DE1473019B2

DE1473019B2 - Volumetnscher Durchflußmesser ohne bewegliche Teile

Info

Publication number: DE1473019B2
Application number: DE19641473019
Authority: DE
Inventors: NJ Chanaud Robert C North Branch Station (V St A )
Original assignee: American Radiator & Standard Sani tary Corp , New York, NY (V St A )
Priority date: 1963-10-16
Filing date: 1964-10-15
Publication date: 1971-01-07
Also published as: NL6412062A; US3279251A; GB1022299A; NL148703B; DE1473019A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen volumetrischen Durch- für Wasser und Luft das gleiche ist. Bei Benutzung

flußmesser ohne bewegliche Teile mit wenigstens eines Tangentialeinlasses ändert sich demgegenüber

zwei Leitungen verschiedenen Durchmessers, einer die Strouhalzahl bei verschiedener Reynoldszahl.

am Eingang angeordneten Vorrichtung, die das Während bei Verwendung eines Tangentialein-

durch eine Leitung mit kleinerem Durchmesser hin- 5 lasses der Strömungswinkel des Mediums sich mit

durchströmende Medium in einen wirbelnden Zu- unterschiedlichen Geschwindigkeiten und für Wasser

stand versetzt, und mit einem Meßfühler, der so weit und Luft ändert, bleibt der Strömungswinkel bei

stromabwärts von der Verwirbelungsvorrichtung an- Verwendung von festangebrachten Leitflächen für

geordnet ist, daß er die Frequenz der Präzession des alle Geschwindigkeiten und auch für Wasser und

Niederdruckzentrums des Wirbels des in die erwei- io Luft der gleiche,

terte Leitung übetretenden Mediums anzeigt. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil-

Diese bekannte Gattung von volumetrischen Durch- düngen ergeben sich aus den beigefügten Unterflußmessern vermeidet die Nachteile der bekannten ansprächen.

volumetrischen Durchflußmesser, die mit bewegten Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen

Teilen wie Turbinenläufern, Flügelrädern od. dgl. 15 erläutert. Es zeigt

arbeiten. Fig. 1 eine schematische Ansicht des volumetri-

Ein bisher bekanntgewordenes Ausführungsbei- sehen Durchflußmessers nach der vorliegenden Erspiel solcher volumetrischer Durchflußmesser ohne findung,

bewegliche Teile benutzt nun als Verwirbelungsvor- F i g. 2 eine schematische Ansicht des das Medium

richtung eine in die erste Leitung von kleinerem 20 leitenden Rohres mit daran angesetzter Rohrerwei-

Durchmesser eingeschaltete Spiralkammer. Dieser terung,

Spiralkammer wird das zu messende Medium durch Fig· 3 und 4 weitere Ausführungsformen des

einen tangential eintretenden Leitungsabschnitt zu- Rohraufbauesund

geführt und tritt dann an zentraler Stelle axial aus, F i g. 5, 6, 7 und 8 Meßfühler zur Verwendung bevor es in die größeren Durchmesser aufweisende 25 beim volumetrischen Durchflußmesser nach der vorLeitung übertritt. Die bei diesem bekannten Durch- liegenden Erfindung.

flußmesser erforderliche Spiralkammer hat einen In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau des volu-

Durchmesser, der die Durchmesser beider Leitungen metrischen Durchflußmessers nach der vorliegenden

erheblich überschreitet, und überdies tritt auch eine Erfindung dargestellt. Eine ein Medium enthaltende

Umlenkung des zu messenden Stromes ein. 30 Leitung 20 und eine weitere Leitung 22 sind durch

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe eine Erweiterung 24 miteinander verbunden, die aus gestellt, die Verwirbelungsvorrichtung zu verein- einem rechtwinklig zur Leitung 20 angesetzten Rohrfachen, Durchmessererhöhungen und Umlenkungen teil bestehen kann. Die Erweiterung 24 kann jedoch zu vermeiden und gleichzeitig die Meßeigenschaften auch konisch an die Leitung 20 angesetzt sein zu verbessern. 35 (F i g. 2).

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß Innerhalb der ersten Leitung 20 sind aus Schau-

die Anordnung so getroffen, daß die stromaufwärts fei- oder Flügelkörpern bestehende Leitflächen 26

von dem Meßfühler angeordnete Verwirbelungsvor- angeordnet, um das durch die Leitung 20 strömende

richtung aus im Leitungsinneren fest angebrachten Medium in eine wirbelnde Bewegung zu versetzen.

