DE1034377B

DE1034377B - Mass flow meter

Info

Publication number: DE1034377B
Application number: DEG18623A
Authority: DE
Inventors: Philip Kendall Bodge
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1954-12-20
Filing date: 1955-12-19
Publication date: 1958-07-17

Description

Massenströmungsmesser Die Erfindung betrifft die Strömungsmessung von Flüssigkeiten und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und Geräte zur Messung der Strömung einer Flüssigkeit in Abhängfgkeit von der Masse derselben.Mass flow meter The invention relates to flow measurement of liquids and relates in particular to a method and apparatus for Measurement of the flow of a liquid as a function of its mass.

In manchen Fällen ist die Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit einer flüssigen Masse in Flüssigkeitsleitungen von wesentlich größerer Bedeutung als die Ermittlung des strömenden Volumens. So steht z. B. die Masse des Brennstoffes, der in einem Flugzeugmotor verwendet wird, in enger Beziehung zum Wärmeinhalt des Brennstoffes, zur erwarteten Flugdauer und zur Brennstoffbelastung des Flugzeuges, während die volumetrischen Daten für den betreffenden Brennstoff von verhältnismäßig geringerem Wert sind, weil das Brennstoffvolumen stark von der Temperatur abhängig ist. Auch in der chemischen Industrie ist die Masse einer Flüssigkeit, die zur Reaktion gebracht wird, gewöhnlich eine kritische Größe, und die Lieferanten der Flüssigkeit sowohl wie die Abnehmer sind gewöhnlich rnehr an dem Gewicht oder der Masse als an dem Volumen interessiert. Zu den Vorrichtungen, die bei der Messung einer strömenden Masse bisher benutzt wurden, gehören z. B. die bekannten Differenzdruckgeräte, die mit Venturirohren, Düsen, Pitotrohren und Mün,dunigsstücken zusammenarbeiten. Außerdem ist das Gewicht einer strömenden Flüssigkeit durch Geräte ermittelt worden, die der Flüssigkeit eine gleichförmige Winkellbeschleunigung der Bewegung erteilen und die entweder die zur Beschleunigung der Flüssigkeit auf diese Geschwindigkeit erforderliche Kraft oder das bei einer Verminderung der Winkelgeschwindigkeit auftretende Moment messen. Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungsmesser, die ebenfalls von dem Prinzip des Drehmomentes Gebrauch machen, wobei diese Vorrichtungen besonders vielseitig anwendbar, robust, zuverlässig und genau sind. In some cases it is the determination of the speed of movement a liquid mass in liquid lines is of much greater importance than the determination of the flowing volume. So stands z. B. the mass of the fuel, used in an aircraft engine, closely related to the heat content of the Fuel, the expected duration of the flight and the fuel load of the aircraft, while the volumetric data for the fuel in question is proportionate are lower, because the fuel volume depends heavily on the temperature is. In the chemical industry, too, the mass of a liquid is responsible for the reaction , usually a critical size, and the suppliers of the liquid as well as the recipients are usually more in weight or bulk than interested in the volume. Among the devices that are used when measuring a flowing Mass have been used so far include z. B. the known differential pressure devices that work together with venturi tubes, nozzles, pitot tubes and coin, dunigs pieces. aside from that the weight of a flowing liquid has been determined by devices that give the liquid a uniform angular acceleration of movement and which is either the one required to accelerate the liquid to that speed Force or the moment that occurs when the angular velocity is reduced measure up. The present invention relates to flow meters which are also of the Make use of the principle of torque, these devices being particularly versatile are applicable, robust, reliable and accurate.

