DE2614811A1 - FLOW METER WITH A PLATE-SHAPED MEASURING BODY - Google Patents
FLOW METER WITH A PLATE-SHAPED MEASURING BODYInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeicfc&il48 1 1 Berlin und München · VPA 76 P 3717 BRDSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Our Zeicfc & il48 1 1 Berlin and Munich VPA 76 P 3717 BRD
Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen MeßkörperFlow meter with a plate-shaped measuring body
Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen, quer zur Strömungsrichtung in einem durchströmten Hohlkörper gehaltenen und mit einer Rückstellkraft belasteten Meßkörper.The invention relates to a flow meter with a plate-shaped, transverse to the direction of flow in a flow Hollow body held and loaded with a restoring force measuring body.
Bei einem bekannten Durchflußmeßgerät dieser Art("Messen und Regeln in der chemischen Technik", von Hengstenberg/Sturm/ Winkler, 1957, Seite 262) ist eine Durchflußöffnung im Ruhezustand mittels einer drehbar gelagerten Klappe verschlossen, die federbelastet sein kann. Bei einem Durchfluß durch die Öffnung wird die Klappe durch Anwachsen der auf sie ausgeübten Kraft verschwenkt und nimmt eine Winkelstellung ein, die ein Maß für den Durchfluß darstellt. Bei diesem bekannten Durchflußmeßgerät wird der Strömungswiderstand zur Ermittlung des Durchflusses ausgenutzt. Da dieser Widerstand von einer Widerstandszahl abhängig ist, die sich mit der Winkelstellung der Klappe und mit der Reynoldsschen Zahl nichtlinear ändert, muß die Eichung des bekannten Durchflußmeßgerätes unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten vorgenommen werden.In a known flow meter of this type ("measuring and Rules in chemical engineering ", by Hengstenberg / Sturm / Winkler, 1957, page 262) is a flow opening in the idle state closed by means of a rotatably mounted flap which can be spring-loaded. When there is a flow through the Opening, the flap is pivoted by increasing the force exerted on it and assumes an angular position, which is a measure of the flow. In this known flow meter, the flow resistance is used to determine of the flow is used. Since this resistance is dependent on a resistance number, which is related to the angular position the flap and changes nonlinearly with the Reynolds number, the calibration of the known flowmeter must be taken into account based on empirical values.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen Meßkörper vorzuschlagen, mit dem sich die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchfluß aufgrund einer gut definierbaren Eichkurve messen läßt.The invention is based on the object of proposing a flow meter with a plate-shaped measuring body with which the flow rate or the flow can be measured on the basis of a well-definable calibration curve.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist bei einem Durchflußmeßgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der MeßkörperTo achieve this object, in a flow meter of the type described at the outset, the measuring body according to the invention
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Kr 22 Etz / 1.4.1976VPA 76 E 3715 BRD
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das Profil einer Tragfläche auf und ist so in dem Hohlkörper angeordnet, daß die Stirnseite der Tragfläche der Strömung entgegengerichtet ist.the profile of a wing and is arranged in the hollow body that the end face of the wing of the flow is opposite.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen. Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß wegen der Verwendung eines plattenförmigen Meßkörpers mit dem Profil einer Tragfläche der Auftrieb ausgenutzt wird, um ein Maß für den jeweiligen Durchfluß darstellende Meßgrößen zu gewinnen. Die Ausnutzung des Auftriebs ist insofern vorteilhaft, als sich der Meßkörper im wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckt und dadurch nur einen kleinen Strömungswiderstand bildet.An advantage of the invention. Flow meter is that because of the use of a plate-shaped measuring body with the profile of an aerofoil, the lift is used to represent a measure of the respective flow rate To gain measured quantities. The use of buoyancy is advantageous in that the measuring body is essentially in Direction of flow extends and thereby forms only a small flow resistance.
