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D u r c h f 1 u ß m e n g e n m e s s e r Die e Erfindung betrifft
einen Durchflußmengenmesser für Flüssigkeiten, Gase und fließfahige feste Stoffe,
der keine umlaufenden Teile im strömungsweg aufveist und auf dem Prinzip der Corioliskraft
beruht.
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Durchflußmengenmesser mit kleinstmöglichem Strömungswiderstand und
ohne bevegte Teile in der Strömung sind vielfach erwünscht. Dies gilt z.B. für die
chemische Verfahrenstechnik, bei der die Strömung korrodierender Flüssigkeiten gemessen
werden soll, für das Auftanken von Flugzeugen aus der Luft, für die Nahrungsmittelindustrie,
weil VQrschmutzungsmö'glichkei ten wegfallen und dde Rohrleitung leicht gereinigt
werden kann; für Ölleitungen, weil die Massenmessung der Volumenmessung vorzuziehen
ist, und für die Erfassung von gasförmigen Brennstoffen, weil die Heizwerte mit
der Dichte schwanken.
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Auch muß. die Messung der Durchflußmenge von Gasen mit möglichst geringem
druckverlust durchgeführt werden.
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Die Erfindung beruht auf der Erscheinung, daß ein durch ein gekrümmtes
ROhr fließendes Strömungsmittel, das einen Geschvindig.-keitsgradienten
senkrecht
zur Strömungsbahn erfährt, auf die Rohrwand eine Kraft ausübt, die mit dem Geschwindigkeitsgradien
ten und der Strömungsmenge unmittelbar proportional ist. Wenn der Geschwindigkeitsgradient
durch die Drehung des Rohres um ein Ende hervorgerufen wird, so ist die Reaktion
als Corioliskraft bekannt. Größe und Richtung der Reaktionskraft hängen von Größe
und Richtung der Geschwindigkeitsänderung und der Massenströmung ab. Wenn zwei Rohrabschnitte
den gleichen Geschwindigkeitsgradienten senkrecht zur Strömungsrichtung, aber entgegengesetzte
Strömungsrichtungen aufweisen, so ergibt sich ein Kräftepaar aus gleichen und entgegengesetzten
Trägheitskräften.
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Erfindungsgemäß wird ein solches Kräftepaar zwischen zwei Abschnitten
eines passend gestalteten Rohres gemessen und als Maß für die das Rohr durchströmende
Masse verwendet, Der einfachste hierfür geeignete Rohrverlauf ist nachstehend an
Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Abweichungen eines Rohres von der
geraden Linie sind auf Biegungen von 180 ° oder weniger beschränkt, um eine Umkehr
der Strömungsrichtung zwischen Einlaß und Auslaß des Messgerätes auszuschalten.
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Demgemaß ist der erfindungsgemäße Durchflußmengenmesser mit koaxialen
Einlaß- und Auslaßstutzen und einer dieselbe verbindenden rohrleitung dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrleitung eine Strömungsbahn mit weniger als 1800 Krümmung aufweist und
aus drei Abschnitten besteht, von denen der Einlaßabschnitt und der AusIaßabschn;itt
gebogen sind und gerade Enden aufweisen,
deren Achsen zur Achse
der Einlaß- und Auslaßstutzen konzentrisch sind, daß die Enden der Rohrleitung mit
dem Einlaß bzw. Auslaßstutzen nachgiebig verbunden sind und daß die Rohrleitung
bezüglich der Strömungsbahn so bewegt ist, daß ein Corioliskräftepaar zwischen den
Enden der Rohrleitung und den Ein- und Auslaßstutzen auftritt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin
sind: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Rohres mit den vektoriellen Beziehungen
zwischen Kräften und Geschwindigkeiten bei einer Rohrströmung, Fig. 2 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig.
2A ein Ausschnitt in Richtung der Linie 2A-22 in Fig. 2, Fig. 3 ein elektrisches
Schaltbild der Ausführungsform nach Fig. 2, Fig. 4 ein Teilschnitt einer ähnlichen
Ausführmngsform wie in Fig. 2 mit einer zusätzlichen Rückführung, Fig. 5 ein Teilschnitt
längs der Linie 5-5 in Fig. 4 mit dazu gehörigen Schaltelementen, Fig. 6 eine schematische
Darstellung einer weiteren Aus£hrungsform der Erfindung unter Verwendung eines £lexiblen
Strömungsrohres'
Fig. 7 ein Detail der Anordnung nach Fig. 6, Fig 8 eine Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung im Teilschnitt, Fig. 9 ein Schnitt der Ausführungsform
nach Fig 8 längs der Linie 9-9 und Fig. 10 ein elektrisches Schaltbild der Anordnung
nach Fig.
