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Dokumentenidentifikation DE102004031640A1 13.04.2006
Titel Verfahren zum Betrieb einer Wirbeldurchflussmesseinrichtung und Wirbeldurchflussmesseinrichtung
Anmelder ABB Patent GmbH, 68526 Ladenburg, DE
Erfinder Herwig, Jörg, Dipl.-Ing., 37139 Adelebsen, DE;
Keese, Dieter, 37194 Wahlsburg, DE;
Plotzki, Harry, 37077 Göttingen, DE;
Buhl, Frank, Dipl.-Ing., 37085 Göttingen, DE;
Merte, Rolf, Dr., 69126 Heidelberg, DE;
Riegler, Peter, Dr., 37077 Göttingen, DE;
Rackebrandt, Karl-Heinz, 37139 Adelebsen, DE;
Thöne, Andreas, 37154 Northeim, DE
Vertreter Schmidt, K., Dipl.-Phys., Pat.-Ass., 47447 Moers
DE-Anmeldedatum 30.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004031640
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G01F 1/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Wirbeldurchflussmessung mit einem Messrohr sowie einem Strömungswiderstand innerhalb desselben, an dem durch die Ablösung von Turbulenzen ein mechanisches Element dieselbe aufnimmt und daraus den Durchfluss eines Messmediums bestimmmt, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die mechanische Schwingung des Paddels mittels einer Lichtstrecke frequenzmäßig erfasst und als Digitalsignal vorliegend verarbeitet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Wirbeldurchflussmesseinrichtung mit einem Messrohr sowie einem Strömungswiderstand innerhalb desselben, an dem durch die Ablösung von Turbulenzen ein mechanisches Element dieselbe aufnimmt und daraus den Durchfluss eines Messmediums bestimmt, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wirbeldurchflussmesseinrichtungen sind vielfach bekannt. Die an einem Strömungskörper erzeugten Wirbel lösen sich zeitlich regelmäßig von diesem ab und erzeugen nachfolgend das heißt in Strömungsrichtung hinter dem Strömungswiderstand eine mechanische Schwingung der Flüssigkeit beziehungsweise des fließenden Mediums. Diese Schwingungen werden sodann von Strömungselementen, meistens sogenannten Paddeln aufgenommen. Diese Paddel sind wiederum mit Sensoren verbunden, die die Schwingung derselben in irgendeiner Form aufnehmen.

So sind solche Paddel bekannt, die mit Piezoelementen versehen sind, die bei Auslenkung der Paddel eine entsprechend proportionale Piezospannung erzeugen die das betreffende Signal ist aus dem dann letztendlich der Durchfluss abgeleitet wird.

Weitere bekannte Wirbeldurchflussmesser arbeiten mit Ultraschall. Hierbei werden die Schwingungen und oder solche Paddel mit Ultraschall abgetastet.

Weitere Einrichtungen bei denen laserinterferometrische Messungen die Schwingungsverhalten und Auslenkungen solcher Paddel ermitteln sind ebenfalls bekannt.

Aus dem besagten Stand der Technik ergibt sich, das die Abnahme beziehungsweise die Erfassung der Schwingungen solcher Paddel entweder zu aufwendig oder zu unzuverlässig ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde die besagten Nachteile zu beseitigen und eine Wirbeldurchflussmesseinrichtung dieser Art dahingehend zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe ist im Hinblick auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Durchflussmessers erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem abhängigen Anspruch 2 angegeben.

Eine weitere Variante der verfahrensgemäßen Erfindung ist in Anspruch 3 angegeben.

Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 4 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den übrigen Patenansprüchen angegeben.

