DE2254481C3

DE2254481C3 - Durchflußmesser für Fluide

Info

Publication number: DE2254481C3
Application number: DE2254481A
Authority: DE
Inventors: Tor Lennart Bernt Taeby Griverus (Schweden)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-10
Filing date: 1972-11-07
Publication date: 1980-01-03
Also published as: JPS4859864A; DE2254481B2; CH573589A5; JPS4859863A; US3861210A; CH575595A5; SE367249B; FR2161956A1; GB1406039A; IT970605B; GB1406040A; AU4828172A; NL7214695A; DK140488C; NO137028B; DE2254482B2; AU466499B2; AU469462B2; CA975578A; DK139048B

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für Fluide mit einem Gehäuse, in dem sich eine J/sßkammer befindet, in die das Fluid durch wenigstens eine tangential Einströmöffnung eintritt, in der Kammer zirkuliert und durch wenigstens eine axiale Ausströmöffnung aus der Kammer austritt, sowie mit einem von der Strömung angetriebenen, kugelförmigen Meßelement, das in der Kammer auf einer Kreisbahn konzentrisch zur Kammer rotiert

Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art (US-PS 25 18 149) wird das kugelförmige Meßelement nur einseitig außen in einer Nut geführt, die es nur dann nicht verläßt, wenn ihm von dem den Durchflußmesser

μ durchströmenden Fluid eine Umlaufgeschwindigkeit erteilt wird, deren Zentrifugalwirkung verhindert daß das Meßelement aus der Führungsnut herausfällt Bei relativ geringen Durchflußmengen ist jedoch schon aus strömungsdynamischen Gründen damit zu rechnen, daß das kugelförmige Meßelement nicht ständig mit der Nutwandung in Be/ührung bleibt und auch keine eindeutig definierbare, stabile Kreisbewegung ausführt sondern durch den sich vor ihm aufbauenden Fluidkeil veranlaßt wird, eine Undefinierte Schwingbewegung auszuführen, während der das Meßelement kurzzeitig von dem Nutboden abgehoben und zur Kammermitte getrieben wird, bevor die zwischen dem Nutboden und dem Meßelement wirkenden Auftriebskräfte nachlassen und eine Gegenbewegung des Meßelementes bewirken.

Ferner ist die Bewegung des kugelförmigen Meßelementes bei dem bekannten Durchflußmesser auch deshalb instabil, weil es zwischen der Kammerinnenwand und der Meßelementenoberfläche zur Ausbildung von Strömungswirbeln kommt, die sieh ablösen und dem Meßelement eine Schlingerbewegiing erteilen. Diese Bewegungsmerkmale des Meßelementes des bekannten Durchflußmessers haben zur Folge, daß die Meßgenauigkeit des Gerätes hinsichtlich der festzustellenden Strömungsparameter zu wünschen übrig läßt und jedenfalls nicht den Wert erreicht, der für präzise Durchflußmessungen notwendig ist.

Bei einem anderen bekannten Durchflußmesser (FR-PS 14 17 540) wird ein Strömungskanal verwendet, der eine Meßkugel auf vier Seiten in einer Weise einschließt, die nicht nur zur Ausbildung erheblicher Reibungskräfte zwischen Kugeloberfläche und den Kanalwänden führt, sondern auch zu einem Fluidstau auf der Kugelrückseite, so daß auch dieses Gerät nicht für präzise Durchflußmessungen geeignet ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Durchflußmesser der genannten Art so auszubilden, daß sein kugelförmiges Meßelement zwangsläufig auf einer Bahn innerhalb der Fluidströmung geführt wird und dabei in diesem Strömungsfeld keinen Wirbeln ausgesetzt ist, die durch Umgebungseinflüsse verursacht werden, beispielsweise durch Instabilitäten des tangential eintretenden Fluidstroms. Dabei sollen Führungselemente in der Meßkammer vorgesehen werden, die dem Meßelement eine genau definierbare, stabile Rollbewegung erteilen, wobei das Meßelement mit diesen Führungselementen bei seinem freien Umlauf in der Meßkammer nicht auf mehr als zwei Berührungskreisen in Berührung steht. Schließlich soll in diesem Zusam-

