CH705730A1 - Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance - Google Patents

Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance Download PDF

Info

Publication number
CH705730A1
CH705730A1 CH01785/11A CH17852011A CH705730A1 CH 705730 A1 CH705730 A1 CH 705730A1 CH 01785/11 A CH01785/11 A CH 01785/11A CH 17852011 A CH17852011 A CH 17852011A CH 705730 A1 CH705730 A1 CH 705730A1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
flow
flow sensor
pressure
measuring
fluid
Prior art date
Application number
CH01785/11A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan Berger
Simon Zumbrunnen
Philip Marmet
Philipp Haslebacher
Manfred Schaer
Original Assignee
Reseachem Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reseachem Gmbh filed Critical Reseachem Gmbh
Priority to CH01785/11A priority Critical patent/CH705730A1/en
Priority to US14/239,906 priority patent/US9739653B2/en
Priority to PCT/EP2012/066227 priority patent/WO2013030034A1/en
Priority to EP12756672.7A priority patent/EP2748565B1/en
Priority to CA2843815A priority patent/CA2843815A1/en
Publication of CH705730A1 publication Critical patent/CH705730A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/363Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction with electrical or electro-mechanical indication
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/42Orifices or nozzles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/48Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by a capillary element
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/50Correcting or compensating means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/001Means for regulating or setting the meter for a predetermined quantity
    • G01F15/003Means for regulating or setting the meter for a predetermined quantity using electromagnetic, electric or electronic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/005Valves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

The flow sensor (10) has three measuring chambers (11,15,19), which are arranged one behind the other and are interconnected by a flow resistance. The two of the flow resistances have a different coefficient of pressure loss. Pressure measuring units (12,16,20) are provided for each measurement chamber, where pressure measuring unit is suitable for measuring the pressure in the measurement chamber. An electromagnetically actuated valve arrangement (50) is connected downstream of the flow sensor. Independent claims are included for the following: (1) a dosing device with a feed chamber; and (2) a method for measuring a volume flow and a viscosity of the fluid.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

[0001] Die Erfindung betrifft Durchflusssensoren mit mindestens drei hintereinander angeordneten Messkammern, die jeweils durch einen Strömungswiderstand fliessend miteinander verbunden sind, wobei mindestens zwei der Strömungswiderstände einen unterschiedlichen Druckverlustbeiwert aufweisen. Die Erfindung betrifft weiter Dosiervorrichtungen mit solchen Durchflusssensoren, sowie Verfahren zur Bestimmung eines Volumenstroms und/oder einer Viskosität eines Fluids mit solchen Durchflusssensoren. The invention relates to flow sensors with at least three successively arranged measuring chambers, which are each connected by a flow resistance flowing together, wherein at least two of the flow resistances have a different pressure loss coefficient. The invention further relates to metering devices having such flow sensors, and to methods for determining a volume flow and / or a viscosity of a fluid with such flow sensors.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Bei der Kultivierung von Mikroorganismen ist es wichtig, Nährmedien exakt und mit bestimmten Dosierraten dem Reaktionsgefäss zuzuführen. Für grössere Bioreaktoren (> 500 L, Dosierrate > 1 kg/h) werden dazu Dosierpumpen oder Waagen verwendet. In the cultivation of microorganisms, it is important to supply nutrient media exactly and with certain dosing to the reaction vessel. For larger bioreactors (> 500 L, dosing rate> 1 kg / h) dosing pumps or scales are used.

[0003] In der internationalen Anmeldung Nr. PCT/EP2011 /052 545 der Anmelderin ist ein vorteilhaftes Dosiersystem zur Zudosierung von Fluiden in Reaktionsgefässe beschrieben. Der Inhalt der genannten Anmeldung soll hiermit durch Referenz als Bestandteil dieser Beschreibungsunterlagen gelten. Bei dem genannten Dosiersystem erfolgt die Zudosierung in Reaktionsgefässe tropfenweise mit Hilfe einer geeigneten Dosiervorrichtung, bspw. einem elektromagnetisch angesteuerten Präzisionsventil. Die geforderte Dosiergenauigkeit wird dadurch erreicht, dass der Differenzdruck über der Dosiereinheit sehr genau geregelt wird, indem zusätzlich über ein Dosierratenbestimmungsmittel wie eine Waage oder ein Durchflusssensor die tatsächliche Dosierrate überwacht und entsprechend der Differenzdruck nachgeregelt wird. Die sehr genaue Regelung des Differenzdrucks ist unter anderem notwendig, weil die bei einer bestimmten Öffnungsdauer des Ventils und einem bestimmten Fluiddruck resultierende Tropfengrösse von der Viskosität des Fluids abhängig ist, und damit auch von der Temperatur. In the applicant's international application no. PCT / EP2011 / 052 545 an advantageous metering system for metering fluids into reaction vessels is described. The content of said application is hereby incorporated by reference as part of this specification. In the dosing system mentioned, the metered addition into reaction vessels is effected dropwise with the aid of a suitable metering device, for example an electromagnetically controlled precision valve. The required dosing accuracy is achieved by controlling the differential pressure across the dosing unit very precisely by additionally monitoring the actual dosing rate via a dosing rate determination means such as a balance or a flow sensor and adjusting the differential pressure accordingly. The very precise control of the differential pressure is necessary, among other things, because the droplet size resulting from a certain opening duration of the valve and a certain fluid pressure is dependent on the viscosity of the fluid, and thus also on the temperature.

[0004] Weiter sind bei diesem Dosiersystem die Dosiervorrichtung und das Dosierratenbestimmungsmittel separat und nicht zwingend in räumlich konstanter Position zueinander angeordnet sind, was durch die resultierenden Undefinierten hydrostatischen Druckunterschiede die Differenzdruckregelung beeinflusst. Um über längere Zeiträume exakte Dosierraten sicherzustellen, müssen diese Effekte gegebenenfalls berücksichtigt werden. Dies führt zu einer komplexen Regelung. Further, in this dosing system, the dosing device and the Dosierratenbestimmungsmittel are arranged separately and not necessarily in a spatially constant position to each other, which influences the differential pressure control by the resulting undefined hydrostatic pressure differences. In order to ensure exact dosing rates over longer periods of time, these effects must be taken into account if necessary. This leads to a complex regulation.

[0005] Ein aus dem Stand der Technik bekannter Durchflusssensor zur Messung von kleinen Durchflussraten im Mikroliterbereich ist beispielsweise der sog. MEMS Durchflusssensor der Fa. Seyonic, CH-2000 Neuchâtel, Schweiz. Dieser Durchflusssensor wird in Pipetiersystemen eingesetzt und umfasst einen Messkanal, einen piezoresistiven Drucksensor und einen Temperatursensor. Der Nachteil an diesem Durchflusssensor ist, dass die gemessenen Durchflussraten aufgrund von dynamischen Viskositätseinflüssen abhängig von der Temperatur sind und zusätzlich zum Durchfluss auch die Temperatur respektive die Viskosität des zu messenden Fluids berücksichtigt werden muss. Es ist entsprechend notwendig, den Durchflusssensor vor der Messung zu kalibrieren. A known from the prior art flow sensor for measuring small flow rates in the microliter range, for example, the so-called. MEMS flow sensor from. Seyonic, CH-2000 Neuchâtel, Switzerland. This flow sensor is used in pipetting systems and includes a measuring channel, a piezoresistive pressure sensor and a temperature sensor. The disadvantage of this flow sensor is that the measured flow rates are dependent on the temperature due to dynamic viscosity influences and in addition to the flow, the temperature or the viscosity of the fluid to be measured must be taken into account. It is accordingly necessary to calibrate the flow sensor before the measurement.

