DE69411793T2

DE69411793T2 - Wirbeldurchflussmesser mit zweiflügeligem Strouhalnummernkorrektor

Info

Publication number: DE69411793T2
Application number: DE69411793T
Authority: DE
Inventors: William H. Mequon Wisconsin 53092 Vander Heyden
Original assignee: Badger Meter Inc
Current assignee: Badger Meter Inc
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1994-01-15
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2014-01-16
Also published as: EP0619473A1; DK0619473T3; EP0619473B1; US5347873A; DE69411793D1; ES2118983T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Messung von Fluidströmung durch Detektion von Karmanwirbeln. Insbesondere ist die Erfindung ein verbesserter Wirbeldurchflußmesser, der Änderungen in der Strouhalnummer, Dimensionsänderungen eines stumpfen Körpers oder Meßfehler kompensiert, die mit Zuständen in einem Rohr in Verbindung stehen, die das Fluidgeschwindigkeitsprofil verzerren.
Die Genauigkeit von Wirbeldurchflußmessern hängt zum Teil von der Verwendung eines richtigen Wertes für die Strouhalnummer Ns ab. Die Strouhalnummer ist eine dimensionslose Strömungszahl, die mit der Stabilität einer Fluidströmung in Beziehung steht, wenn ein Hindernis in der Strömung angeordnet ist. Wenn die Strouhalnummer für einen bestimmten Wirbeldurchflußmesser einmal bestimmt oder kalibriert ist, bleibt sie typischerweise konstant, wenn das Meßgerät arbeitet. Das heißt, daß die Strouhalnummer üblicherweise vor der Installation vorbestimmt werden kann, ohne Genauigkeit des Durchflußmessers zu opfern. Jedoch ändert sich die Strouhalnummer wesentlich bei sehr hohen (d. h. 2,000,000) oder sehr niedrigen (d. h. 20,000) Reynold's-Zahlen Re. Sie macht auch eine scheinbare Änderung durch, wenn Leitungsbedingungen von idealen Bedingungen geändert werden, was sich in kleinen Fehlern bei der Messung zeigt. Unter diesen Umständen oder jeden anderen Umständen, bei denen sich die Strouhalnummer nach der Einrichtung ändert, könnte ein Durchflußmesser ungenau sein.
Die Genauigkeit von Wirbeldurchflußmessern hängt auch teilweise von der Verwendung der richtigen charakteristischen Dimension für ein Hindernis (d. h. einen stumpfen Körper) ab, der im Strömungsweg angeordnet ist. Weil Wirbeldurchflußmesser über die Zeit arbeiten, neigen diese Hindernisse zur Erosion und ihre charakteristische Dimension ändert sich. Mit der Zeit bewirkt dies, daß Wirbeldurchflußmesser ungenau werden.
Zusätzlich hängt die Genauigkeit eines gewöhnlichen Durchflußmessers von dem Geschwindigkeitsprofil des Fluids ab, wenn es sich dem stumpfen Körper annähert und auf diesen trifft. Damit Wirbeldurchflußmesser genau sind, ist es üblicherweise erforderlich, daß das Geschwindigkeitsprofil voll entwickelt ist. Gewisse Bereiche von Leitungen, wie z. B. Kniestücke oder Rohraufweiter, verzerren ein Geschwindigkeitsprofil. Daher sollten gewöhnliche Wirbeldurchflußmesser nur nach vielen Röhrendurchmessern geraden Rohres installiert werden. Dies kann ein lästiges Erfordernis sein. Insbesondere weil Geschwindigkeitsprofile nicht nur nach Rohrkrümmungen verzerrt sein können, sondern auch wenn innere Röhrendurchmesser an Rohrverbindungen nicht zusammenpassen oder sogar wenn der Reibungsfaktor von Rohrwänden sich ändert.
