CH637472A5 - Vorrichtung zur messung eines ein rohr pro zeiteinheit durchstroemenden fluessigkeitsvolumens. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines den Spannungen ist bei einem erfindungsgemässen Magnetfeld ein Rohr pro Zeiteinheit durchströmenden Flüssigkeitsvolu- besonders gering. Ausserdem ergibt sich ein günstiges Verhält-

mens mittels eines mindestens innenseitig elektrisch isolieren- 60 nis zwischen der aufgewendeten Feldstärke und der Höhe der den Rohrstücks, in dem diametral zwei an einen Spannungsmes- an den Elektroden erfassten Signalspannung.

ser angeschlossene Elektroden angeordnet sind, und einer An- Um eine ausgeprägte Sattelform um den Sattelpunkt herum

Ordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der zu erreichen, sind bevorzugt die dem Rohrinneren zugewandten

Elektroden, dessen Feldlinien überwiegend in Richtung der Flächen der Polschuhe oder die Spulen im Sinn des Umfangs des y-Achse verlaufen, welche mit der durch die Verbindungsgera- 65 Rohrs gekrümmt.

de der Elektroden definierten x-Achse und mit der durch die Besonders vom Strömungsprofil unabhängige Messergeb-

Rohrachse gegebenen z-Achse ein rechtwinkliges Koordinaten- nisse bei relativ geringer Baulänge erhält man dann, wenn die in system bildet. Längsrichtung des Rohrs gemessene Breite der dem Rohrinne-

637 472

ren zugewandten Flächen der Polschuhe oder Spulen zwischen dem 0,15-fachen und dem 0,8-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,5-fachen, des Rohrdurchmessers liegt. Der Umfassungswinkel der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe oder der Spulen quer zum Rohr soll dabei bevorzugt zwischen 90 und 150°, vorzugsweise zwischen 100 und 130°, liegen. Aus dem gleichen Grunde soll der mittlere Krümmungsdurchmesser der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschule oder der Spulen zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,6-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,3-fachen, des Rohrdurchmessers betragen.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweise auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Prinzipaufbau und dient der Erläuterung der verwendeten Begriffe.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäs-sen Vorrichtung schematisch.

Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der y-Komponente des Magnetfeldes längs einer durch den Punkt x=0, y=ys) zur z-Achse parallel verlaufenden Geraden bei einer Anordnung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 im Schnitt IV-IV in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Rohr 2, in dem diametral zwei an einen Spannungsmesser 4 angeschlossene Elektroden Ej, E2 angeordnet sind. Die für die folgende Beschreibung verwendete x-Achse ist die Verbindungsgerade zwischen den Elektroden, gerichtet von E2 nach Et. Als z-Achse ist die Rohrachse in einer willkürlich gewählten Richtung verwendet. Die y-Achse vervollständigt ein rechtwinkliges, rechthändiges x-y-z-Koordina-tensystem. Der Rohrdurchmesser ist mit D gekennzeichnet. In jedem Punkt P des Rohrinneren sind zwei Vektoren definiert: die Geschwindigkeit V = (vx, vy, vz) der durch den Punkt P strömenden Flüssigkeit und das im Punkt P herrschende Magnetfeld

B = (Bx, By, Bz). Wegen der Geometrie jedes Raumelementes in bezug auf die Elektroden liefert jedes Raumelement einen unterschiedlichen Beitrag an die Elektrodenspannung. Dieser Beitrag ergibt sich aus dem vektoriellen Produkt der Geschwindig-5 keits- und Magnetfeldvektoren im betreffenden Raumelement, zusätzlich korrigiert mit einem Formfaktor oder Wertigkeit. Die angestrebte Magnetfeldverteilung berücksichtigt diese Wertigkeit, um eine optimale Messung zu gewährleisten.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen beid-i» seitig der x-y-Ebene die zwei Polschuhe Na, Sa und Nb, Sb einander diametral gegenüber, und zwar mit ihren Verbindungsmittellinien 8,10 parallel zur y-Achse im Abstand za bzw. zb. Diese Abstände sind praktisch stets einander gleich. Sie können jedoch vorzugsweise verändert werden, um den Abstand der Mais xima der y-Komponente des Magnetfeldes von der Elektrodenebene z=0 einzustellen.

