DD297238A5 - Schneller volumenstromgeber - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schnellen Volumenstromgeber nach dem Verdraenger- und dem Drosselprinzip, der der Messung von hochfrequenten Wechselvolumenstroemen, von dynamischen Impedanzen und der gleichzeitigen Bestimmung von quasistationaeren Volumenstroemen in der Hydraulik und Pneumatik dient. Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnellen Volumenstromgeber zu entwickeln, der fuer die druckrueckwirkungsfreie Messung von Wechselvolumenstroemen, fuer die Bestimmung absoluter Werte des Volumenstromes mit hohen Frequenzen, von dynamischen Impedanzen und fuer die Bestimmung quasistationaerer Volumenstroeme durch die Moeglichkeit der Kombination von Verdraenger- und Drosselprinzip fuer fluessige, dampf- und gasfoermige Fluide einsetzbar ist. Erfindungsgemaesz wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dasz der Verdraengerkolben aus einer mit Aussparungen versehenen Verdraengerflaeche besteht und zur Fuehrung des Verdraengerkolbens an der Verdraengerflaeche Fuehrungslamellen angeordnet sind. Die Aussparungen der Verdraengerflaeche koennen entweder rund, netz- oder kammfoermig ausgebildet sein. Der Verdraengerkolben besteht aus einer duennwandigen ausgesparten Scheibe, die ueber die Fuehrungslamellen spielbehaftet gefuehrt ist, wobei der Verdraengerkolben aus einem Material geringer Dichte besteht. Die Fuehrungslamellen sind stabfoermig ausgebildet und sind rotationssymmetrisch um den Mittelpunkt der Fuehrung angeordnet. Die Fuehrungslamellen koennen aber auch die Form einer Schlitzbuche aufweisen, an der die Verdraengerflaeche einseitig angeordnet ist. Bei rotierenden Verdraengerkolben wird erfindungsgemaesz die Sperrwirkung zwischen Zu- und Abflusz durch eine ebenfalls mit Aussparungen versehene Sperrflaeche geloest.{Volumenstromgeber; Verdraenger- und Drosselprinzip; Wechselvolumenstrommessung; Impedanzmessung; Messung des quasistationaeren Volumenstromes; Hydraulik; Pneumatik, druckrueckwirkungsfrei; hohe Frequenz; Fuehrungslamellen}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen schnellen Volumenstromgeber nach dem Verdränger- und dem Drosselprinzip, welcher der Messung von hochfrequenten Wechselvolumenströmen, von dynamischen Impedanzen und der gleichzeitigen Bestimmung von quasistationären Volumenströmen in der Hydraulik und Pneumatik dient.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Messung von Volumenströmen nach dem Verdrängerprinzip sind verschiedene Lö ungen bekannt. In ROSTECK, F. W.: Lecks auf der Spur, Fluid, Juli 1984 wird ein Leckage-Meßgerät beschrieben, das nach dem Verdrängerprinzip mit einem Kolben in einem Meßzylinder abreitet. Die Bewegung des Kolbens wird durch einen Federstahldraht mit geringem Durchmesser auf einen Inkrementalgeber übertragen. Der Meßzylinder ist über Anschlüsse für den Fluidein- und Fluidaustritt mit dem Prüfling verbunden. Der Kolben wird einseitig mit dem Meßdruck beaufschlagt. Bei auftretenden Leckagen wird der Kolben im Meßzylinder bewegt, wobei der Kolbenweg über den Inkrementalgeber eine proportionale Impulszahl erzeugt und die Kolbengeschwindigkeit der Ausgangsfrequenz proportional ist. Die beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß die verhältnismäßig große und träge Masse des Verdrängerkörpers, d. h. des Kolbens, und die Reibung des Kolbens instationäre Volumenstrommessungen nur bei sehr geringen Frequenzen zuläßt. Weiterhin treten vor allem bei hohen Drücken äußere Leckagen auf, so daß kleine Volumenströme bei hohen Drücken nicht meßbar sind. Kleine Volumenströme lassen sich auch wegen der relativ großen Reibung des Kolbes innerhalb des Meßzylinders und des Meßwertübertragungssystems ohne stickslip-Effekt statisch nur ungenau und instationär überhaupt nicht messen. Darüber hinaus sind für verschiedene Volumenstrom· und Druckbereiche unterschiedliche Auslegungen von Meßzylinder und Kolben erforderlich. In der DD-PS 261425 wird ein Volumenstromgeber nach dem Verdrängerprinzip beschrieben, der insbesondere für die instationäre Messung der Volumenströme von gasförmigen und flüssigen Fluiden in einem großen Volumenstrom- und Druckbereich zum Einsatz kommt. Dieser Volumenstromgeber besteht ebenfalls aus einem in einem Meßzylinder angeordneten Kolben, der aber die Form einer Scheibe aufweist, deren Außenmaß deutlich kleiner als das Innenmaß des Meßzylinders ist und beidseitig der Scheibe Führungsstücke angeordnet sind, deren Außenmaß ebenfalls kleiner als das Innenmaß der Führungen ist. Die Scheibe ist hierbei dünnwandig ausgebildet und das Außenmaß der Scheibe ist gegenüber dem Hub der Scheibe und die Fläche der Scheibe ist gegenüber der Summe der Fläche von Durchflußquerschnitt der Öffnungen und Durchflußquerschnitt, der durch den Makrospalt zwischen Führung und dem Führungsstück gebildet wird, groß. Dieser Volumenstromgeber gestattet die Bestimmung sich schnell ändernder absoluter Werte des Volumenstromes mit hoher Genauigkeit. Der Nachteil dieser Lösung besteht aber darin, daß für das Umschalten dieses Volumenstromgebers Wegeventile erforderlich sind, um den Kolben für eine erneute Messung wieder in seine Ausgangsposition zu bewegen. Der beschriebene Volumenstromgeber besitzt eine große Baulänge und ist nur bis zu bestimmten Frequenzen einsetzbar. Für Messungen nach dem Drosselprinzip ist diese Lösung nicht geeignet.