menhang das kugelförmige MeQelement auf einer kontinuierlichen Bahn geführt werden, und die Führungselemente sollen so ausgebildet sein, daß sie das Strömungsfeld des Fluid nicht stören, wobei insbesondere das Auftreten von Grenzschichten zu berücksichtigen ist, die sich gleichmäßig ausbilden und nicht gestört werden dürfen. Insbesondere die letzte Bedingung ist von wesentlicher Bedeutung, weil gestörte Grenzschichten das lineare Strömungsbild in der Meßkammer beeinträchtigen, worunter die Meßgenauigkeit leidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einströmöffnung oder Einströmöffnungen in der Rotationsebene des Meßelementes liegt, daß das Meßelement zwischen zwei scheibenförmigen Führungskörpern angeordnet ist, von denen wenigstens einer eine kreisförmige Führungsnut aufweist, die zusammen mit dem gegenüberliegenden Führungskörper das Meßelement frei führt, und daß der Abstand zwischen den Führungskörpern kleiner ist als der Durchmesser des kugelförmigen Meßelementes, und der Abstand zwischen den beiden kreisförmigen Führungskanten der Führungsnut, die als Abrollspur wirken, größer ist als der Durchmesser der gedachten Schnittfläche, die die in die Führungsnut eintretende Polkappe vom übrigen Teil des kugelförmigen Meßelementes trennt.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird nicht nur eine zusätzliche Führung der Kugel auf der Innenseite der Führungsbahn erreicht, sondern die Kugelbewegung im ganzen Meßbereich auch stabilisiert, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt wird. Das auf einer Kreisbahn konzentrisch zur Kammer rotierende kugelförmige Meßelement unterliegt bei seiner Bewegung keinen turbulenten Strömungszuständen und wird in ständiger Berührung mit den Führungskörpern gehalten, also in einem linearen Strömungsfeld kontinuierlich auf einer Kreisbahn geführt, wobei es eine stabile Rollbewegung ausführt und das Strömungsfeld selbst nicht stört, weil die Kreisbahngeschwindigkeit des Meßelementes im wesentlichen der Bewegungsgeschwindigkeit des Fluids entspricht. Die Oberflächenreibung des Meßelementes mit dem Gehäuseboden bzw. dem Gehäusedeckel ist dabei auf ein Mindestmaß beschränkt, und es kommt zu keiner Stoßbilciung zwischen Meßelement und seinen Führungskörp'/rn. Die dadurch erreichte hohe Meßgenauigkeit wird durch die äußerst geringe Abweichung der Meßwerte von den Sollwerten gekennzeichnet, die unter 0,5% liegen.

Bezüglich der Ausbildung des Führungsnutprofils so haben sich mehrere Formen als vorteilhaft erwiesen, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind. Eine solche Ausbildung betrifft den Fall, daß der eine Führungskörper eine glatte, flache Oberfläche aufweist, während der ihm gegenüberliegende Führungskörper die kreisförmige Führungsnut enthält. Diese Ausführungsform hat sich besonders deshalb bewährt, weil sie einen relativ geringen Herstellungsaufwand erfordert und darüber hinaus eine einfachere Reinigung des Durchflußmessers ermöglicht, da sich auf dem bodenseitigen Führungskörper, der keine Nut enthält, keine Flüssigkeit ansammeln kann, der durch Durchflußmesser sich also vollständig selbst entleert, eine Tatsache, die insbesondere bei der Verwendung solcher Meßgeräte für besonders große hygienische Anforderungen stellende Flüssigkeiten, wie beispielsweise Milch, wesentlich ist. Dazu kommt, daß eine flache, glatte bodenseitige Oberfläche auch keine Ablagerung irgendwelcher sich aus den Flüssigkeiten ausscheidender Teilchen zuläßt, jedenfalls aber verhindert, daß sich derartige Teilchen in Bodenvertiefungen festsetzen und dadurch die Meßgenauigkeit des Gerätes beeinflussen, da das Abrollen des kugelförmigen Meßelementes durch solche Teilchen behindert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert In der Zeichnung zeigen:

F i g. 1 eine Querschnittsansicht längs der Linie !-I in F i g. 2 einer Ausführungsform des Durchflußmessers,

F i g. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-1I in F i g. 1 des Durchflußmessers in seiner Grundform,

Fig.3 einen Teil der Ausführungsform von Fig. 1 und 2 in einem größeren Maßstab,

Fig.3a—3f Querschnittsansichten von Führungsnuten in einem größeren Maßstab mit verschiedenen Nutprofilformen,

Fig.4 e'ne Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Durchflußmesse.", längs der Linie IV-IVin Fig.5,

Fig.5 eine Schnittansicht der anderen Ausführungsform des Durchflußmessers längs der Linie V-V in Fig. 4,

Fig.6 eine senkrechte Teilschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des Durchflußmessers längs der Linie VI-VI in Fig. 7,

F i g. 7 eine senkrechte Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig.6,

F i g. 8 eine waagrechte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmessers und

F i g. 9 eine im wesentlichen der F i g. 3 entsprechenden Teilschnittsansicht des Durchflußmessers mit einer Einrichtung zur Übertragung von Drucksignalen.

