Einrichtung zur Durchflussmessung von Gasen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur.
Durchflussmess, ung von Gasen, insbesondere von Leckgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem in Strö mungsrichtung sich konisch erweiternden vertikalen Messrohr und einer über dem Messrohr angeordneten und mit diesem über eine Offnung verbundenen Messwertanzeigevorrichtng, sowie einem das Messrohr und d die Anzeigevorrichtung durchsetzenden Splanndraht und einem auf diesem längsverschieblich geführten Rohr, das an seinem unteren Ende einen Schwimmer und. an seinem oberen Ende einen mit dem feststehenden Teil der Messwertanzeigevorrichtung zusammenwirkenden Zeiger trägt.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Schwimmer als trichterförmige Erweiterung des durch den Spanndraht. geführten Rohres ausgebildet. Das in die Messeinrichtmg eintretende Medium strömt diesen Schwimmer von unten her an, um ihn bis zu einer Höhenlage anzuheben, in der sich ein Gleichgewichtszu- stand einsbellt, in dom der Auftrieb des Schwimmers durch das strömende Medium und sein Eigengewicht die gleiche absolute Grosse besitzen. Dies ist dann der Fall, wenn sich zwischen dem Schwimmer, und der Innen- wand des konischen Rohres eine Spaltweite einstellt, bei der das Produkt aus der Schwimmerfläche und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer mit dem Eigengewicht des Schwimmers übereinstimmt.
Bei der Durchflussmessung von Gasen, insbesondere dann, wenn es sich um die messung kleinster Gasmengen, z. B. bei der Bestimmung der Leckgasverluste von Brenn kraftmaschinen, handelt, reicht die Empfindlichkeit des bekannten Messgerätes für eine einwandfreie Messung meist nicht aus. Die gemessenen Werte weichen daher häufig von den batsächlichen Strömungsverhältniss, en weitgehend ab. Oftmals liegen die zu messenden Strö- mungen aber auch weit unter der Ansprechgrenze des Gerätes und werden somit von diesem überhaupt nicht registriert.
Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung hinsichtlich ihner Empfindlichkeit und Anpassungsfähigkeit an wech selnde Strömungsverhältnisse derart zu verbessern, dass der DurchflussselbstkleinsternichtstationärerGasströ- mungen präzise gemessen werden kann. Die erfindungs- gemässe Lösung besteht nun darin, dass unterhalb des Messrohres'ein feststehender Drallflügel angeordnet ist, und dass der Schwimmer an seiner Unterseite Mitneh merflächen für seinen. Drehantrieb durch das Gas aufweist.
Einen feststehenden Drallflügel verwendet auch ein bekannter Durchflussmesser für Flüssigkeiten und Gase, bei dem ein mittig durchbohrter Schwimmer an seinem Umfang in einem zylindrischen Messrohr längsverscbieblich geführt ist. Das Messrohr durchsetzt ein axialer konischer Dorn, sodassderzwischender Bohrung des Schwimmers und dem konischen Dorn freiblei- bende Ringquerschmtt den Durchströmquerschnitt für das Medium bildet, dessen Durchfluss gemessen werden soll. Wegen der erheblichen Reibungskräfte zwischen Schwimmer und Messrohr vermag das. durch die Drallflügel in Drehung versetzte Meium eine Rotation des Schwimmers nur dann herbeizuführen, wenn es sich um sehr energiereiche Strömungen handelt.
Gemäss der Erfindung ist jedoch eine sichere Mit- nahme des Schwimmers druch die vom Drallflügel in Rotation versetzte Gassäule gewährleistet, selbst wenn es sich Strömungen geringer Energie handelt. Durch die Rotation des Schwimmers kommen die Vorteile einer Schwimmerführung mittels eines Spanndrahtes erst voll zur Geltung, da die an sich geringe Reibung druch die Drehung des Schwimmers noch derart vermindert wird, dass der Eigenwiderstand des Gerätes praktisch veraachlässigbar gering wird. Die solcherart erhaltenen Messergebnisse geben daher die tatsächlichen Verhältnisse mit grosser Präzision wieder.