[0006] In der Dissertation «Durchflusssensoren aus Kunststoff für sehr kleine Volumenströme auf Basis des AMANDA-Verfahrens» von Dipl. Ing. Dirk Maria Dittmann, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe, 2002, wird ein temperaturunabhängiger Durchflusssensor vorgestellt. Bei diesem Durchflusssensor werden zwei Messkammern hintereinander geschaltet, wobei in jeder der beiden Messkammern eine elastische Membran angeordnet ist, die ein Mittelloch aufweist. Die beiden hintereinander angeordneten Membranen sind beweglich in der Messkammer angeordnet, unterschiedlich dick und fungieren als Strömungswiderstände. Der zu messende Fluidvolumenstrom tritt in die erste Messkammer, passiert das Mittelloch der ersten Membran, tritt über in die zweite Messkammer und passiert das Mittelloch der zweiten Membran. Der Druckverlust über jede Membran wird ermittelt, indem die Dehnung der Membran elektronisch gemessen und aus dieser Dehnung der Druckunterschied bestimmt wird. Der Einfluss, den die erste Membran beim Durchströmen der Flüssigkeit auf die zweite Membran ausübt, wird nicht berücksichtigt. Die Druckverlustbeiwerte £1 und £2 für die Strömung durch die Membranöffnungen werden gleichgesetzt. Durch das Hintereinanderschalten der beiden Membranen, die als Strömungswiderstände dienen, soll der Fluidvolumenstrom unabhängig von der Viskosität, und damit unabhängig von der Temperatur gemessen werden können. Die Ableitung der theoretischen Formel für den Zusammenhang der temperaturunabhängigen Durchflussmessung ist in der vorgängig erwähnten Dissertation, ab S. 26 erläutert. Der Inhalt dieses Dokuments soll hiermit durch Referenz als Bestandteil dieser Beschreibungsunterlagen gelten. In the thesis "flow sensors made of plastic for very small volume flows based on the AMANDA method" by Dipl. Ing. Dirk Maria Dittmann, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe, 2002, a temperature-independent flow sensor is presented. In this flow sensor two measuring chambers are connected in series, wherein in each of the two measuring chambers, an elastic membrane is arranged, which has a center hole. The two successively arranged membranes are movably arranged in the measuring chamber, of different thickness and act as flow resistances. The fluid volume flow to be measured enters the first measuring chamber, passes through the center hole of the first diaphragm, passes into the second measuring chamber and passes through the center hole of the second diaphragm. The pressure drop across each membrane is determined by electronically measuring the elongation of the membrane and determining the pressure difference from this strain. The influence that the first membrane exerts on the second membrane as it flows through the liquid is not considered. The pressure loss coefficients £ 1 and £ 2 for the flow through the membrane openings are equated. By connecting the two membranes in series, which serve as flow resistances, the fluid volume flow should be able to be measured independently of the viscosity, and thus independently of the temperature. The derivation of the theoretical formula for the relationship of the temperature-independent flow measurement is explained in the previously mentioned dissertation, from p. The content of this document is hereby incorporated by reference into this specification.

[0007] In der Dissertation «Durchflussmessung kleinster Flüssigkeitsmengen» von Dipl. Ing. Götz Schnell, Darmstadt, 1995, wurden verschiedene Messverfahren zur Anwendbarkeit bei der Messung des Durchflusses kleinster Flüssigkeitsmengen untersucht. In Kapitel 8.4 der Dissertation «Durchflussmessung durch Messen des Druckabfalls in geraden Rohren» wird die Herleitung der theoretischen Formel für den Druckverlust über einen kanalförmigen Strömungswiderstand dargestellt. Der Inhalt dieses Kapitels soll hiermit durch Referenz als Bestandteil dieser Beschreibungsunterlagen gelten. In der Dissertation werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten diskutiert, um den Einfluss, den eine Drosselung der Strömung als Anteil am Druckabfall über einem Rohrabschnitt hat, zu reduzieren, um eine exaktere Messung zu ermöglichen. Im vorgeschlagenen Messprinzip wird ein gerader Rohrabschnitt so gestaltet, dass zwei Kapillaren dicht hintereinander angeordnet sind. Die erste Kapillare dient zur Ausbildung des Strömungsprofils, und damit und zur Reduktion des Druckabfalls aufgrund der Drosselung beim Einlauf in die zweite Kapillare. Die zweite Kapillare stellt eine Messkapillare dar, über die der Druckabfall gemessen wird. Der gesamte Druckabfall über dem Rohr setzt sich aus dem weitmöglichst reduzierten Anteil der Drosselung und aus dem Anteil der Reibung zusammen. Bei diesem Reibungsdruck handelt es sich um eine viskositäts-, bzw. temperaturabhängige Grösse. Die in der Dissertation vorgeschlagene Konfiguration erlaubt, den Druckanteil der Drosselung des zu messenden Fluids zu minimieren, um so im Wesentlichen nur den Reibungseffekt zu messen. Der gemessene Druckabfall ist weiterhin abhängig von der Viskosität und der Temperatur. Dipl.-Ing. Götz Schnell, Darmstadt, 1995. In the dissertation «Flow Measurement of Smallest Liquid Quantities» by Dipl. Ing. Götz Schnell, Darmstadt, 1995, various measuring methods for applicability in the measurement of the flow of very small amounts of liquid were investigated. In chapter 8.4 of the dissertation "Flow Measurement by Measuring the Pressure Drop in Straight Pipes", the derivation of the theoretical formula for the pressure loss via a channel-shaped flow resistance is presented. The content of this chapter should hereby be incorporated by reference as part of this specification. The dissertation discusses various possible solutions to reduce the influence that throttling of the flow has as a proportion of the pressure drop over a pipe section, in order to allow a more accurate measurement. In the proposed measuring principle, a straight pipe section is designed so that two capillaries are arranged one behind the other. The first capillary serves to form the flow profile, and thus and to reduce the pressure drop due to the throttling when entering the second capillary. The second capillary represents a measuring capillary, via which the pressure drop is measured. The total pressure drop across the pipe is made up of the largest possible reduction in throttling and the amount of friction. This friction pressure is a viscosity-dependent or temperature-dependent variable. The proposed in the thesis configuration allows to minimize the pressure component of the throttling of the fluid to be measured, so as to measure substantially only the friction effect. The measured pressure drop is still dependent on the viscosity and the temperature.

