EP0811147A1 - Device for measuring the flow rate of a fluid in a pipe - Google Patents
Device for measuring the flow rate of a fluid in a pipeInfo
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- G01P5/01—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using swirlflowmeter
Definitions
- the invention relates to a device with a vortex-producing disturbing body and a bending sensor assigned to it for measuring the flow rate and the flow rate of a fluid in a pipeline.
- Karman vortex counters Arrangements of the type mentioned in the introduction have become known under the term Karman vortex counters. These previously known arrangements have a vortex-producing disturbing body arranged in a flow channel. The vortices cause pressure fluctuations, the frequency of which is proportional to the flow rate of a fluid. The pressure fluctuations are recorded by a bending sensor, for example by a piezo element, and converted into an electrical signal, which can be evaluated accordingly to determine the flow rate.
- the interference body and the bending sensor are installed in a separate molded body, which is connected via connections between see two pipe parts is used. Subsequent installation, especially in the case of large nominal diameters, in an already installed pipeline is associated with great effort. In addition, the production of the shaped bodies with a built-in measuring arrangement is relatively expensive, especially with large nominal values, among other things also because different pipe connection principles and standards exist worldwide for metal and plastic pipe systems.
- the object of the invention is to create a simple and inexpensive device of the type mentioned at the outset, with which already installed piping systems can be retrofitted with a device for measuring the fluid flow rate and the fluid flow rate without great effort can.
- Figure 1 shows a cross section through a pipe with put on ter holder plate and clamp.
- Fig. 2 is a top view of the arrangement of Fig. 1 without instep bracket.
- a pipeline 10 for transporting liquid, steam or gas has an opening 12 which is circular in plan view, the inner edge surface 13 of which is flush with the inner wall 17 of a tubular receiving part 16.
- the tubular receiving part 16 is part of a holder plate 14 and serves to receive a cylindrical neck 19 of an insert part 18 which rests on the receiving part 16 with a flange ring 20 and is detachably fastened to it with screws 22.
- a fluid-tight connection results via an annular seal 24 lying between the receiving part 16 and the insert part 18.
- the interfering body 28 ends with its free end approximately in the middle of the pipeline 10
- the interfering body variant 28 'with a threaded part 30 penetrates the wall of the pipeline 10 and is fixed from the outside with a nut 32.
- a sealing ring 34 is provided for the fluid-tight passage.
- the electronics required for converting the mechanical vibrations generated at the bending sensor 26 into electrical signals is arranged in an electronics housing 36 which is attached to the insert part 18.
- brackets 44 the ends of which are provided with a thread 46, grip around the pipeline 10 and their ends are inserted into the elongated holes 40 or recesses 42.
- Clamping nuts 48 for bracing the brackets 44 with the holder plate 14 are screwed onto the terminal threaded parts 46 of the brackets 44.
- the inside 52 of the holder plate 14 lying on the pipeline 10 is adapted to the pipe curvature in such a way that after the holder plate 14 has been clamped on of the pipe surface.
- a measuring device 51 shown in FIG. 3 for determining the flow rate of a fluid in the pipeline 10 has a tubular part 53 which projects through the opening 12 into the interior of the pipeline 10, at one end of which a pipe section 54 is fixed, which is from the tubular part 53 protrudes at right angles and forms the L-shaped measuring device 51 with it.
- a piezo element 58 protrudes into the flow channel 56 formed by the pipe section 54 as a bending sensor.
- the piezo element 58 is inserted in a fluid-tight manner in a plastic sleeve 60 which, with a flange part 62 of a stop surface 64 in the tubular part 53, bears in a fluid-tight manner via an intermediate ring seal 66.
- the piezo element 58 is electrically connected to an electronic unit 68 arranged in the tubular part 53.
- An electrical connection cable 70 leading away from the electronics unit 68 serves on the one hand for the external power supply of the electronics unit and on the other hand for the forwarding of a sensor signal which is used, for example, as an oscillation frequency for determining the fluid flow rate.
- the central axis of the piezo element 58 lies in the axial direction y of the tubular part 53 and divides the flow channel 56 in the pipe section 54 into an inlet section a and an outlet section b for the fluid flowing through.
- the ratio a: b is, for example, 2: 1.
- an interference or vertebral body 72 is arranged upstream of the piezo element 58.
- the tubular part 53 of the measuring device 50 is attached to the flange ring 63 of the transition piece 65 plate 74 provided, which is releasably connected to the flange ring 63 via screws 76.
- the tubular part 53 inserted into the transition piece 65 lies against the inner wall 25 of the tubular connecting piece 27 in a fluid-tight manner via an intermediate ring seal 78.