Durchwandert man einen Stromfaden parallel zur Rohrachse (z-Achse) durch den Punkt (x=0, y=ys, z=0) bei der Anordnung nach Fig. 2 und misst man dabei die y-Komponente des 20 Magnetfeldes, so ergibt sich der aus Fig. 3 entnehmbare Verlauf. Von der Elektrodenebene z=0 an steigt die y-Komponen-te des Magnetfeldes in beiden Richtungen (z=£0) bis zu einem Maximum an und fällt dann ab. Wandert man andererseits (was aus Fig. 3 nicht ersichtlich ist) vom Punkt (x=0, y=ys, z=0) 25 parallel zu der Elektrodenverbindungslinie (x-Achse) in Richtung Rohrwand, so fällt in beiden Richtungen die y-Komponente des Magnetfeldes ab. Im Punkt (x=0, y=ys, z=0) liegt also ein Sattelpunkt der y-Komponente des Magnetfeldes über der x-z-Ebene (y=ys).

30 Die Vorrichtung nach den Fig. 2 und 4 weist Polschuhe Na, Sa, Nb, Sb auf, die in Umfangsrichtung des Rohrs 2 gekrümmt sind, und zwar im dargestellten Beispiel konzentrisch zur Rohrachse, was eine vorteilhafte Ausführungsform, aber nur ein Spezialfall ist.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. 637 472 2

   PATENTANSPRÜCHE Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art verläuft die By-

   1. Vorrichtung zur Messung eines ein Rohr pro Zeiteinheit Komponente des Magnetfeldes in der x-y-Ebene (z=0), der durchströmenden Flüssigkeitsvolumens mittels eines minde- Elektrodenebene, im wesentlichen homogen oder inhomogen stens innenseitig elektrisch isolierenden Rohrstücks, in dem dia- und symmetrisch zu dieser Ebene in beiden z-Richtungen mehr metral zwei an einen Spannungsmesser angeschlossene Elektro- 5 oder weniger ausgedehnt erst konstant bleibend und dann mo-den angeordnet sind, und einer Anordnung zur Erzeugung eines noton abfallend oder sogleich monoton abfallend.

   Magnetfeldes im Bereich der Elektroden, dessen Feldlinien Einflüsse des Strömungszustandes auf das von dem Spanüberwiegend in Richtung der y-Achse verlaufen, welche mit der nungsmesser erfasste Spannungssignal, z.B. wenn die Strömung durch die Verbindungsgerade der Elektroden definierten rotationsunsymmetrisch um die Achse des Rohres ist, wenn sich x-Achse und mit der durch die Rohrachse gegebenen z-Achse 10 die Strömung schraubenförmig um die Achse des Rohrs windet ein rechtwinkliges Koordinatensystem bildet, dadurch gekenn- oder wenn sich die rotationssymmetrische Verteilung der Strö-zeichnet, dass die Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfei- mung zeitlich ändert, sind dabei unvermeidbar.

   des B so ausgebildet ist, dass die Y-Komponente By des Ma- Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung anzuge-

   gnetfeldes 1fin einer zur y = o x-z-Ebene parallelen y=ys Ebe- ben>die insbesondere diese drei Fehler vermeidet oder so gering ne von einem Sattelpunkt aus mit Koordinaten IXsl< 0,1 • D, isals möglich hält, also eine Vorrichtung eingangs genannter Art lYsl< 0,45 • D und IZsl< 0,1 • D, wobei D der Rohrdurchmesser anzugeben, die noch weniger als bekannte Vorrichtungen in ist, in beiden Richtungen parallel zur x-Achse bis zur Rohrin- dem von ihr erfassten Spannungssignal abhängig vom Strö-

   nenseite abfällt und in beiden Richtungen parallel zur z-Achse mungszustand der Flüssigkeit ist.

