DE69331969T2 - Wirbelstrassendurchflussmesser - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Durchflussmesser, die auf dem Prinzip der Messung der Frequenz oder der Periode von Wirbeln in einer Karman-Wirbelstraße arbeiten, die in einem strömenden Fluid eingerichtet ist.
• Die WO89/02580 offenbart einen Wirbeldurchflussmesser, der einen Wirbelsensor mit einer flexiblen Kopplung zwischen einem Aufwärtsstromelement und einem Abwärtsstromelement hat. Der Abschnitt mit flexibler Kopplung wird durch ein verschmälertes Gebiet ausgebildet.
• Die US-PS 4 973 062 offenbart verschiedene Wirbeldurchflussmesser und offenbart in der Spalte 4, Zeilen 14-16, dass der Koppelabschnitt zwischen bestimmten Teilen des Sensors durch "eine geschweißte Kopplung mit einem reduzierten, festen Querschnitt" ausgebildet sein kann. Die US-PS 4 973 062 offenbart weiterhin in Spalte 4, Zeilen 62-65, und in Fig. 1,4, dass der schmale Abschnitt der Wand der Leitung, wo der Sensor angebracht ist, durch "eine Rippe verstärkt" werden kann. Dieses Dokument offenbart schließlich in den Fig. 10 und 11, dass das Aufwärtsstromelement und das Abwärtsstromelement durch zwei Teile ausgebildet sein können, die durch einen flexiblen Koppelabschnitt miteinander verbunden sind.
Überblick über die Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt einen Wirbeldurchflussmesser bereit, wie er im Anspruch 1 definiert ist.
• Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Es zeigen:
• Fig. 1a und 1b teilweise ausgeschnittene Ansichten von Durchflussmessern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 1c eine Querschnittsansicht eines Drehteils und einiger benachbarter Teile, entlang der Linie 1c-1c von Fig. 1b gesehen;
• Fig. 2a eine Ansicht eines Torsionsstifts von Fig. 1b mit benachbarten Teilen, von oben gesehen;
• Fig. 2b eine Überkopfansicht des Torsionsstifts mit benachbarten Teilen, worin das Drehteil ein vollständiges Auslöseglied ist;
• Fig. 3a-3d Querschnittsansichten des Torsionsstifts und des Bereichs der Anordnungen mit reduzierter Steifigkeit, die in der Erfindung verwendet werden;
• Fig. 4a und 4b Ansichten eines Durchflussmoduls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Auslöseglieds von Fig. 1b entlang der Linie 7a-7a;
• Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer Auslösegliedanordnung des Standes der Technik;
• Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1c-1c in Fig. 1b;
• Fig. 8a, 8b und 8c Ansichten des Auslöseglieds mit einem Abdeckteil, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
• Fig. 9a und 9b Querschnittsansichten einer alternativen Auslösegliedform, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
• Fig. 10a und 10b Querschnittsansichten einer weiteren Auslösegliedform, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• In Fig. 1a hat der Durchflussmesser 10 ein Leitungsrohr bzw. eine Leitung 12 mit einer Wand 14, die eine Bohrung 16 umgibt. In der Bohrung 16 strömt ein Fluid, das flüssig oder gasförmig sein kann, im allgemeinen entlang der Richtung der Bohrungsachse 18. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, ergibt sich eine Karman-Wirbelstraße, wenn ein Fluid um ein Hindernis strömt, vorausgesetzt, dass die Reynolds-Zahl des Flusses bzw. der Strömung in einem spezifizierten Bereich ist. In Fig. 1a ist das Auslöseglied 20 bzw. der Stab das wirbelerzeugende Hindernis. Schwankende Fluiddrücke wirken auf das Drehteil 22, das sich von einem Loch 24, das in der Wand 14 ausgebildet ist, in die Bohrung 16 hinein erstreckt, und auf weitere Abschnitte des Auslöseglieds 20 derart ein, dass sich das Drehteil 22 in Antwort auf die schwankenden Drücke bewegt. Ein Torsionsstift 26 befindet sich in dem Loch 24 und ist mit dem Drehteil 22 gekoppelt. Ein Ende oder bevorzugt beide Stiftenden 26a, 26a sind fest an der Wand 14 angebracht und eine Stiftachse 27 ist im wesentlichen parallel zur Bohrungsachse 18. Bei dieser Anordnung werden die Abschnitt des Stifts 26 zwischen den fixierten Stiftenden 26a, 26a um eine Stiftachse 27 herum, wie durch den doppelten Pfeil 30 gezeigt ist, in Antwort auf die Drehbewegung des Drehteils 22 um die Stiftachse 27 herum verdrillt, wie durch den doppelten Pfeil 32 gezeigt ist. Da die Stiftenden 26a, 26a an der Rohrwand 14 befestigt sind, stellt der