchtThe priority of European application 93 11 9668.7 dated December 7, 1993 is claimed
Die Erfindung betrifft Strömungsmeßsonden, die in die Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar sind.The invention relates to flow measuring probes which can be inserted into the wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to the longitudinal axis thereof.
In der DE-A 36 16 777 ist eine der Messung des Masseimpulsstroms eines strömenden Fluids dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist,DE-A 36 16 777 describes a flow measuring probe which serves to measure the mass pulse flow of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of a pipe through which a fluid flows,
- mit einer einseitig mechanisch starr mit einer Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren Meßplatte,with a measuring plate mechanically rigidly connected on one side to a wall of the pipeline, immersed in the flowing fluid and deflectable under a force exerted by it in the manner of a bending beam,
- auf der zwei Kondensator-Elektroden angeordnet sind, und- Are arranged on the two capacitor electrodes, and
- mit einer zur Meßplatte parallel angeordneten Referenzplatte, — die mit den Kondensator-Elektroden zwei in Serie geschaltete Kondensatoren bildet.- With a reference plate arranged parallel to the measuring plate, - which forms two capacitors connected in series with the capacitor electrodes.
In der EP-A 26 715 ist ferner eine der Messung des Volumens eines strömenden Fluids dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer vom Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist,EP-A 26 715 also describes a flow measuring probe which serves to measure the volume of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline through which the fluid flows,
- mit einem einseitig mit einem Drehpunkt in der Wand mechanisch eingespannten, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft auslenkbaren Pendelbalken und - mit einem am freien Ende des Pendelbalkens angebrachten Staukörper,- With a one-sided mechanically clamped with a fulcrum in the wall, immersed in the flowing fluid and deflectable under a force exerted thereby and - with a bluff body attached to the free end of the pendulum beam,
- von dem eine Anströmfläche unter einem Winkel von 90° bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist.- Of which an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline.
In der DE-A 24 13 245 ist schließlich eine der Messung des Durchflusses dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer vom Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist, - mit einem einseitig in der Wand mechanisch eingespannten, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft auslenkbaren Rohr undFinally, DE-A 24 13 245 describes a flow measuring probe which is used to measure the flow and which is inserted into the wall of a pipeline through which the fluid flows practically perpendicular to its longitudinal axis, with a mechanically clamped in the wall into the flowing fluid immersed and deflectable under a force exerted by it and
- mit einem seitlich am Rohr angebrachten Staukörper,- with a bluff body attached to the side of the pipe,
- von dem eine Anströmfläche unter einem Winkel von 90° bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist, und- Of which an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline, and
- mit vier im Rohr angeordneten Dehnmeßstreifen.- With four strain gauges arranged in the tube.
Ein Ziel der Erfindung ist es, das Prinzip einer Strömungsmeßsonde anzugeben, die durch verschiedenartige Ausgestaltung und/oder Anordnung ihrer Teile als Strömungswächter, also als einfacher Signalgeber für eine vorhandene bzw. nichtvorhandene Strömung, und/oder als Strömungsgeschwindigkeits- und/oder als Volumendurchfluß- und/oder als Massedurchfluß- und/oder als Dichte-Sensor und/oder als Viskositätssensor ausgebildet werden kann.It is an object of the invention to specify the principle of a flow measuring probe which, by means of various configurations and / or arrangements of its parts, acts as a flow monitor, that is to say as a simple signal transmitter for an existing or non-existent flow, and / or as a flow velocity and / or volume flow rate sensor. and / or as a mass flow and / or as a density sensor and / or as a viscosity sensor.
