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Automatischer Verbrauchsmesser für Flüssigkeiten
Es sind Verbrauchsmesser für Flüssigkeiten, insbesondere zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauches von Motoren auf Prüfständen, bekannt, bei welchen der durch ein vertikal angeordnetes Glasrohr bestimmten Querschnittes fliessende Kraftstoff durch in der Strömungsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Lichtschranken gemessen wird, die je aus einer Lampe und einer Photozelle bestehen, deren Stromimpuls beim Durchfliessen der betreffenden Flüssigkeitsniveaustelle einen Zeitmesser beeinflussen und durch geeignete Übertragung der Zeitdauer des Durchströmens des Kraftstoffes zwischen den Lichtschranken die Verbrauchsmessung bewirken.
Diese Verbrauchsmesser ergeben ungenaue Messergebnisse bei Flüssigkeiten unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit und bei einer Verkrustung an den der Photozelle und der Lampe gegenüberliegenden Stellen des als Messbehälter wirkenden Glasrohres. Der in der Photozelle erzeugte Strom ist von der Intensität des auftreffenden Lichtes abhängig. Der durch Transistor oder Röhren verstärkte Zellenstrom benötigt für die Betätigung des Schaltrelais eine Mindestenergie, die bei trüber Messflüssigkeit unter Umständen gar nicht erreicht wird. Besonders bei Flüssigkeiten mit stark viskoser Eigenschaft können die oft unvermeidbaren mikroskopisch kleinen Luftblasen zu einer Trübung der Flüssigkeit und zu einer Diffusion des Lichtbündels führen.
Es ist ferner bei Flüssigkeitsbehältern bekannt, den darin gewünschten Flüssigkeitsspiegel durch eine Photozelle und eine Glühlampe zu kontrollieren, die symmetrisch zur Mittelachse des Behälters im spitzen Winkel zum Flüssigkeitsspiegel in Rohrstutzen angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft einen automatischen Verbrauchsmesser für Flüssigkeiten, z. B. zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauches von Verbrennungsmotoren, Heizgeräten u. dgl., unter Verwendung mindestens einer durch Lichtstrahlen auf eine Flüssigkeitsniveaustelle eines Messgefässes ansprechenden Photozelle, deren Stromimpulse über einen Verstärker auf einen Zeitmesser übertragen werden, und bezweckt, die angeführten Nachteile der bekannten Verbrauchsmesser zu vermeiden.
Im wesentlichen besteht die Erfindung darin, dass dem Messgefäss ein durch ein beim Einschalten des Messvorganges durch einen Elektromagnet gesteuertes Ventil abschliessbarer, gemeinsam mit dem Messgefäss in der Durchflussleitung der Flüssigkeit liegender, während des Messvorganges die Flüssigkeit speichernder Ausgleichsbehälter vorgeschaltet ist, dessen oberer Teil mit dem Messgefäss vorzugsweise über den hohlen Schaft des Ventils in Lüftungsverbindung steht, wobei das Luftvolumen des Ausgleichsbehälters grösser als das Volumen des Messraumes ist, und dass hinter dem Messgefäss eine als Photokopf ausgebildete Signalvorrichtung vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise aus zwei symmetrisch zur Mittelachse des Messgefässes und im spitzen Winkel zur Durchflussrichtung der zu messenden Flüssigkeit angeordnete, die Photozelle bzw.
die Glühlampe enthaltende Rohrstutzen besteht, die in den Verbrauchsmesser einmünden, wobei die von der Glühlampe ausgehenden, auf einen Lichtpunkt gesammelten Lichtstrahlen durch den absinkenden Flüssigkeitsspiegel beim unteren Messpegel unmittelbar zur Photozelle reflektiert werden.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Messgenauigkeit noch gesteigert werden, wenn der obere Messpegel am oberen Ende des Messgefässes durch eine weitere als Photokopf ausgebildete Lichtsignalvorrichtung an sich bekannter Ausbildung festgelegt ist. Bei einer bevorzugten Bauart ist der Schaft mit einem
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bei Betätigung einer Drucktaste den Flüssigkeitszufluss zum Messgefäss durch Schliessen des Ventils unterbricht, wobei gleichzeitig ein Stromkreis sich schliesst, in dem in an sich bekannter Weise ein Relais im Verstärker zur Betätigung des Zeitmessers sowie die Photozelle und die Glühlampe liegen. Die Pole des Magnetsystems ragen durch den Deckel des Ausgleichbehälters in diesen hinein und das Poljoch ist mit
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chen des Flüssigkeitszuflusses zum Messbehälter begünstigt wird.
