EP1108199A2 - Vorrichtung zum messen der strömungsgeschwindigkeit und/oder -rate und dehnkörper zum messen des druckes eines fluiden mediums - Google Patents

Vorrichtung zum messen der strömungsgeschwindigkeit und/oder -rate und dehnkörper zum messen des druckes eines fluiden mediums

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EP1108199A2
EP1108199A2 EP99957680A EP99957680A EP1108199A2 EP 1108199 A2 EP1108199 A2 EP 1108199A2 EP 99957680 A EP99957680 A EP 99957680A EP 99957680 A EP99957680 A EP 99957680A EP 1108199 A2 EP1108199 A2 EP 1108199A2
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EP
European Patent Office
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expansion body
expansion
measuring
medium
tubular
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99957680A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Adalbert Kopera
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP1108199A2 publication Critical patent/EP1108199A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01F1/34—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 measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—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 measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/38—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 measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule
    • G01F1/383—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 measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule with electrical or electro-mechanical indication
    • 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
    • G01F1/206—Measuring pressure, force or momentum of a fluid flow which is forced to change its direction
    • 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
    • G01F1/34—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 measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—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 measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/42—Orifices or nozzles

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the flow speed and / or rate of a fluid medium, with at least one mechanical expansion body, the expansion of which is subject to the pressure drop of the medium via a flow restriction, and at least one strain gauge element arranged on the expansion body.
  • the invention further relates to an expansion body for measuring the pressure of a fluid medium, with at least one strain gauge arranged thereon, in particular for an aforementioned device.
  • a mass flow meter of the type mentioned in the introduction is known from CK-PS 604 132.
  • the pressure before and after the flow constriction is conducted via channels to membrane-shaped expansion bodies. This structure is complex and the sensitivity is limited.
  • the first objective of the invention is to provide a particularly simple device for measuring the flow velocity and / or rate of a fluid medium, which device also has a high sensitivity in the lowest flow range.
  • the invention aims to provide a particularly suitable expansion body for such a device.
  • the first goal is achieved with a device of the type mentioned, which is characterized according to the invention in that the expansion body is tubular and is flowed through axially by the medium.
  • a tubular expansion body according to the invention With the use of a tubular expansion body according to the invention, a particularly streamlined design with the simplest construction can be achieved.
  • the axial flow enables a particularly large contact area with the medium, so that the sensitivity is maximized.
  • the expansion body is preferably surrounded by an annular sealing body to form an annular space, the annular space being filled with a moisture-insulating medium, preferably silicone oil. This effectively prevents electrical detuning of the strain gauge elements by the influence of moisture.
  • an expansion body is arranged on both sides of the flow constriction e, each expansion body being surrounded by an annular sealing body, forming an annular space each, the annular spaces being connected to one another via a pipeline , and wherein the annular spaces and the pipeline with a pressure transmission medium, z.3. 01, are filled.
  • the expansion body has at least one slow-moving slot which is spanned by an expandable bellows. This can significantly increase the sensitivity in the lower current range.
  • the expansion body can have at least one slow-running slot that is spanned by a highly elastic material, preferably two-component silicone rubber.
  • a particular problem is the sealing of the bellows in the axial direction against the fluid flowing through.
  • the invention proposes a preferred shape of the bellows, which is characterized in that the 3alg is composed of a first V-shaped plate part and at least a second V-shaped plate part, the end edges of the V-legs of the first slat part are connected to the edges of the slot and the V-apex of the first slat part points into the interior of the expansion body, each of which has a side edge of the V-leg of the second slat part connected to the one side edge of the V-leg of the first slat part and the V-apex of the second lamella part m has the inside of the first lamella part, and the respective other side edges of the V-limbs of the second lamella part are connected to one another. Seen in the flow direction of the tubular expansion body, the parts of the bellows pointing into the interior of the tubular expansion body therefore do not form their own permeable channels, so that the entire expansion body can be sealed particularly easily by an envelope.
  • the bellows is preferably composed of a first and two second lamella parts, the second lamella parts with their V-leg side edges connected to one another lie facing each other, which results in a symmetrical, also symmetrically expanding structure.
  • t he blade portions of laser-welded single slats are made of spring steel.
  • a plurality DehnungsmeßstMailele- are disposed on the outer surface of the Dehnkorpers which see to at least one Wheatstone measuring bridge are connected, which increases the measurement accuracy.
  • several Wheatstone measuring bridges are preferably provided, which measure the expansion of the expansion body in the tangential and / or axial direction.
  • Wheatstone measuring bridges in thin-film technology are preferably interconnected on a carrier film which is applied to the expansion body.
  • the wall thickness of the expansion body can preferably be made uneven, in particular the wall thickness of the expansion body can increase linearly in the flow direction. It is particularly advantageous if the wall thickness of the expansion body increases in a non-linear manner in the throughflow direction in such a way that the output signal of the strain gauge element or the measuring bridge assumes a linear course with the flow velocity. Since the average power dissipation -the DehnungsmeßstMailieri is limited, the output of the Dehnungsmeßs can mature t elements are mized maximum by increase of the applied voltage, when applied according to a further feature of the invention with needle pulses.
  • the buffer capacitors can preferably be connected in series, the total series voltage being tapped as a measure of the expansion of the expansion body, so that a particularly large output signal range results.
  • the second aim of the invention is achieved with an expansion body for measuring the pressure of a fluid medium, with at least one strain gauge arranged thereon, which is characterized according to the invention in that the expansion body is tubular and has an axial flow through the medium and at least one longitudinal slot has, which is spanned by an expandable bellows.
  • the slot can be spanned by a highly elastic material, preferably 2-component silicone rubber.
  • a preferred embodiment of this expansion body consists in that the bellows is composed of a first V-shaped lamellar part and at least a second V-shaped lamellar part, the end edges of the V-legs of the first lamellar part being connected to the edges of the slot and the V-apex of the first lamellar part points into the interior of the expansion body, each of which has a side edge of the V-leg of the second lamellar part with the respective because one side edge of the V-leg of the first lamellar part is connected and the V-apex of the second lamellar part faces inside the first lamellar part, and the other side edges of the V-leg of the second lamellar part are connected to each other.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 2 is an expansion body according to the invention in a schematic perspective view
  • Fig. 3 is an end view of the expansion body of Fig. 2
  • Fi ⁇ . 3 shows a second embodiment of the invention in longitudinal section
  • FIG. 5 shows a block diagram of the wiring of the strain gauge elements of the expansion body from FIG. 3.
  • the device for measuring the flow velocity and / or rate of a fluid medium has a sealing body 1, which is closed at its end faces by end plates 2, 4.
  • the end plates 2, 4 are penetrated by central openings and provided on the outside with connecting flanges 3, 5 in order to switch the entire device into a pipe (not shown) which transports the fluid to be measured.
  • each end plate 2, 4 is equipped with an inner flange 6, 7.
  • In the interior of the sealing body 1 is approximately a partition
  • the nozzle-shaped passage 9 of the middle plate 8 is dimensioned such that it forms a flow restriction for the flow path from the connecting flange 3 and expansion body 12 to the expansion body 13 and connecting flange 5.
  • the flowing fluid thus experiences a pressure drop across the flow constriction, which leads to a different expansion of the expansion bodies 12, 13.
  • annular space 22, 23 is formed between the outside of each expansion body 12, 13 and the inside of the sealing body 1, into which the expansion body 12 expands or in which the expansion body 13 contracts.
  • the annular spaces 22, 23 are provided with a pressure transmission medium, e.g. temperature-resistant hydraulic oil, filled and communicate with each other via a bore 24 in the central plate 8.
  • a pressure transmission medium e.g. temperature-resistant hydraulic oil
  • the differential expansion compensates for the temperature expansion of the hydraulic oil and the static pressure.
  • the hydraulic oil is filled through a closable bore 25 in the sealing body 1 during assembly.
  • Each expansion body (here only the expansion body represented by 12) consists essentially of a thin-walled tube 26 which has a longitudinal slot 27 which is spanned by an expandable 3 alg 28.
  • the bellows 28 could be a simple bellows, the fold lines of which run in the axial direction. As illustrated, the bellows 28 is preferably composed of a first V-shaped lamella part 29 and two second V-shaped lamella parts 30, 31 in the following manner:
  • all end edges of the V-legs of the V-shapes are folded with 32 or 33 folds.
  • the end edges 34 of the V-legs of the first lamellar part 29 are initially connected to the edges of the slot 27, the -V-Schcitel.35 of the first lamellar part 2.9 pointing into the interior of the expansion body 12.
  • one side edge 36 of the V-leg of a second lamellar component 33 is connected to the one side edge 37 (congruent in the drawing) of the V-leg of the first lamellar component 29.
  • the V-apex 38 of the second lamellar parts 33 is in the interior of the first lamellar part 29.
  • These other side edges 39 of the V-limb, in particular, two lamellar parts 33 are connected to one another.
  • the sealing sleeves 14-17 can be pulled over the folds 33 of the second plate parts 30 and connected to them in a sealing manner. Alternatively, the sealing sleeves 14-17 overlap the second plate parts 30 only to the part (as shown in FIG. 1), and the second plate parts 30 are on theirs. Top of sealing foils 39 'sealingly spanned.
  • the sealing sleeves 14-17 can also be pushed under the fold 32 and preferably sealed by gluing. Accordingly the folds are exposed at the respective end and must be spanned by sealing foils 39 'on their upper side.
  • the second Lamellent ⁇ il ⁇ 30 to bond at its top with Elastic h em material, preferably 2- Komponent ⁇ n silicone rubber, and pour the "ends to the collars 14-17 31st
  • the expansion bodies 12, 13 and the first and second suspension parts 29, 30 are made of heat-resistant material, in particular spring steel sheet.
  • Each lamella part 29, 30 can simply be composed of ⁇ in ⁇ ell lamellae made of stainless steel, which are correspondingly laser welded to one another.
  • One procedure suitable for the production of the complete device is to create a sheet blank which contains the material for the tube 26 as well as the material for the individual laminate parts: by rolling up the sheet to the tube 26 and then folding the laminate parts the complete unit can be created using only two laser welds.
  • An alternative (not shown) embodiment of the expansion body 12, 13 consists in that the longitudinal slot 27 is not spanned by a bellows 28, but by a highly elastic material, preferably 2-component silicone rubber.
  • a bellows e.g. consisting only of a single V-shaped lamella cable 29, the V-notch of which is filled with the highly elastic material.
  • each strain body 12, 13 are one or more strain gauges or complete Wheatstone 'see measuring bridges 40-42 from strain gauges applied (Fig. 3).
  • the measuring bridges 40, 42 can be technically interconnected in thin-film technology on a carrier film, which is glued directly onto the expansion body.
  • the wall thickness ⁇ er Dehnkorper 12, 13 can be made unequal to compensate or change the transducer curve of the strain gauges or measuring bridges. In particular, it can increase linearly in the flow direction, etc. such that the output signal of the strain gauge elements or measuring bridges assumes a linear course with respect to the flow rate.
  • the hydraulic oil in the space 22, 23 isolates the strain gauge elements 40-42 from moisture emissions. Silicone oil is preferably used.
  • Fig. 4 shows a simplified embodiment orm of the device according to the invention, etc. with only one expansion body, i.e. without compensation path via the flow restriction.