Im Allgemeinen ist die Arbeitsweise von Wirbeldurchflußmessern wohlbekannt. Ein langgestrecktes Hindernis, als stumpfer Körper bezeichnet, wird quer zur Richtung des Fluidstromes innerhalb einer Leitung angeordnet und erzeugt hinter sich bzw. im Nachlauf Wirbel. Die Wirbel werden abwechselnd von gegenüberliegenden Seiten des stumpfen Körpers induziert und abgegeben. Dies ist der Karmaneffekt. Die Frequenz der Wirbelablösung ist umgekehrt proportional zur Breite des stumpfen Körpers und direkt proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit, so daß die Detektion der Frequenz Signale erzeugt, die auf die Fluidströmungsgeschwindigkeit schließen lassen. Die gemessene Fluidstromgeschwindigkeit am stumpfen Körper vorbei, Vm, wird durch die Gleichung beschrieben:
wobei Ns die Strouhalnummer, fm die gemessene Ablösefrequenz und D der Durchmesser bzw. die Breite des stumpfen Körpers ist.
Wirbel werden in Paaren erzeugt, die oft als zwei Reihen bezeichnet werden, und sind an beiden Seiten der Längsachse des stumpfen Körpers angeordnet. Die Drehrichtung der einzelnen Wirbel ist so, daß jeder den anderen verstärkt und sich mit dem anderen vereinigt. Wenn sich die Wirbel vom stumpfen Körper wegbewegen, ist das Resultat ein Verlust von individuellem Charakter jedes Wirbels und die Erzeugung einer sinusartigen Fluidbewegung quer zur Richtung der Geschwindigkeit des Fluides. Im Ergebnis bilden die Wirbel eine stehende Querwelle bzw. Schubwelle jenseits des stumpfen Körpers mit einer Wellenlänge, die gegeben ist durch:
wobei V die tatsächliche Fluidströmungsgeschwindigkeit am stumpfen Körper vorbei und fvor die tatsächliche Ablösefrequenz ist.
Die sinusartige Welle ist beständig mit normalerweise erwarteten Verlust, wenn sie nicht durch mechanische Mittel gestört wird. Im Allgemeinen nimmt die Stärke der Wirbel mit zunehmender Geschwindigkeit und mit zunehmender Fluiddichte in der Beziehung V² zu.
Es ist eine Vielzahl von Mitteln zur Detektion von Wirbeln vorgeschlagen worden inklusive der Verwendung von akustischer Detektion (US Patent 3 886 794, ausgegeben am 3. Juni 1975 für McShane), heißen Drähten (US Patent 4 275 602, ausgegeben am 30. Juni 1981 für Fujishiro, et al), und einem physikalischen Glied, das stromabwärts des Hindernisses angeordnet ist und Ablenkungen unterworfen ist, wenn abwechselnde Wirbel vorbeigehen. In diesem zuletzt genannten Ansatz nimmt das physikalische Glied oft die Form eines Flügels an und der Flügel kann entweder drehbar in der Leitung befestigt sein (US Patent 4 181 020, ausgegeben am 1. Januar 1980 für Herzl) oder kann an der Leitung befestigt sein (US Patent 4 699 012 ausgegeben am 13. Oktober 1987 für Lew, et al). Eine Phasendifferenz zwischen Signalen von voneinander beabstandeten Sensoren stromabwärts eines Wirbelerzeugers ist bestimmt worden in DE-A-32 20 539 und US-A-4910994.
Ein wesentlicher Nachteil bei heutigen Wirbeldurchflußmessern ist, daß sie manchmal ungenau sind, weil die gemessene Fluidströmungsgeschwindigkeit Vm, wie sie durch die gemessene Ablösefrequenz fm bestimmt wird, von der Strouhalnummer Ns, der charakteristischen Dimension D des stumpfen Körpers und vom Fluidgeschwindigkeitsprofil abhängt; und heutige Wirbeldurchflußmesser kompensieren nicht Änderungen in diesen Bedingungen, die nach der Installation auftreten können. Die vorliegende Erfindung verbessert die Genauigkeit von Wirbeldurchflußmessern durch Kompensation von Strömungsmessungen bzgl. Änderungen, die in diesen Bedingungen nach der Installation auftreten können.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Der Wirbeldurchflußmesser hat einen Körper mit einem Strömungsdurchlaß, einen langgestreckten Wirbelerzeuger im Strömungsdurchlaß quer zur Richtung der Strömung durch den Durchlaß, einen ersten Flügel im Durchlaß stromabwärts des Erzeugers und einen zweiten Flügel in dem Durchlaß stromabwärts des ersten Flügels. Der Wirbelerzeuger erzeugt eine stehende Schubwelle. Jedem Flügel ist ein Sensor zugeordnet, um ein Signal als Antwort auf die Bewegung von jedem Flügel bereitzustellen. Es werden Mittel bereitgestellt zur Bestimmung einer Phasendifferenz Δφm zwischen den Signalen, die die Bewegung des ersten und des zweiten Flügels repräsentieren.