Leitflächen besteht. ⁴° Die zur Verwirbelung dienenden Leitflächen können,

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der wie bereits ausgeführt wurde, aus festen Schaufeln

Erfindung wird vorgesehen, daß der stromaufwärts bestehen, die innerhalb der^: Leitung 20 angebracht

von der Durchmessererweiterung liegenden engeren sind; es kann sich auch um Leitungswindungen han-

Leitung stromaufwärts eine die Verwirbelungsvor- dein oder um Flügel, die an der Innenfläche der

richtung aufnehmende, erweiterte Leitung vorgeschal- 45 Leitung 20 fixiert sind. Beim Betrieb des volumetri-

tet ist, die den gleichen Durchmesser hat, wie die sehen Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfin-

stromabwärtige, erweiterte Leitung zum Auslassen dung hat sich herausgestellt, daß die Linearität de?

des Mediums. Gerätes, d. h. also die lineare Beziehung zwischen

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil- Geschwindigkeit und Frequenz, von der Bauweise

düngen ergeben sich aus den beigefügten Unter- 5° der Leitflächen abhängt. Ein linear arbeitendes Gerät

ansprächen. erhält man dann, wenn feste Schaufeln mit einem

Die erfindungsgemäße: Ausgestaltung hat gegen- gegebenen Austrittswinkel bezüglich der Leitungsüber einer tangential angeströmten - Spiralkammer achse verwendet werden. Meßfühler 28 sind bezügden Vorteil, daß der Durchflußmesser in jede nor- lieh der Leitflächen 26 so angebracht, daß sie die male, durchgehende Leitung mit im weiten Bereich 55 Drehung oder Frequenz der fortschreitenden Wirbelbeliebigem Durchmesser einfach eingebaut werden bewegung des Mediums abfühlen bzw. feststellen kann. Ein wichtiger Vorteil liegt auch darin, daß die können. _;

fest im Leitungsinneren angebrachten Leitflächen zu Durch die aus Leitflächen bestehende Verwirbe-

einer linearen Beziehung zwischen der Frequenz der lungsvorrichtung wird dem Medium eine Verwirbe-

Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels und 60 lungskomponente erteilt, indem Druckenergie in kine-

der Geschwindigkeit des Durchflußmediums führen. tische Energie umgeführt wird; das auf diese Weise

Bei Verwendung eines tangentialen Einlasses ist eine verwirbelte Medium wird daraufhin, wie sich ins-

solche lineare Beziehung nicht in ausreichendem besondere aus F i g. 1 und 2 ergibt, einer Leitung mit

Maß verwirklicht. Ein weiterer Vorteil der erfin- sich veränderndem Querschnitt zugeführt. Das auf

dungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß die 65 diese Weise verwirbelte und innerhalb der Leitung

festen Leitflächen auch zu einem im wesentlichen geführte Medium nimmt einen Zustand hydrodyna-

konstanten Verhältnis zwischen der Strouhalzahl und mischer Instabilität ein, wobei das Niederdruckzen-

der Reynoldszahl führen, wobei dieses Verhältnis trum des verwirbelten Mediums mit bestimmter Fre-

Claims

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quenz um die Mittelachse der Leitung präzessiert. körper, also allgemein Leitflächen innerhalb der Lei-

Diese Präzession kann als Verwirbelungspräzession tung 22 angebracht werden.

bezeichnet werden. Untersuchungen haben ergeben, daß eine Erweite-

Auf Grund der genannten Präzessionsbewegung rung des Querschnitts zwischen der ersten Leitung

bestehen Geschwindigkeits-, Druck- und Tempera- 5 20 und der zweiten Leitung 22 von der Größe 2:3

iurschwankungen im Medium, da z. B. der Druck im gute Meßergebnisse zeitigt; darüber hinaus hat sich