Kern der verfahrensgemäßen Erfindung in einer Variante ist, dass die Abtastung des Paddels, beziehungsweise der Paddelbewegung nahe der Paddelaufhängung durch eine lichtschrankenähnliche Aufnahme der Bewegung erfolgt, und das Lichtschrankensignal als Digitalsignal weiterverarbeitet wird. Da die wesentliche Größe bei der Bestimmung des Durchflusses durch ein Wirbelstromzähler die Frequenz der Schwingung ist, und weniger deren Amplitude ist die Auswertung des Lichtschrankensignales hierbei ausreichend. Das heißt, die Lichtschranke ist so ausgerichtet, dass das Paddel dieselbe entweder unterbricht oder nicht unterbricht. Damit entstehen nur zwei Signaltypen, nämlich Licht ein oder Licht aus wodurch sich naturgemäß ein digitales Signal ergibt. Das Fehlen einer ermittelbaren Amplitude, das heißt lediglich die Erfassung eines Amplitudengrenzwertes der dann das Signal auslöst, ist hier ein vernachlässigbarer Nachteil. Die Mittel mit denen also die Paddelbewegung erfasst wird sind relativ einfach und überwinden damit die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik, die da sind, das bei Piezos die Temperatur des Fluides kleiner als die Curie – Temperatur des Piezokristalls sein muss. Dies ist bei Hochtemperaturanwendungen aber nicht der Fall. Die Konstruktion und die Kapselung solcher Sensoren im Stand der Technik ist daher technisch schwierig. Die dazu gehörige Produktion hat hohe Ausschussraten und ist daher kostenintensiv. Da solche Piezokristalle vermieden werden, werden auch die genannten Nachteile überwunden. Bei Ultraschallabtastung der Paddel wie im Stand der Technik beschrieben, ist diese fluidabhängig und hat die allgemeinen Nachteile der Ultraschalldurchflussmesstechnik die relativ aufwendig ist. Auch dieser Nachteil ist durch die Erfindung überwunden. Ein weiterer Nachteil der durch die Erfindung überwunden ist, ist das keine laserinterferometrische Abtastung der Paddel notwendig ist, da diese ohnehin bei opaken Flüssigkeiten nicht funktioniert.

Der Vorteil beziehungsweise die Vorteile der vorliegenden verfahrensgemäßen sowie einrichtungsgemäßen Erfindung bestehen also in der Überwindung der beschriebenen Nachteile im Gesamten.

Eine weitere Variante der verfahrensgemäßen Erfindung liegt darin, das die Abtastung des Paddels induktiv erfolgt. Das heißt das Paddel mit einer entsprechenden Leitfähigkeit bewegt sich innerhalb eines Magnetfeldes und ändert durch die Bewegung den magnetischen Fluss der als Schwingung aufgenommen wird. Auch hierbei sind sämtliche Nachteile gegenüber den Einrichtungen aus dem Stand der Technik überwunden.

Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art besteht der Kern der Erfindung darin, das nahe der Paddelaufhängung der Messeinrichtung eine Lichtschranke vorgesehen ist, die die Auslenkung derselben in den Grenzen zwischen Lichtdurchgang und kein Lichtdurchgang erfasst und am Ausgang ein Digitalsignal diese Abtastung bereit stellt.

In einer weiteren Variante sind induktive Mittel gemäß des weiteren Einrichtungsanspruches vorgesehen, die die Bewegung des Paddels abtasten.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist angegeben, das die Aufhängung des Paddels an einer Lautsprechermembran erfolgt. Hierdurch wird in jedem Fall eine weitgehende Temperaturunabhängikeit und Temperaturstabilität erreicht, weil die vorliegende Schwingung von diesen Parametern unabhängig ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Die Zeichnung stellt im Schnitt ein Messrohr der Durchflussmesseinrichtung dar. Innerhalb der Anordnung beziehungsweise des Messrohres 1 ist ein Strömungselement 2 angeordnet, welches beim Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr 1 innerhalb der Strömung liegt. In Strömungsrichtung hinter dem dem Strömungselement 2 werden dann wie hier dargestellt die besagten Turbulenzen oder Wirbel erzeugt. Diese Wirbel erzeugen an dem in Strömungsrichtung nachfolgend angeordneten Paddel 4 Auslenkungen desselben, die proportional zur Anzahl der abgelösten Wirbel sind. Im Wandbereich des Messrohres 1 ist eine Lichtschranke 5 angeordnet, die so ausgerichtet ist, das sie von einem Element oder einer Partie des Paddels 4 in unausgelenktem Zustand unterbrochen wird. Das heißt die Lichtstrecke zwischen Lichtschrankensender und Lichtschrankenempfänger ist unterbrochen. Wird nun das Paddel 4 proportional zu den ankommenden Wirbeln entsprechend ausgelenkt so bewegt sich das Paddel in einer Schwingung immer hin und her beziehungsweise herein und heraus aus der Lichtschranke und gibt den Strahl mit entsprechender Frequenz frei beziehungsweise unterbricht ihn wieder. Dieses Frequenzsignal ist dann ein Abbild der Schwingung des Paddels 4 und ist damit proportional zu den abgelösten Wirbeln. Die abgelösten Wirbel wiederum sind proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und da man den Querschnitt des Rohres und gegebenenfalls die Dichte des Messmediums kennt kann daraus die Durchflussmenge pro Zeiteinheit, das heißt der Durchfluss bestimmt werden.