Die Erfassung des Durchflusses läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät unter Anwendung verschiedener Meßprinzipien durchführen. So läßt sich in vorteilhafter Weise ein Kompensationsverfahren anwenden, wenn der Meßkörper mit einer Drehachse gehalten und mit einer Vorrichtung verbunden ist, die die von der Strömung auf den Meßkörper ausgeübten Auftriebskräfte kompensiert und dabei eine Meßgröße erzeugt, die ein Maß für den Durchfluß darstellt. Bei Anwendung dieses Verfahrens kann die Drehachse quer zur Strömungsrichtung, jedoch außerhalb des Druckmittelpunktes des Profils des Meßkörpers verlaufen. Die Drehachse des Meßkörpers kann aber auch parallel zur Strömungsrichtung, z.B. in der Rohrwandung verlaufen; der Meßkörper will dann eine Schwenkbewegung quer zur Strömungsrichtung ausführen. The detection of the flow can be carried out in the case of the invention Carry out a flow meter using different measuring principles. So can be in an advantageous manner Use the compensation method if the measuring body is held with an axis of rotation and connected to a device, the lift forces exerted on the measuring body by the flow compensated and thereby generated a measured variable that represents a measure of the flow. When using this procedure The axis of rotation can be transverse to the direction of flow, but outside the center of pressure of the profile of the measuring body get lost. The axis of rotation of the measuring body can, however, also run parallel to the direction of flow, e.g. in the pipe wall; the The measuring body then wants to perform a pivoting movement transversely to the direction of flow.
Zur Lösung der speziellen Aufgabe, ein Durchflußmeßgerät mit einem plattenförmigen Meßkörper vorzuschlagen, dessen Winkelstellungen in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Durchfluß gut definierbar sind, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Meßkörper mit einer quer zur Strömungsrichtung und außerhalb des Druckmittelpunktes des Profils des Meßkörpers verlaufenden Drehachse gehalten undTo solve the special task of proposing a flow meter with a plate-shaped measuring body, its angular positions can be well defined as a function of the flow rate or the flow rate, is according to a further development the invention of the measuring body with a transverse to the flow direction and outside the pressure center of the Profile of the measuring body extending axis of rotation and held
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mit einer auf ihn die Rückstellkraft ausübenden Einrichtung versehen ist , und die Winkelstellung des Meßkörpers ist ein Maß für den Durchfluß .is provided with a device that exerts the restoring force on it, and the angular position of the measuring body is a measure for the flow.
Der besondere Vorteil dieses Durchflußmeßgerätes besteht darin, daß sich die Auftriebszahl in Abhängigkeit von der Winkelstellung in einem bestimmten Winkelbereich fast exakt linear verändert. Daher lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät die Auftriebskräfte des Meßkörpers in Abhängigkeit vom Durchfluß gut definieren.The particular advantage of this flow meter is that the buoyancy rate depends on the angular position changed almost exactly linearly in a certain angular range. Therefore, in the flow meter according to the invention Define the buoyancy forces of the measuring body well as a function of the flow.
Um mit dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine lineare Anzeige des Durchflusses zu erreichen, die vorteilhafterweise eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers vom Durchfluß ermöglicht, ist die Rückstellkraft durch eine Rückstellvorrichtung mit einer derartigen Charakteristik bewirkt, daß sich die gewünschte lineare Abhängigkeit ergibt. Trägt man nämlich - wie Figur 1 zeigt - die Auftriebskraft A über die Winkelstellung α des Meßkörpers auf, dann ergeben sich für unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeitseinheiten c Geraden, die jeweils für eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit über der Winkelstellung cc die Auftriebskraft wiedergeben. Um eine lineare Abhängigkeit der Winkelstellung des Meßkörpers von der Strömungsgeschwindigkeit c bzw. vom Durchfluß zu erreichen, muß die durch die Rückstellvorrichtung erzeugte Rückstellkraft R über der Winkelstellung oc einen Verlauf haben, wie ihn die strichliert eingezeichnete Kurve zeigt. Diese strichliert eingezeichnete Kurve ergibt sich aus den Schnittpunkten der Geraden für die Auftriebskräfte A bei den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten c mit den senkrecht verlaufenden (gedachten) Geraden bei der jeweiligen Winkelstellung oc . Wird also bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät eine Rückstellkraft mit einer Charakteristik entsprechend der strichliert eingezeichneten Kurve verwendet, dann ist die Winkelstellung des Meßkörpers exakt dem jeweiligen Durchfluß proportional.Ein solches Durchflußmeßgerät besitzt