DD232411A3 - CALIBRATION DEVICE FOR FLOW FLOW SENSOR IN LIQUIDS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Kalibriervorrichtungen, bei denen eine Fluessigkeit unter der Wirkung der Schwerkraft austritt, und mit denen Stroemungsgeschwindigkeitsmessfuehler zur Messung in Fluessigkeiten kalibriert werden koennen. Die Hauptanwendung wird in der Labortechnik, beim Kalibrieren traegheitsarmer Messfuehler gesehen. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die einen reproduzierbaren zeitlichen Verlauf der Stroemungsgeschwindigkeit erzeugt und ein sehr schnelles Kalibrieren von Stroemungsgeschwindigkeitsmessfuehlern ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das instationaere Ausfliessen einer bestimmten Fluessigkeitsmenge in Schwerkraftrichtung aus einem kardanisch aufgehaengten Behaelter genutzt wird, dessen Ausflussoeffnung ploetzlich geoeffnet werden kann. Die Kalibrierfunktion der Vorrichtung selbst ist je Anordnung mit einer unabhaengigen Messmethode vorher zu bestimmen.The invention relates to calibration devices in which a liquid exits under the action of gravity, and with which flow rate measuring sensor can be calibrated for measurement in liquids. The main application is seen in the laboratory technique, when calibrating low-load measuring sensor. The object of the invention is to provide a device which generates a reproducible time course of the flow rate and allows a very fast calibration of Stroemungsgeschwindigkeitsmessfuehlern. According to the invention, the object is achieved in that the unsteady outflow of a certain amount of liquid in the direction of gravity is used from a gimballed container whose outflow opening can be suddenly opened. The calibration function of the device itself is to be determined beforehand by arrangement with an independent measuring method.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft Kalibriervorrichtungen, bei denen eine Flüssigkeit mit beliebigen, nicht notwendigerweise bekannten Fließeigenschaften unter der Wirkung der Schwerkraft austritt, und mit denen Meßfühler zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten kalibriert werden können. Die Hauptanwendung wird in der Labortechnik bei der Kalibrierung von trägheitsarmen Meßfühlern, insbesondere von Heißfilmsonden gesehen.The invention relates to calibration devices in which a liquid with any, not necessarily known flow properties exits under the action of gravity, and with which sensors can be calibrated for measuring the flow rate of liquids. The main application is seen in laboratory technology in the calibration of low-inertia probes, in particular hot-film probes.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Im Strömungsmeßwesen werden zahlreiche Vorrichtungen zur Kalibrierung der Geräte zum Messen der Fließgeschwindigkeit von Flüssigkeiten verwendet, die sich den folgenden Typen zuordnen lassen:In fluid flow measurement, numerous devices are used to calibrate the devices for measuring the flow rate of liquids, which can be assigned to the following types:

— starr gehalterter Fühler in einem rotierenden Tank,- rigidly held probe in a rotating tank,

— auf einer Kreisbahn geschleppter Fühler in einem ruhenden Tank,- Feeler towed in a circular path in a static tank,

— linear geschleppter Fühler in ruhender Flüssigkeit,- Linear trailed sensor in static liquid,

— linear bewegte Flüssigkeit bei ruhendem Fühler.- linearly moving liquid with the sensor stationary.

Letztere sind die am häufigsten anzutreffenden Kalibriervorrichtungen, wobei der Antrieb entweder durch ein mit Hilfe einer Pumpe erzeugtes Druckgefälle oder durch die Schwerkraft erfolgt (Ausflußvorrichtungen). Ein typisches Beispiel für eine Vorrichtung mit Pumpenantrieb und moderner Ausstattung beschreiben J.W. Pluister und H.M.Nagib in DISA-Informationen Nr. 17,1975,29-33. Der Nachteil besteht darin, daß hier die Einstellung eines stationären Betrages der Geschwindigkeit abgewartet werden muß und bei einer Anordnung, in der die Flüssigkeit umläuft, eine Temperaturregelung notwendig ist. Die Ausflußvorrichtungen, die mit einer stationären Geschwindigkeit des Ausflußstrahles betrieben werden (Beispiele werden von G.Rubattoin DISA-Information Nr. 9,1970,3-7; J.Pichon in DISA-Information Nr. 10,1970,15-21 und P.-G. Franke und K. Preuss in DIA-Information Nr. 10,1970,28-29 beschrieben) verlangen die Einstellung einer bestimmten konstanten Fallhöhe für jeden Geschwindigkeitsbetrag, wobei dieser Justiervorgang relativ zeitaufwendig ist. Allen Vorrichtungen gemeinsam ist der Nachteil der zeitaufwendigen Bedienung, der geringen Mobilität und häufig der Nachteil der Aufstellung in einem gegenüber der Erde ruhenden Raum.The latter are the most frequently encountered calibration devices, the drive being either by a pressure gradient generated by means of a pump or by gravity (outflow devices). A typical example of a pump-drive device with modern equipment is described by J.W. Pluister and H. M. Nagib in DISA Information No. 17,1975,29-33. The disadvantage is that here the setting of a stationary amount of speed must be awaited and in an arrangement in which the liquid circulates, a temperature control is necessary. The effluents operated at a steady-state velocity of the effluent jet (examples are given by G. Rubattoin DISA Information No. 9,1970,3-7; J. Pichon DISA Information No. 10,1970,15-21 and P G-Franke and K. Preuss in DIA Information Nos. 10,1970,28-29 described) require the setting of a certain constant drop height for each speed amount, this adjustment process is relatively time consuming. Common to all devices is the disadvantage of the time-consuming operation, the low mobility and often the disadvantage of the installation in a relation to the earth dormant space.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Kalibriervorrichtung zu schaffen, die einen reproduzierbaren zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit erzeugt, und mit der Strömungsgeschwindigkeitsmeßfühler in wesentlich kürzerer Zeit gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen kalibriert werden können. Sie soll außerdem relativ klein und mobil sein, damit sie immer in unmittelbarer Nähe des Meßpiatzes eingesetzt werden kann.The invention has for its object to provide a calibration device that produces a reproducible time course of the flow velocity, and can be calibrated with the Strömungsgeschwindigkeitsmeßfühler in a much shorter time compared to conventional devices. It should also be relatively small and mobile so that it can always be used in the immediate vicinity of the Meßpiatzes.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Zielstellung folgend, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kalibriervorrichtung mit reproduzierbarer Anströmgeschwindigkeit für Geschwindigkeitsmeßfühler zur schnellen und eindeutigen Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Anströmgeschwindigkeit und Ausgangsgröße des Meßfühlers zu liefern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das instationäre Ausfließen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in Schwerkraftrichtung aus einem Behälter genutzt wird, nachdem die Ausflußöffnung plötzlich geöffnet wurde. Der Geschwindigkeitsbereich kann durch die Verwendung verschiedener Ausflußöffnungen angepaßt werden, wobei der zeitliche Ablauf der Ausflußgeschwindigkeit in Abhängigkeit von eingefüllter Flüssigkeitsmenge, Art der Flüssigkeit und Ausflußöffnung bekannt sein muß. Diese Funktion verschafft man sich entweder mit einem auf andere Weise kalibrierten Meßfühler gleicher Art oder mit Hilfe einer unabhängigen Meßmethode, wie z. B. der Laser-Doppler-Anemometrie. Auf diese Weise wird die Vorrichtung selbst kalibriert. Das Kalibrieren deft Vorrichtung ist je Anordnu vg nureinmal nötig. IstdieZeitabhängigkeit der Anströmgeschwindigkeit des zu kalibrierenden Meßfühlers bekannt, so kann der zeitliche Verlauf seines Ausgangssignales aufgenommen werden. Die Zuordnung beider Signale vom Beginn des Ausflußvorganges an stellt die Kalibrierkurve dar. Es können in der Vorrichtung nur solche Meßfühler kalibriert werden, die hinreichend trägheitsarm sind. Die Vorrichtung ist vorzugsweise für das Kalibrieren bei kleinen Geschwindigkeiten geeignet.Following the objective, it is an object of the invention to provide a calibration device with reproducible flow velocity for speed sensor for fast and clear determination of the relationship between the flow velocity and output of the probe. According to the invention the object is achieved in that the transient outflow of a certain amount of liquid in the direction of gravity is used from a container after the outflow has been opened suddenly. The speed range can be adjusted by the use of different outflow openings, wherein the timing of the outflow rate depending on the amount of liquid filled, type of liquid and outflow must be known. This function is provided either with a calibrated in another way probe of the same kind or with the help of an independent measurement method, such. As the laser Doppler anemometry. In this way, the device itself is calibrated. Calibration of the device is necessary once per arrangement. If the time dependence of the flow velocity of the probe to be calibrated is known, the time profile of its output signal can be recorded. The assignment of the two signals from the beginning of the Ausflußvorganges represents the calibration curve. It can be calibrated in the device only those sensors that are sufficiently low in inertia. The device is preferably suitable for low speed calibration.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem Gefäß G (vgl. Fig. 1), das mit der Arbeitsflüssigkeit bis zu einer genau festgelegten Höhe gefüllt ist, ist der zu kalibrierende Meßfühler F mittels der Halterung H zentrisch über der Düse D angeordnet. Die Düse D befindet sich im Boden des Gefäßes G und ist mit der Klappe K so verschlossen, daß die Flüssigkeit nicht ausfließen kann. Eine Sperrklinke V oder eine andere lösbare Haltevorrichtung hält die Klappe K in ihrer Schließstellung. Beim Öffnen der Klappe K wird ein Schalter betätigt, und damit das Signal für den Beginn des Ausflußvorganges gegeben. Der Schalter ist der Übersichtlichkeit wegen nicht in Fig. 1 eingezeichnet. Das Gefäß G ist mittels der kardanischen Aufhängung A am Ständer S befestigt. Das Kalibrieren des Meßfühlers F erfolgt so, daß die Haltevorrichtung V an der Klappe K gelöst wird. Die Klappe K klappt nach unten; die Flüssigkeitssäule setzt sich in Bewegung, und der Meßfühler F wird mit einer von der Zeit abhängigen, reproduzierbaren Geschwindigkeit beaufschlagt. Die beschriebene Vorrichtung läßt sich am zweckmäßigsten in Form eines tragbaren Ständers mit zwei Säulen realisieren, die auf einer Bodenplatte befestigt sind und zwischen denen ein Behälter mit quadratischem Querschnitt kardanisch aufgehängt wird. Die Bodenplatte besitzt eine hinreichend große zentrale Öffnung für den Durchtritt der ausfließenden Flüssigkeit. Die Bodenplatte des Gefäßes mit der Düse und der Klappe sollte austauschbar ausgeführt werden, damit unterschiedliche Maximalgeschwindigkeiten realisiert werden können.In a vessel G (see Fig. 1), which is filled with the working fluid to a well-defined height, the sensor F to be calibrated by means of the holder H is arranged centrally above the nozzle D. The nozzle D is located in the bottom of the vessel G and is closed with the flap K so that the liquid can not flow out. A pawl V or other releasable holding device holds the flap K in its closed position. When opening the flap K, a switch is actuated, and thus given the signal for the beginning of the Ausflußvorganges. The switch is not shown in Fig. 1 for the sake of clarity. The vessel G is fixed by means of the gimbal A on the stand S. The calibration of the sensor F is carried out so that the holding device V is released at the flap K. The flap K folds down; the liquid column is set in motion and the sensor F is subjected to a time-dependent, reproducible speed. The device described can be most conveniently realized in the form of a portable stand with two columns, which are mounted on a bottom plate and between which a container with a square cross section is gimbaled. The bottom plate has a sufficiently large central opening for the passage of the effluent liquid. The bottom plate of the vessel with the nozzle and the flap should be made interchangeable, so that different maximum speeds can be realized.

Zum Kalibrieren der Vorrichtung wird ein Fühler des Typs, der kalibriert werden soll, in die Vorrichtung eingesetzt. Die Laser-Doppler-Anemometrie eignet sich besonders für das Kalibrieren der Vorrichtung, weil das Ausgangssignal direkt proportional der Geschwindigkeit ist.To calibrate the device, a probe of the type to be calibrated is inserted into the device. Laser Doppler anemometry is particularly useful for calibrating the device because the output signal is directly proportional to the velocity.

Das Kalibrieren der Vorrichtung wird nur einmal benötigt, wobei vorausgesetzt werden muß, daß sich die Spitze des zu kalibrierenden Meßfühlers jeweils am gleichen Ort befindet, die Ausströmdüse die gleiche ist und die Geometrie des Meßfühlers die geometrischen Verhältnisse in der Vorrichtung nur unbedeutend gegenüber denen verändert, die beim Kalibrieren der Vorrichtung vorlagen. »The calibration of the device is needed only once, assuming that the tip of the probe to be calibrated is in each case at the same location, the discharge nozzle is the same and the geometry of the probe only slightly changes the geometrical conditions in the device, which were present when calibrating the device. »

Der besondere Vorteil der Vorrichtung liegt darin, daß das Kalibrieren lediglich einige Sekunden dauert und die Kalibrierfunktion des Meßfühlers bereits wenige Minuten nach Start des Ausflußvorganges vorliegt. Die kardanische Aufhängung des Gefäßes gestattet ferner, den Kalibriervorgang auch dann ungestört auszuführen, wenn das Laboratorium leichte Schwingungen ausführt, wie z. B. auf einem Schiff. Da bei einer Reihe von Messungen, insbesondere bei der Verwendung von Meßfühlern der Heißfilmanemometrie, häufiges Kalibrieren notwendig ist, ergeben sich durch den Einsatz der beschriebenen Vorrichtung erhebliche Zeiteinsparungen.'The particular advantage of the device is that the calibration takes only a few seconds and the calibration function of the probe already exists a few minutes after the start of the outflow process. The cardanic suspension of the vessel also allows the calibration process to be carried out undisturbed even if the laboratory carries out slight oscillations, such as, for example, B. on a ship. Since frequent calibration is necessary in a series of measurements, in particular when using hot-air thermometer probes, the use of the device described results in considerable time savings.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Kalibriervorrichtung für Strömungsgeschwindigkeitsmeßfühler in Flüssigkeiten, wobei der Antrieb der Flüssigkeit durch die Schwerkraft erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßfühler (F) mittels einer über dem Gefäßboden des Gefäßes (G) fixierten Halterung (H) zentrisch über der im Gefäßboden befindlichen, austauschbaren Düse (D) angeordnet ist und die Spitze des Meßfühlers (F) in Richtung der Wassereinfüllöffnung des Gefäßes (G) zeigt, daß unterhalb der Düse (D) eine durch eine Sperrklinke gehaltene, nach unten schwenkbare Klappe (K) angeordnet ist, deren Schwenkpunkt exzentrisch in bezug auf den Gefäßboden des Gefäßes (G) angeordnet ist.1. Calibration device for Strömungsgeschwindigkeitsmeßfühler in liquids, wherein the drive of the liquid is effected by gravity, characterized in that the sensor (F) by means of a above the vessel bottom of the vessel (G) fixed holder (H) centrally above the vessel bottom, interchangeable Nozzle (D) is arranged and the tip of the sensor (F) in the direction of the water filling opening of the vessel (G) shows that below the nozzle (D) held by a pawl, downwardly pivotable flap (K) is arranged, the pivot point is arranged eccentrically with respect to the vessel bottom of the vessel (G). 2. Kalibriervorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß verschiedene Ausflußgeschwindigkeitsbereiche mittels unterschiedlicher Düsen (D) (verschiedener Durchmesser) realisiert werden.2. Calibration device according to item 1, characterized in that different Ausflußgeschwindigkeitsbereiche by means of different nozzles (D) (different diameters) can be realized. 3. Kalibriervorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Parallelität zwischen Ausflußrichtung und Schwerkraftrichtung auch bei Bewegung der Vorrichtung durch kardanische Aufhängung erreicht wird.3. Calibration device according to item 1, characterized in that parallelism between outflow and direction of gravity is achieved even with movement of the device by gimbal suspension. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing