NL8104829A - Stromingsmeter. - Google Patents

Description

* * 813234/Ke/cd -1-

Korte aand12j.di.Bgs Stromingsme ter*

De uitvinding heeft "betrekking op een str omingsmetere Op verschillende gebieden van de techniek is er een behoefte aan een eenvoudige en goedkope atromingsme ter, die toch nauwkeurig en be-trouwbaar is» Sen typisch voorbeeld van de gebieden waarin behoefte 5 bestaat aan een dergelijke stromingsmeter is in flatwoningen, of in een wijk met één-gezinswoningen, waar eisen zijn ontstaan voor besparingen en een eerlijke verdeling van brandstofkosten tussen de verschillende verbruikers, en wel als gevolg van sterke stijgingen in de prijzen van olie en andere brandstoffen gedurende de laatste Ί0 jaren» Aan de genoemde eisen kan niet worden voldaan door de bekende stromingsmeters die een aantal draaiende delen bevatten» Anderzijds wordt aan de vereisten van eenvoud voldaan door stromingsmeters die een schoepvormig of een klep vormig element bevatten, dat in een oscillerende beweging wordt gebracht die de werking van het er langs 15 stromende medium, waarbij de frequentie van deze beweging wordt gemeten en omgezet in een maat voor de stroming»

De uitvinding heeft betrekking op een stromingsmeter van de laatstgenoemde categorie. Bekende stromingsmeters van dit iype hebben echter een aantal serieuze beperkingen, waarvan de belang-20 rijkste is, dat het meeigebied, waarbinnen de meeinanwkeurigheid een aanvaardbare waarde heeft, betrekkelijk smal is» Dit geldt vooral bij lage stromingssnelheden, bijvoorbeeld lage waarden van het getal van Reynolds, een situatie die typisch is in systemen voor de verdeling van water voor centrale verwarming. Sen ander bezwaar is, dat de werkzame krachten waardoor het klepvoxmige element van de bekende stromingsmeters in een oscillerende beweging worden gezet, zo klein zijn dat gebruik gemaakt moet worden van middelen die gevoelig zijn, en daarom ongeschikt in dit verband, om de oseillatie-frequentie om te zetten in een meting van de stroming» Als voorbeeld 30 van een dergelijke installatie kan worden verwezen naar het octrooi-sohxift ÏÏS 2 433 376, waarin een met de oscillatie-as verbonden arm doorloopt tussen een lichtbron en een foto-elektrische cel» Aldus bestaat er behoefte aan een stromingsmeter waarin op het oscillerende element zodanig grote krachten werkzaam zijn dat de transmissie 33 van signalen op andere manier kan plaats vinden, bijvoorbeeld door 8104829 vs i -2- inductieve middelen.

De uitvinding heeft dan ook ten doel een stromingsmeter te verschaffen waarin alle genoemde gunstige eigenschappen worden gecombineerd. Zo dient de meter een eenvoudige vormgeving te hebben 5 en goedkoop te kunnen worden vervaardigd, hij moet een breed meet-gebied hebben en een hoge mate van meetnauwkeurigheid binnen dit hele gebied. Deze laatste voorwaarde betkent, met andere woorden, dat de meter in staat zal zijn om te werken bijvoorbeeld binnen een stromingsgebied waarvan de bovengrens ongeveer 200 x zo hoog is als 10 de ondergrens, en voor waarden van het getal van Reynolds tussen ongeveer 200 en 10 * Aan al deze eisen wordt voldaan met een stromingsme ter volgens de uitvinding die in de grondgedachte gekenmerkt is doordat een stel uitsteeksels tegenover elkaar, en uitstekend vanaf de binnenwand van de doorgang aangebracht is zodat een plaatselijke 15 smoring ontstaat van het effektieve stromingsoppervlak van de doorgang, zodat scheiding plaats vindt en de stroming turbulent wordt over het gehele meetgebied van de meter, welk oscillerend element een eerste gedeelte heeft dat zich bevindt of nabij een vlak evenwijdig aan de oscillatie-as ervan en gaande door de uitsteeksels, en een 20 tweede deel dat zich bevindt in een vlak door de oscillatie-as en evenwijdig aan de richting van de hoofdstroming van het medium zodat, wanneer het element tussen zijn eindstanden oscilleert, in de twee armen van de stroming tussen het element en elk van de uitsteeksels, gelijktijdig richtingsveranderingen optreden in dezelfde richting zo-25 dat het tweede deel van het element onderworpen wordt aan krachtcom-ponenten die dwars georiënteerd zijn ten opzichte van de richting van de hoofdstroming, waardoor de oscillerende bewegingen van het element worden versteekt·

