CH524135A

CH524135A - Durchflussmesseinrichtung für flüssige und gasförmige Medien

Info

Publication number: CH524135A
Application number: CH339471A
Authority: CH
Inventors: Hess Paul
Original assignee: Hess Paul
Priority date: 1971-03-09
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1972-06-15

Description

Durchflussmesseinrichtung für flüssige und gasförmige Medien
Die Erfindung betrifft eine Durchfiussmesseinrichtung für flüssige und gasförmige Medien mit einem in der Strömung des zu messenden Mediums angeordneten Hubglied, dessen Hubweg ein Mass für den Durchfluss ist.

Es sind viele derartige Durchflussmesseinrichtungen unter der Bezeichnung Schwebekörpermesseinrichtungen bekannt. Hierbei wird ein beweglicher Körper, der unter Einfluss der Schwerkraft oder eines elastischen Organs verschiebbar geführt ist, in einen veränderlichen Querschnitt gestellt. Die Stellkraft ergibt sich aus der axialen Strömung am Umfang des Schwebekörpers. Die Verschiebung des Schwebekörpers kann als direktes Mass für den Durchfluss abgelesen werden. Schwierigkeiten bietet die fehlerfreie Umwandlung der Schwebe körperstellnng in ein technisch brauchbares Ausgangssignal. Ausserdem haben derartige Messeinrichtungen ein grosses Einstellvolumen und hierdurch bedingt eine lange Einstellzeit, besonders im unteren Durchflussbereich.

Weiter macht sich die starke Viskositätsempfindlichkeit, bedingt durch den bei diesen Einrichtungen vorhandenen ringspaltförmigen Drosselquerschnitt, störend bemerkbar. Dynamische Messungen von pulsierenden Strömungen sind nicht möglich. Das Verhältnis des minimalen Durchflusses zum maximalen Durchfluss (Messbereich) ist bei dieser Bauart auf 1:10 begrenzt.

Weiterhin sind sogenannte Durchflusswächter bekannt, die bei Unterschreiten eines einstellbaren Minimalwertes beziehungsweise bei Ueberschreiten eines einstellbaren Maximalwertes ein Signal abgeben. Solche Durchflusswächter erbringen kein kontinuierliches Signal über die jeweils gegenwärtige augenblickliche Durchflussgrösse. Der Ansprechbereich beträgt maximal 1:5.

Bei allen bekannten Durchflussmesseinrichtungen mit einem in der Strömung des zu messenden Mediums angeordneten Hubglied ist es mit Schwierigkeiten ver bunde, Durchflüsse unterhalb 1 Kubikcentimeter pro Minute kontinuierlich zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Durchflussmesseinrichtung mit grossem Messbereich zu schaffen, die auch bei kleinsten Durchflüssen ein kräftiges Ausgangssignal erbringt, unempfindlich gegen Störeinflüsse und im Aufbau einfach und billig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der zu messende Durchfluss durch eine in einem Gehäuse vorgesehene Bohrung geleitet wird, welche eine erste Steuerkante aufweist, dass das in Achsrichtung der Bohrung verschiebbar geführte Hubglied eine zweite Steuerkante aufweist, wobei durch die beiden Steuerkanten ein Drosselquerschnitt variabler Grösse mit im wesentlichen quer zur Achsrichtung der Bohrung verlaufender Durchflussrichtung begrenzt wird, dass das Hubglied mit einer der Durchflussrichtung in der Bohrung entgegengerichteten Federkraft beaufschlagt und mit einem Weggeber gekoppelt ist, und dass wenigstens der bewegliche Teil des Weggebers innerhalb des Druckraumes des zu messenden Mediums liegt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Durchflussmesseinrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Durchflussmesseinrichtung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Zunge in der Anordnung gemäss Fig. 3;
Fig. 5 eine elektrische Messanordnung bei Verwendung eines induktiven Wegaufnehmers;
Fig. 6a bis 6d verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Ausnehmung (Pos. 21) in Fig. 2; Fig.7 die Abhängigkeit des Hubweges S vom Durchfluss Q für die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten gemäss Fig. 6a bis 6d.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 eine Eintrittsöffnung 2 und eine Austrittsöffnung 3 für das zu messende Medium vorgesehen. In der Eintrittsöffnung 2 ist eine Büchse 4 mit einer Bohrung 5 und einer durch das obere Bohrungsende gebildeten Steuerkante 6 dicht eingeschraubt. Gegen die Steuerkante 6 liegt ein Ventilteller 7 an, der mit einer Achse 8 und einem Spulenkern 9 fest verbunden ist. Die Achse
8 ist in einer Bohrung 10 in Achsrichtung der Bohrung 5 verschiebbar gelagert. Der Spulenkern 9 ragt in den Innenraum 11 eines Spulenkörpers 12 mit einer Doppelspule 13 hinein. Der Innenraum 14 des Gehäuses 1 ist über Bohrungen 15 mit dem Innenraum 11 verbunden.

Der Spulenkörper 12 ist durch eine Verschraubung 16 im Gehäuse 1 gehalten. Die Verschraubung 16 dichtet gleichzeitig das Gehäuse 1 nach aussen hin ab. Der Ventilteller 7 wird durch eine Druckfeder 17 gegen die Steuerkante 6 angedrückt. Von der Doppelspule 13 führt eine elektrische Anschlussleitung 18 druckdicht nach aussen.

Das zu messende Medium durchströmt von der Eintrittsöffnung 2 kommend die Bohrung 5 und hebt dabei den Federteller 7 entgegen der Kraft der Druckfeder 17 an, strömt in den Innenraum 14 und verlässt diesen durch die Austrittsöffnung 3. Der Hub des Ventiltellers 7 wird durch die Achse 8 auf den Spulenkern 9 übertragen. Hierbei ändert sich die Induktivität in der Doppelspule 13. Das dadurch erzeugte elektrische Signal wird über die elektrische Anschlussleitung 18 nach aussen übertragen und einer im einzelnen in Fig. 5 dargestellten Messanordnung zugeführt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist eine Büchse 4a mit einer zylindrischen Bohrung 5a versehen.

In dieser Bohrung 5a ist ein Kolben 19 mit einer Steuerkante 20 dicht und in Achsrichtung verschiebbar eingepasst. Die Büchse 4a weist eine Ausnehmung 21 auf.

Das zu messende Medium durchströmt von der Eintrittsöffnung 2 kommend die Bohrung 5a und hebt dabei den Kolben 19 entgegen der Kraft der Druckfeder 17 an, strömt in den Innenraum 14 und verlässt diesen durch die Austrittsöffnung 3. Der Hub des Kolbens 19 wird in der gleichen Art wie bei der Anordnung gemäss Fig. 1 in ein elektrisches Signal gewandelt und nach aussen übertragen.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist in einem Gehäuse 30 eine Eintrittsöffnung 31, eine Austrittsöffnung 32 und ein Innenraum 33 vorgesehen. In der Eintritts öffnung 31 ist eine Büchse 34 mit einer Bohrung 35 und einer durch das Bohrungsende gebildeten Steuerkante 36 dicht eingeschraubt. Gegen die Steuerkante 36 liegt eine in einer Halterung 37 einseitig eingespannte Blattfeder 38 mit ihrem freien Ende dicht an. Die Blattfeder 38 ist beidseitig mit Dehnungsmesstreifen 39 versehen, welche zu einer Halbbrücke geschaltet sind. Von den Dehnungsmesstreifen 39 führt eine elektrische Anschlussleitung 40 druckdicht ausserhalb des Gehäuses 30. Der Innenraum 33 ist durch eine Verschraubung 41 nach aussen abgedichtet.

Das zu messende Medium durchströmt von der Eintrittsöffnung 31 kommend die Bohrung 35 und hebt dabei das freie Ende der Blattfeder 38 an, strömt in den Innenraum 33 und verlässt diesen durch die Austritts öffnung 32. Die in der Blattfeder 38 erzeugte Biegespannung wird durch die Dehnungsmesstreifen 39 erfasst und über die elektrische Anschlussleitung 40 einer nicht im einzelnen dargestellten Messanordnung für Dehnungsmesstreifen zugeführt.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 5 sind in einem Messverstärker 50 ein Netzteil 51, ein Oszillator 52, ein phasenabhängiger Gleichrichter 53 und ein Impedanzwandler 54 angeordnet Der Messverstärker 50 ist durch eine dreiadrige Leitung 55 mit der Doppelspule 56 eines Durchflussmessgerätes 57 verbunden, welches einen Spulenkern 58 und ein Hubglied 59 besitzt. Der Messverstärker ist ausserdem mit einer Spannungsquelle 59a und einem elektrischen Anzeigeinstrument 60 verbunden.

Die Wirkungsweise der Messanordnung ist wie folgt.

Der Spulenkern 58 verändert bei einer Verschiebung durch das Hubglied 59 infolge magnetischen Neben.

schlusses die Induktivitäten der beiden Hälften der Doppelspule, welche Zweige einer vom Oszillator 52 gespeisten Brückenschaltung sind. Die in der Brückendiagonalen erzeugte, dem Verschiebeweg proportionale Wechselspannung wird verstärkt und phasengesteuert gleichgerichtet und wirkt auf den Impedanzwandler 54, der die gleichgerichtete Spannung an das Anzeigeinstrument 60 anpasst.

In den Fig. 6a bis 6d sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Ausnehmung 21 gemäss Fig. 2 dargestellt. Die schraffierten Bereiche entsprechen dem Oeffnungsverlauf des Drosselquerschnittes in Abhängigkeit vom Hubweg S des Hubgliedes. Bei Null ist der Drosselquerschnitt geschlossen, während bei 1000/o der Drosselquerschnitt voll geöffnet ist.

In Fig. 7 sind die verschiedenen Messcharakteristiken entsprechend Fig. 6a bis 6d in Kurvenform dargestellt, und zwar ist der Oeffnungsweg in Abhängigkeit vom Durchfluss Q aufgezeichnet. Die Kurve a entspricht der Ausnehmung gemäss Fig. 6a, die Kurve b entspricht der Ausnehmung gemäss Fig. 6b, usw. Zusätzlich ist eine Kurve eingezeichnet, die die Messcharakteristik einer Ausnehmung entsprechend Fig. 6d bei Verwendung einer Ventilfeder (Pos. 17 in Fig. 2) mit steiler Hubcharakteristik zeigt. Diese Anordnung, bei der die Progressivität im unteren Bereich verstärkt ist, eignet sich besonders für die Messung von kleinsten Durchflüssen.

Claims

PATENTANSPRUCH

Durchflussmesseinrichtung für flüssige und gasförmige Medien mit einem in der Strömung des zu messenden Mediums angeordneten Hubglied, dessen Hubweg ein Mass für den Durchfluss ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zu messende Durchfluss durch eine in einem Körper vorgesehene Bohrung geleitet wird, welche eine erste Steuerkante aufweist, dass das in Achsrichtung der Bohrung verschiebbar geführte Hubglied eine zweite Steuerkante aufweist, wobei durch die beiden Steuerkanten ein Drosselquerschnitt variabler Grösse mit im wesentlichen quer zur Achsrichtung der Bohrung verlaufender Durchflussrichtung begrenzt wird, dass das Hubglied mit einer der Durchflussrichtung in der Bohrung entgegengerichteten Federkraft beaufschlagt und mit einem Weggeber gekoppelt ist, und dass wenigstens der bewegliche Teil des Weggebers innerhalb des Druckraumes des zu messenden Mediums liegt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Durchflussmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerkante die Stirnkante der Bohrung ist.

2. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubglied die Form eines Ventiltellers hat und die zweite Steuerkante die Sitzkante des Ventiltellers ist.

3. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubglied aus einer einseitig fest eingespannten Blattfeder besteht, deren freies Ende gegen die stirnseitige Begrenzung der Bohrung angedrückt ist, und der Weggeber aus wenigstens einem auf der Blattfeder angebrachten Dehnungsmessstreifen besteht.

4. Durchflussmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung zylindrisch ist und die erste Steuerkante die Kante zwischen der Bohrung und einer quer zur Achsrichtung der Bohrung in dem Körper vorgesehenen Ausnehmung ist und die zweite Steuerkante die Stirnkante eines das Hubglied bildenden in der Bohrung dicht geführten Kolbens ist.

5. Durchflussmesseinrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung zylindrisch ist und die zweite Steuerkante die Kante einer Ausnehmung in einem das Hubglied bildenden in der Bohrung dicht geführten Kolbens ist.

6. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung rechteckförmig ist.

7. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung rund ist.

8. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung in Schliessrichtung spitz verlaufend ausgebildet ist.

9. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber ein vom Hubweg des Hubgliedes abhängiges analoges elektrisches Signal erzeugt.

10. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber ein pneumatischer Wandler ist, der ein vom Hubweg des Hubgliedes abhängiges analoges pneumatisches Signal erzeugt.

11. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber ein hydraulischer Wandler ist, der ein vom Hubweg des Hubgliedes abhängiges analoges hydraulisches Signal erzeugt.

12. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Weggeber mit analogem Ausgangssignal unter Zwischenschaltung eines Analog-Digitalwandlers ein Zähler nachgeschaltet ist.

13. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber einWegaufnehmer mit digitalem Ausgangssignal ist.

14. Durchflussmesseinrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Weggeber mit digitalem Ausgangssignal ein Zähler nachgeschaltet ist.

15. Durchflussmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber einen die hubabhängige Federkraft aufnehmenden und einen ein analoges elektrisches Signal abgebenden Kraftaufnehmer aufweist.