   ansteigt und nach Überschreiten jeweils eines Maximums abällt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung durch die
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20 Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

   dass der Abstand (za, zb) der Maxima von der Elektrodenebene, Die erfindungsgemässe Ausbildung des Magnetfeldes zeich-

   x—y-Ebene mit z=0, einstellbar ist. net sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass die
3. 3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, Stärke der y-Komponente des Magnetfelds in der Nähe der dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (za, zb) der Maxima Elektroden besonders niedrig ist und von dort aus beidseitig zur von der Elektrodenebene zwischen dem 0,1 -fachen und dem 25 Mi«e des Rohrs zu dem genannten Sattelpunkt ansteigt und von 0,6-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,2-fachen und dem diesem Sattelpunkt aus wiederum in den beiden z-Richtungen 0,4-fachen, des Rohrdurchmessers D liegt. jeweils zu einem Maximum ansteigt und dann wieder abfällt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, Legt man in erster Linie nur auf ein von der Reynoldszahl - also dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Elektrodenebene au^ e'n vom Unterschied zwischen laminarer und turbulenter ausserhalb des lichten Rohrquerschnitts je zwei Polschuhe (Na, 30 Strömung—und auf ein von einer Schraubenform der Strömung Sa, Nb, Sb) oder Spulen einander gegenüberliegend angeordnet unabhängiges Spannungssignal Wert, so kann der Abfall der sind, deren Verbindungsmittellinien (8,10) wenigstens annä- y-Komponente des Magnetfeldes in den beiden Richtungen hernd parallel zur y-Achse verlaufen. parallel zur x-Achse geringfügig sein.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, Wenn auch der genannte Sattelpunkt nur in einer Ebene dass die dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe 35 vorgeschrieben ist, so versteht es sich doch nach den Gesetzen (Na, Sa, Nb, Sb) oder die Spulen im Sinne des Umfanges des der Magnetostatik von selbst, dass entsprechende Sattelpunkte, Rohres (2) gekrümmt sind. wenn auch quantitativ anders ausgebildet, in den zu dieser Ebe-
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- ne parallelen Ebenen anzufinden sind.

   zeichnet, dass die in Längsrichtung des Rohres (2) gemessene Zur Anpassung der Vorrichtung an einen weiten Bereich

   Breite der dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschu- 40 von Reynoldszahlen der Flüssigkeit und an rotationsunsymme-

   he (Na, Sa, Nb, Sb) oder Spulen zwischen dem 0,15-fachen und tnsch verteilte Strömungen im Sinne der genannten Aufgabe ist dem 0,8-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,2-fachen und die Vorrichtung bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass der dem 0,5-fachen, des Rohrdurchmessers D liegt. Abstand der Maxima von der Elektrodenebene einstellbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch Der Abstand der Maxima von der Elektrodenebene soll gekennzeichnet, dass der Umfassungswinkel der dem Rohrinne- 45 zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,6-fachen, vorzugsweise ren zugewandten Flächen der Polschuhe (Na, Sa, Nb, Sb) oder zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,4-fachen, des Rohrdurch-der Spulen quer zum Rohr (2) zwischen 90 und 150°, Vorzugs- messers liegen.

   weise zwischen 100° und 130°, liegt. Zur Verwirklichung des Magnetfeldes sind bevorzugt beid-
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch seitig der Elektrodenebene ausserhalb des lichten Rohrquer-gekennzeichnet, dass der mittlere Krümmungsdurchmesser der 50 Schnitts je zwei Polschuhe oder Spulen einander gegenüberlie-dem Rohrinneren zugewandten Flächen der Polschuhe (Na, Sa, 8end angeordnet, deren Verbindungsmittellinien wenigstens an-Nb, Sb) oder der Spulen zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,6- nähernd parallel zur y-Achse verlaufen.

   fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,3- Der Einfluss der sich aus den Bx-, By- und Bz-Komponenten fachen, des Rohrdurchmessers D liegt. des Magnetfeldes unter Berücksichtigung der Gewichtung oder

   55 Wertigkeit, die sich für jedes Raumelement aus seiner räumli-

   chen Anordnung in bezug auf die Elektroden ergibt, mit den vx-

   und vy-Geschwindigkeitskomponenten der Strömung ergeben-