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van 30 de bijgaande tekening waarin drie uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven»

Fig. 1 toont perspektivisch een s tromingsme ter volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm»

Fig* 2 is een dwarsdoorsnede door de meter, genomen volgens 35 de lijn II-II in fig. 1»

Fig. 3 is een doorsnede genomen volgens de lijn XXI-1XX in fig» 2, waarin het oscillerende element in zijn middenstand staat»

Fig, 4 komt overeen met fig» 3 maar toont het oscillerende element in of nabij één van de beide eindstanden» 8104829 "3"

Fig. 5 toont perspectivisch, een oscillerend element volgens een tweede uitvoeringsvorm.

Fig. 6 komt ook overeen met fig0 3 maar laat een derde uitvoeringsvorm zien· 5 Se stromingsmeter heeft een huis 1, dat aan de uiteinden voorzien As van wartelmoeren 2 en 3 voor verbinding met een pijpleiding vaar doorheen het medium stroomt waarvan de stroming moet worden gemeten· Het huis 1 draagt een zender 4 die via bedrading 3 lean worden verbonden met een (niet weergegeven) schakeling om elektrische 10 pulsen om te zetten in een maat voor de grootte van de stroming·

He.omzetter kan van elk bekend geschikt type zijn en wordt hier niet beschreven omdat hij geen deel uitmaakt van de uitvinding· Er dient echter te worden vermeld dat de elektrische signaalpulsen uit de zender 4 mat voordeel worden opgewekt door inductieve middelen, bij-13 voorbeeld doordat de zender een wikkeling bevat die een elektromagnetisch veld opwekt binnen de meter» Vanneer het nog nader te beschrijven meterelement beweegt in het magnetische veld, zullen daarin cyclische sterkteveranderingen optreden en deze zullen door de zender worden waargenomen· He frequentie van die variaties zal rechtstreeks 20 evenredig zijn met de oscillatiefrequentie van het element·

Zoals weergegeven in fig. 2-4 is een stel uitsteeksels (6,7) aangebracht aan twee tegenover elkaar liggende wanddelen, zodat de siromingsdoorgang van de meter wordt beperkt· Hierdoor ontstaat een plaatselijke smoring van het effectieve stromingsoppervlak van de 23 doorgang· Hichtbij de uitstekende delen bevindt zich het oscillerende element 8 van de meter, waarvan de oscillatie-as aangeduid is door 9» Volgens de uitvinding is de dwarsdoorsnede van het element 8, gezien in een vlak loodrecht op de draai-as 9> in hoofdzaak T-vormig· Sr is een deel 8a aanwezig, dat zich bevindt in of nabij een vlak even-30 wijdig aan de oscillatie-as en loodrecht op de strooingsriehting van het medium· benedenstrooms hiervan heeft het element een deel 8b, dat zich bevindt in een vlak door de oscillatie-as en evenwijdig aan * de stromingsrichting van het medium.

Volgens een in fig· $ en 4 weergegeven eerste uitvoerings-33 vorm van de uitvinding liggen het deel 8a en de draaias in een vlak door de uitsteeksels 6 en 7» Heze plaats van het oscillerende element 8 is voordelig gebleken, maar hij is niet noodzakelijke Hit zal in het onderstaande nader worden besproken» Fig· 3 en 4 laten ook zien dat de bovenstroomse zijden van de uitstekende delen 6 en 7 liggen 40 in een vlak in hoofdzaak loodrecht op de stromingsrichting door de 8104829 --4- t *w » nieter (aangeduid door ©en pijl in fig· 3 en 4) en dat het profiel van elk van die uitsteeksels de vorm heeft van een meskant, waarvan de punt zich bevindt aan de bovenstroomse zijde·

