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Die Erfindung betrifft ein Durchflussmengen-Messgerät für Gase, mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter, in dem unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eine Zuleitung für den zu messenden Gasstrom ausmündet, womit aus den aufsteigenden Gasblasen die Durchflussmenge ermittelbar ist.
Für die Durchflussmengenmessung von Gasen, und dabei insbesonders von Luft, sind verschiedene Massnahmen bekannt, wie beispielsweise die Differenzdruckmessung an einer Blende, die Drehzahlmessung an einer Messturbine, das Hitzdrahtmessverfahren mit einer Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen unbewegtem und bewegtem Gasstrom, oder die Messung mittels eines sogenannten Konus-Rohres, bei dem in einem senkrechten, von Luft bzw. Gas durchströmten Rohr sich ein konisch geformter Körper bzw. eine Kugel befindet, wobei der Gasstrom diesen Körper gegen die Erdanziehung anhebt und die sich einstellende Schwebehöhe des Körpers im Rohr ein Mass für die Durchflussmenge ist.
Weiters ist auch bekannt, in einer sogenannten pneumatische Wanne entstehende Luftblasen, die an einer Zuleitung für den zu messenden Gasstrom unterhalb des Flüssigkeitsspiegels austreten und nach oben in die Atmosphäre abströmen, die Anzahl der Luft- bzw. Gasblasen pro Zeiteinheit manuell zu erfassen und daraus zusammen mit der geschätzten Blasengrösse die Durchflussmenge zu bestimmen.
Schwierigkeiten treten bei allen genannten bekannten Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen insbesonders in Zusammenhang mit Druckstössen, sowie Schmutz bzw. Feuchtigkeit auf. Kleinste Durchflussmengen lassen sich einigermassen genau nur durch das erwähnte Blasenzählen oder mit einem entsprechend empfindlichen Konus-Rohr ermitteln, wobei in beiden Fällen einerseits systembedingte Unsicherheiten verbleiben und andererseits die manuelle Ablesung bzw. Auswertung zusätzliche Fehlerquellen in sich birgt. Auch ist mit praktisch allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur eine Durchflussmessung auf niedrigem Druckniveau möglich, da ansonsten eine Zerstörung der Messgeräte zu befürchten ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Durchflussmengen-Messgerät der genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der bekannten derartigen Messgeräte vermieden werden und dass insbesonders mit einfachen Mitteln empfindliche Messungen bedarfsweise auch bei kleinen Durchflussmengen pro Zeiteinheit möglich sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Messgerät der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass über der Ausmündung der Zuleitung eine Detektionseinheit für die Gasblasen angeordnet und mit einer Auswerteeinheit zur Feststellung von Grösse und Anzahl von Gasblasen pro Zeiteinheit sowie daraus resultierender Durchflussmenge pro Zeiteinheit verbunden ist. Über die Zuleitung bzw. deren Ausmündung wird also auch hier der zu messende Gasstrom in einen Behälter mit Flüssigkeit geführt, womit an der Ausmündung der Zuleitung Gasblasen entstehen.
Diese steigen nach oben und passieren die Detektionseinheit, die auf verschiedene geeignete Weise aufgebaut sein kann, um unter Ausnutzung der bestehenden physikalischen Unterschiede zwischen den Gasblasen einerseits und der umgebenden Flüssigkeit andererseits eine Feststellung von Grösse und Anzahl an Gasblasen pro Zeiteinheit im Zusammenhang mit der Auswerteeinheit zu ermöglichen. Aus diesen Daten kann dann sehr einfach und genau die Durchflussmenge-an Gas pro Zeiteinheit bestimmt werden, was auch bei kleinsten nachzuweisenden Durchflussmengen eine nur durch die Detektionseinheit begrenzte Genauigkeit ermöglicht.
Als Detektionseinheit bzw. Kombination von Detektionseinheit und Auswerteeinheit kommen beispielsweise Videoprozessoren mit entsprechenden Optiken oder Kapazitäts-Messgeräte, welche die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten von Gas und Flüssigkeit auswerten, oder ähnliches in Frage. Besonders bewährt hat sich aber eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gemäss welcher die Detektionseinheit zumindest zwei im Wege der aufsteigenden Gasblasen nacheinander angeordnete Lichtschranken aufweist.
Mit dieser einfachen Ausbildung lassen sich über die Länge und den Durchmesser der
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aufsteigenden Gasblasen deren Volumen sowie weiters natürlich die Blasenanzahl pro Zeiteinheit elektronisch ermitteln, womit in weiterer Folge in der angeschlossenen Auswerteeinheit sehr einfach und präzise die Durchflussmenge pro Zeiteinheit bestimmt werden kann.
Die Lichtschranken sind in bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung an der Aussenseite eines zumindest im Bereich der Lichtschranken durchsichtigen Führungskanals mit bekanntem Querschnitt für die aufsteigenden Gasblasen angeordnet. Damit kann sehr einfach sichergestellt werden, dass alle aus der Zuleitung in die Flüssigkeit austretenden Gasblasen auch tatsächlich den Messbereich der Lichtschranken passieren, womit das Messergebnis nicht durch Ausreisser in der Genauigkeit beeinträchtigt werden kann.
Im letztgenannten Zusammenhang sehr vorteilhaft ist eine weitere Ausbildung der Erfindung, gemäss welcher der Führungskanal an seiner der Ausmündung der Zuleitung zugewandten Unterseite eine trichterförmige Einlassöffnung aufweist. Damit können die beispielsweise bei grösseren zu messenden Durchflussmengen sich über einen weiteren Austrittsbereich verstreuenden Gasblasen sicher dem Messbereich der Lichtschranken zugeführt werden.
Die beiden Lichtschranken sind nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zur Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung mit entgegengesetzter Leuchtrichtung angeordnet.
