DE8814611U1

DE8814611U1 - Vorrichtung zur Überwachung und/oder Messung des Durchflusses in von flüssigen Medien durchströmten Räumen

Info

Publication number: DE8814611U1
Application number: DE8814611U
Authority: DE
Original assignee: Honsberg & Co Kg 5630 Remscheid De
Current assignee: Honsberg & Co Kg 5630 Remscheid De
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1988-11-23
Publication date: 1989-01-05

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Messung des Durchflusses in von flüssigen Medien durchströmten Räumen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1«

Durchflußwächter und Durchflußmesser sind bekannt. Durchflußwächter dienen in der Regel dazu, festzustellen!, ob der Durchfluß des überwachten Mediums einen vorgegebenen Betrag überschritten hat oder nicht. Durchflußmesser werden zur kontinuierlichen Messung des jeweiligen Durchflusses des betreffenden Mediums verwendet.

Es ist bekannt, derartige Vorrichtungen mit einem Kolben zu versehen, der vom Medium innerhalb einer bestimmten Wegstrekke verschoben werden kann, wobei die Länge der Verschiebung proportional zur Durchflußmenge ist. Das Medium strömt dabei durch einen relativ breiten und langen Spalt zwischen dem Durchgangsgehäuse und dem Kolben.

Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nur für Flüssigkeiten innerhalb eines begrenzten Viskositätsbereiches von etwa 40 cSt mit einer Genauigkeit von 3 % des Skalenendwertes einsetzbar, da eine Veränderung der Viskosität über diesen Viskositätsbereich hinaus die Meßgenauigkeit stark herabsetzt.

Dies ist vor allem dadurch bedingt, daß in dem breiten uwd langen Spalt zwischen dem Durchgangsgehäuse und dem Kolben die Reibungsverhältnisse zwischen dem Fluid und dem Kolben stark viskositätsabhängig sind, so daß bei einer hohen Viskosität des durchströmenden Mediums der volle Kolbenweg bereits bei weit geringeren Durcfcflußmengen als bei einer niedrigen Viskosität erreicht wird. Dieses Problem tritt besonders häufig bei der überwachung und Messung von ölkreisläufan auf, da sich das öl is Laufs das Betriebs häufig stark erwfarmt und somit seine Viskosität in einem weiten Bereich verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache und zuverlässige Weise eine genaue überwachung und/oder Messung des Durchflusses in einem weiten Viskositätsbereich des zu messenden Mediums ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellglied eine den Durchfluß des Mediums bestimmende und mit dem Durchgangsgehäuse einen engen Spalt für das durch- 5tr°™enHa Medium bildende Meßscheibe aufweist.

Di»se Meßscheibe weist im Gegensatz zu dem bekannten Kolben nur eine kleine, von der Flüssigkeit umströmte Umfangsflache auf. Da die Größe der umströmten umfangsflache proportional zur Höhe der Reibungskräfte ist, kann bereits auf diese Weise eine bedeutende Verringerung der stark viskositätsabhängigen Reibungskräfte erreicht werden. Durch die Verengung des Spaltes zwischen dem Durchgangsgehäuse und der Meßscheibe wird außerdem die Durchflußgeschwindigkeit des Mediums im Spalt stark erhöht. Dies verbessert ebenfalls das viskositätsstabile Verhalten der Vorrichtung, da der Einfluß der Viskosität bei hoher Durchflußgeschwindigkeit geringer als bei niedriger Durchflußgeschwindigkeit ist. Aufgrund dieser

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Ausbildung ist ein viskositätsstabiles Heß- und Überwachungsverhalten der Vorrichtung in einem Bereich von 1 bis 200 cSt möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Durchgangsgehäuse mindestens einen im Verschiebebereich der Meßscheibe angeordneten, den durchströmten Spalt mit zunehmender Verschiebung der Meßscheibe vergrößernden Schlitz auf. Dieser Schlitz kann als Längsschlitz ausgebildet sein, dessen Längsachse parallel zur Längsachse des Durchgangsgehäuses und zur Verschieberichtung der Meßscheibe angeordnet ist, wobei der Schlitz in Verschieberichtung zumindest bis zu einen Teil seiner Länge einen sich erweiternden durchströmten Querschnitt aufweist. Dieser Schlitz bewirkt, daß mit ansteigender Durchflußmenge ein erweiterter durchströmter Querschnitt zur Verfügung steht, wodurch die Proportionalität des Verschiebeweges der Meßscheibe zur Durchflußmenge weiter verbessert und damit die Meß- bzw. Überwachungsgenauigkeit erhöht werden kann.

