EP0682772A1 - Strömungsmessonde - Google Patents

Strömungsmessonde

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Publication number
EP0682772A1
EP0682772A1 EP95903786A EP95903786A EP0682772A1 EP 0682772 A1 EP0682772 A1 EP 0682772A1 EP 95903786 A EP95903786 A EP 95903786A EP 95903786 A EP95903786 A EP 95903786A EP 0682772 A1 EP0682772 A1 EP 0682772A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring probe
outer tube
flow measuring
electrodes
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95903786A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Berdillon
Michel Claudin
Sven Hirt
Sören LESER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Priority to EP95903786A priority Critical patent/EP0682772A1/de
Publication of EP0682772A1 publication Critical patent/EP0682772A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring 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
    • G01F1/20—Measuring 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
    • G01F1/28—Measuring 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
    • G01P5/04—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer using deflection of baffle-plates

Definitions

  • the invention relates to flow measuring probes which can be inserted into the wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to the longitudinal axis thereof.
  • DE-A 36 16 777 describes a flow measuring probe which serves to measure the mass pulse flow of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of a pipe through which a fluid flows,
  • EP-A 26 715 also describes a flow measuring probe which serves to measure the volume of a flowing fluid and which is inserted practically perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline through which the fluid flows,
  • an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline.
  • DE-A 24 13 245 describes a flow measuring probe which is used to measure the flow and which is inserted into the wall of a pipeline through which the fluid flows practically perpendicular to its longitudinal axis, with a mechanically clamped in the wall into the flowing fluid immersed and deflectable under a force exerted by it and
  • an inflow surface is arranged at an angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline
  • the invention therefore consists in a flow measuring probe which can be inserted into a wall of a pipeline through which a fluid flows, practically perpendicular to its longitudinal axis,
  • the capacitive sensor described in US Pat. No. 4,716,770 in connection with a vortex flow meter - but only for two capacitances - which is however modified in accordance with the invention.
  • the sensor described above is not immersed in the free flow, but is arranged in a bore in the bluff body to which the fluid has access. There the pressure fluctuations generated by the vortices detaching from the bluff body are measured. In contrast, the force exerted directly on the bluff body by the flowing fluid is measured in the invention.
  • the outer tube carries an insulating layer with an applied electrode layer on the inner surface near the end, which forms capacitors with the electrodes.
  • a bluff body is provided, of which an inflow surface is arranged at an angle deviating from 90 ° with respect to the longitudinal axis of the pipeline. According to a development of this embodiment of the invention, an angle of practically 45 ° is provided between the inflow surface of the bluff body and the longitudinal axis of the pipeline.
  • four electrodes are provided at an angle of 45 ° between the sectional plane and the longitudinal axis of the pipeline.
  • an insulating layer is provided on the inner surface of the outer pipe near the end, which carries an electrode layer which is in contact with the four Electrode capacitors.
  • FIG. 1 shows in perspective a flow measuring probe inserted in a pipeline
  • FIG. 4 shows a bottom view of a flow measuring probe with four capacities
  • FIG. 5 shows a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view.
  • Fig. 1 is one in perspective in the wall
  • Pipe 1 inserted and there mechanically rigidly clamped flow measuring probe 2 is shown, the part of which protrudes into the pipe 1 in the manner of a bending beam or a cantilever is immersed in a fluid 3 flowing in the pipe 1, as can be seen at the cut-open point of the pipe 1 .
  • the flow measuring probe 2 has a housing 4 in which evaluation electronics for the signals generated by the flow measuring probe 2 are accommodated.
  • the fluid 3 flowing in the pipeline 1 can be a liquid, e.g. Water or milk, a steam, a gas, e.g. Air, or a powdery substance.
  • FIG. 1 With regard to the outer structure of the flow measuring probe 2, it can also be seen from FIG. 1 that it has a metallic outer tube 5 with a bluff body 6 which is attached to the tightly closed free end of the outer tube 5.
  • An inflow surface of the bluff body 6 is arranged at an angle, preferably deviating from 90 °, with respect to the longitudinal axis of the pipeline 1.
  • the bluff body 6 is preferably, as can be seen in FIGS. 1 and 2, a circular plate; however, other two- and / or three-dimensional shapes of the bluff body 6 are also possible.
  • FIG. 2a shows the fastening by means of a union nut 7 which is to be screwed tightly with a threaded connector attached to the wall of the pipeline.