[0008] In der Biotechnologie werden sehr hohe Anforderungen an die Sterilität gestellt. Alle Komponenten müssen vor einem neuen Versuch bzw. Batch sterilisiert (z.B. autoklaviert) werden. Um dies zu umgehen und bei gleich hoher Qualität den Aufwand für die Reinigung und die notwendige Qualitätskontrolle zu reduzieren, wird vermehrt auf Einweg-Komponenten gesetzt (Single-Use bzw. Disposables). Diese werden steril zur Verfügung gestellt, eingebaut und anschliessend entsorgt. Präzise Dosiersysteme sind bisher nicht als Einwegkomponenten verfügbar, was ihren Einsatz als Einweg-Komponenten unwirtschaftlich macht. In biotechnology very high demands are placed on the sterility. All components must be sterilized (e.g., autoclaved) before a new batch. To avoid this and to reduce the effort for cleaning and the necessary quality control while maintaining the same high quality, the focus is increasingly on disposable components (single-use or disposables). These are provided sterile, installed and then disposed of. Precise metering systems are not yet available as disposable components, making their use as disposable components uneconomical.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es einen Durchflusssensor zur Verfügung zu stellen, welcher kostengünstig hergestellt werden kann, vorzugsweise als Einweg-Produkt, und mit welchem kleine Flüssigkeitsmengen präzise gemessen werden können. The object of the invention is to provide a flow sensor available, which can be produced inexpensively, preferably as a disposable product, and with which small amounts of liquid can be precisely measured.

[0010] Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchflusssensor zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Durchflussrate eines Fluids ohne Kenntnis der exakten Viskosität und/oder Temperatur des Fluids gemessen werden kann, bzw. bei welchem keine vorangehende Eichung notwendig ist. Another object of the invention is to provide a flow sensor with which a flow rate of a fluid can be measured without knowledge of the exact viscosity and / or temperature of the fluid, or in which no prior calibration is necessary.

[0011] Ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche als kostengünstiges Einweg-Produkt hergestellt werden kann, und mit welcher kleine Fluidmengen präzise dosiert werden können. Vorteilhaft soll eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung es erlauben, das Volumen eines einzelnen zudosierten Tropfens zu messen. It is also an object of the invention to provide a metering device which can be manufactured as a cost-effective disposable product, and with which small amounts of fluid can be precisely metered. Advantageously, a metering device according to the invention should allow the volume of a single metered drop to be measured.

[0012] Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist, einen Volumenstrom eines Fluids zu messen ohne Kenntnis der Viskosität und/oder der Temperatur des Fluids, bzw. ohne vorangehende Eichung. It is a further object of the invention to provide a method with which it is possible to measure a volume flow of a fluid without knowledge of the viscosity and / or the temperature of the fluid, or without prior calibration.

[0013] Diese und andere Aufgabe werden gelöst durch einen Durchflusssensor, eine Dosiervorrichtung und ein Verfahren gemäss den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben. These and other objects are achieved by a flow sensor, a metering device and a method according to the independent claims. Preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims.

[0014] Ein erfindungsgemässer Durchflusssensor umfasst mindestens drei hintereinander angeordnete Messkammern, die jeweils durch einen Strömungswiderstand fliessend miteinander verbunden sind. Mindestens zwei der Strömungswiderstände weisen einen unterschiedlichen Druckverlustbeiwert ζ auf. Für jede Messkammer ist ein Druckmessmittel vorgesehen, welches dazu geeignet ist, den Druck p in der entsprechenden Messkammer zu messen. A flow sensor according to the invention comprises at least three measurement chambers arranged one behind the other, each of which is fluidly connected to one another by a flow resistance. At least two of the flow resistances have a different pressure loss coefficient ζ. For each measuring chamber, a pressure measuring means is provided, which is adapted to measure the pressure p in the corresponding measuring chamber.

[0015] Der erfindungsgemässe Durchflusssensor ist insbesondere zum einmaligen Gebrauch vorgesehen. The inventive flow sensor is provided in particular for single use.

[0016] In einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Durchflusssensors sind drei Messkammern seriell hintereinander angeordnet. Besonders vorteilhaft weist die mittlere der drei Messkammern ein kleineres Volumen auf als die anderen beiden Messkammern. In an advantageous embodiment of a flow sensor according to the invention, three measuring chambers are arranged serially one behind the other. Particularly advantageously, the middle of the three measuring chambers has a smaller volume than the other two measuring chambers.

[0017] Aufgrund dieser Anordnung gelingt es, eine Austrittsöffnungen des ersten Strömungswiderstandes möglichst nahe an eine Eintrittsöffnung des zweiten Strömungswiderstandes heranzubringen. Der erste Strömungswiderstand beeinflusst den nachfolgenden Strömungswiderstand dahingehend, dass der austretende Fluidstrom sich in der zweiten Messkammer nicht vollständig ausbreiten und somit sein Strömungsprofil teilweise erhalten kann. Da der Fluidstrom quasi auf den zweiten Reibungskanal gerichtet ist, sinkt entsprechend Drosselungseffekt der Eintrittsöffnung, und der Druckverlustbeiwert ist geringer. Due to this arrangement, it is possible to bring an outlet openings of the first flow resistance as close as possible to an inlet opening of the second flow resistance. The first flow resistance influences the subsequent flow resistance in such a way that the exiting fluid flow does not completely propagate in the second measuring chamber and thus can partially maintain its flow profile. Since the fluid flow is directed to the second frictional channel, as a result, the throttling effect of the inlet opening decreases accordingly, and the pressure loss coefficient is lower.

[0018] Die Strömungswiderstände sind vorteilhaft so ausgestaltet, dass sie je einen Reibungskanal mit einer bestimmten Länge L1, L2 und einer bestimmten Querschnittsfläche A1, A2 aufweisen. Die Längen L1 und L2 und/oder die Querschnittsflächen A1 und A2 der Reibungskanäle können gleich oder unterschiedlich gewählt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Querschnittsflächen A1, A2 einen Wert zwischen 0,03 und 0,3 mm<2> auf, alternativ oder zusätzlich dazu ist die Länge L1, L2 der Reibungskanäle kleiner als 2 mm. The flow resistances are advantageously designed so that they each have a friction channel with a certain length L1, L2 and a certain cross-sectional area A1, A2. The lengths L1 and L2 and / or the cross-sectional areas A1 and A2 of the friction channels can be chosen the same or different. In an advantageous embodiment, the cross-sectional areas A1, A2 have a value between 0.03 and 0.3 mm <2>, alternatively or additionally, the length L1, L2 of the friction channels is smaller than 2 mm.

[0019] Um den Durchflusssensor kosteneffizient herstellen zu können, werden kostengünstige und dennoch präzise Drucksensoren benötigt. Als Druckmessmittel in einem erfindungsgemässen Durchflusssensor geeignet sind beispielsweise Halbleiterdrucksensoren, insbesondere die Drucksensoren MPX2300DT1 und MPX2301DT1 der Fa. Freescale, Austin TX, USA (http://www.freescale.com). To be able to produce the flow sensor cost-effectively, cost-effective yet precise pressure sensors are needed. Semiconductor pressure sensors, in particular the pressure sensors MPX2300DT1 and MPX2301DT1 from Freescale, Austin TX, USA (http://www.freescale.com) are suitable as pressure measuring means in a flow sensor according to the invention.

[0020] Aufgrund des einfachen Aufbaus des Sensors kann der erfindungsgemässe Durchflusssensor spritzgegossen werden, vorzugsweise einstückig, und so möglichst kostengünstig hergestellt werden. Vorteilhaft wird der Durchflusssensor aus Kunststoff gefertigt. Due to the simple construction of the sensor, the flow sensor according to the invention can be injection-molded, preferably in one piece, and thus manufactured as inexpensively. Advantageously, the flow sensor is made of plastic.