In den Fi g. 1 -3 ist eine erste Ausführungsform eines Durchflußmessers 10 dargestellt. Der Durchflußmesser weist ein Gehäuse 12 auf, das im wesentlichen einen Boden oder unteren scheibenförmigen Führungsliörper 14 und einen Deckel oder oberen scheibenförmigen Führungskörper 16 aufweist, die beide parallel zueinander angeordnet sind und mit Hilfe einer spiralförmigen Seitenwand 18 in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden. Der untere Führungskörper 14, der obere Führungskörper 16 und die Seitenwand 18 bilden zusammen eine Meßkammer 20, die eine tangential Einströmöffnung 22 und eine axiale Ausströmöffnung 24 aufweist, die im unteren Führungskörper 14 angeordnet ist. Dem in die Kammer 20 durch die tangentiale Einströmöffnung 22 einlaufenden Fluid wird in an sich bekannter Weise eine Dreh- oder Zirkulationsbewegung erteilt, und das Fluid wird gleichzeitig zur Mitte der Kammer bewegt, von wo es durct» die Ausströmöffnung 24 ausgetragen wird.

In der Meßkammer 20 ist ein Meßelement angeordnet, das die Form eines symmetrisch ausgebildeten Drehkörpers, vorzugsweise die Form einer Kugel 30 hat, die so positioniert ist, daß sie von dem Fluid, das in der Kammer strömt, angetrieben wird, um in dem Gehäuse einer irr. wesentlichen kreisförmigen Bahn zu folgen. Die Kugel kann massiv oder hohl sein und wird in kreisrunden, flachen Nuten 26,28 geführt, dis sich im unteren Fiihrungskörper 14 bzw. oberen Führungskörper 16 des Gehäuses 12 befinden. Wie aus den Figuren hervorgeht, sind die Nuten einander gegenüberliegend angeordnet, so daU Segmente der Kugel in die Nuten eingreifen und diesen auf einer kreisförmigen Bahn in der Kammer 20 folgen.

Fig.3 zeigt in einem größeren Maßstab einen Teil

der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, um die Führung der Kugel 30 in den Nuten 26 und 28 zu verdeutlichen. Die Querschnittsform der Nuten 26 und 28 kann derjenigen eines Kreissegmentes entsprechen, wobei die gebogene Form im allgemeinen mit der s Krümmung der Kugel zusammenfällt, während zwischen der Oberfläche der Kugel und den Begrenzungsflächen der Nuten ein gewisses Spiel zugelassen wird. Wenn die Kugel 30 den sich in dem Gehäuse im Kreise bewegenden Fluid folgt, wird sie der Zentrifugalkraft ro unterworfen und wird außerdem durch eine Kraft, die durch die Strömung erzeugt wird, in eine radiale Richtung gedruckt. Somit wird in bezug auf die Kugel eine Zentripetalkraft aufrechterhalten, da der resultierenden Kraft aus der Zentrifugalkraft und der Strömungskrafl durch die Kräfte das Gleichgewicht w'ifu, uiC nör

iäiCr'nr'CiSC VGm uC

Radius unbegrenzter Länge aufweist; mit anderen Worten, die Kugel wird in diesem Fall nur durch eine einzige Nut geführt, die vorzugsweise in der oberen Stirnwand der Meßkammer angeordnet ist, während die untere Stirnwand vollständig eben ist. Auch in diesem Fall wird die Kugel angetrieben, um einer einheitlich definierten Bahn zu folgen, obgleich die Spinachse aufgrund der Tatsache etwas geneigt ist, daß die Berührungskreise der Kugel an der Nu» bzw. die ebene Oberfläche unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Somit wird der Kugel bei ihrer Umlaufbewegiing eine gewisse Prä/essionsbewegung aufgedrückt.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist. folgt die Kugel 30 als Ganzes frei dem durch den Durchflußmesser strömenden Fluid, d. h. die Kugel ist vollständig von dem Fluid umgeben und unterliegt seiner vollen Kraftwirkung. Im