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Abstract
In a device with a spoiler (72) generating an eddy and a deflection sensor (58) to measure the flow rate of a fluid in a pipe (10), the spoiler (72) and the deflection sensor (58) are fitted in a pipe section (54) secured at one end of a tubular component (53), projecting perpendicularly downwards therefrom to form an L-shaped measuring device and insertable into the pipe (10) through an aperture (12). The tubular component (53) is fitted on a securing plate (16) which can be fixed on the pipe (10) and provides a fluid-tight seal for the aperture (12) for inserting the pipe section (54) into the pipe (10). The flow rate measured in the pipe section can be easily scaled up to the large nominal diameter. The device is particularly suitable for subsequent fitting to existing pipework with large nominal diameters.
Description
Vorrichtung zur Messung der Durchflussmenge und der Durchflussge¬ schwindigkeit eines Fluides in einer RohrleitungDevice for measuring the flow rate and the flow rate of a fluid in a pipeline
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Wirbel erzeu¬ genden Störkörper und einem diesem zugeordneten Biegesensor zur Messung der Durchflussmenge und der Durchflussgeschwindigkeit ei¬ nes Fluides in einer Rohrleitung.The invention relates to a device with a vortex-producing disturbing body and a bending sensor assigned to it for measuring the flow rate and the flow rate of a fluid in a pipeline.
Anordnungen der eingangs erwähnten Art sind unter dem Begriff Karman'scher Wirbelzähler bekannt geworden. Diese vorbekannten Anordnungen weisen einen in einem Durchflusskanal angeordneten, Wirbel erzeugenden Störkörper auf. Die Wirbel bewirken Druck¬ schwankungen, deren Frequenz proportional zur Durchflussgeschwin¬ digkeit eines Fluides ist. Die Druckschwankungen werden von einem Biegesensor, beispielsweise von einem Piezoelement, aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches zur Bestim¬ mung der Durchflussmenge entsprechend ausgewertet werden kann.Arrangements of the type mentioned in the introduction have become known under the term Karman vortex counters. These previously known arrangements have a vortex-producing disturbing body arranged in a flow channel. The vortices cause pressure fluctuations, the frequency of which is proportional to the flow rate of a fluid. The pressure fluctuations are recorded by a bending sensor, for example by a piezo element, and converted into an electrical signal, which can be evaluated accordingly to determine the flow rate.
Bei bekannten Messanordnungen sind Störkörper und Biegesensor in einen separaten Formkörper eingebaut, der über Anschlüsse zwi-
sehen zwei Rohrleitungsteilen eingesetzt wird. Ein nachträglicher Einbau, insbesondere bei grossen Nennweiten, in eine bereits ver¬ legte Rohrleitung ist mit grossem Aufwand verbunden. Zudem ist die Herstellung der Formkörper mit eingebauter Messanordnung ins¬ besondere bei grossen Nennwerten verhältnismässig teuer, u.a. auch deshalb, weil bei Metall- und Kunststoffrohrleitungssystemen weltweit unterschiedliche Rohrverbindungsprinzipien und -normen existieren.In known measuring arrangements, the interference body and the bending sensor are installed in a separate molded body, which is connected via connections between see two pipe parts is used. Subsequent installation, especially in the case of large nominal diameters, in an already installed pipeline is associated with great effort. In addition, the production of the shaped bodies with a built-in measuring arrangement is relatively expensive, especially with large nominal values, among other things also because different pipe connection principles and standards exist worldwide for metal and plastic pipe systems.
Angesichts dieser Gegebenheiten ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung der eingangs erwähn¬ ten Art zu schaffen, mit welcher auch bereits verlegte Rohrlei¬ tungssysteme ohne grossen Aufwand mit einer Einrichtung zur Mes¬ sung der Fluiddurchflussmenge und der Fluiddurchflussgeschwindig- keit nachgerüstet werden können.In view of these circumstances, the object of the invention is to create a simple and inexpensive device of the type mentioned at the outset, with which already installed piping systems can be retrofitted with a device for measuring the fluid flow rate and the fluid flow rate without great effort can.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre in Anspruch 1 gelöst.This task is solved by the teaching in claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.Further advantageous configurations emerge from the dependent claims.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbespiel näher erläutert.A preferred exemplary embodiment is explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Rohrleitung mit aufgesetz ter Halterplatte und Spannbügel;Figure 1 shows a cross section through a pipe with put on ter holder plate and clamp.
Fig. 2 die Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 1 ohne Spann bügel.Fig. 2 is a top view of the arrangement of Fig. 1 without instep bracket.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Rohrleitung mit eingesetzter Messeinrichtung.
Eine Rohrleitung 10 zum Transport von Flüssigkeit, Dampf oder Gas weist eine in Draufsicht kreisrunde Oeffnung 12 auf, deren innere Randfläche 13 mit der Innenwandung 17 eines rohrförmigen Aufnah¬ meteils 16 fluchtet. Das rohrförmige Aufnahmeteil 16 ist Bestand¬ teil einer Halterplatte 14 und dient der Aufnahme eines zylindri¬ schen Stutzens 19 eines Einsatzteils 18, welches mit einem Flanschring 20 dem Aufnahmeteil 16 aufliegt und an diesem mit Schrauben 22 lösbar befestigt ist. Ueber eine zwischen Aufnahme¬ teil 16 und Einsatzteil 18 liegende Ringdichtung 24 ergibt sich eine fluiddichte Verbindung.3 shows a longitudinal section through a pipeline with the measuring device inserted. A pipeline 10 for transporting liquid, steam or gas has an opening 12 which is circular in plan view, the inner edge surface 13 of which is flush with the inner wall 17 of a tubular receiving part 16. The tubular receiving part 16 is part of a holder plate 14 and serves to receive a cylindrical neck 19 of an insert part 18 which rests on the receiving part 16 with a flange ring 20 and is detachably fastened to it with screws 22. A fluid-tight connection results via an annular seal 24 lying between the receiving part 16 and the insert part 18.
Am Einsatzteil 18 sind ein in das Innere der Rohrleitung 10 ge¬ richteter Biegesensor 26 sowie ein Störkörper 28 bzw. 28' festge¬ legt. Hierbei endet der Störkörper 28 mit seinem freien Ende etwa in der Mitte der Rohrleitung 10, wogegen die Störkörpervariante 28' mit einem Gewindeteil 30 die Wandung der Rohrleitung 10 durchdringt und von aussen mit einer Mutter 32 fixiert ist. Zur fluiddichten Durchführung ist ein Dichtungsring 34 vorgesehen.A bending sensor 26 directed into the interior of the pipeline 10 and a disturbing body 28 or 28 'are fixed on the insert part 18. Here, the interfering body 28 ends with its free end approximately in the middle of the pipeline 10, whereas the interfering body variant 28 'with a threaded part 30 penetrates the wall of the pipeline 10 and is fixed from the outside with a nut 32. A sealing ring 34 is provided for the fluid-tight passage.
Die zur Umsetzung der am Biegesensor 26 erzeugten mechanischen Schwingungen in elektrische Signale erforderliche Elektronik ist in einem dem Einsatzteil 18 aufgesetzten Elektronikgehäuse 36 an¬ geordnet.The electronics required for converting the mechanical vibrations generated at the bending sensor 26 into electrical signals is arranged in an electronics housing 36 which is attached to the insert part 18.
Zur Fixierung der sattelartig auf der Rohrleitung 10 aufliegenden Halterplatte 14 sind an dieser seitlich abragende Stege 38 mit Langlöchern 40 bzw. Ausnehmungen 42 angeformt. Zwei Bügel 44, de¬ ren Enden mit einem Gewinde 46 versehen sind, umgreifen die Rohr¬ leitung 10 und sind mit ihren Enden in die Langlöcher 40 bzw. Ausnehmungen 42 eingesetzt. Auf den endständigen Gewindeteilen 46 der Bügel 44 sind Spannmuttern 48 zum Verspannen der Bügel 44 mit der Halterplatte 14 aufgeschraubt.To fix the saddle-like support plate 14 resting on the pipeline 10, laterally projecting webs 38 with elongated holes 40 or recesses 42 are formed thereon. Two brackets 44, the ends of which are provided with a thread 46, grip around the pipeline 10 and their ends are inserted into the elongated holes 40 or recesses 42. Clamping nuts 48 for bracing the brackets 44 with the holder plate 14 are screwed onto the terminal threaded parts 46 of the brackets 44.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die der Rohrleitung 10 auflie¬ gende Innenseite 52 der Halterplatte 14 der Rohrkrümmung derart angepasst ist, dass sie nach dem Aufspannen der Halterplatte 14
der Rohroberfläche anliegt. An der Innenseite 44 der Halterplatte 14 ist zusätzlich eine Aufnahmenut 50 für eine die Oeffnung 12 der Rohrleitung 10 umlaufende und gegen die Rohrleitung 10 an¬ pressbare Dichtung angeordnet.It can be seen from FIG. 1 that the inside 52 of the holder plate 14 lying on the pipeline 10 is adapted to the pipe curvature in such a way that after the holder plate 14 has been clamped on of the pipe surface. On the inside 44 of the holder plate 14 there is additionally a receiving groove 50 for a seal that runs around the opening 12 of the pipeline 10 and can be pressed against the pipeline 10.
Eine in Fig. 3 dargestellte Messeinrichtung 51 zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit eines Fluides in der Rohrleitung 10 weist einen durch die Oeffnung 12 in das Innere der Rohrleitung 10 einragenden rohrförmigen Teil 53 auf, an dessen einem Ende ein Rohrstück 54 festgelegt ist, welches vom rohrförmigen Teil 53 rechtwinklig abragt und mit diesem die L-förmige Messeinrichtung 51 bildet.A measuring device 51 shown in FIG. 3 for determining the flow rate of a fluid in the pipeline 10 has a tubular part 53 which projects through the opening 12 into the interior of the pipeline 10, at one end of which a pipe section 54 is fixed, which is from the tubular part 53 protrudes at right angles and forms the L-shaped measuring device 51 with it.
In den durch das Rohrstück 54 gebildeten Durchflusskanal 56 ragt ein Piezoelement 58 als Biegesensor ein. Das Piezoelement 58 ist fluiddicht in eine Kunststoffhülle 60 eingesetzt, die mit einem Flanschteil 62 einer Anschlagfläche 64 im rohrförmigen Teil 53 über eine zwischenliegende Ringdichtung 66 fluiddicht anliegt. Das Piezoelement 58 ist mit einer im rohrförmigen Teil 53 ange¬ ordneten Elektronikeinheit 68 elektrisch verbunden. Ein von der Elektronikeinheit 68 wegführendes elektrisches Anschlusskabel 70 dient einerseits zur externen Stromversorgung der Elektronik¬ einheit und andererseits zur Weiterleitung eines Sensorsignals, welches beispielsweise als Schwingungsfrequenz zur Ermittlung der Fluiddurchflussgeschwindigkeit dient.A piezo element 58 protrudes into the flow channel 56 formed by the pipe section 54 as a bending sensor. The piezo element 58 is inserted in a fluid-tight manner in a plastic sleeve 60 which, with a flange part 62 of a stop surface 64 in the tubular part 53, bears in a fluid-tight manner via an intermediate ring seal 66. The piezo element 58 is electrically connected to an electronic unit 68 arranged in the tubular part 53. An electrical connection cable 70 leading away from the electronics unit 68 serves on the one hand for the external power supply of the electronics unit and on the other hand for the forwarding of a sensor signal which is used, for example, as an oscillation frequency for determining the fluid flow rate.
Die Mittelachse des Piezoelementes 58 liegt in der Achsenrichtung y des rohrförmigen Teils 53 und teilt den Durchflusskanal 56 im Rohrstück 54 in eine Einlaufstrecke a und eine Auslaufstrecke b für das durchfliessende Fluid. Das Verhältnis a:b beträgt bei¬ spielsweise 2:1. Im Durchflusskanal 56 mit der Fluidströmungs- richtung x ist stromaufwärts zum Piezoelement 58 ein Stör- bzw. Wirbelkörper 72 angeordnet.The central axis of the piezo element 58 lies in the axial direction y of the tubular part 53 and divides the flow channel 56 in the pipe section 54 into an inlet section a and an outlet section b for the fluid flowing through. The ratio a: b is, for example, 2: 1. In the flow channel 56 with the fluid flow direction x, an interference or vertebral body 72 is arranged upstream of the piezo element 58.
Der rohrförmige Teil 53 der Messeinrichtung 50 ist mit einer dem Flanschring 63 des Uebergangsstücks 65 aufliegenden Befestigungs-
platte 74 versehen, welche über Schrauben 76 lösbar mit dem Flanschring 63 verbunden ist. Das in das Uebergangsstück 65 ein¬ gesetzte rohrförmige Teil 53 liegt der Innenwandung 25 des rohr¬ förmigen Stutzens 27 über eine zwischenliegende Ringdichtung 78 fluiddicht an.
The tubular part 53 of the measuring device 50 is attached to the flange ring 63 of the transition piece 65 plate 74 provided, which is releasably connected to the flange ring 63 via screws 76. The tubular part 53 inserted into the transition piece 65 lies against the inner wall 25 of the tubular connecting piece 27 in a fluid-tight manner via an intermediate ring seal 78.