Stift 26 eine Kraft bereit, die versucht, das Drehteil 22 in seine Gleichgewichtsposition zurückzubringen. Die Rückbringkraft versucht die Eigenfrequenz der Schwingung des Drehteils 22 zu erhöhen, was vorteilhaft bezüglich der Sicherstellung ist, dass die Eigenfrequenzen des Drehteils 22 höher als die höchste Wirbelfrequenz sind, die während des Betriebs erzeugt wird. Der Stift 26 hat auch die Funktion, eine ungewünschte Bewegung des Drehteils 22 parallel zur Bohrungsachse 18 zu reduzieren, wobei diese Bewegung normalerweise durch eine örtliche, mechanische Schwingung oder durch andere Einflüsse verursacht wird, die nicht den Fluiddurchfluss angegeben. Durch Reduzierung dieser Bewegung werden Rauschen und Störsignale somit in dem Instrument reduziert. Zudem ermöglicht der Stift 26 eine den Durchfluss angebende Bewegung des Drehteils 22 quer zum Durchfluss, was durch den Doppelpfeil 32 gezeigt ist. Eine Erfassungseinrichtung 34, die mit dem Drehteil 22 bevorzugt durch die Anbringung an dem Stutzen 28 gekoppelt ist, erfasst die Bewegung des Drehteils 22 und stellt ein Ausgangssignal bei 36 bereit, das die Bewegung angibt und deshalb auch den Durchfluss, da die Frequenz der Bewegung eine Funktion der Volumendurchflussrate ist. Der Stutzen 28 dreht sich bzw. schwenkt um die Stiftachse 27, wobei er sich vornehmlich entlang der Doppelpfeile 38 aufgrund des vorstehend beschriebenen Einflusses des Stifts 26 und des Drehteils 22 bewegt.
• In Fig. 1a ist das Loch 24 durch eine bekannte Einrichtung, z. B. eine Abdeckung oder eine Kappe, die nicht gezeigt ist, verschlossen oder abgedichtet, um ein Fluidleck von der Bohrung 16 durch das Loch 24 in die Umgebung um die Leitung 12 herum zu reduzieren oder zu verhindern. Das Auslöseglied 20 hat auch bevorzugt eine allgemeine Form oder einen Umriss, vornehmlich, wie in dem US-Patent 4,464,939 beschrieben ist, das dem gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung gehört und hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
• Fig. 1b zeigt einen Durchflussmesser 10a, der ähnlich zu dem Durchflussmesser 10 mit der Ausnahme ist, dass der Durchflussmesser 10a einen Bereich mit verminderter Steifigkeit aufweist, der in Fig. 1b als Membran 40 gezeigt ist, die sich quer über dem Loch 24 erstreckt. Die Membran 40 grenzt somit an das Blindloch 24a und isoliert bevorzugt fluidisch das Loch 24a gegenüber der Bohrung 16. Durch Isolieren der Erfassungseinrichtung 34 oder anderer Durchflussmesserkomponenten von dem gemessenen Fluid, kann der Durchflussmesser 10a sowohl harmlose als auch gefährliche Fluide, z. B. Säuren, messen.
• Zusätzlich zu den vorteilhaften Funktionen des Torsionsstifts 26, die in Verbindung mit Fig. 1a erwähnt worden sind, kann der Stift 26 den Durchflussmesser 10a weiter verbessern, wenn er zum Verstärken der Membran 40 verwendet wird. Erstens verbessert der Stift 26 durch das Verstärken der Membran 40 die Messfähigkeit bei Anwesenheit sich ändernden Liniendrucks des Fluids (der Liniendruck ist der Druck des Fluids in der Bohrung 16 mit Bezug auf die umgebende Außenwand 14), wenn mit einem ähnlichen Durchflussmesser ohne den Stift 26 in der Verwendung als Verstärkung verglichen wird. Werte ungleich Null des Liniendrucks erzeugen Spannungen in der Membran 40 und verursachen Verzerrungen der Membran 40. Ein sich ändernder Liniendruck ändert dementsprechend diese Spannungen und Verzerrungen, was ein Anheben der Bewegung der Membran 40, des Drehteils 22 und des Stutzens 28 bewirkt. Eine bevorzugte Erfassungseinrichtung 34, die weiter unten genauer erläutert wird, detektiert vorzugsweise die Querbewegungen des Stutzens 28 und nicht die Längsbewegungen des Stutzens 28 entlang seiner Länge. Mit dieser Erfassungseinrichtung können. Vorteile realisiert werden, indem die effektive Fläche beider Hälften der Membran 40 ungefähr gleich sind (die Hälften werden durch den Stift 26 getrennt) und indem genau das Drehteil an der Membran derart positioniert oder zentriert wird, dass Änderungen des Liniendrucks vornehmlich eine Längsbewegung und nicht eine Querdrehbewegung des Stutzens 28 verursachen. In der Praxis erfasst jedoch die Erfassungseinrichtung 34 in einem gewissen Ausmaß die Bewegung des Stutzens 28 und der anderen Teile aufgrund des sich ändernden Liniendrucks. Wenn der Liniendruck periodisch schwankt, was z. B. durch ein mechanisches Pumpen in dem Durchflussstrom verursacht werden kann, kann die entsprechende Bewegung der Membran 40, des Drehteils 22 und des Stutzens 28 durch die Erfassungseinrichtung 34 erfasst werden und fehlerhaft als Durchflusssignal detektiert werden. Durch das Verstärken der Membran 40 reduziert der Stift 26 die Spannungen und Verzerrungen aufgrund der Liniendruckeffekte, wodurch die begleitende Bewegung des Stutzens und weiterer Durchflussmesserkomponenten reduziert wird und die Messeigenschaften verbessert werden.