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8 und 9.
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Das Diagramm in Fig. 1 zeigt eine Rohrleitung, die eine Strömung bahn
in der X-Y-Ebene definiert. Ein Strömungsmittel, das in negativer X-Richtung fließt,
tritt in den Rohrabschnitt 1 ein, wird im Rohrabschnitt 2 um 90 ° umgelenkt, so
daß es in positiver Y-Richtung fließt, wird im Rohrabschnitt 3 abermals in die negative
X-Richtung umgelenkt, wird in Rohrabschnitt 4 wieder entgegen dem Uhrzeigersinn
in die negative Y-Richtung umgelenkt, und wird schließlich im Rohrabschnitt 5 endgültig
im Uhrzeigersinne in die negative X-Richtung abgelenkt, woraufhin es in der ursprünglichen
Strömungsrichtung wieder austritt. Das Strömungsmittel strömt also niemals in positiver
X-Richtung und weicht von der negativen X-Richtung niemals mehr als 90 ° ab. Mit
anderen Worten ist das Rohr in Abschnitten gekrümmt, in denen die größte RichtungsSnderung
der Strömung 180 ° beträgt. Die gesamte Richtungsändening des Geschwindigkeitsvektors
zwischen dem Einlaßabschnitt 1 und dem Auslaßabschnitt 5 ist jedoch 0.
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Der Rohrabschnitt 3 soll nun eine senkrecht zur Strömung gerichtete
Geschwindigkeit V'T in Z-Richtung aufweisen, so daß das in Abschnitt 2 fließende-
Strömungsmittel einem zunehmenden Gradienten der Relativgeschwindigkeit unterworfen
ist, da diese von 0 im Abschnitt 1 auf VT in Abschnitt 3 anwächst.
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Gleichzeitig erfährt die in Abschnitt 4 strömende Masse einen abnehmenden
Geschwindigkeitsgradienten von VT in Abschnitt 3 zu O in Abschnitt 5. Ferner soll
angenommen werden, daß der Geschwindigkeitsgradient konstant ist, d.h. daß die Änderung
der Relativgeschwindigkeit proportional zum Abstand Y von der X-Achse ist. Diese
Bedingung ist erfüllt, wenn das Rohr um die X-Achse umläuft. Es sei VS die mittlere
Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr von konstantem Querschnitt AS und R der Abstand
des Rohrabschnitts 3 von der Drehachse. Dann übt ein Flüssigkeitsteilchen mit der
Masse m im Rohrabschnitt 2 eine Reaktionskraft Fm = d/dt (mVZ) aus. Hierbei- ist
VZ die Geschwindigkeit der Rohrwand am Ort des Teilchens in Z-Richtung. Diese d
VZ Kraft kann auch ausgedrückt werden als Fm = mVS ( ), wo d S dS ein Element des
Strömungsweges bedeutet. Vz = (VT/R) y wie oben erläutert. Ferner gilt m = S AS
dS, wobeif die Dichte des Strömungsmittels istund VS konstant sei. Durch Einsetzen
findet man leicht Fm = 9 AsVs (VT/R)dy. Die gesamte Reaktionskraft FM2 auf den Rohrabschnitt
2 ist die Summe aller Elementarkräfte F, die von den einzelnen'Flüssigkeitsteilchen
m herrühren. Es gilt also
Qy oder
FM2 = @ ASVSVT. yA5V5 ist aber gleich der Durchflußmenge
M, so daß sich ergibt FM2 = M V.
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Die gesamte Reaktionskraft FM4 auf den Rohrabschnitt 4 ist offenbar
gleich und entgegengesetzt zu FM2. Da diese beiden Kraftvektoren durch einen Abstand
2L getrennt sind, ergibt sich das gesamte Reaktionsmoment um die Y-Achse zu # =
21, M-VT.