Die Erfindung besteht daher in einer Strömungsmeßsonde, die in eine Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar ist,The invention therefore consists in a flow measuring probe which can be inserted into a wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to its longitudinal axis,
- mit einem einseitig mechanisch starr mit einer Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren metallischen Außenrohr, — das an seinem freien Ende dicht verschlossenen ist,with a metallic outer tube which is mechanically rigidly connected on one side to a wall of the pipeline and is immersed in the flowing fluid and deflectable under a force exerted by it in the manner of a bending beam, - which is tightly closed at its free end,
- mit einem am freien Ende des Außenrohrs angebrachten Staukörper , und- With a bluff body attached to the free end of the outer tube, and
- mit einem in dem Außenrohr von diesem beabstandet und starr angeordneten Innenrohr,with an inner tube spaced apart and rigidly arranged in the outer tube,
— das auf mindestens einem Teil seiner Außenfläche eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden trägt, die mit dem Außenrohr Kondensatoren bilden.- Which carries on at least part of its outer surface an even number of electrodes which are insulated and arranged symmetrically to a sectional plane containing the axis of the inner tube and which form capacitors with the outer tube.
Dabei wird hinsichtlich der zu realisierenden Kondensatoren auf den in der eigenen US-A 47 16 770 in Zusammenhang mit einem Vortex-Durchflußmeßgerät - allerdings nur für zwei Kapazitäten - beschriebenen kapazitiven Sensor zurückgegriffen, der jedoch entsprechend der Erfindung modifiziert ist. Außerdem taucht der vorbeschriebene Sensor nicht in die freie Strömung ein, sondern ist in einer Bohrung des Staukörpers angeordnet, zu der das Fluid Zutritt hat. Dort werden die von den am Staukörper sich ablösenden Wirbeln im Fluid erzeugten Druckschwankungen gemessen. Demgegenüber wird bei der Erfindung die vom strömenden Fluid auf den Staukörper direkt ausgeübte Kraft gemessen.With regard to the capacitors to be implemented, use is made of the capacitive sensor described in US Pat. No. 4,716,770 in connection with a vortex flow meter - but only for two capacitances - which is however modified in accordance with the invention. In addition, the sensor described above is not immersed in the free flow, but is arranged in a bore in the bluff body to which the fluid has access. There the pressure fluctuations generated by the vortices detaching from the bluff body are measured. In contrast, the force exerted directly on the bluff body by the flowing fluid is measured in the invention.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung trägt das Außenrohr auf der Innenfläche in der Nähe des Endes eine Isolierschicht mit einer aufgebrachten Elektrodenschicht, die mit den Elektroden Kondensatoren bildet.According to a preferred embodiment of the invention, the outer tube carries an insulating layer with an applied electrode layer on the inner surface near the end, which forms capacitors with the electrodes.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Staukörper vorgesehen, von dem eine Anströmfläche unter einem von 90° abweichenden Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Anströmfläche des Staukörpers und der Längsachse der Rohrleitung ein Winkel von praktisch 45° vorgesehen.According to another preferred embodiment of the invention, a bluff body is provided, of which an inflow surface is arranged at an angle deviating from 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline. According to a development of this embodiment of the invention, an angle of practically 45 ° is provided between the inflow surface of the bluff body and the longitudinal axis of the pipeline.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind vier, insb. flächengleiche, Elektroden unter einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung vorgesehen.According to another preferred embodiment, four electrodes, in particular of the same area, are provided at an angle of 45 ° between the sectional plane and the longitudinal axis of the pipeline.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn zusammen mit vier Elektroden und bei einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung eine auf der Innenfläche des Außenrohrs in der Nähe des Endes aufgebrachte Isolierschicht vorgesehen ist, die eine Elektrodenschicht trägt, die mit den vier Elektroden Kondensatoren bildet.Finally, it is advantageous if, together with four electrodes and at an angle of 45 ° between the section plane and the longitudinal axis of the pipeline, an insulating layer is provided on the inner surface of the outer pipe near the end, which carries an electrode layer which is in contact with the four Electrode capacitors.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und in deren Figuren gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which exemplary embodiments of the invention are shown schematically and the same parts are designated by the same reference numerals in the figures.