Eine Vereinfachung des Zusammenbaues des Verbrauchsmessers wird erreicht, wenn der Ausgleichs-
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einem Einlaufstutzen, dem Ablassventil und einem den Anschluss des Messgefässes dienenden Stutzen versehenen Boden und einem Glaszylinder besteht, wobei der Boden und der Deckel samt Glaszylinder durch Schrauben dicht zusammengehalten sind.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf bauliche Ausgestaltungen des Verbrauchsmessers.
Bei der Ausbildung des Verbrauchsmessers gemäss der Erfindung erfolgt die Abtastung des Flüssigkeitsspiegels durch die Reflektion der durch eine Linse mit kurzer Brennweite zu einem Punkt gebündelten Lichtstrahlen, die in einem bestimmten Winkel zur Durchflussrichtung der zu messenden Flüssigkeit auf den Flüssigkeitsspiegel im Messpegel treffen, von wo sie auf die Photozelle reflektiert werden, deren
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strahles auf die Photozelle nur erfolgt, wenn der Flüssigkeitsspiegel sich genau im Schnittpunkt der beiden optischen Achsen der Lichtstrahlen zwischen Glühlampe und Photozelle sowie der Längsachse des Messgefässes befindet, wird die Messgenauigkeit des Verbrauchsmessers nach der Erfindung gegenüber den bekannten Geräten wesentlich erhöht, wobei es für das Messergebnis gleichgültig ist,
ob die Flüssigkeit trüb, gefärbt oder farblos ist und gegebenenfalls Luft- oder Gasbläschen in ihr eingeschlossen sind.
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weisen Ausführungsformen in Längsschnitten dargestellt, u. zw. zeigt Fig. l ein Messgerät mit einem Photokopf und Fig. 2 ein Messgerät mit zwei Photoköpfen und einem Auslauftopf.
Der Verbrauchsmesser nach Fig. l besteht aus einem Ausgleichsbehälter 1, einem zylindrischen Messgefäss 2 und einem Photokopf 3, der als Signalvorrichtung ausgebildet ist. Der Ausgleichsbehälter 1 ist dem Messgefäss 2 vorgeschaltet und durch einen Deckel 4 abgeschlossen, auf dem ein Elektromagnet 5 angeordnet ist, der mit seinen beiden Polen 6 dicht durch den Deckel 4 in das Behälterinnere ragt. In Löchern der Pole 6 führen sich Stifte 7 eines Poljoches 8, in das ein hohler Schaft 9 eingesetzt ist, der bis zum Boden des Ausgleichsbehälters l reicht und dort einen Ventilteller 10 trägt. Im Boden 13 des Ausgleichsbehälters 1 ist ein Ventilsitz 11 vorgesehen, gegen den sich der Ventilteller 10 abstützt.
Im Boden des Ausgleichsbehälters ist ein Zulaufrohr 12 der Durchflussleitung für die zu messende Flüssigkeit vorgesehen, die während des Messvorganges in dem dem Messgefäss 2 vorgeschalteten Ausgleichsbehälter 1 gespeichert wird, dessen oberer Teil mit dem Messgefäss 2 über den hohlen Schaft 9 des Ventils 10, 11 in Lüftungsverbindung steht. Das Luftvolumen des Ausgleichsbehälters 1 ist dabei grösser als jenes des Messraumes des Messgefässes 2. Im Deckel 4 ist ein Belüftungsventil 14 eingeschraubt, das die Einstellung des Flüssigkeitsspiegels im unteren Teil des Behälters auf eine be-
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Zwischen dem Deckel 4 und dem Boden 13 des Ausgleichsbehälters 1 ist mittels Schrauben 16 ein Glaszylinder 17 dicht eingespannt.
Bei Durchfluss des elektischen Stromes durch den Elektromagnet 5 wird das durch die Stifte 7 geführte Poljoch 8 von den Magnetpolen 6 angehoben und der Ventilteller 10 durch den Ventilschaft 9 dicht gegen den Ventilsitz 11 gezogen. Der Inhalt des Messgefässes 2 zwischen dem Ausgleichsbehälter 1 und dem Photokopf 3 ist auf ein vorbestimmtes Volumen abgestellt.