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Das Moment ist also direkt proportional zur Durchflußmenge und zur
maximalen Geschwindigkeit des Rohres senkrecht zur Strömungsrichtung. In Wirklichkeit
ist der Verlauf der Geschwindigkeitsänderung in Y-Richtung nicht wesentlich, da
die integrierte Kraft eine Punkteigenschaft und proportional-zum-Maximalwert der
Relativgeschwindigkeit ist , nicht zum Geschwindigkeitsgradienten, wie es fiir ein
Elementarteilchen@@@@@@ der Fall wäre. Auch wenn die Anderung der Ablenkung in Z-Riche
tung mit der Verschiebung in Y-Richtung nicht linear wäre, wie es für die betrachtete
Drehung der Fall ist, sondern eine Expotentialfunktion darstellen würde, $wäre der
obige Ausdruck ncch gültig. Der letztere Fall ist z-.B. gegeben, wenn Abschnitt
2 an seinem Einlaß festgehalten wird und wie ein gebogener Balken abgelenkt wird.
Im Extremfall wäre das Prinzip sogar noch gültig, wenn Unstetigkeiten zwischen den
Abschnitten 1 und ? und den Abschnitten 4 und 5 vorhanden wären und die Abschnitte
2, 3 und 4 sich translatorisch bewegen würden.
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Die Transversalgeschwindigkeit VT kann offenbar konstant sein, wie
es bei stetiger Drehung der Fall ist, oder sie kann schwanken, wie es bei einer
Schwingung der Strömungslinle der Fall ist.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Rohrabschnitte 2 und 4 senkrecht
zur X-Achse verlaufen. Es muß nur eine Geschwindigkeitskomponente der Strömung in
Y-Richtung vorhanden sein. Es -können also praktisch weit geringere Winkel zwischen
den Rohrabschnitten 2 und4 und der X-Achse angewandt werden. Die Ablenkungen um
90 ° in Fig. 1 sind nur als Grenzfall und als Anordnung gezeigt worden,die minimalen
axialen Raum benötigt.
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Auch ein größerer Winkel als 900 könnte natürlich angewandt werden,
und trotzdem eine Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in Y-Richtung erzeugen.
Das würde aber eine Xichtungsumkehr der Strömung in X-Richtung mit sich bringen
und keinen Vorteil bieten.
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Die bevorzugte Ausfuhrungsform der-Erfindung ist in Fig. 2, 2A und
3 dargestellt. Da nur kleine Ablenkwinkel von der X-Achse erforderlich sind, um
ausreichende Reaktionskräfte zu erzeugen, werden im dargestellten Fall nur 20o Ablenkung
verwendet. Die Transversalgeschwindigkeit wird hier durch eine Schwingbewegung des
Strömungsrohres erzeugt. Gemäß Fig. 2 besitzt der Durchflußmengenmesser ein Gehäuse
6 mit koaxialen Ein- und Auslaßstutzen 7 und 8. Diese stehen mit dem Strömungsrohr
9 über zylindrische Durchlässe 10 und 11 in Verbindung.
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Das in sich relativ starre Strömungsrohr hat gerade Endabschnitte
und einen symmetrisch gekrümmten Mittelabschnitt.
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Die Endabschnitte sind koaxial mit den Stutzen 7 und 8 und können
sich frei in Lagern .12 und 13 drehen. Auf den Enden des Strömungsrohres sind Ringe
14 und 15 befestigt, deren Außenflächen in die Wände der Durchgänge 10 und 11 passen.