Kugel ausgeübt werden. In Abhängigkeit von der Richtung, in der die resultierende Kraft wirkt, die sich durch die Größe und Masse der Kugel, ferner durch die Dichte des Fluids und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids bestimmt, wird die Kugel entweder radial nach außen gedrückt — diese Lage der Kugel ist in voll ausgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigt — oder radial nach innen — diese Kugellage ist mit unterbrochenen Linien 31 gekennzeichnet —.Somit folgt die Kugel ihrer kreisrunden Bahn im Gehäuse, während sie in jeder Nut mit Punktberührung abrollt. Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform rollt die Kugel 30 in jeder Nut 26 und 28 auf einer Kreislinie ab. die der in radialer Richtung äußeren Begrenzungslinie oder der Kante 27a und 29a der entsprechenden Nut eng benachbart ist, wie dies durch die Berührungspunkte 27c bzw. 29c angezeigt wird. Unter anderen Bedingungen, was Größe, Dichte und Strömungsgeschwindigkeit anbelangt, wird die Kugel statt dessen auf Kreislinien in den Nuten rollen, die in der Nähe der in radialer Richtung inneren Kanten 27b und 296 der Nuten liegen. Die Kreisbahn — oder Umlaufbewegung der Kugel ist auf diese Weise vollständig stabil und klar definiert, wodurch Vibrationen oder Ablenkungen in der Bewegung der Kugel auf ihrer Bahn nicht vorkommen.

Nach den obigen Erläuterungen und den in den F i g. 3 und 3a gezeigten Beispielen ist das Bodenprofil der Nut ein Kreisbogen, jedoch ist das Profil keineswegs auf diese Form beschränkt, wie die Fig. 3b-3f zeigen. In diesen Figuren ist die Innenkante der Nut mit / bezeichnet, während ihrer Außenkante das Bezugszeichen ο aufweis? Somit zeigt F i g. 3a einen von / bis ο durchlaufenden Kreisbogen. In Fig.3b ist eine Profilform dargestellt, die sich aus zwei Kreisbögen und einer mittleren geraden Linie zusammensetzt, so daß Übergangspunkte X\ und X₂ zwischen der geraden Linie und den Bögen gebildet werden. Umgekehrt zeigt Fig.3c ein Profil, das aus zwei geraden Linien und einem mittleren Kreisbogen zusammengesetzt ist, wobei die Wendepunkte mit y\ und yi bezeichnet sind. Fig.3d zeigt ein Profil, das dem Profil von Fig.3c ähnlich ist, mit Ausnahme der Tatsache, daß die äußeren geraden Linien durch Kreisbögen ersetzt sind, die in bezug auf den mittleren Bogen entgegengesetzte Krümmung aufweisen, d. h. die Nut zeigt zwischen den Wendepunkten z_x und Z₁ und den Kanten ο bzw. / der Nut eine leicht konvexe Form im Gegensatz zu dem mittleren Bereich zwischen den Wendepunkten, der konkav geformt ist F i g. 3e zeigt den besonderen Fall eines rechteckigen Nutprofils und Fig.3f einen GrenzfalL der dann eintritt wenn die eine Nut einen _?„ dicker \Virk;;n~ vnd

die durch das leichte rollende Ansloßen der Kugel an den Führiingsnuten verursacht werden, vernachlässigbar gering. Demzufolge ist die Kugel außerordentlich empfindlich für Verdrängungen in der Strömung bzw. im Durchfluß und der Druckverlust im Durchflußmesser ist niedrig. Die Empfindlichkeit des Durchflußmessers u !id weiter durch die strömungsdynamische Antriebsgeschwindigkeit erhöht, die durch die Anordnung der Fü^ru? jsnuten 26 und 28 möglich gemacht wird. Die Kreisbewegung, die dem durch die Kammer 20 laufenden Fluid erteilt wird, enthält eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, die sich mit abnehmendem Radius vergrößert, d.h. mit abnehmender Entfernung vom Mittelpunkt der Kreisbahnbewegung.

