DE2614811B2

DE2614811B2 - Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen Meßkörper

Info

Publication number: DE2614811B2
Application number: DE19762614811
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 1000 Berlin Friebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE2614811A1; FR2346689A1; JPS5347867A; GB1545434A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen, quer zur Strömungsrichtung gehaltenen und mit einer Rückstellkraft belasteten Meßkörper, der das Profil einer Tragfläche aufweist deren Stirnseite der Strömung entgegengerichtet ist und die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist

Bei einem bekannten Durchflußmeßgerät dieser Art (DE-PS 4 70 238) wird die in der Strömung von dem Meßkörper verursachte Auftriebskraft als Direktionskraft für ein schwingendes System ausgenutzt; dieses schwingende System ist mit dem Meßkörper mechanisch gekuppelt und besteht unter anderem aus einem Lenker enthaltenden Führungssystem für den Meßkörper. Das Führungssystem sorgt dafür, daß der Meßkörper stets den gleichen Anstellwinkel einnimmt Das Führungssystem steht über eine Welle mit der Hemmung eines nicht dargestellten Triebwerkes in Verbindung. Das gesamte System mit dem Meßkörper führt infolgedessen Schwingungen mit einer Frequenz aus, die unter anderem auch von der Auftriebskraft des Meßkörpers abhängig ist Die Frequenz ist auch ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit so daß sich daraus die Durchflußmenge ermitteln läßt

Bei einem anderen bekannten Durchflußmeßgerät (»Messen und Regeln in der chemischen Technik«, von Hengstenberg/Sturm/Winkler, 1957, Seite 262) ist eine Durchflußöffnung im Ruhezustand mittels einer drehbar gelagerten Klappe verschlossen, die federbelastet sein kann. Bei einem Durchfluß durch die Öffnung wird die Klappe durch Anwachsen der auf sie ausgeübten Kraft verschwenkt und nimmt eine Winkelstellung ein, die ein Maß für den Durchfluß darstellt Bei diesem bekannten Durchflußmeßgerät wird der Strömungswiderstand zur Ermittlung des Durchflusses ausgenutzt Da dieser Widerstand von einer Widerstandszahl abhängig ist, die sich mit der Winkelstellung der Klappe und mit der Reynoldsschen Zahl nichtlinear ändert muß die Eichung des bekannten Durchflußmeßgerätes unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein DurchfluRmeßgerät mit einem plattenförmigen Meßkörper mit dem Profil einer Tragfläche vorzuschlagen, mit dem sich die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchfluß aufgrund einer gut definierbaren Eichkurve messen läßt und das relativ einfach aufgebaut ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Durchflußmeßgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Meßkörper auf einer Drehachse gelagert und mit einer Vorrichtung verbunden, die die von der Strömung auf den Meßkörper ausgeübten Auftriebskräfte kompensiert und dabei eine Meßgröße erzeugt, die ein Maß für den Durchfluß darstellt.

Es ist zwar bereits ein Meßgerät bekannt (US-PS 29 47 834), bei dem der Auftriebskraft eines Meßkörpers mit dem Profil einer Tragfläche die Kraft einer Feder entgegenwirkt, jedoch handelt es sich hier um eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung insbesondere für Flugzeuge, mit der sich auch nur eine vorgegebene Geschwindigkeit ermitteln läßt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß die am Meßkörper auftretenden Auftriebskräfte bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und damit in einem Strömungsgeschwindigkeitsbereich kontinuierlich erfaßt und unter Erzeugung der Meßgröße kompensiert werden, was zudem mit einem relativ einfachen Aufbau erreicht wird.

Bei dem Durchflußmeßgerät kann die Drehachse außerhalb des Auftriebsmittelpunktes des Profils des

Meßkörpers quer zur Strömungsrichtung verlaufen. Sie kann aber auch parallel zur Strömungsrichtung, z. B. in der Rohrwandung, verlaufen; der Meßkörper will dann eine Schwenkbewegung quer zur Strömungsrichtung ausführen.

Gemäß einer weiteren Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist bei einem Durchflußraeßgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Meßkörper auf einer quer tut Strömungsrichtung und außerhalb des Auftriebsmittelpunktes seines Profils verlaufenden Drehachse drehbar gelagert und mit einer auf ihn eine solche Rückstellkraft ausübenden Einrichtung versehen, daß der sich einsteilende Anstellwinkel ein Maß für den Durchfluß darstellt

Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß sich die Auftriebszahl in Abhängigkeit von dem Anstellwinkel in einem bestimmten Winkelbereich fast exakt linear verändert Daher lassen sich die Auftriebskräfte des Meßkörpers in Abhängigkeit vom Durchfluß gut definieren.