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Die Lager 12 und 13 sind an Blattfedern 16 und l7aufgehängt, die eine
begrenzte Transversalbewegung in Schwingungsrichtung, d. h. in Horizontalrichtung
senkrecht zum Strömungsweg in Fig. 2 gestatten. An den gegenüberliegenden Seiten
der Blattfedern 16 und 17 sind jeweils Dehnungsmeßstreifen 18 und 19 bzw. 20 und
21 befestigt. Aufgabe der Dehnungsmeßstreifen ist es, die Reaktionskräfte des Strömungsrohres
an den Lagern 12 und 13 zu messen. Die Dehnungsmeßstreifen sind gemäß Fig-. 3 in
Brücke geschaltet. Die Ringe 14 und t5 sollen so biegsam sein, daß ihre Verformung
infolge der Transversalbewegung des Rohres 9 keine wesentlichen tückstellkrXfte
im Vergleich mit den Rückstellkräftaender Blattfedern erzeugt. Sie müssen auch so
biegsam sein, daß sie die geringe Drehung der Rohrenden um die Horizontalachse ohne
übermässige Gegenkräfte aushalten Vorzugsweise bestehen die Ringe 14 und 15 aus
Weichgummi oder dgl. Die eichen Ringe 14 und 15 sind mit starren Ringen 22 und 23
fest verbunden, die gegen die Stirnwände der Durchgänge 10 und 11 anliegen. Um eine
gute Abdichtung.zu erzielen, ist eine dichtungsscheibe 24 zwischen die Stirnwände
des Rings 23 und der Wand eingelegt. Der Innendurchmesser der Ringe 22 und 23
ist
abgestuft, so daß sich eine Druckfläche 25 ergibt. Dadurch wird der Ring gegen'die
Stirnwand gedrückt, so daß die Anordnung festgehalten und die Abdichtung verbessert
wird.
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Eine Bewegung des Strömungsrohres infolge axialer Druckkräfte., die
von unterschiedlichen Drücken an den freien Kanten des Strömungsrohres verursacht
würde, ist durch die Schultern 26 und 27 ausgeschlqssen, die in Berührung mit den
Lagern 12 und 13 stehen. Da der Druckabfall im Strömungsrohr bei den betreffenden
Strömungsmengen gering ist, sind die axialen Druckkräfte ebenfalls klein. Bei axialen
Spiel des Strömungsrohres würden sich die flexiblen Endringe verformen, wenn eine
Kraft auftritt, die einen der starren Endringe von seinem Sitz abzuheben versucht.
Diese Bewegung wäre aber sehr gering und die Abhebekraft wäre unwesentlich im Vergleich
zu der auf die Schulter des starren Ringes einwirkenden Druckkraft, die ihn gegen
den Sitz drückt. SQ besteht weder am. rechten, noch am linken Ende des Strömungsrohres
in Fig. 2 eine Möglichkeit, dassLeckElüssigkeit aus der Rohrleitung in die im Gehäuse
6 ausgesparte mittlere Kammer 28 gelangt. Auch ist kein Teil der Endringe dem Strömungsmitteldruck
ausgesetzt, der die starren Ringe von ihrem Sitz abheben könnte. Dagegen werden
radiale und axiale Drücke ausgeübt, welche die Endringe gegen ihren Sitz drücken.
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Das Strömungsrohr 9 ist in seinem Mittelteil mit einer schwingenden
Büchse 29 verbunden. Die Büchse 29 ist am unteren Ende in einem Bock 30 schwenkbar
derart gelagert, daß sie um
eine Achse frei drehbar ist, welche
durch die Mittellinie der Lager12 und 13 definiert ist. Infolgedessen stellt die
Bewegung der Endabschnitte des Strömungsrohres 9 innerhalb der Lager infolge der
Schwingbewegung der Buchse 29 eine reine Drehung dar. Die Verbindung zwischen dem
Strömungsrohr und der Büchse 29 geschieht mittels eines Kugellagers. Die Kugeln
gestatten eine begrenzte Neigung der inneren und der äußeren Kugellaufbahn ohne
radiales Spiel. Infolgedessen wird die Transversalbewegung der Büchse vollständig
auf das Strömungsrohr übertragen, aber das Strömungsrohr kann sich frei um seine
vertikale Mittellinie drehen. Wie aus Fig. 2A hervorgeht, wird die Schwingbewegung
der Büchse 29 mittels einer Taumelscheibe 31 erteilt, die schrng zur Richtung der
Schwingbewegung verläuft. Zur Übertragung der Bewegung dienen zwei Kugeln 32, die
beiderseits der Taumelscheibe 31 in die Büchse 29 eingelassensind. Die Taumelscheibe
31 ist auf der Welle eines im Gehäuse 6 montierten Motors 33 konstanter Drehzahl
befestigt.
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Wenn infolge der Schwingbewegung der strömenden Masse ein Kräftepaar
vom Strömungsrohr auf die Lager 12 und 13 ausgeübt sichwird, so verbiegenVdie Blattfedern
16 und 17 in entgegengesetzter Richtung und die zugeordneten Dehnungsmeßstreifen
zeigen Widerstandsänderungen in entgegengesetzter Richtung.