  • FIG. 2b shows, instead of the union nut 7 from FIG. 2a, a flat plate 8 which is to be fastened tightly to a counterplate attached to the pipeline 1 in the manner of a so-called triclamp connection.
  • FIG. 2 c instead of the union nut 7 from FIG. 2 a, part 9 of a milk pipe connection that is common in Europe is shown, the counterpart of which is located on the pipeline 1.
  • FIG. 2d shows that a flange connection is also possible; there is a flange 10 on the flow measuring probe 2, the counter flange of which is attached to the pipeline 1.
  • FIGS. 3 to 5 A partial section of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3a of FIG. 3, and a bottom view of the flow measuring probe 2 is shown in the partial figure 3b thereof.
  • the bluff body 6 is omitted for reasons of clarity.
  • an inner tube 11 is spaced and rigidly arranged, which protrudes into the cavity 12 of the outer tube 5 and thus from the latter acting forces is decoupled.
  • the inner tube 11 and outer tube 5 are preferably made of stainless steel.
  • the inner tube 11 has two sections of different diameters.
  • a first section 11a has a larger outer diameter than a second section 11b, which carries an even number of electrodes 13, 14, which are insulated and symmetrical with respect to a section plane containing the axis of the inner pipe 11 and which form capacitors with the inner surface of the outer pipe 5.
  • two electrodes are provided, as can be seen. They are arranged near the free end of the outer tube 5, where its deflection is greatest.
  • the diameter line X-X can be seen in this figure from the section plane mentioned, which runs perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3b.
  • the electrodes 13, 14 are attached to the outer surface of the inner tube 11 with the interposition of an insulating part 15.
  • the insulating part 15 can e.g. consist of an adhesive layer by means of which e.g. foil-like, metal of the electrodes 13, 14 is fastened on the section 11b of the inner tube 11.
  • the outer tube 5 is sealed at its free end by a closure body 17.
  • the electrodes 13, 14 cover the largest part of the circumferential surface of the second section 11b of the inner tube 11 and the lower end face of the insulating part 15, where a gap 18, 19 is left open Feed lines 20, 21 are attached to them. These lead through the hollow interior of the inner tube 11 into the housing 4 to the evaluation electronics located therein.
  • FIG. 4 shows a bottom view corresponding to FIG. 3b of a preferred development with four electrodes 22, 23, 24, 25 arranged symmetrically to the cutting plane mentioned. As a result, there are two further gaps 26, 27, so that the four electrodes 22, 23, 24, 25 are galvanically separated from one another.
  • the feed lines 20, 21 and the two further feed lines corresponding to these are omitted in FIG. 4 for the sake of clarity.
  • the diameter line X-X of the section plane mentioned is to be aligned so that it forms an angle of practically 45 ° with the longitudinal axis of the pipeline 1.
  • this orientation there are two electrodes facing each other, e.g. the electrodes 23, 24, vertically above or below the longitudinal axis of the pipeline 1, while this longitudinal axis then cuts the two other electrodes 22, 25 lying opposite one another in the middle.
  • FIG. 5 shows a detail of a development of the arrangement according to FIG. 3 in a longitudinal sectional view, in which the inner surface of the outer tube 5 serves as a common electrode of the two electrodes 13, 14.
  • this common electrode is at the potential of the circuit zero point of the evaluation electronics mentioned, which of course limits the possibilities of wiring all the capacitor electrodes.
  • an insulating layer 31 is arranged on the inner surface of the outer tube 5 near the end, which has an electrode layer 32 applied thereon. This then forms corresponding capacitors with the electrodes 13, 14 or 22, 23, 24, 25 arranged on the inner tube 11.
  • the electrode layer 32 can be provided with a feed line.
  • the flow measuring probe of the invention with two electrodes, together with a corresponding circuit can serve as a flow monitor, with which the flow or the non-flow of the fluid 3 can be monitored.
  • Such circuits are common and are outside the scope of the invention.
  • the flow measuring probe according to the invention with four electrodes can be used together with a corresponding circuit for the continuous measurement of flow velocity, volume flow, mass flow, density and / or viscosity of the fluid 3. Since there are four capacities influenced by the flow, of which two are influenced essentially in opposite directions, at least two signals which are practically independent of one another can be evaluated. Circuits for this are also common and are outside the scope of the invention.