einen sehr großen Meßbereich. Die Rückstellvorrichtung kann aus einem Gewicht an einer Kurvenscheibe oderIn order to achieve a linear display of the flow with the flow meter according to the invention, which advantageously enables a linear dependence of the angular position of the measuring body on the flow, the restoring force is brought about by a restoring device with such a characteristic that the desired linear dependence is obtained. If, as FIG. 1 shows, the buoyancy force A is applied over the angular position α of the measuring body, then for different flow velocity units c straight lines are obtained which each reflect the buoyancy force for a certain flow velocity over the angular position cc. In order to achieve a linear dependence of the angular position of the measuring body on the flow velocity c or on the flow rate, the restoring force R generated by the restoring device must have a curve over the angular position oc, as shown by the curve drawn in dashed lines. This curve drawn in dashed lines results from the intersection of the straight lines for the lift forces A at the various flow velocities c with the perpendicular (imaginary) straight lines at the respective angular position oc . If a restoring force with a characteristic corresponding to the curve drawn in dashed lines is used in the flow meter according to the invention, then the angular position of the measuring body is exactly proportional to the respective flow rate. Such a flow meter has a very large measuring range. The reset device can consist of a weight on a cam or
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aus einer Feder mit einer entsprechenden Charakteristik bestehen.consist of a spring with a corresponding characteristic.
Vielfach ist es ausreichend, wenn das Durchflußmeßgerät einen Meßbereich von etwa 5 : 1 aufweist. In diesem Falle ist es vorteilhaft, den im gezeichneten Beispiel im Bereich zwischen etwa 5° und 10° der Winkelstellung ex. linear abfallenden Verlauf der strichliert eingezeichneten Kurve der Rückstellkraft R auszunutzen und eine Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik zu verwenden, die erheblich einfacher als die oben behandelte Rückstellvorrichtung herstellbar ist. Bei Verwendung einer Rückstellvorrichtung mit linearer Charakteristik nimmt dann der Meßkörper in seiner Ausgangslage einen größeren, etwa 10° nicht überschreitenden Einstellwinkel zur Strömungsrichtung ein, während der kleinste Einstellwinkel bei größtem meßtechnisch erfaßbaren Durchfluß etwa 5° zur Strömungsrichtung beträgt. Die Rückstellvorrichtung kann in diesem Falle aus einer Feder mit linearer Charakteristik bestehen.In many cases it is sufficient if the flow meter has a measuring range of approximately 5: 1. In this case it is advantageous to use the angle position ex in the example shown in the range between approximately 5 ° and 10 °. to utilize the linearly decreasing course of the curve of the restoring force R drawn in dashed lines and to use a restoring device with linear characteristics, which is considerably easier to produce than the restoring device discussed above. When using a resetting device with linear characteristics, the measuring body in its starting position assumes a larger setting angle to the direction of flow that does not exceed about 10 °, while the smallest setting angle at the largest measurable flow is about 5 ° to the direction of flow. The resetting device can in this case consist of a spring with linear characteristics.
Als besonders vorteilhaft wird es im Hinblick auf eine möglichst einfache konstruktive und fertigungsgerechte Ausführung des erfindungsgemäßen Durchflußmaßgerätes angesehen, wenn die Rückstellfeder mit linearer Federcharakteristik von einem Torsionsrohr gebildet ist, was mit seinem einen Ende eine Öffnung eines den Meßkörper aufnehmenden Hohlkörpers dichtend umgreifend an dem Höh' körper angebracht ist und an seinem anderen geschlossenen Ende mit der Drehachse verbunden ist, die durch die Öffnung des Hohlkörpers innerhalb des Torsionsrohres geführt ist.It is particularly advantageous with regard to the simplest possible construction and production-ready implementation of the invention Flow meter viewed when the return spring with linear spring characteristics of a torsion tube is formed, which with its one end an opening of a hollow body receiving the measuring body sealingly encompassing at the height ' body is attached and is connected at its other closed end to the axis of rotation through the opening of the hollow body is guided within the torsion tube.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in Figur 2 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes wiedergegeben und in Figur 3 ein weiterer Schnitt durch dasselbe Ausführungsbeispiel gezeigt.To further explain the invention, FIG. 2 shows a section through an exemplary embodiment of the flow meter according to the invention reproduced and shown in Figure 3 is a further section through the same embodiment.