Um mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine lineare Anzeige des Durchflusses zu erreichen, die vorteilhafterweise eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers vom Durchfluß ermöglicht, ist die Rückstellkraft durch eine Rückstellvorrichtung mit einer derartigen Charakteristik bewirkt, daß sich die gewünschte lineare Abhängigkeit ergibt Trägt man nämlich — wie F i g. 1 zeigt — die Auftriebskraft A über die Winkelstellung des Meßkörpers auf, dann ergeben sich für unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeitseinheiten c Geraden, die jeweils für eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit über der Winkelstellung χ die Auftriebskraft wiedergeben. Um eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers von der Strömungsgeschwindigkeit c bzw. vom Durchfluß zu erreichen, muß die durch die Rückstellvorrichtung erzeugte Rückstellkraft über der Winkelstellung <x einen Verlauf haben, wie ihn die strichliert eingezeichnete Kurve zeigt Diese strichliert eingezeichnete Kurve ergibt sich aus den Schnittpunkten der Geraden für die Auftriebskräfte A bei den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten c mit den senkrecht verlaufenden (gedachten) Geraden bei der jeweiligen Winkelstellung oc. Wird also bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine Rückstellkraft mit einer Charakteristik entsprechend de;· strichliert eingezeichneten Kurve verwendet, dann ist die Winkelstellung des Meßkörpers exakt dem jeweiligen Durchfluß proportional. Ein solches Durchflußmeßgerät besitzt einen sehr großen Meßbereich. Die Rückstellvorrichtung kann aus einem Gewicht an einer Kurvenscheibe oder aus einor Feder mit einer entsprechenden Charakteristik bestehen.

Vielfach ist es ausreichend, wenn das Durchflußmeßgerät einen Meßberich von etwa 5:1 aufweist In diesem Falle ist es vorteilhaft den im gezeichneten Beispiel im Bereich zwischen etwa 5° und 10° der Winkelstellung λ linear abfallenden Verlauf der strichliert eingezeichneten Kurve der Rückstellkraft R auszunutzen und eine Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik zu verwenden, die erheblich einfacher als die oben behandelte Rückstellvorrichtung herstellbar ist. Bei Verwendung einer Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik nimmt dann der Meßkörper in seiner Ausgangslage einen größeren, et ν a 10° nicht überschreitenden Einstellwinkel zur Strömungsrichtung ein, während der kleinste Einstellwinkel bei größtem meßtechnisch erfaßbaren Durchfluß etwa 5° zur Strömungsrichtung beträgt Die Rückstellvorrichtung kann in diesem Falle aus einer Feder mit linearer Charakteristik bestehen.

Als besonders vorteilhaft wird es im Hinblick auf eine möglichst einfache konstruktive und fertigungsgerechte Ausführung des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes angesehen, wenn die Rückstellfeder mit linearer Federcharakteristik von einem Torsionsrohr gebildet ist was mit seinem einen Ende eine öffnung eines den

ίο Meßkörper aufnehmenden Hohlkörpers dichtend umgreifend an dem Hohlkörper angebracht ist und an seinem geschlossenen Ende mit der Drehachse verbunden ist die durch die öffnung des Hohlkörpers innerhalb des Torsionsrohres geführt ist

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 2 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes wiedergegeben und in Fig.3 ein weiterer Schnitt durch dasselbe AusfiihrungsbeispieJ gezeigt

Das dargestellte Durchflußmeßgerät ist in einem Hohlkörper 1 untergebracht der beispielsweise von einem Rohr gebildet ist Innerhalb des Hohlkörpers 1 ist ein plattenförmiger Meßkörper 2 gelagert Der plattenförmige Meßkörper 2 weist das Profil einer Tragfläche auf. An der Stirnseite 3 des Meßkörpers 2 ist eine Drehachse 4 angeordnet und zwar derart daß sich der Meßkörper 2 mit seiner Drehachse 4 quer zur Strömungsrichtung 5 innerhalb des Hohlkörpers 1 befindet

Wie insbesondere F i g. 3 zeigt ist die Drehachse 4 des Meßkörpers 2 an ihrem einen Ende 5 auf einer Schneide 6 in einem topfartigen Vorsprung 7 des Hohlkörpers 1 gelagert Auf der gegenüberliegenden Seite des Meßkörpers 2 ist die Drehachse 4 durch eine öffnung 8

im Hohlkörper 1 geführt Die öffnung 8 ist von einem Torsionsrohr 9 verschlossen, das mit seinem einen Ende 10 die öffnung 8 dichtend umgreift Am anderen verschlossenen Ende 11 des Torsionsrohres 9 ist die Drehachse 4 befestigt.

Am Ende 11 des Torsionsrohres 9 befindet sich eine in der F i g. 3 nur schematisch dargestellte Anzeige- oder Abgriffeinheit 12, die in ihrer einfachsten Ausführung aus einem Ziffernblatt bestehen kann, hinter dem sich das außen mit einer Markierung, z. B. einem Zeiger

versehene Torsionsrohr 9 befindet Bei einer Winkelveränderung des Meßkörpers 2 dreht die Markierung aufgrund der Torsion hinter der Skala, wodurch die Winkelstellung und damit der Durchfluß angezeigt wird. Es ist aber auch möglich, die Torsion des Torsionsrohres 9 durch einen elektrischen oder pneumatischen Abgriff zu erfassen und den erfaßten Meßwert entweder am Einbauort des Durchflußmeßgerätes mittels eines elektrischen Meßinstrumentes zur Anzeige zu bringen oder über eine Fernübertragungsleitung zur

Weiterverarbeitung an einen entfernten Ort zu übertragen.