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Abstract

Diese kann durch verschiedenartige Ausgestaltung und/oder Anordnung ihrer Teile als Strömungswächter und/oder als Strömungsgeschwindigkeits- und/oder als Volumendurchfluß- und/oder als Massedurchfluß- und/oder als Dichte-Sensor ausgebildet werden. Hierzu ist die Sonde (2), die in eine Wand einer von einem Fluid (3) durchströmten Rohrleitung (1) praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar ist, mit einem einseitig mechanisch starr mit der Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren metallischen Außenrohr (5), das an seinem freien Ende dicht verschlossenen ist, ferner mit einem am freien Ende des Außenrohrs angebrachten Staukörpers (6), und mit einem in dem Außenrohr (5) von diesem beabstandet und starr angeordneten Innenrohr (11) versehen, das auf mindestens einem Teil seiner Außenfläche eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden (13, 14) trägt, die mit dem Außenrohr Kondensatoren bilden.

Description

Strömungsmeßsonde
Die Priorität der europäischen Anmeldung 93 11 9668.7 vom 07. Dezember 1993 wird beansprucht
Die Erfindung betrifft Strömungsmeßsonden, die in die Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar sind.
In der DE-A 36 16 777 ist eine der Messung des Masseimpulsstroms eines strömenden Fluids dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist,
- mit einer einseitig mechanisch starr mit einer Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren Meßplatte,
- auf der zwei Kondensator-Elektroden angeordnet sind, und
- mit einer zur Meßplatte parallel angeordneten Referenzplatte, — die mit den Kondensator-Elektroden zwei in Serie geschaltete Kondensatoren bildet.
In der EP-A 26 715 ist ferner eine der Messung des Volumens eines strömenden Fluids dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer vom Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist,
- mit einem einseitig mit einem Drehpunkt in der Wand mechanisch eingespannten, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft auslenkbaren Pendelbalken und - mit einem am freien Ende des Pendelbalkens angebrachten Staukörper,
- von dem eine Anströmfläche unter einem Winkel von 90° bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist.
In der DE-A 24 13 245 ist schließlich eine der Messung des Durchflusses dienende Strömungsmeßsonde beschrieben, die in die Wand einer vom Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse eingesetzt ist, - mit einem einseitig in der Wand mechanisch eingespannten, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft auslenkbaren Rohr und
- mit einem seitlich am Rohr angebrachten Staukörper,
- von dem eine Anströmfläche unter einem Winkel von 90° bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist, und
- mit vier im Rohr angeordneten Dehnmeßstreifen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, das Prinzip einer Strömungsmeßsonde anzugeben, die durch verschiedenartige Ausgestaltung und/oder Anordnung ihrer Teile als Strömungswächter, also als einfacher Signalgeber für eine vorhandene bzw. nichtvorhandene Strömung, und/oder als Strömungsgeschwindigkeits- und/oder als Volumendurchfluß- und/oder als Massedurchfluß- und/oder als Dichte-Sensor und/oder als Viskositätssensor ausgebildet werden kann.
Die Erfindung besteht daher in einer Strömungsmeßsonde, die in eine Wand einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar ist,
- mit einem einseitig mechanisch starr mit einer Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren metallischen Außenrohr, — das an seinem freien Ende dicht verschlossenen ist,
- mit einem am freien Ende des Außenrohrs angebrachten Staukörper , und
- mit einem in dem Außenrohr von diesem beabstandet und starr angeordneten Innenrohr,
— das auf mindestens einem Teil seiner Außenfläche eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden trägt, die mit dem Außenrohr Kondensatoren bilden.