Fig. 1 zeigt perspektivisch eine in eine Rohrleitung eingesetzte Strömungsmeßsonde,1 shows in perspective a flow measuring probe inserted in a pipeline,
Fig. 2 zeigt schematisch verschiedene Fixiermöglichkeiten für die in die Rohrleitung eingesetzte Strömungsmeßsonde,2 schematically shows various fixing options for the flow measuring probe used in the pipeline,
Fig. 3 zeigt in Längsschnittansicht den in das Fluid eintauchenden Teil der Strömungsmeßsonde,3 shows a longitudinal sectional view of the part of the flow measuring probe immersed in the fluid,
Fig. 4 zeigt in Unteransicht eine Strömungsmeßsonde mit vier Kapazitäten, und Fig. 5 zeigt in Längsschnittansicht eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 3.Fig. 4 shows a bottom view of a flow measuring probe with four capacities, and FIG. 5 shows a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view.
In Fig. 1 ist perspektivisch eine in die Wand einerIn Fig. 1 is one in perspective in the wall
Rohrleitung 1 eingesetzte und dort einseitig mechanisch starr eingespannte Strömungsmeßsonde 2 gezeigt, deren in die Rohrleitung 1 nach Art eines Biegebalkens oder eines Auslegers hineinragender Teil somit in ein in der Rohrleitung 1 strömendes Fluid 3 eintaucht, wie an der aufgeschnittenen Stelle der Rohrleitung 1 zu sehen ist. Außerhalb der Rohrleitung 1 trägt die Strömungsmeßsonde 2 ein Gehäuse 4, in dem eine Auswerte-Elektronik für die von der Strömungsmeßsonde 2 erzeugten Signale untergebracht ist.Pipe 1 inserted and there mechanically rigidly clamped flow measuring probe 2 is shown, the part of which protrudes into the pipe 1 in the manner of a bending beam or a cantilever is immersed in a fluid 3 flowing in the pipe 1, as can be seen at the cut-open point of the pipe 1 . Outside the pipeline 1, the flow measuring probe 2 has a housing 4 in which evaluation electronics for the signals generated by the flow measuring probe 2 are accommodated.
Das in der Rohrleitung 1 strömende Fluid 3 kann eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser oder Milch, ein Dampf, ein Gas, wie z.B. Luft, oder ein pulverförmiger Stoff sein.The fluid 3 flowing in the pipeline 1 can be a liquid, e.g. Water or milk, a steam, a gas, e.g. Air, or a powdery substance.
Hinsichtlich des äußeren Aufbaus der Strömungsmeßsonde 2 ist der Fig. 1 ferner entnehmbar, daß sie ein metallisches Außenrohr 5 mit einem Staukörper 6 aufweist, der am dicht verschlossenem freien Ende des Außenrohrs 5 angebracht ist. Eine Anströmfläche des Staukörpers 6 ist unter einem, vorzugsweise von 90° abweichenden, Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung 1 angeordnet. Der Staukörper 6 ist vorzugsweise, wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, eine kreisförmige Platte; andere zwei- und/oder dreidimensionale Formen des Staukörpers 6 sind jedoch auch möglich.With regard to the outer structure of the flow measuring probe 2, it can also be seen from FIG. 1 that it has a metallic outer tube 5 with a bluff body 6 which is attached to the tightly closed free end of the outer tube 5. An inflow surface of the bluff body 6 is arranged at an angle, preferably deviating from 90 °, with respect to the longitudinal axis of the pipeline 1. The bluff body 6 is preferably, as can be seen in FIGS. 1 and 2, a circular plate; however, other two- and / or three-dimensional shapes of the bluff body 6 are also possible.
Durch vom Fluid 3 auf das Außenrohr 5 selbst und auf den Staukörper 6 ausgeübte Kräfte wird dieses ausgelenkt. Wenn der Anströmwinkel des Staukörpers 6 von 90° abweicht, wird er in eine von der Richtung der Längsachse der Rohrleitung 1 mehr oder weniger abweichende Richtung abgelenkt.This is deflected by forces exerted by the fluid 3 on the outer tube 5 itself and on the bluff body 6. If the incident angle of the bluff body 6 deviates from 90 °, it is deflected in a direction more or less deviating from the direction of the longitudinal axis of the pipeline 1.