Vorteilhafterweise weist das Durchgangsgehäuse vier über den Umfang des Durchgangsgeh&uses regelmäßig verteilt angeordnete Schlitze auf, wodurch eine gleichmäßige Durchströmung der Vorrichtung bewirkt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Aueführungeform ist das Stellglied und damit die Meßscheibe im Inneren des Durchgangsgehäueee durch eine ihrer Verschiebung durch das Medium entgegenwirkende Feder abgestützt, die zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit eine progressive Kennung aufweisen kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine Umfangskante der Heßscheibe als eine mit dem Durchgangsgehäuse den engen Spalt bestimmende Strömungsabrißkante ausgebildet. Dadurch wird der Einfluß der viskositätsabhängigen Reibung weiter verringert.

Vorteilhafterweise besteht der Positionsindikator aus einer Magnetanordnung, die zwei Ringmagnete aufweist, die mit gleichpoligen Stirnseiten aneinanderliegen. Aufgrund dieser Ausbildung wird ein eng begrenztes Magnetfeld erzeugt, das von einem außerhalb des Durchflußgehäuses angeordneten linearen Magnetfeldsensor, einem magnetisch betätigbaren Schaltelement, insbesondere einem Reedkontakt, oder auch von einem Sensor, der ein Teil eines zur örtlichen Durchflußmessung verwendeten Meßwerks, beispielsweise ein Zeiger ist, erfaßt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Durchflußüberwachungs- und/oder -meßvorrichtung und

Figur 2 eine Draufsicht der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung .

Aus Figur 1 ist ein rohrförmiges Durchgangsgehäuse 1 für Me dien ersichtlich, das in nicht dargestellte Rohrleitungen eingesetzt werden kann. Das Durchgangsgehäuse 1 ist dabei

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Innenwand der Rohrleitung an, so daß die gesamte Flüssigkeit durch das Durchgangsgehäuse strömen muß.

Auf seiner Eintrittsseite weist das Durchgangsgehäuse 1 eine Stirnwand 14 mit mehreren Flüssigkeitseintrittsöffnungen 15 und am austrittsseitigen Ende eis innerhalb des Durchgangsgehäuses 1 angeordnetes, napfförmiges Halteelement 16 mit einer zentralen Austrittsöffnung 21 auf. Dieses Halteelement 16 ist über einen Flansch 17 und mittels radial angeordneter, bezüglich der Außenwand 13 versenkter Schrauben 18 innerhalb des Durchgangsgehäuses 1 festgelegt. Das Halteelement 16 weist ferner einen zur Eintrittsseite des Durchgangsgehäuses gerichteten Stützabschnitt 20 auf, dessen Außendurchmesser deutlich geringer als der Innendurchmesser des Durchgangsgehäuses l ist, so daß zwischen dem Durchgangsgehäuse 1 and dem Stützabschnitt 20 ein durchströmter Spalt vorhanden ist.

In dem Stützabschnitt 20 sind weiterhin vier radiale, regelmäßig über seinen Umfang verteilte Eintrittsöffnungen 19 vorgesehen, über die die Flüssigkeit zur Austrittsöffnung 21 gelangen kann. Der Boden des napfförmigen Halteelemente 16 wird durch eine zur Eintrittsseite des Durchgangsgehäuses 1 gerichtete Stirnwand 22 gebildet, die axiale Durchflußöffnungen 23 sowie eine zentrale Bohrung 24 aufweist, in der ein Endzapfen 25 einer Führungsstange 10 gelagert ist. An der Stirnwand 22 ist außerdem das Ende einer Feder 9 abgestützt, die radial außerhalb der Durchflußöffnungen 23 an der stirnwand 22 anliegt. Die Stirnwand 22 ist zur Auetrittsöffnungen 21 hin trichterförmig ausgebildet, so daß sie im Bereich der zentralen Bohrung 24 eine geringere Dicke als in ihren radial weiter außenliegenden Bereichen aufweist.