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Nimmt also z.B. der Widestand des Meßstreifens@ 18 zu, so nimmt derjenige
des Meßstreifens 19 ab, derjenige des Meß-Streifens 20 nimmt ab und derjenige des
Meßstreifens 21 nimmt
zu. Somit ergibt sich gemäß Fig. 3 eine Spannung
in der Brückendiagonale, deren Frequenz gleich der Schwingfrequenz ist und deren
Amplitude unmittelbar proportional zur Strömung menge ist. Diese Spannung kann mittels
eines Röhrenvoltmeters 34 gemessen werden, das gleich in Strömungsmengen geeicht
sein kann. Es sei bemerkt, daß auf beide Lager in gleicher Richtung ausgeübte Kräfte
nicht gemessen werden, da sie sich infolge der Anordnung der Widerstandsmeßbrücke
gegenseitig zerstören. Der erfindungsgemäße Durchflußmengenmesser ist symmetrisch
und arbeitet in gleicher Weise für beide Strömungsrichtungen. Wenn die Strömungsrichtung
unbekannt ist, kann sie leicht festgestellt werden, indem die Phase der Brückenausgangsspannung
bestimmt wird.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine Abänderung der in Fig. 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform. Der wesentliche Unterschied besteht hier darin, daß das von der
Schwingbewegung der strömenden Masse herrührende Kräftepaar durch ein Drehmoment
kompensiert wird, das von einer Rückführung erzeugt wird, so daß die Bewegung des
Strömungsrohres um seine vertikale Mittellinie stets auf 0 zurückgeführt wird. Abgesehen
vom Antrieb, der Rückführung und dem Kräftefühler ist die Anordnung identisch mit
derjenigen nach Fig. 2. Das Antriebsglied 35 ist nun starr an dem Strömungsrohr
befestigt und reicht nicht unter das Rohr herab, um mit dem Drehmomentgeber nicht
in Konflikt zu kommen. Der Drehmoment geber 36
liefert ein Rückführmoment
um die vertikale Mittellinie-des Rohres 9 mittels einer Büchse 37. die am Anker
des Drehmomentgebers befestigt ist, und eines Stössels 38, der am Strömungsrohr
befestigt ist. Der Stößel 38 ist mit Passung frei drehbar in die Büchse 37 eingesetzt.
Stößel 18 und Büchse 37 sind koaxial mit der Mittellinie der Ein- und Auslaßstutzen
und den Lagern 39 und 40, die ihrerseits mit der horizontalen Schwingachse übereinstimmt.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Mitte des Lagers 40. Das Strömtingsrohr ist
frei drehbar in dem Lager, das gegen seitliches Abrollen durch Platten 42 und 43,
die gegen piezoelektrische Elemente 44 und 45 anliegen, geschützt ist. Aufgabe der
Platten AS und 4 ist die gleichmäßige Verteilung der Reaktionskraft über die Oberflpche
der piezolelektrischen Elemente.
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Wenn ein Kräftepaar infolge der Schwinhgbewegung der strömenden Masse
auftritt, so versucht das Lager 40 hin-und herzurollen und drückt abwechselnd die
piezoelektrischen Elemente 44 und 45 zusammen. Eine Bewegung des Lagers 40 in Verikalrichtung
wird durch eine e 4 hindert Die von den piezoelektrischen @@ emcntea abgegebeken
Auagangsspannungen werden einem Differsutialversdärker 47 sugefährt, der am Ansge@@@
@@@en Wechselstrom mit der Schwingfrequenz abgibt, dessen amglitude properti@ual
zur Reaktionskraft des Lagern ist und dessen Phase ven der Richtung der Reaktionskraft
hinsichtlich Ge@Bchaingbewegung abhängt. Der @sga@gas@zom wird über die Adern @@@
und 473 dem Drehmomen@geber 36 zugeführt.
Der Drehmomentgeber liefert
ein Moment in derjenigen Richtung1 welche die von den piezoelektrischen Elementen
erzeugten Spannungen und damit die tatsächliche Bewegung des Strömungsrohres um
seine vertikale Mittellinie zu verhindern sucht. Der dem Drehmomentgeber zugeführte
Strom wird von einem Stvommesser 48 als Maß des Rückstellmomentes und damit der
Durchflußmenge angezeigt.