Es ist bevorzugt, daß die Erfindung eine Fluidgeschwindigkeit Vm gemäß
bestimmt, wobei Δφm eine während des Betriebs des Flußmessers bestimmte Phasendifferenz, Δφc eine vor Betrieb des Flußmessers bestimmte kalibrierte Phasendifferenz, fm eine Wirbelablösefrequenz, D eine charakteristische Dimension in Zusammenhang mit den Wirbelerzeuger, wie sie vor Betrieb des Flußmessers bestimmt ist, und Nsi eine anfängliche Strouhalnummer ist, wie sie vor Betrieb des Flußmessers bestimmt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Phasendifferenz Δφm unter Verwendung einer Schaltung oder eines Mikroprozessors bestimmt.
In der obigen Gleichung kann der Ausdruck fm (Δφc/Δφm) durch einen einzigen Ausdruck fcorr ersetzt werden, der die korrigierte Wirbelfrequenz repräsentiert.
Der Sensor kann eine Vielzahl von Formen annehmen, inklusive thermischen, optischen und druckempfindlichen Sensoren. Vorzugsweise sind die Sensoren piezoelektrische Wandler, die innerhalb der Flügel montiert sein können.
Die Erfindung ruht auch in einem Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluide, das durch einen Strömungsdurchlaß strömt, wie in Anspruch 7 definiert.
Es ist ein Hauptziel der Erfindung, einen extrem genauen Wirbeldurchflußmesser zu schaffen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Wirbeldurchflußmesser zu schaffen, der im wesentlichen Meßfehler eliminiert, die aus Änderungen der Strouhalnummer oder Erosion des stumpfen Körpers resultieren.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Wirbeldurchflußmesser mit einer verbesserten Unempfindlichkeit gegen Ungenauigkeiten zu schaffen, die durch nicht-einheitliche Geschwindigkeitsprofile verursacht werden.
Die vorhergehenden und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung erscheinen. In der Beschreibung wird Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutern.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Längsansicht in Vertikalschnitt durch einen Flußmesser gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Ansicht im vertikalen Querschnitt in der Ebene der Linie 2-2 von Figur. 1;
Fig. 3 ist eine Ansicht im Längsschnitt in der Ebene der Linie 3-3 von Fig. 1;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Schaltung zeigt, die eine Phasendifferenz gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Wirbeldurchflußmesser hat einen Körper 10 von relativ starrer Konstruktion, so daß er sich als Einheit bewegt, wenn er äußeren Kräften, wie Vibrationen, ausgesetzt ist. Der Flußmesserkörper 10 ist angepaßt zur Einführung in die Rohrleitung für die Fluidströmung, die gemessen werden soll. Der Körper 10 definiert einen Strömungsdurchlaß 11 mit kreisförmigem Querschnitt. Ein Hindernis 12 in Form eines langgestreckten stumpfen Körpers ist über den Strömungsdurchlaß 11 und entlang der Längsachse 13 des Strömungsdurchlasses angeordnet. In bekannter Weise wird das Hindernis 12 als Wirbelerzeuger wirken, der Wirbelreihen auf beiden Seiten der Längsachse erzeugt.