Bei bekannten Strömungsmessern nach dem Drehmomentprinzip, die treibende und getriebene Turhinenelemente aufweisen, ist ein Motor konstanter Geschwindigkeit verwendet worden, der das Laufrad zum Antrieb der Flüssigkeit mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit antreibt, wobei die zu messende Flüssigkeit eine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit annimmt. Das Drehmoment der umlaufenden Flüssigkeit kann dann durch einen gehemmten Turbinenteil ermittelt werden, wobei die Winkelablenkungen der Turbine zur Massengeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit in Beziehung stehen. Wenn die Geschwindigkeit des Laufrades nicht mit großer Genauigkeit gleichförmig gehalten wird, dann stehen die Tu rbinenabweichungen nicht in richtiger Beziehung zur Massengeschwindigkeit, und die Messungen wer- den fehlerhaft. Es war daher dringend erwünscht, elektrische Kraftquellen zu benutzen, die eine genau geregelte Ausgangsfrequenz für die Erregung eines Synchronmotors konstanter Geschwindigkeit aufweisen, der als Antriebsmittel für das Laufrad zur Beschleunigung der Flüssigkeit dient. Es ist offenbar von Vorteil, ein so kompliziertes und teures Stromversorgungssystem mit geregelter Frequenz zu vermeiden, da derartige Einheiten, z. B. beim Einbau in Flugzeuge, durch ihr Gewicht und den Raumbedarf Schwierigkeiten bereiten. Durch die Erfindung lassen sich diese Schwierigkeiten beseitigen, wobei es bei der einen Ausführungsart unnötig ist, eine genaue Regelung der Stromversorgung vorzunehmen, während es nach einer anderen Ausführungsart möglich i 3t, eine elektrische Antriebsquelle überhaupt ganz fortzulassen. In known flow meters based on the torque principle, the driving and having driven turbine elements is a constant speed motor been used, the impeller to drive the liquid with uniform Drives angular velocity, the liquid to be measured being a uniform Angular velocity assumes. The torque of the circulating liquid can then be determined by a jammed turbine part, the angular deflections of the turbine are related to the mass velocity of the flowing liquid. When the speed of the impeller is not uniform with great accuracy is held, the turbine deviations are not correctly related to the mass velocity, and the measurements are the faulty. It was therefore urgent it is desirable to use electrical power sources that have a precisely controlled output frequency for the excitation of a synchronous motor of constant speed serves as a drive means for the impeller to accelerate the liquid. It is obviously an advantage to such a complicated and expensive power system to avoid with a regulated frequency, since such units, z. B. during installation in aircraft, due to their weight and the space required. By the invention can eliminate these difficulties, with the one Execution type is unnecessary to make a precise regulation of the power supply, while, according to another embodiment, it is possible to use an electric drive source to omit altogether.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Gerät zur Messung strömender Massen anzugeben, das keine Antriebsquellen konstanter Geschwindigkeit benötigt und welches durch die zu messenden Flüssigkeiten angetrieben wird. It is therefore an object of the invention to provide new and improved apparatus for the measurement of flowing masses indicate that no drive sources of constant speed required and which is driven by the liquids to be measured.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Massenströmung in einer Leitung oder Bahn dadurch gemessen, daß der ganzen zu messenden Flüssigkeit ein gleichförmiges Drehmoment erteilt wird, daß dann die Winkelgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten wird und daß danach eine Messung ausgeführt wird, welche auf das Drehmoment der Flüssigkeit anspricht, die die gleichförmige Winkelgeschwindigkeit der Bewegung aufweist. Bei einer Ausführungsform wird das gleichförmige Drehmoment der Flüssigkeit durch einen Elektromotor erteilt, der ein Laufrad über eine Hystereseantriebskupplung mit konstantem Drehmoment antreibt, wobei die konstante Winkelgeschwindigkeit der Bewegung dadurch erzielt wird, daß die Flüssigkeit eine Turbine durchsetzt, die einen Wirbelstrombremsmechanismus aufweist; die Messung des Drehmomentes wird mit Hilfe einer nachgiebig gehemmten Turbine durchgeführt, deren Winkelstellung proportional zur strömenden Masse abweicht. According to one embodiment of the invention, the mass flow measured in a line or path by taking all of the liquid to be measured a uniform torque is given that then the angular velocity of the Liquid is kept constant at a predetermined value and that thereafter a Measurement is performed which is responsive to the torque of the fluid that has the uniform angular velocity of motion. In one embodiment becomes the uniform Torque of the fluid by an electric motor granted to an impeller via a hysteresis drive clutch with constant torque drives, whereby the constant angular velocity of the movement is achieved thereby is that the liquid passes through a turbine that has an eddy current braking mechanism having; the measurement of the torque is inhibited with the help of a flexible Turbine carried out, the angular position of which deviates proportionally to the flowing mass.

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgedankens gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das in der Zeichnung dargestellt ist. Further features and advantages of the inventive concept emerge from the The following description of an embodiment shown in the drawing is.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Ausführungsform eines selbsttätig angetriebenen Massenströmungsmessers gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Ablenkung der Reaktionsturbine in Abhängigkeit der Massenströmungsgeschwindigkeit des Gerätes der Fig. 1; Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Winkelgeschwindigkeit der Umwandlungsturbine in Abhängigkeit von der Massenströmungsgeschwindigkeit für das Gerät der Fig. 1; Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des auf die Flüssigkeit durch die Antriebsturbine ausgeübten Drehmomentes in Abhängigkeit von der Massenströmungsgeschwindigkeit für das Gerät der Fig. 1; Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt einer Integrieranordnung für die Massenströmung, die von einem Strömungsmesser gemäß der Erfindung gemessen wird; Fig. 6 zeigt einen Teil einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei dem ein elelfrischer Motor zum Antrieb benutzt wird. Fig. 1 shows in a longitudinal section an embodiment of an automatic powered mass flow meter according to the invention; Figure 2 is a graphic Representation of the deflection of the reaction turbine as a function of the mass flow rate of the device of Fig. 1; Figure 3 is a graph of angular velocity of the conversion turbine as a function of the mass flow rate for the device of Fig. 1; Fig. 4 is a graph of the response to the liquid Torque exerted by the drive turbine as a function of the mass flow rate for the device of Fig. 1; Fig. 5 shows a longitudinal section of an integrating arrangement for the mass flow measured by a flow meter according to the invention will; 6 shows part of another embodiment of the subject matter of the invention, in which a fresh motor is used to drive.

Das Verfahren zur Ermittlung der Masse einer strömenden Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsleitung besteht darin, daß zuerst der ganzen Flüssigkeit ein gleichförmiges Moment in einer Richtung erteilt wird, die von der Strömungsrichtung abweicht; dann wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, welche das gleichförmige Moment hat, so geändert, daß eine gleichförmige Bewegungsgeschwindigkeit entsteht, die ebenfalls von der Strömungsrichtung abweicht; drittens wird diese gieichförmige Geschwindigkeit verzögert, und viertens wird eine Messung ausgeführt, die auf das von der Flüssigkeit bei der Verringerung der gleichförmìgen Geschwindigkeit eingebüßte Moment anspricht. Als gleichförmiges Moment und als gleichförmige B ewegungsgeschwindigkeit wird vorzugsweise ein Winkelmoment bzw. eine Winkelgeschwindigkeit benutzt. The process of determining the mass of a flowing liquid in a liquid line consists in that first of all the liquid one uniform moment is given in a direction different from the direction of flow deviates; then the velocity of the liquid which is the uniform Moment has changed so that a uniform speed of movement is created, which also deviates from the direction of flow; thirdly, this becomes uniform Speed is decelerated, and fourthly, a measurement is made based on the lost by the liquid in reducing the steady velocity Moment. As a uniform moment and as a uniform speed of movement an angular moment or an angular velocity is preferably used.