Dabei wird hinsichtlich der zu realisierenden Kondensatoren auf den in der eigenen US-A 47 16 770 in Zusammenhang mit einem Vortex-Durchflußmeßgerät - allerdings nur für zwei Kapazitäten - beschriebenen kapazitiven Sensor zurückgegriffen, der jedoch entsprechend der Erfindung modifiziert ist. Außerdem taucht der vorbeschriebene Sensor nicht in die freie Strömung ein, sondern ist in einer Bohrung des Staukörpers angeordnet, zu der das Fluid Zutritt hat. Dort werden die von den am Staukörper sich ablösenden Wirbeln im Fluid erzeugten Druckschwankungen gemessen. Demgegenüber wird bei der Erfindung die vom strömenden Fluid auf den Staukörper direkt ausgeübte Kraft gemessen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung trägt das Außenrohr auf der Innenfläche in der Nähe des Endes eine Isolierschicht mit einer aufgebrachten Elektrodenschicht, die mit den Elektroden Kondensatoren bildet.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Staukörper vorgesehen, von dem eine Anströmfläche unter einem von 90° abweichenden Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Anströmfläche des Staukörpers und der Längsachse der Rohrleitung ein Winkel von praktisch 45° vorgesehen.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind vier, insb. flächengleiche, Elektroden unter einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung vorgesehen.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn zusammen mit vier Elektroden und bei einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung eine auf der Innenfläche des Außenrohrs in der Nähe des Endes aufgebrachte Isolierschicht vorgesehen ist, die eine Elektrodenschicht trägt, die mit den vier Elektroden Kondensatoren bildet.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und in deren Figuren gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Fig. 1 zeigt perspektivisch eine in eine Rohrleitung eingesetzte Strömungsmeßsonde,
Fig. 2 zeigt schematisch verschiedene Fixiermöglichkeiten für die in die Rohrleitung eingesetzte Strömungsmeßsonde,
Fig. 3 zeigt in Längsschnittansicht den in das Fluid eintauchenden Teil der Strömungsmeßsonde,
Fig. 4 zeigt in Unteransicht eine Strömungsmeßsonde mit vier Kapazitäten, und Fig. 5 zeigt in Längsschnittansicht eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist perspektivisch eine in die Wand einer
Rohrleitung 1 eingesetzte und dort einseitig mechanisch starr eingespannte Strömungsmeßsonde 2 gezeigt, deren in die Rohrleitung 1 nach Art eines Biegebalkens oder eines Auslegers hineinragender Teil somit in ein in der Rohrleitung 1 strömendes Fluid 3 eintaucht, wie an der aufgeschnittenen Stelle der Rohrleitung 1 zu sehen ist. Außerhalb der Rohrleitung 1 trägt die Strömungsmeßsonde 2 ein Gehäuse 4, in dem eine Auswerte-Elektronik für die von der Strömungsmeßsonde 2 erzeugten Signale untergebracht ist.
Das in der Rohrleitung 1 strömende Fluid 3 kann eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser oder Milch, ein Dampf, ein Gas, wie z.B. Luft, oder ein pulverförmiger Stoff sein.
Hinsichtlich des äußeren Aufbaus der Strömungsmeßsonde 2 ist der Fig. 1 ferner entnehmbar, daß sie ein metallisches Außenrohr 5 mit einem Staukörper 6 aufweist, der am dicht verschlossenem freien Ende des Außenrohrs 5 angebracht ist. Eine Anströmfläche des Staukörpers 6 ist unter einem, vorzugsweise von 90° abweichenden, Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung 1 angeordnet. Der Staukörper 6 ist vorzugsweise, wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, eine kreisförmige Platte; andere zwei- und/oder dreidimensionale Formen des Staukörpers 6 sind jedoch auch möglich.
Durch vom Fluid 3 auf das Außenrohr 5 selbst und auf den Staukörper 6 ausgeübte Kräfte wird dieses ausgelenkt. Wenn der Anströmwinkel des Staukörpers 6 von 90° abweicht, wird er in eine von der Richtung der Längsachse der Rohrleitung 1 mehr oder weniger abweichende Richtung abgelenkt.
Die vier Teilfiguren der Fig. 2 zeigen verschiedene
Möglichkeiten der Befestigung und der wieder lösbaren Einsetzbarkeit der Strömungsmeßsonde 2 in der Rohrleitung 1. So zeigt Fig. 2a die Befestigung mittels einer Überwurfmutter 7, die mit einem an der Wand der Rohrleitung angebrachten Gewindestutzen dicht zu verschrauben ist.
Die Fig. 2b zeigt anstatt der Überwurfmutter 7 von Fig. 2a eine ebene Platte 8, die an einer an der Rohrleitung 1 angebrachten Gegenplatte nach Art einer sogenannten Triclamp-Verbindung dicht zu befestigen ist. Nach Fig. 2c ist anstatt der Überwurfmutter 7 von Fig. 2a ein Teil 9 einer in Europa üblichen Milchrohr-Verbindung gezeigt, deren Gegenstück sich an der Rohrleitung 1 befindet.
Schließlich zeigt Fig. 2d, daß auch eine Flanschverbindung möglich ist; dazu befindet sich an der Strömungsmeßsonde 2 ein Flansch 10, dessen Gegenflansch an der Rohrleitung 1 angebracht ist.