  • the device of FIG. 4 corresponds essentially to the left half of the device of FIG. 1, so that reference is made to the corresponding description of FIG. 1 for the sake of simplicity.
  • the bore 25 'in the passage 9 contains ⁇ in ⁇ n particulate filter.
  • each measuring bridge 40-42 is controlled by a microprocessor 46 via semiconductor switches 43-45 and supplied with needle pulses by a power supply 47 in order to keep the loss of power low on average over time.
  • the measuring bridges 40-42 are polled in particular cyclically at intervals.
  • the output signals of the measuring bridges 40-42 are applied via semiconductor switches 48-50 to buffer capacitors 51-53, which in turn are connected in series.
  • the exit of the serial Circuit is available at an input 54 of the microprocessor 46 for further processing.
  • the flow rate and flow rate of the fluid passing through the device can be determined therefrom in a manner well known to the person skilled in the art.
  • the invention relates to a device for measuring the flow rate and / or rate of a fluid medium with only a mechanical tubular expansion body, the mechanical expansion of which is subject to the drop in differential pressure and at least one strain gauge element arranged on the tubular expansion body in a metallic design or in thin-film technology but also in a design as Semiconductor expansion element including the piezoelectric version.
  • the invention further relates to an expansion body for measuring the pressure of the medium, with at least one strain sensor applied thereon, in particular for a aforementioned device.
  • a mass flow meter of the configuration mentioned in the introduction is known from CH-PS 604 132.
  • the pressure before and after the flow constriction is led via channels to membrane-shaped expansion bodies.
  • This structure is mechanically complex and the sensitivity to measurement is limited.
  • the invention has as its first aim to create a particularly simple, operationally reliable device for measuring the flow rate and / or rate of a fluid medium, which device also has a high sensitivity in the lowest flow range.
  • the invention aims to provide a particularly suitable expansion body for such a device.
  • the first goal is achieved with a device of the type mentioned at the outset, which is characterized according to the invention in that
  • the third aspect is intended for special use in volume measuring devices of water measuring devices, for example in heat meter devices.
  • ultrasonic transit time measuring devices and sensors based on the magneto-inductive principle are primarily used for this application.
  • the particularly short transit times of the ultrasonic pulse and the deposits on the reflector surfaces that occur over time during operation That lead to a significant weakening of the reflected sound impulses - a problem.
  • Air bubbles and air pockets also have a very disruptive effect here. Problems with EMC can also arise in processing electronics
  • the sensors used are extraordinarily mechanically sensitive. In the event of operational interventions in the pipeline system, the individual devices often have to be vented, which entails some costs.
  • the problem is the cleaning of deposits that is necessary after a short period of operation.
  • Deformation represents a function of the flow rate.
  • Holder with its recesses in the radial direction and at the same time serves as a holder for the probe body.
  • a particularly noteworthy advantage of this device is the fact that after installation of the device, the system is immediately ready for operation. In addition, impurities are rinsed out immediately. This also affects air and steam bubbles. It is therefore not necessary to vent the device.
  • the expansion body has at least one longitudinal slot which is spanned by expandable bellows. As a result, the measuring sensitivity in the lower flow range can be increased significantly.
  • the invention proposes a preferred shape of the bellows, which is characterized in that the bellows is composed of a first V-shaped lamellar part and at least a second V-shaped lamellar part, which is the end knowledge of the V-leg of the first Lammel ⁇ nt ⁇ ils are connected to the edges of the Schlitz ⁇ s and has the V-rcheir.
  • ⁇ l ⁇ es first Lammelenerss in the interior of the Dehnkorpers that jew ⁇ ils t ⁇ nkanten a Se of the V-legs of the first Lammelenteils are connected and the vertex of the second V- La mel ⁇ nteils has in the interior of the first Lammelenmaschines, and the respective other sokant ⁇ n the V-leg seen the saut ⁇ n Lamm ⁇ lenteil ⁇ s unt ⁇ r ⁇ inander verbund ⁇ n smd. ⁇ n of flow through the tubular
  • the bellows is preferably composed of a first and two further lamella parts, the second lamella parts with their interconnected V-leg sides facing each other, which is a symmetrical structure also extends symmetrically •
  • the lamella parts are preferably made of laser-welded individual parts made of high-quality spring steel.
  • a suitable material cut preferably 1.4301
  • machine production tubular expansion element
  • connections by laser welding at only two points.
  • the necessary uniformity of the product is advantageous here.
  • a plurality of strain gauge elements are arranged on the outer surface of the expansion body, which are connected to at least one Wheatstone measuring bridge, which largely increases the accuracy of the measurement.
  • several Wheatstone bridges are preferably provided, which measure the material stretch in the tangential and / or axial direction by measurement.
  • the Wheatstone measuring bridges are preferably manufactured using thin-film technology connected to a carrier film which is applied to the expansion body.
  • semiconductor sensor sensors including a piezoelectric version, can significantly increase the measuring signal level.
  • the wall thickness of the expansion body can preferably be used increase linearly in the direction of flow. It is particularly advantageous if the wall thickness of the expansion body increases in a non-linear manner in the through-flow direction in such a way that the output signal of the strain gauge element or the measuring bridge assumes a linear course with respect to the flow rate.
  • the path could be covered with a setting based on the geometrical design of the tubular expansion body and an absolutely high sensitivity setting via the inventive possibility of adjustment by reducing the amount of fluid discharged Welding expansion plates from the annular space on the inside or outside of the expansion body to the apices.
  • These have a wall thickness which does not run constantly, with the smallest expansion, that is to say with very low medium throughputs, having a very subordinate effect. If there is a stronger mechanical expansion instead of additional small welded-on expansion elements that are also made of spring steel, the actual mechanical expansion of the tubular expansion body is reduced and the system becomes less sensitive in the case of sudden pressure surges which often occur in guide systems.
  • the measuring bridge signal increases linearly with the size of the bridge supply voltage and in order to make full use of the measuring sensitivity, it is particularly advantageous to pulse the bridge supply voltage with short needle pulses with a high voltage level. This not only brings an exorbitantly high measurement signal. but an extremely small energy consumption, which makes it possible Battery operation of the device can only be ensured.
  • the measuring bridge diagonal signals are stored via analog memory on charging capacitors and then processed further. If several strain gauge bridges are used, a cascade can thus be built up via buffer capacitors. An extremely sensitive measuring system is thus achieved.
  • the second object of the invention is achieved with an expansion body for measuring the pressure of a fluid medium, with at least one strain gauge arranged thereon, which is characterized in accordance with the invention in that the expansion body is tubular and has an axial flow through the medium and at least one longitudinal one Welded slot, which is spanned by a stretchable bellows, which can also be made of highly elastic, long-term resistant silicone rubber, which is located between the pipe slot leg ends.
  • this expansion body consists in the fact that this bellows is composed of a first V-shaped lamella part, the end edges of the V-legs of the first lamella part being connected to the edges of the slot and the V-leg of the first lamb element points into the interior of the expansion body, each of which has one side edge of the V-leg of the second lamellar part with the one side edge of the V-leg of the second lamellar part m and the other side edge of the V-leg of the second lamellar part are connected to each other.
  • Fig.l shows an embodiment of the device according to the invention in longitudinal section
  • Fig.2 shows the one flow part
  • the rotationally shaped inflow nozzle (“PROBE")
  • PROBE rotationally shaped inflow nozzle
  • Fig.3 a necessary holding device of the probe body on the outflow side for holding the probe via rubber sleeve.
  • FIG. 4 illustrates a stretching body according to the invention in a schematic perspective view.
  • FIG. 5 shows an end view of the expansion body from FIG.
  • FIG. 6 shows the measure according to the invention for raising the smallest and weakening large measured values in a likewise schematic view (perspective view) with the expansion plates.
  • the device for measuring flow velocities and / or rates of a fluid medium has a sealing body 1, which has end plates with end plates on its front sides 2.4 is completed.
  • the end plates 2,4 areteurs ⁇ tzt of central openings and provided at horr ⁇ r outside with blank flanges 3.5, • the entire device in a (not shown) pipe incorporate which the transported fluid to be measured .On its inner side, each end plate 2, 4 equipped with an inner flange 6.7.
  • the sealing body 1 contains the cable connection screw connection 8.
  • the rotationally shaped nozzle body (“PROBE”) (see FIG. 2) with its radial recesses 10 is connected to the sealing body 1 with the associated fastening screws 11.
  • the sealing sleeve 12 is secured in the rotationally shaped nozzle body 9.
  • the holding device 14 With the holding device 14 (see FIG. 3), the tight connection to the expansion body 13 is established via the rubber sleeve 15.
  • This holding device 14 also has radial recesses 16 and is connected to the sealing body 1 by means of the connecting screws 17. Accordingly, an annular space 18 is present.
  • the annular space 18 is on the far right, via an adjusting disk 19, which is covered in the axial direction via the fixing screws 20 depending on the desired flow division.
  • the major part of the fluid flow of the medium passes through a circular opening of the rotationally shaped nozzle body 9 via the circular opening 21 into the interior of the expansion body 13, which is strongly increased in terms of its dynamic energy and generates 13 vacuum region inside the expansion body 13.
  • the fluid then enters the flow path again via the circular opening 22 of the adjusting disk.
  • Part of the fluid flow arrives in the annular space 18 and is braked due to the larger passage area in the annular space 18 and via the adjusting disk 19.
  • This speed reduction of the medium fluid in the annular space 18 can be adjusted in the axial direction due to the adjustable distance (via the adjusting screws 20).
  • This also changes the flow distribution in the probe body 13 and in the annular space 18.
  • the static flow component of the device comes into play in the annular space 18. That is why in the annular space .18 there is always an overpressure zone in fluid flow and the expansion body element 13 experiences ⁇ m ⁇ negative expansion (compression).
  • the expansion body 13 essentially consists of a thin-walled tube 25 made of highly elastic high-quality spring steel, which has a longitudinal slot 26 , which is covered by an expandable bellows 27.
  • the bellows 27 could be a simple one Be bellows, the fold lines of which run in the axial direction.
  • the bellows 27 sets, as illustrated in einpm first V-shaped Lammelenteil 28 and two second V-shaped Lam ⁇ lenmaschine 29,30 together in the following manner: All Endka ⁇ t s of the V-legs are provided with folds 31,32.
  • the Endkan t s 33 of the V-legs of the first Lammelenteils 28 are first of all connected to the edges of the slot 26, wherein the V-Sceitel 34 has in the interior of the strain inducing element 13 of the first Lammeleners 28th
  • the one side edge 33 of the V-leg of a second lamella part 32 is connected to the respective one side edge 36 (cogruent in the drawing) of the V-leg of the first lamb duck 23.
  • the V-legs 37 of the second lamella parts 32 point into the interior of the first lamella part 28.
  • the respective other side edges 38 of the V-legs of a second lamella part 32 are connected.
  • the sealing sleeves 12, 15 are glued in on the edge of the expansion body and connected in a sealing manner.
  • the V-shaped gap remaining between the lamella parts 32 is filled with high-quality 2-component silicone rubber on its top.
  • the small gap remaining between the lamella parts 31, 32 is also sealed at the lamella ends with silicone rubber and the silicone material for covering the V-shaped gaps in the lamella parts 32 is in each case preferred and perfectly glued to the top with the sealing sleeves 12, 15.