In der DE-OS 2403911 wird eine pendelnd wirkende Drosselklappe für Druchfluß- und Strömungsmessungen beschrieben. Diese Drosselklappe hat jedoch den Nachteil, daß sie nicht für hohe Frequenzen und für die Impedanzmessung anwendbar ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung 1st es den Anwendungsbereich von Volumenstromgebern durch die Kombination von Verdränger· und Drosselprinzip und eine verbesserte Dynamik mit einfachen Mitteln für die Messung von hochfrequenten Wechselvolumenströmen, von dynamischen Impedanzen und quasistationären Volumenströmen zu erweitern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung Ist es, einen schnellen Volumenstromgeber zu entwickeln, der für die druckrückwlrkungsfrele Messung von Wechsel volumen&trömen, für die Bestimmung absoluter WeMo des Volumenstromes mit hohen Frequenzen, von dynamischen Impedanzen und für die Bestimmung quasistationärer Volumenströme durch die Möglichkeit der Kombination von Verdränger· und Drosselprinzip In flüssigen, dampf- und gasförmigen Flulden einsetzbar Ist. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verdrängerkolben aus einer mit Aussparungen versehenen Verdrängerfläche besteht und zur Führung des Verdrängerkolbens ein· oder zweiseitig an der Verdrängerfläche Führungslamellen engeordnet sind. Die Aussparungen der Verdrängerfläche können vorzugsweise rund oder netz- bzw. kamn ,1 ftrmlg ausgebildet sein. Der Verdrängerkolben besteht aus einer dünnwandigen ausgesparten Scheibe oder Platte, die die ausgesparte Verdrängerfläche darstellt, und die über die Führungslamellen spielbehaftet geführt werden, wobei der Verdrängerkolben aus einem Mateiial geringer Dichte besteht. Die Führungslamellen sind stabförmig ausgebildet und sie sind bei axial bewegter Verdrängerfläche rotationssymmetrisch um den Mittelpunkt herum mit der bewegten Scheibe und bei rotierender Verdrängerfläche radial mit der Stirnseite der bewegten Platte fest verbunden.