Somit können die Führungsnuten 26 und 28 wahlweise so gebaut werden, daß die Bahn, auf der sich die Kugel entlangbewegt, einen solchen Radius erhält, daß die Geschwindigkeit, mit der sich die Kugel auf der Bahn entlangbewegt, größer ist als die Geschwindigkeit des zu niessenden Fluids, bei dessen Einströmen in den Durchflußmesser und Herausströmen aus diesem Meßgerät.

Die Bewegung der Kugel auf ihrer Bahn und hauptsächlich die Anzahl der Bahnumläule pro Zeiteinheit oder die Umlaufgeschwindigkeit der Kugel lassen sich mit Hilfe irgendeines bekannten Verfahrens bestimmen. Zu diesem Zweck ist in Fig. I nur beispielsweise eine photoelektrische Anordnung dargestellt, die erfordert, daß der untere und obere Führungskörper 14 bzw. 16 des Durchflußmessers vollständig oder teilweise transparent sind oder mit transparenten bzw.durchsichtigen Fenstern an g.eigneten Stellen versehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wirft eine Lichtquelle 32 einen Lichtstrahl auf eine Fotozelle 34, der Strahl läuft durch das Gehäuse des Durchflußmessers an einer Stelle in der Bewegungsbahn der Kugel, so daß er einmal bei jedem Umlauf der Kugel von der Kugel unterbrochen wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Kugel in der Kammer kreist kann mit Hilfe eines elektrischen Meßwertwandlers 36 und eines Anzeigeinstrumentes angezeigt werden, so beispielsweise eines Zeigers oder Schreibers 38. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die photoelektrische Anzeigevorrichtung hier nur als Beispiel zu verstehen und läßt sich durch eine Reihe anderer Verfahren bzw. Vorrichtungen ersetzen, so beispielsweise magnetische, induktive und strörnungsrniiteibetätigte Vorrichtungen.

In den F i g. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die sich insbesondere für sehr kleine Meßgeräte eignet Im allgemeinen ist diese Ausfüh-

rungsform der in den F i g. 1 und 2 dargestellten ähnlich, weicht jedoch von dieser Ausführungsform darin ab, daß sie mit einer vollständig kreisrunden Meßkammer versehen ist. Somit weist dieser Durchflußmesser 10' ein Gehäuse 12' auf, das sich aus unterem Führungskörper 14', einer Seitenwand 18', die vorzugsweise mit ihm untrennbar verbunden ist, und einem oberen Führungskörper 16', zusammensetzt. Die von diesem Körper gebildete Meßkammer 20' ist somit in Draufsicht vollständig kreisrund und ist wie auch die vorhergehende Ausführungsform mit einer tangentialen Einströmöffnung 22' und einer axialen Ausströmöffnung 24' versehen. Die Kammer 20' nimmt eine Kugel 30' auf. die wie die Kugel 30 der vorhergehenden Ausfiihrungsform durch flache Nuten 26' und 28' geführt wird, die in den oberen und unteren Führungskörpern 12' und 14' der Meßkammer vorgesehen sind. Die Bewegung der Kugel wird mit Hilfe einer phoioeiektrischcn Anordnung, die der Anordnung von F i g. 1 ähnlich ist, abgcfühlt oder abgetastet. Diese Anordnung weist eine Lichtquelle 32', eine Photozelle 34'. einen elektronischen Meßwertwandler 36' und ein Anzeige-Schreib- oder Zählinstrumerit 38' auf.