De hierboven beschreven meter werkt als volgt· Het ge» 5 volg van de smoring van het effektieve stromingsoppervlak van de doorgang, door de twee uitsteeksels 6 en 7, is dat daar dichtbij een scheiding ontstaat, zodat de stroming door de meter turbulent wordt in een gebied dat begint iets bovenstrooms van de uitsteeksels en dat zich over een aanzienlijke afstand benedenstrooms ervan uit» 10 strekt· Pit geeft de volgende twee gunstige effekten0 Eén van de gevolgen van de turbulentie die teweeg gebracht wordt in de beide armen van het stromingsdoorlaatelement 6, is dat het stromingspatroon constant zal zijn tot aan zeer lage waarden van het getal van Reynolds, omstreeks 200· In principe zal de totale 15 werkzame kracht gelijk zijn aan de som van de twee krachten die in fig* 4 zijn aangeduid door en ^ Pe kracht ig is de dwarscompo» nent van de kracht die, als gevolg van het in de getékende stand van het element ontstaande straaleffekt (injektie-effekt) een rela» tief negatieve druk zou doen ontstaan· Peze functie op zichzelf is 20 reeds bekend* Anderzijds is echter nieuw dat de totale werkzame kracht een bijdrage zou ontvangen van de krachtccpponent F-j die op overeenkomstige wijze wordt opgewekt aan de andere kant van het element, waar daarentegen een relatieve positieve druk heerst· Omdat de totaal werkzame kracht op deze manier bijdragen ontvangt van zowel 25 een negatieve of een positieve druk, zal een "weerhaan-effekt" op» treden, dat zal resulteren in afzonderlijke oscillerende bewegingen, en vooral in het feit dat er een voldoend grote werkzame kracht be» schikbaar komt, zelfs bij lage stromingssnelheden· Pit betekent, met andere woorden, dat de motor een breed meetgebied zal hebben, 30 waarvan de onderste grens zal liggen bij zeer lage waarden van het getal van Reynolds· Wanneer het element 8 door zijn middenstand gaat (weergegeven in fig· 3) zal het effectieve oppervlak van de stroming zijn minimale waarde hebben, d«w«ze de stromingssnelheid door de beide openingen aan weerszijden van het element S zal de 33 maximale waarde bereiken· Omdat de dynamische druk dan maximaal is, gecombineerd met het feit dat het oscillerende element steeds zijn middenstand bereikt met een zekere hoeveelheid kinetische energie, wordt zeker gesteld dat het turbulente stromingspatroon steeds zal worden gehandhaafd· Pe drukomstandigheden zullen zodanig zijn dat de middenstand volledig onstabiel zal zijn, d*w0z* dat er 8104829 — % -5- geen enkel gevaar bestaat dat het oscillerende element In deze stand kan stoppen, zelfs niet kortstondig·

Het andere gunstige effekt dat voortvloeit uit de opstelling volgens de uitvinding hangt niet samen met de breedte van het 5 meetgebied, maar met de nauwkeurigheid van de meting· Eet turbulente stromingspatroon geeft een rechthoekig snelheidsprofiel binnen de gehele stramingsdwarsdoorsnede* Eet is vaar dat het oppervlak van de rechthoek zal variëren als funk tie van de stromings-hoeveelheid, maar de vorm ervan zal in hoofdzaak constant worden 10 gehouden, hetgeen synoniem is met hoge meetnanwkeurigheido Be voornaamste reden hiervoor is gelegen in verminderde grenslagen·

Zn verband met de uiteenzetting van de redenen voor de toename van de werkzame krachten, zoals die door de uitvinding wordt bereikt, werd melding gemaakt van de aanwezigheid van een relatief 15 negatieve druk aan de ene kant van het middelste deel 8b van het oscillerende element en een positieve druk aan de andere kant·

Be lage waarden van de hoeveelheid stroming zou er een neiging bestaan dat dit drukverschil in evenwicht komt, als gevolg van stroming om de boven- en onderranden van het element· Eet is mogelijk 20 om een egalisatie van de druk te voorkomen door het element zo te ontwerpen dat de randen boven- en onderaan zich onmiddéEijk tegen de binnenwand van het lichaam 1 bevinden· In gevallen waarin verwacht moet worden dat het door de meter stromende medium vreemde deeltjes zal bevatten, bijvoorbeeld zandkorrels in water, kan de 25 aanwezigheid van smalle sleuven het gevaar met zich mee brengen dat die deeltjes daarin vastraken, waardoor storingen in de werking ontstaan of, in het ergste geval, het element geheel wordt geblokkeerd. Eet is daarom bij zulke toepassingen meer geschikt om aan het oscillerende element de in fig* 5 weergegeven vorm te geven· 30 Hen ziet dat boven en onder de lange zijden van het deel 8d flensachtige delen 8c en 8d zijn aangebracht, waardoor de genoemde om-stroming in de praktijk onmogelijk wordt·

In de in fig· 6 weergegeven uitvoering hebben de uitsteeksels 6 en 7 een afgerond profiel. Bovendien is het bovenstroom-33 se begrenzingsvlak van het oscillerende element convex· tenslotte heeft het deel 8b van het element als uiteinde een verbreding 8e, waardoor de positieve kracht op het element groter wordt·