Der weitere, im wesentlichen innere, Aufbau der Strömungsmeßsonde 2 wird nun anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert. In der Teilfigur 3a von Fig. 3 sind ein Längsschnitt der Strömungsmeßsonde 2 und in deren Teilfigur 3b eine Unteransicht der Strömungsmeßsonde 2 gezeigt. Dabei ist jeweils der Staukörper 6 aus Übersichlichkeitsgründen weggelassen.
Im Außenrohr 5 ist von diesem beabstandet und starr ein Innenrohr 11 angeordnet, das in den Hohlraum 12 des Außenrohrs 5 hineinragt und somit von den auf dieses einwirkenden Kräften entkoppelt ist. Vorzugsweise bestehen Innenrohr 11 und Außenrohr 5 aus nicht-rostendem Stahl.
Das Innenrohr 11 hat zwei Abschnitte von unterschiedlichem Durchmesser. Ein erster Abschnitt lla hat einen größeren Außendurchmesser als ein zweiter Abschnitt 11b, der eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs 11 enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden 13, 14 trägt, die mit der Innenfläche des Außenrohres 5 Kondensatoren bilden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind, wie ersichtlich ist, zwei Elektroden vorgesehen. Sie sind in der Nähe des freien Endes des Außenrohrs 5 angeordnet, wo dessen Auslenkung am größten ist. Von der erwähnten Schnittebene, die in Fig. 3b senkrecht zur Zeichenebene verläuft, ist in dieser Figur die Durchmesserlinie X-X zu sehen.
Die Elektroden 13, 14 sind auf der Außenfläche des Innenrohrs 11 unter Zwischenlage eines Isolierteils 15 angebracht. Das Isolierteil 15 kann z.B. aus einer Klebstoffschicht bestehen, mittels der das, z.B. folien¬ artige, Metall der Elektroden 13, 14 auf dem Abschnitt 11b des Innenrohrs 11 befestigt ist.
Zwischen den Elektroden 13, 14 und der Innenfläche des Außenrohrs 5 besteht ein Luftspalt 16, der so bemessen ist, daß selbst bei betriebsmäßig maximaler Auslenkung des Außenrohrs 5 die Elektroden 13, 14 die Innenfläche noch nicht berühren. Das Außenrohr 5 ist an seinem freien Ende durch einen Verschlußkörper 17 abgedichtet.
Die Elektroden 13, 14 bedecken unter Freilassung von jeweils einem Spalt 18, 19 den größten Teil der Umfangsflache des zweiten Abschnitts 11b des Innenrohrs 11 sowie die untere Stirnfläche des Isolierteils 15, wo Zuleitungen 20, 21 an ihnen angebracht sind. Diese führen durch das hohle Innere des Innenrohrs 11 in das Gehäuse 4 zu der darin befindlichen Auswerte-Elektronik.
In Fig. 4 ist eine der Fig. 3b entsprechende Unteransicht einer bevorzugten Weiterbildung mit vier symmetrisch zur erwähnten Schnittebene angeordneten Elektroden 22, 23, 24, 25 dargestellt. Dadurch gibt es zwei weitere Spalte 26, 27, so daß die vier Elektroden 22, 23, 24, 25 galvanisch voneinander getrennt sind. Die Zuleitungen 20, 21 und die zwei weiteren, diesen entsprechenden Zuleitungen sind wegen der Übersichtlichkeit in Fig. 4 weggelassen.
Wenn die Strömungsmeßsonde diese vier Elektroden hat, ist die Durchmesserlinie X-X der erwähnten Schnittebene so auszurichten, daß sie mit der Längsachse der Rohrleitung 1 einen Winkel von praktisch 45° bildet. Mit dieser Ausrichtung befinden sich zwei einander gegenüberliegende Elektroden, z.B. die Elektroden 23, 24, senkrecht oberhalb bzw. unterhalb der Längsachse der Rohrleitung 1, während diese Längsachse dann die beiden anderen einander gegenüberliegenden Elektroden 22, 25 mittig schneidet.
Die Fig. 5 zeigt in Längsschnittansicht ausschnittsweise eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 3, bei der die Innenfläche des Außenrohrs 5 als gemeinsame Elektrode der zwei Elektroden 13, 14 dient. Diese gemeinsame Elektrode liegt aber im Betriebszustand der Strömungsmeßsonde auf dem Potential des Schaltungsnullpunkts der erwähnten Auswerte- Elektronik, wodurch die Möglichkeiten der Beschaltung aller Kondensator-Elektroden natürlich beschränkt ist. Um dem abzuhelfen, ist nun in der Weiterbildung nach Fig. 5 vorgesehen, daß auf der Innenfläche des Außenrohrs 5 in der Nähe des Endes eine Isolierschicht 31 angeordnet ist, die eine darauf aufgebrachte Elektrodenschicht 32 trägt. Diese bildet dann mit den auf dem Innenrohr 11 angeordneten Elektroden 13, 14 bzw. 22, 23, 24, 25 entsprechende Kondensatoren.