Die vier Teilfiguren der Fig. 2 zeigen verschiedeneThe four sub-figures in FIG. 2 show different ones
Möglichkeiten der Befestigung und der wieder lösbaren Einsetzbarkeit der Strömungsmeßsonde 2 in der Rohrleitung 1. So zeigt Fig. 2a die Befestigung mittels einer Überwurfmutter 7, die mit einem an der Wand der Rohrleitung angebrachten Gewindestutzen dicht zu verschrauben ist.Possibilities of fastening and the releasable use of the flow measuring probe 2 in the pipeline 1. Thus, FIG. 2a shows the fastening by means of a union nut 7 which is to be screwed tightly with a threaded connector attached to the wall of the pipeline.
Die Fig. 2b zeigt anstatt der Überwurfmutter 7 von Fig. 2a eine ebene Platte 8, die an einer an der Rohrleitung 1 angebrachten Gegenplatte nach Art einer sogenannten Triclamp-Verbindung dicht zu befestigen ist. Nach Fig. 2c ist anstatt der Überwurfmutter 7 von Fig. 2a ein Teil 9 einer in Europa üblichen Milchrohr-Verbindung gezeigt, deren Gegenstück sich an der Rohrleitung 1 befindet.2b shows, instead of the union nut 7 from FIG. 2a, a flat plate 8 which is to be fastened tightly to a counterplate attached to the pipeline 1 in the manner of a so-called triclamp connection. According to FIG. 2 c, instead of the union nut 7 from FIG. 2 a, part 9 of a milk pipe connection that is common in Europe is shown, the counterpart of which is located on the pipeline 1.
Schließlich zeigt Fig. 2d, daß auch eine Flanschverbindung möglich ist; dazu befindet sich an der Strömungsmeßsonde 2 ein Flansch 10, dessen Gegenflansch an der Rohrleitung 1 angebracht ist.Finally, FIG. 2d shows that a flange connection is also possible; there is a flange 10 on the flow measuring probe 2, the counter flange of which is attached to the pipeline 1.
Der weitere, im wesentlichen innere, Aufbau der Strömungsmeßsonde 2 wird nun anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert. In der Teilfigur 3a von Fig. 3 sind ein Längsschnitt der Strömungsmeßsonde 2 und in deren Teilfigur 3b eine Unteransicht der Strömungsmeßsonde 2 gezeigt. Dabei ist jeweils der Staukörper 6 aus Übersichlichkeitsgründen weggelassen.The further, essentially inner, structure of the flow measuring probe 2 will now be explained with reference to FIGS. 3 to 5. A partial section of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3a of FIG. 3, and a bottom view of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3b thereof. The bluff body 6 is omitted for reasons of clarity.
Im Außenrohr 5 ist von diesem beabstandet und starr ein Innenrohr 11 angeordnet, das in den Hohlraum 12 des Außenrohrs 5 hineinragt und somit von den auf dieses einwirkenden Kräften entkoppelt ist. Vorzugsweise bestehen Innenrohr 11 und Außenrohr 5 aus nicht-rostendem Stahl.In the outer tube 5, an inner tube 11 is spaced and rigidly arranged, which protrudes into the cavity 12 of the outer tube 5 and thus from the latter acting forces is decoupled. The inner tube 11 and outer tube 5 are preferably made of stainless steel.
Das Innenrohr 11 hat zwei Abschnitte von unterschiedlichem Durchmesser. Ein erster Abschnitt lla hat einen größeren Außendurchmesser als ein zweiter Abschnitt 11b, der eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs 11 enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden 13, 14 trägt, die mit der Innenfläche des Außenrohres 5 Kondensatoren bilden.The inner tube 11 has two sections of different diameters. A first section 11a has a larger outer diameter than a second section 11b, which carries an even number of electrodes 13, 14, which are insulated and symmetrical with respect to a section plane containing the axis of the inner pipe 11 and which form capacitors with the inner surface of the outer pipe 5.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind, wie ersichtlich ist, zwei Elektroden vorgesehen. Sie sind in der Nähe des freien Endes des Außenrohrs 5 angeordnet, wo dessen Auslenkung am größten ist. Von der erwähnten Schnittebene, die in Fig. 3b senkrecht zur Zeichenebene verläuft, ist in dieser Figur die Durchmesserlinie X-X zu sehen.3, two electrodes are provided, as can be seen. They are arranged near the free end of the outer tube 5, where its deflection is greatest. The diameter line X-X can be seen in this figure from the section plane mentioned, which runs perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3b.