• Zweitens, indem der Membran 40 eine höhere Festigkeit verliehen wird, erhöht der Stift 26 den Wert des Liniendrucks, der erforderlich ist, um die Membran 40 zum Einreißen zu bringen, wodurch ein Betrieb mit höherem statischen Liniendruck ermöglicht wird. Beide Stiftenden 26a, 26a werden bevorzugt direkt an der Wand 14 für eine maximale Festigkeit und Verstärkung der Membran 40 angebracht.
• Fig. 1c zeigt die Nachbarschaft der Membran 40 der Fig. 1b im Querschnitt entlang der Linie 1c-1c und erläutert (in stark hervorgehobener Art) die Drehbewegung des Teils 22, das Verdrehen des Torsionsstifts 26 und das Auslenken bzw. Verbiegen der Membran 40. Der Doppelpfeil 32 zeigt im allgemeinen die Bewegung des Drehteils 22 an. Die durchgezogene Linie und durchbrochenen Linien zeigen die Position der Teile bei einer maximalen Auslenkung in die jeweilige Richtung.
• Die Ansicht von Fig. 2a zeigt ausgewählte Teile des Durchflussmessers 10a, in der Richtung von der Erfassungseinrichtung 34 aus gesehen. Die Membran 40 bildet zusammen mit dem befestigten Drehteil 22 vorteilhafter Weise eine Membran mit starrem Zentrum, die einen äußeren (Membran-)Durchmesser hat, der durch den Durchmesser 42 der Membran 40 bestimmt ist, und einen inneren (starres Zentrum) Durchmesser hat, der durch einen effektiven Durchmesser 44 des Drehteils 22 bestimmt wird. In diesem Zusammenhang ist, wenn das "Zentrum" aus dem gleichen Material wie die Membran besteht, ein starres Zentrum ein Zentrum mit einer Dicke, die im allgemeinen mindestens sechsmal der Membrandicke entspricht. Das Drehteil dieser und weiterer Ausführungsformen ist bevorzugt starr an der Membran angebracht, wodurch eine Membran mit starrem Zentrum derart ausgebildet wird, dass Kräfte, die auf das Drehteil einwirken, effizient zu der Erfassungseinrichtung übertragen werden. In Fig. 2a sind die Torsionsstiftenden 26a, 26a fest an der Leitungswand 14 angebracht gezeigt.
• Fig. 2b zeigt eine Ansicht ähnlich zu der Ansicht in Fig. 2a, in der sich jedoch der Durchflussmesser etwas von demjenigen der Fig. 1a und 1b unterscheidet. In Fig. 2b ist das Drehteil 20a im wesentlichen ein vollständiges Auslöseglied, das ein Aufwärtsstromendglied 104, einen Zwischenabschnitt 106 und ein Abwärtsstromendglied 108 aufweist. Der Torsionsstift 26b hat Stiftenden 26c, 26c, die fest an der Leitungswand 14 befestigt sind. Das Drehteil 20a hat einen effektiven Durchmesser 44a und die Membran 40 hat einen Membrandurchmesser 42a. Fig. 2b zeigt auch den Stutzen 28. In Alternative, um eine stärkere Bewegung des Drehteils 20a zu ermöglichen, während eine starre Verbindung mit der Membran 40 beibehalten ist, können die Abschnitte des Drehteils 20a, die benachbart zu der Membran 40 sind und sich über den Umfang des Stutzens 28 hinaus erstrecken, unterschnitten sein. In diesem Fall kann der Durchmesser des starren Zentrums einen Wert zwischen dem Durchmesser des Stutzens 28 und dem Durchmesser 44a haben. Wenn das Unterschneiden bei der Anbringung des Drehteils an der Membran angewendet wird, sollte die seitliche Weite des unterschnittenen Abschnitts mindestens 50% der seitlichen Weite des Drehteilendes betragen, um eine starre Verbindung beibehalten zu können. "Seitliche Weite" in Fig. 2b bedeutet die Weite, die entlang einer Achse in der Ebene der Figur, aber rechtwinklig zu der Achse 27 gemessen wird.