Claims
1. Vorrichtung mit einem Wirbel erzeugenden Störkörper (28) und einem diesem zugeordneten Biegesensor (26) zur Messung der Durchflussmenge eines Fluides in einer Rohrleitung (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Störkörper (28) und der Biegesensor (58) in einem an einem Ende eines rohrför¬ migen Teils (52) festgelegten und von diesem unter Bildung einer L-förmigen Messeinrichtung (51) rechtwinklig abragen¬ den, über eine Oeffnung (12) in die Rohrleitung (10) ein¬ führbaren Rohrstück (54) angeordnet sind und dass der Stör¬ körper (28) und der Biegesensor (58) auf einem an einer Halterplatte (14) auswechselbar festgelegten Einsatzteil1. Device with a vortex-producing disturbing body (28) and a bending sensor (26) associated therewith for measuring the flow rate of a fluid in a pipeline (10), characterized in that the disturbing body (28) and the bending sensor (58) in one one end of a tubular part (52), which protrudes at a right angle from it to form an L-shaped measuring device (51) and which can be inserted into the pipeline (10) via an opening (12) and which can be inserted into the pipeline (10) and that the disruptive body (28) and the bending sensor (58) are mounted on an insert part which is interchangeably fixed on a holder plate (14)
(18) montiert sind und die an der Rohrleitung (10) festleg¬ bare Halterplatte (14) eine zur Einführung des Einsatzteils (18) in der Rohrleitung (10) vorgesehene Oeffnung (12) fluiddicht verschiesst.(18) are mounted and the holder plate (14) which can be fixed on the pipe (10) closes an opening (12) provided for the insertion of the insert part (18) in the pipe (10) in a fluid-tight manner.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterplatte (14) mittels wenigstens eines die Rohrlei¬ tung (10) umgreifenden Bügels (44) auf die Rohrleitung (10) aufspannbar ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the holder plate (14) can be clamped onto the pipeline (10) by means of at least one bracket (44) encompassing the pipeline (10).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterplatte (14) sattelartig an die Rohrleitung3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the holder plate (14) saddle-like to the pipeline
(10) anlegbar ist.(10) can be created.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Halterplatte (14) seitlich Stege (38) zur Ver¬ ankerung der Bügel (44) abragen.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that from the holder plate (14) laterally webs (38) for anchoring the bracket (44) protrude.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bügel (44) an ihren Enden ein frei in Ausnehmungen (40,42) der Stege (38) einschiebbares Gewinde (46) aufwei¬ sen und die Bügel (44) über auf die Gewinde (46) aufge¬ setzte Spannmuttern (48) gegen die Stege (38) verspannbar sind.5. The device according to claim 4, characterized in that the brackets (44) have at their ends a freely insertable into recesses (40, 42) of the webs (38) thread (46) and the brackets (44) on the Threads (46) fitted clamping nuts (48) can be clamped against the webs (38).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Einsatzteil (18) einen Stutzen (19) aufweist, der in ein rohrförmiges Aufnahmeteil (16) der Halterplatte (14) einschiebbar ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the insert part (18) has a socket (19) which can be inserted into a tubular receiving part (16) of the holder plate (14).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass an der Halterplatte (14) eine Aufnahme- nut (50) für eine die Oeffnung (12) der Rohrleitung (10) umlaufende und gegen die Rohrleitung (10) anpressbare Dich¬ tung angeordnet ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that on the holder plate (14) has a receiving groove (50) for an opening (12) of the pipe (10) encircling and against the pipe (10) compressible seal is arranged.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegesensor (58) in Achsenrichtung (y) des rohrförmigen Teils (53) liegt und von diesem in das Rohrstück (54) ein¬ ragt.8. The device according to claim 1, characterized in that the bending sensor (58) lies in the axial direction (y) of the tubular part (53) and protrudes therefrom into the pipe section (54).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegesensor (58) das Rohrstück (54) in eine Einlauf- strecke (a) und in eine Auslaufstrecke (b) für das durch¬ strömende Fluid unterteilt, wobei die Einlaufstrecke (a) grosser ist als die Auslaufstrecke (b) . 9. The device according to claim 8, characterized in that the bending sensor (58) divides the pipe section (54) into an inlet section (a) and an outlet section (b) for the fluid flowing through, the inlet section (a) is larger than the outlet section (b).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Einlaufstrecke (a) zur Auslaufstrecke (b) 1,5:1 bis 4:1, vorzugsweise etwa 2:1 beträgt. 10. The device according to claim 9, characterized in that the ratio of the inlet section (a) to the outlet section (b) is 1.5: 1 to 4: 1, preferably about 2: 1.
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