Ein Strömungsmesser zur Ausführung der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und enthält eine im allgemeinden zylindrische äußere Hülle 1 oder ein Ge häuae, das flüssigkeitsdicht ist und durch welches die zu messende Flüssigkeit von einer stromaufwärts ge legenen Eingangsöffnung 2 nach einer stromabwärts gelegenen Auslaßoffnung3 hin strömt. In dem Gehäuse 1 befinden sich eine stromaufwärts gelegene Antriebsturbine 4, eine Umwandlungsturbine 5, die gegenüber der Antriebsturbine4 strom abwärts liegt, und eine Reaktionsturbine 6, die gegenüber der Umwandlungsturbine 5 stromabwärts liegt. Diese Turbinen sind außen im wesentlichen zylindrisch geformt und hintereinander in einer Reihe angeordnet, so daß ihre Längsachsen mit der Längsachse des Gehliuses 1 zusammenfallen. Die Ümwandlungsturbine 5 und die Reaktionsturbine 6 passen genau innen in das Gehäuse 1 hinein, und beide haben eine Anzahl von im gleichen Abstand befindlichen, am Ende offenen Längsschlitzen, die durch Trennwände 7 un!d 8 voneinander getrennt sind; diese befinden sich in der Nähe des Turbinenumfanges in einem festen radialen Abstand von den Längsachsen. Die Antriebsturbine 4, die als Flüssigkeitsantrieb in einer weiter unten be schriebenen Weise dient, ist an der Peripherie mit schrägen Schlitzen versehen, die durch schraubenförmige oder schräge Trennwände 9 gebildet werden. A flow meter for practicing the invention is shown in FIG and includes a generally cylindrical outer shell 1 or a housing, which is liquid-tight and through which the liquid to be measured from a upstream ge placed inlet opening 2 after a downstream outlet opening 3 flows there. In the housing 1 there is an upstream drive turbine 4, a conversion turbine 5, which is opposite the drive turbine 4 downstream, and a reaction turbine 6 opposite to the conversion turbine 5 downstream lies. These turbines are essentially cylindrical on the outside and are one behind the other arranged in a row so that their longitudinal axes coincide with the longitudinal axis of the Gehlius 1 coincide. The Umwandlungsturbine 5 and the Reaction turbine 6 fit exactly inside the housing 1, and both have a number of equally spaced located longitudinal slots open at the end, which are separated from one another by partitions 7 and 8 are separated; these are located in the vicinity of the turbine circumference in a fixed radial distance from the longitudinal axes. The drive turbine 4, which acts as a liquid drive is used in a manner to be described below, is at the periphery with bevels Provided slots formed by helical or inclined partitions 9 will.