[0021] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Durchflusssensor eine der letzten Messkammer nachgeschaltete Ventilvorrichtung auf, vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil. Durch diese vorteilhafte Anordnung gelingt es, den Durchfluss eines zu dosierenden Fluids möglichst nahe am Eintritt in die Ventilvorrichtung zu messen, und gegebenenfalls die Dosiervorrichtung nachzuregeln, sollte eine vom Benutzer eingestellte Dosierrate nicht der tatsächlichen Dosierrate entsprechen. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the flow sensor on a last measuring chamber downstream valve device, preferably an electromagnetically operable valve. This advantageous arrangement makes it possible to measure the flow of a fluid to be metered as close to the inlet to the valve device, and optionally readjust the metering device, should a user set by the metering rate does not correspond to the actual metering rate.

[0022] Durch die erfindungsgemässe Anordnung des Durchflusssensors mit der Ventilvorrichtung gelingt es bei Verwendung einer geeigneten Ventilvorrichtung unter anderem auch, einzelne Tropfen des Fluids zu dosieren, und dabei das Volumen jedes einzelnen zudosierten Tropfens zu messen bzw. zu überprüfen. Diese Werte können auch aufgezeichnet werden, beispielsweise zur Qualitätskontrolle. By the inventive arrangement of the flow sensor with the valve device succeeds when using a suitable valve device, inter alia, to dose individual drops of the fluid, while measuring the volume of each dosed drop or to check. These values can also be recorded, for example for quality control.

[0023] Eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung zur Dosierung von Fluiden umfasst einen Zufuhrkanal zur Zufuhr des zu dosierenden Fluids; einen erfindungsgemässen Durchflusssensor wie vorhergehend besprochen zur Bestimmung des Volumenstroms durch den Sensor, wobei der Zufuhrkanal mit der ersten Messkammer des Durchflusssensors fliessend verbunden ist; und eine Ventilvorrichtung zur Dosierung des Fluids, vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, wobei die letzte Messkammer mit dem Einlass der Ventilvorrichtung verbunden ist. An inventive metering device for metering fluids comprises a supply channel for supplying the fluid to be metered; a flow sensor according to the invention as previously discussed for determining the volume flow through the sensor, wherein the supply channel is fluidly connected to the first measuring chamber of the flow sensor; and a valve device for metering the fluid, preferably an electromagnetically operable valve, wherein the last metering chamber is connected to the inlet of the valve device.

[0024] Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zur Messung eines Volumenstroms [V/t]M und/oder einer Viskosität Hm eines Fluids wird ein erfindungsgemässer Durchflusssensor wie vorhergehend besprochen bereitgestellt, und für mindestens zwei Strömungswiderstände des Durchflusssensors mit unterschiedlichen Druckverlustbeiwerten ζ, ein Kennlinienfeld aus einer Mehrzahl von Isobaren-Kennlinien bereitgestellt, wobei die genannten Isobaren-Kennlinien Volumenstrom-Viskositäts-Wertepaare darstellen, welche bei dem entsprechenden Strömungswiderstand einen bestimmten Differenzdruck verursachen. Über den entsprechenden mindestens zwei Strömungswiderständen werden die Differenzdrücke Δp bestimmt, indem mit den Druckmessmitteln die Drücke in den entsprechenden Messkammern gemessen und daraus die Differenzdrücke berechnet werden. Den bestimmten mindestens zwei Differenzdrücken werden in den jeweiligen Kennlinienfeldern die entsprechende Isobaren-Kennlinie mit dem gleichen Differenzdruck zugeordnet, und es wird der Schnittpunkt der zugeordneten mindestens zwei Isobaren-Kennlinien bestimmt. Aus diesem bestimmten Schnittpunkt wird anschliessend der dazugehörige Volumenstrom [V/t]M und/oder die dazugehörige Viskosität ηM bestimmt. In a method according to the invention for measuring a volume flow [V / t] M and / or a viscosity Hm of a fluid, a flow sensor according to the invention is provided as discussed above, and for at least two flow resistances of the flow sensor with different pressure loss coefficients ζ, a characteristic field of one Are provided plurality of isobaric characteristics, said isobaric characteristics represent flow-viscosity-value pairs, which cause a certain differential pressure at the corresponding flow resistance. The differential pressures Δp are determined via the corresponding at least two flow resistances by measuring the pressures in the corresponding measuring chambers with the pressure measuring means and calculating the differential pressures therefrom. The determined at least two differential pressures are assigned the corresponding isobaric characteristic curve with the same differential pressure in the respective characteristic fields, and the point of intersection of the associated at least two isobaric characteristic curves is determined. From this specific point of intersection, the associated volume flow [V / t] M and / or the associated viscosity η M is then determined.

[0025] Gemäss Theorie beträgt der Druckabfall Δp zwischen zwei Messkammern, die durch einen Reibungskanal mir Radius rRund Länge lR verbunden sind: Δp = [ζ p / (π<2>rR<4>)] [V/t]<2> + [8 η lR / (π rR<4>)] [V/t]. Der Druckverlustbeiwert ζ berücksichtigt dabei das Strömungsprofil am Einlass in den Reibungskanal, p ist die Dichte des Fluids. Diese dreidimensionale Funktion kann so umgeformt werden, dass mit ζ, p, lR, rR als fixen Parametern der Druckabfall Δp als dreidimensionale Funktion des Volumenstroms [V/t] und des Viskosität η dargestellt werden kann. Aus dieser Funktion können Kennlinien für ein bestimmtes Δp berechnet werden. According to the theory, the pressure drop Δp between two measuring chambers, which are connected by a friction channel with radius rR and length lR: Δp = [ζp / (π <2> rR <4>)] [V / t] <2> + [8 η lR / (πrR <4>)] [V / t]. The pressure loss coefficient ζ takes into account the flow profile at the inlet into the friction channel, p is the density of the fluid. This three-dimensional function can be reshaped so that with ζ, p, lR, rR as fixed parameters the pressure drop Δp can be represented as a three-dimensional function of the volume flow [V / t] and the viscosity η. From this function, characteristic curves for a specific Δp can be calculated.

[0026] Anstatt die Kennlinienfelder mit mathematischen Modellen zu bestimmen, können diese auch durch numerische Simulationen erhalten werden. Ebenfalls vorteilhaft sind die experimentelle Bestimmung einer Vielzahl von Messwertetripeln, und die anschliessende numerische Interpolation einer dreidimensionalen Funktion. Instead of determining the characteristic curves with mathematical models, these can also be obtained by numerical simulations. Also advantageous are the experimental determination of a plurality of measured value triples, and the subsequent numerical interpolation of a three-dimensional function.

[0027] Ein solches erfindungsgemässes Verfahren erlaubt es also, einen Durchfluss bzw. Volumenstrom zu bestimmen, ohne dass die Viskosität bekannt sein muss. Die Viskosität ergibt sich bei der Durchflussmessung sogar als zusätzlicher Messwert. Such a method according to the invention thus makes it possible to determine a flow or volumetric flow without the viscosity having to be known. Viscosity even results in flow measurement as an additional measurement.

[0028] Bei einer vorteilhaften Variante eines solchen Verfahrens werden die Isobaren-Kennlinien der Kennlinienfelder der Strömungswiderstände aus geeigneten Kennwerten extrapoliert, vorzugsweise aus durch Messungen bestimmten Kennwerten. In an advantageous variant of such a method, the isobaric characteristics of the characteristic curves of the flow resistances are extrapolated from suitable characteristic values, preferably from characteristic values determined by measurements.