  • the expansion body is made of high quality spring steel .vorzugtica material 1.4301 and it is possible to press an appropriate material blank of spring steel the complete form in a single operation and at the same time to roll the rohrformige expansion element "therefore needed only two joints laser welding or soldering.
  • On the outer surface of the expansion body 13 are one or more strain gauge elements or complete Wheatstone 'see measuring bridges with the strain sensors 39-42, but can also be realized in thin film technology. Is also an execution with semiconductor strain sensors or piezoelectric elements possible.
  • the wall thickness of the expansion body 13 can be designed to be unequal in order to compensate for or change the transducer curve of the expansion sensors or measuring bridges. In particular, it can increase linearly in the flow direction of the fluid, etc. so that the output signal of the strain gauge elements or measuring bridges assumes a linear course with respect to the flow rate.
  • the physical disadvantage that small measuring signals occur in a device that works according to Bernoulli's law and small measuring signals occur in the lower fluid flow area according to the quadratic relationship can largely be compensated for by a device according to FIG. 6.
  • two curved expansion plates 43, 44 are preferably welded onto the apex by means of a laser, and the strain gage element 41, 42 is preferably applied in between.
  • negative expansions occur when the medium flows in the Sigma 1 stress field.
  • These expansions are designed with a running thickness, with a very low material thickness starting from the laser weld seams.
  • the greatest material strength of the elements 43, 44 is located exactly in the middle. The consequence of this measure is a given strain strain in the Sigma 1 tension field. This is recognized in the Wheatstone measuring bridge by sensors 41, 42.
  • This device is rather ineffective with small expansion values in the apex of the tubular expansion body 13.
  • the expansion of the expansion plate 43, 44 shifts in the direction of greater material strength, and thus a decrease in the negative expansion characteristic is largely unseen, and the system expansion is largely insensitive.
  • this procedure has the great advantage that the sensitive measuring system is largely mechanically protected in the event of pressure surges in the line network. This is a great advantage for this device compared to the highly sensitive sensors of the ultrasonic transit time volume measuring devices.
  • each measuring bridge 45-47 is controlled via a suitable semiconductor switch 46-50 by a microprocessor 52 and supplied with needle pulses by a highly stable power supply unit 52 in order to keep the power dissipation extremely low over time suppresses this inventive measure due to self-heating of the strain gauge sensors, which are connected to a Wheatstone measuring bridge connected by self-heating due to temperature errors, on the other hand it is only possible to design the device for battery operation.
  • the third aspect lies in the associated possibility to work at a higher bridge feed level. Since the output signal increases linearly with the bridge supply voltage, the highest output signals can thus be achieved.
  • the measuring bridges 45-47 are polled in particular cyclically at intervals.
  • the output signals of the measuring bridges 45-47 are stored on suitable semiconductor switches 48-50 on buffer capacitors 51-53, which in turn are connected in series.
  • the output signal of the series circuit is available at the input 54 of the microprocessor 51 for further processing.
  • the flow velocity and flow rate of the fluid passing through the device can be determined therefrom in a manner well known to the person skilled in the art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder -rate eines fluiden Mediums, mit zumindest einem mechanischen Dehnkörper (12, 13), dessen Dehnung dem Druckabfall des Mediums über eine Strömungseinschnürung (9) unterworfen ist, und zumindest einem auf dem Dehnkörper (12, 13) angeordneten Dehnungsmeßstreifenelement (40-42), wobei der Dehnkörper (12, 13) rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Dehnkörper hierfür, mit zumindest einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen, wobei der Dehnkörper (12, 13) rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist und zumindest einen längsverlaufenden Schlitz (27) aufweist, der von einem dehnbaren Balg (28) überspannt ist.

Description

"VORRICHTUNG ZUM MESSEN DER STRÖMUNGSGESCHWINDIGKEIT UND/ODER -RATE UND DEHNKÖRPER ZUM MESSEN DES DRUCKES EINES FLUIDEN MEDIUMS"
Die Erfindung betrifft eme Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder -rate eines fluiden Mediums, mit zumindest einem mechanischen Dehnkörper, dessen Dehnung dem Druckabfall des Mediums über eine Strömungseinschnürung unterworfen ist, und zumindest einem auf dem Dehnkörper angeordneten Dehnungsmeßstreifenelement. Die Erfindung betrifft ferner einen Dehnkörper zum Messen des Druckes eines fluiden Mediums, mit zumindest einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen, insbesondere für eine vorgenannte Vorrichtung.
Ein Massenstrommesser der einleitend genannten Art ist aus der CK-PS 604 132 bekannt. 3ei dieser Vorrichtung werden der Druck vor und nach der Strömungseinschnürung über Kanäle zu membranförmigen Dehnkörpern geführt. Dieser Aufbau ist aufwendig und die Empfindlichkeit ist begrenzt.
Die Erfindung setzt sich als erstes Ziel, eine besonders einfach aufgebaute Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Rate eines fluiden Mediums zu schaffen, welche auch im untersten Strömungsbereich eine hohe Meßempfindlichkeit erreicht. In einem zweiten Aspekt setzt sich die Erfindung zum Ziel, einen besonders geeigneten Dehnkörper für eine solche Vorrichtung zu schaffen.
Das erste Ziel wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, die sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, daß der Dehnkörper rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz eines rohrformigen Dehn- korpers laßt sich ein besonαers stromungsgunstiges Design bei einfachstem Aufbau erreichen. Darüber hinaus ermöglicht die axiale Durchstromung eine besonders große Kontaktflache mit dem Medium, so daß die Empf ndlichkeit maximiert wird.
Bevorzugt ist der Dehnkorper von einem ringförmigen Dichtkorper unter Bildung eines Ringraumes umgeben, wobei der Ringraum mit einem feuchtigkeitsisolierenden Medium, bevorzugt Si- likonöl, gefüllt ist. Dadurch wird eine elektrische Verstimmung der Dehnungsmeßstrεifenelemente durch Feuchtigkeitseinflusse wirksam verhindert.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausfύhrungsform der Erfmcung wird vorgesehen, daß zu beiden Seiten der Ξtromungs- einschnurung e ein Dehnkorper angeordnet ist, wobei jeder Dehnkorper von einem ringförmigen Dichtkorper unter 3ildung je eines Ringraumes umgeben ist, wobei die Ringraume ber eine Rohrleitung miteinander in Verbindung ≥cehen, und wobei die Ringraume und die Rohrleitung mit einem Druckubertragungsmedi- um, z.3. 01, gefüllt sind. Dies ermöglicht eine Differenzmessung und damit Temperatur- und Fehlerkompensation sowie eine Kompensation des statischen Systemdruckes.
Besonders vorteilhaft st es, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Dehnkorper zumindest einen langsver- laufenden Schlitz aufweist, der von einem dehnbaren Balg überspannt ist. Dadurch kann die Empfindlichkeit im unteren Stromungsbereich noch wesentlich erhöht werden. Alternativ kann der Dehnkorper zumindest einen langsverlaufenden Schlitz aufweisen, der von einem hochelastischen Material, bevorzugt 2-Komponen- ten-Silikonkautschuk, überspannt ist. Ein besonderes- Problem ist die Abdichtung des Balges in axialer Richtung gegenüber dem durchströmenden Fluid. Um dieses Problem zu lösen, schlägt die Erfindung eine bevorzugte Form des Balges vor, die sich dadurch auszeichnet, daß der 3alg aus einem ersten V-förmigen Lamellenteil und zumindest einem zweiten V-förmigen Lamellenteil zusammengesetzt ist, wobei die Endkanten der V-Schenkel des ersten Lamellenteiles mit den Rändern des Schlitzes verbunden sind und der V-Scheitel des ersten Lamellenteiles in das Innere des Dehnkörpers weist, die jeweils einen Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lamellenteiles mit den jeweils einen Seitenkanten der V-Schenkel des ersten Lamellenteiles verbunden sind und der V-Scheitel des zweiten Lamellεnteiles m das Innere des ersten Lamellεnteiles weist, und die jeweils anderen Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lamellenteiles untereinander verbunden sind. In Durchströmrichtung des rohrförmigen Dehnkörpers gesehen bilden somit die in das Innere des rohrförmigen Dehnkörpers weisenden Teile des Balges keine eigenen durchlässigen Kanäle, so daß der gesamte Dehnkörper durch eine Einhüllende besonders einfach abgedichtet werden kann.
Insbesondere ist es damit möglich, gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung auf den Dehnkörper auf beide Enden elastische Dichtmanschetten zum Anschluß an die Strömungseinschnürung, den Dichtkörper, eine Anschlußleitung usw. aufzuziehen. Aus den genannten Gründen ist es dabei besonders günstig, wenn die Dichtmanschetten die zweiten Lamellenteile überlappen.
Bevorzugt ist der Balg aus einem ersten und zwei zweiten Lamellenteilen zusammengesetzt, wobei die zweiten Lamellenteile mit ihren untereinander verbundenen V-Schenkel-Seitenkanten einander zugekehrt liegen, was einen symmetrischen, sich auch symmetrisch ausdehnenden Aufbau ergibt.
Zwecks Hitze und Korrosionsbeständigkeit sind bevorzugt die Lamellenteile aus laserverschweißten Einzellamellen aus Federstahl gefertigt.
Ferner ist es besonders gunstig, wenn die Endkanten der V- Schenkel der Lamellenteile mit Falzen versehen sind, was die Abdichtung verbessert.
In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mehrere Dehnungsmeßstreifenele- ente auf der Außenoberflache des Dehnkorpers angeordnet sind, welche zu mindestens einer Wheatstone ' sehen Meßbrücke verschaltet sind, was die Meßgenauigkeit erhöht. Um die Meßempfindlich- keit noch weiter zu erhöhen, werden bevorzugt mehrere Wheatstone' sehe Meßbrücken vorgesehen, weiche die Dehnung des Dehnkörpers in tangentialer und/oder axialer Richtung messen.
Eine besonders einfache Montage ergibt sich, wenn bevorzugt die Wheatstone ' sehen Meßbr cken m Dünnfilmtechnik verschaltet auf einer Tragerfolie gefertigt sind, welche auf den Dehnkorper aufgebracht ist.
Um die Wandlerkurve der Dehnungsmeßstreifen bzw. -meß- brücken zu kompensieren, kann bevorzugt die Wandstarke des Dehnkörpers ungleich ausgebildet sein, insbesondere die Wandstarke des Dehnkorpers m Durchstromrichtung linear zunehmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandstärke des Dehnkorpers in Durchstromrichtung derart nichtlinear zunimmt, daß das Ausgangssignal des Dehnungsmeßstreifenelementes bzw. der Meßbrücke einen linearen Verlauf zur Strömungsgeschwindigkeit annimmt. Da die mittlere Verlustleistung -der Dehnungsmeßstreifenelemente begrenzt ist, kann das Ausgangssignal der Dehnungsmeßstreifenelemente durch Erhohen der angelegten Spannung maxi- miert werden, wenn sie gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit Nadelimpulsen beaufschlagt werden.