Ein stromlinienförmiger, stromaufwärts liegender Körper 10 enthält einen Träger 11 für das Lager der Turbine 4, die sich um ihre Längsachse dreht. Ein weiterer Lagerkörper 12 wird durch die Entkupplungsscheibe 13 gebildet, dile Flüssigkeitskanäle 14 aufweist. Der Lagerkörper 12 unterstützt auch die Umwandlungsturbine 5, die sich um die gleiche Achse dreht, und zwar zusammen mit einem Lager 15, das in einer zweiten, ähnlich ausgebildeten Entkopplungsscheibe 16 angeordnet ist. Die Reaktionsturbine 6 ist um die gleiche Achse drehbar in einem Lager 15 und in einem Lager 17 gelagert, wobei sich das letztere in einem strom abwärts befindlichen stromlinienförmigen Körper 18 befindet. Eine Feder 19 ist zwischen der Reaktionsturbine 6 und dem Gehäuse 1 eingeschaltet, um die Winkelbewegung der Turbine 6 in ihren Lagern zu begrenzen. Ein elektrischer Geberrotor 20 bewegt sich mit der Turbine 6 relativ zu seinem in der Stütze montierten Statorkern und zu der Spule 21, so daß elektrische Ausgangssignale an einer Leitung 22 entstehen, welche die Winkelbeziehung zwischen der Turbine 6 und dem Gehäuse 1 kennzeichnen. Das elektrische Fühlelement kann einen permanentmagnetisierten Rotor enthalten, der mit einer angezapften Mehrphasenstatorwicklung zusammenarbeitet, die in Toroidform auf einen ringförmigen gesättigten Kern gewickelt ist, wobei diese Einheit in an sich bekannter Weise nach dem Prinzip der zweiten Harmonischen arbeitet und mit einer ähnlichen, an einem fernen Ort angebrachten Einheit verbunden ist, die zur Wiedergabe dient. Es kann auch statt dessen irgendein anderer geeigneter Signalerzeuger verwendet werden, der ein Steuersignal erzeugt oder der als Sender einer Fernmeßeinrichtung dient; ein direkt anzeigendes Zeigerinstrument oder ein anderes Anzeigegerät kann ebenfalls mit der Turbine6 gekoppelt werden, wenn eine unmittelbare Anzeige erwünscht ist. A streamlined, upstream body 10 includes a support 11 for the bearing of the turbine 4, which rotates about its longitudinal axis. Another bearing body 12 is formed by the uncoupling disk 13, dile Has fluid channels 14. The bearing body 12 also supports the conversion turbine 5, which rotates around the same axis, together with a bearing 15, the is arranged in a second, similarly designed decoupling disk 16. the Reaction turbine 6 is rotatable about the same axis in a bearing 15 and in one Bearing 17, the latter being in a downstream streamlined Body 18 is located. A spring 19 is between the reaction turbine 6 and the housing 1 switched on in order to limit the angular movement of the turbine 6 in its bearings. An electric encoder rotor 20 moves with the turbine 6 relative to its inside the support-mounted stator core and to the coil 21 so that electrical output signals arise on a line 22, which the angular relationship between the turbine 6 and the housing 1. The electrical sensing element can be a permanently magnetized one Contains a rotor that works with a tapped polyphase stator winding, which is wound in a toroidal shape on an annular saturated core, this being Unit works in a manner known per se on the principle of the second harmonic and is connected to a similar unit located at a remote location, which is used for playback. Any other suitable one may be used instead Signal generator can be used, which generates a control signal or as a transmitter a telemetry device is used; a direct-reading pointer instrument or a another display device can also be coupled to the turbine6 if a immediate display is desired.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Reaktionsturbine 6 durch eine Feder gehemmt. Die Antriebsturbine 4 wird jedoch durch eine Vorrichtung mit konstantem Drehmoment gebremst, die einen Stator 23 mit Dauermagnet enthält, der gegenüber dem Gehäuse 1 auf der Entkopplungsscheibe 13 fest montiert ist, sowie einen Rotor 24 aus mit Hysterese behaftetem Material, der in der Nähe des Stators 23 mit der Antriebsturbine 4 fest verbunden ist, so daß die magnetischen Felder auieinander einwirken. Der Rotor 24 kann aus geblättertem Material, z. B. Chroinstahl, Cunico oder Alnico V, bestehen, das eine große Hysteresisschleife aufweist. Der Stator 23 und der mit Hysterese behaftete Rotor 24 entwickeln ein Drehmoment, das im wesentlichen gleichförmig und über einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich unabhängig von der relativen Winkelgeschwindigkeit ist. Der mit Hysterese behaftete Rotor 24 dreht sich mit der Antriebsturbine4 zusammen, wobei die Drehung der Antriebsturbine durch die Flüssigkeit verursacht wird, die auf die schrägen Randteile9 auftrifft. Die Umwandlungsturbine 5 wird ebenfalls in ihrer Winkelbewegung gebremst, und zwar durch eine Wirbelstromanordnung, die einen Stator 25 mit Permanentmagnet aufweist, der mit dem Gehäuse 1 über die Entkopplungsscheibe 16 fest verbunden ist, sowie eine innere leitende Fläche 26 der Turbine 5, die aus einem leitenden Material, z. B. Aluminium, hergestellt ist. In the embodiment according to FIG. 1, the reaction turbine 6 is through a spring inhibited. The drive turbine 4 is, however, by a device with braked constant torque, which includes a stator 23 with permanent magnet, the is fixedly mounted on the decoupling disk 13 with respect to the housing 1, as well as a rotor 24 made of material subject to hysteresis, which is located in the vicinity of the stator 23 is firmly connected to the drive turbine 4, so that the magnetic fields interact with one another. The rotor 24 may be made of peeled material, e.g. B. Chromium steel, Cunico or Alnico V, which has a large hysteresis loop. Of the The stator 23 and the hysteresis-affected rotor 24 develop a torque that substantially uniform and independent over a range of speeds on the relative angular velocity. The rotor 24 with hysteresis rotates together with the drive turbine4, whereby the rotation of the drive turbine caused by the liquid hitting the inclined edge parts9. The conversion turbine 5 is also in its angular movement braked, by means of an eddy current arrangement which has a stator 25 with a permanent magnet which is firmly connected to the housing 1 via the decoupling disk 16, and an inner conductive surface 26 of the turbine 5, which is made of a conductive material, z. B. aluminum is made.

Diese Verzögerungsvorrichtung dient dazu, die Winkelgeschwindigkeit der Umwandlungsturbine 5 in Ahhängigkeit von Flüssigkeitsströmungen über einen weiten Bereich konstant zu halten.This delay device is used to reduce the angular velocity the conversion turbine 5 as a function of liquid flows over a wide area Keep area constant.

Die Bahn des Flüssigkeitsstromes durch den Strömungsmesser der Fig. list durch Pfeile 27 angedeutet. The path of the liquid flow through the flow meter of Fig. list indicated by arrows 27.

Nach dem Eintritt der Flüssigkeit in das Gehäuse 1 durch die stromaufwärts liegende Öffnung 2 wird diese den schrägen Schlitzen am Rand der Antriebsturbine 4 durch den stromaufwärts liegenden Körper 10 zugeleitet. Beim Auftreffen auf die schraubenförmigen Wandungen 9 erteilt die Flüssigkeit der Antriebsturbine eine Drehung, und die Turbine setzt dieser Drehung ein Drehmoment entgegen, das für Flüssigkeitsströmungen oberhalb eines vorbestimmten Mindestwertes im wesentlichen gleichförmig ist.After the liquid has entered the housing 1 through the upstream lying opening 2, this becomes the inclined slots on the edge of the drive turbine 4 fed through the body 10 located upstream. When hitting the helical walls 9 give the liquid of the drive turbine a rotation, and the turbine opposes this rotation with a torque that is necessary for fluid flows is substantially uniform above a predetermined minimum value.