Die als Photokopf 3 ausgebildete Signalvorrichtung ist im unteren Teil des Messgefässes 2 dicht eingeschraubt und weist zwei zur Durchflussrichtung der Flüssigkeit im spitzen Winkel angeordnete Rohrstutzen 18 auf, die in den Verbrauchsmesser einmünden. In den einen RoLrstutzen 18 ist die Fassung
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eine Glühlampeeinschraubbar. Die Fassung 19a ist für die Aufnahme einer Linse 21 zweiteilig ausgebildet. Der Glühlampe 19 ist die Linse 21 vorgeschaltet, welche die von der Lampe 19 ausgehenden Lichtstrahlen zu einem Lichtpunkt 22 sammelt, der in die Längsachse des Messgefässes 2 fällt.
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der während des Messvorganges absinkende Flüssigkeitsspiegelwird der gebündelte Lichtstrahl in die Photozelle 20 reflektiert.
Am unteren Ende des Photokopfes 3 befindet sich der Auslaufstutzen 24 der Durchflussleitung der Flüssigkeit, der z. B. mit der Kraftstoff-
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leitung zu einem Verbrennungsmotor verbunden ist.
Der Leitungsanschluss 25 der Lampe 19 und der Leitungsanschluss 26 des Elektromagneten 5 führen über einen VerstärKer zu einer Betätigungstaste, die gleichzeitig mit einer Stoppuhr verbunden ist.
Die elektrische Leitung 27 der Photozelle 20 führt über den Verstärker zur Schaltautomatik, die das Abschalten der Stromzufuhr zu den Leitungsanschlüssen 25 und 26 bewirkt.
Die Arbeitsweise des automatischen Verbrauchsmessers mit einem Photokopf nach Fig. l, z. B. zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauches von Verbrennungsmotoren, ist folgende :
Durch den in die Kraftstoffleitung vom Tank zum Verbrennungsmotor eingebauten automatischen Verbrauchsmesser fliesst der für die Prüfung des Motors benötigte Kraftstoff ungehindert hindurch. Durch das Belüftungsventil 14 wird der Brennstoffspiegel im Ausgleichsbehälter auf die Füllmarke 15 eingestellt. Zur Messung wird der Verbrauchsmesser durch das Niederdrücken der Betätigungstaste gestartet.
Durch Schliessen eines Kontaktpaares spricht ein Relais im Verstärker an, das einen kurzen Stromimpuls über die elektrische Verbindung zur Stoppuhr sendet und diese in Betrieb setzt, wooei eine weitere Beeinflussung der Stoppuhr bis zum Ende der Messung ausgeschlossen wird. Gleichzeitig werden auch die Stromkreise für die Glühlampe 19 im Photokopf 3 und für den Elektromagnet 5 geschlossen und die Photozelle 20 über die elektrische Leitung 27 mit dem Verstärker verbunden.
Der Fluss des Kraftstoffes wird durch den vom Elektromagnet 5 bewirkten plötzlichen Verschluss des Ventils 10 unterbrochen, wobei der im Messgefäss befindliche Kraftstoff langsam durch den Auslaufstutzen 24 zum Motor abfliesst. Die zum Absinken des Kraftstoffes erforderliche Luft dringt durch den hohlen Schaft 9 aus dem Ausgleichsbehälter 1 in das Messgefäss 2 nach. Für das in das Mess-
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den Ausgleichs behälter l nach. Da das Luftvolumen des Ausgleichsbehälters l grösser als das Vo-obere Öffnung des hohlen Schaftes 9 nicht erreichen, so dass die4 Luftzufuhr zum Messgefäss 2 sichergestellt ist.
Der absinkende Kraftstoffspiegel im Messgefäss 2 erreicht schliesslich die Stelle, wo die zum Licht- punkt 22 gebünderlten Lichtstrahlen der Glühlampe 19 auf den Kraftstoffspiegel 23 auftreffen und durch ihre Reflektion auf die Photozelle 20 fallen, die praktisch ohne Verzögerung einen geringen Strom über die elektrische Leitung 27 zum Verstärker sendet.
Dieser Stromimpuls bewirkt über den Verstärker die Betatigung eines Relais, das den Elektromagnet
5 und die Glühlampe durch Unterbrechung der Stromzufuhr zu den Leitungsanschlüssen 25 und 26 abschaltet und die Stoppuhr anhält. Der stromlose Elektromagnet 5 lässt das Poljoch 8 abfallen und verursacht hiedurch ein Öffnen des Ventils 10,11, welches den im Ausgleichsbehälter 1 gestauten Kraftstoff in das Messgefäss 2 abfliessen lässt und dieses wieder füllt. Die aus dem Messgefäss 2 verdrängte Luft gelangt durch den hohlen Schaft 9 wieder in den Ausgleichsbehälter 1 zurück. Der automatische Verbrauchsmesser ist damit wieder betriebsbereit. Die Arbeitsweise des Verbrauchsmessers gewährleistet also einen ununterbrochenen Kraftstoffzufluss zum Motor.
Die Zeit, die der Kraftstoff vom Augenblick des Schliessens des Ventils 10,11 bis zum Erreichen des Lichtpunktes 22 im Messgefäss 2 benötigt, ist von der Stoppuhr ablesbar. An Hand der Eichliste kann augenblicklich der Stunden-oder Minutenverbrauch an Kraftstoff für den zu prüfenden Motor abgelesen werden. Es ist aber auch möglich, das Zifferblatt der Stoppuhr mit den der Zeit entsprechenden Verbrauchszahlen zu versehen, so dass der Kraftstoffverbrauch unmittelbar von der Stoppuhr abgelesen werden kann.
Bei der Ausführungsform des Messgerätes mit zwei Photoköpfen nach Fig. 2 ist der obere Photokopf 3a an den Stutzen 29 des Bodens 13 des Ausgleichsbehälters 1 dicht eingeschraubt und die Ver- bindung mit dem unteren Photokopf 3 erfolgt durch das Messgefäss 2. Am unteren Photokopf 3 ist ein zur Speicherung der Flüssigkeit und zum Luftausgleich dienender Auslauftopf 28 angeordnet, der mit dem Auslaufstutzen 24 der Durchflussleitung der Flüssigkeit, z. B. für den Anschluss an die Kraftstoffleitung zur Verbrauchsstelle, versehen ist.
Die elektrischen Leitungen 25 der beiden Lampen 19, 19'im unteren und oberen Photokopf 3 bzw. 3a und die Leitung 26'des Elektromagneten 5 führen über den Verstärker zur Betätigungstaste. Die elektrischen Leitungen 27 der Photozellen 20, 20'sind mit dem Verstärker verbunden.
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Durch Druck auf die Betätigungstaste fliesst vom Verstärker durch die Leitungen 25 und 26 elektrischer Strom, der das Ventil 10,11 während des ganzen Messvorganges durch den Elektromagnet schliesst und gleichzeitig die Glühlampen 19, 19' in den Photoköpfen 3und3a zum Leuchten bringt.
Der Kraftstoffzufluss zum Messgefäss 2 ist durch das geschlossene Ventil 10,11 unterbrochen. Unterhalb des Ventils 10,11 sinkt der Kraftstoffspiegel dem Verbrauch des zu prüfenden Motors entsprechend
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ab. Der Luftausgleich zwischen dem Ausgleichsbehälter 1 und dem Messgefäss 2 findet wieder durch den hohlen Schaft 9 statt. Der absinkende Kraftstoffspiegel durchläuft den Messpegel des oberen Photokopfes 3a.
Durch den Lichtreflex in die Photozelle 20'wird über den Verstärker die Stoppuhr eingeschaltet.
Der weiter absinkende Kraftstoffspiegel durchläuft nach Austritt aus dem Messgefäss 2 dann den Messpegel des unteren Photokopfes 3. Durch den Lichtreflex zur Photozelle 20 wird über den Verstärker die Stoppuhr abgeschaltet und das Ventil 10,11 geöffnet. Das Messgefäss 2 wird durch den im Ausgleichsbehälter 1 aufgespeicherten Kraftstoff kurzzeitig wieder aufgefüllt. Aus der gestoppten Zeit, die der Kraftstoff zum Durchfluss des von den beiden Messpegeln begrenzten und geeichten Volumens des Messgefässes 2 benötigte, kann der genaue Stundenverbrauch des Prüfmotors errechnet oder von einer entsprechenden Tabelle augenblicklich abgelesen werden.
Die Anwendung des automatischen Verbrauchsmessers ist vielseitig. Durch die Verwendung eines Wahlschalters kann der Verbrauch von mehreren Motoren an einer zentralen Stelle gemessen werden. Zu diesem Zweck ist lediglich in jedem Motorprüfstand ein in die Kraftstoffleitung eingebautes Messgerät erforderlich. Der Verstärker und die Stoppuhr mit Drucktaste sowie der Wahlschalter befinden sich in einem zentralen Messraum. Die gemessenen Werte lassen sich über ein Schreibgerät auf einen Papier-
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der meist grossen Entfernungen von Nutzen. Die Durchführung der Verbrauchsmessung kann, wie oben beschieben, von Hand, aber auch selbsttätig nach Programm vorgenommen werden, um z.
B. das Verhalten der Motoren bei längeren Prüfläufen zu überwachen.
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Ausfall des Stromes infolge Störungen im Netz den Prüflauf des Motors nicht unterbricht, da dann das offenbleibende Ventil 10,11 einen ungehinderten Durchfluss des Kraftstoffes durch den Verbrauchsmesser gewährleistet. Die Messgenauigkeit hängt nicht mehr von der Reaktionsfähigkeit des Prüfers ab, die erfahrungsgemäss sehr unterschiedlich ist.
Durch die geeignete Anordnung der Fassungen 19a, 20a bzw. 19a', 20a'für die Photozellen und die Glühlampen kommt der Kraftstoff nicht mit dem Verschlussglas der Photozellen 20, 20'und der Linse 21 bzw. 21'der Glühlampen 19, 19'in Berührung (Caisson-Effekt). Die unvermeidlichen Rückstände, besonders bei schwerem Dieselöl, die bereits nach kurzer Zeit die Glasflächen der bekannten Verbrauchsmesser bedecken würden, werden bei dem automatischen Verbrauchsmesser gemäss der Erfindung von beiden Optiken ferngehalten. Hiedurch ist auch nach längerer Betriebszeit eine exakte Verbrauchsmessung möglich.
Sollte trotzdem eine Reinigung der Linsen nach längerer Betriebsdauer erforderlich werden, so sind sie mit den Fassungen 19a, 20a bzw. 19a', 20a'wie Zündkerzen leicht aus-und einsetzbar.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Verbrauchsmessers kann das Messgefäss 2 aus Metall hergestellt werden, so dass Glasrohre, wie sie bei den bekannten Verbrauchsmessern verwendet werden, entfallen. Die Bauart ist dadurch robuster und die umständliche Reinigung, die bei den bekannten Glasrohren unerlässlich ist, kann vermieden werden. Das Volumen des Messgefässes kann auf einfache Weise zur Eichung verändert werden.
Durch die Verwendung von Niederspannung und geringer Stromstärke ist der automatische Verbrauchsmesser auch für leichte Kraftstoffe betriebssicher.
Der mit zwei oder mehreren Photoköpfen versehene Verbrauchsmesser für Flüssigkeiten gemäss der
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einem solchen Gerät verschiedene Messvolumen zu messen.
Die Wirkungsweise wird noch dadurch verbessert, dass eine einmal eingeleitete Messung auch durch
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kann.
Schliesslich dient zur weiteren Verbesserung der Wirkungsweise des Gerätes der unterhalb des unteren Photokopfes vorgesehene Auslauftopf 28, der einerseits verhindert, dass beim Füllen des Gerätes nach erfolgter Messung Luft in die Kraftstoffzuflussleitung zur Verbrauchsstelle gelangt, und der anderseits Kraftstoff speichert, um einen ununterbrochenen Prüflauf, z. B. des Motors während beliebig vieler Mes-
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sungen zu gewährleisten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Automatischer Verbrauchsmesser für Flüssigkeiten, z. B. zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauches von Verbrennungsmotoren, Heizgeräten u. dgl., unter Verwendung mindestens einer durch Lichtstrahlen auf eine Flüssigkeitsniveaustelle eines Messgefässes ansprechenden Photozelle, deren Stromimpulse über einen Verstärker auf einen Zeitmesser übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messgefäss (2) ein durch ein beim Einschalten des Messvorganges durch einen Elektromagnet (5) gesteuertes Ventil (10, 11) abschliessbarer, gemeinsam mit dem Messgefäss (2) in der Durchflussleitung der Flüssigkeit liegender, während des Messvorganges die Flüssigkeit speichernder Ausgleichsbehälter (1) vorgeschaltet ist, dessen oberer Teil mit dem Messgefäss (2) vorzugsweise über den hohlen Schaft (9) des Ventils (10,
11) in Lüftungsverbindung steht, wobei das Luftvolumen des Ausgleichsbehälters (1) grösser als das Volumen des Messraumes ist, und dass hinter dem Messgefäss (2) eine als Photokopf (3) ausgebildete Signalvorrichtung vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise aus zwei symmetrisch zur Mittelachse des Messgefässes (2) und im spitzen Winkel zur Durchflussrichtung der zu messenden Flüssigkeit angeordnete, die Photozelle (20) bzw. die Glühlampe (19) enthaltende Rohrstutzen (18) besteht, die in den Verbrauchsmesser einmünden, wobei die von der Glühlampe (19) ausgehenden, aaf einen Lichtpunkt (22) gesammelten Lichtstrahlen durch den absinkenden Flüssigkeitsspiegel beim unteren Messpegel (23) unmittelbar zur Photozelle (20) reflektiert werden.