Besonders vorteilhaft st es dabei, wenn der Ausgang der Dehnungsmeßstreifenelemente bzw. der Wheatstone ' sehen Brücken ber Pufferkondensatoren gepuffert ist. Dabei können bevorzugt die Pufferkondensatoren in Serie geschaltet sein, wobei die Ge- samtserienspannung als Maß für die Dehnung des Dehnkorpers abgegriffen ist, so daß sich ein besonders großer Ausgangssignalbereich ergibt.
Das z ite Ziel der Erfindung wird mit einem Dehnkorper zum Messen des Druckes eines fluiden Mediums erreicht, mit zumindest einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen, der sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, daß der Dehnkörper rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist und zumindest einen längsverlaufenden Schlitz aufweist, der von einem dehnbaren Balg überspannt ist. Alternativ kann der Schlitz von einem hochelastischen Material, bevorzugt 2-Kompo- nenten-Silikonkautschuk, überspannt sein.
Wie bereits erörtert, besteht eine bevorzugte Ausführungsform dieses Dehnkörpers dann, daß der Balg aus einem ersten V-förmigen Lamellenteil und zumindest einem zweiten V-förmigen Lamellenteil zusammengesetzt ist, wobei die Endkanten der V- Schenkel des ersten Lamellenteiles mit den Rändern des Schlitzes verbunden sind und der V-Scheitel des ersten Lamellenteiles in das Innere des Dehnkörpers weist, die jeweils einen Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lamellenteiles mit den je- weils einen Seitenkanten der V-Schenkel des ersten Lamellenteiles verbunden sind und der V-Scheitel des zweiten Lamellenteiles in das Innere des ersten Lamellenteiles weist, und die jeweils anderen Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lamellenteiles untereinander verbunden sind.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt zeigt, Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Dehnkörper in einer schematischen Perspektivansicht, Fig. 3 eine Stirnansicht des Dehnkörpers von Fig. 2, Fi~. ein zweite Ausführunσs orm der Erfindung im Längsschnitt zeigt, und Fig. 5 ein Blockschaltbild der Beschaltung der Dehnungsmeßstrεifenelemente des Dehnkörpers von Fig. 3.
Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung zum Messen der Strö- mungsgεschwindigkεit und/odεr -ratε eines Fluidmediums einen Dichtkörper 1, welcher an seinεn Stirnseiten mit Stirnplatten 2, 4 abgeschlossen ist. Die Stirnplatten 2, 4 sind von zentralen Öffnungen durchsetzt und an ihrer Außenseite mit Anschlußflanschen 3, 5 versehεn, um diε gesamte Vorrichtung in eine (nicht dargestelltε) Rohrleitung einzuschalten, welche das zu messende Fluid transportiert. Auf ihrer Innenseite ist jede Stirnplatte 2, 4 mit einεm Innenflansch 6, 7 ausgestattet. Im Inneren des Dichtkörpers 1 εtwa in der Mitte ist eine Trennwand
8 angeordnet, welche mit einεm zentralen düsenförmigen Durchlaß
9 versehen ist. Die Trennplatte 8 ist auf beiden Seitεn mit Flanschen 10, 11 versehen. Zwischen dem Innenflansch 6 der 'Stirnplatte 2 und dem Flansch 10 der Mittelplattε 8 einerseits sowie zwischen dem Flansch 11 der Mittelplatte 8 und dem Innenflansch 7 der Stirnplatte 4 anderseits ist jeweils ein rohrförmiger Dehnkörper 12 bzw. 13 mit Hilfe von auf die Flansche bzw. dεn Rohrkörpεr aufgezogenen elastischen Dichtmanschetten 14-17 montiert. Die Dichtmanscheiten 14-17 sind auf den Flanschen 6, 10, 11, 7 mit Hilfe von Spannringen 18-21 montiert.
Der düsenförmige Durchlaß 9 der Mittelplatte 8 ist so dimensioniert, daß er für den Strömungsweg vom Anschlußflansch 3 und Dehnkörper 12 zum Dehnkörper 13 und Anschlußflansch 5 eine Strömungseinschnürung bildet. Das strömende Fluid erfährt somit einen .Druckabfall über die Strömungseinschnürung, welcher zu einer unterschiedlichen Ausdehnung der Dehnkörper 12, 13 führt.
Zwischen der Außenseite jedes Dehnkörpers 12, 13 und der Innenseite des Dichtkörpers 1 ist jeweils ein Ringraum 22, 23 ausgebildet, in den sich dεr Dεhnkörper 12 hin ausdehnt bzw. in dem sich der Dehnkörper 13 zusammenzieht. Die Ringräume 22, 23 sind mit einem Druckübertragungsmεdium, z.B. temperaturfestem Hydrauliköl, gefüllt und stehen untereinander über eine Bohrung 24 in der Mittelplatte 8 in Verbindung. Dies ergibt eine positive Mitkopplung der Bewegungen der Dehnkörper 12, 13, welche die Meßempfindlichkeit erhöht. berdies werdεn durch diεsen Differentialaufbau die Tempεraturdehnung des Hydrauliköls sowie der statische Druck kompensiert. Das Hydrauliköl wird über einε verschließbare Bohrung 25 im .Dichtkörper 1 bei der Montage eingefüllt.
Der Aufbau der Dehnkörpεr 12, 13 wird an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Jedεr Dehnkörper (hier nur der Dehnkör- per 12 dargestellt) besteht im wesentlichen aus einem dünnwandigen Rohr 26, das einen längsverlaufenden Schlitz 27 aufweist, welcher von einem dehnbaren 3alg 28 überspannt ist. Der Balg 28 könnte ein einfacher Faltenbalg sein, dessen Faltlinien in Axialrichtung verlaufen. Bevorzugt setzt sich der Balg 28 wie dargεstεllt aus einem ersten V-förmigen Lamellenteil 29 und zwei zweiten V-förmigen Lamellenteilen 30, 31 in der folgenden Weise zusammen:
Vorausgεschickt wird, daß alle Endkanten der V-Schenkel der V-Formen mit Falzen 32 bzw. 33 vεrsεhεn sind. Die Endkanten 34 der V-Schenkel des erstεn Lamellenteiles 29 sind zunächst einmal mit den Rändern des Schlitzes 27 verbunden, wobei der -V-Schcitel.35 des ersten Lamellenteiles 2.9 in das Innere des Dehnkörpers 12 weist. Fernεr sind jεwεils diε einen Sεitεnkan- ten 36 der V-Schenkel eines zweiten Lamellεntεiles 33 mit den jeweils einen Seitenkanten 37 (in der Zeichnung kongruent) der V-Schenkel des εrstεn Lamεllεntεiles 29 verbunden. Dabei wεisεn diε V-Scheitel 38 der zweiten Lamellεnteile 33 in das Innεre dεs εrsten Lamellenteilεs 29. Diε jεwεils anderen Seitenkanten 39 der V-Schenkεl εinεs zwεitεn Lamellenteilεs 33 sind untεr- einandεr verbunden.
Die Dichtmanschetten 14-17 können über die Falze 33 der zweiten Lamellentεile 30 gezogen und mit diesen abdichtend verbunden sein. Alternativ überlappen die Dichtmanschetten 14-17 die zweiten La ellentεilε 30 nur zum Tεil (wie in Fig. 1 gezeigt) , und die zweiten Lamellenteile 30 sind an ihrer. Oberseite von Dichtfolien 39' abdichtend überspannt. Die Dichtman- schetten 14-17 können auch unter die Falzε 32 geschoben und vorzugsweise durch Verkleben abgedichtεt werden. Demzufolgε liegen die Falze am jeweiligen Ende frei und müssen an ihrer Oberseite von Dichtungsfolien 39' abgedichtεt überspannt werdεn. Eine weitere Möglichkeit besteht schließlich darin, die zweiten Lamellentεilε 30, 31 an ihrer Oberseite mit elastischem Material, vorzugsweise 2-Komponentεn-Silikonkautschuk, auszugießen und die« Enden mit den Manschetten 14-17 zu verkleben .
Die Dehnkörper 12, 13 und ersten und zweiten La ellentεile 29, 30 sind aus hitzebeständigem Material, insbesondere Fedεr- stahlblech gefεrtigt. Jeder Lamellentεil 29, 30 kann εinfach aus Ξin∑ellamellen aus Fεdεrstahl zusammεngesetzt werden, die entsprechend miteinander laserverschweißt werden. Eine für die S.e.rj.εnfεrtigung der komplettεn Vorrichtung geeignete Vorgangsweise bεstεht darin, einen Biechzuschnitt zu erstellen, der das Material für das Rohr 26 εbenso enthält wie das Material für die einzelnεn Lamεllεntεilε: Durch Aufrollen des Bleches zu dem Rohr 26 und nachfolgendes Falten der Lamellεnteile kann die komplette Einheit erstellt werden, wobei nur mehr zwei Laserschweißnähte erforderlich sind.
Eine alternative (nicht dargestellte) Ausführungsform der Dehnkörper 12, 13 besteht darin, daß der längsverlaufendε Schlitz 27 nicht von einem Faltenbalg 28, sondern von einem hochelastischen Material, vorzugsweise 2-Komponenten-Silikon- kautschuk, überspannt ist. Auch eine • Mischform ist möglich, d.h. ein Balg z.B. bestεhεnd nur aus einem einzigen V-förmigen Lamellentεil 29, dεssεn V-Kerbe mit dem hochelastischen Material verfüllt ist.
Auf der Außenoberfläche jedεs Dεhnkörpers 12, 13 sind ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifenelemεnte bzw. komplette Wheatstone ' sehe Meßbrücken 40-42 aus Dehnungsmεßstrεifεnelemen- ten aufgebracht (Fig. 3) . Die Meßbr cken 40, 42 können in Dünnfilmtechnik technisch verschaltet auf einer Tragerfolie gefertigt sein, welcne cirekt auf den Dehnkorper geklebt wird.
Die Wandstarke αer Dehnkorper 12, 13 kann ungleich ausgebildet sein, um die Wandlerkurve der Dehnungsmeßstreifen bzw. Meßbrücken auszugleichen oder abzuändern. Insbesondere kann sie m Durchstromrichtung linear zunehmen, u.zw. so, daß das Aus- gangssignal der Dehnungsmεßstrεifenelemente bzw. Meßbrücken linearen Verlauf zur Stromungsgeschwindigkeit annimmt.
Das Hydrauliköl in den Rmgraumen 22, 23 isoliert die Dehnungsmeßstreifεnelemente 40-42 gegenüber Feuchtigkeitsem- flussεn. Bevorzugt wird Silikonol verwendet.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführungs orm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, u.zw. mit nur einem Dehnkorper, d.h. ohne Kompensationsweg über die Stromungseinschnürung. Die Vorrichtung von Fig. 4 entspricht im wesentlichen der linken Hälfte der Vorrichtung von Fig. 1, so daß zwecks Vereinfachung auf die entsprεchεndε Beschreibung von Fig. 1 verwiesen wird. Die Bohrung 25' im Durchlaß 9 enthält εinεn Schwebstoffilter.
Gemäß Fig. 5 wird ede Meßbrücke 40-42 über Halbleitεr- schaltεr 43-45 durch einen Mikroprozessor 46 gesteuert und von einer Stromversorgung 47 gespeist mit Nadelimpulsen beaufschlagt, um diε Vεrlustlεistung im zeitlichen Mittel gering zu halten. Die Meßbrücken 40-42 werden insbesondere zyklisch in Intervallen abgefragt.