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Es ist nicht erforderlich, Kraftmesser an beiden Lagern des Strömungsrohres
anzubringen, solange die Halterung des Lagers ohne Kraftmesser erheblich nachgiebiger
als diejenige des Lagers mit rraftmesser ist. Besser ist es aber, Kraft messer an
beiden Lagern anzubringen, um die Anordnung symmetrisch zu gestalten und die Lagerkräfte
gleichmäßig zu machen, sowie die Einflüsse paralleler Kräfte auf die Lager auszuschalten,
wie es in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Fig, 4 und 5 zeigen der Deutlichkeit halber
nur am rechten Lager einen Kraftmesser; ein solcher kann aber selbstverständlich
auch linken Lager angebracht werden.
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Bei Anordnungen dieser Art mit nachgiebigen kupplungen am winde eines
Strömungsrohres wird durch einen Druckausgleich beiderseits der Kupplungen die Eichung
stabilisiert, indem Nullpunktwanderungen und Nmpfindlichkeitsschwankungen ausgeschaltet
werden. Hierzu dient in Fig. 4 ein Luftdrucregler 49.
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Der Strömungsmitteldruck im Rohrstutzen 8 wird Uber ein Rohr 50 auf
den Luftdruckregler 49 übertragen, der einen entsprechenden Luftdruck über das Rohr
51 der Kammer 28 mitteilt, so daß der Druckunterschied beiderseits der Ringe 14
und 15 ganz oder nahezu verschwindet.
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Fig, 6 und 7 zeigen eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig.
2 und 3. Hier ist ein Strömungsrohr aus nachgiebigem Material verwendet, während
die Druckmesser an den Rohrenden weggelassen sind. Der Schuingungsantrieb für das
Strömungsrohr bewegt sich translatorisch und nicht rotierend; die Reaktionskraft
wird von einem Torsionsstab gemessen, der um die vertikale Achse verdreht wird.
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In den an Hand der Fig. 1 abgeleiteten Gleichung war festgestellt
worden, daß die Transversalgeschwindigkeit des Abschnitts 3 des Strömungsrohres
VT ist und daß die integrierte Reaktionskraft proportional zu VT ist. Genaue ; VT
die mittlere Transversalgeschvindigkeit des Abschnitts 3, er solange die beschwindigkeitsverteilung
der Strömung trd Abschnitt 3 symmetrisch in Y-Richtung ist, gilt die angegebene
Gleichung. Wenn jedoch die Geschwindigkeitsverteilung ungleichmäßig ist, so ändert
sich die Transversalgeschwindigkeit Vz verschiedener vertikaler Schichten in dem
Abschnitt 3 infolge der Rotation dieses Ab-Schnitts um die Horizontalachse in Fig.
1.. für eine stetige asyynmetrische Geschwindigkeitsverteilung kann die Gleichung
für die
Reaktionskraft in diesem Falle angeschrieben werden als
FM = CV @ VT. Hierbei ist CV ein Beiwert, der von der Geschwindigkeitsverteilung
der Strömung abhängt. CV ist gleich Eins, wenn die Geschwindigkeitsverteilung symmetrisch
ist. Für rein turbulente Strömung und rein laminare Strömung ist die Geschwindigkeitsverteilung
symmetrisch, so daß keir Beiwert mitgeschleppt werden muß. Im Übergangs und Mischgebiet
muß dagegen ein Beiwert verwendet werden; wegen des instabilen Charakters solcher
Strömungen ist aber häufig ein einziger Beiwert nicht ausreichend, um die gewünschte
Messgenauigkeit zu erzielen. Der erfindungsgemäße Durchflußmengenmesser ist vor
allem für die Messung großer Druchflußmengen bei großen Strömungsgeschwindigkeiten
bestimmt. In den meisten Fällen befindet sich die Strömung, deshalb völlig im Turbulenzbereich
und ergibt eine symmetrische Geschwindigkeitsverteilung, so daß kein Beiwert erporderlich
ist. Um den beschriébenen Fehler sf3 klein wie möglich zu halten, soll die Transversalgeschwindigkeit
im Abschnitt 3 so gleichmäßig wie möglich gemacht vemden. Dies kann erreicht werden,
indem der Radius R groß gegen den äquivalenten rohrdurchmesser gemacht wind, Falls
die Tramsverealtewegung durch Drehung um eine horizontale Achse ode@ durch translatorische
Bewegung des Abschnitts 3 erzielt wird. Das letsters Verfahren wird bei der Anordnung
nach Fig. 5 angewon@@. der.in fig. 6 und 7 dargestellte Durchfiußmesser besteht
aus ednem Ge@@@@@ @@ @@@ einer Kammer 53, in der sich ein mit @@@enüberliegenden
Ein-und
Auslaßstutzen 54 und 55 verbundenes biegsames biegsames Strömungsrohr 56 befindet.