Das dargestellte Durchflußmeßgerät ist in einem Hohlkörper 1 untergebracht, der beispielsweise von einem Rohr gebildet ist. Innerhalb des Hohlkörpers 1 ist ein plattenförmiger Meßkörper 2The flow meter shown is housed in a hollow body 1, which is formed, for example, by a tube. A plate-shaped measuring body 2 is located inside the hollow body 1
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gelagert. Der plattenförmige Meßkörper 2 weist das Profil einer Tragfläche auf. An der Stirnseite 3 des Meßkörpers 2 ist eine Drehachse 4 angeordnet, und zwar derart, daß sich der Meßkörper 2 mit seiner Drehachse 4 quer zur Strömungsrichtung 5 innerhalb des Hohlkörpers 1 befindet.stored. The plate-shaped measuring body 2 has the profile of a wing. At the end face 3 of the measuring body 2 is a Axis of rotation 4 arranged in such a way that the measuring body 2 with its axis of rotation 4 transversely to the flow direction 5 within of the hollow body 1 is located.
Wie insbesondere Figur 3 zeigt, ist die Drehachse 4 des Meßkörpers 2 an ihrem einen Ende 5 auf einer Schneide 6 in einem topfartigen Vorsprung 7 des Hohlkörpers 1 gelagert. Auf der gegenüberliegenden Seite des Meßkörpers 2 ist die Drehachse 4 durch eine öffnung 8 im Hohlkörper 1 geführt. Die Öffnung 8 ist von einem Torsionsrohr 9 verschlossen, das mit seinem einen Ende 10 die Öffnung 8 dichtend umgreift. Am anderen verschlossenen Ende 11 des Torsionsrohres 9 ist die Drehachse 4 befestigt.As shown in particular in FIG. 3, the axis of rotation 4 is the measuring body 2 mounted at one end 5 on a cutting edge 6 in a pot-like projection 7 of the hollow body 1. On the opposite On the side of the measuring body 2, the axis of rotation 4 is guided through an opening 8 in the hollow body 1. The opening 8 is of one Torsion tube 9 closed, which at one end 10 engages around the opening 8 in a sealing manner. At the other closed end 11 of the torsion tube 9, the axis of rotation 4 is attached.
Am Ende 11 des Torsionsrohres 9 befindet sich eine in der Figur 3 nur schematisch dargestellte Anzeige- oder Abgriffeinheit 12, die in ihrer einfachsten Ausführung aus einem Ziffernblatt bestehen kann, hinter dem sich das außen mit einer Markierung, z.B. einem Zeiger versehene Torsionsrohr 9 befindet. Bei einer Winkelveränderung des Meßkörpers 2 dreht die Markierung aufgrund der Torsion hinter der Skala, wodurch die Winkelstellung und damit der Durch-At the end 11 of the torsion tube 9 there is a display or pick-up unit 12, which is only shown schematically in FIG In its simplest form, it can consist of a clock face, behind which the outside is marked with a mark, e.g. a Pointer provided torsion tube 9 is located. When the angle of the measuring body 2 changes, the marking rotates due to the torsion behind the scale, whereby the angular position and thus the diameter
. , fluß angezeigt wird.. , flow is displayed.