• Die Fig. 3a-3d zeigen Querschnittsansichten einiger weiterer Membran- und Torsionsstiftkonfigurationen, die in der Erfindung verwendet werden können. In Fig. 3a hat die Membran 40a eine Form, die flach ist, und ist mit dem Drehteil 22 verbunden. In Fig. 3b hat die Membran 4ob eine Form, die gebogen ist, um sich an die im allgemeinen rechtwinklige, kreisförmige zylindrische Form der Bohrung 16 anpassen zu können. Eine gebogene Membran hat eine erhöhte Steifigkeit relativ zu einer flachen Membran, wodurch die Empfindlichkeit des Durchflussmessers für eine gegebene Membrandicke reduziert wird. Für eine gegebene minimale Empfindlichkeit kann deshalb eine flache Membran eine größere Dicke als eine gebogene Membran haben, was im allgemeinen von Vorteil ist, wenn die Membran einstückig ausgebildet werden soll. Gebogene Membranen verbessern andererseits die Durchflusseigenschaften des Fluids durch die Anpassung an die gebogene Form der Rohroberflächen und können zudem einfacher als flache Membranen hergestellt werden, wenn Techniken für eine einstückige Ausbildung verwendet werden. In Fig. 3c füllt der Bereich der reduzierten Steifigkeit 40c vollständig das Loch in der Wand 14 aus. Zudem deckt der Bereich 40c den Torsionsstift 26d ab. Der Bereich 40c besteht aus einem Material mit einer reduzierten, eigenen Steifigkeit relativ zu der Leitungswand 14 benachbart zum Bereich 40c. Der Stift 26d ist eingebettet in den Bereich der reduzierten Steifigkeit 40c gezeigt, wobei der Stift aus einem Material besteht, das eine erhöhte eigene Steifigkeit gegenüber dem Bereich 40c hat. Fig. 3d zeigt schließlich eine Membran 40d, die neben der Außenoberfläche der Leitunmgswand 14 angeordnet ist und nicht neben der inneren Oberfläche benachbart zu der Bohrung angeordnet ist. In dieser Anordnung ist das Blindloch 24b auf der gleichen Seite des Bereichs mit reduzierter Steifigkeit wie die Bohrung 16 im Unterschied zu der Lochanordnung von Fig. 3a und 3b angeordnet.
• Die Durchflussmesser 10 und 10a in Fig. 1a und 1b können viele Typen von Erfassungseinrichtungen 34 zur Erfassung der Bewegung des Drehteils 22 verwenden. Zum Beispiel kann die Erfassungseinrichtung bekannte optische Techniken zur Detektion der Auslenkungen des Stiftes 26, des Stutzens 28 oder der Membran 40 verwenden, die durch die Bewegung des Drehteils 22 verursacht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Durchflussmesser 10 und 10a einen Stutzen 28, der sich von dem Torsionsstift 26 oder der Membran 40 aus erstreckt, und eine Erfassungseinrichtung 34 ist ein entfernbarer oder ersetzbarer Modul, der mit dem Stutzen 28 gekoppelt ist und der piezoelektrische Scheiben oder Kristalle verwendet. Diese bevorzugte Erfassungseinrichtung hat eine axial auslenkbare Membran, die Seite- zu-Seite (laterale) Bewegungen des Stutzens 28 auf die piezoelektrischen Kristalle überträgt, sich aber derart auslenkt bzw. biegt, dass eine Übertragung der Bewegung entlang der Länge des Stutzens 28 auf die piezoelektrischen Kristalle unterdrückt wird. Die bevorzugte Erfassungseinrichtung ist in dem US-Patent 4,926,695 beschrieben, das dem gleichen Anmelder wie dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört und hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Fähigkeit der Erfassungseinrichtung, bevorzugt eine seitliche Bewegung und nicht eine Längsbewegung zu erfassen, ist wichtig dafür, dass sichergestellt werden kann, dass der Durchflussmesser befriedigend unter nicht idealen Betriebsbedingungen arbeiten kann. Es ist auch wichtig, dass die bevorzugte Erfassungseinrichtung nicht gegen die Membran 40 drückt, diese belastet oder auf eine sonstige Weise einschränkt, um zu ermöglichen, dass sich die Membran frei biegen kann.
• Fig. 4 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines entfernbaren Durchflussmoduls 55 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine Ansicht entlang der Linie 6b, 6b. Der Durchflussmodul 55 ist ähnlich zu dem Durchflussmesser 10a von Fig. 1b, mit der Ausnahme, dass der Durchflussmodul 55 bevorzugt keinen Leitungsabschnitt aufweist, sondern in einen Anschluss 60 einer bereits vorhandenen Leitung oder Rohrleitung 62 eingesetzt werden kann. Der Durchflussmodul 55 umfasst einen Flanschring 64, eine Membran 40, einen Torsionsstift 26 mit Stiftenden 26a, 26a, die fest an dem Flanschring 64 angebracht sind, ein Auslöseglied 20, von dem das Drehteil 22 zumindest ein Abschnitt ist, und bevorzugt auch ein Modulende 66 und einen Stutzen 28. Das Durchflussmodul ist bevorzugt einstückig aus einem Material zur Kostenreduzierung ausgebildet. Beim Einsetzen des Durchflussmoduls 55 in den Anschluss 60 passt das Flanschteil 64 in den Anschluss 60 ein und wird an dem Rohr 62 durch Schrauben 68a, 68b, 68c, 68d gesichert. Der O-Ring 70 dichtet den Anschluss 60 wirksam ab, um ein Fluidleck aus der Leitung 62 heraus zu verhindern. Eine Steifringklammer 72 oder andere steife Befestigungseinrichtungen halten das Modulende 66 an der Leitung 62 fest. Die Erfassungseinrichtung 34 erzeugt ein Ausgangssignal 36, das den Durchfluss angibt, wie in den zuvor erläuterten Ausführungsformen.
• In den Ausführungsformen der Erfindung, die sowohl eine Membran als auch einen Torsionsstift verwenden, befindet sich der Stift bevorzugt an einer Seite der Membran, weg von der Leitungsbohrung, um den Fluidfluss in der Bohrung nur minimal zu stören.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung eines "End-"Abschnitts des Auslöseglieds als ein Schwingungsteil oder Drehteil. Unter Bezugnahme auf Fig. 1b umfasst das Auslöseglied 20 allgemein ein Stromaufwärtsendglied 104a, einen Zwischenabschnitt 106a und ein Stromabwärtsendglied 108a. Das Stromabwärtsendglied 108a umfasst ein Drehteil 22, dessen Bewegung erfasst wird, um ein Ausgangssignal 36 bereitstellen zu können. Die Verwendung des Stromabwärtsendglieds (oder eines Teils davon) als Drehteil zieht den Vorteil aus der Tatsache, dass eine Kante -- nämlich die nacheilende Kante - bereits für eine drehbare Auslenkung frei ist, da sie außer möglicherweise an der Leitungswand 14 nicht befestigt ist. Zudem ermöglicht der verschmälerte bzw. dünner gemachte Bereich bei 110, der Teil des Zwischenabschnitts 106a ist, eine größere Bewegungsfreiheit der anderen Kante -- nämlich der vorauseilenden Kante -- des Drehteils 22 durch Biegen oder Auslenken. Für eine effiziente Drehbewegung hat das Drehteil vorzugsweise eine relativ steife, stabähnliche Struktur, ist es dem fließenden Fluid ausgesetzt und es ist starr an der Membran angebracht, die in der Leitungswand ausgebildet ist.
• Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7a-7a von Fig. 1b des Auslöseglieds 20, das ein Stromabwärtsende-Drehteil 22, einen verschmälerten Bereich 110 und ein Stromaufwärtsende 104a hat. Das Fluid strömt in der allgemeinen Richtung, die durch den Pfeil 111 gezeigt ist. Der unterbrochene Kreis 116 zeigt den Ort der Membran 40. Störungen, die durch den Fluidfluss um das Auslöseglied 20 herum erzeugt werden, erzeugen einen wechselnden Differenzdruck an dem, Auslöseglied 20. Pfeile 114 geben Differenzdruckkräfte wieder, die an Abschnitten des Auslöseglieds momentan wirken, wobei die Kräfte zu der Bewegung des Drehteils 22 beitragen.
• Die Verwendung des Stromabwärtsende-Drehteils 22 mit dem dünner gemachten Bereich 110 hat den Vorteil eines erhöhten Oberflächenbereichs, über den die Differenzdruckkräfte zu dem Bewegungsvorgang beitragen, wenn mit einer Auslösegliedanordnung 20c ähnlicher Größe des Standes der Technik von Fig. 6 verglichen wird. In dieser Figur zeigen die Pfeile 114a Kräfte aufgrund des Differenzdrucks, der zu der Bewegung des Erfassungsteils 118 beiträgt, die hauptsächlich an den Zwischenabschnitten der Auslösegliedanordnung 20c einwirken. Die Anordnung 20c des Standes der Technik ist in dem zuvor erwähnten US-Patent 4,926,695 offenbart. In Fig. 5 wirken die Kräfte bei 114 auf das Drehteil 22 und auf den dünner gemachten Bereich 110 ein, wodurch ein Biegemoment 120 um die Achse 122 erzeugt wird, die rechtwinklig zu der Ebene von Fig. 5 ist. Die Verwendung des relativ großen Oberflächengebiets der Auslösegliedanordnung 20 ermöglicht, dass der dünner gemachte Bereich 110 dicker als die Erfassungsmembran 124 von Fig. 6 für eine gegebene Messempfindlichkeit ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Auslösegliedanordnung 20 einstückig aus einem Metall gegossen ist, da bekannte Gießverfahren zuverlässig und zu vertretbaren Kosten Teile nur herstellen können, wenn die Dicke dieser Teile eine gegebene Minimaldicke überschreitet. Für typische Metalle, Durchflussmessergrößen und Empfindlichkeitsanforderungen ist die Dicke des dünner gemachten Bereichs 110 größer als die Minimaldicke, die eine einstückige Gießkonstruktion ermöglicht, wenn die Dicke der Erfassungsmembran 124 des Standes der Technik kleiner als diese Minimaldicke ist, was eine Einzelherstellung der Teile ansonsten erfordern würde. Wenn gewünscht, kann die Eigenfrequenz des Drehteils 22 durch Einstellen oder Setzen der Dicke des verschmälerten Bereichs 110 spezifiziert werden, wobei die Frequenz mit zunehmender Dicke ansteigt.
• Durch Verwendung des Stromabwärtsende-Drehteils 22 hat das Auslöseglied 20 den zusätzlichen Vorteil gegenüber der Auslösegliedanordnung 20c bezüglich der Kompatibilität zu einer Membran mit größerem Durchmesser, wie durch den Umriss 116 gezeigt ist, im Vergleich mit dem Membranumriss 115 für die Anordnung 20c. Die Verwendung einer Membran mit größerem Durchmesser ermöglicht eine größere Membrandicke, während eine adäquate Membranflexibilität aufrechterhalten wird. Dies ist von Vorteil bei einstückig ausgebildeten Membranen aus dem gleichen Grund, der in Verbindung mit einem einstückig gegossenen, verschmälerten Bereich 110 erläutert worden ist.
• Wiederum gemäß Fig. 1b hat das Auslöseglied 20 bevorzugt auch einen verschmälerten bzw. dünner gemachten Bereich 112 als Teil des Stromabwärtsendglieds 108a. Wie gezeigt ist, treffen sich die Bereiche 112 und 110 bevorzugt so, dass sie ein L-Form-Merkmal ausbilden. Eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1c-1c ist in Fig. 7 gezeigt. Hier zeigen die Pfeile 126, ähnlich zu den Pfeilen 114 von Fig. 5, Kräfte aufgrund des Differenzdrucks, die zu der Bewegung des Drehteils 22 beitragen, wobei diese Kräfte ein Biegemoment 128 um die Stiftachse 27 herum erzeugen. Der verschmälerte Bereich 112 wird ausgelenkt, um die Schwenk- bzw. Drehbewegung des Drehteils 22 um die Achse 27 zu unterstützen. Wie beim Bereich 110 kann die Dicke des Bereichs 112 eingestellt oder gesetzt werden, um eine ausreichend hohe Eigenfrequenz des Drehteils 22 sicherstellen zu können, während noch eine angemessene Auslenkung sichergestellt wird, die durch die Erfassungseinrichtung 34 gemessen werden kann.
• Eine reduzierte Störung der Beziehung zwischen der Wirbelfrequenz und der Durchflussrate kann erreicht werden, indem ein Abdeckteil oder Abdeckteile über zumindest einen Abschnitt des verschmälerten Bereichs angeordnet wird bzw. werden. Die Fig. 8a, 8b und 8c zeigen eine Seitenansicht, eine Rückansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines solchen Abdeckteils 24, das an dem Auslöseglied 20 von Fig. 1b angebracht ist. Schweißpunkte bei 76 halten das Abdeckteil 74 an Ort und Stelle fest. Das Abdeckteil 74 deckt im wesentlichen den verschmälerten Bereich 112 derart ab, dass das Stromabwärtsendglied 108a zusammen mit dem Abdeckteil 70 eine im wesentlichen einheitliche bzw. gleichmäßige äußere Oberfläche für das Fluid entlang der gesamten Länge des Stromabwärtsendglieds 108a darstellt. Spalte 78 zwischen dem Abdeckteil 74 und den benachbarten Teilen ermöglichen, dass die verschmälerten Bereiche 110 und 112 im wesentlichen im gleichen Ausmaß ausgelenkt werden können, wie sie auch ohne das Abdeckteil ausgelenkt werden können, so dass eine weitere Beschränkung der Drehbewegung des Drehteils 22 nicht ausgeführt wird. Wenn gewünscht, kann das Abdeckteil auch den verschmälerten Bereich 110 derart abdecken, dass der Zwischenabschnitt 106a zusammen mit dem Abdeckteil ähnlich eine im wesentlichen gleichmäßige äußere Oberfläche dem Fluid entlang seiner Länge darbietet.
• Fig. 1a zeigt das Auslöseglied 20, das das Stromabwärtsende- Drehteil 22 verwendet, wie in Fig. 1b gezeigt ist.
• Eine alternative, wenn auch nicht bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet mindestens einen Abschnitt des Stromaufwärtsendglieds und nicht das Stromabwärtsendglied als Drehteil. Die Differenzdruckkräfte, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, werden im allgemeinen als schwächer an dem Stromaufwärtsendglied als an dem Stromabwärtsendglied eingeschätzt, können aber nichtsdestoweniger ausreichend sein, wenn sie mit Kräften an dem Zwischenabschnitt kombiniert werden, um eine messbare Bewegung des Stromaufwärtsendglieds zu erhalten. Wie das Stromabwärtsendglied hat das Stromaufwärtsendglied eine unbefestigte Kante, die frei ausgelenkt werden kann. Da die Form des Stromaufwärtsendglieds einen besonders starken Einfluss auf das Wirbelauslöseverhalten der Vorrichtung hat, kann die Verwendung eines verschmälerten Bereichs in dem Stromaufwärtsendglied zur Erleichterung der Drehbewegung eines Abschnitts davon nachteilig die Beziehung zwischen der Wirbelauslösefrequenz und der Durchflussrate beeinflussen. Dieses Problem kann unter Verwendung der Abdeckteile mit den dünner gemachten bzw. verschmälerten Bereichen reduziert werden.
• Fig. 9a zeigt einen Querschnitt einer Auslösegliedform, die nicht durch die Erfindung abgedeckt ist, wobei das Auslöseglied 80 ein Stromaufwärtsende 82, einen Zwischenabschnitt 84 und ein Stromabwärtsende 86 aufweist. Fig. 9b zeigt das Auslöseglied 80 von Fig. 9a, aber dort, wo der Zwischenabschnitt 84 gemäß der Erfindung einen verschmälerten Bereich 81 hat, um die Drehbewegung des Stromabwärtsendgliedes (oder des Stromaufwärtsendgliedes) zu unterstützen. Ähnlich ist das Auslöseglied 90, das in der Querschnittsansicht von Fig. 10a gezeigt ist und ein Stromaufwärtsendglied 92, einen Zwischenabschnitt 94 und ein Stromabwärtsendlgied 96 aufweist, nicht durch die Erfindung abgedeckt. Fig. 10b zeigt das Auslöseglied 90 von Fig. 10a, aber mit einem dünner gemachten Bereich 91 als Teil des Zwischenabschnitts 94 zur Erleichterung der Bewegung des Stromabwärtsendglieds (oder des Stromaufwärtsendglieds) gemäß der Erfindung.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung betrifft die Art und Weise, mit der Teile des Durchflussmessers ausgebildet und zusammengehalten werden. Im Durchflussmesser 10 von Fig. 1a sind die Leitungswand 14, das Auslöseglied 20 (einschließlich dem Drehteil 22 und den verschmälerten Bereichen 110 und 112, die in Fig. 1b angegeben sind), der Torsionsstift 26 und der Stutzen 28 bevorzugt einstückig aus einem gegebenen Material, z. B. Metall, Kunststoff, Keramik o. ä., ausgebildet. Genauguß mit einem Metall, z. B. rostfreiem Stahl, einem Kohlenstoffstahl oder einer Chrom-Nickel-Legierung (z. B. Hastelloy, das von der Union Carbide Corp. verkauft wird), wird für die meisten Durchflussmesser, die für industrielle Anwendungen ausgelegt sind, bevorzugt. Auf ähnliche Art und Weise kann ein Spritzgießen mit Kunststoff in anderen Anwendungen verwendet werden. In dem Durchflussmesser 10a von Fig. 1b ist die Membran 40 einstückig mit den Teilen ausgebildet, die in Verbindung mit dem Durchflussmesser 10 erwähnt wurden. Ein solcher einstückig ausgebildeter Durchflussmesser 10a hat sowohl Kostenvorteile durch eine reduzierte Maschinenbearbeitung und die verringerte Anzahl der Montageschritte, die für die Herstellung erforderlich sind, als auch weitere Vorteile, die sich auf das Fehlen von Schweißverbindungen beziehen, die für Korrosion anfällig sind, und auf das Fehlen von Spalten oder tiefen Spalten bzw. Rissen zwischen den Teilen beziehen, in die das Fluid eindringen kann. Dieses letzte Merkmal ist ein Ergebnis der kontinuierlichen ununterbrochenen Gesamtoberfläche, die dem Fluid ausgesetzt ist und die sich aus dem einstückigen Ausbildungsprozess ergibt und die in Sanitäranwendungen erforderlich ist, bei denen das Fluid z. B. eine Nahrung oder ein Getränk ist. Das Drehteil, der Torsionsstift, die Membran und die Leitungswand, die in jeder der Fig. 1c, 2a, 2b, 3a, 3b und 3d gezeigt, und auch der Stutzen, der in einigen der Ausführungsformen gezeigt ist, sind bevorzugt einstückig als eine einzelne Einheit ausgebildet.
• Der Durchflussmodul 55 von Fig. 4a und 4b wird auch in der einstückigen Ausbildung bevorzugt. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Membran und auch die dünneren Bereiche (die z. B. bei 110 und 112 von Fig. 1b gezeigt sind) zusammen mit weiteren Teilen einstückig auszubilden, da die Membran und die dünneren Bereiche einen besonderen Aufwand und auch besondere Kosten bei der Herstellung in einer Maschine ansonsten erfordern würden. Da eine genaue Anordnung des Drehteils an der Membran auch stark die Antwort des Instruments auf eine Änderung des Liniendrucks beeinträchtigen kann, kann durch die einstückige Ausbildung der Membran zusammen mit dem Drehteil in einer vorgegebenen örtlichen Beziehung eine reduzierte Empfindlichkeit für Änderungen des Liniendrucks mit einer hohen Wiederholbarkeit mit geringer oder keiner Montage und bei geringen Kosten sichergestellt werden.
• Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, erkennen Fachleute, dass Änderungen in der Form und im Detail durchgeführt werden können, ohne dass vom Bereich der Erfindung abgewichen werden muss.