Um das Strömungsrohr senkrecht zur Strömungsrichtung in Schwingungen zu versetzen,
ist es von einem Ring 57 umgeben, der von einem Elektromagneten 58 senkrecht zur
Ebene des gebogenen Strömungsrohres 56 abwechselnd angezogen und abgestossen wird.
Am Treibring 57 ist ein rohrförmig ausgebildeter nachgiebiger Torsionsstab 59 befestigt,
dessen Achse mit der vertikalen Mittellinie der Anordnung zusammenfällt. Am Torsionsstab
59 sind axial zwei Dehnungsmeßstreifen 60 und 61 angebracht, welchedie Durchbiegung
des Torsionsstabes senkrecht zur Bogenebene infolge der Schvingbewegung des Strömungsrohres
56 messen. Ferner sind zwei veitere-Dehnungsmeßstreifen 62 und 63 unter entgegengesetzten
winkeln von 45 ° gegen die Stabachse am Torsionsstab 59 befestigt, um die Verdrehung
des Stabes um die vertikale Mittellinie infolge der durch die Corioliskraft verursachten
Ablenkung des Strömungsronres 56 und des Treibringes 57 zu messen. Die Meßstreifen
60 und 61 sind in einer Brückenschaltung 66 mit festen Widerständen 64 und 65 geschaltet.
Die Meßstreifen 52 und 63 liegen in einer Brückenschaltung 67 mit festen Widerständen
68 und 69. Beide Brückenschaltungen werden mit einer konstanten Gleichspannung betrieben.
An der Diagonale der Messbriicke 66 tritt eine Wechselspannung mit der Schwingfrequenz
auf, deren Amplitude proportional zur Auslenkung des Trbringes 57 senkrecht ur Strömungsrichtung
ist. Diese Spannung wird über einen Verstärker 70 auf einen Spannungsregler 71 bekannter
Bauweise gegeben und dient zur Beeinflussung der Antriebsspannung E Ee. Die Ausgangsspannung
des.
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Spannungsreglers gelangt über einen Verstärker 72 auf den Schwingmagneten
58. Auf diese Weise wird die Auslenkung des Ringes 57 auf einer konstanten Amplitude
mit der Erregungsfrequenz gehalten. Mit einer kleinen Abänderung des Spannungsreglers
und unter Weglassung der äußeren Antriebsspannung E e kann die gleiche Schaltung
zur Selbsterregung des Schwingsystems bei seiner Resonanzfrequenz verwendet werden.
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Am Ausgang der Brückenschaltung 67 tritt eine Wechselspannung proportional
mit der Schwingfrequenz auf, deren Amplitudevzur Verdrehung des Ringes 57 um die
vertikale Mittellinie und damit zu dem Drehmoment ist, das durch das von der Massenströmung
auf das Rohr 56 ausgeübte rräftpaar erzeugt wird. Diese Spannung ist also proportional
zur Durchflußmenge im Rohr 56. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 67 wird
auf ein Röhrenvoltmeter 73 gegeben, das in Durchflußmengen geeicht ist.
