DE3309552A1 - Anordnung zur durchflussmengenmessung - Google Patents

Anordnung zur durchflussmengenmessung

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Horst Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt Bader
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Eckardt AG
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Eckardt AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/28Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by drag-force, e.g. vane type or impact flowmeter

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Description

  • Anordnung zur Durchflußmengenmessung
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchflußmengenmessung in Rohrleitungen strömender Medien, mit einem in der Leitung angeordneten und von dem strömenden Medium mit einem Drehmoment beaufschlagten Drallrad oder Drallkranz.
  • Die Verwendung eines Drallrades zur Durchflußmengenmessung, das von einem strömenden Medium mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, ist zum Beispiel aus der DE-OS 24 13 245 bekannt. Dort sitzt das Drallrad auf einem torsionselastischen und an einem Ende axial starr befestigten Rohr. Zur Messung des von dem strömenden Medium auf das Drallrad ausgeübten Drehmoments sind Dehnungsmeßstreifen vorgesehen, die an der Innen- oder Außenwand des torsionselastischen Rohrs befestigt sind und eine dem Drehmoment entsprechende elektrische Widerstandsänderung an eine außerhalb der Leitung angeordnete Meßschaltung übermitteln. Das Drehmoment bzw. die elektrische Widerstandsänderung sind im Idealfall der Durchflußmenge direkt proportional und können nach entsprechender Umformung auf einem Meßinstrument dargestellt werden.
  • Diese Bauart weist jedoch den Nachteil auf, daß eine relativ aufwendige elektrische Auswerteschaltung und die Zuführung elektrischer Energie in das Innere der Rohrleitung nötig ist, wobei elektrische Energie auch nicht immer oder nicht in geeigneter Form zur Verfügung steht. Die Verwendung eines Torsionsrohrs bedingt überdies eine gewisse Länge des gesamten Aufnehmers.
  • Eine andere, ebenfalls auf dem Prinzip eines Drallrades basierende Vorrichtung zur Durchflußmengenmessung ist aus der DE-AS 11 89 741 bekannt. Dort ist eine in einem Rohrstück einer das strömende Medium führenden Leitung angeordnebi einen Drall erzeugende Leitradeinrichtung vorgesehen, wobei dieses Rohrstück innerhalb eines Gehäuses von größerem Durchmesser mittels eines Kreuzbandgelenkes aufgehängt ist. Das von dem strömenden Medium auf die Leitradeinrichtung ausgeübte Drehmoment wird auf das Rohrstück übertragen, wobei die elastische Aufhängung des Rohrstücks dafür sorgt, daß dieses ausgelenkt werden kann. Eine Kompensationsvorrichtung gleicht die Bewegung der Flüssigkeitsleitung aus, wobei die hierzu nötige Kraft gemessen wird und ein Maß für die Durchflußmenge liefert. Diese Bauart ist sehr aufwendig. Insbesondere ist ein Gehäuse von größerem Durchmesser als die eigentliche Flüssigkeitsleitung notwendig sowie eine Aufhängung, zum Beispiel ein Kreuzbandgelenk. Außerdem muß das Rohrstück zwischen zwei elastischen Rohrteilen, vorzugsweise Wellrohren, aufgehängt sein.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Durchflußmengenmessung zu schaffen, die das Prinzip des Drallrads verwendet, jedoch die Nachteile der bekannten Ausführungsformen, insbesondere den hohen mechanischen Aufwand und die Verwendung elektrischer Schaltkreise, vermeidet. Die Anordnung soll einfach aufgebaut und preiswert herzustellen sein und eine genaue Durchflußmengenmessung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an dem Drallrad oder Drallkranz ein aus der Leitung herausgeführter Kipphebel befestigt ist, wobei außerhalb der Leitung eine Meßvorrichtung angeordnet ist, die das von dem Kipphebel übertragene Drehmoment mißt. Eine derartige Anordnung läßt sich ohne Aufwand in jede Rohrmeßstrecke einbauen, ohne daß diese besondere Voraussetzungen erfüllen muß.
  • Der mechanische Aufwand ist gering, da innerhalb des Rohres -lediglich das Drallrad und der Kipphebel vorzusehen sind.
  • Der mit dem Drallrad verbundene Kipphebel bewegt sich bei dieser Anordnung quer zur Strömungsrichtung. Daher ist es zweckmäßig, wenn die Kippachse des Kipphebels parallel zur Drehachse des Drallrades oder Drallkranzes und in einem Abstand zu dieser verläuft. Die außerhalb der Rohrleitung vorgesehene Meßvorrichtung mißt dann das Moment des Kipphebels senkrecht zur Strömungsrichtung.
  • Es ist zwar bekannt, zur Durchflußmengenmessung eine Stauscheibe vorzusehen, die an einem sich in radialer Richtung zu dem das Meßmedium führenden Rohr erstreckenden Kipphebel befestigt ist. Dieser Kipphebel ist durch die Wandung des Rohrs hindurchgeführt und überträgt die von der Flüssigkeit auf die Stauscheibe ausgeübte Kraft nach außen, wo diese Kraft von einer Meßvorrichtung angezeigt wird. Der Kipphebel muß dabei in der Wandung des Rohrs bewegbar gelagert sein, zum Beispiel über ein Gelenk oder eine biegeelastische Membran. Die Meßvorrichtung nimmt dabei jedoch ein Moment in Strömungsrichtung und nicht senkrecht zu dieser auf. Abgesehen von diesem konstruktiven Unterschied müssen jedoch, da diese Lösung kein Drallrad, sondern eine Stauscheibe vorsieht, gewisse Nachteile in Kauf genommen werden. Insbesondere dürfen, damit die Stauscheibe senkrecht zur Flüssigkeitsströmung steht, was die Bedingung für eine genaue Messung ist, auf einer Einlaufstrecke, die etwa der 10- bis 20-fachen Nennweite des Rohrs entspricht, sowie auf einer Auslaufstrecke, die etwa der 5- bis 10-fachen Nennweite des Rohrs entspricht, keine Drallerzeuger wie Ventile, T-Stücke oder Krümmer angeordnet sein. Außerdem sind an die Viskosität des strömenden Mediums bestimmte Anforderungen zu stellen. Zum Beispiel ist es nicht möglich, die Durchflußmenge relativ langsam strömender Gase, insbesondere Luft, zu messen. Eine derartige Messung istjedoch mitder erfindungsgemäßen Anordnung möglich.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Kippachse des Kipphebels in Höhe der Rohrwand verläuft. Die Aufhängung des Kipphebels ist dann recht einfach möglich. So kann zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kipphebel in seiner parallel zur Drehachse des Drallrades verlaufenden Kippachse in der Rohrwand aufgehängt sein, wobei die Rohrwand biegeelastisch ausgebildet ist.
  • Eine sehr günstige Ausgestaltung sieht vor, den Kipphebel durch eine biegeelastische Membran zu realisieren. Eine derartige Membran gewährleistet nicht nur die notwendige Beweglichkeit des Kipphebels, sondern ermöglicht darüber hinaus auch eine sehr einfache und preisgünstige Abdichtung der Rohrleitung.
  • Zweckmäßig ist es, wenn die Achse des Drallrades mit der Rohrachse zusammenfällt. Die außerhalb der Leitung angeordnete Meßvorrichtung kann beliebig und unter Verwendung im Prinzip bekannter Methoden ausgeführt sein. So ist es zum Beispiel möglich, eine mit dem Kipphebel direkt verbundene Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise ein Zeigermeßwerk, vorzusehen. Eine andere empfehlenswerte Lösung sieht als Meßvorrichtung eine tangential zur Rohrleitung wirkende Kompensationseinrichtung vor. Diese Kompensationsvorrichtung kann in zweckmäßiger Weise pneumatisch aufgebaut sein, zum Beispiel aus einem Düsen-Prallplattensystem, einem Drucksensor und einer die Kompensationskräfte auf den Kipphebel übertragenden Vorrichtung.
  • Der Kipphebel und die mit ihm verbundene Dralleinrichtung können unter Verwendung verschiedener Methoden zusätzlich gehalten sein.
  • Zur Aufnahme eines eventuell auftretenden hohen statischen Druckes des strömenden Mediums wird der Kipphebel zum Beispiel zweckmäßig durch elastische Bänder und einen Bügel gehalten. Dadurch wird die Abdichtmembran von der Druckwirkung entlastet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile folgen aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 den Querschnitt durch eine Rohrleitung sowie eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchflußmengenmessung, Fig. 2 denselben Querschnitt wie Fig. 1 mit übertrieben gezeichneter Auslenkung des Drallrades zur Erläute -rung der Kraftverhältnisse und Fig. 3 die Ansicht in Richtung des Pfeils III der Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist ein Teil einer Rohrleitung 1 im Querschnitt gezeigt.