Die Ausgangssignale der Meßbrücken 40-42 werden über Halb- leiterschalter 48-50 an Pufferkondεnsatorεn 51-53 angelegt, die ihrerseits m Seriε gεschaltεt sind. Der Ausgang der Serien- Schaltung steht an einem Eingang 54 αes Mikroprozessors 46 zur weitεren Verarbεitung zur Vεrfugung. Insbεsondεre können daraus auf dem Fachmann hinlänglich bεkanntε Art die Stromungsgeschwindigkeit und Stromungsrate des die Vorrichtung durchset- zεndεn Fluides bestimmt werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die darge- stellten Ausfuhrungsbeispiele beschrankt, sondern umfaßt alle Varianten, die m den Umfang dεr angεschlossεnen Ansprüche fallen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder rate eines fluiden Mediums mit nur einem mechanischen rohrförmigen Dehnkörpεrs , dessen mechanische Dehnung dem Wirkdruckabfall unterworfen ist und zumindest einem auf dem rohrförmigen Dehnkörper angeordneten Dehnungsmeßstreifenelement in metallischer Ausführung oder in Dünnfilmtechnik aber auch in Ausführung als Halbleitεr Dehnelement einschließlich der piezoelektrischen Version.
Die Erfindung betrifft ferner einen Dehnkörper zum Messen des Druckes des Mediums,mit zumindεst εinen darauf appliziertεn Dehnungssensors .insbesondere für eine vorgenannte Vorrichtung.
Ein Massenstrommεsser der einleitend genannten Konfiguration ist aus der CH-PS 604 132 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden der Druck vor und nach der Strömungeinschnürung über Kanäle zu membranförmigen Dehnkörper geführt .Diεser Aufbau ist mechanisch aufwendig und die Meßεmpfindlichkεit ist begrenzt. Die Erfindung setzt sich als erstes Ziel, eine besonders einfach aufgebautε bεtriebssichere Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder rate eines fluiden Mediums zu schaffen, welche auch im untersten Strömungsbereich eine hohe Meßempfindlichkeit erreicht. In einem zweiten Aspekt setzt sich die Erfindung zum Ziel, einen besonders geeigneten Dehnkörper für eine solche Vorrichtung zu schaffen.
Das erste Ziel wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, die sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet,
daß der Dehnkörper rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist.Als dritter Aspekt ist an den besonderen Einsatz bei Volumsmeßwerke von Wassermeßeinrichtungen, beispielsweise bei Wärmemengenzählgeräten gedacht. Dem Stand der Technik entsprechend werden für diese Anwendung in erster Linie Ultraschall-Laufzeit- meßeinrichtungen und Geber nach dem magnetoinduktiven Prinzip eingesetzt .Beim Einsatz von Ultraschall-Laufzeitmeßenrichtungen sind die besonders geringεn Laufzεitεn dεs Ultraschallimpulses und die im Betrieb mit der Zeit auftretenden Ablagerungεn an den Reflektorflächen, die zu einer bedeutenden Abschwächung des reflektierten Schallimpulse bilden ein - Problem . Fernεr wirken sich hier Luftblasen und Lufttaschen sehr störend aus. Auch können bei der Verarbeitungselektronik Probleme hinsichtlich EMV
Zustandekommen, darüber hinaus sind die eingesetzten Sensoren ungemein mechanisch sensibel. Bei betriεbsbedingten Eingriffen in das Rohrleitungsystεm müssen oft die einzelnen Geräte entlüftet werden, das einige Kosten verursacht .Ein weiteres
Problem ist die nach εinigεr Bεtriebszeit notwεndigε Rεinigung von Ablagεrungεn.
Zu dεn Gebεrn nach dεn magnεtoinduktivεn Prinzip wärε zu sagεn, daß Ändεrungen in der Ionenkonzεntration und Art dεr Ionεn große Probleme schaffen können und es müssen Nacheichungen durchgeführt werdεn.Auch führt das Auftreten von Luft-und
Dampfblasen im Medium zu Fehlmessungen.
All diese Nachteile sollen mit diesεr Erfindung bεseitigt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz eines rohrförmigen Dehnkörpers läßt sich ein besonders strömungsgünstiges Design bei einfachsten
Aufbau realisieren. Darüberhinaus ermöglicht die axiale
Durchströmung eine besonders große Kontaktfläche mit dem Medium, sodaß auftretende Temperaturfehler auf ein Minimum gebracht werdεn können. Diese Maßnahme erhöht demnach die Meßempfindlichkeit. Bevorzugt ist der Dehnkorper von einem rohrförmigen druckfesten Dichtkorper unter Bildung eines Ringraumes umgeben , wobei dieser Ringraum ebenfalls vom gleichen Medium durchströmt wird. Damit ist die Gefahr von Temperaturunterschieden ausgesprochen klein. Das in die Vorrichtung einströmende Medium wird mittels eines rotationsformigen Düsenkorper ( "SONDENTELLER" )m das Innere des Sondenkörpεrs stromungsmäßig fokusiert ,sodaß eine hohe Stromungsgeschwindigkeit auftreten kann. Hiermit entsteht in diesem Bereich eine Unterdruckzonε . Dieser rotationsformige Düsenkorper ist an drei oder mehreren Stellen mit dem rohrförmigen Dichtkorper verschraubt .Wichtig für die Funktionsweise ist die Tatsache, daß der rotationformige Düsenkbrpεr den rohrförmigen Dichtkorper (Halterohr )n cht abschließt .Durch radiale Aussparungen am Umfang des rotationsformigen Düsenkorpεrs ist diεs gewährleistet damit kann sich ein Teil der Mediumstromung in den Ringraum verlagεrn, wobei die Stromungsgeschwindigkeit bedeutend geringer ist. Es ist ein klassisches Beispiel des Gesetzes von BERNOULLI ....Die Gesammtenergie der Strömung , die sich aus Geschwindigkeitsdruck (dynamischer Druck) und Druckenergie (statischer Druck) zusammensetzt ist konstant
Demnach entsteht im Ringraum zur Strömung im Sondeninneren eine Druckdifferenz welche auf das Sondenrohr mit negativer
Dehnung (Stauchung) wirkt. Die dabei auftretende mechanische
Verformung stellt eine Funktion der Sromungsgεschwindigkεi t dar.
Am Ende des Ringraumes befindet sich ebenfalls eine sternförmige
Halterung mit ihren Ausnehmungen in radialer Richtung und dient gleichzεitig als Halterung für den Sondenkorper .
Mittels einer in axialer Richtung einstellbaren Stahlscheibe ist es nach dieser Erfindung möglich, die stromenden Mediummemgen einzustellen. Dies hat eine direktε Konsεquenz auf diε Druckverteilung.
Es ist damit möglich die Charakteristik der Meßsonde zu justierεn. Als besonders hervorzuhebender Vorzug dieser Vorrichtung ist der Umstand, daß nach Einbau der Vorrichtung das System sofort betriebsbereit is t . Daruberhinaus werden Verunreinigungen sofort ausgespult. Dies betrifft auch Luft und Dampfblasen . Eine Entlüftung der Vorrichtung ist demnach nicht notwendig.
Da sich der oder die Dehnungssensoren im Mediumwasser befindεn werden bereits am Markt erhältliche feuchtefesten Dehnungssensoren eingesetzt, die zusatzlich mit Polyuretan umschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Dehnkorper zumindest einen längsverlaufenden Schlitz aufweist, dεr von εinεm dεhnbaren Balg überspannt ist. Dadurch kann die Meßempfindlichkeit im unteren Stromungsberεich noch wesentlich erhöht werden.
Ein besonderes Problem ist die Abdichtung des Balges in axialer Richtung gegenüber dem durchströmenden Fluid. Um dieses Problem zu lösen, schlägt die Erfindung eine bevorzugtε Form des Balges vor,die sich dadurch auszeichnεt ,daß der Balg aus einem ersten V-förmigen Lammelenteil und zumindest einem zweiten V-formigen Lammelenteil zusa mengesεtzt ist, wobεi diε Endkanntεn der V-Schenkεl des des ersten Lammelεntεils mit den Rändern des Schlitzεs verbunden sind und der v-rcheir.εl αes ersten Lammelenteiles in das Innere des Dehnkorpers weist, die jewεils einen Se tεnkanten der V-Schenkel des ersten Lammelenteils verbunden sind und und der V-Scheitel des zweiten La melεnteils in das Innere des ersten Lammelenteiles weist, und die jeweils anderen Seitenkantεn der V-Schenkel des zweitεn Lammεlenteilεs untεrεinander verbundεn smd.ιn Durchströmrichtung des rohrförmigen Dehnkorpers gesehen bilden somit die in das Innere des rohrförmigen Dehnkörpers weisenden Teile des Balges keine eigenen durchlaßigen Kanalε,so daß der gesamte Dehnkorpεr durch εine Einhüllendε bεsondεrs einfach abgedichtet werdεn kann. Insbesonderε ist es möglich auf den Enden der rohrförmigen Dεhnkörpεr an bεidseitig elastische hochwertige Dichtmanschetten zum Anschluß an die Strömungseinschnürung, den Dichtkörper, eine Anschlußleitung usw. aufzuziehen .Bevorzugt ist der Balg aus einem ersten und zwei weiteren Lammelenteilen zusammengesetzt ,wobei die zweiten Lammelenteile mit ihren untereinander verbundenen V-Schenkel -Seitenkannten einander zugekehrt liegεn, was einen symmetrischen, sich auch symmetrisch ausdehnen Aufbau gwährleistet • Zwecks Hitze und Korrosionsbeständigkeit sind bevorzugt die Lammelenteile aus lasergeschweißten Einzelteilεn aus hochwertigen Fedεrstahl gεfertigt.
Es ist aus Kostengründen in der Serienfεrtigung möglich über einen geeignetεn Matεrialzuschnitt das Fεderstahles .vorzugsweise 1.4301 die komplette Form zu pressen und gleichzεitig das rohrförmige Dehnelemεnt zu rollεn (Automatenfertigung) und nur an zwei Stellen Verbindungen durch Laserschweißung zu schaffen. Vorteilhaft ist dabei die notwendige Einheitlichkeit des Produktes. In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mehrere Dehnungsmεßstreifenεlemente auf der Außenoberfläche des Dehnkörpers angeordnet sind, welche zu mindest einer Wheatstone ' sehen Meßbrücke verschaltet sind, was die Meßgεnεuigkeit weitgεhendst erhöht. Um die Meßεmpfindlich- keit noch weiter zu steigern, werden bevorzugt mehrere Wheatstone ' sehe Brücken vorgesehen .welche die Materialdehnung in tangentialer und/oder axialer Richtung meßtechnisch erfassεn. Eine besonders einfache Montage ergibt sich, wenn bevorzugt die Wheatstone ' sehen Meßbrücken in Dünnfilmtechnik vεrschaltεt auf einer Trägerfoliε gεfertigt sind, welchε auf den Dehnkörper aufgebracht ist.Fernεr kann durch Aufbringen von Halbleiter- dεhsensoren, einschließlich einer piezoεlektrischen Vεrsion dεr Meßsignalpegel bedeutend angehoben werden. Um die Wandlerkurve der Dehnungsmεßstrεifen bzw. Mεßbrücken zu kompensieren, kann bεvorzugt die Wandstärke des Dehnkörpers in Durchstromrichtung linear zunehmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandstarke des Dehnkorpers in Durchs romrichtung derart nichtlinear zunimmt, daß dem Ausgangssignal des Dehnungsmeßstreifenelementes bzw. der Meßbrücke einen linearen Verlauf zur S romungsgeschwindigkeit einnimmt.
