DE8422080U1

DE8422080U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE MASS FLOW RATE OF GASES AND / OR LIQUIDS

Info

Publication number: DE8422080U1
Application number: DE19848422080
Authority: DE
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1985-01-03

Description

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Einrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes von Gasen und/oder Flüssigkeiten.Device for determining the mass flow rate of gases and / or liquids.

Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes von Gasen und/oder Flüssigkeiten mittels der Laufzeitmeßmethode mit akustischen Wellen, die sich innerhalb des Mediums zwischen Schallsensoren ausbreiten.The innovation relates to a device for determining the mass flow rate of gases and / or liquids by means of the transit time measurement method with acoustic waves that propagate between sound sensors within the medium.

Zur Feststellung der Wärmeübertragung durch erzwungene Strömung von superfiuidem Hell wird ein Meßverfahren zur genauen Bestimmung des Massendurchsatzes mit Geschwindigkeiten von einigen Zentimetern bis Meter pro Sekunde in engen Kanälen benötigt. Aufgrund der besonderen Eigenheiten von Hell sind viele konventionelle Techniken wie Turbinen-Blenden-Durchflußmesser und Kalorimeter hierzu ungeeignet Allein akustische Durchflußmeßgeräte versprechen Erfolg und wurden auch schon verwendet (Adv. Eryog. Eng, , Vol. 29" (1983)), allerdings eignen sie sich nicht für geringe HeII-Durchflußraten in engen Kanälen.To determine the heat transfer through the forced flow of superfluid light, a measuring method is used precise determination of the mass throughput at speeds of a few centimeters to meters per second in narrow channels needed. Because of Hell's peculiarities, many are conventional techniques such as turbine orifice flow meters and calorimeters unsuitable for this. Acoustic flowmeters alone promise success and have also been used (Adv. Eryog. Eng, Vol. 29 "(1983)), but they are not suitable for low HeII flow rates in narrow channels.

Es bestand daher die Aufgabe eine Einrichtung der o.g. Art derart zu gestalten, daß sie für die Bestimmung kleiner Massendurchsätze von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von Hell geeignet ist.It was therefore the task to design a device of the type mentioned above in such a way that it is smaller for the determination Mass flow rates of gases and / or liquids, especially from Hell, is suitable.

Die Lösung ist in den neuerungsgemäßen Kennzeichen des Anspruchs 1 beschrieben.The solution is in the features of the Claim 1 described.

Die weiteren Ansprüche geben besonders vorteilhafte Au.sführungsformen der Neuerung wieder.The further claims give particularly advantageous embodiments the innovation again.

Der neuerungsgemäße Durchflußmesser ermöglicht demnach für flüssige und gasförmige Medien einschließlich flüssigen Heliums die Bestimmung auch kleiner Strömungsgeschwindigkeiten in engen Kanälen durch die Messung der Laufzeiten von Schaüsignalen. Die Schallwandler können bei so niedrigen Frequenzen betrieben werden, daß sich nur Schallwellen parallel zur Hauptströmungsrichtung ausbreiten. ZurThe flow meter according to the innovation therefore allows for liquid and gaseous media including liquid helium, the determination of even low flow velocities in narrow channels by measuring the transit times of show signals. The transducers can do so operated at low frequencies so that only sound waves propagate parallel to the main flow direction. To the

Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bei z.B. kleinen Massendurchsätzen ist es möglich, mit Hilfe von Einsatzstücken den Strömungskanal zu verengen. Die Schallwandler selbst arbeiten vorzugsweise nach dem Prinzip des Kondensatormikrofons mit feinmaschigem Metallnetz als Gegenelektrode, wobei sie bezüglich Größe, Anordnung der Strömungsöffnungen und gesamter Strömungsdurchtrittsfläche den meßtechnischen Gegebenheiten anpaßbar sind. Die Signalerzeugung und Verarbeitung kann mit allgemein verfügbaren elektronischen Geräten vorgenommen werden.Increase in detection sensitivity for e.g. small ones Mass flow rates, it is possible to narrow the flow channel with the help of inserts. The transducers themselves preferably work on the principle of the condenser microphone with a fine-meshed metal net as the counter electrode, with regard to the size, arrangement of the flow openings and total flow passage area, the metrological Conditions are adaptable. Signal generation and processing can be done with commonly available electronic devices.