Stromabwärts des Wirbelerzeugers 12 innerhalb des Strömungsdurchlasses 11 ist ein erster Flügel 15, der an seiner Oberseite starr mit dem Körper 10 verbunden ist. Alternativ kann der Flügel 15 an dem Körper 10 über ein weiches, flexibles Glied angebracht sein. Der erste Flügel 15 erstreckt sich abwärts quer zur Richtung der Strömung durch den Durch laß 11 und durch die Längsachse 13. Das untere Ende des Flügels 15 ist frei vom Körper 10, so daß der erste Flügel 15 innerhalb des Strömungsdurchlasses 11 einseitig eingespannt ist. Ein zweiter Flügel 16, der in seiner Konstruktion identisch mit dem ersten Flügel 15 ist, ist stromabwärts des ersten Flügels 15 angeordnet.
Beide Flügel 15 und 16 enthalten innerlich eingebettete Sensoren 18 bzw. 19. Die Sensoren 18 und 19 liegen in der Form piezoelektrischer Wandler vor. Die Sensoren 18 und 19 sind von bekannter Konstruktion und sie weisen eine piezoelektrische Keramik auf, die, wenn sie Belastung ausgesetzt wird, ein Spannungssignal erzeugen wird, das auf die Belastung schließen läßt. Verwendbare Keramiken wären solche, die von Keramos, Inc. in Indianapolis, Indiana hergestellt sind und als Kezite K15- und K350-Keramiken bezeichnet werden. Wenn ein Flügel 15 oder 16 durch Wirbelaktivität verdrängt wird, wird der zugeordnete Sensor 18 oder 19 Belastung ausgesetzt und der Sensor erzeugt ein mit der Wirbelaktivität in Beziehung stehendes Signal. Das Signal von jedem Sensor 18 und 19 wird kontinuierlich zu einem Mikroprozessor 22 übertragen, wo die Wirbelaktivität analysiert wird.
In Bezug auf Fig. 3 lösen sich die Wirbel V vom Wirbelerzeuger 12 ab. Der Abstand zwischen den Wirbeln hängt von der charakteristischen Dimension D des Wirbelerzeugers 12 und der Strouhalnummer Ns der Strömung ab. Obwohl die Wirbel unabhängig von jeder Seite des Wirbelgenerators 12 abgelöst werden, zeigte Von Karman, daß eine stabile Ablösung nur existieren kann, wenn die Spirale von jedem Wirbel ihren gegenüberliegenden Partner verstärkt. Es ist daher nützlich zu erwägen, daß gegenüberliegend abgelöste Wirbel eine dynamische Welle bilden, die über die Bereiche der Flügel 15 und 16 hin und her oszilliert. Dies wird schematisch in Fig. 3 durch die Welle 20 erläutert. Obwohl die Welle 20 in Fig. 3 als reguläre sinusartige Kurve dargestellt ist, würde die Welle in Wirklichkeit sehr chaotisch und etwas hyperbolisch sein. Die zwei Flügel 15 und 16 sind vorzugsweise innerhalb der Wege der Wirbelstrasse derart angeordnet, daß die Flügel Ablenkungen ausgesetzt sind, die durch Wirbel verursacht sind, die um 180º außer Phase sind. Damit die Flügel 15 und 16 Ablenkungen ausgesetzt werden können, die durch um 180º gegeneinander phasenversetzte Wirbel verursacht werden, sind die Flügel 15 und 16 um einen Abstand W voneinander beabstandet, der ein vielfaches der halben Wellenlänge, d. h. n 1/2 λ der durch den Wirbelerzeuger 12 erzeugten Wirbelstrasse ist. Daher wird, während ein Flügel durch die Wirbel in eine Richtung ausgelenkt wird, der andere Flügel in die entgegengesetzte Richtung bezogen auf die Längsachse 13 ausgelenkt werden.
Unter idealen Bedingungen kann die Fluidgeschwindigkeit Vm durch Messung der Ablösefrequenz fm unter Verwendung der folgenden Beziehung gemessen werden:
wobei D der charakteristische Durchmesser des stumpfen Körpers 12 und Nsi die Strouhalnummer ist, wie sie unter idealen Bedingungen bestimmt ist. Die Ablösefrequenz fm kann in den Mikroprozessor 22 kontinuierlich durch Analyse eines Signals von jedem Sensor 18 oder 19 bestimmt werden, wie es allgemein im Stand der Technik bekannt ist. Unter idealen Bedingungen sind der charakteristische Durchmesser D des stumpfen Körpers und die Strouhalnummer Nsi bekannt und sind konstant. Jedoch können während des Betriebs Ungenauigkeiten auftreten, wenn entweder der charakteristische Durchmesser D erodiert oder die Strouhalnummer Ns fluktuiert oder driftet. Die vorliegende Erfindung kompensiert diese Ungenauigkeiten durch kontinuierliche Beobachtung der Signale von Sensoren 18 und 19, um eine tatsächliche Phasendifferenz Δφm zwischen den Signalen zu bestimmen und verwendet diesen Wert um Gleichung (1) nachzustellen bzw. einzustellen.
Die Wellenlänge λ der stehenden Schubwelle, die sich jenseits des stumpfen Körpers bildet, ist gegeben durch:
Die Wellenlänge λ variiert mit Veränderungen in der charakteristischen Dimension des stumpfen Körpers und Veränderungen bei der Strouhalnummer Ns, die während des Betriebs des Durchflußmessers auftreten können. Mit Bezug auf Fig. 3 ist der zweite Flügel 16 um einen Abstand W stromabwärts vom ersten Flügel 15 angeordnet. Die Phasendifferenz Δφ der Wirbelwelle zwischen dem ersten Flügel 15 und dem zweiten Flügel 16 wird repräsentiert durch
wobei die Phasendifferenz Δφm im Bogenmaß gemessen wird. Die tatsächliche Phasendifferenz Δφ zwischen dem ersten und dem zweiten Flügel kann in dem Mikroprozessor 22 durch Vergleich der Wirbelaktivität bei jedem Flügel 15 und 16 unter Verwendung konventioneller Techniken bestimmt werden. Fig. 4 zeigt die Logik einer Schaltung 25 zur Bestimmung der tatsächlichen Phasendifferenz Δφm.
Mit Bezug auf Fig. 4 werden die Signale S&sub1; und S&sub2; von den Sensoren 18 bzw. 19 in der Schaltung 25 kombiniert, um die tatsächliche Phasendifferenz Δφm zu bestimmen. Die Signale S&sub1; und S&sub2; sind im allgemeinen sinusartig, aber S&sub2; ist unge fähr 180º außer Phase mit S&sub1;, weil Sensor 19 ungefähr um eine halbe Wellenlänge stromabwärts des Sensors 18 angeordnet ist. Ladungsverstärker 23 und 24 können nötig sein, um die Signale S&sub1; und S&sub2; von den Sensoren 18 und 19 zu verstärken, bevor die Signale in der Schaltung 25 analysiert werden. Das verstärkte Signal S&sub1; wird in eine invertierte Rechteckwelle D&sub1; umgewandelt durch einen Analog/Digital-Wechselrichter/Umwandlertor 26. Die invertierte Rechteckwelle D&sub1; ist eine binäre Repräsentation über die Zeit, die anzeigt, wann der Sensor 18 aus einer neutralen Position ausgelenkt ist. Das verstärkte Signal S&sub2; wird durch ein Analog/Digital-Umwandlertor 27 in eine Rechteckwelle D&sub2; umgewandelt, aber das Signal S&sub2; wird nicht invertiert. Die Rechteckwelle D&sub2; ist eine binäre Repräsentation über die Zeit, die anzeigt, wann der Sensor 19 aus der neutralen Position ausgelenkt ist.
Die Rechteckwellen D&sub1; und D&sub2; werden in einem logischen "exklusiv-oder"-Tor 28 verglichen. Die Ausgabe aus dem "exklusiv-oder"-Tor 28 kann als eine Schrittfunktion mit einem niedrigen Wert beschrieben werden, wenn die Signale D&sub1; und D&sub2; gleichzeitig hoch oder gleichzeitg niedrig sind; und mit einem hohen Wert, wenn D&sub1; und D&sub2; außer Phase sind. Die Ausgabe von dem "exklusiv-oder"-Tor 28 wird dann mit der umgekehrten Rechteckwelle D&sub1; durch ein logisches "und"-Tor 29 verglichen, um zu bestimmen, ob Signal D&sub1; dem Signal D&sub2; nacheilt oder voreilt. Die Ausgabe von dem "exklusiv-oder"- Tor 28 wird auch einem Tiefpaßfilter 30 bereitgestellt, um die Größe der Phasendifferenz zwischen D&sub1; und D&sub2; zu bestimmen. Ein Tiefpaßfilter 30 ist für diesen Zweck ausreichend, weil Änderungen in der gemessenen Phasendifferenz Δφm langsam im Vergleich zur Wirbelfrequenz sind. Der Wert von Δφm kann somit in einer relativ kontinuierlichen Weise durch Beobachtung der Ausgabe des logischen "und"-Tors 29 und des Tiefpaßfilters 30 bestimmt werden.
Es sollte anerkannt werden, daß es andere im Stand der Technik bekannte Wege zur Bestimmung einer Phasendifferenz zwischen zwei Wellen gibt. Jedes dieser Verfahren sollte für die vorliegende Erfindung ausreichend sein.
Unter idealen Bedingungen bevor der Flußmesser in einem Bereich, wie einem Labor, installiert wird, sind die charakteristische Dimension D und die ideale Strouhalnummer Nsi bekannt und die Wellenlänge λ der stehenden Welle unter idealen Bedingungen kann unter Verwendung von Gl. (2) gemessen werden. Der zweite Flügel 16 wird dann in einem Abstand gleich einem halben λ stromabwärts des ersten Flügels 15 plaziert. Das Meßgerät kann dann im Labor getestet werden, um eine kalibrierte Phasendifferenz Δφc zwischen dem ersten und dem zweiten Flügel zu bestimmen. Der Wert für Δφc sollte ungefähr 180º sein, weil der zweite Flügel 16 vorzugsweise ungefähr ein halbes λ stromabwärts des ersten Flügels 15 plaziert wird.
Nachdem der Flußmesser in dem Bereich für den Betrieb installiert wurde, wird die tatsächliche Phasendifferenz Δφm zwischen den beiden Flügeln 15 und 16 kontinuierlich gemessen. Die tatsächliche Phasendifferenz Δφm zwischen dem ersten 15 und zweiten 16 Flügel kann mit Änderungen in der charakteristischen Dimension D des stumpfen Körpers, mit Änderungen in der Strouhalnummer Ns und mit durch Installationsbedingungen bewirkten Änderungen in dem Fluidgeschwindigkeitsprofil variieren. Tatsächlich kann mit Bezugnahme auf Gln. (2) und (3) gesehen werden, daß Variationen in der Phasendifferenz Δφm so sind, daß:
wobei
das Verhältnis vom charakteristischen Durchmesser des stumpfen Körpers zur Strouhalnummer zu der Zeit ist, in der Δφm während des Betriebs gemessen wird, und
das selbe Verhältnis ist, aber bestimmt durch Testen und Kalibrieren vor der Installation.
Gleichung (1), die für ideale Bedingungen ist, kann daher eingestellt werden, um Variationen in der charakteristischen Dimension D des stumpfen Körpers, der Strouhalnummer Ns oder dem Geschwindigkeitsprofil durch Aufnahme des Verhältnisses
zu korrigieren:
Gemäß Gleichung (5) mißt der Wirbeldurchflußmesser die Fluidgeschwindigkeit Vm durch kontinuierliche Messung sowohl der Wirbelablösefrequenz fm als auch der Phasendifferenz Δφm der stehenden Schubwelle zwischen den beiden Flügeln 15 und 16. Das Meßgerät mißt daher akkurat Fluidgeschwindigkeit Vm durch kontinuierliche Kompensation von Variationen in der charakteristischen Dimension des stumpfen Körpers, des Geschwindigkeitsprofils oder der Strouhalnummer Ns.
Wenn die tatsächliche Phasendifferenz Δφm stark unterschiedlich von Π (d. h. 180º) wird, ist der stumpfe Körper zerstört und sollte ausgetauscht werden.
Obwohl die Erfindung mit piezoelektrischen Wandlern als die Sensoren dargestellt wird, könnten andere Formen von Sensoren verwendet werden, inklusive anderer Formen von Drucksensoren. Z. B. könnte die Bewegung der Flügel optisch oder akustisch detektiert werden.
Die Bezeichnung "Flügel", wie sie in dieser Anmeldung gebraucht wird, soll nicht im einschränkenden Sinne gemeint sein und nicht gemeint sein, um eine bestimmte Form oder Struktur zu definieren. Stattdessen wird der Ausdruck verwendet, um ein physikalisches Element zu bezeichnen, daß stromabwärts des Wirbelerzeugers angeordnet ist und daß Auslenkungen durch die Wirbelstrassen ausgesetzt sein wird.

