DE2838023A1

DE2838023A1 - Vorrichtung zur untersuchung von stroemenden medien

Info

Publication number: DE2838023A1
Application number: DE19782838023
Authority: DE
Inventors: Klaus Joachim Zanker
Original assignee: AGAR INSTR
Current assignee: Sarasota Automation Ltd
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1979-04-12
Also published as: NO148348B; DE2838023C2; GB2003659B; JPS6225983B2; JPS5453593A; GB2003659A; NO148348C; NO782850L

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weiokmann, Ditl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ins.H.Liska

DXIIIH 8 MÜNCHEN 86, DEN 3 J_t /5[jg,

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

J. AGAR INSTRUMENTATION LIMITED, Prospect Road, Alresford, Hampshire SO 24 9QG, Großbritannien

Vorrichtung zur Untersuchung von strömenden Medien

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von strömenden Medien, welche verschmutzt sein und/oder mehrere Phasen enthalten können, auf einen Parameter oder mehrere Parameter gleichzeitig, mit einer vom Medium durchströmten Hauptleitung, mit einer in die Hauptleitung oder in eine mit der Hauptleitung kommunizierende Kammer eingesetzten Sonde, in die eine Testströmung des Mediums aus der Hauptleitung eingeleitet und in die Hauptleitung zurück geleitet wird, und mit einer Meßanordnung zur Untersuchung der Testströmung.

In der vorstehend angegebenen Vorrichtung kann ein strömendes Medium beispielsweise auf die Massenströmung, die Dichte, die Temperatur, den pH-Wert, die Leitfähigkeit oder zur Durchführung von chemischen und/oder physikalischen Analysen, etwa des prozentualen Gehaltes an Sauerstoff untersucht werden. Weiterhin können gleichzeitig auch mehrere Parameter, beispielsweise die Dichte und die Temperatur gleichzeitig festgestellt werden.

Die Untersuchung eines strömenden Mediums zur Feststellung eines seiner Parameter, beispielsweise seiner Dichte, wird gewöhnlich so durchgeführt, daß das Medium durch eine Hauptleitung geleitet wird, in die eine Sonde eingesetzt * ist, deren Einlaßöffnung in Strömungsrichtung dem anströmenden Medium zugekehrt ist und die mit einer Auslaßöffnung kommuniziert, welche in Strömungsrichtung hinter ihr angeordnet ist. Zur Untersuchung der durch die Sonde strömenden Testströmung ist zur Bestimmung eines Parameters ein Meßgerät, wie beispielsweise ein Dichte-Meßgerät vorgesehen. Über der Einlaßöffnung kann ein Verschmutzungsschutz

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derart vorgesehen werden, daß die Testströmung vor Eintritt in das Meßgerät in zwei scharf abgebogene .Strömungsarme, aufgespalten wird, wodurch die in das Meßgerät eintretende Schmutzmenge reduziert wird. Dabei ist jedoch die Schmutzmenge, welche in das Meßgerät eintreten kann, noch beträchtlich groß.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei welcher die in der Testströmung geführte Schmutzmenge wesentlich reduziert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Sonde eine Einlaßöffnung besitzt, welche in der Hauptleitung in Strömungsrichtung gesehen auf der dem anströmenden Medium abgewandten Seite liegt und mit einer Auslaßöffnung in einer Endfläche der Sonde kommuniziert, und daß die Endfläche innerhalb der Hauptleitung im Abstand von deren Wand angeordnet ist.

Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Testströmung aus der Hauptleitung abgesaugt und durch die Probe von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung und sodann in die Hauptleitung zurückgeführt» Dabei . wird die Testströmung untersucht. ..""".

Der Begriff "Leitung" umfasst im weitesten Sinne jede Art von strömungsführenden Elementen, wie beispielsweise offene Kanäle, Röhren und Strömungsbetten.

Die Sonde ist vorzugsweise zylindrisch und insbesondere als Kreiszylinder ausgebildet. Eine kreiszylindrische Sonde eignet sich speziell für Leitungsrohre, da in diese in einfacher

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Weise ein kreisförmiges Loch gebohrt werden kann, in d_as die Sonde dicht einsetzbar ist. Die Sonde kann jedoch auch durch einen kantigen Körper, beispielsweise einen Körper mit scharfen Kanten gebildet werden, welcher quadratische, rechteckförmige oder dreieckförmige Endflächen besitzt.

Die Meßanordnung, welche beispielsweise ein Strömungsmesser sein kann, ist in der Sonde montiert.

Als Meßanordnung kann jedoch auch ein Dichte-Meßgerät mit einem schwingungsfähigen Testrohr Verwendung finden, wobei aus den Schwingungen des Testrohrs die Dichte der Testströmung bestimmbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Auslaßöffnung in einer Endfläche mit reduziertem Durchmesser der Sonde vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Einlaßöffnung mit einem Kanal kommunizieren, der zu einer Ausnehmung in der Sonde führt, wobei die Ausnehmung einen im Vergleich zum Durchmesser des Kanals größeren Durchmesser sowie ein die Auslaßöffnung bildendes offenes Ende besitzt.

Für die Auslaßöffnung kann insbesondere eine Abschirmung vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand „von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Strömungsdiagramm zur Erläuterung des Erfindungs· prinzips;

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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 einen Querschnitt in teilweise weggebrochener Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ; und

Fig. 6 bis 10 jeweils eine schematische Darstellung von verschiedenen Sonden, welche in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar sind.

Figur 1 zeigt eine Strömung 10 eines strömenden Mediums, das schwere Partikel 11 und leichte Partikel 12 enthält. Ein im direkten Strömungsweg der Strömung 10 liegender Zylinder erzeugt einen Strömungsbereich 14 sowie einen Sogbereich 15 unmittelbar an seiner Hinterseite.

Die schweren Partikel 11 in der Strömung 10 kollidieren mit dem Zylinder 13, während die leichten Partikel 12 lediglich radial vom Zylinder 13 abgelenkt werden. Daher ist der Sogbereich 15 relativ frei sowohl von leichten Partikeln 12 als auch von schweren Partikeln 11.

Besitzt der Zylinder 13 einen Kanal 16 mit einer Einlaßöffnung 17, welche in Richtung der Strömung 10 gesehen auf der dem anströmenden Medium abgewandten Seite im Sogbereich 15 liegt, und mit einer Auslaßöffnung 18, welche in einer Endfläche 19 angeordnet ist, so strömt das Medium aus

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dem Sogbereich 15 in den Kanal 16 und aus der Auslaßöffnung 18 heraus. Diese Strömung durch den Kanal 16 ergibt sich aufgrund einer Druckdifferenz an der Einlaßöffnung 17 und an der Auslaßöffnung 18. Die Strömung im Kanal 16 ist relativ frei sowohl von schweren Partikeln 11 als auch von leichten Partikeln 12, so daß sie sich als Testströmung eignet, welche durch ein Meßgerät geleitet werden kann, um einen Parameter des strömenden Mediums, wie beispielsweise die Massenströmung oder die Dichte, zu messen.

Bei der in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Leitung 20 vorgesehen, welche von einer Hauptströmung 21 durchströmt wird, wobei diese Strömung durch ein strömendes Medium gebildet sein kann, das verschmutzt ist und/oder zwei oder mehr Phasen enthält. In die Leitung ist eine zylindrische Sonde 22 eingesetzt, welche einen Testströmungskanal 23 aufweist. Dieser Testströmungskanal 23 besitzt eine Einlaßöffnung 24, welche in Strömungsrichtung gesehen auf der dem anströmenden Medium abgewandten Seite liegt, sowie eine in einer Endfläche 26 vorgesehene Auslaßöffnung 25. Die Endfläche 26 liegt dabei innerhalb der Leitung 20 im Abstand von deren Wand. Wie anhand von Figur 1 erläutert wurde, bewirkt die in der Leitung 21 strömende Hauptströmung ein Ansaugen einer Testströmung in den Testströmungskanal der Sonde von der Einlaßöffnung 24 zur Auslaßöffnung 25 und zurück in die Leitung 20. Da die Testströmung durch strömendes Medium gebildet wird, das aus dem Saugbereich auf der dem anströmenden Medium abgewandten Seite der Sonde 22 abgesaugt wird, enthält sie einen sehr geringen Anteil an Verschmutzung. Enthält das strömende Medium in der Leitung 20 zwei Phasen, so wird die Testströmung allein durch das grundlegende saubere strömende Medium gebildet. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen lagert sich an der Einlaßöffnung 24 kein Schmutz an.