Andereseits aufgrund des quadratischen Zusammenhanges zwischen Wirkdruck und Meßsignal, um im untersten Stromungsbereich gute Ergebnisse zu erlangen, konnte der Weg beschπtten werdεn mit einer aufgrund der geometrischen Gestaltung des Rohrförmigen Dehnkorpers und einer absolut hohen Empfmdlichkeitseinste-llung über die erfinderische Justiermoglichkeit mittels Verkleinerung der Austrittsmenge des Mediums vom Ringraum an der Innen- oder Außenseite des Dehnkorpers an den Scheitelstellεn Dehnbleche aufzuschweißen .Diese haben eine nicht konstant verlaufende Wandstärke, wobei im Berεich kleinster Dehnungεn, also bεi aller- klemsten Mediumdurchsatzen eine sehr untergεordnete Wirkung. Findεt abεr eine stärkere mechanischε Dehnung statt bewirkεn diese ebenfalls aus Fedεrstahl appliziεrtεn zusätzlichen kleinεn aufgεschwεißten Dehnelemεntε eine stetige Verringerung der tatsachlichen mechanischεn Dεhnung dεs rohrförmigen Dehnkorpεrs und das Systε wird unempfindlicher , sodaß der Meßeffekt im untersten Stromungsbereich stark angehobεn wird.Darubεrhinaus ist diεse Maßnahme ein absoluter Schutz bei oft in Leitugssystemen auftretenden schlagartigen Druckstößεn.
Da die mittlere Verlustleistung der Dehnungsmεßstreifenεlemente wegen der notwendigen Wärmeabgabe begrenzt ist aber nach der Beziehung ΔR/ 0 = . <_f (k-Faktor ist die Dehnungsempfindlichkeit) steigt das Meßbruckensignal mit der Größe der Bruckenspeise- spannung linear an und um die Meßempfindlichkeit voll zu nutzen ist es besonders vortεilhaft die Brückenspeisεspannung mit kurzen Nadelimpulse mit hohεren Spannungsniveu zu pulsen. Dies bringt nicht nur ein exorbitant hohes Meßsignal. sondern einen extrem kleinen Energievεrbrauch , womit εin moglichεr Batteriebetrieb der Vorrichtung erst sichergestellt werden kann. Die Meßbrückendiagonalsignale werden über Analogspeicher auf Ladekondensatoren abgespeichert und dann weiterverarbeitet. Wenn mehrere Dehnungsmeßstreifenbrücken eingesetzt werden, kann somit über Pufferkondensatoren eine Kaskade aufgebaut werdεn. Damit erreicht man ein außerordentlich empfindliches Meßsystem. Das zweite Ziel der Erfindung wird mit einem Dehnkörper zum Messen des Druckes eines, fluiden Mediums erreicht,mit zuminderst einem darauf angeordneten Dehnungsmeßs treifen ,der sich gεmäß dεr Erfindung dadurch auszeichnet , daß der Dehnkörper rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist und zumindest einen längsverlaufenden Schlitz aufweißt, der von einem dehnbaren Balg, welcher auch aus hochelastischen langzeitbeständigεn Silikonkautschuk bεstehen kann, elcher sich zwischen den Rohrschlitzschenkelenden befindεt,überspannt ist.
Wie bereits erörtert .besteht eine bevorzugte Ausführungsform dieses Dehnkörpεrs darin, daß dieser Balg aus einem ersten V-förmigen Lammelenteil zusammengεsetzt ist, wobei die Endkanten der V-Schenkel des ersten Lammelenteils mit den Rändern des Schlitzes verbunden sind und der V-Schenkel des erstεn Lammεlεnteils in das Innεrε des Dehnkörpers weist .die jeweils einen Seitenkantεn der V-Schenkel des zweiten Lammelenteiles mit den jeweils einen Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lammelenteiles m das Innere des Ersten Lammelenteiles weist,und die jeweils andere Seitenkanten der V-Schenkel des zweiten Lammelenteiles untereinandεr vεrbunden sind.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgεndεn Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs- beispiεles in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Fig.l zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt , Fig.2 zeigt den Eins trömteil , die rotationsformige Einströmdüse ("SONDENTELLER") und Haltevorrichtung des Sondenkörpers über eine Gummimanschε t te in ANSICHT-A .Fig.3 eine notwendige Haltevorrichtung des Sondenkörpers auf der Ausströmseite zur Halterung der Sonde über Gummimanschette.
Fig.4 veranschaulicht einen erfindungsgemäßen Dehnkörper in einer schematischen Perspεktivansicht . Fig .5 zεigt eine Stirnansicht des Dehnkörpers von Fig. .
Fig.6 zeigt die erfindungsgemäße Maßnahme zur Anhebung kleinster und Abschwächung großer Meßwerte in ebenfalls schematischer Ansicht (Perspεktivansicht) mit den Dehnblechen.
Fig.7 stellt ein Blockschaltbild der Beschaltung der Dehnungs- meßstreifenelεmεnte des Dehnkörpers von Fig.5 dar. Gemäß Fig.l hat die Vorrichtung zum Messεn von Strömungs- gεschwindigkeiten und/oder -rate eines Fluidmediums einen Dichtkörper 1,welcher an seinen Stirnseitεn mit Stirnplattεn 2,4 abgeschlossen ist. Die Stirnplatten 2,4 sind von zentralen Öffnungen durchsεtzt und an ihrεr Außenseite mit Abschlußflanschen 3,5 versehen, • um die gesamte Vorrichtung in eine (nicht dargestellte) Rohrleitung einzubinden, welche das zu messenden Fluid transportiert .Auf ihrer Innenseite ist jede Stirnplatte 2,4 mit einem Innenflansch 6,7 ausgestattet . Der Dichtkörper 1 enthält die Kabelanschlußverschraubung 8.
Im Inneren rechts des Dichtkörpers 1 ist der rotationsformige Düsenkörper ("SONDENTELLER") 9 (siehε Fig.2) mit sεinen radialen Aussparungen 10 mit den dazugehörigen Befestigungsschrauben 11 mit dem Dichtkörper 1 verbunden .Die Dichtmanschette 12 ist im rotationsförmigεn Düsεnkörper 9 vεrklεbt . Diese trägt den eigentlichen Dehnkörpεr 13 mit seinen Dehnungsmeßstreifensensoren. Mit der Haltevorrichtung 14 (siehe Fig.3) wird über die Gummimanschette 15 die dichte Verbindung zu Dehnkörpεr 13 hεrgestellt. Diese Haltevorrichtung 14 hat ebenfalls radiale Aussparungen 16 und wird mit den Verbindungsschrauben 17 mit den Dichtkorper 1 verbunden .Demnach liegt ein Ringraum 18 vor. Der Ringraum 18 wird ganz rechts, über eine Justierscheibe 19, welche in axialer Richtung über die Fixierschrauben 20 je nach gewünschter Stromungsaufteilung abgedeckt . Der größte Teil der Fluids tromung des Mediums gelangt über eine kreisförmige Öffnung des rotationsformigen Düsenkorpεrs 9 über die kreisförmige Öffnung 21 in das Innerε des Dehnkorpers 13, diese- wird hinsichtlich ihrer dynamischen Energie stark angehoben und erzeugt im Inneren des Dehnkorpεrs 13 εme Unterdruckzone .Das Fluid tritt dann über die kreisförmige Öffnung 22 der Justierscheibe wieder in den Stromungspfad. Ein Teil der Fluidstromung gelangt m den Ringraum 18 und wird aufgrund der größeren Durchtrittsflache im Ringraum 18 und über die Justierscheibe 19 abgebrεmst. Diese Geschwindigkeitsverminderung des Mediumfluids im Ringraum 18 kann aufgrund des justierbaren Abstandes (über die Stellschrauben 20) in axialer Richtung eingestellt werden. Damit ändert sich auch die Stromungsverteilung im Sondenkorper 13 und im Ringraum 18. Im Ringraum 18 kommt die statische Stromungskomponente der Vorrichtung zu tragen .Desshalb liegt im Ringraum .18 bei Fluidstromung immer emε Ubεrdruckzonε vor und das Dehnkorperelement 13 erfahrt εmε negative Dehnung (Stauchung).
Fig 2 zeigt die Haltevorrichtung für den rotationsformigen Düsenkorper 9. Mit 23 werden die Befεstigungsgewinde dargestellt. Fig.3 veranschaulicht die Halterung dεs Sondεndehnkorpers 13 über die Gummimanschette 15 welchε ebenfalls emgeklεbt ist. Mit 24 sind die Befestigungsgewinde für die Schrauben 17 dargestellt, Der Aufbau des Dεhnkorpers 13 wird anhand der Fig.4 und Fig.5 erläutert .Der Dehnkorpεr 13 bεstεht im wesentlichen aus einem dünnwandigen Rohr 25 aus hochelastischen hochwertigen Fedεrstahl, das einen längsverlaufenden Schlitz 26 aufweist , elcher von einem dehnbarεn Balg 27 ubεrspannt ist. Dεr Balg 27 konnte ein einfacher Faltenbalg sein, dessen Faltlinien in Axialrichtung verlaufen. Bevorzugt setzt sich der Balg 27, wie dargestellt aus einpm ersten V-förmigen Lammelenteil 28 und zwei zweiten V-förmigen Lam εlenteile 29,30 in der folgenden Weise zusammen: Alle Endkaπten der V-Schenkel sind mit Falzen 31,32 versehen. Die Endkanten 33 der V-Schenkel des ersten Lammelenteils 28 sind zunächst einmal mit den Rändern des Schlitzes 26 verbunden, wobei der V-Sceitel 34 des ersten Lammelenteiles 28 in das Innere des Dehnkörpers 13 weist. Ferner sind jeweils die einen Seitenkanten 33 der V-Schenkel eines zweiten Lammelenteiles 32 mit den jeweils einen Seitenkanten 36 (in der Zeichnung kogruent) der V-Schεnkel des ersten Lammelenteies 23 verbunden. Dabei weisen die V-Schenkel 37 der zweiten Lammelenteile 32 in das Innere des ersten Lammelenteiles 28. Die jeweils anderen Seitenkanten 38 der V-Schenkel eines zweiten Lammelenteiles 32 sind verbunden. Die Dichtmanschetten 12,15werden am Dehnkörperrand innen eingeklebt und damit abdichtend verbunden. Der zwischen den Lammelenteilen 32 verbleibende V-förmige Spalt wird an seiner Oberseite mit hochwertigen 2-Komponenten Silikonkautschuk ausgegossen. Der zwischen den Lammelenteilen 31,32 verbleibende kleine Spalt wird an den Lammelenenden ebenfals mit Silikonkautschuk abgedichtet und das Silikonmaterial zur Abdeckung des V-förmigen Spalten bei den Lammelenteilεn 32 wird jeweils vorgezogen und mit den Dichtmanschetten 12,15 an ihrer Oberseite einwandfrei verklebt. Der Dehnkörper ist aus hochwertigen Federstahl .vorzugsweise Material 1.4301 gefertigt und es ist möglich einen geeigneten Materialzuschnitt des Federstahles die komplette Form in einem einzelnen Arbeitsgang zu pressen und gleichzeitig das rohrformige Dehnelement zu rollen »demnach sind nur an zwei Verbindungsstellen Laserschweißung oder auch Lötung notwendig. Auf der Außenoberfläche des Dehnkörpers 13 sind ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifenelemente bzw. komplette Wheatstone ' sehe Meßbrücken mit den Dehnungssensoren 39-42 , können aber auch in Dünnfilmtechnik realisiert werden. Auch ist eine Ausführung mit Halbleiterdehnungssensoren bzw. piezoelektrischen Elementen möglich.