[0029] Zusätzlich oder alternativ können bei einem solchen erfindungsgemässen Verfahren die Differenzdrücke in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden. Dies erlaubt eine präzise Integration beispielsweise von einzelnen Tropfenvolumen. Additionally or alternatively, in such a method according to the invention, the differential pressures can be determined as a function of time. This allows a precise integration, for example, of individual drop volumes.

[0030] Aufgrund der zugrundeliegenden physikalischen Effekte gelten Kennlinienfelder nur für bestimmte Fluiddichten p. Die Dichte des Fluids muss also bekannt sein. Die Dichte ist jedoch in der Regel bekannt, oder zumindest einfach zu bestimmen. Alternativ können auch vierdimensionale Funktionen verwendet werden, mit der Dichte als zusätzlichem Funktionsparameter. Aus diesen können dann dreidimensionale Isobaren-Kennflächen bestimmt werden. Entsprechend benötigt man dann für die eineindeutige Bestimmung des Volumenstroms (sowie der Viskosität und der Dichte) drei sich schneidende Isobaren-Kennflächen, also auch drei Strömungswiderstände mit unterschiedlichem Druckverlustbeiwert. Due to the underlying physical effects characteristic curves apply only to certain fluid densities p. The density of the fluid must therefore be known. However, the density is usually known, or at least easy to determine. Alternatively, four-dimensional functions can also be used, with density as an additional function parameter. From these three-dimensional isobaric characteristics can then be determined. Correspondingly, for the one-to-one determination of the volumetric flow (as well as the viscosity and the density), three intersecting isobaric characteristics are required, that is also three flow resistances with different pressure loss coefficients.

KURZE ERLÄUTERUNG ZU DEN FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

[0031] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. <tb>Fig. 1<sep>zeigt schematisch den Einsatz eines erfindungsgemässen Durchflusssensor in einem Dosiersystem. <tb>Fig. 2<sep>zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Durchflusssensors im Querschnitt. <tb>Fig. 3<sep>zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung mit einem erfindungsgemässen Durchflusssensor und einer Ventilvorrichtung. <tb>Fig. 4<sep>zeigt schematisch (a) ein erstes Kennlinienfeld eines ersten Strömungswiderstandes, mit einer zu einer ersten gemessenen Druckdifferenz gehörenden Isobaren-Kennlinie, (b) ein zweites Kennlinienfeld eines zweiten Strömungswiderstandes, mit einer zu einer zweiten gemessenen Druckdifferenz gehörenden Isobaren-Kennlinie, (c) die Bestimmung des Schnittpunkt der ersten und der zweiten Isobaren-Kennlinie, und basierend darauf die Bestimmung des Volumenstroms und der Viskosität; und (d) die Bestimmung des Volumenstroms und der Viskosität in einer Ausführungsvariante mit drei gemessenen Druckdifferenzen und drei Isobaren-Kennlinien.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. <Tb> FIG. 1 <sep> shows schematically the use of a flow sensor according to the invention in a dosing system. <Tb> FIG. 2 <sep> shows a schematic representation of the flow sensor according to the invention in cross section. <Tb> FIG. 3 <sep> schematically shows a metering device according to the invention with a flow sensor according to the invention and a valve device. <Tb> FIG. 4 <sep> schematically shows (a) a first characteristic field of a first flow resistance, with an isobaric characteristic belonging to a first measured pressure difference, (b) a second characteristic field of a second flow resistance, with an isobaric characteristic associated with a second measured pressure difference, (c) determining the intersection of the first and second isobaric characteristics, and based thereon determining the volume flow and viscosity; and (d) determining volumetric flow and viscosity in a variant embodiment with three measured pressure differences and three isobaric characteristics.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird der erfindungsgemässe Durchflusssensor 10 in einem Dosiersystem 90, beispielsweise für einen Bioreaktor 94, eingesetzt. Das zu dosierende Fluid 96 wird von einem Vorratsbehälter 93 über eine Transferleitung 95 zu einer Dosiervorrichtung 92 transportiert, welche den erfindungsgemässen Durchflusssensor 10 und ein Ventilvorrichtung 50 umfasst. Mit Hilfe des Dosierventils 50 wird das zu dosierende Fluid in einzelnen Tropfen 97 dem Bioreaktor 94 zugeführt. Der Durchflusssensor 10 und das Dosierventil 50 sind vorteilhaft einstückig ausgebildet, vorzugsweise als Einweg-Einheit. In a preferred embodiment of the invention according to FIG. 1, the flow sensor 10 according to the invention is used in a dosing system 90, for example for a bioreactor 94. The fluid 96 to be metered is transported by a reservoir 93 via a transfer line 95 to a metering device 92, which comprises the flow sensor 10 according to the invention and a valve device 50. With the aid of the metering valve 50, the fluid to be metered is supplied to the bioreactor 94 in individual drops 97. The flow sensor 10 and the metering valve 50 are advantageously formed in one piece, preferably as a disposable unit.

[0033] Der erfindungsgemässe Durchflusssensor 10 misst die aktuelle Dosierrate direkt am Dosierventil 50. Eine Steuerungsvorrichtung 91 steuert basierend auf einer durch den Benutzer voreingestellten Soll-Dosierrate und der zweiten durch den erfindungsgemässen Durchflusssensor 10 gemessenen Ist-Dosierrate die Öffnungszeit und/oder die Frequenz des Dosierventils 50, so dass die tatsächliche Dosierrate der gewünschten Dosierrate entspricht. The flow meter 10 according to the invention measures the current metering rate directly at the metering valve 50. A control device 91 controls the opening time and / or the frequency of the actual metering rate measured by the user according to the target metering rate and the second metering rate measured by the flow meter according to the invention Metering valve 50, so that the actual metering rate of the desired metering rate corresponds.

[0034] Fig. 2 zeigt stark vereinfacht einen erfindungsgemässen Durchflusssensor 10 mit einer ersten Messkammer 11, einer zweiten Messkammer 15 und einer dritten Messkammer 19. Die Messkammern sind durch einen ersten Strömungswiderstand 13 und einen zweiten Strömungswiderstand 17 miteinander fliessend verbunden. In der dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Strömungswiderstände 13 und 17 durch einen ersten 14 und einen zweiten 18 Reibungskanal mit einer Querschnittsfläche A1, A2 und einer Länge L1, L2 gebildet. Die Druckverlustbeiwerte ζ für die Strömungswiderstände sind unterschiedlich ausgebildet. Die zweite Messkammer 15 ist kleiner, insbesondere kürzer, ausgebildet als beispielsweise die erste Messkammer 11. Die Messkammer 15 ist dabei so gestaltet, dass eine Austrittsöffnung des ersten Reibungskanals 14 in einem geeignet kleinen Abstand zu einer Eintrittsöffnung des zweiten Strömungskanals 18 angeordnet ist. Das Strömungsprofil hat als Folge davon keine Zeit, sich gleichmässig in der Messkammer auszubreiten. Der Fluidstrom wird sozusagen auf die Eintrittsöffnung gerichtet. Als Resultat sinkt die Drosselwirkung der Eintrittsöffnung gegenüber dem theoretisch aufgrund der Geometrie zu erwartenden Wert. Dies ergibt für die beiden Strömungswiderstände 13 und 17 unterschiedliche Druckverlustbeiwerte. Fig. 2 shows a simplified simplified flow sensor 10 according to the invention with a first measuring chamber 11, a second measuring chamber 15 and a third measuring chamber 19. The measuring chambers are connected by a first flow resistance 13 and a second flow resistance 17 with each other. In the particularly advantageous embodiment shown, the flow resistances 13 and 17 are formed by a first 14 and a second 18 friction channel with a cross-sectional area A1, A2 and a length L1, L2. The pressure loss coefficients ζ for the flow resistances are designed differently. The second measuring chamber 15 is smaller, in particular shorter, designed as, for example, the first measuring chamber 11. The measuring chamber 15 is designed such that an outlet opening of the first friction channel 14 is arranged at a suitably small distance from an inlet opening of the second flow channel 18. As a result, the airfoil has no time to spread evenly in the measuring chamber. The fluid flow is directed as it were to the inlet opening. As a result, the throttling effect of the inlet opening decreases in relation to the theoretically expected value due to the geometry. This results in different pressure loss coefficients for the two flow resistances 13 and 17.