Dieses Drehmoment wird auf die Flüssigkeit, welche die Antriebsturbine durchsetzt, als rückwirkendes Drehmoment übertragen, so daß die gesamte die Turleine verlassende Flüssigkeit im wesentlichen ein vorbestimmtes Drehmoment aufweist, außer wenn die Flüssigkeitsströmung auf einen sehr kleinen Wert abnimmt. Wenn die Turbine 4 frei drehbar wäre, würde die austretende Flüssigkeit natürlich kein Drehmoment aufweisen, und wenn die Turbine eine feste Winkelstellung hätte, dann würde die austretende Flüssigkeit Drehmomente aufweisen, die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängen. Die Eigenschaft des mit Hysterese behafteten Stators und Rotors, ein konstantes Drehmoment zu liefern, bewirkt in einzigartiger Weise die Umwandlung der Strömung in eine solche Strömung, die ein gleichförmiges Drehmoment aufweist. Die ortsfeste Entkopplungsscheibe 13 stellt sicher, daß die Bewegungen der Turbinen 4 und 5 nicht durch viskose Kopplung aufeinander übertragen werden. Weil das Drehmoment der Flüssigkeit das Produkt des Trägheitsmomentes und der Winkelgeschwindigkeit ist, ist es klar, daß die Flüssigkeit, welche ein gleichförmiges Drehmoment beim Austritt aus der Antriebsturbine 4 hat, trotzdem eine veränderliche Winkelgeschwindigkeit und ein veränderliches Trägheitsmoment haben kann. Die Umwandlungsturbine 5, welche die Flüssigkeit von der Antriebsturbine 4 aufnimmt, gibt sie stromabwarts aus den Längsschlitzen am Rand mit einer gleichförmigen Winkelgeschwindigkeit ab, so daß die Flüssigkeit dann ein Drehmoment hat, welches sich mit der Massengeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung ändert. Die von der Feder gehemmte Reaktionsturbine 6 nimmt die Flüssigkeit mit diesem veränderlichen Drehmoment in ihre Längsschlitze auf, in denen die Winkelgeschwindigkeit auf Null abgebremst und das Drehmoment vollständig an die Turbine 6 abgegeben wird. Die Winkelablenkung der Reaktionsturbine 6 zeigt daher die Massengeschwindigkeit der Strömung an. Die ortsfeste Entkopplungsscheibe 16 verhindert, daß viskose Rückwirkungen die Abweichungen der Reaktionsturbine beeinträchtigen.This torque is applied to the fluid that drives the turbine interspersed, transmitted as retroactive torque, so that the entire the door rope leaving liquid has essentially a predetermined torque, except when the liquid flow decreases to a very small value. When the turbine 4 would be freely rotatable, the escaping liquid would of course not produce any torque have, and if the turbine had a fixed angular position, then the escaping liquid have torques that depend on the flow velocity depend. The property of the stator and rotor with hysteresis, a constant one Delivering torque uniquely transforms the flow in such a flow that has a uniform torque. The fixed one Decoupling disk 13 ensures that the movements of the turbines 4 and 5 do not are transferred to one another by viscous coupling. Because the torque of the fluid is the product of the moment of inertia and the angular velocity, it is clear that the liquid, which has a uniform torque when exiting the Drive turbine 4 has, nevertheless, a variable angular velocity and a can have variable moment of inertia. The conversion turbine 5, which the Receives liquid from the drive turbine 4, releases it downstream from the longitudinal slots at the edge with a uniform angular velocity, so that the liquid then has a torque which is related to the mass velocity of the liquid flow changes. The reaction turbine 6, which is inhibited by the spring, takes the liquid with it this variable torque in their longitudinal slots, in which the angular velocity braked to zero and the torque is completely delivered to the turbine 6. The angular deflection of the reaction turbine 6 therefore shows the mass velocity the current. The stationary decoupling disk 16 prevents viscous reactions affect the deviations of the reaction turbine.

Die Antriebsturbine 4 kann durch eine getrennte, mit schrägen Flächen oder mit Schaufeln versehene Turbine ersetzt werden, die von der Flüssigkeit gedreht wird und über eine mit Hysterese behaftete oder eine andere Kupplung, die ein konstantes Drehmoment überträgt, ein Laufrad antreibt, das am Rand Längsschlitze aufweist. Die Antriebsturbine kann auch aus einem Bauteil bestehen, der stromaufwärts mit Schaufeln oder schrägen Schlitzen in einem Teil desselben versehen ist und der in Längsrichtung verlaufende Antriebs schlitze in dem strom abwärts liegenden Teil aufweist. Wie weiter unten ausgeführt wird, kann das Laufrad getrennt durch einen Motor mit konstantem Drehmoment über eine Kupplung angetrieben werden, die ein konstantes Drehmoment überträgt. In ähnlicher Weise kann die Umwandlungsturbine 5 dazu dienen, eine im wesentlichen konstante Winkelgeschwindigkeit durch Anordnungen aufrechtzuerhalten, die von der Wirbelstromanordnung abweichen, wie z. B. die üblichen Kugel- oder mit federnder Masse arbeitenden Geschwindigkeitsregler. Die Ävirhelstrombremsung kann auch dadurch bewirkt werden, daß ein leitender Teil verwendet wird, der vom Material der Turbine 5 getrennt ist. The drive turbine 4 can be separated by a separate, sloping surface or replaced with bladed turbine that rotated by the liquid is and via a clutch with hysteresis or another clutch that has a constant Transmits torque, drives an impeller that is at the edge Has longitudinal slots. the The drive turbine can also consist of one component, the upstream with blades or inclined slits is provided in a part thereof and that in the longitudinal direction extending drive slots in the downstream part. As As detailed below, the impeller can be separated by a motor with constant Torque are driven via a clutch that provides a constant torque transmits. In a similar way, the conversion turbine 5 can serve to produce an im maintain substantial constant angular velocity through arrangements that differ from the eddy current arrangement, such as B. the usual ball or with resilient mass working speed controller. The Ävirhelstrombremsung can also be effected in that a conductive part is used which is made of the material the turbine 5 is separated.