Claims

1. Wirbeldurchflußmesser mit einem Körper (10) mit einem Durchlaß (11) zur Durchströmung mit einem Fluid in einer Längsrichtung, und einem in dem Durchlaß (11) angeordneten Wirbelerzeuger (12) zur Übertragung von Wirbeln stromabwärts, der Wirbeldurchflußmesser gekennzeichnet durch:

einen ersten Wirbelsensor (18), der an einer ersten Sensorposition stromabwärts von dem Wirbelerzeuger (12) angeordnet ist, wobei der erste Wirbelsensor (18) ein erstes Signal (S&sub1;) der Wirbelfrequenz, fm, als Antwort auf den Durchgang von Wirbeln durch die erste Sensorposition erzeugt;

einen zweiten Wirbelsensor (19), der an einer zweiten Sensorposition stromabwärts von dem Wirbelerzeuger (12) angeordnet ist, wobei der zweite Wirbelsensor (19) ein zweites Signal (S&sub2;) der Wirbelfrequenz, fm, als Antwort auf den Durchgang von Wirbeln durch die zweite Sensorposition erzeugt, wobei das zweite Signal (S&sub2;) gegenüber dem ersten Signal (S&sub1;) phasenverzögert ist;

Mittel (22, 25) zur Bestimmung einer gemessenen Phasendifferenz Δφm zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal;

Mittel (22, 25) zum Vergleichen der gemessenen Phasendifferenz Δφm mit einer Kalibrierungsphasendifferenz Δφc, die die Phasendifferenz zwischen der ersten Sensorposition und der zweiten Sensorposition unter vorbetrieblichen Kalibrierungsbedingungen repräsentiert; und

Mittel (22) zur Bestimmung einer korrigierten Wirbelfrequenz, fcorr, des Durchflußmessers während des Betriebs als Antwort auf ein Verhältnis der vorbestimmten Kalibrierungsphasendifferenz Δφc zu der gemessenen Phasendifferenz Δφm.

2. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

der erste Wirbelsensor (18) in dem Durchlaß (11) in einem ersten Flügel (15) stromabwärts des Wirbelerzeugers (12) angeordnet ist; und

wobei der zweite Wirbelsensor (19) in dem Durchlaß in einem zweiten Flügel (16) stromabwärts des Wirbelerzeugers (12) angeordnet ist.

3. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (18, 19) piezoelektrische Wandler sind.

4. Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Bestimmung der gemessenen Phasendifferenz, Δφm, eine Schaltung (25) zum Vergleichen der Signale von dem ersten und dem zweiten Wirbelsensor aufweist, der in dem ersten, bzw. dem zweiten Flügel (18, 19) angeordnet ist.

5. Wirbeldurchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel (22) zur Bestimmung einer Fluidgeschwindigkeit Vm gemäß der folgenden Beziehung:

bei der Δφm die bestimmte Phasendifferenz ist, Δφc eine kalibrierte Phasendifferenz ist, wie sie vor dem Betrieb des Durchflußmessers bestimmt wird, fm die Wirbelfrequenz ist, D eine dem Wirbelerzeuger zugeordnete charakteristische Länge ist, wie sie vor dem Betrieb des durchflußmessers bestimmt wird, und Nsi die anfängliche Strouhal-Nummer ist, wie sie vor dem Betrieb des Durchflußmessers bestimmt wird.

6. Wirbeldurchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierungsphasendifferenz Δφc auf 180º vorbestimmt ist.

7. Verfahren zur Bestimmung einer Fluidgeschwindigkeit Vm eines durch einen Flußdurchlaß fließenden Fluids (11) unter Verwendung eines Wirbelerzeugers (12) mit einer charakteristischen Dimension D zur Erzeugung von Reihen von Wirbeln in dem Flußdurchlaß (11) zur Bildung eines stehenden Schubwellen-Flußmusters (12), das Verfahren gekennzeichnet durch:

Detektion der Wirbel an einer ersten Position in dem Flußdurchlaß (11);

Detektion der Wirbel an einer stromabwärts von der ersten Position angeordneten zweiten Position in dem Flußdurchlaß (11);

Erzeugung eines ersten Signals (S&sub1;) einer Wirbelfrequenz, fm, als Antwort auf die Detektion der Wirbel an der ersten Detektionsposition;

Erzeugung eines zweiten Signals (S&sub2;) einer Wirbelfrequenz, fm, als Antwort auf die Detektion der Wirbel an der zweiten Detektionsposition;

Bestimmung einer Phasendifferenz Δφm zwischen dem ersten und zweiten Signal (S&sub1;, S&sub2;);

Bestimmung der gemessenen Fluidgeschwindigkeit Vm durch Erhalten einer korrigierten Wirbelfrequenz, fcorr, durch Multiplikation der Wirbelfrequenz, fm, mit dem Verhältnis der vorbestimmten Kalibrierungsphasendifferenz Δφc zur gemessenen Phasendifferenz Δφm.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidgeschwindigkeit Vm weiterhin erhalten wird durch Multiplikation der Korrekturfrequenz, fcorr, mit dem Verhältnis von

wobei D der charakteristische Durchmesser des Wirbelerzeugers (12) ist, wie er vor dem Betrieb bestimmt wird, und Nsi die anfängliche Strouhal-Nummer ist, wie sie vor dem Betrieb bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Position stromabwärts von der ersten Position in einem Abstand angeordnet ist, der ein ungerades Vielfaches einer halben Wellenlänge der stehenden Schubwelle ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz Δφm bestimmt wird durch:

kontinuierliche Übertragung der erzeugten Signale zu einer Schaltung (22); und

Analyse der kontinuierlich übertragenen Signale in der Schaltung (22).