[0035] Optimale Geometrien für die Messkammern und Reibungskanäle können im Abhängigkeit eines bevorzugten Bereichs der Viskosität, Dichte und Volumenstroms durch mathematische Modelle und/ oder durch numerische Simulationen bestimmt werden. Optimiert werden kann insbesondere in Hinblick auf die Genauigkeit der Bestimmung des Volumenstroms gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren. Optimal geometries for the measurement chambers and friction channels may be determined based on a preferred range of viscosity, density, and volume flow through mathematical models and / or numerical simulations. Can be optimized in particular with regard to the accuracy of the determination of the volume flow according to the inventive method.

[0036] Pro Messkammer ist je ein Druckmessmittel 12, 16, 20 vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beispielsweise um einen Einwegdrucksensor der Fa. Freescale Semiconductor, http://www.freescale.com, vom Typ MPX2300DT1 und/oder Typ MPX2301 DT1. Die Differenzdrücke Δp1 und Δp2 werden bestimmt, indem aus den Druckwerten p1, p2, p3 in dem Messkammern die Differenz ermittelt wird. Per measuring chamber per a pressure measuring means 12, 16, 20 is provided. In a preferred embodiment, for example, it is a one-way pressure sensor from Freescale Semiconductor, http://www.freescale.com, the type MPX2300DT1 and / or type MPX2301 DT1. The differential pressures Δp1 and Δp2 are determined by determining the difference from the pressure values p1, p2, p3 in the measuring chambers.

[0037] Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemässen Durchflusssensor 10 als Teil einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung, wobei der Durchflusssensor mit einer Ventilvorrichtung 50 fliessend verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich dabei um ein elektromagnetisch betätigbares Ventil. Bei dieser Art von Ventilen wird mit einer Magnetspule 51 ein Magnetanker 52 in einem Ventilraum 55 mit einer bestimmten Taktfrequenz verschoben, und dabei eine Austrittsöffnung 57 einer Ventildüse während einer ebenfalls bestimmbaren Dauer geöffnet und anschliessend wieder verschlossen. Auf diese Weise kann gezielt ein bestimmtes Volumen des druckbeaufschlagten Fluids in die Austrittsdüse 57 gefördert und so am Ende der Düse ein Tropfen mit einem bestimmten» Volumen abgegeben werden. Der Anker 52 des Dosierventils 50 ist vorzugsweise in einer Kapsel angeordnet, die ihn vor aggressiven Medien schützt, beispielsweise verdünnten Säuren. FIG. 3 shows a flow sensor 10 according to the invention as part of a metering device according to the invention, the flow sensor being fluidly connected to a valve device 50. In the embodiment shown, this is an electromagnetically actuated valve. In this type of valves, a magnetic armature 51 is displaced in a valve chamber 55 with a specific clock frequency with a magnetic coil 51, thereby opening an outlet opening 57 of a valve nozzle during a likewise determinable duration and then resealing it. In this way, a specific volume of the pressurized fluid can be specifically conveyed into the outlet nozzle 57, thus delivering a drop of a certain volume at the end of the nozzle. The armature 52 of the metering valve 50 is preferably arranged in a capsule that protects it from aggressive media, such as dilute acids.

[0038] Beim Durchflusssensor 10, der dem Dosierventil 50 vorgeschaltet ist, handelt es sich um den gleichen Durchflusssensor wie er in der Fig. 2 beschrieben ist. In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 3 sind der Durchflusssensor 10 und das Dosierventil 50 einstückig ausgebildet. The flow sensor 10, which is connected upstream of the metering valve 50, is the same flow sensor as described in FIG. 2. In the preferred embodiment of Fig. 3, the flow sensor 10 and the metering valve 50 are integrally formed.

[0039] Für einen ersten Strömungswiderstand wird ein Kennlinienfeld erstellt, welches den Zusammenhang zwischen Volumenstrom, Viskosität und Druckabfall über dem Strömungswiderstand darstellt. In Fig. 4(a) ist ein solches Kennlinienfeld symbolisch dargestellt, mit einer Mehrzahl an Kennlinien a1-a5, welche verschiedene Druckdifferenzen über dem Strömungswiderstand repräsentieren. Das gleiche wird für einen zweiten Strömungswiderstand gemacht (Fig. 4(b)). Da dieser zweite Strömungswiderstand jedoch einen anderen Druckverlustbeiwert aufweist, sind die Kennlinien b1 bis b5 im Vergleich zu denjenigen des ersten Strömungswiderstands verkippt. Werden nun die tatsächlichen Druckdifferenzen Δp1, Ap1 experimentell bestimmt, können diesen in den jeweiligen Kennlinienfeldern die entsprechenden Kennlinien a3, b3 zugeordnet werden. Da die Viskosität des Fluids natürlich unverändert bleibt, und der Volumenstrom aufgrund des experimentellen Aufbaus ebenfalls identisch sein muss, kann dann durch Schneiden der beiden Kennlinien a3, b3 ein Wertepaar aus Volumenstrom [V/t]Mund Viskosität ηM eineindeutig bestimmt werden (Fig. 4(c)). For a first flow resistance, a characteristic field is created, which represents the relationship between volume flow, viscosity and pressure drop across the flow resistance. Such a characteristic field is shown symbolically in FIG. 4 (a), with a plurality of characteristic curves a1-a5, which represent different pressure differences across the flow resistance. The same is done for a second flow resistance (Fig. 4 (b)). However, since this second flow resistance has a different pressure loss coefficient, the characteristics b1 to b5 are tilted in comparison with those of the first flow resistance. If the actual pressure differences .DELTA.p1, Ap1 are now determined experimentally, they can be assigned the corresponding characteristic curves a3, b3 in the respective characteristic fields. Since, of course, the viscosity of the fluid remains unchanged, and the volumetric flow must also be identical due to the experimental setup, then a pair of values of volume flow [V / t] oral viscosity ηM can be determined unambiguously by cutting the two characteristic curves a3, b3 (FIG (c)).