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Der Testströmungskanal 23, durch den das strömende Medium in einem kontinuierlichen Strom tritt, kommuniziert mit einer Kammer 27, welche abgesehen von ihrem mit dem Testströmungskanal 23 kommunizierenden Ende geschlossen ist. Dabei stagniert das strömende Medium in der Kammer 2 7 bis zu einem gewissen Grad.

Im Testströmungskanal 23 ist ein Strömungsthermistor 28 montiert, während in der Kammer 27 ein Referenzthermistor 29 montiert ist. Diese Thermistoren 28 und 29 bilden einen Teil eines Strömungsmessers, wie er in der britischen Patentschrift 1 463 507 beschrieben ist.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform nach Figur 2 ist so ausgebildet, daß ins Gewicht fallende Mengen von Schmutz den Strömungsmesser nicht durchströmen können.

Die in Figur 3 dargestellte und mit entsprechenden Bezugszeichen versehene Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach Figur 2 und wird daher hier im einzelnen nicht beschrieben. Bei dieser Ausführungsform nach Figur 1 ist jedoch ein Testströmungskanal 23a vorgesehen, welcher außerhalb der Leitung 20 zu einem nichtdargestellten Meßinstrument führt.

Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform führt eine Hauptleitung 30 einen horizontalen Hauptstrom 31 eines verschmutzten strömenden Mediums. Die Leitung 30 ist mit einem Flansch 32 versehen, dessen Innenraum 33 mit dem Innenraum der Hauptleitung 30 kommuniziert und dessen äußeres Ende durch eine Endplatte 34 verschlossen ist. Durch diese Endplatte 34 ragt eine zylindrische Sonde 35 in die horizontale Strömung 31 hinein, wobei diese Sonde durch eine Dichtung 36 an der Endplatte abgedichtet ist. Die Sonde besitzt einen Testströmungskanal 40 mit einer Einlaßöffnung 41,

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welche in Strömungsrichtung gesehen auf der dem anströ-, menden Medium abgewandten Seite liegt, sowie eine Auslaßöffnung 42 in einer Endfläche 43. Aus der horizontalen Strömung 31 in der Hauptleitung 30 wird eine Testströmung in den Testströmungskanal 40 von der Einlaßöffnung 41 zur Auslaßöffnung 42 und zurück in die Hauptleitung 31 gezogen.

Im Testströmungskanal 4 0 ist ein Dichte-Meßgerät 44 vorgesehen, wie es beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 175 586 beschrieben ist.

Ein solches mit 44 bezeichnetes Dichte-Meßgerät ist extrem empfindlich gegan Schmutz, da jede Verschmutzung Schwingungen eines (nicht-dargestellten) Testrohres beeinflussen oder sogar unterbinden kann. Der in Figur 4 dargestellte Aufbau stellt jedoch sicher, daß das durch das Dichte-Meßgerät 44 verlaufende Testrohr praktisch keinen Schmutz enthält, obwohl das durch die Hauptleitung 30 strömende Medium Schmutz enthalten kann.

Die in Figur 5 dargestellte und mit entsprechenden Bezugszeichen versehene Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach Figur 3. Bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist die Einlaßöffnung 24 jedoch innerhalb einer Kammer 50 angeordnet, welche mit der Leitung 20 kommuniziert und mit dieser eine "Tasche" bildet. Die Konzentration von Schmutz in der Kammer ist generell geringer als im Hauptteil der Leitung 20, wobei das strömende Medium in der Kammer 50 in gewissem Maße stagniert, so daß im Vergleich zum Hauptteil der Leitung 20 geringere Verwirbelungen vorhanden sind. Der höhere Druck in der Kammer 50 erhöht auch die Empfindlichkeit.

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Die Figuren 6 bis 10 zeigen schematisch unterschiedliche Ausführungen von Sonden, welche anstelle der Sonden nach den Figuren 2 bis 5 verwendbar sind.

Figur 6 zeigt eine zylindrische Sonde 22a mit einer (nichtdargestellten) Einlaßöffnung, welche mit einem Kanal 51 kommuniziert, der durch einen Endabschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser der Sonde 22a verläuft. Der Kanal 51 führt zu einer Auslaßöffnung 53 in einer Endfläche 54 mit reduziertem Durchmesser der Sonde 22a. Der Endabschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erhöht die Saugwirkung, was zu einem größeren Differenzdruck, einer stärkeren Strömung und einer besseren Empfindlichkeit führt.

Figur "7 zeigt eine zylindrische Sonde 22b mit einer (nichtdargestellten) Einlaßöffnung, welche mit einem Kanal 52 kommuniziert, der zu einer Ausnehmung 53 in der Sonde 22b führt. Diese Ausnehmung 53, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Kanals 52 ist, ist in einer dünnen gekrümmten Umfangswand 54 vorgesehen. Die Ausnehmung 53 besitzt ein offenes Ende 55, das die Auslaßöffnung der Son-* de 22b bildet. Diese Ausgestaltung nach Figur 7 unterstützt die Verbesserung der Linearität. ,

Figur 8 zeigt eine Sonde 22c, welche im wesentlichen der Sonde nach Figur 2 entspricht. Diese Sonde besitzt jedoch eine ■ Abschirmung 56 für eine Auslaßöffnung 57, um Einflüsse von der Rohrleitungwand auszuschalten.

Figur 9 zeigt eine Sonde 22d mit einem Teil 52 reduzierten Durchmessers sowie weiteren Gestaltungsmerkmalen entsprechend der Sonde 22a nach Figur 6, wobei zusätzlich eine Abschirmung 56 gemäß Figur 8 vorgesehen ist.

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Figur 10 zeigt eine Sonde 22e mit einer Ausnehmung 53 sowie weiteren Gestaltungsmerkmalen entsprechend der Sonde 22b nach Figur 7, wobei ebenfalls eine Abschirmung gemäß Figur 8 vorgesehen ist.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 5 bis 10 verbessern die Empfindlichkeit bei schwachen Strömungen, die Unempfindlichkeit gegen Schmutz, die Linearität in einem größeren Arbeitsbereich und ermöglichen die Verwendung der Vorrichtung in kleineren Rohren.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Untersuchung von strömenden Medien, welehe verschmutzt sein und/oder mehrere Phasen enthalten können, auf einen Parameter oder mehrere Parameter gleichzeitig, mit einer vom Medium durchströmten Hauptleitung, mit einer in die Hauptleitung oder in eine mit der Hauptleitung kommunizierende Kammer eingesetzten Sonde, in die eine Testströmung des Mediums aus der Hauptleitung eingeleitet und in die Hauptleitung zurückgeleitet wird, und mit einer Meßanordnung zur Untersuchung der Testströmung, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Sonde (22) eine Einlaßöffnung (24) besitzt, welche in der Hauptleitung (20, 30) in Strömungsrichtung gesehen auf der dem anströmenden Medium abgewandten Seite liegt und mit einer Auslaßöffnung (25, 53, 57) in einer Endfläche (26, 54.) der Sonde (22) kommuniziert, und daß die Endfläche (26, 54) innerhalb der Hauptleitung (20, 30) im Abstand von deren Wand angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (22) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich-. net, daß die Sonde (22) als Kreiszylinder ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (44) in der Sonde (22) montiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (44) ein Strömungsmesser ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (44) ein Dichte-Meßgerät mit einem schwingungsfähigen Testrohr ist,
wobei aus den Schwingungen des Testrohrs die Dichte der Testströmung bestimmbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (53) in einer
Endfläche (54) mit reduziertem Durchmesser der Sonde
vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung mit einem Kanal (52) kommuniziert, der zu einer Ausnehmung (53) in der Sonde (22b) führt, und daß die Ausnehmung (53) einen im Vergleich zum Durchmesser des Kanals (52) größeren Durchmesser sowie ein die Auslaßöffnung bildendes offenes
Ende besitzt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Abschirmung (56) für die Auslaßöffnung (57).

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