Sen volgens de uitvinding werkende stromingsmeter kan in een ruim gebied worden gevarieerd wat betreft de vormgeving van de 8104829 1. ' * -6- details van de verschillende onderdelen,, Eet is van voordeel, maar geenszins noodzakelijk, dat het deel 8a van het oscillerende element in hoofdzaak dezelfde dikte heeft als de uitsteeksels 6 en 7o Ook worden dikwijls optimale werkomstandigheden verkregen wanneer het 5 laatstgenoemde deel van het element in zijn symmetrie stand in hoofdzaak in hetzelfde vlak ligt als de twee uitsteeksels» Omdat echter de algemene voorwaarde is dat het oscillerende element zich bevindt binnen het gebied waar de uitsteeksels een turbulente stroming doen ontstaan, realiseert men zich dat de osciUatie-as van het element 10 enigszins bovenstrooms of benedenstrooms van de uitsteeksels kan staan» Op overeenkomstige wijze behoeft ook de afmeting van het deel 8b in de richting van de stroming niet samen te vallen met die van het turbulente gebied maar kan hij korter of langer zijn·

De uitvindingsgedachte wordt toegepast zodra er, met behulp van uit-15 steeksels of gelijkwaardige middelen, een smoring wordt teweeg gebracht die een turbulente stromingszone doet ontstaan waarbinnen een oscillerend element is aangebracht, waarbij de totaal daarop werkzame kracht wordt gevormd door de gecombineerde werking van een positieve en een negatieve druk aan weerszijden van het element· 20 Een stromingsmeter volgens de uitvinding is van waarde overal waar een hoge meetnauwkeurigheid vereist wordt of een breed meetgebied, en in het bijzonder wanneer de ondergrens van dit gebied overeenkomt met lage waarden van het getal van Seynolds„

De stromingsmeting in de voedingsmiddelenindustrie kan nog worden 25 genoemd als een ander toepassingsgebied· Hier is een speciaal voordeel dat de eenvoudige vormgeving van de meter het gemakkelijk maakt om hem schoon te houden· -Conclusies- 8104829

Claims (1)

1. -7- n Stromingsmeter, omvattend een schoep- of klapachtig element (8), aangebracht in een doorgang voor een medium waarvan de stroming moet worden gemeten, en zo geplaatst dat het oscilleert om een as (9) loodrecht op de stromingsrichting van het medium, en middelen om de 5 oscillatiefrequeatie van het element om te zetten in informatie ontrent de grootte van de straling, met het kenmerk dat een stel . uitsteeksels (6,7) tegenover elkaar, en uitstekend vanaf de binnenwand van de doorgang aangebracht is zodat een plaatselijke smoring ontstaat van het effektieve stromingsoppervlak van de doorgang, zodat scheiding 10 plaats vindt en de stroming turbulent wordt over het gehele meetgebied van de meter, welk oscillerend element (8) een eerste gedeelte (8^ heeft dat zich bevindt of nabij een vlak evenwijdig aan de oscillatie-as (9) ervan en gaande door de uitsteeksels, en een tweede deel (8b) dat zich bevindt in een vlak door de oscillatie-as (9) en evenwijdig aan de richting van de hoofdstroming van het medium zodat, wanneer het element tussen zijn eindstanden oscilleert, in de twee armen van de stroming tussen het element en elk van de uitsteeksels (6,7), gelijktijdig richtingsveranderingen optreden in dezelfde richting zodat het tweede deel (8b)van het element onderworpen wordt aan krachtcomponenten die 20 dwars georiënteerd zijn ten opzichte van de richting van de hoofdstroming, waardoor de oscillerende bewegingen van het element worden versterkte 2« Stromingsmeter volgens conclusie 1,met het kenmerk dat het bovenstroomse zijvlak van elk van de uitsteeksels (6,7) 25 zich bevindt in een vlak in hoofdzaak haaks op de hoofdrichting van de stroming» 3« Stromingsmeter volgens conclusie 1 of 2, met het k e n m e r k dat het profiel van elk van de uitsteeksels (6,7) de vorm heeft van een meskant, waarvan het uiteinde dichtbij het boven-30 stroomse vlak ligt* 4» Stromingsmeter volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de uitsteeksels (6,7) en het eerste deel (8a) van het element in hoofdzaak dezelfde dikte hebben, gemeten in de stromingsrichting» 8104829 —