Wie festgestellt wurde, ergeben sich besonders gute Meßergebnisse, wenn die Elektrodenschicht 32 elektrisch unkontaktiert bleibt, also potentialmäßig schwebt. Sollte es jedoch ausnahmsweise erforderlich werden, so kann die Elektrodenschicht 32 mit einer Zuleitung versehen werden.
Die Strömungsmeßsonde der Erfindung mit zwei Elektroden kann zusammen mit einer entsprechenden Schaltung als Strömungswächter dienen, mit dem das Strömen bzw. das NichtStrömen des Fluids 3 überwacht werden kann. Derartige Schaltungen sind üblich und liegen außerhalb des Rahmens der Erfindung.
Die Strömungsmeßsonde nach der Erfindung mit vier Elektroden kann hingegen zusammen mit einer entsprechenden jeweiligen Schaltung zum kontinuierlichen Messen von Strömungsgeschwindigkeit, Volumen-Durchfluß, Massen- Durchfluß, Dichte und/oder Viskosität des Fluids 3 dienen. Da nämlich vier von der Strömung beeinflußte Kapazitäten vorhanden sind, von denen jeweils zwei im wesentlichen gegenläufig beeinflußt werden, können mindestens zwei praktisch voneinander unabhängige Signale ausgewertet werden. Schaltungen hierfür sind ebenfalls üblich und liegen außerhalb des Rahmens der Erfindung.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Strömungsmeßsonde (2), die in eine Wand einer von einem Fluid (3) durchströmten Rohrleitung (1) praktisch senkrecht zu deren Längsachse einsetzbar ist,
- mit einem einseitig mechanisch starr mit der Wand der Rohrleitung verbundenen, in das strömende Fluid eintauchenden und unter einer davon ausgeübten Kraft nach Art eines Biegebalkens auslenkbaren metallischen Außenrohr (5),
— das an seinem freien Ende dicht verschlossenen ist, - mit einem am freien Ende des Außenrohrs angebrachten
Staukörper (6) , und
- mit einem in dem Außenrohr (5) von diesem beabstandet und starr angeordneten Innenrohr (11),
— das auf mindestens einem Teil seiner Außenfläche eine gerade Anzahl von isoliert und symmetrisch zu einer die Achse des Innenrohrs enthaltenden Schnittebene angeordneten Elektroden (13, 14) trägt, die mit dem Außenrohr Kondensatoren bilden.
2. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit einem Außenrohr, das auf der Innenfläche in der Nähe des Endes eine Isolierschicht (31) mit einer aufgebrachten Elektrodenschicht (32) trägt, die mit den Elektroden (13, 14) Kondensatoren bildet.
Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit einem Staukörper, von dem eine Anströmfläche unter einem von 90° abweichenden Winkel bezüglich der Längsachse der Rohrleitung (1) angeordnet ist.
4. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 3 mit einem Winkel von praktisch 45° zwischen der Anströmfläche des Staukörpers (6) und der Längsachse der Rohrleitung.
5. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1 mit vier Elektroden (22, 23, 24, 25) und mit einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung.
6. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 5 mit vier flächengleichen Elektroden (22, 23, 24, 25).
7. Strömungsmeßsonde nach Anspruch 1
- mit vier Elektroden (22, 23, 24, 25),
- mit einem Winkel von 45° zwischen der Schnittebene und der Längsachse der Rohrleitung und
- mit einer auf der Innenfläche des Außenrohrs (5) in der Nähe des Endes aufgebrachten Isolierschicht (31), die eine Elektrodenschicht (32) trägt, die mit den vier Elektroden Kondensatoren bildet.
Strömungsmeßsonde nach Anspruch 7 mit vier flächengleichen Elektroden (22, 23, 24, 25).
EP95903786A 1993-12-07 1994-12-01 Strömungsmessonde Withdrawn EP0682772A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
EP95903786A EP0682772A1 (de) 1993-12-07 1994-12-01 Strömungsmessonde

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EP93119668 1993-12-07
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