Es ist aber auch möglich, die Torsion des Torsionsrohres 9 durch einen elektrischen oder pneumatischen Abgriff zu erfassen und den erfaßten Meßwert entweder am Einbauort des Durchflußmeßgerätes mittels eines elektrischen Meßinstrumentes zur Anzeige zu bringen oder über eine Fernübertragungsleitung zur Weiterverarbeitung an einen entfernten Ort zu übertragen.But it is also possible to detect the torsion of the torsion tube 9 by an electrical or pneumatic tap and the recorded measured value either at the installation site of the flowmeter to display by means of an electrical measuring instrument or via a remote transmission line for further processing transferred to a remote location.
Das erfindungsgemäße Durchflußmeßgerät arbeitet in folgender Weise:The flow meter according to the invention works in the following way:
Im Ruhezustand, d.h. bei einem Durchfluß Null, befindet sich der Meßkörper 2 in einer um etwa 10° gegenüber der StrömungsrichtungIn the idle state, i.e. with a flow of zero, the measuring body 2 is about 10 ° opposite the direction of flow
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geneigten Lage, in die er durch die Torsionsfeder 9 geschwenkt ist. Tritt ein Durchfluß auf, dann ergibt sich auch eine Auftriebskraft, die in Richtung des Pfeiles 13 wirkt und den Meßkörper 2 entgegen der Wirkung des Torsionsrohres 9 in Richtung des Pfeiles 14 soweit schwenkt, bis das von der Auftriebskraft verursachte Drehmoment sich im Gleichgewicht mit dem Rückstellmoment des Torsionsrohres 9 befindet. In der Anzeige- oder Abgriff einheit 12 ist dann der entsprechende Durchflußmeßwert ablesbar bzw. abgreifbar. Bei wei-tersteigendem Durchfluß wird der Meßkörper 2 entsprechend v/eiter verschwenkt und gibt dann durch seine Winkelstellung den veränderten Durchfluß an. In einer Winkelstellung von etwa 5° gegenüber der Strömungsrichtung 5 ist bei Verwendung eines Torsionsrohres mit linearer Charakteristik der mit vertretbarem Fehler maximal erfaßbare Meßwert erreicht.inclined position into which it is pivoted by the torsion spring 9. If there is a flow, then there is also a buoyancy force, which acts in the direction of arrow 13 and the measuring body 2 against the action of the torsion tube 9 in the direction of arrow 14 pivots until the torque caused by the lift force is in equilibrium with the restoring torque of the torsion tube 9 is located. The corresponding measured flow value can then be read in the display or tap unit 12 or can be tapped. With increasing flow, the Measuring body 2 is pivoted accordingly and then indicates the changed flow rate through its angular position. In an angular position of about 5 ° with respect to the direction of flow 5 is when using a torsion tube with linear characteristics the maximum measurable value reached with an acceptable error.
Steigt der Durchfluß noch stärker an, dann wird er aufgrund des in Figur 1 dargestellten Sachverhaltes nicht mehr genau erfaßt, jedoch verursacht eine über dem Meßbereich liegender Durchfluß keine Schaden am Durchflußmeßgerät, weil die Auftriebskräfte .If the flow increases even more, then it is no longer precisely recorded due to the facts shown in FIG. however, a flow above the measuring range does not cause damage to the flow meter because of the buoyancy forces.
mit kleiner werdendem Anstellwinkel gegen Null gehen, so daß eine große Überlastbarkeit des Durchflußaießgerätes gegeben ist.go towards zero as the angle of attack becomes smaller, so that the flow-through device can be overloaded.
Mit der Erfindung wird ein Durchflußmeßgerät mit einem mit einer Rückstellvorrichtung versehenen, plattenförmigen Meßkörper vorgeschlagen, das wegen der Ausbildung des Meßkörpers als Tragfläche Winkelstellungen des Meßkörpers erreichen läßt, die in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und damit auch vom Durchfluß gut definierbar sind.With the invention, a flow meter is proposed with a plate-shaped measuring body provided with a reset device, which can achieve angular positions of the measuring body due to the design of the measuring body as a support surface, which are dependent are well defined by the flow velocity and thus also by the flow.
3 Figuren3 figures
6 Patentansprüche6 claims
VPA 76 E 3715 BRD 709841/0419VPA 76 E 3715 BRD 709841/0419
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8230 | Patent withdrawn |