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Das in Fig. 8 bis 10 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erwindung
ist ähnlich demjenigen nach Fig. 6. Der Hauptunterschied liegt deren, daß der Rohrbogen
hier in einer zur Richtung der Ein- und Auslaßstutzen senkrechten Ebene liegt. Der
hier dargestellte Durchflußmengenmesser besitzt ein Gehäuse 74, das eine Kammer
75 umschließt. Feststehende Ein- und Ausjlaßstutzen 76 und 76A sind über Balgen
78 und 79 mit dem schwingenden Strömungsrohr 77 verbunden. Ein Traibring 88, der
auf dem mittleren Abschnitt des Strömungsrohres sitzt, ist an einem Arm 81 befestigt,
der
um ein Gelenk in der Achse der Ein- und Auslaßstutzen schwenkbar ist. Der Treibring
80 wird vonteinem Elektromagneten 82 in lineare Schwingungen versetzt. Zur Messung
der Vibrationsgeschwindigkeit dienen zwei magnetische Fühlglieder 83 und 84. Das
Strömungsrohr 77 ist ähnlich wie dasjenige in Fig. 1 konstruiert und besteht aus
einem geraden Nittelabschnitt 85, auf dem der Ring 80 sitzt, und zwei um 90 ° abgebogenen
Abschnitten 86 und 87, die mit den Balgeh 78 und 79 verbunden sind. Der Mittelabschnitt
85 wird senkrecht zur Richtung des in ihm fließenden Strömungsmittels in Schvingungen
versetzt. Das durch den Massenstrom induzierte Kräftepaar bewirkt, daß die Enden
des Mittelabschnitts 85 sich um eine Achse, die durch den Arm 81 geht. verdrehen.
Die Fühlglieder 83 und 84 sind an den Enden des Mitterabschnitts 85 angeordnet.
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Die Summe ihrer Ausgangsspannungen ist proportional zur Schwingungsamplitude
des Ringes 80. Die Differenz der Ausgangsspannungen ist proportional zur Drehbewegung
des Mittelabschnltts 85, also zu dem induzierten Kräftepaar und damit zur urchflußmenge.
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Wie aus dem Schaltbild der Anordnung in Fig. 10 hervorgeht, werden
die Ausgangsspannungen der beiden Fühlglieder 83 und 84 additiv dem Summierverstärker
88 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Summierverstärkers' 88 wira auf den Spannungsregler
89 gegeben, der seinerseits die Antriebswicklung des Elektromagneten 82 Aber einen
Verstärker 91 speist, so daß die Geschwindigkeitsamplitude
des
schwingenden Treibringes 80 konstant bleibt Andererseits werden die Ausgangsspannungen
der beiden Fühlglieder 83 und 84 subtraktiv@auf einen Differentialverstärker 92
gegeben, dessen Ausgangsspannung einem in Durchflußmengen geeichten Voltmeter 93
zugeführt wird Ferner ist bei dieser Ausführungsförm ein Wattstundenzähler 94 vom
bekannten Induktionstyp vorgesehen, um den gesamte Massenfluß durch den Durchflußmengenmesser
für eine bestimmte Bezugszeit anzuzeigen.
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Hierzu wird die am Ausgang des Verstärkers 92 auftretende Wechselspannung
auf einen gegengekoppelten Verstärker 95 gegeben, an dessen Ausgang ein zur Ausgangsspannung
des Verstärkers 92 und damit zur Durchflußmenge proportionaler Strom abgenommen
wird. Dieser Strom wird-einem Stromtransformator' 96 zugeführt, der einen weit stärkeren,
aber immer noch zur Durch-Flußmenge proportionalen Sekundärstrom auf die Stromwicklung
97 des Wattstundenzählers gibt. Andererseits wird die Ausgangswechselspannung des
Differentialverstärkers 92 einem Phas-enschieber 98 zugeführt,der auf einen Wechselspannungsregler
99. arbeitet. Dieser liefert eine Wechselspannung konstanter Amplitude mit der Schwingfrequenz,
die in der richtigen Rhasenbeziehung zum Strom in der Stromwicklung 97 steht, an
die Spannungswicklung 100 des Wattstundenzählers, Der Stromtransformator ist nicht
wesentlich, -aber -vorteilhaft zur Verwendung handelsüblicher Wattstundenzähler,
--die verhältnismäßig hohe: Stromaufnahme in Vergleich mit den Ausgängen normaler
Schwachstromverstärker haben.
Der Phasenschieber 98 und der Spannungsregler
99 sind bekannter Konstruktion. Sie müssen vorhanden sein, um eine für Messzwecke
ausreichende Genauigkeit der Anzeige des Wattstundenzählers zu gewährleisten.