Das Gerät vermag auch ständig wechselnden Strömungsverhältnissen nahezu verzögerungsfrei zu folgen, so dass z. B. Eine laufende Beobachtung und Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brenn- kraftmaschine ein klares Bild über den zeitlichen Verlauf dieser Verblustströmungen liefert. So können unter anderem schon geringfügige Veränderungen in der Abdichtungswirkung der Kolbenringe ader der Dichtheit der Ventile in den Vertilführungen sichtbar gemacht bzw. präzise gemessen werden, wodruch Zeitverluste bei der Entwicklung neuer Motorentypen vermieden und die Ursachen von Betriebsstörungen vor der Entstehung grösserer Schäden behoben werden können.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausfüh- rungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt und Fig. 2 eine Seitenan- sicht eines Details einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung.
Die Messeinrichtung befindet sich innerhalb eines an seinen beiden Enden mit Aussengewinde versehenen zylindrischen Hüllrohres 1. Auf das Aussengewinde am unteren Ende des Hüllrohres l ist ein unterer Gehäuss- stutzen 2 mit druchgehener axialer Bohrung 3 aufge schraubt, dessen unterer verjüngtier Teil 4 mit einem Aussengewinde 5 zur Befestigung des Gerätes und zum m Anschluss mittels Schlauchleitung, z. B. an das Kurbelgehäuse einer Bennkraftmaschine, versehen ist.
Die obere Öffnung des Hüllrohres l ist durch ein Siebfilter 7 abgedeckt, das von einem auf das-Aussenge- winde am oberen Ende des Hüllrohres 1 aufgeschraub- ten oberen Gehäusestutzen 8 festgehalten ist.
Das Hüllrohr 1 besitzt einen seitlichen Ausschnitt 9, welcher sich in axialer Richtung von nahe dem oberen Ende bis etwa zur Mitte des Hüllrohres und in Um fangsrichtung nahezu, über den halben Umfang des Roh- res erstreckt. Der seitliche Ausschnitt 9 ist gagez den Innenraum des Hüllrohres l durch eine Längswand 10 sowie eine untere und eine obere Querwand 11 und 12 abgedeckt.
Die im Querschnitt annähernd nach einem Durchmesser des Hüllrohres 1 verlaufende Längswand 10 besitzt einen nach innen gewölbten Mittelteil 13, der sich über die gesamte Lange des Ausschnittes 9 erstrekt und dessen Wandung konzentrischzur Achse des Hiillrohres 1 verläuft. An die Längswand10 ist der feststehende Teil der Ablesvorrichtung des Gerätes angeschlossen, welcher aus einer mit einem Längsschlitz ver sehenen Skalenplatte 14 und aus einer transparenten Skalenabdeckung 15, z. B. aus Plexiglas, besteht, welche beiden Teile mittels Schrauben 16 auswechselbar an der Längswand 10 angeschraubt sind.
Die den Ausschnitt 9 des Hüllrohres 1 nach oben und unten begrenzenden Querwände 11 und 12 weisen je eine durchgehende Öffnung und 18 auf, deren Achsen mit der Längsachse des Hüllrohres 1 fluchten.
Die Öffnung 17 der obren Querwand 12 dient zur axia- len Führung eines Achsnippels 19, welcher eine auf der Oberseite der Querwand 12 sich abstützende Spannfeder 21 und eine am freien Ende derselben aufliegende Scheibe 20 durchsetzt, und desse axiale Lage mittels zweier an seinem oberen Ende aufgeschraubter Spann ; muttern 22 einstellbar ist. Der Achsnippel 19 bildet das ober Widerlager eines das Hiillrohr 1 axial durchsetzenden Spanndrahtes 23, der zur axialen Fiihrung der nachfolgend beschriebenen beweglichen Teile der Messeinrichtung dient.