Zentrum des verwirbelten Mediums geringer ist als herausgestellt, daß eine Verwirbelung ohne Störung

an anderer, beliebiger Stelle des Mediums. Bei einer oder Beeinträchtigung der Präzessionsbewegung er-

bestimmten Winkellage zur Leitung ändert sich in- zielt werden kann, wenn die Leitflächen 26 innerhalb

folgedessen der Druck zwischen Maximal- und Mini- io der Leitung an einem Punkt angebracht werden, wel-

malwerten. Druckempfindliche Meßfühler 28 sind eher zwei Durchmesser stromaufwärts des Erweite-

geeignet, die Frequenz der Verwirbelungspräzession rungsbereichs der Leitung liegt.
anzuzeigen. Der Meßfühler wird vorteilhafterweise In F i g. 2 ist ein volumetrischer Durchflußmesser

in Berührung mit dem in der Leitung befindlichen dargestellt, bei welchem die Erweiterung 24 in koni-

Medium gebracht, wobei piezoelektrische Kristalle, 15 scher Form an die Leitung 20 angesetzt ist und in die

mit Membrankörpern arbeitende Druckwandler Leitung 22 übergeht. Auf diese Weise erzielt man

u.dgl. eingesetzt werden können, um die Druck- eine allmähliche Erweiterung des Querschnitts und

; Schwankungen aufzuzeigen. Es sind auch geschwin- damit eine Verringerung des Druckabfalls, welchem

digkeitsempfindliche Geräte, wie Anemometer ver- das Medium ausgesetzt ist, wenn es von einer Lei-

wendbar, um die Geschwindigkeitsschwankungen des 20 tung mit kleinerem Querschnitt abrupt in eine Lei-

; ' Mediums zu messen. In gleicher Weise können tem- tung größeren Querschnitts geführt wird.
pl peraturempfmdliche Geräte, wie Thermoelemente In Fig. 3 ist ein volumetrischer Durchflußmesser

!* ' u. dgl. eingesetzt werden, um die Temperaturschwan- dargestellt, bei dem die das Medium zum erfindungs-

kungen des in einer Präzessionsbewegung geführten gemäßen Gerät führende Leitung den gleichen

j Mediums anzuzeigen. Die druck- (Fig. 5), geschwin- 25 Durchmesser hat wie die Leitung, welche das Medium

digkeits- (F i g. 6 und 7) und . temperaturempfind- vom erfindungsgemäßen Durchflußmesser ableitet,

liehen Meßfühler (Fig. 8) sind in der Zeichnung Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfin-

dargestellt. dung ist die zweite Leitung 22 mit der als Auslaß

Bei Inbetriebnahme des volumetrischen Durch- dienenden Leitung 34 über einen Verbindungsteil 36

flußmessers nach der vorliegenden Erfindung wird 30 verbunden; der Verbindungsteil 36 kann rechtwinklig

das Medium der ersten Leitung 20 zugeführt; die angeordnet sein oder konisch verlaufen, wie in

Leitflächen26 versetzen das Medium, welches Gas Fig. 3 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform

! oder Flüssigkeit sein kann, in einen wirbelnden der Erfindung kann die Entwirbelungsvorrichtung 32

Zustand. Durch die in Fig. 1 bei 30 dargestellte innerhalb der zweiten Leitung 22 vorgesehen sein, so

Erweiterung der Leitung 20 wird der Strömung des 35 wie es in F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Die genannte

Mediums eine hydrodynamische Instabilität erteilt, Entwirbelungsvorrichtung kann jedoch auch inner-

was bedeutet, daß die Mittellinie der verwirbelten halb der als Auslaß dienenden Leitung 34 befestigt

j Strömung eine konische Form innerhalb der Leitung werden, wie durch Bezugsnummer 38 in F i g. 3 dar-

! einnimmt, und zwar derart, daß sich die Drehachse gestellt ist. Untersuchungen haben ergeben, daß bei

' des verwirbelten Mediums um die Leitungsachse 40 der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der

! dreht. Je größer die Geschwindigkeit des Mediums Erfindung eine Länge der Leitung 22 von etwa zwei

j ist, desto schneller präzessiert die Achse des verwir- Durchmessern ausreicht, um zufriedenstellende Meß-

k belten Mediums. Da die Präzession eine Winkel- ergebnisse zu erzielen.