[0040] Fig. 4(d) zeigt eine Variante, bei welcher drei Differenzdrücke über drei Strömungswiderstände mit verschiedenem Druckverlustbeiwert ζ gemessen werden, und entsprechend drei Kennlinien geschnitten werden. Die zusätzliche Messung erhöht die Messgenauigkeit. Fig. 4 (d) shows a variant in which three differential pressures over three flow resistances are measured with different pressure loss coefficient ζ, and cut according to three characteristics. The additional measurement increases the measuring accuracy.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

[0041] <tb>10<sep>Durchflusssensor <tb>11<sep>erste Messkammer <tb>12<sep>erstes Druckmessmittel <tb>13<sep>erster Strömungswiderstand <tb>14<sep>erster Reibungskanal <tb>15<sep>zweite Messkammer <tb>16<sep>zweites Druckmessmittel <tb>17<sep>zweiter Strömungswiderstand <tb>18<sep>zweiter Reibungskanal <tb>19<sep>dritte Messkammer <tb>20<sep>drittes Druckmessmittel <tb>21<sep>Zufuhrkanal <tb>50<sep>Ventilvorrichtung, Dosierventil <tb>51<sep>Magnetspule <tb>52<sep>Magnetanker <tb>53<sep>Ventilsitz <tb>54<sep>Ventilteil <tb>55<sep>Ventilraum <tb>56<sep>Dichtungselement <tb>57<sep>Austrittsdüse <tb>90<sep>Dosiersystem <tb>91<sep>Steuerungsvorrichtung <tb>92<sep>Dosiervorrichtung <tb>93<sep>Vorratsbehälter <tb>94<sep>Bioreaktor <tb>95<sep>Transferleitung <tb>96<sep>Fluid <tb>97<sep>Tropfen, zudosiertes Volumen <tb>Δp1, Δp2, Δp3<sep>Differenzdruck <tb>p1, p2, p3<sep>Druck in Messkammer <tb>ζ1, ζ2<sep>Druckverlustbeiwerte <tb>a1...a5, b1-b5<sep>Isobaren-Kennlinien <tb>S<sep>Schnittpunkt[0041] <Tb> 10 <sep> Flow Sensor <tb> 11 <sep> first measuring chamber <tb> 12 <sep> first pressure measuring means <tb> 13 <sep> first flow resistance <tb> 14 <sep> first friction channel <tb> 15 <sep> second measuring chamber <tb> 16 <sep> second pressure measuring means <tb> 17 <sep> second flow resistance <tb> 18 <sep> second friction channel <tb> 19 <sep> third measuring chamber <tb> 20 <sep> third pressure measuring means <Tb> 21 <sep> supply channel <tb> 50 <sep> Valve device, metering valve <Tb> 51 <sep> solenoid <Tb> 52 <sep> armature <Tb> 53 <sep> valve seat <Tb> 54 'sep> valve part <Tb> 55 <sep> valve chamber <Tb> 56 <sep> sealing element <Tb> 57 <sep> outlet nozzle <Tb> 90 <sep> dosing <Tb> 91 <sep> control device <Tb> 92 <sep> dosing <Tb> 93 <sep> reservoir <Tb> 94 <sep> bioreactor <Tb> 95 <sep> transfer line <Tb> 96 <sep> Fluid <tb> 97 <sep> drops, added volume <tb> Δp1, Δp2, Δp3 <sep> differential pressure <tb> p1, p2, p3 <sep> Pressure in the measuring chamber <tb> ζ1, ζ2 <sep> pressure loss coefficients <tb> a1 ... a5, b1-b5 <sep> isobaric curves <Tb> S <sep> Intersection

Claims (12)

1. Durchflusssensor (10), insbesondere zum einmaligen Gebrauch, mit mindestens drei hintereinander angeordneten Messkammern (11, 15, 19), die jeweils durch einen Strömungswiderstand (13, 17) fliessend miteinander verbunden sind, wobei mindestens zwei der Strömungswiderstände einen unterschiedlichen Druckverlustbeiwert (ζ1, ζ2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Messkammer ein Druckmessmittel (12, 16, 20) vorgesehen ist, welches dazu geeignet ist, den Druck (p1, p2, p3) in der entsprechenden Messkammer zu messen.1. flow sensor (10), in particular for single use, with at least three successively arranged measuring chambers (11, 15, 19), each by a flow resistance (13, 17) are fluidly connected to each other, wherein at least two of the flow resistances a different pressure loss coefficient ( ζ1, ζ2), characterized in that a pressure measuring means (12, 16, 20) is provided for each measuring chamber, which is adapted to measure the pressure (p1, p2, p3) in the corresponding measuring chamber. 2. Durchflusssensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seriell drei hintereinander angeordnete Messkammern (11, 15, 19).2. Flow sensor according to claim 1, characterized by serially three successively arranged measuring chambers (11, 15, 19). 3. Durchflusssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswiderstände (13, 17) je einen Reibungskanal (14, 18) mit einer bestimmten Länge (L1, L2) und einer bestimmten Querschnittsfläche (A1, A2) aufweisen.3. flow sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the flow resistances (13, 17) each have a friction channel (14, 18) with a certain length (L1, L2) and a certain cross-sectional area (A1, A2). 4. Durchflusssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (A1, A2) der Reibungskanäle (14, 18) einen Wert zwischen 0,03 und 0,3 mm<2> aufweisen.4. flow sensor according to claim 3, characterized in that the cross-sectional areas (A1, A2) of the friction channels (14, 18) have a value between 0.03 and 0.3 mm <2>. 5. Durchflusssensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L1, L2) der Reibungskanäle (14, 18) kleiner als 2 mm ist.5. Flow sensor according to claim 3 or 4, characterized in that the length (L1, L2) of the friction channels (14, 18) is smaller than 2 mm. 6. Durchflusssensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Druckmessmitteln (12, 16, 20) um Halbleiterdrucksensoren handelt.6. Flow sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it is the pressure-measuring means (12, 16, 20) to semiconductor pressure sensors. 7. Durchflusssensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (20) aus Kunststoff gefertigt und/oder spritzgegossen ist.7. Flow sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the flow sensor (20) is made of plastic and / or injection molded. 8. Durchflusssensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der letzten Messkammer (19) nachgeschaltete Ventilvorrichtung (50), vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil.8. Flow sensor according to one of the preceding claims, characterized by one of the last measuring chamber (19) downstream valve device (50), preferably an electromagnetically operable valve. 9. Dosiervorrichtung (92) zur Dosierung von Fluiden, umfassend einen Zufuhrkanal (21) zur Zufuhr des zu dosierenden Fluids; einen Durchflusssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Bestimmung des Volumenstroms durch den Sensor, wobei der Zufuhrkanal mit der ersten Messkammer (11) des Durchflusssensors fliessend verbunden ist; und eine Ventilvorrichtung (50) zur Dosierung des Fluids, vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, wobei die letzte Messkammer (19) mit dem Einlass der Ventilvorrichtung verbunden ist.9. dosing device (92) for metering fluids, comprising a supply channel (21) for supplying the fluid to be metered; a flow sensor (10) according to any one of claims 1 to 8, for determining the volume flow through the sensor, wherein the supply channel with the first measuring chamber (11) of the flow sensor is fluidly connected; and a valve device (50) for metering the fluid, preferably an electromagnetically operable valve, wherein the last metering chamber (19) is connected to the inlet of the valve device. 10. Verfahren zur Messung eines Volumenstroms ([V/t]M) und/oder einer Viskosität (ηM) eines Fluids, wobei - ein Durchflusssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bereit gestellt wird; - für mindestens zwei Strömungswiderstände (13, 17) des Durchflusssensors mit unterschiedlichen Druckverlustbeiwerten (ζ1, ζ2) ein Kennlinienfeld aus einer Mehrzahl von Isobaren-Kennlinien (a1...a5, b1...b5) bereitgestellt wird, wobei die genannten Isobaren-Kennlinien Volumenstrom-Viskositäts-Wertepaare darstellen, welche bei dem entsprechenden Strömungswiderstand einen bestimmten Differenzdruck verursachen; - die Differenzdrücke (Δp1, Δp2) über den entsprechenden mindestens zwei Strömungswiderständen bestimmt werden, indem mit den Druckmessmitteln (12, 16, 20) die Drücke (p1, p2, p3) in den entsprechenden Messkammern (11, 15, 19) gemessen und daraus die Differenzdrücke berechnet werden; - den bestimmten mindestens zwei Differenzdrücken in den jeweiligen Kennlinienfeldern die entsprechende Isobaren-Kennlinie (a3, b3) mit dem gleichen Differenzdruck zugeordnet wird; - der Schnittpunkt (S) der zugeordneten mindestens zwei Isobaren-Kennlinien bestimmt wird; - aus dem bestimmten Schnittpunkt der dazugehörige Volumenstrom ([V/t]M) und/oder die dazugehörige Viskosität (ηM) bestimmt wird.10. A method for measuring a volume flow ([V / t] M) and / or a viscosity (ηM) of a fluid, wherein - A flow sensor (10) according to one of claims 1 to 8 is provided; for at least two flow resistances (13, 17) of the flow sensor with different pressure loss coefficients (ζ1, ζ2), a characteristic field is provided from a plurality of isobaric characteristics (a1 ... a5, b1 ... b5), said isobaric Characteristics represent volume flow viscosity value pairs, which cause a certain differential pressure at the corresponding flow resistance; - The differential pressures (.DELTA.p1, .DELTA.p2) are determined via the corresponding at least two flow resistances by using the pressure measuring means (12, 16, 20) the pressures (p1, p2, p3) in the corresponding measuring chambers (11, 15, 19) measured and from this the differential pressures are calculated; - The particular at least two differential pressures in the respective characteristic curves, the corresponding isobaric characteristic (a3, b3) is assigned to the same differential pressure; - The intersection point (S) of the associated at least two isobaric characteristics is determined; - From the specific intersection of the associated volume flow ([V / t] M) and / or the associated viscosity (ηM) is determined. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isobaren-Kennlinien der Kennlinienfelder der Strömungswiderstände aus geeigneten Kennwerten extrapoliert werden, vorzugsweise aus durch Messungen bestimmten Kennwerten.11. The method according to claim 10, characterized in that the isobaric characteristics of the characteristic curves of the flow resistances are extrapolated from suitable characteristic values, preferably from characteristic values determined by measurements. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrücke (Δp1, Δp2) in Abhängigkeit von der Zeit (t) bestimmt werden.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the differential pressures (Δp1, Δp2) are determined as a function of the time (t).
CH01785/11A 2011-08-26 2011-11-03 Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance CH705730A1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01785/11A CH705730A1 (en) 2011-11-03 2011-11-03 Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance
US14/239,906 US9739653B2 (en) 2011-08-26 2012-08-21 Flow sensor
PCT/EP2012/066227 WO2013030034A1 (en) 2011-08-26 2012-08-21 Flow sensor
EP12756672.7A EP2748565B1 (en) 2011-08-26 2012-08-21 Flow sensor
CA2843815A CA2843815A1 (en) 2011-08-26 2012-08-21 Flow sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01785/11A CH705730A1 (en) 2011-11-03 2011-11-03 Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH705730A1 true CH705730A1 (en) 2013-05-15