Die Querschnittsfläche des Führungskanals entspricht nach einer weiters bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zumindest im Bereich der Lichtschranken dem mittleren Blasenquerschnitt, womit bei der Auswertung einfach von der festgestellten Blasenlänge auf das Blasenvolumen geschlossen werden kann.
Der flüssigkeitsgefüllte Behälter kann nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung druckdicht ausgeführt werden, wobei in der Zuleitung zur Ausmündung ein Rückschlagventil zur Verhinderung einer Flüssigkeitsrücksaugung angeordnet ist. Damit kann die Durchflussmengenmessung nach der vorliegenden Erfindung auf relativ beliebigem Druckniveau durchgeführt
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werden, welches im wesentlichen lediglich durch die Druckfestigkeit des Behälters begrenzt ist.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Durchflussmengen-Messgerät und Fig. 2 ein Schaltbild einer zugehörigen Auswerteeinheit.
Das Durchflussmengen-Messgerät nach Fig. 1 weist einen flüssigkeitsgefüllten Behälter 1 auf, in dem unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 2 eine Zuleitung 3 für den über eine Anschlussleitung 4 zuströmenden Gasstrom ausmündet, womit aus den aufsteigenden Gasblasen 5 die Durchflussmenge des zugeführten Gasstroms ermittelbar ist. Über der Ausmündung 6 der Zuleitung 3 ist eine Detektionseinheit 7 für die Gasblasen 5 angeordnet und auf hier nicht dargestellte Weise mit der in Fig. 2 schematisch dargestellten Auswerteeinheit 8 zur Feststellung von Grösse und Anzahl von Gasblasen pro Zeiteinheit sowie daraus resultierender Durchflussmenge pro Zeiteinheit verbunden.
Die Detektionseinheit 7 weist hier zwei im Weg der aufsteigenden Gasblasen 5 nacheinander angeordnete Lichtschranken 9 auf, die zur Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung mit entgegengesetzter Leuchtrichtung an der Aussenseite eines zumindest im Bereich der Lichtschranken 9 durchsichtigen Führungskanals 10 mit bekanntem Querschnitt für die aufsteigenden Gasblasen 5 angeordnet sind. Der Führungskanal 10 weist an seiner der Ausmündung 6 der Zuleitung 3 zugewandten Unterseite eine trichterförmige Einlassöffnung 11 auf, damit alle aus der Ausmündung 6 austretenden Gasblasen 5 auch sicher den Messbereich zwischen den Lichtschranken 9 passieren müssen.
Die Querschnittsfläche des Führungskanals 10 (der hier kreisförmig mit Durchmesser d ausgebildet ist) entspricht zumindest im Bereich der Lichtschranken 9 bzw. der Detektionseinheit 7 dem mittleren Blasenquerschnitt, womit allein über die durch die Lichtschranken 9 feststellbare Länge der Blasen 5 auf deren Volumen geschlossen werden kann.
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Der flüssigkeitsgefüllte Behälter 1 ist bis auf die Einmündung 12 der Zuleitung 3 sowie den Austritt 13 abgeschlossen und druckdicht ausgeführt, wobei zur Verhinderung einer Flüssigkeitsrücksaugung in die Anschlussleitung 4 ein Rückschlagventil 14 vorgesehen ist.
Anhand von Fig. 2 bzw. der darin dargestellten Auswerteeinheit wird im folgenden die Funktion des Messgerätes insgesamt näher erläutert.
Bei entsprechender Verstärkung der von den Lichtschranken 9 gelieferten elektrischen Messsignale entstehen beim Aufsteigen von Blasen 5 durch den Führungskanal 10 rechteckförmige Impulse, die in Fig. 2 mit SI und s angedeutet sind. In einem die Auswerteeinheit 8 beispielsweise praktisch realisierenden Mikroprozessor wird die Auswertung dieser Impulse SI und S2 übernommen. Als erstes wird die Zeit tl bestimmt, die eine einzelne Gasblase 5 auf dem Weg s von der unteren Lichtschranke 9 zur oberen Lichtschranke 9 (Fig. 1) benötigt. Durch Kehrwertbildung und Multiplikation mit dem Lichtschrankenabstand s resultiert daraus die Geschwindigkeit v. Diese wird mit der Dauer t des Impulses s multipliziert, woraus die Gasblasenlänge 1
EMI5.1
erhält.
Die Ausgabe dieses Wertes an andere hier nicht dargestellte angeschlossene Systeme kann beispielsweise über den seriellen Ausgang 15 erfolgen.
Auf die beschriebene Weise können kleinste Durchflussmengen auch unter beispielsweise 20 ml/min gemessen werden. Je länger die Messzeit ist, desto geringere Durchflussmengenwerte lassen sich erfassen. Die Messung ist dabei sowohl auf hohem als auch auf niedrigem Druckniveau möglich, wobei der zulässige Maximaldruck nur von der Druckbeständigkeit des Behälters 1 abhängt. Das Messgerät insgesamt ist gegen Druckstösse, zu grosse Durchflussmengen, feuchte oder leicht verschmutzte Gase usw. unempfindlich. Da die
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Detektierung auf optischem Weg erfolgt sind keine beweglichen Teile notwendig, was Genauigkeit der Messung über lange Zeit sicherstellt. Da aus der Geometrie der Messanordnung auf einfachste Weise auf die Durchflussmenge geschlossen wird, ist auch keine Linearisierung bzw. Eichkurve oder dgl. nötig.
Da weiters die Anzahl der Blasen pro Zeiteinheit und deren Grösse ermittelt wird ist die Messung wesentlich genauer als das bekannte manuelle Blasenzählen, bei dem das jeweilige Blasenvolumen unberücksichtigt bleibt.