Die Elektroden 13, 14 sind auf der Außenfläche des Innenrohrs 11 unter Zwischenlage eines Isolierteils 15 angebracht. Das Isolierteil 15 kann z.B. aus einer Klebstoffschicht bestehen, mittels der das, z.B. folien¬ artige, Metall der Elektroden 13, 14 auf dem Abschnitt 11b des Innenrohrs 11 befestigt ist.The electrodes 13, 14 are attached to the outer surface of the inner tube 11 with the interposition of an insulating part 15. The insulating part 15 can e.g. consist of an adhesive layer by means of which e.g. foil-like, metal of the electrodes 13, 14 is fastened on the section 11b of the inner tube 11.
Zwischen den Elektroden 13, 14 und der Innenfläche des Außenrohrs 5 besteht ein Luftspalt 16, der so bemessen ist, daß selbst bei betriebsmäßig maximaler Auslenkung des Außenrohrs 5 die Elektroden 13, 14 die Innenfläche noch nicht berühren. Das Außenrohr 5 ist an seinem freien Ende durch einen Verschlußkörper 17 abgedichtet.Between the electrodes 13, 14 and the inner surface of the outer tube 5 there is an air gap 16 which is dimensioned such that the electrodes 13, 14 do not yet touch the inner surface even when the outer tube 5 is deflected to its maximum. The outer tube 5 is sealed at its free end by a closure body 17.
Die Elektroden 13, 14 bedecken unter Freilassung von jeweils einem Spalt 18, 19 den größten Teil der Umfangsflache des zweiten Abschnitts 11b des Innenrohrs 11 sowie die untere Stirnfläche des Isolierteils 15, wo Zuleitungen 20, 21 an ihnen angebracht sind. Diese führen durch das hohle Innere des Innenrohrs 11 in das Gehäuse 4 zu der darin befindlichen Auswerte-Elektronik.The electrodes 13, 14 cover the largest part of the circumferential surface of the second section 11b of the inner tube 11 and the lower end face of the insulating part 15, where a gap 18, 19 is left open Feed lines 20, 21 are attached to them. These lead through the hollow interior of the inner tube 11 into the housing 4 to the evaluation electronics located therein.
In Fig. 4 ist eine der Fig. 3b entsprechende Unteransicht einer bevorzugten Weiterbildung mit vier symmetrisch zur erwähnten Schnittebene angeordneten Elektroden 22, 23, 24, 25 dargestellt. Dadurch gibt es zwei weitere Spalte 26, 27, so daß die vier Elektroden 22, 23, 24, 25 galvanisch voneinander getrennt sind. Die Zuleitungen 20, 21 und die zwei weiteren, diesen entsprechenden Zuleitungen sind wegen der Übersichtlichkeit in Fig. 4 weggelassen.FIG. 4 shows a bottom view corresponding to FIG. 3b of a preferred development with four electrodes 22, 23, 24, 25 arranged symmetrically to the cutting plane mentioned. As a result, there are two further gaps 26, 27, so that the four electrodes 22, 23, 24, 25 are galvanically separated from one another. The feed lines 20, 21 and the two further feed lines corresponding to these are omitted in FIG. 4 for the sake of clarity.