Die Führungsstange 10 liegt mit einer Schulter 26 an der Stirnwand 22 an. Am anderen, einlaßseitigen Ende ist die Führung&stange 10 mit einem Endzapfen 27 in einer Zentralbohrung 28 der Stirnwand 14 des Durchgangsgehäuses 1 gelagert, wobei die Führungsstange 10 durch eine Schulter 29 axial gegen die Stirnwand 14 abgestützt ist. Der im Querschnitt kreisförmige mittlere Teil der Führungsstange 10 weist zwei von den Schultern 26, 29 beabstandete Endanschläge 30, 31 für ein Stellglied 12 auf.

Zwischen diesen Endanschlägen 30, 31 ist das Stellglied 12 auf der Führungsstange 10 in Axialrichtung des Durchgangsgehäuses l verschieblich. Das Stellglied 12 besteht aus einer Meßscheibe 2, zwei Ringmagneten 32, 33 und einem im Durchmesser mehrmals abgesetzten Endteil 34, gegen das das andere Ende der Feder 9 abgestützt ist. Die Meßscheibe 2, die beiden Ringmagnete 32, 33 und das Endteil 34 haben einen kreisförmigen Querschnitt.

Die Meßscheibe 2 weist zu den Flüssigkeitseintrittsöffnungen 15 hin eine scharfe Strömungsabrißkante Il auf, die dazu beiträgt, daß die viskositätsabhängige Reibung an der Außenwand 4 der Meßscheibe 2 gering gehalten wird, und zur Austrittsöffnung 21 hin eine Fase 35. Der Durchmesser der Meßscheibe 2 ist so bemessen, daß ihre Außenwand 4 nahe an einer Innenwand 5 dee Durchgangsgehiuses 1 angeordnet ist, so daß ein enger durchströmter Spalt 36 zwischen der Außenwand 4 der Meßscheibe 2 und der Innenwand 5 des Durchgangsgehäuses l vorhanden ist. Durch die Enge des Spalts 36 wird die Durchflußgetfchvindigkeit des Mediums erhöht. Diese Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit bewirkt ebenfalls eine Verringerung der Viskositätsabhängigkeit der Vorrichtung.

Die beiden Ringmagnete 32, 33 sind unmittelbar hinter der Heßscheibe 2 angeordnet. Der vordere Ringmagnet 32 kann durch Kleben mit der Meßscheibe 2 auf der einen Seite und mit dem hinteren Ringmagneten 33 auf der anderen Seite verbunden sein, es ist jedoch auch möglich, daß diese Teile allein durch die Vorspannkraft der Feder 9 aneinandergedrückt werden. Die beiden Ringmagnete 32, 33 liegen mit ihren gleichnamigen Polen aneinander an, wodurch das von den Ringmagneten 32, 33 erzeugte Magnetfeld im Bereich ihrer Anlageebene scharf begrenzt wird. Dieses Magnetfeld kann von einem nicht dargestellten, außerhalb des Durchgangsgehäuses 1 angeordneten Sensor, beispielsweise einem linearen Magnetfeldsensor, geortet werden, so daß die genaue Lage des Stellglieds 12 festgestellt und aufgrund Cxx Proportionalität des Verschiebewegs des Stellglieds 12 zur Durchflußmenge des Mediums der Durchfluß gemessen und angezeigt werden kann. Außerdem ist es möglich, außerhalb des Durchgangsgehäuses 1 ein magnetisch betätigbares Schaltelement anzuordnen, das beispielsweise ein Reedkontakt sein kann, so daß bei Erreichen einer bestimmten Durchflußmenge ein bestimmter Schaltvorgang ausgelöst werden kann. Der Sensor kann ferner Teil eines Meßwerks zur örtlichen Durchfiußmessüng, beispielsweise ein Zeiger sein, der direkt mit dem Stellglied 12 magnetisch gekoppelt ist.

Das Endteil 34 dient als Abstützelement für die Feder 9. In radialer Richtung wird die Feder 9 durch einen Vorsprung 37 des Endteils 34 und durch einen Vorsprung 38 des Halteelements 16 festgelegt. Der Verschiebeweg des Stellglieds 12 wird dadurch begrenzt, daß das Endteil 34 bei maximalem Durchfluß mit einer Endfläche 39 am hinteren Endanschlag 31 der Führungsstange 10 anschlägt, während das Stellglied 12 bei minimalem Durchfluß durch die Vorspannkraft der Feder 9 mit der Meßscheibe 2 an dem vorderen Endanschlag 30 anliegt.

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Der Durchmesser der beiden Ringmagnete 32, 33 und des Endteils 34 ist geringe*» als der Durchmesser der Heßscheibe 2, so daß die engste Durchgangsstelle für das Medium im Bereich des Spaltes zwischen der Meßscheibe 2 und der Innenwand 5 des Durchgangsgehäuses 1 liegt.

Die Umfangswand des Durchgangsgehäuses &igr; ist mit vier regelmäßig über den Umfang verteilten Schlitzen 6 durchbrochen, die in Längsrichtung von der Strömungsabrißkante 11 der Meßscheibe 2 bis über die Eintrittsöffnungen 19 des Halteelements 16 reichen. Diese Schlitze 6 sind parallel zur Längsachse 7 des Durchgangsgehäuses 1 und damit auch zur Verschieberichtung 8 der Meßscheibe 2 angeordnet und sind so ausgebildet, daß sie sich bis zu ihrer halben Länge in Verschieberichtung 8 konisch erweitern, während ihre zweite Hälfte einen konstanten Querschnitt aufweist (siehe Figur 2).

Aufgrund dieser Ausbildung der Schlitze 6 vergrößert sich der Spalt 36 stetig, solange die Meßscheibe 2 und damit das gesamte Stellglied 12 nach rechts bis zum Ende des kenischen Teils der Schlitze 6 verschoben wird, und behält bei weiterer Verschiebung nach rechts den erweiterten durchströmten Querschnitt bei. Mit ansteigender Durchflußmenge steht also ein entsprechend erweiterter durchströmter Querschnitt zur Verfügung, wodurch die Linearität der Messung verbessert werden kann. Eine weitere Verbesser>mg der Linearität der Messung kann durch eine progressive Kennung der Feder 9 ereicht werden.

Mit Hilfe dieser Anordnung ist es möglich, ein viskositätsstabiles Meßverhalten in einem Bereich von 1 bis 200 cSt zu erhalten. Außerdem kann eine derartige Vorrichtung auch für hohe Betriebsdrücke bis 500 bar angewendet werden, da auf-

hohe Betriebsdrücke bis 500 bar angewendet werden/ da aufgrund isr rein magnetischen Ansteuerung des außerhalb des Durchflußgehäuses 1 vorgesehenen Sensors keinerlei Dichtprobleme bei der Bewegungsübertragung nach außen bestehen.

Bezuaazeichenliste

1	Durchgangsgehäuse	31	Endanschlag
2	Meßscheibe	32	Ringmagnet
3	Magnetanordnung	33	Ringmagnet
4	Außenwand	34	Endteil
5	Innenwand	35	Fase
6	Schlitz	36	Spalt
7	Längsachse	37	Vorsprung
8	Verschieberichtung	38	Vorsprung
9	Feder	39	Endfläche
10	Führunysstange
11	Strömungsabrißkante
12	Stellglied
13	Außenfläche
14	Stirnwand
15	Flüssigkeitseintrittsöffnung
16	Halteelement
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18	Schrauben
19	Einströmöffnung
20	Stützabschnitt
21	Austrittsöffnung
22	Stirnwand
23	Durchflußöffnung
24	zentrale Bohrung
25	Endzapfen
26	Schulter
27	Endzapfen
28	zentrale Bohrung
29	Schulter
30	Endanschlag

Claims

Schutzansprüche

Vorrichtung zur überwachung und/oder Messung des Durchflusses in von flüssigen Medien durchströmten Räumen, insbesondere Rohrleitungen, mit einem vom Medium durchströmten Durchgangsgehäuse, in dem ein vom strömenden Medium verschiebbares, mit einem Positionsindikator ver sehenes Stellglied angeordnet ist, sowie mit einem mit dem Poeitionsindikator zusammenwirkenden Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (12) eine den Durchfluß des Mediums bestimmende und mit dem Durchgangsgehäuse (i) einen engen Spalt für das durchströmende Medium bildende MeB-scheibe (2) aufweist.

MANlTZ FINSTERÄALD HEYN - MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ROBERT.KOCH-STRASSE 1 TEL. (089) 224211 TELEX 529872 PATMF FAX (089) 29 75 75

HANNS JÖRG ROTERMUNO 7000 STUHGART 50 (BAD CANNSTAn) SEELBERGSTR. 23/25 TEL (0711) 567281 HYPOBANK MÜNCHEN 8 880119 980 BU 70020001 POSTGJFjOAMT MÜNCHEN 77062-^05 BLZ 700100 80 VEREINSBANK MÜNCHEN 578 351 BLZ 70020270

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das Durchgangsgehäuse (1) mindestens einen im Verschiebebereich der Meßscheibe (2) angeordneten, den durchströmten Spalt mit zunehmender Verschiebung der Meßscheibe (2) vergrößernden Schlitz (6) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Schlitz (to) als Längsschlitz ausgebildet ist, dessen Längsachse parallel zur Längsachse (7) des Durchgangsgehäuses (1) und zur Verscuieberichtung (8) der Meßscheibe (2) angeordnet ist, wobei der Schlitz (6) in Verschieberichtung (8) zumindest bis zu einem Teil seiner Länge einen sich erweiternden durchströmten Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß der Schlitz (6) sich in Verschieberichtung (8) zumindest bis zu einem Teil seiner Länge konisch erweitert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Durchgangsgehäuse (1) vier über den Umfang des Durchgangsgehausee (1) regelmäßig verteilt angeordnete Schlitze (6) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied (12) und damit die Meßscheibe (2) im Inneren des Durchgangsgehauses (1) durch eine ihrer Verschiebung durch das Medium entgegenwirkende Feder (9) abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet ,

daß die Feder (9) eine progressive Kennung aufweist.

8. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Umfangekante der Meßscheibe (2) als eine mit dem Durchgangsgehäuse (i) den engen Spalt uS5tiiiuusnde strömungsabrißkante (11) auegebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied (12) von einer zentral im Durchgangs gehäuse (1) befestigten Führung geführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß die Führung aus einer Führungsstange (10) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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gekennzeichnet ,

daß das Durchgangsgehäuse (1) und die Meßscheibe (2) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Positionsindikator aus einer Magnetanordnung (3) besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichent , daß die Magnetanordnung (3) zwei Ringmagnete (32, 33) aufweist, die mit gleichpoligen Stirnseiten aneinander liegen.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied (12) aus der Meßscheibe (2), den beiden Ringmagneten (32, 33) und einem an dem in Durchflußrichtung gesehen hinteren Ringmagneten (33) anliegenden, im Durchmesser gestuften Endteil (34) besteht, an dem die Feder (9) abgestützt ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor ein im wesentlichen linearer, außerhalb des Durchflußgehauses (1) angeordneter Hagnetfeldsensor ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor ein außerhalb des Durchflußgehauses (1) angeordnetes, magnetisch betätigbares Schaltelement, insbesondere ein Reedkontakt, ist.

1"7. Vnrrinhtuno nach einem der Ansnrüche 1 bis 15.

dadurch gekennzeichnet,

daß der Sensor Teil eines zur örtlichen Durchflußmessung verwendeten Meßwerks ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor ein Zeiger des Meßwerks ist.