Das Verhältnis zwischen Gesamtquerschnitt k · Ak aller k Aussparungen zur Gesamtfläche A der Verdrängerfläche a - k · /VA erreicht für einen masselosen Verdrängerkolben den theoretischen Wert a = 1, Werden kreisförmige Aussparungsflächen Ai, angenommen, dann ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Zahl k der kreisrunden Aussparungen mit dem Durchmesser d_k zur Gesamtfläche A mit dem Durchmesser d als Flächenverhältnis a mit

a = k · (d_k ²/d²).

Diese Beziehung gilt mit wachsender Zahl k der Aussparungen und damit kleiner werdender Fläche K der Einzelaussparungen

auch für alle kreisabweichenden Formen der Aussparungsflächen.

Die Größe d_k entspricht dann dem hydraulisch gleichwertigen Durchmesser der jeweiligen Form der Aussparung. Bei netzartigen Strukturen der Verdrängerfläche sind Werte 0,95 < a < 1,0erreichbar,sodaß die Masseverringerung über 95% gegenüber einer

massiven Verdrängerfläche beträgt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des VerdrängerkolLens Im Volumenstromgeber entsteht der scheinbar

widersprüchliche Effekt, daß bei zunehmender Aussparungsfläche und damit leichter werdendem Verdrängerkolben die

Anforderungen an die Dichtheit der Verdrängerfläche immer geringer werden. Gerade dieser Effekt führt dazu, daß ein und

derselbe Verdrängerkolben sowohl nach dem Verdränger· als auch nach dem Drosselprinzip einsetzbar ist.

Das Fluid tritt durch einen der Anschlüsse für den Fluiddurchf luß in den Führungszylinder ein und verdrängt trotz Aussparungen

in der Verdrängerfläche den damit praktisch masselosen Verdrängerkolben verzögerungsfrei synchron zum

Volumenstromwechsel. Dabei wird wegen der fehlenden Kolbenmasse durch den Meßvorgang des Wechselvolumenstromes

selbst keine Druckrückwirkung verursacht. Die Kolbenbewegung wird in bekannter Weise über berührungslose Meßsysteme erfaßt, die an geeigneten Stellen des Führungszylinders angeordnet sind. Da eine druckrückwirkungsfrele Messung des

Wechselvolumenstromes möglich ist, erlaubt der schnelle Volumenstromgeber bei gleichzeitiger Messung von Wechseldrücken

die direkte Bestimmung der dynamischen Impedanz.

Die ausgesparte Verdrängerfläche hat erfindungsgemäß den zusätzlichen Vorteil, daß sie bei Arretierung des Verdrängerkolbens

als Drossel genutzt werden und daß sie bei Schaltvorgängen entgegen der Stromrichtung bewegt werden kann.

Der erfindungsgemäße schnelle Volumenstromgeber zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und ermöglicht in

einem großen Volumenstrom·, Druck- und Zähigkeitsbereich die Messung von Wechselvolumenströmen und von dynamischen

Impedanzen flüssiger, dampf- und gasförmiger Fluide sowohl nach dem Verdränger- als auch nach dem Drosselprinzip. Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend andre) Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung sind in den Figuren 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen schnellen Volumenstromgebers dargestellt.

Beispiel 1 Der erfindungsgemäße schnelle Volumenstromgeber besteht gemäß Figur 1 und 2 aus der ausgesparten Verdrängerfläche 1,

die mit Führungslamellen 2 und mit einem in Achsrichtung gepolten Permanentmagneten 3 kraftschlüssig verbunden ist.

Die Verdrängerfläche 1 und die Führungslamellen 2 bestehen aus dünnwandigem Aluminium oder aus leichtem druckfesten Kunststoff, so daß die Masse der erfindungsgemäßem Aluminium oder aus leichtem druckfesten Kunststoff, so daß die Masse

der erfindungsgemäß als Verdrängerkolben wirkenden ausgesparten Verdrängerfläche 1 infolge des fehlenden Materials in den

Aussparungen 4 extrem minimiert wird. Es kann praktischu für jedes Fluid erreicht werden, daß die ausgesparte Verdrängerfläche 1 im zu messenden Fluid durch eine

schwimmende Lagerung nahezu reibungslos positioniert werden kann.