Das erfindungsgemäße Durchfiußmeßgerät arbeitet in folgender Weise:
Im Ruhezustand, d.h. bei einem Durchfluß Null, befindet sich der Meßkörper 2 in einer um etwa 10° gegenüber der Strömungsrichtung 5 geneigten Lage, in die er durch die Torsionsfeder 9 geschwenkt ist Tritt ein Durchfluß auf, dann ergibt sich auch eine Auftriebskraft die in Richtung des Pfeiles 13 wirkt und den Meßkörper 2 entgegen der Wirkung des Torsionsrohres 9 in Richtung des Pfeiles 14 so weit verschwenkt bis das von der Auftriebskraft verursachte Drehmoment sich im Gleichgewicht mit dem Rückstellmoment des Torsions-

rohres 9 befindet In der Anzeige- oder Abgriffeinheit 12 ist dann der entsprechende Durchflußmeßwert ablesbar bzw. abgreifbar. Bei weitersteigendem Durchfluß wird der Meßkörper 2 entsprechend weiter verschwenkt und gibt dann durch seine Winkelstellung den veränderten Durchfluß an. In einer Winkelstellung von etwa 5° gegenüber der Strömungsrichtung 5 ist bei Verwendung eines Torsionsrohres mit linearer Charakteristik der mit vertretbarem Fehler maximal erfaßbare Meßwert erreicht.

Steigt der Durchfluß noch stärker an, dann wird er aufgrund des in F i g. 1 dargestellten Sachverhaltes nicht mehr genau erfaßt, jedoch verursacht eine über dem Meßbereich liegender Durchfluß keine Schäden am Durchflußmeßgerät, weil die Auftriebskräfte mit kleiner werdendem Anstellwinkel gegen Null gehen, so daß eine große Überlastbarkeit des Durchflußmeßgerätes gegeben ist

Mit der Erfindung wird ein Durchflußmeßgerät mit einem mit einer Rückstellvorrichtung versehenen, plattenförmigen Meßkörper vorgeschlagen, das wegen der Ausbildung des Meßkörpers als Tragfläche Winkel-Stellungen des Meßkörpers erreichen läßt, die in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und damit auch vom Durchfluß gut definierbar sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen, quer zur Strömungsrichtung gehaltenen und mit einer Rückstellkraft belasteten Meßkörper, der das Profil einer Tragfläche aufweist, deren Stirnseite der Strömung entgegengerichtet ist und die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) auf einer Drehachse (4) gelagert und mit einer Vorrichtung verbunden ist, die die von der Strömung auf den Meßkörper ausgeübten Auftriebskräfte kompensiert und dabei eine Meßgröße erzeugt, die ein Maß für den Durchfluß darstellt

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse außerhalb des Auftriebsmittelpunktes des Profils des Meßkörpers und quer zur Strömungsrichtung verläuft

3. Durchfluflmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse parallel zur Strömungsrichtung verläuft und der Meßkörper eine Schwenkbewegung quer zur Strömungsrichtung ausführt.

4. Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen, quer zur Strömungsrichtung gehaltenen und mit einer Rückstellkraft belasteten Meßkörper, der das Profil einer Tragfläche aufweist, deren Stirnseite der Strömung entgegengesetzt ist und die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) auf ^3Ü einer quer zur Strömungsrichtung (5) und außerhalb des Auftriebsmittelpunktes seines Profils verlaufenden Drehachse (4) drehbar gelagert und mit eine r auf ihn eine solche Rückstellkraft ausübenden Einrichtung (9) versehen ist, daß der sich einstellende Anstellwinkel ein Maß für den Durchfluß darstellt.

5. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch eine Rückstellvorrichtung mit einer derartigen Charakteristik bewirkt ist, daß sich eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. vom Durchfluß ergibt

6. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung (9) eine lineare Charakteristik aufweist und daß der Meßkörper (2) in seiner Ausgangslage einen größten, etwa 10° nicht überschreitenden Anstellwinkel zur Strömungsrichtung (5) aufweist und daß der kleinste Anstellwinkel des Meßkörpers (2) bei größtem meßbarem Durchfluß etwa 5° zur Strömungsrichtung (5) beträgt

7. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung von einem Torsionsrohr (9) gebildet ist, das mit seinem einen Ende (10) eine Öffnung (8) eines den Meßkörper (2) aufnehmenden Hohlkörpers (1) dichtend umgreifend an dem Hohlkörper (1) angebracht ist und seinem anderen geschlossenen Ende (11) mit der Drehachse (4) verbunden ist, die durch die Öffnung (8) innerhalb des Torsionsrohres (9) geführt ist.