Wenn die Strömungsmeßsonde diese vier Elektroden hat, ist die Durchmesserlinie X-X der erwähnten Schnittebene so auszurichten, daß sie mit der Längsachse der Rohrleitung 1 einen Winkel von praktisch 45° bildet. Mit dieser Ausrichtung befinden sich zwei einander gegenüberliegende Elektroden, z.B. die Elektroden 23, 24, senkrecht oberhalb bzw. unterhalb der Längsachse der Rohrleitung 1, während diese Längsachse dann die beiden anderen einander gegenüberliegenden Elektroden 22, 25 mittig schneidet.If the flow measuring probe has these four electrodes, the diameter line X-X of the section plane mentioned is to be aligned so that it forms an angle of practically 45 ° with the longitudinal axis of the pipeline 1. With this orientation there are two electrodes facing each other, e.g. the electrodes 23, 24, vertically above or below the longitudinal axis of the pipeline 1, while this longitudinal axis then cuts the two other electrodes 22, 25 lying opposite one another in the middle.
Die Fig. 5 zeigt in Längsschnittansicht ausschnittsweise eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 3, bei der die Innenfläche des Außenrohrs 5 als gemeinsame Elektrode der zwei Elektroden 13, 14 dient. Diese gemeinsame Elektrode liegt aber im Betriebszustand der Strömungsmeßsonde auf dem Potential des Schaltungsnullpunkts der erwähnten Auswerte- Elektronik, wodurch die Möglichkeiten der Beschaltung aller Kondensator-Elektroden natürlich beschränkt ist. Um dem abzuhelfen, ist nun in der Weiterbildung nach Fig. 5 vorgesehen, daß auf der Innenfläche des Außenrohrs 5 in der Nähe des Endes eine Isolierschicht 31 angeordnet ist, die eine darauf aufgebrachte Elektrodenschicht 32 trägt. Diese bildet dann mit den auf dem Innenrohr 11 angeordneten Elektroden 13, 14 bzw. 22, 23, 24, 25 entsprechende Kondensatoren.FIG. 5 shows a detail of a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view, in which the inner surface of the outer tube 5 serves as a common electrode of the two electrodes 13, 14. However, in the operating state of the flow measuring probe, this common electrode is at the potential of the circuit zero point of the evaluation electronics mentioned, which of course limits the possibilities of wiring all the capacitor electrodes. In order to remedy this, it is now provided in the development according to FIG. 5 that an insulating layer 31 is arranged on the inner surface of the outer tube 5 near the end, which has an electrode layer 32 applied thereon. This then forms corresponding capacitors with the electrodes 13, 14 or 22, 23, 24, 25 arranged on the inner tube 11.
Wie festgestellt wurde, ergeben sich besonders gute Meßergebnisse, wenn die Elektrodenschicht 32 elektrisch unkontaktiert bleibt, also potentialmäßig schwebt. Sollte es jedoch ausnahmsweise erforderlich werden, so kann die Elektrodenschicht 32 mit einer Zuleitung versehen werden.As has been established, particularly good measurement results are obtained if the electrode layer 32 remains electrically uncontacted, that is to say floating in terms of potential. However, should it become necessary in exceptional cases, the electrode layer 32 can be provided with a feed line.
Die Strömungsmeßsonde der Erfindung mit zwei Elektroden kann zusammen mit einer entsprechenden Schaltung als Strömungswächter dienen, mit dem das Strömen bzw. das NichtStrömen des Fluids 3 überwacht werden kann. Derartige Schaltungen sind üblich und liegen außerhalb des Rahmens der Erfindung.The flow measuring probe of the invention with two electrodes, together with a corresponding circuit, can serve as a flow monitor, with which the flow or the non-flow of the fluid 3 can be monitored. Such circuits are common and are outside the scope of the invention.