In Figur 1 und Figur 2 wird die ausgesparte Verdrängerfläche 1 mit ihren Führungslamellen 2 und dem Permanentmagnoten 3 in

einem Führungszylinder 5 spielbehaftet schwimmend geführt.

Der Führungszylinder 61st beidseitig mit je einem Flansch β und 7 über je eine Qummidichtung 8 verschlossen, wobei die Flansche 6 und 7 über Spannschrauben 9 an die Stirnflächen des Führungszylindere 5 angedrückt werden. Die Flansche 6 und 7

besitzen Gewindeöffnungen 10 und 11, die zum Einschrauben der Zu· und Abflußleitung vorgesehen sind.

Auf dem Umfang des aus Material mit geringer Permeabilität bestehenden Führungszylinders 5 ist eine Induktionsspule 12

angeordnet, die über die Anschlüsse 13 und 14 elektrisch mit einem Umschalter 15 verbunden ist. Am Umfang des

Führungszylindere 5 sind je ein Hallsensor 16 und 17 formschlüssig angeordnet und über die elektrischen Leitungen 18 und 19

mit einen Operationsverstärker 20 und dem Umschalter 15 verbunden.

Ein im Flansch 6 formschlüssig angeordneter Wochseldrucksensor 28 Ist mit einer Meßleitung für Wechseldrücke 29 verbunden. Innen am Flansch 7 sind Drucksensoren 21 angeordnet, die über den elektrischen Anschluß 22 und einen Operationsverstärker 23 zum Umschalter 15 geführt sind. Am Umschalter 15 sind außer den Operationsverstärkern 20 und 23 sowie den Anschlüssen 13 u ** M noch dio Meßleitung 24

für die Messung des Wechselvolumenstromes, die Erregerleitung 26 für den Erregerstrom, die Zählleitung 26 für den nach dem

Verdrängerprinzip und die Meßleitung 27 für den nach dem Drosselprinzip gemessenen quasistationären Volumenstrom

angeschlossen.

Beim Meßvorgang strömt das Fluid nach Figur 11n Pfeilrichtung in den Hohlraum des Führungszylindere 5 ein und verdrängt

dabei die praktisch gewichtslose, ausgesparte Verdrängerfläche 1 mit den Führungslamellen 2 trägheitsfrei.

Der kraftschlüssig angekoppelte Permanentmagnet 3 folgt dabei jeder stationären und Instationären Bewegung der

ausgesparten Verdrängerfläche 1 und induziert eine der Fluggeschwindigkeit und damit eine dem Volumenstrom proportionale

Spannung zwischen den Anschlüssen 13 und 14, die über die Meßleitung 24 als Meßwert für die Volumenstromschwankungen

registriert wird.

Hat sich der Permanentmagnet 3 bis zum Hallensensor 17 bewegt, wird über den elektrischen Anschluß 19 und den Operationsverstärker 20 im Umschalter 16 von der Meßleitung 24 auf die Erregerleitung 25 umgeschaltet. Über die Erregerleitung 25 wird jetzt eine so hohe Fremdspannung zwischen den Anschlüssen 13 und 14 entsprechend gepolt

aufgegeben, daß der Permanentmagnet 3 einem Linearmotor gleich in seine Ausgangslage bis zum Hallensensor 16 gegen die

Strömungsrichtung zurückgezogen wird. Das Bewegen des Verdrängerkolbens gegen die Strömungsrichtung wird erfindungsgemäß durch die Aussparungen 4 in der Verdrängerfläche 1 möglich. Der Hallsensor 16 bewirkt über den Anschluß 18 und den Operationsverstärker 20 ein Zurückschalten des Umschalters 15 von

der Erregerleitung 25 auf die Meßleitung 24. Das Messen der Volumenstromschwankung kann damit erneut beginnen, bis der

Permanentmagnet 3 den Hallsensor 17 erreicht und erneut ein Umschalten von der Meßleitung 24 auf die Erregerleitung 25

bewirkt.