Die Wandstärke des Dehnkorpers 13 kann ungleich ausgebildet sein, um die Wandlerkurve der Dehnungssensoren bzw. Meßbrücken auszugleichen oder abzuändern .Innsbesondere kann sie in Durchstromrichtung des Fluids linear zunehmen u.zw. so, daß daß das Ausgangssignal der Dehnungsmeßstreifenelemente bzw. Meßbrücken linearen Verlauf zur Stromungsgeschwindigkeit annimmt. Der physikalische Nachteil, daß bei einer Vorrichtung die nach dem Bernoullischen Gesetz arbeitet und im unterεn Fluidstromungs- bereich nach dem quadratischen Zusammenhang kleine Meßsignalε auftreten, kann größtenteils mit einer Vorrichtung nach Fig.6 kompensiert werden.Ausgεhend von der Auslegung der Vorrichtung für höchste Meßempfindlichkeit, beispielsweise auch durch entsprechεndε Einstellung dεs Fluiddurchsatzεs im Ringraum 18 in Relation zur Mediumgeschwindigkeit im Dehnkorpεr 13 werden am Scheitel vorzugsweise zwei gebogene Dehnbleche 43,44 mittels Laser aufgeschweißt, vorzugsweise sind dazwischen diε Dehnungsmeßstreifenelε ente 41,42 appliziert . Dεr Funktionsweise der Vorrichtung entsprechεnd, trεten bei Mediums tromung im Sigma 1 Spannungsfeld negative Dehnungen (Stauchungen) auf.Diεse Dehnblεchε sind mit εiner verlaufenden Dicke ausgeführt ,wobei von den Laserschweißnahten ausgehend eine sehr geringe Materialstärke vorliegt. Die größte Mateπalstarkε dεr Elemente 43,44 befindet sich genau in der Mitte. Die Konseqenz dieser Maßnahme ist eine vorgegebene Dehnungsyerzerrung im Sigma 1 Spannungsfeld. Diεsε wird in dεr Wheatstone ' sehen Meßbrücke von den Sensoren 41,42 erkannt. Bei kleinεn Dεhnungswerten im Scheitel des rohrförmigen Dehkorpεrs 13 ist diεsε Vorrichtung eher unwirksam.Mit zunehmenden Fluiddurchsatz verlagert sich die Dehnung der Dεhnblεche 43,44 in Richtung größerεr Matεrialstärkε und damit vεrbunden tritt einε Abschwaehung des nεgativen Dehnungsverlaufes auf, das System wird weitgehend meßtεchnisch unempfindlicher. Diese Vorgangsweise hat nach den Merkmalen dieser Erfindung den großen Vorteil, daß bei möglichen Druckschlägen im Leitungsnetz das sensible Meßsystem mechanisch weitgehendst geschützt wird. Dies ist für diese Vorrichtung ein großer Vorteil gegεnüber den hochempfindlichen Sensoren der Ultraschall-Laufzeit Volumsmeßwerke .
Gemäß Fig.7 wird jede Meßbrücke 45-47 über geeignεte Halbleiter- schaltεr 46-50 durch einen Mikroprozessor 52 gesteuert und von einer hochstabilen Stromversorgungseinheit 52 gespeist mit Nadelimpulsen beaufschlagt , um die Verlustleistung im zeitlichen M-ittel extrem nieder zu hal tεn .Einεrsεi ts unterdrückt diese erfinderische - Maßnahme aufgrund von Eigenerwärmungen der Dehnungsmeßstreifensensoren, welchε zu einer Wheatstone ' sehen Meßbrücke verschaltet sind durch Eigenerwärmung bedingtε Tεmpεraturfehler , andererseits ist es außschließlich nur damit möglich die Vorrichtung für Batteriebetrieb zu konzipierεn.Der dritte Aspekt liegt in dεr damit, vεrbundεnen Möglichkeit mit höheren Brückenspeisεpegel zu arbeiten. Da das Ausgangssignal linear mit der Brückenspεisespannung zunimmt können damit höchste Ausgangssignale erreicht werden.
Die Meßbrücken 45-47 werden insbesondεre zyklisch in Intervallen abgefragt. Die Ausgangssignale der Meßbrücken 45-47 -werdεn über geeignete Halbleitεrschaltεr 48-50 an Pufferkondensatoren 51-53 abgelegt, die ihrerseits in Serie geschaltet sind. Das Ausgangssignal der Seriεnschaltung stεht am Eingang 54 des Mikroprozessors 51 zur weiteren Verarbeitung zur Vefügung.
Insbesondere kann daraus auf den Fachmann hinlänglich bekannte Art die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrate des die Vorrichtung durchsetzenden Fluids bestimmt werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiεle beschränkt , sondεrn umfaßt alle alle möglichεn Varianten, die in den Umfang der angeschlossenen Patentansprüchε fallεn.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Messen αer Stromungsgeschwindigkeit und/oder -rate emεs fluiden Mediums, mit zumindest einem mechanischen Dehnkorper, dessen Dehnung αem Druckabfall des Mediums über eine Stromungsemschnurung unterworfen st, und zumindest einem auf dem Dehnkorper angeordneten Dehnungsmεßstrεifεn- element, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnkorper (12, 13) rohrförmig aufgebaut und vom Mεdiu axial durchströmt st.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gεkεnnzεichnεt, daß dεr Dεhnkorper (12, 13) von einem ringförmigen Dichtkorper (1) unter Bildung eines Ringraumes (22, 23) umgeben st, wobei der Ringraum (22, 23) mit einem feuchtigkεitsisoliεrεndεn Medium, bevorzugt S l konol, gefüllt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beidεn Sεitεn der Stromungsemschnurung (9) je ein Dehnkorper (12, 13) angεordnet ist, wobei jeder Dehι-kυ--υe-: (12, 13) von einem ringförmigen Dichtkorpεr (1) unter Bildung eines Ringraumes (22, 23) umgeben ist, wobei die Ringraume über eine Rohrleitung (24) miteinander in Verbindung stehen, und wobei die Ringraume (22, 23) und die Rohrleitung (24) mit einem Druckubertragungsmedium, z.B. 01, gefüllt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gεkennzeicnnet, daß der Dennkorper (12, 13) zumindest emεn langsverlau enden Schlitz (27) aufweist, der von einem dehnbaren Balg (28) überspannt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gεkεnn∑εichnet, daß der Dehnkorper (12, 13) zumindest einen langsverlaufenden Schlitz (*7) aufweist, der von einem hoch- εlastischεn Material, bevorzugt 2-Komponenten-Silikonkautschuk, überspannt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (28) aus einem ersten V-förmigen Lamellenteil (29) und zumindest einem zweitεn V-förmigεn Lamεllentεii .(30) zusam- mεngεsεtzt ist, wobεi die Endkanten (34) der V-Schenkel des ersten Lamellenteiles (29) mit den Rändern des Schlitzes (27) vεrbundεn sind und der V-Scheitel (35) des erstεn La εllenteilεs (29) in das Innε- rε dεs Dehnkörpers (12, 13) weist, die jewεils einen Seitεnkantεn (36) der V-Schenkel des zweiten Lamellεntεiles (30) mit den jewεils einen Seitenkanten (37) der V-Schenkel des ersten Lamellenteilεs (29) verbunden sind und der V-Scheitel (38) des zweiten Lamellenteiles (30) in das Innere des erstεn Lamellenteiles (29) .weist, und diε jeweils anderen Seitenkanten (39) der V-Schenkεl des zweiten Lamellεntεiles (30) untereinander verbundεn sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Dehnkörper (12, 13) auf beidε Enden elastische Dichtmanschettεn (14-17) zum Anschluß an die Trennplatte (8), die Stirnplatten (2, 4) mit ihren Innenflanschen (6, 7), die Strömungseinschnürung (9), den Dichtkörper (1), eine Anschlußleitung (13, 5, 6, 7) usw. aufgezogen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmanschettεn (14-17) die zweiten .Lamellenteile (30) überlappen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzεichnεt, daß dεr Balg (28) aus εinεm εrsten (29) und zwei zweitεn (30) Lamellentεilen zusammengesεt∑t ist, wobεi diε zweiten Lamellenteile (30) mit ihren untereinander verbundenen V-Schenkεl-Sεitεnkanten (39) einander ∑ugekεhrt liegen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellentεile (29, 30) aus laserverschweißten Einzellamellen aus Federstahl gefertigt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnkörper (12, 13) aus einem einzelnen 31echzuschnitt erstellt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche' 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkanten (34, 34') der V-Schεn- kεl der Lamellentεile (29, 30) mit Falzen (32, 33) versεhen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dehnungsmεßstrεifεnelemente (40-42) auf der Außenoberflache des Dehnkörpers (12, 13) angeordnet sind, welche zu mindestεns einer Wheatstone ' schεn Meßbrücke vεrschaltεt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wheatstone' schε Mεßbrücken (40-42) vorgesεhen sind, welchε diε Dehnung des Dehnkörpers (12, 13) in tangentialer und/oder axialer Richtung messen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Whεat≤tonε ' schεn Mεßbrücken (40-42) in Dünnfilmtechnik verschaltet auf einer Trägerfolie gefertigt sind, welchε auf dεn Dehnkörper (12, 13) aufgebracht ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Dehnkörpers (12, 13) ungleich ausgebildet ist.
17. Vorrichtung- ach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Dehnkörpers (12, 13) m Durchstromrichtung linear zunimmt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Dehnkörpers (12, 13) in Durchstromrichtung derart nichtlinear zunimmt, daß das Ausgangssignal des Dehnungsmeßstreifenεlementes bzw. der Meßbrücke (40-42) einen linearen Verlauf zur Strömungsgeschwindigkeit annimmt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnεt, daß diε Dehnungsmeßstrεifenelemente (40- 42) mit Nadεli pulsen beaufschlagt sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da- vi-eh gekennzeichnet, daß der Ausgang der Dehnungsmeßstrεifenelemente bzw. der Wheatstone' sehen Brücken (40-42) über Pufferkondensatoren (48-50) gepuffert ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkondensatoren (45-50) in Serie geschaltet sind, wobei die Gesa tserienspannung als Maß für die Dehnung des Dehnkörpers (12, 13) abgegriffen (54) ist.
22. Dehnkörper zum Messen des Druckes eines fluiden Mediums, mit zumindest einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnkörper (12, 13) rohrförmig aufgebaut und vo Medium axial durchströmt ist und zumindest einen längsverlaufεnden Schlitz (27) aufweist, der von εinem dehnbaren Balg (28) überspannt ist.
