DE3044219A1 - Fluid flow vol. measuring appts. - has measured value generator with elastically deformable measuring member with elongation measuring strip(s) - Google Patents
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Abstract
Description
Einrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oderDevice for measuring the flow rates of gases or
Flüssigkeiten in Kanälen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen von Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten in Kanälen, insbesondere in Rohren, mit einem in dem Kanal anzuordnenden Meßwertgeber und einer Auswerte- und ggf. Anzeigeeinrichtung.Liquids in channels The invention relates to a device for measuring flow rates of gases or liquids in channels, in particular in pipes, with a measuring transducer to be arranged in the duct and an evaluation and, if applicable, display device.
Einrichtungen zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten sind nach verschiedenen Prinzipien bekannt.Devices for measuring the flow rates of gases or liquids are known according to different principles.
So werden beispielsweise in Rohrleitungen Blenden eingebaut.For example, orifices are installed in pipelines.
Vor und hinter der Meßstelle wird jeweils der Druck gemessen.The pressure is measured in front of and behind the measuring point.
In Verbindung mit der eintretenden Druckdifferenz kann dann auf die durchfließende Menge geschlossen werden. Auch die Verwendung von Venturirohren zur gezielten Einschnürung eines Flüssigkeits- oder Gasstromes ist zu diesem Zweck bekannt. Die Einrichtungen selbst sind aber sehr aufwendig und lassen eine Messung nur in relativ kleinen Mengenschwankungsbereichen zu.In connection with the occurring pressure difference, the flowing through volume are closed. Also the use of venturi tubes for Targeted constriction of a liquid or gas flow is known for this purpose. The facilities themselves are very complex and only allow a measurement in relatively small volume fluctuations.
Es ist weiterhin bekannt, die Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten in Kanälen mit Hilfe von Schwebekörpern zu messen die frei schwebend gegenüber einer Skala mit entsprechender Eichung dann die Menge anzeigen. Hier fällt kein elektrisches Signal an, so daß die Anwendung entsprechend begrenzt ist.It is also known the flow rates of gases or liquids to measure in canals with the help of floats that float freely compared to a Scale with appropriate calibration then show the amount. No electric falls here Signal on so that the application is limited accordingly.
Es sind weiterhin Meßeinrichtungen bekannt, die turbinenatig sich drehende Teile aufweisen. Derartige Geräte sind aufwendig und teuer. Ihre Einbringung in Kanälen setzt eine entsprechende Kanalgestaltung voraus.There are also measuring devices known that are turbine-based Have rotating parts. Such devices are complex and expensive. Your contribution in channels requires a corresponding channel design.
Schließlich ist es noch bekannt, über eine Erwärmung des Medium auf die Durchflußmeng rückzuschließen. Dabei wird durch ein heizbares Element eine entsprechende Wärmemenge an das Medium, dessen Durchfluß zu messen ist, übertragen. Von der Temperaturdifferenz zwischen dem Anfang und dem Ende der Meßstrecke kann auf die Durchflußmenge rückgeschlossen werden.Finally it is known about a heating of the medium to infer the flow rate. This is done by a heatable Element a corresponding amount of heat to the medium to measure its flow is transferred. From the temperature difference between the beginning and the end of the The flow rate can be deduced from the measuring section.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, die sich durch geringen Aufwand kennzeichnet, aber andererseits eine hohe Meßgenauigkeit zuläßt. Dabei geht es insbesondere darum, die Meßeinrichtung hinsichtlich ihrer erforderlichen bzw.The invention is based on the object of a device of the initially to show the type described, which is characterized by little effort, but on the other hand allows a high measurement accuracy. In particular, it is about the measuring device with regard to its required resp.
gewünschten Genauigkeit einfach an die Meßbedingungen anpassen zu können.simply adapt the desired accuracy to the measurement conditions can.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß-der Meßwertgeber einen unter Strömungsbedingungen elastisch verformbaren Meßkörper aufweist, der in seiner Verformungszone einen oder mehrere Dehnungsmeßstreifen trägtr deren Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge als Meßsignal für die Auswerteeinrichtung dienen. Die Erfindung nutzt in geschickter Weise die Verwendung von an sich bekannten DehnungsmeBstreifen dazu aus, um Durchflußmengen zu messen.- Dabei findet ein Meßkörper Verwendung, der zumindest einen Teilbereich, nämlich eine Verformungszone aufweist, innerhalb der er elastisch verformbar ausgebildet ist. Diese Verformung wird in einer Biege-Verformung bestehen, da der Meßkörper irgendwie an der Kanalwand ortsfest angeordnet sein- wird.- -Die Biegung kann sich in einer Stauchung bzw. in einer Dehnung äußern, je nachdem, welche Seite der Verfqrmungszone betrachtet-wird, entweder die der Strömung zugekehrte oder diejenige, die der Strömung abgekehrt ist-. Demgemäß ist es auch durchaus möglich, die Dehnungsmeßstreifen auf der einen oder-anderen Seite des Meßkörpers in der Verformungszone anzuordnenb Der Meßkörper weist neben seiner Verformungszone eine der Strömung ausgesetzte Prallzone auf. In dieser Prallzone wird versucht, möglichst representative Einflußgtößen der Strömung zu erfassen und mit ihr auf den Meßkörper bzw. - seine Verformungszone zu übertragen. Die Prallzone und die Verformungs zone des Meßkörpers können in ihren Abmessungen und in ihrer Anordnung auf die Geometrie des Kanals und die zu erwartende Durchflußmenge abgestimmt sein. Bei großer Durchflußmenge muß die Prallzone relativ kleiner ausgebildet sein, als bei geringen Durchflußmengen. Auch die Art des zu messenden Mediums wirkt sich hier aus. In der Formgebung für die Prallzone und die Verformungszone, auch in ihrem relativen Verhältnis zueinander, stehen dem Fachmann die verschiedensten Möglichkeiten zur Verfügung. Je nach dem vorgegebenen Meßproblem ist hier eine Anpassung möglich.According to the invention, this is achieved in that the transducer has a having elastically deformable measuring body under flow conditions, which in its Deformation zone one or more strain gauges carry their changes in resistance as a measurement signal for the evaluation device as a function of the flow rate or volume to serve. The invention makes clever use of what is known per se Use strain gauges to measure flow rates Use that has at least a partial area, namely a deformation zone, within which it is designed to be elastically deformable. This deformation is shown in a bending deformation exist, since the measuring body is somehow stationary on the channel wall be arranged- will.- -The bend can be in a compression or in a Express elongation, depending on which side of the deformation zone is being viewed, either the one facing the current or the one facing away from the current. Accordingly It is also quite possible to use the strain gauges on one side or the other Side of the measuring body to be arranged in the deformation zone b The measuring body In addition to its deformation zone, it has an impact zone exposed to the flow. In this impact zone an attempt is made to find the most representative influencing factors of the flow to detect and with her to the measuring body or - to transfer its deformation zone. The impact zone and the deformation zone of the measuring body can in their dimensions and in their arrangement on the geometry of the channel and the expected flow rate be coordinated. If the flow rate is large, the impact zone must be made relatively smaller than with low flow rates. The type of medium to be measured also has an effect out here. In the shaping of the impact zone and the deformation zone, too in their relative relationship to one another, there are many different available to the person skilled in the art Options available. Depending on the given measurement problem, there is an adjustment here possible.
Zwecks Vermeidung von Vibrationen empfiehlt es sich, den bießkörper bzw. zumindest dessen Prallzone strömungsgustig auszubilden.In order to avoid vibrations, it is advisable to use the bite body or at least to design its impact zone in a flow-favorable manner.
Der oder die Dehnungsmeßstreifen werden im Bereich maximaler Biege-Verformung an der Verformungszone des Meßkörpers vorne sehen, so daß bereits hier ein möglichst großes Meßsignal abnehmbar ist. Der oder die Dehnungsmeßstreifen können als Viertel-, Halb- oder Vollbrücke angeordnet sein. Derartige Brückenschaltungen sind für Dehnungsmeßstreifen an sich bekannt. Sie körben hier auch verwendet werden.The strain gauge or strain gauges are in the area of maximum bending deformation see at the deformation zone of the measuring body in front, so that a possible large measurement signal is removable. The strain gauge (s) can be used as quarter, Half or full bridge can be arranged. Such bridge circuits are for strain gauges known per se. You can use baskets here too.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Dehnungsmeßstreifen für die Messung von Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten in Kanälen in Verbindung mit einem Meßkörper mit Prallzone und Verformungszone.The invention relates to the use of strain gauges for the measurement of flow rates of gases or liquids in channels in connection with a measuring body with impact zone and deformation zone.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kanal mit den wesentlichen Teilen der Einrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kanal gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 4 einen weiteren Querschnitt bei einer anderen Ausführungsform, Fig. 5~ eine weitere Ausführungsmöglichkeit und Fig. 6 eine weitere Ausführungsmöglichkeit.Embodiments of the invention are shown in the drawings and described below. 1 shows a longitudinal section through a channel with the essential parts of the device, Fig. 2 shows a cross section through the Channel according to FIG. 1, FIG. 3 shows a cross section similar to FIG. 2 of a modified one Embodiment, FIG. 4 shows a further cross section in another embodiment, FIG. 5 shows another possible embodiment and FIG. 6 shows another possible embodiment.
In Fig. 1 ist ein Stück eines Kanales 1 dargestellt, der gemäß den Pfeilen 2 und 3 von einem Gas oder einer Flüssigkeit 4 durchströmt wird. In der Wandung 5 des Kanals 1 ist ein Meßkörper 6 ortsfest angeordnet, und zwar so, daß er infolge der Strömung des Gases oder der Flüssigkeit 4 elastisch verformbar ist, wie dies durch gestrichelte Linienführung angedeutet ist.In Fig. 1, a piece of a channel 1 is shown, which according to the A gas or a liquid 4 flows through arrows 2 and 3. In the Wall 5 of the channel 1, a measuring body 6 is fixedly arranged in such a way that it is elastically deformable as a result of the flow of gas or liquid 4, as indicated by dashed lines.
Der Meßkörper 6 besitzt eine Verformungszone 7 und eine Prallzone 8. Die Verformungszone 7 kann innerhalb oder außerhalb des wesentlichen Querschnittes des Kanals 1 angeordnet sein, während die Prall zone 8 so innerhalb der Strömung angeordnet ist, daß sie den representativen Einflußgrößen unterliegt. Der Meßkörper 6 besitzt in seiner Verformungszone einen oder mehrere Dehnungsmeßstreifen 9, die entweder auf der der Strömung zugekehrten oder auf dem der Strömung abgekehrten Seite der Verformungszone angebracht sind. Über eine elektrische Leitungsverbindung 10 werden die Widerstandsänderungen als Meßsignal gewonnen und einer Auswerteeinrichtung 11 zugeleitet, der eine Anzeigeeinrichtung 12 nachgeschaltet sein kann. Die Auswertung der Meßwertsignale kann in verschiedener Weise, wie bekannt, vorgenommen werden.The measuring body 6 has a deformation zone 7 and an impact zone 8. The deformation zone 7 can be inside or outside the essential cross section of the channel 1, while the baffle zone 8 so within the flow is arranged that it is subject to the representative influencing variables. The measuring body 6 has one or more strain gauges 9 in its deformation zone, which either on the one facing the current or on the one facing away from the current Side of the deformation zone are attached. Via an electrical line connection 10 the changes in resistance are obtained as a measurement signal and an evaluation device 11 fed, which a display device 12 can be connected downstream. The evaluation the measured value signals can be carried out in various ways, as is known.
Wie die Fig. 2 bis 6 zeigen, kann die Meßeinrichtung an den Kanalquerschnitt durchaus angepaßt werden. Gemäß Fig. 2 ist ein rechteckiger Kanalquerschnitt vorgesehen. In einem solchen Falle wird auch der Meßkörper 6 zweckmäßig rechteckigen Querschnitt besitzen, wobei die Verformungszone 7 der Einspannstelle des Meßkörpers 6 zugekehrt angeordnet ist.As shown in FIGS. 2 to 6, the measuring device can be attached to the channel cross-section be adapted. According to FIG. 2, a rectangular channel cross section is provided. In such a case, the measuring body 6 also expediently has a rectangular cross-section have, the deformation zone 7 facing the clamping point of the measuring body 6 is arranged.
Dort befinden sich ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen 9.One or more strain gauges 9 are located there.
Die Ausbildungsform gemäß Fig. 3 ist für rohrförmigen Kanal 1 und große Strömungsmengen, insbesondere bei Flüssigkeiten, vorgesehen. Der Meßkörper 6 ist als Meßzunge ausgebildet und besitzt etwa gleichen Querschnitt. Selbstverständlich ist der Meßkörper 6 in seinem Material an die Art des zu messenden Strömungsmediums 4 angepaßt.The embodiment according to FIG. 3 is for tubular channel 1 and large amounts of flow, especially in the case of liquids, are provided. The measuring body 6 is designed as a measuring tongue and has approximately the same cross section. Of course the measuring body 6 is in its material to the type of flow medium to be measured 4 adapted.
Die Ausbildungsform gemäß Fig. 4 ist zweckmäßig bei mittelgroßen Durchflußmengen. Die Prallzone 8 ist hier besonders ausgebildet, während die Verformungszone 7 relativ- klein ausgebildet ist, um die Durchbiegung an dieser Stelle zu vergrößern.The embodiment according to FIG. 4 is useful for medium-sized flow rates. The impact zone 8 is specially designed here, while the deformation zone 7 is relatively is made small in order to increase the deflection at this point.
Fig. 5 ist besonders für geringe Durchflußmengen geeignet.Fig. 5 is particularly suitable for low flow rates.
Durch die Verwendung von vier Dehnungsmeßstreifen 9 in Vollbrückenschaltung wird eine hohe Genauigkeit erzielt.By using four strain gauges 9 in a full bridge circuit a high level of accuracy is achieved.
Die Ausbildungsform gemäß Fig. 6 weist insofern eine Besonderheit auf, als die Pallzonen 8 besonders groß und die Verformungszone 7 besonders klein und zudem noch weitgehend außerhalb der Strömung angeordnet ist. Auch der Dehnungsmeßstreifen 9 befindet sich außerhalb der Verformungszone 7.The embodiment according to FIG. 6 has a special feature in this respect when the Pall zones 8 are particularly large and the deformation zone 7th is particularly small and is also largely arranged outside of the flow. The strain gauge 9 is also located outside the deformation zone 7.
Die Vorteile der Meßeinrichtung liegen in einer besonders wirtschaftlichen Meßmethode mit geringem Aufwand bei hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Es können große MeB-bereiche mit ein und derselben Einrichtung erfaßt werden.The advantages of the measuring device are particularly economical Measuring method with little effort with high accuracy and reproducibility. It large measurement areas can be recorded with one and the same device.
Die Einrichtung ist für Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen geeignet. Es bieten sich große und vielfältige Anpassungsmöglichkeiten und Variationen für unterschiedliche Meßaufgabe und Genauigkeitsansprüche.The device is equally suitable for gases and liquids. There are large and diverse customization options and variations for different measuring tasks and accuracy requirements.
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