Im Umschalter 15 wird über die Zählleitung 26 gleichzeitig die Zahl der Umsrhaltungen gezäht, so daß daraus auch der

quasistationäre Volumenstrom berechnet werden kann.

Werden die Hallsensoren 16 und 17 abgechaltet, so schlägt die ausgesparte Verdrängerfläche 1 mit den Führungslamellen 2 am Flansch 7 an und bleibt stehen. Sie wirkt mit ihren Aussparungen 4 als Drossel. Die Drosselkraft ist dabei ein Maß für den Volumenstrom. Sie wird über die Führungslamellen 2 auf die Drucksensoren 21 übertragen und über den Anschluß 22, den Operationsverstärker 23 und über die Meßleitung 27 als Maß für den quasistationären Volumenstrom registriert. Der beschriebene schnelle Volumenstromgeber ist fertigungstechnisch einfach herzustellen, well der aus der erfindungsgemäß

ausgesparten Verdrängerfläche 1, den Führungslamellen 2 und dem Permanentmagnet 3 bestehende Verdrängerkörper keine

Feinmaße erfordert und an dio Oberflächenbearbeitung des Führungszylinders 5 geringe Anforderungen gestellt werden. Eine aufwendige Umschaltung des Volumenstromes über Wegeventile erübrigt sich, da die ausgesparte Verdiängerfläche 1

entgegen der Strömungsrichtung zurückgeführt werden kann. Während der Zurückführdauer wird der Meßvorgang ausgeblendet.

Die Wirkung des Meßvorganges über die Meßleitung 24 für den Wechselvolumenstrom und über die Zählleitung 26 für den

quasistationären Volumenstrom beruhen trotz der vorhandenen Aussparungen 4 auf dem Verdrängerprinzip, so daß große

Druck·, Zähigkeits- und Volumenstromänderungen ohne nennenswerte Fehler zulässig sind. Da die Masse des Verdrängerkörpers entsprechend der Gestaltung des Flächenverhältnisses nahezu beliebig reduziert werden

kann, sind Volumenstromschwankungen weit über 1000Hz meßbar. Der Meßvorgang selbst verursacht praktisch keine

Druckschwankungen, so daß die mit dem Drucksensor 28 über die Meßleitung für Wechseldrücke 29 aufgenommenen Wechseldrücke zusammen mit den über die Meßleitung 24 aufgenommenen Wechselvolumenströmen zur dynamischen Impedanzmessung direkt nutzbar sind. Der aus dem Führungszylinder 5 und den Flanschen 6 und 7 bestehende Meßraum ist

völlig abgedichtet, so daß der schnelle Volumenstromsensor leckölfrei arbeitet.

Die ausgesparte Verdrängerfläche 1 bietet den Vorteil, daß sie im Ruhezustand, hier also im Anschlag, auch als Drossel zur Messung des quasistationären Volumenstromes verwendbar ist. Beispiel 2 In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen schnellen Volumenstromgebers dargestellt. Dieser Volumenstromgeber dient der Messung des quasistationären Volumenstromes nach dem Drosselprinzip und der Messung

schneller Volumenstromwechsel nach dem Verdrängerprinzip. Auch bei dieser Lösung werden die Signale für den quasistationären Volumenstrom von Hallsensoren 16 und 17 und die Signale für die Volumenstromwechsel durch

Induktionsspulen 12 in Verbindung mit Permanentmagneten 3 erfaßt. Der erfindungsgemäße schnelle Volumenstromgeber besteht aus der ausgesparten Verdrängerfläche 1, die mit Führungslamellen 2 versehen ist, an denen die Permanentmagneten 3 angeordnet sind. Die Verdrängerfläche 1 und die Führungslamellen 2 bestehen aus einem dünnwandigen Aluminium und/oder aus einem

leichten druckfesten Kunststoff, so daß die Masse der erfindungsgemäß als Verdrängerkolben wirkenden ausgesparten

Verdränget flache 1 infolge des fehlenden Materials in den Aussparungen 4 und zwischen den Führungslamellen 2 minimiert

wird. Die Summe der Aussparungen 4 entspricht der zur Verfügung stehenden Drosselflächi.