In den unteren zylindrischenTeildesHüllrohresl ist oin Messrohr 24 mit nach innen sich erweiternder konischer Innenwand 25 eingesetzt. Das Messrohr 24 besitzt an seinem äusseren Ende einen Kragen 26, der sich gegen die untere Stirnfläche des Hüllrohres l stützt und vom unberen Gehäusestutzen 2 axial unverschieb- lich und drehfest gehalten ist. In der unteren Öffnung des Messrohres 24 befindet sich das untere Widerlager 27 des genannten Spanndrahtes 23. Innerhalb des Messrohres 24 befindet sich ein Schwimmer 28, der als dünnwandige axial'durchbohrte kreisförmige Scheibe ausgebildet und. mit einem, axialen Führungsrohr 29 verbunden ist, welches der Spanndraht 23 mit geringem m Spiel durchsetzt.
Das obere Ende 30 des Führungsrohres 29 ragt durch die Öffnung 18 der unteren Querwand 11 bis in den von der Skalenplatte 14 und dem gewölb- ten Mittelteil 13 der Längswand 10 umschlossenen Raum 31 und trägt einen scheibenförmigen Zeiger 32, dessen Randkante durch den Längsschlitz der Skalenplatte 14 von aussen sichtbar ist.
Der Schwimmer 28 weist an seiner Unterseite als Drallflügel 33 ausgebildete Mitnehemerflächen auf. Vor der unteren Öffnung des Messrohres 24 ist ortsfest ein vierflügeliges Drallblech 34 angeordnet, das dem über dieaxialeBohrung3desunterenGehäusestutzens 2 in das messgerät eintretenden Gasstrom einen Eintritts- drall erteilt.
Bei der Messung ist die Unterfläche des Schwimmers 28 einerseits dem Überdurck und anderseits den Rotationskräften der durch das Drallblech 34 in Drehung versetzten Gassäurle ausgesetzt. die Drallflügel 33 übertragen hiebet die Rotationskräfte auf den Schwimmer 28. Dieser wurd also durch en eintretenden Gasstrom zugleich angehoben und in Drehung versetzt. Beim An- heben des Schwimmers 28 nimmt die Breite des von der Aussenkante des Schwimmer 28 und der konischen Innenwand 25 des Messrohres 24 gebildeten Ringspaltes 35 so lange zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwi- schen den auf den Schwimmer 28 einwirkenden Auf triebskräften und seinem Eigengewicht einstellt.
Dies ist dann der Fall, wenn das Produkt aus der Schwimmerflä- che und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer 28 gleich dem Eigengewicht des Schwimmers 28 wind. Der Zusammenbang zwischen der Sehwimmerhöbenlage und der Durchflussmenge wird (durch Eichung bestimmt und die Teilung der Skala den empirisch ermittelten Werten entsprechend vorgenom men.
Der durch den Schwimmer 28 und sein Fiihrungs- rohr 29 hindurchgeführte Spanndraht 23 gewährleistet eine exakte und reibungsarme Axialführung des Schwimmers 28 im Messrohr 24. Die zusätzliche Drehbewegung des Schwimmers beseitigt jede Beeinflussung des Messrgebnisses druch die an sich geringe Axialrei- bung des. Führungsrohres 29 auf dem Spanndrabt 23.
Das erfindungsgemäss. ausgebildete Messgerät zeichnet sich durch einen sehr geringen Durohflusswiderstand aus, so dass z. B. eine Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkrfatmaschine möglich ist, ohne dass der Kurbelgehäuseinnendruck in störender Weise verändert wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der räumlichen. Trennung. des Messrohres 24 von der Anzeigevorrichtung des Geräates, so dass ein Beschlagen der Skala durch Verbrennungsrückstände oder andere mit dem Gasstrom mitgeführte Verunreinigungen ver mieden wird.
Binen weiteren Vorzug des Gerätes stellt die Federvorspannung des Spanndrahtes 23 dar, die auch bei Temperaturschwankungen eine gleichmässige Spannung des Drahtes aufrecht erhält. Um auch etwaige auswikungen von TEmperaturschwankungen auf das Messergebnis auszuschliessen, sind zweckmässi'gerweise der Schwimmer 28 und das Messrohr 24 aus demselben Werkstoff herzustelen, so dass durch Wärmedehnungen bedingte Veränderungen des Ringspaltes 35 vermieden werden.
Diese Bauart gestattet es, das Gerät auch gasdicht auszubilden und das austretende Gas durch eine besondere Leitung ins Freie zu führen, so dass keine Geruchsbelästigung der Bedienungsmannschaft entsteht. Weiters ist es möglich, das Gerät für mehrere Messbereiche zu verwenden, was durch Austausch des Messrohres 24 sowie der Skalenplatte 14 in einfacher Weise vorgenom- men werden kann.
Device for flow measurement of gases
The invention relates to a device for.
Flow measurement of gases, in particular leakage gases from internal combustion engines, with a vertical measuring tube that widens conically in the direction of flow and a measured value display device arranged above the measuring tube and connected to it via an opening, as well as a clamping wire penetrating the measuring tube and the display device and a this longitudinally displaceable pipe that has a float and at its lower end. at its upper end carries a pointer which interacts with the stationary part of the measured value display device.
In a known device of this type, the float is a funnel-shaped extension of the tension wire. guided tube formed. The medium entering the measuring device flows to this swimmer from below in order to raise him to an altitude where a state of equilibrium arises, in which the buoyancy of the swimmer due to the flowing medium and his own weight have the same absolute size. This is the case when there is a gap between the float and the inner wall of the conical tube at which the product of the float surface and the pressure difference in front of and behind the float corresponds to the float's own weight.
When measuring the flow of gases, especially when it comes to measuring the smallest amounts of gas, e.g. B. in determining the leakage gas losses from internal combustion engines, the sensitivity of the known measuring device is usually not sufficient for a proper measurement. The measured values therefore often deviate largely from the actual flow conditions. Often, however, the currents to be measured are also well below the response limit of the device and are therefore not registered by it at all.
The invention is primarily based on the object of improving the known device with regard to its sensitivity and adaptability to changing flow conditions in such a way that the flow of even the smallest non-stationary gas flows can be measured precisely. The solution according to the invention now consists in that a fixed swirl vane is arranged below the measuring tube, and that the float on its underside has driver surfaces for its. Has rotary drive through the gas.
A known flow meter for liquids and gases also uses a fixed swirl vane, in which a centrally pierced float is guided in a longitudinally displaceable manner on its circumference in a cylindrical measuring tube. The measuring tube penetrates an axial conical mandrel, so that the ring cross-section remaining free between the bore of the float and the conical mandrel forms the flow cross-section for the medium whose flow is to be measured. Because of the considerable frictional forces between the float and the measuring tube, the Meium set in rotation by the swirl vanes can only bring about a rotation of the float when the flows are very high-energy.
According to the invention, however, a reliable entrainment of the swimmer is ensured by the gas column set in rotation by the swirl vane, even when there are low-energy flows. By rotating the float, the advantages of guiding the float by means of a tension wire come into their own, as the inherently low friction is reduced by the rotation of the float so that the inherent resistance of the device is practically negligible. The measurement results obtained in this way therefore reproduce the actual conditions with great precision.
The device is also able to follow constantly changing flow conditions almost without delay, so that z. B. Continuous observation and measurement of the amount of gas leaked from the crankcase of an internal combustion engine provides a clear picture of the temporal course of these bleeding flows. Among other things, even minor changes in the sealing effect of the piston rings or the tightness of the valves in the valve guides can be made visible or precisely measured, which avoids loss of time in the development of new engine types and eliminates the causes of malfunctions before major damage occurs.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing.
1 shows an axial section and FIG. 2 shows a side view of a detail of a preferred embodiment of the device according to the invention.
The measuring device is located inside a cylindrical casing tube 1, which is provided with an external thread at both ends for fastening the device and for connecting it using a hose line, e.g. B. to the crankcase of a Bennkraftmaschine is provided.
The upper opening of the cladding tube 1 is covered by a sieve filter 7 which is held in place by an upper housing socket 8 screwed onto the external thread at the upper end of the cladding tube 1.
The cladding tube 1 has a lateral cutout 9 which extends in the axial direction from near the upper end to approximately the middle of the cladding tube and in the circumferential direction almost over half the circumference of the tube. The lateral cutout 9 is covered even the interior of the cladding tube 1 by a longitudinal wall 10 and a lower and an upper transverse wall 11 and 12.