Claims (8)

1. Wirbeldurchflussmesser (10) zum Messen des Fluiddurchflusses, der aufweist

eine Leitung (12) mit einer Wand (14), die eine Bohrung (16) zum Befördern des Fluids umgibt, wobei die Wand eine abdichtbare Öffnung (24) hat, die in ihr ausgebildet ist;

einen Torsionsstift (26), der in der Öffnung durch Anbringung an der Wand befestigt ist;

einen Wirbelsensor, der an dem Torsionsstift angebracht ist; und

eine Erfassungseinrichtung (34), die mit dem Wirbelsensor zum Erfassen seiner Bewegung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, das den Fluiddurchfluss angibt;

wobei der Wirbelsensor einen Formkörper (20) aufweist, der sich innerhalb der Bohrung befindet und aufweist:

ein Aufwärtsstromelement (104a), das sich quer zu der Bohrung erstreckt;

ein Abwärtsstromelement (1 8a), das sich quer zu der Bohrung erstreckt, wobei eines der Elemente (104a, 108a) an dem Torsionsstift gesichert ist und wobei dieses eine der Elemente ein erstes Teil (22a) und ein zweites Teil (22b) aufweist; und

wobei das erste Teil (22a) benachbart ist zu und angebracht ist an dem Torsionsstift und wobei das zweite Teil (22b) quer von dem ersten Teil beabstandet ist und weiter von dem Torsionsstift als das erste Teil entfernt ist, mit einem ersten, flexiblen Koppelabschnitt (112), der sich zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil (22a, 22b) erstreckt, um mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil eine durchgehende Kante (22c) zu erzeugen, die sich quer zu der Bohrung erstreckt, wobei der erste, flexible Koppelabschnitt eine reduzierte Steifigkeit im Vergleich mit den benachbarten Teilen hat, um ein Biegen und eine Bewegung der durchgehenden Kante (22c) davon in Antwort auf den Fluiddurchfluss durch die Leitung zu ermöglichen, und mit einem zweiten, flexiblen Koppelabschnitt (110) zwischen dem Stromaufwärtselement (104a) und dem Stromabwärtselement (108a), wobei der zweite, flexible Koppelabschnitt (110) eine reduzierte Steifigkeit im Vergleich mit den benachbarten Teilen hat, wodurch sich der zweite, flexible Koppelabschnitt (110) biegen kann, um eine Bewegung von mindestens einem Abschnitt des einen der Elemente (104a, 108a) auszulösen, was aus den Störungen innerhalb des Fluids resultiert, und wobei der zweite, flexible Koppelabschnitt durch einen dünner gemachten Bereich ausgebildet ist.

2. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 1, der weiterhin mindestens ein Abdeckteil aufweist, das zum Abdecken des zweiten, flexiblen Koppelabschnitts (110) ohne eine Hemmung der Bewegung angeordnet ist.

3. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 2, der weiterhin mindestens ein Abdeckteil aufweist, das zum Abdecken des ersten, flexiblen Koppelabschnitts (112) zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ohne eine Hemmung der Bewegung angeordnet ist.

4. Wirbeldurchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem das eine Element (104a, 108a) das Stromabwärtselement (108a) ist.

5. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 4, der weiterhin einen Stutzen (28) aufweist, der sich von dem Wandbereich (40) weg von der Bohrung (16) erstreckt und der mit der Erfassungseinrichtung (34) gekoppelt ist, wobei der Stutzen (28) die Bewegung auf die Erfassungseinrichtung (34) überträgt; wobei die Erfassungseinrichtung (34) entfernbar anbringbar an dem Stutzen (28) ist.

6. Wirbeldurchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Torsionsstift (26) Stiftenden, die an der Wand angebracht sind, und eine Stiftachse (27) hat, die im wesentlichen parallel zur Bohrungsachse (18) ist.

7. Wirbeldurchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem der Formkörper (20) einstückig aus einem Material ausgebildet ist.

8. Wirbeldurchflussmesser nach Anspruch 7, in dem die Wand (14) und der Formkörper (20) einstückig aus einem Material ausgebildet sind.