Die Ausführungsform der Fig. 1 ist bezüglich der Einflüsse der Temperaturänderungen dadurch teilweise selbst kompensierend, daß die Felder der Statoren 23 und 25 mit den Permanentmagneten sich in der gleichen Weise mit der Temperatur ändern. Wenn das Feld des Stators 23 verringert wird, wodurch das Drehmoment der Turbine 4 abnimmt, wird auch das Feld des Stators 25 vermindert, so daß sich die Turbine 5 schneller dreht, wodurch sich die beiden Wirkungen ausgleichen. Eine weitere Temperaturkompensation kann in erster Linie für Widerstandsänderungen des Wirbelstrommaterials durch Verwendung magnetischer Nebenschlüsse, bimetallischer Abstandsstücke oder anderer bekannter Mittel bewirkt werden. The embodiment of Fig. 1 is with respect to the influences of temperature changes thereby partially self-compensating that the fields of the stators 23 and 25 with the permanent magnets change with temperature in the same way. if the field of the stator 23 is reduced, whereby the torque of the turbine 4 decreases, the field of the stator 25 is also reduced, so that the turbine 5 is faster rotates, which balances the two effects. Another temperature compensation can be primarily used for resistance changes of the eddy current material magnetic shunts, bimetallic spacers, or other known ones Means are effected.

Das Diagramm der Fig. 2 zeigt die Änderungen des Drehmomentes, welches durch die die Reaktionsturbine hemmende Feder 19 ausgeübt wird, bei Änderung der Massenströmungsgeschwindigkeit. Der Punkt 28 stellt den Zustand dar, bei dem die Antriebsturbine 4 anfängt, ein im wesentlichen konstantes Drehmoment auszuüben; von diesem Punkt bis zum Punkt 29 auf der Kurve dreht sich die Umwandlungsturbine 5 mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit. Das Drehmoment, welches durch die gehemmte Reaktionsturbine 6 ausgeübt wird, ändert sich daher linear mit der Massenänderung der Flüssigkeitsströmung zwischen diesen Punkten. Jenseits des Punktes 29 wird die Massengeschwindigkeit der Strömung weiter durch das auf die Feder 19 ausgeübte Drehmoment gemessen, jedoch ist die Funktion dann nicht mehr linear. Da die Nichtlinearität eine abweichende Skaleneinteilung bei hohen Massenströmungsgeschwindigkeiten bedingt, kann dies für verschiedene Anwendungszwecke nützlich sein. The diagram of Fig. 2 shows the changes in torque, which is exerted by the reaction turbine inhibiting spring 19 when changing the Mass flow rate. The point 28 represents the state in which the Drive turbine 4 begins to exert a substantially constant torque; from this point to point 29 on the curve the conversion turbine rotates 5 with a substantially constant angular velocity. The torque which is exercised by the inhibited reaction turbine 6, therefore changes linearly with it the change in mass of the liquid flow between these points. Beyond the Point 29 is the mass velocity of the flow further through the on the Spring 19 exerted torque measured, but the function is then no longer linear. Because the non-linearity has a different scale division at high mass flow velocities conditionally, this can be useful for various purposes.

In Fig. 3 ist die Winkelgeschwindigkeit der Umwandlungstuchine 5 über der Massenströmungsgeschwindigkeit aufgetragen; es ist ersichtlich, daß diese Geschwindigkeit über einen zwischen den Punkten 30 und 31 liegenden Bereich im wesentlichen gleichförmig ist, der dem Bereich zwischen den Punkten 28 und 29 in Fig. 2 entspricht. Das auf den Flüssigkeitsstrom durch die Antriebsturbine4 ausge übte Drehmoment ist in Fig. 4 über der Massenströmungsgeschwindigkeit aufgetragen. Aus dieser Kurve geht hervor, daß das Drehmoment für Strömungsgeschwindigkeiten zwischen den Punkten 32 und 33 im wesentlichen das gleiche ist, wobei diese Punkte dem gleichen Geschwindigkeitsbereich entsprechen wie in den anderen Kurven. In Fig. 3, the angular velocity of the converting cloth is 5 plotted against the mass flow rate; it can be seen that this Speed over a range between points 30 and 31 substantially is uniform, which corresponds to the area between points 28 and 29 in FIG. The torque exerted on the flow of liquid through the drive turbine 4 is plotted in Fig. 4 over the mass flow rate. From this curve it can be seen that the torque for flow velocities between the points 32 and 33 are essentially the same, these points being the same speed range as in the other curves.

Für die Messung des gesamten oder integrierten Massenflusses durch einen Strömungsmesser kann eine Anordnung verwendet werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser Figur ist nur das stromabwärts liegende Ende eines Strömungsmessers dargestelft, wobei die Teile, die mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen, in der gleichen Weise, jedoch mit einem- Indexstrich bezeichnet sind. Stromaufwärts von der Reaktionsturbine 6' können dieselben Teile wie in Fig. 1 angeordnet sein oder wie sie in der weiter unten beschriebenen Fig. 6 dargestellt sind. Die Turbine 6' wird durch eine Wirbelstromdämpfungsanordnung mit einem Permanentmagnet 34 als Stator gebremst, der gegenüber dem Gehäuse 1' mittels einer Scheibe 35 starr befestigt ist und in magnetischer Einwirkung mit der inneren leitenden Oberfläche 36 der Turbine 6' steht, die aus einem leitenden Material, z. B. Aluminium, bestehen kann. Die Meß- oder Reaktionsturbine 6' wird durch diese Wirbelstromanordnung-stark gedämpft, so daß ihre Winkelgeschwindigkeit klein ist im Vergleich mit der Winkelgeschwindigkeit der stromaufwärts liegenden Umwandlungsturbine. For measuring the total or integrated mass flow through For a flow meter, an arrangement such as that shown in FIG. 5 can be used shown is. In this figure there is only the downstream end of a flow meter illustrated, the parts that correspond to those of FIG. 1 in the in the same way, but with an index line. Upstream from the reaction turbine 6 'can be arranged or the same parts as in Fig. 1 as shown in FIG. 6 described below. The turbine 6 ' is by an eddy current damping arrangement with a permanent magnet 34 as a stator braked, which is rigidly attached to the housing 1 'by means of a disk 35 and in magnetic engagement with the inner conductive surface 36 of the turbine 6 'is made of a conductive material, e.g. B. aluminum, may exist. the Measuring or reaction turbine 6 'is strongly damped by this eddy current arrangement, so that its angular velocity is small compared with the angular velocity the upstream conversion turbine.