Die Strömungsmeßsonde nach der Erfindung mit vier Elektroden kann hingegen zusammen mit einer entsprechenden jeweiligen Schaltung zum kontinuierlichen Messen von Strömungsgeschwindigkeit, Volumen-Durchfluß, Massen- Durchfluß, Dichte und/oder Viskosität des Fluids 3 dienen. Da nämlich vier von der Strömung beeinflußte Kapazitäten vorhanden sind, von denen jeweils zwei im wesentlichen gegenläufig beeinflußt werden, können mindestens zwei praktisch voneinander unabhängige Signale ausgewertet werden. Schaltungen hierfür sind ebenfalls üblich und liegen außerhalb des Rahmens der Erfindung. The flow measuring probe according to the invention with four electrodes, on the other hand, can be used together with a corresponding circuit for the continuous measurement of flow velocity, volume flow, mass flow, density and / or viscosity of the fluid 3. Since there are four capacities influenced by the flow, of which two are influenced essentially in opposite directions, at least two signals which are practically independent of one another can be evaluated. Circuits for this are also common and are outside the scope of the invention.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Strömungsmeßsonde (2), die in eine Wand einer von einem Fluid (3) durchströmten Rohrleitung (1) praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar ist,1. flow measuring probe (2) which can be inserted into a wall of a pipe (1) through which a fluid (3) flows practically perpendicular to its longitudinal axis,
- mit einem einseitig mechanisch starr mit der Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren metallischen Außenrohr (5),with a metal outer tube (5) which is mechanically rigidly connected on one side to the wall of the pipeline and is immersed in the flowing fluid and can be deflected under a force exerted by it in the manner of a bending beam,
— das an seinem freien Ende dicht verschlossenen ist, - mit einem am freien Ende des Außenrohrs angebrachten- That is tightly closed at its free end, - With one attached to the free end of the outer tube
Staukörper (6) , undBluff body (6), and
- mit einem in dem Außenrohr (5) von diesem beabstandet und starr angeordneten Innenrohr (11),- With an inner tube (11) spaced apart and rigidly arranged in the outer tube (5),
— das auf mindestens einem Teil seiner Außenfläche eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden (13, 14) trägt, die mit dem Außenrohr Kondensatoren bilden.- Which carries on at least a part of its outer surface an even number of electrodes (13, 14) which are insulated and arranged symmetrically to a sectional plane containing the axis of the inner tube and which form capacitors with the outer tube.
2. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit einem Außenrohr, das auf der Innenfläche in der Nähe des Endes eine Isolierschicht (31) mit einer aufgebrachten Elektrodenschicht (32) trägt, die mit den Elektroden (13, 14) Kondensatoren bildet.2. Flow measuring probe according to claim 1 with an outer tube which on the inner surface near the end carries an insulating layer (31) with an applied electrode layer (32) which forms capacitors with the electrodes (13, 14).
Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit einem Staukörper, von dem eine Anströmfläche unter einem von 90° abweichenden Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung (1) angeordnet ist. Flow measuring probe according to claim 1 with a bluff body, of which an inflow surface is arranged at an angle deviating from 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline (1).
4. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 3 mit einem Winkel von praktisch 45° zwischen der Anströmfläche des Staukörpers (6) und der Längsachse der Rohrleitung.4. Flow measuring probe according to claim 3 with an angle of practically 45 ° between the inflow surface of the bluff body (6) and the longitudinal axis of the pipeline.
5. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit vier Elektroden (22, 23, 24, 25) und mit einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung.5. Flow measuring probe according to claim 1 with four electrodes (22, 23, 24, 25) and at an angle of 45 ° between the sectional plane and the longitudinal axis of the pipeline.
6. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 5 mit vier flächengleichen Elektroden (22, 23, 24, 25).6. Flow measuring probe according to claim 5 with four electrodes of the same area (22, 23, 24, 25).
7. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 17. flow measuring probe according to claim 1
- mit vier Elektroden (22, 23, 24, 25),- with four electrodes (22, 23, 24, 25),
- mit einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung und- At an angle of 45 ° between the section plane and the longitudinal axis of the pipe and
- mit einer auf der Innenfläche des Außenrohrs (5) in der Nähe des Endes aufgebrachten Isolierschicht (31), die eine Elektrodenschicht (32) trägt, die mit den vier Elektroden Kondensatoren bildet.- With an on the inner surface of the outer tube (5) near the end applied insulating layer (31) which carries an electrode layer (32) which forms capacitors with the four electrodes.
Strömungsmeßsonde nach Anspruch 7 mit vier flächengleichen Elektroden (22, 23, 24, 25). Flow measuring probe according to claim 7 with four electrodes (22, 23, 24, 25) of equal area.
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