23. Dehnkörper zum Messen des Druckes eines fluiden Mediums, mit zumindest einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstrεi- fεn, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnkörper (12, 13) rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist und zu- — '■—:pς- __* — Ä— " 3."_'-'r"o -; fΞΓ.CΞΓ. Schi**"— ' ^— ^ - *,_~*.** fε s ö°— *-">-^ einem hochelastischen Material, bevorzugt 2-Komponentεn-Sili- konkautschuk, übεrspannt ist.
24. Dehnkόrpεr nach Anspruch 22, dadurch gekenn∑eichnεt, daß dεr Balg (28) aus einem ersten V-formigen Lamellentεil (29) und zumindest einεm zweitεn V-förmigen Lamεllεntεil (30) zusammengesetzt ist, wobei die Endkanten (34) dεr V-Schεnkel des ersten Lamellεntei- lεs (29) mit den Rändern des Schlitzes (27) verbunden sind und der V-Scheitel des ersten Lamellenteiles (29) in das Innere des Dehnkörpers (12, 13) weist, die jeweils einεn Sεitεnkantεn (36) der V-Schenkel des zweiten Lamellenteilεs (30) mit den jeweils einεn Sεitεnkanten (37) dεr V-Schεnkεl des ersten 'i-ameiiεntt-iies (29) verbunden sind und dεr V-Scheitεl (38) des zweiten Lamellenteilεs (30) in das Innere des ersten Lamellεntεiles (29) weist, und die jewεils anderεn Seitenkanten (39) der V-Schenkel des zweiten Lamellεntεiiεs (30) untereinander verbunden sind.
2-5> Vorrichtung zur Mεssung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder -rate eies fluiden Mediums, mit einem mechanischen Dehnkörper, dessen Dehnung dem Druckabfall des Mediums über eine Strömungseinschnürung unterworfen ist, und zumindest einen auf dem Dehnkörper angeordneten Dehnungsmeßstrεifenεlement »dadurch gekennzeichnet ,daß dieser Dehnkörper (13) rohrförmig aufgebaut ist und vom Medium axial durchströmt ist.
26)Vorrichtung nach Anspruch 25.) dadurch gekennzeichnet , daß der Dehnkörper (13) von einem ringförmigen Dichtkörper (1) unter Bildung eines Ringrauraes (18) u gεbεn ist, wobei der Ringraum (18) ebenfalls wie der rohrförmige Dεhnkörpεr (13) in axialer Richtung vom Mediumfluid durchströmt wird.
27)Vorrichtung nach Anspruch 25 )und 26 ) dadurch gekεnnzεichnet ,daß der Innenraum des rohrförmigen Dehnkörpεr (13) über einεn rotationsförmigεn Düsεnkörpεr (9)mit der kreisförmigen Ausnehmung (.22). 'innen beströmt wird und über die Düsenwirkung von (9) eine Geschwindigkeitsanhebung des Fluids in Relation zur zur Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Ringraum (18) erfährt .
28)Vorrichtung nach den Ansprüchen 25), 27), dadurch gεkennzeichnεt , daß diε Fluidströmung im Ringraum (18) übεr zur Abdεckung dienende Justierscheibe (9) durch Veränderung des Abstandes zur Haltevorrichtung (14) Fig.3 übεr diε Justierschrauben (20) in axialer Richtung eingestellt werdεn kann.
29 )Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekεnnzεichne , daß der Dehnkörper (13) zumindest einen längsverlaufenden Schlitz (26) aufweist, der von einem dehnbaren Balg (27) überspannt ist.
30 )Vorrichtung nach Anspruch 29, adurch gekennzeichne ,daß der Balg (27) aus einem ersten V-förmigen Lammelεnteil (28) und zumindest einen zweitεn V-förmigεn La mεlεntεil (29) zusammεgεsεtzt ist wobei die Endkanten (33) der V-Schenkεl des ersten Lammelenteiles (28) mit den Rändern des Schlitzes (26) verbundεn sind und dεr V-Schεitel (34) des ersten Lammelεnteiles (28) in das
Innere des Dehnkörpers (,13)weist, die jeweils einen Seitεnkanten (35) der V-Schenkel des zweiten
Lammelenteiles (29) mit den jewεils einen Seitenkantεn (36) der V-Schenkel des ersten Lammelenteiles (28) verbunden sind und der V-Scheitel (37) des zweiten Lammelenteilεs (29) in das
Innere des ersten Lammelenteilεs (28) wεist, und diε jeweils anderen Seitenkanten (28) der V-Schenkel des zweiten Lammelenteiles (29) untereinandεr vεrbunden sind.
31 )Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß an Dehnkörper (13) auf beiden Endεn elastische Dichtmanschetten (12)(13) εinεrsεits zum Anschluß an dεn rotationsförmigεn Düsεnkörper (9) (Fig.2) und an die Haltevorrichtung (14) (Fig 3) aufgezogen sind um eine mechanisch unbεeinflußte Matεrialdεhnung dεs rohrförmigεn Dehnkörpers (13) und eine Abdichtung sicherzustellen.
32)Vorrichtung nach einen der Ansprüche 30) und 31) »dadurch gekεnn- zeichnet.daß der Balg (27) und zum zweiten Lammelεnteil (29) zusammen zusammengεsεtzt , wobεi die zweiten Lammelentεile (29.) mit ihren unterεinander verbundenεn V-Schenkel-Sεitεnkanten (38) einander zugekehrt liegen.
33 Vorrichtung nach den Ansprüchen 25)30 )31 ) , dadurch gekennzeichnε , daß sich an dεr Scheitelseite des rohrförmigen Dehnkörpers (13) (Fig.6) ein- oder mehrere Dehnbleche (43) 44) zwischen denεn sich die Dehnungsmeßstreifen (43) (44 )befinden, die in geεignεt gebogenεr Form mit in Axialrichtung verlaufender Dicke ausgestattεt sind,wobei an den unmittelbaren Seiten der Laserschweißnähte die Dicke dünn ausgeführt ist und nach Mitte zunimmt um stärkere radiale Umfangsdehnungen des Dehnkörpers (13) abzufangen.
3 )Vorrichtung nach Anspruch32 ) , dadurch gekennzεichnet , daß die Lammelenteile in und das Material des Dehnrohres (13) als Zuschnitt eines hochwertigen Federstahls vorbereitet werden und in einem einzelnen Arbeitsschritt in einer Form gepreßt werden, obei der Dehnkörper gleichzeitig in seine Form und Größe gerollt wird und die zwei verbleibenden Verbindungsstellen mittels Laserschweißung odεr Lötung verbunden werdεn.
35)Vorrichtung nach einen der Ansprüche30 ) bis 34 ), dadurch gekennzeichnet, daß die Endkanten (33) der V-Schenkel der Lammelenteile (28) (29) mit Falzen (31) (32) versehen sind.
6)Vorrichtung nach einen der Ansprüche25 ) bis 35. ) .dadurch gekennzeichnet , daß mehrerε Dehnungsmeßstreifenele entε (39-42) auf der Außenoberflächε des rohrförmigen Dehnkörpεrs (13) appliziert sind, welche mindestens einer Wheatstonε ' sehen Meßbrückε angehören.
37)Vorrichtung nach Anspruch 36 ) . dadurch gekennzeichnεt , daß mεhrεre Wheatstonε ' schε Meßbrücken (45-47) vorgesεhεn sind, wεlche die Dehnung des rohrförmigen Dehnkörpers (13) in tangentialer und/odεr axialer Richtung messen.
38.)Vorrichtung nach den Ansprüchen 36 ) ,37. ) , dadurch gekennzeichnet, daß die Wheatstonε ' schεn Mεßbrückεn in Dünnfilmtεchnik vεrschaltet auf einer Trägerfoliε gεfertigt sind, bzw. eine Ausführung mit Halbleiterdehnungssensorεn auch in piεzoelektrischer Art eingesetzt werdεn können.
39 Vorrichtung nach einεn der Ansprüche 2.5 bis 38.dadurch gεkεnnzeichnet ,daß die Wandstärke des Dehnkörpers (13) ungleich ausgebildet ist.
.40)?orrichtung nach Anspruch 39), dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Dehnkörpers (13) in Durchströmrichtung linear zunimmt.
41 Vorrichtung nach Anspruch 39 ) .dadurch gekεnnzεichnεt ,daß diε Wandstärkε dεs Dεhnkörpεrs (13) in Durchströmrichtung derartig nichtlinear zunimmt, daß das Ausgangssignal des Dehnungs- meßstreifens bzw. der Meßbrücke (39-43) einen linearεn Verlauf zur Strömungsgeschwindigkεit annimmt. -2-) orrichtung nach εinεn dεr Ansprüche25 ) Io -' ] . α uJ.h gekennzeichnεt ,daß die die Dehnungsmeßstreifεnεlε ente (39-42) mit Nadelimpulsen beaufschlagt sind.
43 Vorrichtung nach einen der Ansprüchε25. ) bis 42 ) , dadurch gekennzeichnεt , daß der Ausgang der Dehnungsmeßstreifenεlementε bzw. der Wheatstone ' sehen Meßbrückεn (45-47) übεr Pufferkondensatoren (51-53) gepuffert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 43 ), dadurch gekennzeichnet , daß die Pufferkondensatoren (51-53) in Serie geschaltet sind, wobei die Gesamtserienspannung als Maß für die Dehnung des rohrförmigεn Dehnkörpers (13) abgegriffen (54) ist.
45„ )Dehkörper zum Messen des Druckes eines fluidεn Mεdiums,mit zumindεst einem darauf angeordnεtεn Dεhnungsmεßstrεifεnelemεnt dadurch gekennzeichnet ,daß der Dehnkörper (13) rohrförmig aufgebaut und vom Medium axial durchströmt ist und zumindest einεn längsverlaufendεn Schlitz (26) aufweist ,der von einem dehnbarεn Balg (27) übεrspannt ist,wobεi in dεr Vorrichtung in εiner dem Fachmann hinreichend bekanntεn Art der Mediumfluß durch den Ringraum (18) unterbunden ist.
46 ;Dehnkörper nach Anspruch 45. ), dadurch gεkennzeichnεt ,daß dεr
Balg (27) aus εinem erstεn V-förmigen Lammelentεil (28) und zumindεst einem zweiten V-förmigen Lammelenteil (29) zusammengesetzt ist,wobei die Endkanten (35) der V-Schenkel des. ersten Lammelenteiles (28) mit den Rändern des Schlitzes (26) verbunden sind und der
V-Scheitεl des ersten Lammelenteilεs (28) in das Innere des
Dehnkörpers (13) weist, die jeweils einen Seitenkantεn (35) der V-Schenkel des zweiten Lammelentεiles (29) mit den jewεils εinεn Sεitεnkantεn (36) der V-Schenkel des ersten Lammelεnteiles (28) vεrbunden sind und der V-Scheitel (37) des zweitεn Lammelentεilεs (29) in das Innere des ersten Lammelenteilεs (28) weist, und die jeweils anderεn Seitenkantεn (38) dεr V-Schεnkεl dεs zwεitεn Lammelentεiles (29) untereinader verbunden sind.
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