  • Diese Rohrleitung ist mit einer Bohrung. 2 versehen. Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchflußmengenmessung ist als Ganzes mit 3 bezeichnet und auf diese Bohrung aufgesetzt bzw.-durch sie hindurchgeführt.
  • Eine zu dieser Anordnung gehörende Trägerplatte 4 überspannt die Bohrung 2 und trägt eine zylinderförmige Hülse 5. In dieser Hülse ist eine elastische Membran 6, die zum Beispiel eine Metallmembran sein kann, befestigt. Eine Bohrung dieser Membran nimmt den Kipphebel 7 auf. Die Kippachse dieses Kipphebels geht damit durch die Mitte der Bohrung der Membran und verläuft parallel zur Rohrleitung 1 bzw. parallel zur Drehachse des Drall rades 8 und in einem Abstand d zu dieser. Diese Kippachse ist mit der Bezugsziffer 9 versehen.
  • Das Drallrad 8 ist an dem Kipphebel 7 befestigt, wobei das Drallrad (bzw. der Urallkranz) in an sich bekannter Weise ausgeführt sein kann und zum Beispiel Leitflächen mit Schaufelprofil oder mit Tragflächenprofil aufweisen kann. Die Achse dieses Drallrads ist mit 12 bezeichnet. Bei größeren Nennweiten der Rohrleitung ist es vorteilhaft, statt eines Drallrades einen Drallkranz zu verwenden. Das der Rohrleitung abqewandte Ende des Kipphebels 7 ist, wie am besten der Fig. 3 zu entnehmen ist, an einem Bügel 10 befestigt, der seinerseits mit der Hülse 5 über Metallbänder 11 und 11' in Verbindung steht. Die Anordnung des Bügels 10 und der Metallbänder 11 und 11' dient zur Aufnahme der bei hohen statischen Drücken des strömenden Mediums auf den Kipphebel 7 in radialer Richtung ausgeübten Kräfte.
  • Die Meßvorrichtung ist im Ausführungsbeispiel als eine pneumatisch wirkende Kompensationsvorrichtung ausgebildet, die tangential zur Rohrleitung 1 auf den Kipphebel 7 einwirkt. Die Ausbildung einer solchen Kompensationsvorrichtung ist dabei im Prinzip zum Beispiel von Stauscheiben-Durchflußmengen-messern bekannt, wobei sie dort allerdings axiai und nicht tangential zur Rohrleitung angeordnet sind. Auf den Kipphebel 7 bzw. in Verlängerung desselben auf den Bügel 10 kann beispielsweise eine Prallplatte 13 aufgesetzt sein.
  • Eine Leitung 14 führt unter Druck stehendes Medium, zum Beispiel Luft, in Richtung des Pfeiles A. über eine Düse 15 tritt diese Luft aus und wirkt auf die Prallplatte 13. An die Leitung 14 ist ferner eine Abzweigung 16 angeschlossen. Diese Leitung 14 führt über einen pneumatischen Verstärker 17 zu einem Federbalg 18, der eine Kraft auf den Kipphebel 7 ausüben kann.
  • Die gesamte Anordnung zur Durchflußmengenmessung kann mit einer zum Beispiel haubenförmigen Abdeckung 19 verkleidet werden.
  • Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung wird in Fig. 2 erläutert.
  • Das Medium durchströmt die Rohrleitung in die Zeichenebene hinein (Pfeil B gemaß Fig. 3). Dadurch erfährt der DraLSssnz 8 ein Dnasment in Richtung des Pfeiles C. Da der Drallkranz an dem Kipphebel 7 befestigt und dieser wiederum in der Membran 6 in seiner Kippachse 9 aufgehängt ist, wird sich die aus dem Drallkranz 8 und dem Kipphebel 7 bestehende Einheit ion Richtung des Pfeiles D bewegen, wobei zur deutlicheren Darstellung die Auslenkung hier übertrieben gezeichnet ist. Damit bewegt sich die Prallplatte 13 auf die Düse 15 zu. Der sich aufbauende Staudruck wird über den pneumatischen Verstärker 17 dem Federbalg 18 zugeführt und übt auf den Kipphebel 7 eine Kraft aus, die diesen in seine in der Fig. 1 gezeigte Lage zurückführt. Der Staudruck kann über einen hier nicht gezeigten Drucksensor gemessen und zur Anzeige gebracht werden, da er der Durchflußmenge direkt proportional ist.
  • Diese Anordnung zur Durchflußmengenmessung bietet gegenüber den bekannten, auf dem Prinzip eines Drallrades beruhenden Durchflußmengenmessern den Vorteil eines einfachen und preisgünstigen Aufbaus, da das Drallrad bzw. der Drallkranz nicht auf einer Welle gelagert werden muß. Die Nachteile derStauscheib-Durchflußmengenmesser, insbesondere die notwendige Einlauf- und Auslaufstrecke, sowie ihre schlechte Anwendbarkeit bei langsam strömenden Gasen, werden ebenfalls vermieden.
  • - Leerseite -

Claims (13)

  1. Ansprüche Anordnung zur Durchflußmengenmessung in Rohrleitungen strömender Medien, mit einem in der Leitung angeordneten und von dem strömenden Medium mit einem Drehmoment beaufschlagten Drallrad oder Drallkranz, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Drallrad oder Drallkranz (8) ein aus der Leitung herausgeführter Kipphebel (7) befestigt ist, und daß außerhalb der Leitung eine Meßvorrichtung (13 bis 18) angeordnet ist, die das von dem Kipphebel (7) übertragene Drehmoment mißt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (9) des Kipphebels (7) parallel zur Achse des Drallrades oder Drallkranzes (8) und in einem Abstand (d) zu dieser verläuft.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (9) des Kipphebels (7) in Höhe der Rohrwand (1) verläuft.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (7) in seiner Kippachse (9) in der Rohrwand (1) aufgehängt ist und daß die Rohrwand (1) biegeelastisch ausgebildet ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (7) mittels einer biegeelastiSChen Membran (6) aus der Rohrleitung herausgeführt ist.
  6. 6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Drallrades oder Drallkranzes (8) mit der Rohrachse zusammenfällt.
  7. 7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (13 bis 18) eine mit dem Kipphebel (7) direkt verbundene Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise ein Zeigermeßwerk, ist.
  8. 8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (13 bis 18) eine tangential zur Rohrleitung wirkende Kompensationseinrichtung ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung pneumatisch wirkt.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Kompensationseinrichtung aus einem Düsen-Prallplattensystem (13, 15), einem Drucksensor und einer die Kompensationskräfte auf den Kipphebel (7) übertragenden Vorrichtung (17, 18) besteht.
  11. 11. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallrad oder der Drallkranz (8) Leitflächen mit Schaufelprofil aufweist.
  12. 12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallrad oder der Drallkranz (8) Leitflächen mit Tragflächenprofil aufweist.
  13. 13. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) durch Metallbänder (11, 11') und einen Bügel (10) gegen den statischen Druck in der Rohrleitung gesichert ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1987005694A1 (en) * 1986-03-18 1987-09-24 Valmet Oy Through hole construction for process measuring devices
DE3801770A1 (de) * 1987-11-30 1989-06-08 Siebert & Kuehn Dr Vorrichtung zur ueberwachung der stroemung fluessiger oder gasfoermiger medien

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