Ferner ist es nicht notwendig, die Führungsnuten in den tatsächlichen Wandteilen des Gehäuses auszubilden; sie können vielmehr auch beispielsweise in getrennten Ringen oder Scheibenkörpern ausgebildet sein, die in die Stirnwände eingelassen sind, oder auch in speziellen Einrichtungen, die in der Kammer des Duruiflußmessers angeordnet sind, wie dies in den F i g. 6 und 7 dargestellt ist. Bei der in den F i g. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform entspricht der Durchflußmesser 10a seiner Konstruktion nach im wesentlichen dem Durchflußmesser 10 und hat ein Gehäuse 12a mit einer Meßkammer 20a, einer Einströmöffnung 22a. jedoch zwei Austrittsöffnungen 23a und 24a. Wie aus den Zeichnungsfiguren hervorgeht, sind zwei Ringe, nämlich ein oberer Ring 40 und ein unterer Ring 42, in der Kammer 20a angebracht, um die Kugel 30a auf ihrer Bahn zu führen. Die flachen Führungsnuten 41 und 43 sinrl in Hpn gpgpniihprlipgpnHpn Ohprflärhpn Ηργ entsprechenden Ringe angeordnet, um gekrümmte Teile der Kugeloberfläche aufzunehmen.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Durchflußmessers, die der in den Fig. 1-3 beschriebenen insofern ähnlich ist, als das Fluid veranlaßt wird, tangential in eine Durchflußkammer hineinzuströmen und aus dieser Meßkammer durch einen Austritt auszuströmen, der koaxial zur Meßkammer liegt. Die praktische Konstruktion dieser letzteren Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der Ausführungsform nach den Fi g. 1 -3 darin, daß in diesem Fall der Durchflußmesser ein äußeres, im allgemeinen kreisrundes Gehäuse 100 aufweist, das mit einer Einströmöffnung 102 versehen ist die nicht tangential zum Gehäuse angeordnet zu sein braucht sondern radial oder axial zum Gehäuse liegen kann, wie dies durch die gestrichelte Linie 102' angedeutet ist In dem Gehäuse ist koaxial und in einer bestimmten Entfernung von der inneren Gehäuseoberfläche ein festliegendes System aus Führungsflügeln 104 angeordnet Somit befindet sich auf der Außenseite des Führungsflügelsystems eine Druckausgleichkammer 106 für das einströmende Medium, dem von den Flügeln 104 beim Eintreten in eine kreisrunde Kammer 108, die sich in radialer Richtung innerhalb der Flügel befindet eine Tangentialbewegung oder Zirkulationsbewegung erteilt wird. Auf ähnliche Weise, wie sie im obigen beschrieben wurde, wird ein kugelförmiges Meßelement 110 durch Krafteinwirkung veranlaßt, der Zirkulations- oder Kreisbahnbewegung des Fluids zu folgen, und wird dabei zwischen Nuten geführt, welche in den Wänden des Gehäuses oder in an dem Gehäuse angebrachten Körpern angeordnet sind, und von denen nur die eine Nut 112 in der Zeichnungsfigur sichtbar ist. Innerhalb der Bewegungsbahn der Kugel befindet sich eine Austrittsöffnung 114, die sich koaxial /.um Gehäuse erstreckt. Diese Ausfiihrungsform gestattet eine größere Freiheit bei der praktischen Konstruktion des Gehäuses und insbesondere im Hinblick auf die Anordnung seiner F.injtrömöffnung.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform des Durchflußmessers dargestellt, die sich insbesondere für die Verwendung unter Bedingungen eignet, wo die Umgebung des Durchiiußmessers eine messung mit Hilfe einer elektrischen Signalvorrichtung ausschließt.

Aufgrund der Tatsache, daß die Anzeigevorrichtung in festliegenden Nuten der oben beschriebenen Art geführt wird, läßt sich der Durchflußmesser leicht so anpassen, daß er Drucksignale erzeugt, die an ein geeignetes Signalverarbeitungssystem übertragen wer-

den können. Die in F i g. 9 gezeigte Ausführungsform weist ein Gehäuse 120 auf, das im allgemeinen mit dem Gehäuse 12 der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 übereinstimmt. So hat das Gehäuse 120 einen oberen Führungskörper 122 und einen unteren Führungskörper

124. Ähnlich wie die vorherigen Ausführungsformen sind in den Wandteilen des Gehäuses zur Führung eines Meßelementes Nuten 126 und 128 vorgesehen, das die Form einer Kugel 130 hat. Zum Anzeigen der Bewegung der Kugel befindet sich in wenigstens einer der Nuten ein oder mehrere Kanäle, die sich in die wirklichen Nuten hinein öffnen, wie dies beispielsweise mit dem Kanal 132 angedeutet ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, öffnet sich der Kanal 132 in die Nut 126 hinein, und jedesmal dann, wenn die Kugel die Mündung des Kanals passiert, wird in dem Kanal ein Druckimpuls er:·"?¹.!"!. de^r »her pinen Anschluß 134 an ein nicht dargestelltes Anzeigesystem weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird in dem Kanal 132 bei jedem Umlauf der Kugel 130 ein Druckimpuls erzeugt, und das zusammengesetzte Signal, das mit dieser Ausführungsform erhältlich ist, hat die Form einer Impulskette, die den Impulsen ähnlich ist, welche bei den vorherigen Ausführungsformen erhalten werden, jedoch hier in Form von Strömungsmittelimpulsen.