'f geschwindigkeit ist, kann sie als Umdrehungen pro In Fig. 4 ist ein Aufbau des volumetrischen ! Zeiteinheit oder als Drehfrequenz bezeichnet werden. 45 Durchflußmessers dargestellt, bei welchem die Lei-Da der Meßfühler in bestimmter Winkellage zur Lei- tung 20 einen kleineren Querschnitt hat als die Leitung angeordnet ist, fühlt er Maximal- oder Minimal- tung 40, aus welcher sie das Medium aufnimmt. Die ] werte an Druck, Temperatur oder Geschwindig- Leitung 40 weist kreisförmigen Querschnitt auf und keit ab. ist mit der Leitung 20 durch einen Verbindungsteil : Ein an den Meßfühler angeschlossener Wandler 5° 42 verbunden. Der Verbindungsteil 42 ist so ausgeerzeugt elektrische Signale, welche mit einer der bildet, daß ein Minimum an Druckabfall entsteht. Strömungsgeschwindigkeit zugeordneten Frequenz Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die ' auftreten. Um die Strömungsgeschwindigkeit zu be- aus Leitflächen 26 bestehende Verwirbelungsvorrich- ! stimmen, ist ein Frequenzmesser 27 an den Wändler tung innerhalb der Leitung 40 oder innerhalb der ! angeschlossen, der die Zahl der Maximal- oder Mini- 55 Leitung 20 angebracht sein. Die zum Ableiten des ' malwerte z. B. in Schwingungen pro Sekunde angibt. Mediums dienende Leitung 22 ist mit der Leitung 20 Ein Summierer 29 steht mit dem Frequenzmesser in über eine Erweiterung 24 verbunden, welche so ausVerbindung und nimmt die Gesamtzahl der Schwin- gebildet ist, daß ein Minimum an Druckabfall im gungen in einem bestimmten Zeitabschnitt auf. So Medium entsteht. Die Entwirbelungsvorrichtung 32 gibt der Frequenzmesser die augenblickliche Strö- 60 kann innerhalb der zweiten, zum Ableiten des Memungsgeschwindigkeit wieder, während der Sum- diums dienenden Leitung 22 angebracht sein. Der mierer die Gesamtströmung während eines bestimm- Durchmesser der Leitung 22 kann dem der Leitung ten Zeitabschnitts anzeigt. 40 entsprechen oder eine andere Größe aufweisen.

Es können Entwirbelungsvorrichtungen 32 in der

Leitung 22 (F i g. 1) vorgesehen sein, um einen Anteil 65 Patentansprüche:

des Druckverlustes, welcher durch die Leitflächen 26

erzeugt wurde, wieder auszugleichen. Als Entwirbe- 1. Volumetrischer Durchflußmesser ohne be-

lungsvorrichtungen können feste Schaufeln, Flügel- wegliche Teile mit wenigstens zwei Leitungen

verschiedenen Durchmessers, einer am Eingang angeordneten Vorrichtung, die das durch eine Leitung mit kleinerem Durchmesser hindurchströmende Medium in einen wirbelnden Zustand versetzt, und mit einem Meßfühler, der so weit stromabwärts von der Verwirbelungsvorrichtung angeordnet ist, daß er die Frequenz der Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels des in die erweiterte Leitung übertretenden Mediums anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts von dem Meßfühler (28) angeordnete Verwirbelungsvorrichtung (26) aus im Leitungsinneren (20, 40) fest angebrachten Leitflächen besteht.
2. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen eine zur Strömung eingestellte, fixierte Stellung aufweisen.
3. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (20, 22) verschiedenen Durchmessers durch eine konische Erweiterung (24) verbunden sind.
4. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts von der Durchmessererweiterung (22) eine. Entwirbelungsvorrichtung (32) vorgesehen ist.
5. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzmesser (27) und ein Summierer (29) an den Meßfühler (28) angeschlossen sind.
6. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckempfindlicher Meßfühler verwendet wird (Fig. 5).
7. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindlicher Meßfühler verwendet wird (F i g. 8).
8. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschwindigkeitsempfindlicher Meßfühler verwendet wird (F i g. 6 und 7).
9. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erweiterte Leitung (22) eine als Auslaß dienende Leitung (34) folgt, die gleichen Durchmesser hat, wie die das Medium einlassende Leitung.
10. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärts von der Durchmessererweiterung liegenden engeren Leitung (20) stromaufwärts eine die Verwirbelungsvorrichtung aufnehmende, erweiterte Leitung (40) vorgeschaltet ist, die den gleichen Durchmesser hat, wie die strom abwärtige, erweiterte Leitung (22) zum Auslassen des Mediums.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen