DE4316344A1 - Strömungsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmeßeinrichtung zur berührungslosen Erfassung der Geschwindigkeiten elektrisch leitfähiger flüssiger Medien. Dabei wird die Wechselwirkung zwischen mindestens einem magnetischen Primärfeld und inhomogenen oder instationären Strömungsanteilen ausgenutzt. Diese werden von mindestens zwei magnetfeldmessenden Komponenten erfaßt, so daß daraus die Strömungsgeschwindigkeit und/oder -richtung ermittelt werden kann.

Abgesehen von allgemein bekannten Einrichtungen zum Messen der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten mit in das strömende Medium einzubringenden Meßsonden ist aus der DE 33 47 190 A1 ein induktives Sonden-Durchflußmeßsystem bekannt, das eine berührungslose Erfassung der Geschwindigkeiten elektrisch leitfähiger flüssiger Medien ermöglicht. Dabei wird vom strömenden Medium eine transformatorische Kopplung von drei zylindrischen Induktionsspulen verändert und daraus ein von der Strömungsgeschwindigkeit abhängiges Signal gewonnen.

Obschon bei dem bekannten induktiven Sonden-Durchflußmeßsystem durch ferromagnetische Spulenkerne die transformatorische Kopplung der Spulen verstärkt und dadurch auch eine Messung durch dickere Hüllrohre ermöglicht wird, ist dieses System mit einem wesentlichen Nachteil behaftet. Dieser besteht darin, daß die transformatorische Kopplung nicht allein durch die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, sondern auch beispielsweise durch die jeweilige Leitfähigkeit und Temperatur der Umgebung beeinflußt wird, wodurch zwangsläufig Meßfehler entstehen.

Weiterhin ist aus der DE 33 26 476 A1 eine Anordnung bekannt, die u. a. zur Bestimmung der Bewegungsgröße eines Gegenstandes dient, der durch seine Einwirkung ein magnetisches Wechselfeld zu andern vermag. Dabei sind unterschiedlich lokalisierte Magnetfeld-Sensoren im Einflußbereich des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen. Ausgangssignale der Magnetfeld-Sensoren lassen eine durch den zu bestimmenden Gegenstand bewirkte Beeinflussung des magnetischen Wechselfeldes erkennen.

Für diese bekannte Anordnung wird als wesentlicher Vorteil geltend gemacht, daß die von den Magnetfeld-Sensoren gelieferten Signale unabhängig von der Geschwindigkeit des zu bestimmenden Gegenstandes sind. Diesem Vorteil steht als bedeutsamer Nachteil gegenüber, daß bei der ausschließlichen Verwendung von Wechselfeldern zwischen diesen einerseits und dem zu messenden Körper andererseits keine Bauteile, wie z. B. Wände, aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet sein dürfen, um eine hinreichend genaue Messung durchführen zu können.

Schließlich ist in der Druckschrift "EUR 6296 DE I" der Kommission der Europäischen Gemeinschaften "technische forschung stahl - Messen und Analysen - Messen des Durchsatzes von flüssigem und festem Metall" ein Meßaufbau beschrieben (Seite 22 ff.) und schematisch dargestellt (Seite 55 ff.), wonach zur Messung der Geschwindigkeit von flüssigem Metall als Primärfeld ein homogenes Wechselfeld eingesetzt wird. Die Wechselwirkung dem Primärfeldes läßt sich jedoch mit der Strömung nur sehr bedingt und räumlich ungenau ausnutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmeßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß dich die Geschwindigkeiten und/oder Richtungen von elektrisch leitfähigen flüssigen Medien selbst dann genau erfassen lassen, wenn zwischen der Strömungsmeßeinrichtung und den Medien Bauteile, insbesondere Wände, angeordnet sind, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen oder solches enthalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Strömungsmeßeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale aufweist.

Durch das erfindungsgemäß als Gleichfeld ausgebildete Primärfeld kann dieses elektrisch leitfähige Bauteile verlustlos durchdringen. Durch die Ausprägung des erzeugten Feldes können die magnetfeldmessenden Komponenten an der Stelle maximaler Wechselwirkung des Primärfeldes mit den inhomogenen oder instationären Strömungsanteilen und somit im Bereich maximaler Magnetfeldänderungen liegen. Die gleichzeitige Auswertung mehrerer magnetfeldmessender Komponenten ermöglicht es, die nicht bewegungsbedingten Signalanteile bei der Auswertung, z. B. durch Korrelation, wirkungsvoll zu eliminieren. Die erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung erlaubt es somit nicht nur, die Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung des Mediums durch elektrisch leitfähige Bauteile hindurch zu messen, sondern auch die Meßeinrichtung in einem größeren Abstand zu dem fließenden Medium anzuordnen, ohne die Genauigkeit der Meßergebnisse zu beeinträchtigen. Die gleichzeitige Auswertung mehrerer magnetfeldmessender Komponenten erlaubt darüber hinaus die Bestimmung der Strömungsrichtung.

Nach Ausgestaltungen der Erfindung können die magnetfelderzeugenden Komponenten aus Spulen oder Permanentmagneten bestehen und auf einer dem elektrisch leitfähigen flüssigen Medium zugewandten Seite eines aus magnetisch leitendem Material hergestellten Trägers angeordnet sein. Der Träger aus magnetisch leitendem Material kann z. B. ein Joch sein, das raumliche Bereiche definiert, in denen das Primärfeld verläuft.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden mehrere magnetfelderzeugende und -messende Komponenten Komponentenkombinationen, die so angeordnet sind, daß eine gleichzeitige Messung der Geschwindigkeitskomponente in verschiedenen Raumrichtungen möglich ist.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß mit einer oder mehreren der magnetfeldmessenden Komponenten eine oder mehrere elektronische Auslese- und/oder Auswerte- und/oder Verstärkungseinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

Es kann auch vorteilhaft sein, die magnetfelderzeugenden und -messenden Komponenten in eine Wand oder an eine solche oder auch in einem Abstand von dieser anzubringen, wobei die Wand Bestandteil eines Behälters oder Kanals sein kann.

Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, die magnetfelderzeugenden und -messenden Komponenten und/oder die elektronische Auslese- oder Auswerteeinheit im Bedarfsfall gegen Hitzeeinwirkungen zu isolieren und/oder zu kühlen.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 die einem gestreckten Kanal zugeordnete Meßeinrichtung und

Fig. 2 die einem Kanalverteiler zugeordnete Meßeinrichtung.

Das abgebrochen dargestellte Teilstück eines Kanals 1 dient dem Durchfluß eines elektrisch leitfähigen flüssigen Mediums, dessen Geschwindigkeiten gemessen werden sollen.

Das Medium durchfließt ein von auf der Außenseite des Kanals 1 angeordneten Komponenten 2 erzeugtes Magnetfeld, das mehrere raumliche Gradienten aufweist. Durch strichpunktierte Linien 3, die senkrecht zur Längsachse des Kanals 1 jeweils zwischen benachbarten magnetfelderzeugenden Komponenten 2 verlaufen, sind die Ebenen angedeutet, in denen die Gradienten ihr Maximum aufweisen. In diesen Ebenen sind magnetfeldmessende Komponenten 4 auf der Außenseite des Kanals 1 angeordnet, die der Seite des Kanals 1 mit den magnetfelderzeugenden Komponenten 2 gegenüberliegt. Signale der Komponenten 4 werden einer Auswerteeinheit 5 zugeleitet.

Die Wechselwirkung einer Inhomogenität des strömenden Mediums mit dem erzeugten Magnetfeld tritt nacheinander in allen magnetfeldmessenden Komponenten 4 auf, so daß aus deren Abstand voneinander und der Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Signalen unmittelbar die Geschwindigkeit bestirnt werden kann.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 ermöglicht die Messung der Geschwindigkeitskomponenten in verschiedenen Raumrichtungen. Fließt gemäß diesem Anordnungsbeispiel ein Medium über einen Zuflußkanal 6 einem Kanalverteiler 7 zu und über daran angeschlossene, rechtwinklig versetzt zueinander ausgerichtete Abflußkanäle 8 und 9 ab, kann die Geschwindigkeitskomponente x im Kanalverteiler 7 durch eine Komponentenkombination 10 und die Geschwindigkeitskomponente Y durch eine weitere Komponentenkombination 11 erfaßt werden. Die Anordnung der Komponentenkombinationen 10 und 11 ist dabei so getroffen, daß einige Komponenten gleichzeitig sowohl zur Geschwindigkeitsbestimmung für die X-Richtung als auch zur Geschwindigkeitsbestimmung für die Y-Richtung wirksam sind.

Claims (5)

1. Strömungsmeßeinrichtung zur berührungslosen Erfassung der Geschwindigkeiten elektrisch leitfähiger flüssiger Medien unter Ausnutzung der Wechselwirkung zwischen mindestens einem magnetischen Primärfeld und inhomogenen oder instationären Strömungsanteilen, die von mindestens zwei magnetfeldmessenden Komponenten erfaßt und bei der daraus die Strömungsgeschwindigkeit und/oder -richtung ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärfeld ein Gleichfeld ist, das durch mindestens eine felderzeugende Komponente (2) erzeugt wird, wobei die Wirkrichtung von Primärfeld und magnetfeldmessenden Komponenten (4) im wesentlichen senkrecht zu der zu messenden Komponente der Strömungsgeschwindigkeit steht und die magnetfeldmessenden Komponenten (4) in Richtung der zu messenden Strömungskomponente hintereinander angeordnet sind, und daß das Primärfeld mindestens einen Gradienten in der zu messenden Bewegungsrichtung hat.

2. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß magnetfelderzeugende Komponenten (2) aus Spulen oder Dauermagneten bestehen.

3. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugenden Komponenten (2) auf einer dem elektrisch leitfähigen flüssigen Medium zugewandten Seite eines aus magnetisch leitendem Material hergestellten Trägers angeordnet sind.

4. Strömungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere magnetfelderzeugende und -messende Komponentenkombinationen (10 bzw. 11), die so angeordnet sind, daß eine gleichzeitige Messung der Geschwindigkeitskomponenten in verschiedenen Raumrichtungen möglich ist.

5. Strömungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer oder mehreren der magnetfeldmessenden Komponenten (4) eine oder mehrere elektronische Auslese- und/oder Auswerte- und/oder Verstärkungseinheiten (5) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.