Mit Hilfe der hier dargestellten Lichtschranke wird somit ein digitales Signal generiert, welches nur die Zustände Ein und Aus beziehungsweise unterbrochen und nicht unterbrochen kennt generiert, und sofort digital weiterverarbeitet werden kann. Dabei ist es unerheblich ob im Ruhezustand des Paddels 4 die Lichtstrecke unterbrochen ist oder erst bei einer Schwingung unterbrochen wird, was in der Funktion der Lichtschranke und der Positionierung derselben nur in ein und derselben mechanischen Umkehr zu lesen wäre.

Die Weiterverarbeitung des so generierten Signales ist dann zweckmäßigerweise digital und außerdem wird durch die mechanisch optische Abtastung Temperatureinflüsse weitesgehenst ausgeschlossen.

Hierbei ist es nicht zwingend, das die Lichtschranke in dem Bereich der Wandung des Messrohres 1 platziert ist. Zur Überwindung des Nachteiles den optische beziehungsweise laserinterferometrische Abtastungen der Schwingung des Paddels im Stand der Technik haben kann hierbei die Lichtschranke nicht nur im Bereich der Wandung sondern sie kann nahe der Aufhängungsbefestigung 6 angeordnet sein, so dass sie auch bei opaken Messmedien noch immer arbeitet. Die Aufhängungsbefestigung 6 wiederum kann auf verschiedene Weise, jedoch hier nicht weiter dargestellt, mit dem Messrohrverbunden sein.


Anspruch[de]
  1. Verfahren für eine Wirbeldurchflussmesseinrichtung mit einem Messrohr sowie einem Strömungswiderstand innerhalb desselben, an dem durch die Ablösung von Turbulenzen ein mechanisches Element dieselbe aufnimmt und daraus den Durchfluss eines Messmediums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung des Paddels mittels einer Lichtstrecke frequenzmäßig erfasst und als Digitalsignal vorliegend verarbeitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das so erhaltene Signal als Frequenzsignal ausgewertet wird.
  3. Verfahren für eine Wirbeldurchflussmesseinrichtung mit einem Messrohr sowie einem Strömungswiderstand innerhalb desselben, an dem durch die Ablösung von Turbulenzen ein mechanisches Element dieselbe aufnimmt und daraus den Durchfluss eines Messmediums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schwingung des Paddels eine induktive Abtastung erfolgt.
  4. Wirbeldurchflussmesseinrichtung mit einem Messrohr sowie einem Strömungswiderstand innerhalb desselben, an dem durch die Ablösung von Turbulenzen ein mechanisches Element dieselbe aufnimmt und daraus den Durchfluss eines Messmediums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schwingung des Paddels Lichtschrankenelemente (5) vorgesehen sind, welche nahe der Aufhängungsbefestigung (6) des Paddels (4) angeordnet sind.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Lichtschranke (5) als Digitalsignal vorliegt und auch als solche weiterverarbeitbar ist.
  6. Einrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Aufhängungsbefestigung (6) des Paddels (4) induktive Abtastmittel angeordnet sind.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung des Paddels (4) an einer Lautsprechermembran erfolgt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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