DE2036597A1 - Flowmeter - Google Patents

Description

Strömungsmesser Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser mit einem Strömungshindernis zur Erzeugung von Karman-Wirbeln in einer eine Leitung durchsetzenden Strömung. Flow meter The invention relates to a flow meter with a flow obstacle to generate Karman vortices in a conduit penetrating flow.

Wird ein beispielsweise durch einen zylindrischen Gegenstand 1 gebildetes Strömungshindernis in eine Strömung F (vgl. Fig. 1) eingetaucht, so bilden sich stromabwärts von dem zylindrischen Gegenstand 1 in regelmäßigen Abständen abwechselnd auf beiden Seiten nach innen drehende Wirbel 2, die vom Gegenstand 1 in zwei parallelen Reihen, gegeneinander versetzt, stromabwärts geführt werden. Diese Wirbelreihen werden als Karman-Wirbelstraße bezeichnet. Das Wachsen und Ablösen der Wirbel erfolgt abwechselnd auf den beiden Seiten des zylindrischen Gegenstandes in periodischer Weise, so daß sich das dargestellte versetzte Muster von Wirbeln ergibt. Es ist ferner bekannt, daß diese Wirbel mit einer von der Strömung geschwindigkeit bestimmten Frequenz stromabwärts abgestoßen werden. Basierend auf den oben erläuterten physikalischen Vorgängen wurden bereits Strömungsmesser vorgeschlagen, die zum Zwecke der Messung der Strömungsgeschwindigkeit oder der Strömungsmenge die Zahl von Druck- oder Geschwindigkeitsänderungen bestimmten, die durch diese Wirbel hervorgerufen werden; zu diesem Zweck wird stromabwärts des Strömungshindernisses ein Sensor, beispielsweise ein Hitzdraht, angeordnet. Is an object formed, for example, by a cylindrical object 1 Flow obstacle immersed in a flow F (see. Fig. 1), so form alternately downstream of the cylindrical object 1 at regular intervals on both sides inwardly rotating vertebrae 2, which from the object 1 in two parallel Rows, offset from one another, are led downstream. These vortex rows are called the Karman vortex street. The growth and detachment of the vertebrae occurs alternately on the two sides of the cylindrical object in periodic Way, so that the illustrated staggered pattern of vortices results. It is also known that these eddies with a certain speed of the flow Frequency are repelled downstream. Based on the physical discussed above Operations have already been proposed for the purpose of measuring flow meters the flow rate or the flow rate the number of pressure or speed changes certain caused by these vortices; this is done downstream of the flow obstacle, a sensor, for example a hot wire, is arranged.

Da Jedoch bei den bekannten Einrichtungen das Detektorelement, beispielsweise ein Ilitzdraht, unmittelbar in die zu messende Strömung, beispielsweise eine Flüssigkeit, eingetaucht ist, treten Probleme auf, wie die Korrosion des itzdrahtes verhindert werden kann, wie das Verhältnis des Strömungsmitteldruckes vergrößert und wie die Lebensdauer der Enrichtung verlängert werden kann. However, since in the known devices the detector element, for example an Ilitz wire, directly into the flow to be measured, for example a liquid, is immersed, problems arise such as preventing the heating wire from corrosion how the ratio of the fluid pressure can be increased and how the Service life of the device can be extended.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmesser zu entwickeln, der unter Vermeidung der Mängel der bekannten Ausführungen zur Bestimmung der Zahl der abgestoßenen Wirbel eine mit dem Strömungsmittel nicht in Berührung kommende Einrichtung benutzt. The invention is therefore based on the object of a flow meter to develop the determination while avoiding the shortcomings of the known explanations the number of vortices repelled one is not in contact with the fluid coming facility used.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß ein Ultraschallsender, ein Ultraschallempfänger und ein Zähler so angeordnet sind, daß die vom Sender erzeugten Ultraschallwellen die Strömung und die Karman-Wirbel durchsetzen und dann vom Empfänger aufgenommen werden, wobei der Zähler die Anzahl der Anderungen der von den Ultraschallwellen vom Sender bis zum Empfänger benötigten Ausbreitungszeit bestimmt. The invention consists essentially in the fact that an ultrasonic transmitter, an ultrasonic receiver and a counter are arranged so that the generated by the transmitter Ultrasonic waves penetrate the flow and the Karman vortices and then from the receiver are recorded, the counter showing the number of changes of the ultrasonic waves The propagation time required from the transmitter to the receiver is determined.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen Fig. 1 die Bildung von Karman-Wirbeln stromabwärts eines Strömungshindernisses; Fig. 2A ein teilweise geschnittenes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig.2B einen Querschnitt längs der Linie IIB-IIB in Fig. 2A; Fig. 3 eine Schemadarstellung, die die Verbindung der AusfUhrung gemäß den Fig. 2A und 2B mit den elektrischen Schaltungselementen veranschaulicht; Fig. 4A bis 4D Schemadarstellungen zur E4lEuterung der Wirkungsweise der Ausführung der Fig. 2A und 2B; Fig. 5 ein Diagramm des Ausgangssignales der Anordnung gemäß Fig. 3; Fig. 6A eine teilweise geschnittene Schemaansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles; Fig. 6B einen Querschnitt längs der Linie VIB-VIB der Fig. 6A; Fig. 7A und 7B Diagramme der Ausgangssignale des Ausführungsbeispieles der Fig. 6A und 6B; Fig. 8 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung; Fig. 9A und 9B Diagramme der Ausgangssignale der Anordnung gemäß Fig. 8; Fig.lOA eine Perspektivansicht eines zur Erzeugung der Karman-Wirbel geeigneten Strömungshindernisses (abweichend von dem der Fig. 2, 6 und 8); Fig.10B einen Schnitt längs der Linie X-X der Fig. 1OA zur Erläuterung der Wirkungsweise; Fig.11A eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Strömungshindernisses; Fig.11B bis 11D Querschnitte längs der Linien X1-X1 (Fig. 11A) bzw. Y1-Y1 (Fig. 11B) bzw. Z1-Z1 (Fig.llb); Fig.12A eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung; Fig.12B bis 12D Querschnitte längs der Linie X2-X2 (Fig.12A) bzw. Y2 bzw. Z2-Z2 (Fig. 12B)g Fig.13A eine Schemadarstellung ähnlich Fig. 2A unter Verwendung des Strdmungahindernisses der Fig. tIA bis liD; Fig.13B einen Querschnitt längs der Linie XIIIB-XIIIB der Fig. 13A. These and other features of the invention are apparent from the following Description of some embodiments illustrated in the drawing. 1 shows the formation of Karman vortices downstream of a flow obstacle; 2A shows a partially sectioned embodiment of the invention; Fig.2B a Cross section along the line IIB-IIB in Fig. 2A; Fig. 3 is a schematic diagram showing the connection of the embodiment according to FIGS. 2A and 2B with the electrical circuit elements illustrates; FIGS. 4A to 4D are schematic representations for clarification the operation of the embodiment of FIGS. 2A and 2B; Fig. 5 is a diagram of the output signal the arrangement according to FIG. 3; 6A is a partially sectioned schematic view of a further embodiment; 6B shows a cross section along the line VIB-VIB of Fig. 6A; 7A and 7B are diagrams showing the output signals of the embodiment Figures 6A and 6B; 8 shows a basic illustration of a further exemplary embodiment the invention; 9A and 9B are diagrams showing the output signals of the arrangement according to FIG Fig. 8; Fig.lOA a perspective view of a suitable for generating the Karman vortex Flow obstacle (different from that of FIGS. 2, 6 and 8); 10B shows a section along the line X-X of FIG. 10A to explain the mode of operation; Fig.11A a Perspective view of a further embodiment of a flow obstacle; 11B to 11D cross sections along the lines X1-X1 (Fig. 11A) and Y1-Y1 (Fig. 11B) or Z1-Z1 (Fig.llb); 12A is a perspective view of a further embodiment the invention; Fig. 12B to 12D cross sections along the line X2-X2 (Fig.12A) or Y2 or Z2-Z2 (Fig. 12B) g Fig.13A is a schematic representation similar FIG. 2A using the flow obstacle of FIGS. TIA to liD; Fig. 13B a cross section along the line XIIIB-XIIIB of FIG. 13A.