Alle oben beschriebenen Ausführungsformen bilden einen einfachen, geräuscharmen Durchflußmesser, der praktisch vollständig linear und reproduzierbar arbeitet und dabei einen nur geringen Druckverlust aufweist. Dieses Ergebnis wird durch das oben beschriebene Konstruktionsprinzip erreicht, dessen grundlegendes Merkmal die Tatsache ist daß das Meßelement so angeordnet wird, daß es sich in dem strömenden Fluid im größtmöglichen Maße frei bewegen kann, d.h. vollständig von dem Fluid bedeckt wird, wobei die Tangentialgeschwindigkeitskomponente der Bewegung des Fluids dem gemessenen Sti ömungsparameter proportional ist Gleichzeitig wird die Kugel in ihrer Bahn unter stabilen Bedingungen in einer Weise geführt die die geringstmögliche Reibung verursacht wobei die

*5 Bewegung der Kugel in ihren flachen Führungsnuten mit der Bewegung der Lagerkugeln in Laufringen eines unbelasteten Kugellagers vergleichbar ist

Hierzu S Blatt Zeichnungen

909 681/168

Claims

Patentansprüche;

1. Durehflußmesser für Fluide mit einem Gehäuse, in dem sieh eine Meßkammer befindet, in die das Fluid durch wenigstens eine tangential Einströmöffnung eintritt, in der Kammer zirkuliert und durch wenigstens eine axiale Ausströmöffnung aus der Kammer austritt, sowie mit einem von der Strömung angetriebenen, kugelförmigen Meßelement, das in der Kammer auf einer Kreisbahn konzentrisch zur Kammer rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnung (22) oder Einströmöffnungen in der Rotationsebene des Meßelementes (30) liegt, daß das Meßelement zwischen zwei scheibenförmigen Führungskörpern (14, 16) angeordnet ist, von denen wenigstens einer eine kreisförmige Führungsnut (26) aufweist, die zusammen mit dem gegenüberliegenden Führungskörper das Meßelement (30) frei führt, und daß der Abstand zwischen den Führungskörpern (14, 16) kleiner ist als der Durchmesser des kugelförmigen Meßelementes (30), und der Abstand zwischen den beiden kreisförmigen Führungskanten (27a, 27i>;der Führungsnut (26), die als Abrollspur wirken, größer ist als der Durchmesser der gedachten Schnittfläche, die die in die Führungsnut eintretende Polkappe vom übrigen Teil des kugelförmigen Meßelementes (30) trennt

2. Durehflußmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofi!, das sich aus zwei Kreisbogen (o-x\, xi - i) zusammensetzt, die durch eine mittlere gsrade !-^:jiie (xi-xi, Fig.3b) verbunden sind.

3. Durehflußmesser nach A^opruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofil, das aus zwei Geraden (o-y\, yi-i) zusammengesetzt ist, die durch einen mittleren Kreisbogen (y\ —yi, F i g. 3c) verbunden sind.

4. Durehflußmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofil, das aus zwei Kreisbögen (o—z\, z% — i) zusammengesetzt ist, die durch einen mittleren Kreisbogen (z\ - Zt) verbunden sind, der einen Krümmungsradius aufweist, welcher dem Krümmungsradius der beiden äußeren Kreisbögen entgegengesetzt ist, derart, daß der mittlere Teil des Nutbogens konkav gewölbt ist und die sich daran anschließenden Nutbodenteile konvex gewölbt sind (F ig. 3d).

5. Durehflußmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofil in Form eines Kreisbogens (F i g. 3,3a),

6. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut oder Führungsnuten eine rechteckige Querschnittsform (F i g. 3e) aufweisen.

7. Durehflußmesser nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmigen Führungsnut (26) ein Führungskörper mit glatter, flacher Oberfläche gegenüberliegt (F i g. 3f).

8. Durehflußmesser nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden scheibenförmigen Führungskörper (14, 14', 16', 40, 42) in je einer Ebene liegen, die sich parallel zu der Kreisbahnebene des strömenden Fluids erstreckt.

9. Durehflußmesser nach einem der Ansprüche I -8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der eine kreisförmige Führungsnut (126) aufweisenden Führungskörper mit wenigstens einem Druckimpulsleitkanal (132) in Verbindung steht, der sich in die Nut hinein öffnet und mit einem Strömungssignal-Verarbeitungssystem verbunden ist (F i g, 9),