Die Neuerung wird im folgenden mittels eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren 1 und 7 näher erläutert. The innovation is explained in more detail below by means of an exemplary embodiment with reference to FIGS. 1 and 7.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Einrichtung, bei der der vom Fluid durchströmte Kanal aus vier identisch ausbildbaren Einzelkanalteilen 1 besteht, die aneinandergeflanscht und in einer Halterung 4 befestigt sind. An den Flanschverbindungen sind drei gleichartige Schallwandler 2 eingespannt, wovon der mittlere 2¹ als Schallsender betrieben wird, der Schallwellen nach beiden Seiten, d.h. in und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 5 des Mediums aussendet. Die Schallempfänger 2" und 2"' sind zu beider. Seiten im gleichen Abstand zum Schallsender 2* angeordnet, was durch die Länge der Einzelkanalteile 1, zumindest zwischen Schallsender und -empfänger 2' - 2^m , festgelegt is*. Die Einzelkanalteile 1 erweitern sich auf beiden Stirnseiten jeweils konisch zu den Schallwandlern 2 (2¹ - 2^m ) hin, wodurch deren gesamte Oberfläche zur Wirkung kommt, der Scröinungskanal jedoch einen verengten Querschnitt beibehält.FIG. 1 shows a section through a device in which the channel through which the fluid flows consists of four identically designed individual channel parts 1 which are flanged to one another and fastened in a holder 4. Three similar sound transducers 2 are clamped on the flange connections, of which the middle 2 ¹ is operated as a sound transmitter, which emits sound waves to both sides, ie in and opposite to the flow direction 5 of the medium. The sound receivers 2 "and 2"'are to both. Sides arranged at the same distance from the sound transmitter 2 *, which is determined by the length of the individual channel parts 1, at least between the sound transmitter and receiver 2 '- 2 ^m *. The individual channel parts 1 widen conically on both front sides towards the sound transducers 2 (2 ¹ - 2 ^m ), whereby their entire surface comes into effect, but the channeling retains a narrowed cross section.

Die Schallwandler 2 selbst, wovon einer in Figur 2 dargestellt ist, best i^en aus einem Drahtnetz und weisen zumindestThe sound transducers 2 themselves, one of which is shown in FIG. 2, consist of a wire mesh and at least have

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eine Durchtrittsöffnung 6 für das Medium auf. Im vorliegenden Fall befindet sich diese Durchtrittsöffnung 6 in der Mitte des Schallwandlers 2. Sie kann aber in mehrere Einzelöffnungen aufgeteilt werden, die sich über die Oberfläche verteilen. Dies hängt von den technischen Gegebenheiten ab und ist eine Optimierungsfrage. Durch die Anordnung der Schallwandler 2 (2' - 2"') in der Laufstrecke ergibt sich nur eine sehr geringe geometrische Unsicherheit, wodurch die Notwendigkeit einer Kalibrierung entfällt.a passage opening 6 for the medium. In the present In this case, this passage opening 6 is in the middle of the sound transducer 2. It can, however, be divided into several individual openings which are distributed over the surface. This depends on the technical conditions and is a question of optimization. The arrangement of the transducers 2 (2 '- 2 "') in the running route results There is only a very low geometric uncertainty, which means that calibration is not required.

Die Laufzeiten der Schallwellen in und entgegen der Strömungsrichtung 5 errechnen sich aus Schallgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit. Mit der Schallgeschwindigkeit von c= 240 m/s in z.B. Hell und einer Distanz von O,1 m zwischen Schallsender 2' und -empfängern 2", 2"' ergibt sich als kleinste meßbare Strömungsgeschwindigkeit ν = O,O3 m/ε für eine LaufZeitdifferenz ^t von 0.2 ,us. Die Schallwandler 2 weisen eine Kapazität von beispielsweise 14O pF auf. Sie bestehen aus einer 2 ,um dicken Kondensatorfolie auf einem 3O ,um dicken Maschendrahtgitter. Die Schal!wandler 2 weisen vorzugsweise einen äußeren Durchmesser von IO ran und einen inneren Durchmesser von 4 mm auf, venn nur eine Durchtrittsöffnung 6 verwendet wird. Die Einrichtung arbeitet bei Temperaturen unter 400 K.The transit times of the sound waves in and against the direction of flow 5 are calculated from the speed of sound and the speed of flow. With the speed of sound of c = 240 m / s in, for example, Hell and a distance of 0.1 m between the sound transmitter 2 ' and receivers 2 ", 2"', the smallest measurable flow velocity is ν = 0.03 m / ε for a Run time difference ^ t from 0.2, us. The sound transducers 2 have a capacitance of 140 pF, for example. They consist of a 2 µm thick capacitor film on a 3O µm thick wire mesh screen. The sound transducers 2 preferably have an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 4 mm if only one passage opening 6 is used. The device works at temperatures below 400 K.

Claims

1. Device for determining the mass throughput of Gases and / or liquids by means of the transit time measurement method with acoustic waves that are within the Spread medium between sound sensors, marked by

a) a sound transmitter (2 ¹ ), which emits the sound signals in and against the direction of flow (5> of the medium, and

b) two sound receivers (2 ", 2"') which are arranged at the same distance from the sound transmitter (2 ¹ ) in and against the flow direction (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that both the sound transmitter (2 ¹ ) and the sound receiver (2 ", 2 '") are constructed on the principle of a condenser microphone with a passage opening ^ 6) for the medium.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that between the sound transmitter (2 ¹ ) and receivers (2 ", 2 '") flow channels (1) are arranged with a narrowed cross section.

4. Device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the entire passage area and the arrangement of the passage openings (6) can be optimized.