Ein im wesentlichen festliegender Prozentsatz des Drehmomentes wird durch dieTurbine6' dem Flüssigkeitsstrom entnommen, so daß ihre Gesamtdrehzahl direkt proportional der gesamten Massenströmung ist.A substantially fixed percentage of the torque becomes taken from the liquid flow by the turbine 6 ', so that its total speed is directly is proportional to the total mass flow.

Diese Umdrehungen werden durch ein übliches Zählwerk 37 summiert, das von der Welle 38 der Reaktionsturbine über eine magnetische Kupplung mit Kuppiungsteilen 39 und 40 angetrieben wird, welche durch eine dünne unmagnetische Wandung 41 aufeinander einwirken, die mit dem äußeren Gehäuse flüssig keitsdicht verbunden ist.These revolutions are summed up by a conventional counter 37, that of the shaft 38 of the reaction turbine via a magnetic coupling with coupling parts 39 and 40 is driven, which by a thin non-magnetic wall 41 on each other act, which is liquid-tightly connected to the outer housing.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in dem Längsschnitt des stromaufwärts liegenden Teiles eines Strömung messers der Fig. 6 dargestellt. Dieses Gerät unterscheidet sich in der konstruktiven Ausführung von der Ausführung der Fig. 1 in erster Linie in bezug auf die Elemente mit konstantem Drehmoment. Im Interesse einer vereinfachten Beschreibung sind diejenigen Teile, die dem Strömungsmesser der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit doppeltem Index bezeichnet. Die Einrichtung, die der Flüssigkeitsströmung ein gleichförmiges Drehmoment erteilt, enthält das in Längsrichtung am Umfang mit Schaufeln ausgerüstete Laufrad 48, das auf einer Entkupplungsscheibe 13" drehbar um die Längsachse des Gehäuses 1" gelagert ist. Hysteresebleche49 sind auf dem Laufrad 48 angeordnet und liegen in der Nähe des Rotors 50 mit Permanentmagnet, so daß die Teile 49 und 50 eine Kupplung mit konstantem Drehmoment bilden. Eine dünne Abdichtung 51 ist zwischen den Lamellen 49 und dem Rotor 50 angeordnet, so daß die zu messende Flüssigkeit nicht in den stromaufwärts liegenden Körper 52 eingelassen wird, mit dem der Teil 51 flüssigkeitsdicht verbunden ist und in dem der Rotor 50 umläuft. Another preferred embodiment of the subject matter of the invention is in the longitudinal section of the upstream part of a flow meter 6 shown. This device differs in the design of the embodiment of Fig. 1 primarily with respect to the elements with constant Torque. In the interests of a simplified description, those parts are which correspond to the flow meter of Fig. 1, with the same reference numerals, but labeled with a double index. The facility that governs the flow of liquid given a uniform torque, this includes in the longitudinal direction on the circumference Blade equipped impeller 48, which rotates on a decoupling disc 13 " is mounted around the longitudinal axis of the housing 1 ". Hysteresis plates49 are on the impeller 48 arranged and are located in the vicinity of the rotor 50 with permanent magnet, so that the Parts 49 and 50 form a constant torque clutch. A thin seal 51 is arranged between the lamellae 49 and the rotor 50, so that the to be measured Liquid is not admitted into the upstream body 52 with to which the part 51 is connected in a liquid-tight manner and in which the rotor 50 rotates.

Die Antriebskraft zur Drehung des Permanentmagnets des Rotors 50 wird von einem elektrischen Motor abgeleitet, der einen Rotor 53 und einen Statorkern mit einer Wicklung 54 trägt, die in dem Lagerkörper 52 angeordnet sind. Die Antriebskraft vom Rotor 53 wird von dem Rotorzahnrad55 auf Zwischenräder56 übertragen und von da auf ein Zahnrad 57, welches mit dem Permanentmagnet des Rotors 50 fest verbunden ist, so daß hierdurch die gewünschte Reduktion der Geschwindigkeit erreicht wird. Die elektrische Erregung, die über die Leitung 58 dem Stator 54 des Motors zugeführt wird, braucht nicht genau geregeIt zu werden, um eine kritische synchrone Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, da der Flüssigkeit durch das Laufrad 48 dauernd ein gleichförmiges Drehmoment erteilt wird und da normalerweise auftretende Geschwindigkeitsänderungen des Rotors 55 die Charakteristik der Hysteresekupplung bezüglich des konstanten Drehmomentes nicht ändern. Die Flüssigkeit, welche das Laufrad 48 mit einem gleichförmigen Drehmoment verläßt, nimmt durch die Umwandlungsturbine 5" eine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit an, und dile Reaktionsturbine 6" kann entweder eine Ablenkung gegenüber einer hemmenden Feder nach Art der Turbine6 der Fig. 1 bewirken oder eine Drehung gegenüber einem Dämpfungsmoment nach Art der Turbine 6' in Fig. 5. The driving force to rotate the permanent magnet of the rotor 50 is derived from an electric motor comprising a rotor 53 and a stator core with a winding 54 which are arranged in the bearing body 52. The driving force from the rotor 53 is transmitted from the rotor gear 55 to intermediate gears 56 and from there on a gear 57, which is firmly connected to the permanent magnet of the rotor 50 so that the desired reduction in speed is achieved in this way. The electrical excitation supplied via line 58 to the stator 54 of the motor does not need to be precisely controlled in order to achieve a critical synchronous motor speed to maintain, since the liquid through the impeller 48 is continuously a uniform Torque is issued and since normally occurring speed changes of the rotor 55 the characteristic of the hysteresis clutch with regard to the constant torque do not change. The fluid flowing through the impeller 48 with a uniform torque leaves, takes a uniform angular velocity through the conversion turbine 5 " on, and dile reaction turbine 6 ″ can either be a distraction versus an inhibiting one Cause spring in the manner of the turbine6 of FIG. 1 or a rotation with respect to a Damping moment of the type of turbine 6 'in FIG. 5.

Die Anordnungen können in der Weise abgeändert werden, daß die Flüssigkeitsströmung radial durch das Gehäuse des Strömungsmessers und nicht axial erfolgt. Die Antriebsturbine oder das Laufrad können z. B. die Form eines mit radialen Schaufeln versehenen Teiles annehmen. durch den die zu messende Flüssigkeit radial nach außen strömt, wobei die Teile entweder durch die gekrümmten Schaufeln von der Flüssigkeit angetrieben oder unabhängig von einem Motor getrieben werden. In jedem Fall wird natürlich die Kupplung mit konstantem Drehmoment verwendet. The arrangements can be modified in such a way that the liquid flow takes place radially through the flow meter housing and not axially. The drive turbine or the impeller can e.g. B. the shape of a part provided with radial blades accept. through which the liquid to be measured flows radially outward, wherein the parts are either driven by the liquid through the curved blades or be driven independently of a motor. In any case, of course, the Constant torque clutch used.

Die Umwandlungsturbine hat dann eine ringförmige Gestalt mit radialen Schaufeln und liegt konzentrisch zu der Turbine mit konstantem Drehmoment oder dem Laufrad. Eine Reaktions- oder Meßturbine ist ebenfalls ringförmig mit radialen Schaufeln ausgebildet und liegt konzentrisch sowohl zu der Turbine oder dem Laufrad mit konstantem Drehmoment und der Umwandlungsturbine.The conversion turbine then has an annular shape with radial Blades and is concentric with the constant torque turbine or the Wheel. A reaction or measuring turbine is also annular with radial blades formed and is concentric to both the turbine or the impeller with constant Torque and the conversion turbine.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Method for determining the mass of a flowing Liquid in a liquid line, characterized in that only the whole Liquid given a substantially uniform moment. that then the speed of the liquid is converted to a substantially uniform velocity of movement and the speed of the liquid is reduced and that the moment is then measured which is released by the liquid when the speed is reduced will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the uniform Moment is given to the whole liquid in one direction. that of the direction of flow derselhen deviates.

3. The method according to claim 2, characterized in that the uniform Velocity is changed in the direction that differs from the direction of the flow velocity deviates.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the uniform torque of the whole liquid is perpendicular to the direction the flow rate of the liquid is given.

5. Mass flow meter for performing the method according to the claims 1 to 4, characterized in that devices (4, 48) are provided which give a substantially uniform moment to the whole of the liquid, that of the direction of the liquid velocity deviates, and so does the velocity of the liquid changed with the uniform moment by a device (5) is used to maintain a uniform speed of movement of the liquid in the to bring about a direction deviating from the flow velocity that further Means (16, 19) for uniform Decrease in speed are provided as well as measuring devices (6, 19 to 21, 37 to 41), which on the through address the reduction in the speed of the moment given by the liquid.

6. Flow meter according to claim 5, characterized in that the the first device (4, 48) transmits a constant torque and the second device (5) counteracts the flow of the liquid with a force that is proportional the speed of the liquid.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that that the first device includes a rotatable part (4, 48) that the entire Liquid given an angular acceleration, and that a second rotatable part (5) cooperates with the uniform torque fluid and that means (25, 26) are provided which the circulation of the second part inhibit with a force proportional to the angular velocity of the second part is.

8. Flow meter according to claims 5 to 7, characterized in that that a liquid-tight housing (1) with connecting means for installing the housing is provided in a liquid line and a first rotatable part (4, 48) contains, which is mounted in the housing and passage openings (9) for the liquid on- points, so that a rotation of this part of the whole flowing through the housing Liquid gives an angular acceleration that further devices (23, 24, 49, 50) are provided, which allow the rotation of the first part with respect to the housing inhibit with a substantially uniform torque that further a second rotatable part arranged in the housing downstream opposite the first part and has through openings (7) for the liquid of such a type that the second part interacts with the entire liquid flowing through the housing, that further means (25, 26) are provided, the rotation of the second part inhibit against the housing with a force proportional to the angular velocity of the second part is that further a third rotatable part in the housing downstream opposite the second part (6) is provided and through openings (8) for the Has liquid of such a nature that the third part covers the whole of it the housing flowing liquid acts, and that means (19, 35, 36) are provided are that inhibit the angular movement of the third part relative to the housing, wherein the third part reduces the uniform angular velocity of the liquid, and that the measuring device (20, 21, 37 to 41) the angular movements of the third Measures part against the housing.