Family

ID=45375092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH01785/11A CH705730A1 (en) 2011-08-26 2011-11-03 Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH705730A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11434993B2 (en) * 2019-10-17 2022-09-06 Robert Bosch Gmbh Hydrostatic assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0166502A1 (en) * 1984-06-25 1986-01-02 Victor Equipment Company Dual orifice flow meter
EP0337092A2 (en) * 1988-04-09 1989-10-18 Labionics Aktiengesellschaft Flowmeter for fluids
DE19650115C1 (en) * 1996-12-03 1998-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Medication dosing device
US6463810B1 (en) * 1999-04-13 2002-10-15 Institute Of Nuclear Energy Research (Iner) Method and device for bi-directional low-velocity flow measurement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0166502A1 (en) * 1984-06-25 1986-01-02 Victor Equipment Company Dual orifice flow meter
EP0337092A2 (en) * 1988-04-09 1989-10-18 Labionics Aktiengesellschaft Flowmeter for fluids
DE19650115C1 (en) * 1996-12-03 1998-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Medication dosing device
US6463810B1 (en) * 1999-04-13 2002-10-15 Institute Of Nuclear Energy Research (Iner) Method and device for bi-directional low-velocity flow measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11434993B2 (en) * 2019-10-17 2022-09-06 Robert Bosch Gmbh Hydrostatic assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2748565B1 (en) Flow sensor
DE102012209314B4 (en) Device and method for dispensing or receiving a liquid volume
DE3882966T2 (en) IMPROVED FLOW METER WITH PRESSURE MEASUREMENT.
DE112005001172B4 (en) Flow circuit control of a constant flow HPLC pump to enable low flow operation
EP2349405B1 (en) Device for determining at least one flow parameter
EP2212086B2 (en) Method and device for monitoring, documenting, and/or controlling an injection molding machine
EP0951308A1 (en) Medicament dosing system
EP3073228B1 (en) System for measuring time-resolved flow processes of fluids
WO2008095836A2 (en) Method and device for continuously measuring dynamic fluid consumption
EP0337092A2 (en) Flowmeter for fluids
EP1424129B1 (en) Method and device for the automatic adjustment of multichannel dispensers
EP2639203B1 (en) Device and method for operating a membrane separation apparatus
AT3350U2 (en) DEVICE FOR CONTINUOUSLY MEASURING THE DYNAMIC FUEL CONSUMPTION OF A CONSUMER
EP3997339A1 (en) Control arrangement and method for controlling a sensorless membrane pump
EP2304515B1 (en) Control arrangement having a pressure limiting valve
DE102008018089A1 (en) Method for filling i.e. oil, from tank in bottle, involves adjusting flow rate of medium via throttle in dependent of measured temperature of medium, and adjusting filling pressure in dependent of measured temperature
EP2671125A1 (en) Metering unit
CH705730A1 (en) Flow sensor, particularly for single use for dosing device for dosing fluid, has three measuring chambers, which are arranged one behind other and are interconnected by flow resistance
DE102007048570A1 (en) Electronic dosing device for additives in beer dispensing systems
DE102004051537B4 (en) Dosing system for fluid media
EP2842710B1 (en) Device for exact metering of a volume flow of a fluid for a polymeric mixture
AT505035A4 (en) DEVICE AND METHOD FOR MEASURING FLOW RESISTANCES
DE102009001612A1 (en) Apparatus for generating constant pulsation free fluid flow for micro-fluidic applications, comprises reservoir, which is impinged with compressed gas with constant gas pressure
DE4308313A1 (en) Device for determining the flow rate of a fluid medium, following the differential pressure principle
AT524422B1 (en) Device for dosing small volume flows of a viscous medium from a high-pressure line

Legal Events

Date Code Title Description
PCAR Change of the address of the representative

Free format text: NEW ADDRESS: BELLERIVESTRASSE 203 POSTFACH, 8034 ZUERICH (CH)

AZW Rejection (application)