Der aus Verdrängerfläche 1, Führungslamellen 2 und Permanentmagneten 3 bestehende kombinierte Verdränger-/ Drosselkolben ist über die Führungslamellen 2 in den Führungsteilen 30 und 31 schwimmend und damit praktisch ι ibungsfrei

radial und axial gelagert. Die Führungstolle 30 und 31 sind In den gespelchten Zwischenstücken 32 und 33 form- und/oder kraftschlüssig eingefügt. Die Zwischenstücke 32 und 33 sind mittels der Spannschrauben 9 über die Gummiringdichtungen 8 zwischen den Flanschen 6 und 7 und dem Dletanzetück 42 fest eingespannt. Über die Führungsteile 30 und 31 sind Induktionsspulen 12 aufgeschoben, die elektrisch über die Anschlüsse 13 und 14 nach außen geführt sind. In den Zwischenstücken 32 und 33 sind radiale Bohrungen 34 und 35 vorhanden, In denen die Hallsensoren 16 und 17 angeordnet sind und die über die Anschlüsse 18 uno 19 nach außen geführt sind. In der Wand des Distanzstückes 42 Ist ein Wechseldrucksensor 28 formschlüssig angeordnet, der mit der Meßleitung für Wechseldrücke 29 verbunden ist. Jeweils zwlrchen den Permanentmagneten 3 und 43 kann je eine schwache Zentrlerfeder 36 eingespannt sein. Der In Figur 3 dargestellte Volumenstromgeber ist symmetrisch ausgeführt, so daß er gleichwertig für die Messung von Fluldströmen In Links· als auch in Rechtsrichtung geeignet ist.

Die Funktion Ist auch gesichert, wenn jeweils nur eine Induktionsspule 12 und nur ein Hallsensor 16 und 17 verwendet werden. Wird beispielsweise eine Strömungsrichtung von links nach rechts angenommen, so werden die Aussparungen 4 der Verdrängerfläche 1 von links nach rechts durchströmt. Die in den Aussparungen 4 entstehende Reibkraft bewirkt eine Verschiebung der Verdrängerfläche 1 und damit über die Führungslamellen 2 auch der Permanentmagneten 3 nach rechts. DIu Verschiebung erfolgt so weit, bis die Magnetkraft zwischen den Permanentmagneten 3 plus der Federkraft der Zentrierfeder 36 mit der In den Aussparungen 4 entstehenden Reibkraft im Gleichgewicht steht. Der von den Permanentmagneten 3 dabei zurückgelegte Weg entspricht dem quasistationären Volumenstrom und wird von den Hallsensoren 16 und 17 aufgenommen und das Signal wird über die Anschläge 18 und 19 zur Verarbeitung weitergeleitet. Zur Messung des quasistationären Volumenstromes wird also erfindungsgemäß die in den Aussparungen 4 der Verdrängerfläche 1 durch Drosselwirkung erzeugte Reibkraft ausgenutzt.

Die zu messenden schnellen Wechselvolumenströme bewirken eine Wechselbewegung der Verdrängerfläche 1 um ihre vom quasistationären Volumenstrom verursachte Gleichgewichtslage. Die erfindungsgemäße Verdrängerwirkung trotz Aussparungen 4 und deshalb praktisch masseloser Verdrängerfläche 1 garantiert ein verzögerungsfreies Nachzeichnen der schnellen Wechselvolumenströme durch die an den Führungslamellen 2 angeordneten und damit mitwechselnden Permanentmagneten 3. Diese induzieren in den Induktionsspulen 12 eine den Wechselbewegungen folgende Wechselspannung, die über die Anschlüsse 13 und 14 als Maß für die Wechselvolumenströme abgegriffen werden kann. Zusammen mit den Wechseldrucksignalen In der Meßleitung für Wechseldrücke 29 Ist die dynamische Impedanz bestimmbar. Durch die hohl ausgebildeten Permanentmagnete 3 und 48 und Führungsteile 30 und 31 entsprechen auch im Strömungszentrum Drosselwirkung und Verdrängerwirkung auch den gleichen Bedingungen wie an der gesamten restlichen Verdrängerfläche 1.

Beispiel 3 In den Figuren 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform riss erfindungsgemäßen schnellen Volumenstromgebers dargestellt,

der sich gegenüber den Beispielen 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß im Gegensatz zur Axialbewegung eine

Rotationsbewegung der Verdrängerfläche 1 zur Messung sow JhI quasistationärer als auch schneller Volumenströme nach dem Verdrängerprinzp genutzt wird. Derquaslstatlonäro Volumenstrom wird dadurch ermittelt, daß ein Zählvorgang über die Hallsensoren 16 und 17 ausgelöst wird. Der Wechselvolumenstrom wird durch die induzierte Spannung in den Induktionsspulen 12 erfaßt. Der erfindungsgemäß ausgestatete Volumenstromgeber besteht aus einer geschlitzten Verdrängerfläche 1, die an einer Schlitzbuchse 37 befestigt ist. Verdrängerfläche 1, Schlitzbi :hse 37 und Permanentmagnet 3 sind miteinander kraft- und/oder

formschlüssig verbunden. Der aus der Verdrängerfläche 1, der Schlitzbuchse 37 und dem Permanentmagnet 3 bestehende extrem massearme Verdrängerkolben ist über die Schlitzbuchse 37 auf dar Buchse 38 schwimmend, nahezu relbiingsfrel radial gelagert.

Der Meßraum des schnellen Volumenstromgebers wird durch die Seitenwände 39 und 40 sowie das Gehäuse 41 und die Buchse 38 gebildet. Die mit Gummiringdichtungen 8 versehenen Stirnfläche des Gehäuses 41 und der Buchse 38 werden mit

den Seitenwänden 39 und 40 über die Spannschrauben 9 nach außen dicht verschlossen.

Die Seitenwände 39 und 40 sind mit zentralen Öffnungen 44 und 45 versehen, durch die die Induktionsspule 12 im Inneren der Buchse 38 positioniert werden kann. Die Induktionsspule 12 ist über die Anschlüsse 13 und 14 mit dem Umschalter 15

verbunden.

An der Buchse 38 sind die Hallsensoren 16 und 17 formschlüssig angeordnet, deren elektrische Verbindung über die Anschlüsse 18 und 19 mit dem Operationsverstärker 20 erfolgt und dessen Anschluß 22 mit dem Umschalter 15 in Verbindung

steht. Der Meßraum wird durch eine geschlitzte Sperrfläche 46 geteilt, wobei die Sperrfläche 46 kammartig als Negativ der

Schlitzform der Aussparungen 4 der Verdrängerfläche 1 ausgebildet und mit dem Gehäuse 41 fest verbunden ist. An der Seitenwand 40 ist innen ein Wechseldrucksensor 28 angeordnet, der mit der Meßleitung für Wecliseldrücke 29

verbunden ist.

Der in Figur 4 und 5 dargestellte schnelle Volumenstromgeber ist symmetrisch ausgeführt, so daß auch er, wie bereits in Beispiel 2 erwähnt, gleichzeitig für beide Richtungen des Fluidstromes geeignet ist. Für die in Figur 4 eingezeichnete Volumenstromrichtung bewirkt die Fluidströmung erfindungsgemäß ein praktisch

verzögerungs- und druckabfallfreies rechtsdrehendns Mitnehmen der Verdrängerfläche 1 trotz kammartiger Aussparungen 4.