Ein Strömungshindernis in Form eines zylindrischen Gegenstandes 1 ist gemäß den Fig. 2A und 2B in eine Strömung F so eingetaucht, daß seine Längsachse etwa eisen rechten Winkel mit der Strömungsrichtung bildet. Von dem die Wirbel erzeugenden Stab 1 losen sich nach innen drehende Karman-Wirbel 2 ab. Die Strömung F durchsetzt eine Rohrleitung 3. Auf der Leitung 3 ist stromabwärts des Stabes 1 ein Ultraschallsender 4 angebracht, der einen Ultraschallstrahl durch die Strömung sendet. Auf der dem Sender 4 gegentiberliegenden Seite der Rohrleitung 3 ist ein Ultraschallempfänger 5 angebracht, der die vom Sender 4 ausgesandten Ultraschallsignale aufnimmt. Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind 80 angeordnet, daß ihre Verbindungslinie etwa rechte Winkel sowohl mit der Strdmungßriehtung F als auch mit der Längsachse des Stabes 1 bildet. Sender 4 und Empfänger 5 bilden eine Einrichtung zur Ermittlung der pro Zeiteinheit passierenden, vom Stab 1 abgelösten Wirbel. A flow obstruction in the form of a cylindrical object 1 is immersed according to FIGS. 2A and 2B in a flow F so that its longitudinal axis approximately iron at right angles to the direction of flow. Of the one that generates the eddies Rod 1 detach inwardly rotating Karman vertebrae 2. The flow F permeates a pipeline 3. On the line 3, downstream of the rod 1, there is an ultrasonic transmitter 4 attached, which sends an ultrasonic beam through the flow. On the dem The transmitter 4 on the opposite side of the pipeline 3 is an ultrasonic receiver 5 attached, which picks up the ultrasonic signals sent by the transmitter 4. Of the Transmitter 4 and receiver 5 are arranged 80 that their connecting line approximately right angles both with the flow direction F and with the longitudinal axis of the Rod 1 forms. Transmitter 4 and receiver 5 form a device for determining of the vortices that pass per unit of time and are detached from the rod 1.

Das in Fig. 3 dargestellte Prinzipschaltbild mit dem Austtlhrungsbeispiel der Fig. 2A und 2B enthält einen elektronischen Kreis A mit einem Impulsgenerator, einem Verstärker und dergleichen, ferner einen Demodulator DM für Frequenzmodulationssignale sowie einen Zähler CO. Der elektronische Kreis A liefert ein Impulssignal an den Ultraschallsender 4, der Ultdraschallßignale zum Empfänger 5 hin aussendet. Der elektronische Kreis A liefert dann ein neues Impulssignal zum Sender 4, wenn er ein Signal vom Empfänger 5 erhält. Wird dieser Vorgang wiederholt, So erhält man am Ausgang des elektronischen Kreises A ein periodisches Signal Po, dessen Wiederholungsfrequenz proportional zum Kehrwert der Zeit ist, die das vom Sender 4 ausgesandte Ultraschallsignal zum Durchlaufen der Strecke zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 in der Strömung F benötigt. Es handelt sich um ein sogenanntes Rundsingveriahrenn, wobei die Frequenz des am Ausgang des elektronischen Kreises A vorhandenen Signales Po als "RundsingRrequenz" bezeichnet wird. The basic circuit diagram shown in Fig. 3 with the Austlhrungsbeispiel 2A and 2B contains an electronic circuit A with a pulse generator, an amplifier and the like, and also a demodulator DM for frequency modulation signals as well as a counter CO. The electronic circuit A supplies a pulse signal to the Ultrasonic transmitter 4, which sends out ultrasonic signals to the receiver 5. Of the Electronic circuit A then supplies a new pulse signal to the transmitter 4 when it a signal from the recipient 5 receives. If this process is repeated, Thus, at the output of the electronic circuit A, a periodic signal Po is obtained, whose repetition frequency is proportional to the reciprocal of the time it takes from Transmitter 4 emitted ultrasonic signal to travel the distance between the The transmitter 4 and the receiver 5 in the flow F are required. It's about a so-called Rundsingveriahrenn, whereby the frequency of the output of the electronic Circle A existing signal Po is referred to as "RundsingRrequenz".

Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles soll im folgenden anhand der Fig. 4A bis 4C erläutert werden. The mode of operation of this embodiment is described below will be explained with reference to FIGS. 4A to 4C.

Das Ultraschallsignal durchsetzt das Medium mit einer konstanten Geschwindigkeit. Herrscht in dem Medium Jedoch eine Strömung mit einer aeschwindigkeitskomponente einer Richtung, die mit der Bewegungsrichtung des Ultraschallsignales zusammenfällt, so ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignales im Medium in Abhängigkeit von der Größe und Richtung dieser Geschwindigkeitskomponente des Mediums. The ultrasonic signal penetrates the medium with a constant Speed. However, if there is a flow with a velocity component in the medium a direction that coincides with the direction of movement of the ultrasonic signal, the speed of movement of the ultrasonic signal in the medium changes in Dependence on the size and direction of this velocity component of the medium.

a) Ist kein Wirbel 2 in dem Ultraschallweg SP vorhanden längs dem die Ultraschallwellen vom Sender 4 zum Empfänger 5. a) If there is no vortex 2 in the ultrasound path SP along the the ultrasonic waves from the transmitter 4 to the receiver 5.

sich ausbreiten (vgl. Fig. 4A), ist also in diesem Weg SP keine Geschwindigkeitskomponente der Strömung des Mediums mit einer Richtung vorhanden, die mit der des Ultraschallsignales zusammenfällt, so ergibt sich die Zeit t 0 des sich vom Sender 4 zum Empfänger 5 ausbreitenden Ultraschallsignales, also die Strecke zum Durchlaufen des Weges SP, aus folgender Gleichung: (1) Ro D v Hierbei bedeuten V die Geschwindigkeit des Ultraschallsignalei im Medium F und D die Länge des Weges SP, d.h. den Abstand zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5.propagate (cf. FIG. 4A), is therefore not a speed component in this path SP the flow of the medium is present in a direction that is the same as that of the ultrasonic signal coincides, the result is the time t 0 from the transmitter 4 to the receiver 5 propagating ultrasonic signal, i.e. the distance to traverse the path SP, from the following equation: (1) Ro D v where V is the speed of the ultrasonic signal egg in medium F and D the length of the path SP, i.e. the distance between the transmitter 4 and the recipient 5.

b) Ist ein nach innen drehender Wirbel 2 in der Bewegungsbahn SP vorhanden und ist die quergerichtete Geschwindigkeits komponente des Wirbels 2 vom Empfänger zum Sender gerichtet (vgl. in Fig. 4B die Komponente V1), so ergibt sich die Ausbreitungszeit T des Ultraschallsignales vom Sender 4 zum Empfänger 5 durch das Medium aus folgender Gleichung: (2) #1 = d + D-d V-V1 V Hierbei ist d der Ersatzdurchmesser des Karman-Wirbels 2. b) Is an inward rotating vortex 2 in the trajectory SP present and is the transverse velocity component of the vortex 2 from Receiver directed towards the transmitter (cf. component V1 in FIG. 4B), this results the propagation time T of the ultrasonic signal from the transmitter 4 to the receiver 5 through the medium from the following equation: (2) # 1 = d + D-d V-V1 V where d is the equivalent diameter of the Karman vortex 2.

c) Strömt der betrachtete Wirbel 2 aus der Lage der Fig. 4B in die Lage gemäß Fig. 4C, so kehrt sich die Richtung der in der Bewegungsbahn SP liegenden Geschwindigkeitskomponente des Wirbels 2 um (vgl. in Pig. 4C die Komponente V2); die Ausbreitungszeit <2 des Ultraschallsignales ergibt sich dann aus folgender Gleichung: (3) d D-d V+V2 V Wie eine Betrachtung der Fälle a), b) und c) zeigt, vergrößert bzw. verringert sich die Ausbreitungszeit T des die Strecke SP durchsetzenden Ultraschallsignales gegenüber der Zeit #0 beim Hindurchlaufen eines Karman-Wirbels durch den 0 Ausbreitungsweg SP der Ultraschallwellen. c) The vortex 2 under consideration flows from the position of FIG. 4B into Position according to FIG. 4C, the direction of that lying in the movement path SP is reversed Velocity component of the vortex 2 μm (cf. component V2 in Pig. 4C); the propagation time <2 of the ultrasonic signal then results from the following Equation: (3) d D-d V + V2 V As a consideration of cases a), b) and c) shows, increases or decreases the propagation time T of the line passing through SP Ultrasonic signal versus time # 0 when passing through a Karman vortex by the 0 propagation path SP of the ultrasonic waves.

Das Diagramm der Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Ausbreitungszeit Tdes Ultraschallsignales und der Zeit t. Die Zahl der Xnderungen der Zeit tpro Zeiteinheit entspricht der Anzahl der Wirbel, die den Ausbreitungsweg SP passieren, d.h. The graph of Fig. 5 shows the relationship between the propagation time T of the ultrasonic signal and the time t. The number of changes in time t per unit of time corresponds to the number of eddies that pass the propagation path SP, i.e.

der Zahl der sich von dem Stab 1 ablösenden Wirbel.the number of vertebrae detaching from the rod 1.

Hieraus ergibt sich, daß sich die Frequenz des Ausgangssignales Po am Ausgang des elektronischen Kreises A (Fig. 3) mit der Anzahl der Änderungen der Ausbreitungszeit 15 de Ultraschallsignales ändert. Anders ausgedrückt: man erhält am Ausgangsanschluß des elektronischen Kreises A ein Signal Po, das mit der Zahl der den Ausbreitungsweg SP passierenden Karman-Wirbel frequenzmoduliert ist. Dieses Signal Po wird durch den Demodulator DM demoduliert; sein Ausgangssignal wird dem Zähler CO zugeführt, dessen Zählwert ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist. It follows that the frequency of the output signal Po at the output of the electronic circuit A (Fig. 3) with the number of changes in the Propagation time 15 de ultrasonic signal changes. In other words: you get at the output port of the electronic circuit A a signal Po, frequency-modulated with the number of Karman vortices passing through the propagation path SP is. This signal Po is demodulated by the demodulator DM; its output signal is fed to the counter CO, the count value of which is a measure of the flow rate is.

Das in Fig. 6 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält wie das zuvor erläuterte Beispiel einen in die Strömung F (das Medium) eingetauchten, die Karman-Wirbel erzeugenden Stab 1. Ein plattenförmiger Vibrator 6 besteht aus einem die Ultraschallwellen reflektierenden Mateial und ist zum Zwecke der Vibration auf einer Welle 7 angeordnet. Die Welle 7 ist in der Rohrleitung 3 stromabwärts des Stabes 1 so angeordnet, daß ihre Achse etwa parallel zu der des Stabes 1 liegt. Die Stärke L des Vibrators 6 ist großer als der Durchmesser des Ultraschallstrahles gewählt; befindet sich der Vibrator 6 daher in der Lage gemäß Fig. 6B, so kann das vom Sender 4 ausgesandte Ultraschallsignal nicht zum Empfänger 5 gelangen. Der Vibrator 6 rührt nun um die Welle 7 in Richtung der Pfeile al bzw. a2 (Fig. 6B) eine hin- und hergehende Flatterbewegung in Abhängigkeit von den durch den Stab 1 erzeugten Wirbeln aus. Die Anzahl der Vibrationen des Vibrators 6 ist dabei streng proportional zur Zahl der vom Stab 1 erzeugten Wirbel, d.h. zur Zahl der Karman-Wirbel0 Der Ultraschallsender 4 und der Ultraschallempfänger 5 sind an der Rohrleitung 3 stromabwärts des Stabes 1 so angebracht, daß die den Sender 4 und dem Empfänger 5 verbindende Linie etwa parallel zur Achse der Welle 7 verläuft. Der vom Sender 4 emittierte Ultraschallstrahl wird aufderdem Sender 4 gegendberliegenden Seite vom Vibrator 6 reflektiert, wenn sich dieser in der Lage gemäß Fig. 6B befindet. The further embodiment of the invention shown in FIG. 6 contains, like the example explained above, one immersed in the flow F (the medium), the Karman vortex generating rod 1. A plate-shaped vibrator 6 consists of a material reflecting the ultrasonic waves and is for the purpose of vibration arranged on a shaft 7. The shaft 7 is downstream in the pipeline 3 of the rod 1 arranged so that its axis is approximately parallel to that of the rod 1. The strength L of the vibrator 6 is greater than the diameter of the ultrasonic beam chosen; If the vibrator 6 is therefore in the position according to FIG. 6B, this can be the case The ultrasonic signal emitted by the transmitter 4 does not reach the receiver 5. The vibrator 6 now moves around the shaft 7 in the direction of the arrows a1 or a2 (FIG. 6B) and subsequent fluttering motion as a function of those generated by the rod 1 Swirl out. The number of vibrations of the vibrator 6 is strictly proportional on the number of vortices generated by rod 1, i.e. on the number of Karman vortices0 The ultrasonic transmitter 4 and the ultrasonic receiver 5 are on the pipe 3 downstream of the rod 1 attached so that the line connecting the transmitter 4 and the receiver 5 is approximately runs parallel to the axis of the shaft 7. The ultrasonic beam emitted by the transmitter 4 is reflected on the side opposite the transmitter 4 from the vibrator 6 when this is in the position shown in FIG. 6B.

Wird nun der Vibrator 6 in Richtung des Pfeiles al oder a2 durch einen Karman-Wirbel 2 gedreht und dadurch gegenüber der Bewegungsbahn SP ausgelenkt, so gelangt das Ultraschallsignal vom Sender 4 zum Empfänger 5. Kehrt dann der Vibrator 6 aus seiner Ablenkstellung wieder in die Mittellage, d.h. in die Bewegungsbahn SP gemäß Fig. 6B zurück, so wird das vom Sender 4 ausgesandte Ultraschallsignal wieder durch den Vibrator 6 reflektiert und kann daher nicht zum Empfänger 5 gelangen. If now the vibrator 6 in the direction of the arrow a1 or a2 by rotated a Karman vertebra 2 and thereby deflected in relation to the trajectory SP, this is how the ultrasonic signal arrives from transmitter 4 to receiver 5. Reverses then the vibrator 6 from its deflected position back into the central position, i.e. in the trajectory SP according to FIG. 6B back, the transmitted from the transmitter 4 is Ultrasonic signal reflected again by the vibrator 6 and can therefore not be used Receiver 5 arrive.

Der geschilderte Vorgang wiederholt sich dann bei Jedem Vorbeilaufen eines Karman-Wirbels am Vibrator 6.The described process is then repeated every time you walk past a Karman vortex on the vibrator 6.

Werden dem Ultraschallsender 4 von einem Impulssignalgenerator OS laufend Impulssignale zugeführt, so emittiert der Sender 4 laufend Ultraschallsignale in Richtung auf den Empfänger 5. Are the ultrasonic transmitter 4 from a pulse signal generator OS continuously supplied with pulse signals, the transmitter 4 continuously emits ultrasonic signals towards the receiver 5.

Man erhält dann an den Ausgangsanschlüssen des Empfängers 5 Ausgangssignale gemäß den Fig. 7A und 7B. Diese Ausgangssignale sind proportional zur Vibrationszahl des Vibrators 6 unterbrochen.5 output signals are then obtained at the output connections of the receiver according to FIGS. 7A and 7B. These output signals are proportional to the number of vibrations of the vibrator 6 interrupted.

Das in Fig. 7A dargestellte Ausgangssignal des Empfängers 5 ergibt sich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels (Mediums) F klein und infolgedessen auch die Vibrationszahl des Vibrators 6 verhältnismäßig klein ist. Das in Fig. 7B dargestellte Ausgangssignal des Empfängers 5 ergibt sich dagegen bei verhältnismäßig großer Strömungsgeschwindigkeit und entsprechend großer Vibrationszahl des Vibrators 6. The output signal of the receiver 5 shown in FIG. 7A results when the flow velocity of the fluid (medium) F is small and as a result, the number of vibrations of the vibrator 6 is also relatively small. On the other hand, the output signal of the receiver 5 shown in FIG. 7B is obtained at a relatively high flow velocity and a correspondingly high number of vibrations of the vibrator 6.

Man kann infolgedessen die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Strömungsmenge durch Zählen der unterbrochenen Ausgangs signale des Empfängers 5 messen. Die Schaltungselemente A, DM DM und CO erfüllen zu diesem Zweck die gleichen Funktionen wie gemäß Fig. 3. As a result, one can determine the flow velocity or the flow rate measure by counting the interrupted output signals of the receiver 5. The circuit elements A, DM, DM and CO fulfill the same functions for this purpose as shown in FIG. 3.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind gleichfalls ein zur Wirbelerzeugung dienender Stab 1, eine Welle 7 und ein Vibrator 6 in der Leitung 3 angebracht. Der Ultraschallsender 4 und der Empfänger 5 sind Jedoch auf einer einzigen Seite, und zwar auf der der Seite 6A des Vibrators 6 gegenüberliegenden Seite der Leitung 3 angeordnet. Der Vibrator 6 besteht aus den Teilen 61 und 62S wobei der näher an der Welle 7 befindliche Teil 61 aus einem Material besteht, das die Ultraschallwelle nicht reflektieren kann, während der anschließende Teil 62 aus einem reflektierenden Material besteht. Ein elektronischer Kreis A mit einem Impuls verstärker, einem Verstärker und dergleichen liefert einen Impuls an den Sender 4 zur Erzeugung von Ultraschallsignalen. Das vom Sender 4 emittierte Ultraschallsignal ist auf den Vibrator 6 gerichtet, wird von diesem reflektiert und dann durch den Empfänger 5 aufgenommen. Der elektronische Kreis A liefert ein neues Impulssignal an den Generator 4, wenn der Empfänger 5 das reflektierte Ultraschallsignal aufgenommen hat. Diese Elemente arbeiten somit ebenso wie bei der Ausführung gemäß Fig. 3 entsprechend einem t'Rundsingverfahren". Wie zuvor sind noch ein Frequenzmodulations-Demodulator DM und ein Zähler CO vorgesehen. In the further exemplary embodiment shown in FIG. 8 likewise a rod 1 serving to generate vortices, a shaft 7 and a vibrator 6 attached in the line 3. The ultrasonic transmitter 4 and the receiver 5 are However, on a single side, namely on the side 6A of the vibrator 6 opposite Side of the line 3 arranged. The vibrator 6 consists of the parts 61 and 62S the closer to the shaft 7 located part 61 made of a material that the ultrasonic wave cannot reflect during the subsequent Part 62 is made of a reflective material. An electronic circuit A with a pulse amplifier, an amplifier and the like supplies a pulse the transmitter 4 for generating ultrasonic signals. That emitted by transmitter 4 The ultrasonic signal is directed at the vibrator 6 and is reflected by it and then received by the receiver 5. The electronic circuit A delivers a new pulse signal to generator 4 when receiver 5 receives the reflected ultrasonic signal recorded. These elements thus work in the same way as in the embodiment according to 3 according to a "ringing" method. As before, there are also a frequency modulation demodulator DM and a counter CO provided.

Die Ausbreitungszeit rt des Ultraschallsignales vom Sender 4 zum Vibrator 6 und von diesem zum Empfänger 5 ergibt sich aus folgender Gleichung: (4) 1C = kV V Hierbei ist D der doppelte Abstand zwischen Sender 4 bzw. The propagation time rt of the ultrasonic signal from the transmitter 4 to Vibrator 6 and from this to the receiver 5 results from the following equation: (4) 1C = kV V where D is twice the distance between transmitter 4 resp.

Empfänger 5 und Vibrator 6, V die Geschwindigkeit des Ultraschallsignales im Strömungsmittel F und k eine Konstante.Receiver 5 and vibrator 6, V the speed of the ultrasonic signal in the fluid F and k are a constant.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 ändert sich die Ubertragungslänge D des Ultraschallsignales entsprechend den Vibrationen des Vibrators 6; demgemäß ändert sich auch die Zeit T mit der Vibration des Vibrators 6. Entsprechend schwankt daher auch die Frequenz der Impulse, die vom elektronischen Kreis A abgegeben werden (vgl. Fig. 9). Das Signal Po wird daher entsprechend der Vibration des Vibrators 6 frequenzmoduliert. Fig. 9A zeigt den Fall einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit der Strömung F, während in Fig. 9B der Fall einer verhältnismäßig geringen Geschwhdigkeit dargestellt ist. Da das Ultraschallsignal im allgemeinen in der Strömung F gedämpft wird, ist das Ausgangs signal Po leicht amplitudenmoduliert entsprechend der Vibration des Vibrators 6 (vgl. Fig. 9A und 9B). Das Ausgangssignal Po des Empfängers 5 wird durch den Demodulator DM demoduliert und durch den Zähler CO gezählt, der somit ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit der Strömung F liefert. In the embodiment according to FIG. 8, the transmission length changes D of the ultrasonic signal corresponding to the vibrations of the vibrator 6; accordingly the time T also changes with the vibration of the vibrator 6. Accordingly, it fluctuates hence the frequency of the impulses emitted by electronic circuit A. (see Fig. 9). The signal Po therefore becomes corresponding to the vibration of the vibrator 6 frequency modulated. Fig. 9A shows the case of a relatively high speed of flow F, while in Fig. 9B the case of a relatively low speed is shown. Since the ultrasonic signal is generally attenuated in the flow F. is the output signal Po slightly amplitude modulated accordingly the vibration of the vibrator 6 (see Figs. 9A and 9B). The output signal Po of the receiver 5 is demodulated by the demodulator DM and counted by the counter CO, the thus provides a measure of the flow velocity of the flow F.

In den Fig. lOA und lOB ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zur Wirbelerzeugung in die Strömung F eingetauchten Stabes 1 veranschaulicht. Hierbei sind in den Stab 1 eine Anzahl von Querbohrungen 11 so vorgesehen, daß die Längsachsen dieser Bohrungen parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse des Stabes 1 liegen. Wird der Stab 1 in die Strömung eingetaucht, so kann das Strömungsmittel in beiden Richtungen frei durch die Bohrungen 11 hindurchströmen, wodurch eine Stabilisierung in der Bildung und im Ablösen der Karman-Wirbel erreicht und die Reihen der Karman-Wirbel reguliert werden. Wird der Stab 1 mit einer Anzahl von Bohrungen 11 in die Strömung F eingetaucht (vgl. Fig. lOB), so daß die Längsachse des Stabes 1 etwa senkrecht zur Richtung der Strömung F verläuft, so teilt sich die Strömung F beim Auftreffen auf den Stab 1 in zwei Teilströme F1 und F2 auf, die den Stab 1 auf entgegengesetzten Seiten mströmen; die Karman-Wirbel 2 werden stromabwärts des Stabes 1 in regelmäßigen Abständen abwechselnd erzeugt. Währenddessen kann das Strömungsmittel frei durch die Bohrungen 11 hindurchtreten bzw. sich in diesen Bohrungen aufgrund der kombinierten Wirkungen des Strömungsmitteldruckes sowie der Strömungsmittelbewegung in der Nähe der Mündungen der Bohrungen 11 bewegen. Die Teilstrmungen F1 und F2 auf den beiden Seiten des Stabes 1 werden infolgedessen durch die Strömung in den Bohrungen 11 beeinflußt; an entgegengesetzten öffnungen der Querbohrungen 11 wird das Strömungsmittel abwechselnd angesaugt und abgestoßen. Wird gerade der Wirbel 2 in der Teilströmung F1 gebildet, wie Fig. lOB zeigt, so bewegt sich das Strömungsmittel in den Querbohrungen 11 in Richtung des Pfeiles a3, so daß das Str8mungsmîttel auf der Seite der Teliströmung 1 angesaugt, auf der Seite der Teliströmung Es dagegen abgestoßen wird. In FIGS. 10A and 10B, another embodiment is one for the generation of eddies in the flow F immersed rod 1 is illustrated. Here a number of transverse bores 11 are provided in the rod 1 so that the longitudinal axes these holes are parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of the rod 1. If the rod 1 is immersed in the flow, the fluid in both Directions freely flow through the bores 11, thereby stabilizing in the formation and detachment of the Karman vertebrae and the ranks of the Karman vertebrae be regulated. If the rod 1 with a number of holes 11 in the flow F immersed (see. Fig. 10B), so that the longitudinal axis of the rod 1 is approximately perpendicular runs in the direction of the flow F, the flow F splits when it hits on the rod 1 in two partial flows F1 and F2, which the rod 1 on opposite Pages pour; the Karman vortices 2 are downstream of the rod 1 in regular Generated alternately at intervals. Meanwhile, the fluid can flow freely the holes 11 pass through or in these holes due to the combined Effects of fluid pressure as well as fluid movement in the vicinity the mouths of the bores 11 move. The partial flows F1 and F2 on the two Sides of the rod 1 are consequently caused by the flow in the bores 11 influenced; at opposite openings of the transverse bores 11, the fluid alternately sucked in and repelled. Is the vortex 2 in the partial flow F1 formed, as FIG. 10B shows, the fluid moves in the transverse bores 11 in the direction of arrow a3, so that the flow medium is on the side of the tele flow 1 sucked in, on the side of the Telist flow it is repelled against it.

Befindet sich eine Grenzschicht, die die gekrümmte Oberfläche eines Strömungshindernisses umströmt, in einem Zustand, in dem sie sich leicht von der Oberfläche des Strömungshindernisses ablöst, so erleichtert das Ausströmen von Strömungsmittel aus einer öffnung nahe dem Ablösungspunkt das Ablösen der Strömung von der Oberfläche des Strömungshindernisses, während ein Ansaugen von Strömungsmittel in eine solche Bohrung das Ablösen der Strömung von der Oberfläche verzögert. Anders ausgedrückt: das Ansaugen und Abstoßen des Strömungsmittels an den öffnungen der Querbohrungen steuert wirksam und zuverlässig die Bildung und das Ablösen der Karman-Wirbel. Ein Stab 1 mit einer Vielzahl von Querbohrungen 11 (gemäß den Fig. lOA und lOB) kann daher die Bildung und das Ablösen der Karman-Wirbel stabilisieren und die stromabwärts sich bewegenden Reihen von Karman-Wirbeln regulieren; weiterhin wird dadurch auch die Abmessung der Karman-Wirbel etwa konstantgehalten. There is a boundary layer that is the curved surface of a Flow obstacle flows around, in a state in which they are easily separated from the The surface of the flow obstacle becomes detached, thus facilitating the outflow of fluid from an opening near the separation point, the separation of the flow from the surface of the flow obstruction while fluid is being drawn into it Bore delays the separation of the flow from the surface. Expressed differently: sucking in and pushing off the fluid at the openings of the transverse bores effectively and reliably controls the formation and shedding of the Karman vertebrae. A Rod 1 with a plurality of transverse bores 11 (according to FIGS. 10A and 10B) can therefore stabilize the formation and shedding of the Karman vortices and those downstream regulate moving series of Karman's vertebrae; continues to do so too the dimensions of the Karman vortices kept roughly constant.

Die Fig. llA bis llD zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stabes 1 zur Wirbelerzeugung. Der Stab enthält eine Anzahl von öffnungen 12A, 12B, die in Längsrichtung angeordnet sind und auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes liegen. FIGS. 11A to 11D show a further exemplary embodiment of a Rod 1 for vortex generation. The rod contains a number of openings 12A, 12B, which are arranged in the longitudinal direction and on opposite sides of the rod lie.

Das Ansaugen und Ausstoßen des Strömungsmittels erfolgt Jeweils abwechselnd durch die öffnungen 12A und 12B. Im Stab 1 sind in Richtung seiner Längsachse verlaufende Hohlräume 13 und 14 vorgesehen, wobei der Hohlraum 13 den öffnungen 12A und der Hohlraum 14 den öffnungen 12B gegenüberliegt. Zwischen den Hohlraum men 13 und 14 ist eine Trennwand 15 mit einer Bohrung 16 vorgesehen, über die die beiden Hohlräume miteinander in Verbindung stehen.The fluid is sucked in and discharged alternately through the openings 12A and 12B. In the rod 1 are extending in the direction of its longitudinal axis Cavities 13 and 14 are provided, the cavity 13 being the openings 12A and the Cavity 14 is opposite the openings 12B. Between the cavity men 13 and 14 a partition 15 is provided with a bore 16 through which the two cavities are related to each other.

Die Fig. 12A bis 12D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stabes 1 zur Wirbelerzeugung. Dieser Stab enthält auf gegenüberliegenden Seiten Schlitze 12A' und 12B' (statt der Offnungen 12A, 12B gemäß Fig. 11). In der Trennwand 15 sind (statt der einzigen Bohrung 16 gemäß Fig. 11) eine Anzahl von Bohrungen 16 vorgesehen. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem der Fig. 11. Figures 12A to 12D show another embodiment of a Rod 1 for vortex generation. This rod includes on opposite sides Slots 12A 'and 12B' (instead of the openings 12A, 12B according to FIG. 11). In the partition 15 are (instead of the single bore 16 according to FIG. 11) a number of bores 16 provided. Otherwise, this embodiment corresponds to the Fig. 11.

Das in den Fig. 13A und 13B dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet zur Wirbelerzeugung einen Stab gemäß den Fig. 11A und llB. Die auf den Stab 1 auftreffende Strömung wird in zwei Teilströme F1 und F2 unterteilt, die unter Bildung der Karman-Wirbel die beiden Seiten des Stabes 1 umströmen. Das durch die Offnungen 12A und 12B in die Hohlräume 13 und 14 gelangende Strömungsmittel kann sich durch die Bohrung 16 frei von dem einen Hohlraum in den anderen Hohlraum verlagern und wird in den Hohlräumen 13 und 14 homogenisiert; durch das synchronisierte Ansaugen und Abstoßen der Strömung durch die Öffnungen 12A und 12B (deren Wirkung durch die Hohlräume vergleichmäßigt wird) wird der Ablösezustand der Grenzschicht in den Teilströmen F1 und F2 längs beider Seiten des Stabes 1 gleichzeitig gesteuert. Gleichmäßige Bedingungen für die Bildung und das Ablösen von Wirbeln in Achsrichtung des Stabes 1 sowie das Ansaugen und Abstoßen der Strömung werden abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes 1 im ganzen axialen Längsbereich des Stabes 1 bewirkt. The embodiment shown in Figs. 13A and 13B is used a rod according to FIGS. 11A and 11B for generating vortices. The one impinging on rod 1 Flow is divided into two sub-flows F1 and F2, which form the Karman vortex flow around the two sides of the rod 1. The through openings 12A and 12B in Fluid entering the cavities 13 and 14 can pass through the bore 16 freely relocate from one cavity to the other cavity and will be in the cavities 13 and 14 homogenized; through the synchronized suction and discharge of the flow through the openings 12A and 12B (the effect of which is evened out by the cavities becomes) the separation state of the boundary layer in the partial flows F1 and F2 is longitudinal both sides of the rod 1 controlled at the same time. Uniform conditions for the formation and shedding of vertebrae in the axial direction of the rod 1 and the suction and repelling the flow are alternating on opposite sides of the rod 1 causes in the entire axial longitudinal region of the rod 1.

Durch die kombinierte Wirkung des Ansaugens und Abstoßens des Strömungsmittels durch die Öffnungen 12A und 12B sowie die gleichförmige Wirbelbildung längs der Achse des Stabes 1 mittels der Hohlräume 13 und 14 erfolgt eine weitere Stabilisierung der Bildung und des Ablösens der Karman-Wirbel in Längsrichtung der Stab achs sowie eine Stabilisierung stromabwärts des Stabes 1. Auf diese Weise werden die Rethen-der Karman-Wirbei in drei Dimensionen reguliert und die Abmessungen jedes Karman-Wirbels etwa konstant&ehalten. Due to the combined effect of sucking in and repelling the fluid through the openings 12A and 12B as well as the uniform vortex formation along the A further stabilization takes place on the axis of the rod 1 by means of the cavities 13 and 14 the formation and detachment of the Karman vertebrae in the longitudinal direction of the rod axis as well a stabilization downstream of the rod 1. In this way the Rethen-der Karman vortex regulated in three dimensions and the dimensions of each Karman vortex approximately constant.

Bei Verwendung der in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Stäbe zur Wirbelerzeugung kann somit die 5trdmungsgeschwindigkeit besonders zuverlässig und genau gemessen werden. When using the rods shown in FIGS. 10 to 12 for Vortex generation can thus increase the rate of flow particularly reliably and can be measured accurately.

Da die Zahl der sich stromabwärts von dem Strömungshlndernis bewegenden Karman-Wirbel mittels einer Ultraschalleinrichtung gemessen wird, kommt diese Einrichtung nicht unmittelbar mit der zu messenden Strömung in Berührung. Die Erfindung kann daher bei beliebigen Strömungsmitteln, insbesondere also auch bei aggressiven Flüssigkeiten, wie Säuren oder Alkalien, eingesetzt werden. As the number of people moving downstream from the flow neck Karman vertebra using an ultrasound device is measured, this device does not come into direct contact with the flow to be measured. The invention can therefore be used with any fluid media, including in particular be used with aggressive liquids such as acids or alkalis.

Das erfindungsgemäße Gerät ist korrosions- und druckfest und zeichnet aich durch einen robusten Aufbau aus. The device according to the invention is corrosion and pressure resistant and records aich is characterized by a robust structure.

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1.) Strömungsmesser mit einem Strömungshindernis zur Erzeugung von Karman-Wirbeln in einer eine Leitung durchsetzenden Strömung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Ultraschallsender, ein Ultraschallempfänger und ein Zähler so angeordnet sind, daß die vom Sender erzeugten Ultraschallwellen die Strömung und die Karman-Wirbel durchsetzen und dann vom Empfänger aufgenommen werden, wobei der Zähler die Anzahl der Änderungen der von den Ultraschallwellen vom Sender bis zum Empfänger benötigten Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt.1.) Flow meter with a flow obstacle to generate Karman vortices in a flow penetrating a duct, d u r c h g e it does not indicate that an ultrasonic transmitter, an ultrasonic receiver and a counter are arranged so that the ultrasonic waves generated by the transmitter The current and the Karman vortices prevail and are then absorbed by the receiver, wherein the counter is the number of changes made by the ultrasonic waves from the transmitter The speed of propagation required to reach the receiver is determined. 2.8 Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler einen die Periode eines elektrischen Signales in eine Impulsfrequenz umformenden Wandlerkreis (sogenannten nRundsingkreisn) enthält, der beim Empfang von Signalen des Ultraschallempfängers Impulssignale dem Ultraschallsender zuführt, daß ferner zu dem Zähler ein Frequenzmodulatiqns-Demodulator zur Demodulation der Ausgangssignale des elektronischen Kreises enthält sowie eine Zähleinrichtung zum Zählen der Ausgangs signale des Demodulators.2.8 flow meter according to claim 1, characterized in that the Counter converts the period of an electrical signal into a pulse frequency Contains converter circuit (so-called nRundsingkreisn), which is used when receiving signals the ultrasonic receiver supplies pulse signals to the ultrasonic transmitter that further to the counter a frequency modulation demodulator for demodulating the output signals of the electronic circuit and a counter for counting the output signals from the demodulator. 3.) Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungshindernis durch einen Stab gebildet wird, der eine Querbohrung aufweist, die in der Nähe des Punktes mündet, an der sich die Grenzachicht der Strömungvon dem Stab ablöst.3.) Flow meter according to claim 1, characterized in that the The flow obstacle is formed by a rod with a transverse bore, which empties near the point at which the boundary layer of the flow of takes over from the staff. 4.) Stromungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Str5mungshindernis durch einen Stab mit zwei Hohlräumen gebildet wird, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, in der sich eine Bohrung befindet, huber die die Hohlräume miteinander in Verbindung stehen, daß ferner Bohrungen oder Schlitze in der Nähe der Stelle ausmünden, an der sich die Grenzschicht der Strömung vom Stab ablöst, wobei durch diese Bohrungen oder Schlitze das Strmungsmittel in die Hohlräume eintritt.4.) Current meter according to claim 1, characterized in that the The flow obstruction is formed by a rod with two cavities passing through a partition are separated from each other, in which there is a bore, huber which the cavities are in communication, that further holes or slots open near the point where the boundary layer of the flow from the Rod detaches, and through these holes or slots the flow medium into the Cavities occurs. 5.) Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Strömungshindernisses ein von den Karman-Wirbeln in Vibration versetzter Vibrator so angeordnet ist, daß er bei seinen Vibrationen die Ultraschallstrahlen unterbricht, wobei der Zähler die Zahl der Unterbrechungen zählt.5.) flow meter according to claim 1, characterized in that downstream the flow obstacle is a vibrator set in vibration by the Karman vortices is arranged in such a way that it interrupts the ultrasonic beams when it vibrates, wherein the counter counts the number of interruptions. 6.) Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Strömungshindernisses ein von den Karman-Wirbeln in Vibration versetzter Vibrator so angeordnet ist, daß er die vom Ultraschallsender ausgesandten Ultraschallstrahlen reflektiert, wobei der Ultraschallempfänger auf derselben Seite wie der Sender angeordnet ist.6.) Flow meter according to claim 1, characterized in that downstream the flow obstacle is a vibrator set in vibration by the Karman vortices is arranged so that it receives the ultrasonic beams emitted by the ultrasonic transmitter reflected, with the ultrasonic receiver arranged on the same side as the transmitter is. LeerseiteBlank page