The longitudinal wall 10, which in cross section runs approximately to the diameter of the jacket tube 1, has an inwardly curved central part 13 which extends over the entire length of the cutout 9 and whose wall runs concentrically to the axis of the jacket tube 1. The fixed part of the reading device of the device is connected to the longitudinal wall10, which consists of a scale plate 14 provided with a longitudinal slot and a transparent scale cover 15, for. B. made of plexiglass, which two parts are screwed interchangeably to the longitudinal wall 10 by means of screws 16.
The transverse walls 11 and 12 delimiting the cutout 9 of the cladding tube 1 at the top and bottom each have a continuous opening 18 and 18, the axes of which are aligned with the longitudinal axis of the cladding tube 1.
The opening 17 of the upper transverse wall 12 serves to axially guide an axle nipple 19, which passes through a tension spring 21 supported on the upper side of the transverse wall 12 and a disk 20 resting on the free end thereof, and its axial position by means of two at its upper end screwed instep; nuts 22 is adjustable. The axle nipple 19 forms the upper abutment of a tensioning wire 23 which axially penetrates the sheath tube 1 and serves for the axial guidance of the movable parts of the measuring device described below.
A measuring tube 24 with an inwardly widening conical inner wall 25 is inserted into the lower cylindrical part of the cladding tube. The measuring tube 24 has at its outer end a collar 26 which is supported against the lower end face of the cladding tube 1 and is held axially immovable and non-rotatably by the untouched housing connector 2. In the lower opening of the measuring tube 24 there is the lower abutment 27 of the aforementioned tension wire 23. Inside the measuring tube 24 there is a float 28, which is designed as a thin-walled, axially pierced circular disk and. is connected to an axial guide tube 29, which the tension wire 23 passes through with little play.
The upper end 30 of the guide tube 29 protrudes through the opening 18 of the lower transverse wall 11 into the space 31 enclosed by the scale plate 14 and the arched central part 13 of the longitudinal wall 10 and carries a disk-shaped pointer 32, the edge of which passes through the longitudinal slot of the scale plate 14 is visible from the outside.
The float 28 has entrainment surfaces designed as swirl vanes 33 on its underside. In front of the lower opening of the measuring tube 24, a four-wing swirl plate 34 is fixedly arranged, which gives the gas flow entering the measuring device via the axial bore 3 of the lower housing connector 2 an inlet swirl.
During the measurement, the lower surface of the float 28 is exposed, on the one hand, to the excess pressure and, on the other hand, to the rotational forces of the gas acid set in rotation by the swirl plate 34. the swirl vanes 33 transmit the rotational forces to the float 28. This was thus simultaneously raised and set in rotation by the gas flow entering. When the float 28 is raised, the width of the annular gap 35 formed by the outer edge of the float 28 and the conical inner wall 25 of the measuring tube 24 increases until there is a state of equilibrium between the forces acting on the float 28 and its own weight adjusts.
This is the case when the product of the float surface and the pressure difference in front of and behind the float 28 is equal to the own weight of the float 28. The relationship between the position of the eye level and the flow rate is (determined by calibration and the division of the scale is made according to the empirically determined values.
The tension wire 23 passed through the float 28 and its guide tube 29 ensures exact and low-friction axial guidance of the float 28 in the measuring tube 24 the tensioning rod 23.
According to the invention. trained measuring device is characterized by a very low Durohfluss Resistance, so that z. B. a measurement of the gas leakage from the crankcase of an internal combustion engine is possible without the internal crankcase pressure is changed in a disruptive manner. Another advantage is the spatial. Separation. of the measuring tube 24 from the display device of the device, so that fogging of the scale due to combustion residues or other impurities carried along with the gas flow is avoided.
Another advantage of the device is the spring preload of the tensioning wire 23, which maintains a uniform tension of the wire even with temperature fluctuations. In order to rule out any effects of temperature fluctuations on the measurement result, the float 28 and the measuring tube 24 are expediently made of the same material so that changes in the annular gap 35 caused by thermal expansion are avoided.
This design allows the device to be made gas-tight and the escaping gas to be conducted outside through a special line so that there is no unpleasant smell for the operating team. It is also possible to use the device for several measuring ranges, which can be done easily by exchanging the measuring tube 24 and the scale plate 14.