Ausgehend von der in Figur 1 gezeichneten Stellung der Verdrängerfläche 1, die durch den Hallsensor 16 registriert wird, bis zur

um 180° versetzten Drehung Im Uhrzeigersinn, die vom Hallsensor 17 registriert wird, gelingt durch die erfindungsgemäße

Sperrwirkung sowohl der mit Aussparungen 4 versehenen Verdrängerfläche 1 als auch der ähnlich gestalteten Sperrfläche 46

trotz rotierender Bewegung eine fehlerfreie Verdrängerwirkung, infolge des fehlenden Druckabfalles zwischen Zu- und Abfluß wirkt die Sperrfläche 46 trotz der Aussparungen als Sperrfläche und verhindert damit eine Kurzschlußströmung zwischen dem

Fluidein- und dem Fluidaustritt. Die Fehlerfreiheit ist bei der Weiterdrehung der Verdrängerfläche 1 vom Hallsensor 17 zum Hallsensor 16 nicht mehr gegeben. Um diese Periode der Ungenauigkeit auszublenden und zu verkürzen, bewirkt der Hallsensor 17 über den Umschalter 15, daß

über die Erregerleitung 25 ein entsprechend gepolter Gleichstrom in die Indikationsspule 12 fließt und das entstehende elektrische Feld in Verbindung mit dem als Anker wirkenden Permanentmagnet 3 wie ein Elektromotor wirkt und über die

Schlitzbuchso 37 die Verdrängerfläche 1 bis zum Hallsensor 16 dreht, wo dieser über dem Umschalter 15 wieder auf die Meßleitung umschaltet. Im Meßbereich folgt bei wechselnden Volumenströmen die Verdrängerfläche 1 verzögerungefrel den Wechselbewegungen des Fluldes, so daß der mitwechselnde Permanentmagnet 3 In der Induktionsspule 12 eine ebenfalls wechselnde Spannung

Induziert.

Da der Meßraum zwischen den Umschaltpunkten durch die Hallsensoren 16 und 17 über den oberen 18O'-Drehwinkel

geometrisch bekannt Ist, Ist die Anzahl der Umschaltungen ein Maß für den gemessenen quasistationären Volumenstrom.

Sowohl die Ermittlung der Wechselvolumenströme als auch die des quasistationlren Volumenetromes erfolgt druckabfallfrei,

zählgkelts- und dichteunabhängig, so daß bei gleichzeitiger Messung von Druck und Wechseldruck eine direkte Messung von quasistationärer und dynamischer Impedanz möglich Ist.

Claims (5)

1. Schneller Volumenstromgeber, bestehend aus einem Meßraum, der mit einem Fluidein- und Fluidaustritt versehen ist, im Meßraum ein Verdrängerkolben und eine Sperrvorrichtung angeordnet und im Bereich der Führung oder an der Führung des Verdrängerkolbens berührungslose Meßsysteme angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Verdrängerkolben aus einer mit Aussparungen (4) versehenen Verdrängerfläche (1) besteht und bei rotierender Bewegung des Verdrängerkolbens zusätzlich eine ebenfalls mit Aussparungen (4) versehene und am Gehäuse (41) befestigte Sperrfläche (46) vorhanden ist, wobei das Flächenverhältnis a = k · (d_k ²/d²) dem Wert 1 zustrebt, wenn die Zahl k der Aussparungen (4) sehr groß ist und jeder ihrer k hydraulisch gleichwertigen Durchmesser d_k kleiner als der gesamte hydraulisch gleichwertige Durchmesser d der Verdrängerfläche (1) und/oder der Sperrfläche (46) ist.

2. Schneller Volumenstromgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Aussparungen (4)derVerd-Mngerfläche (1) und der Sperrfläche (46) rund, netzartig oder kammartig ausgebildet sind.

3. Schneller Volumenstromgeber nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß an der Verdrängerfläche (1) die Führungen als Führungslamellen (2) angeordnet sind.

4. Schneller Volumenstromgeber nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungslamellen (2) stabförmig ausgebildet und rotationssymmetrisch im Führungsteil (31) oder um die Buchse (38) angeordnet sind.

5. Schneller Volumenstromgeber nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungslamellen (2) die Form einer Schlitzbuchse (37) aufweisen, an der die Verdrängerfläche (1) einseitig angeordnet ist.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen