DE102005038428B4

DE102005038428B4 - Apparatus and method for detecting a mass flow of a fluid

Info

Publication number: DE102005038428B4
Application number: DE102005038428A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Többen; Jörg Riedel
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2025-08-13
Also published as: DE102005038428A1

Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen eines Massenstromes eines Fluids mit einer von dem Fluid durchströmbaren Messkammer (2) mit mindestens einer Auslassöffnung (6), einer Einlassöffnung (5) und einer Kraftmesseinrichtung (12, 10, 16), die die Impulskraft des auf eine von dem Fluid nicht umströmte Fläche (13) der Kraftmesseinrichtung (12, 10, 16) auftreffenden Fluidstromes erfasst, und die Vorrichtung ist ausgebildet, eine einstellbare Relativbewegung zwischen der Kraftmesseinrichtung (12, 10, 16) und dem Fluidstrom zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (12, 10, 16) der Einlassöffnung (5) gegenüberliegend vorgesehen und relativ zu der Einlassöffnung (5) axial kontrolliert verschiebbar ist.contraption for determining a mass flow of a fluid with one of Flow through the fluid Measuring chamber (2) with at least one outlet opening (6), an inlet opening (5) and a force measuring device (12, 10, 16) that controls the impulse force on a surface (13) of the force-measuring device not surrounded by the fluid (12, 10, 16) impinging fluid flow detected, and the device is formed, an adjustable relative movement between the Force measuring device (12, 10, 16) and to generate the fluid flow, characterized in that the force measuring device (12, 10, 16) the inlet opening (5) opposite provided and axially controlled relative to the inlet opening (5) is displaceable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Massestromes eines Fluids mit einer von dem Fluid durchströmbaren Kraftmesskammer mit mindestens einer Auslassöffnung, einer Einlassöffnung und einer Kraftmesseinrichtung, die die Impulskraft des auf eine von dem Fluid nicht umströmte Fläche der Kaftmesseinrichtung auftreffenden Fluidstromes erfasst, und die Vorrichtung ist ausgebildet, eine einstellbare Relativbewegung zwischen der Kraftmesseinrichtung und dem Fluidstrom zu erzeugen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.The The present invention relates to a device for detecting a Mass flow of a fluid with a permeable by the fluid force measuring chamber with at least one outlet opening, an inlet opening and a force measuring device, the impulse force of the on a did not flow around the fluid area detected the Kaftmesseinrichtung impinging fluid flow, and the device is designed, an adjustable relative movement to generate between the force measuring device and the fluid flow. The invention further relates to a corresponding method.

Um den Durchfluss einer strömenden Flüssigkeit als Massedurchfluss zu bestimmen, also in den physikalischen Einheiten Masse pro Zeit, sind Durchflussmesser mit einer Prallplatte bekannt, die innerhalb des Fluidstromes angeordnet ist. Das Fluid umströmt dabei die in einer Rohrleitung vorgesehene Prallplatte. Wird die Prallplatte in Schwingung versetzt, verändert sich aufgrund des Massestromes und der Fluideigenschaften die Schwingungsfrequenz, so dass bei Kenntnis der Fluideigenschaften folglich der Massestrom des Fluids bestimmbar ist. Alternativ kann die Prallplatte in eine Relativbewegung versetzt werden.Around the flow of a flowing liquid to determine as mass flow, ie in the physical units Mass per time, flowmeters are known with a flapper, which is arranged within the fluid stream. The fluid flows around it the planned in a pipeline baffle plate. Will the baffle plate vibrated, changed due to the mass flow and the fluid properties, the oscillation frequency, so that with knowledge of the fluid properties consequently the mass flow of the fluid is determinable. Alternatively, the baffle plate in a Be offset relative movement.

Der Massestrom kann jedoch nur präzise ermittelt werden, wenn die Fluideigenschaften, beispielsweise die Viskosität, die Dichte und die Temperatur, bekannt sind. Denn der ermittelte Messwert ist davon abhängig, wie das Fluid durch den Ringspalt zwischen der Innenwandung der Rohrleitung und der Prallplatte strömen kann. Der Einfluss dieses Engpasses zeigt ein nichtlineares Verhalten und ist abhängig von der Reynoldszahl und folglich auch abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und den Fluideigenschaften. Die Genauigkeiten derartiger Geräte liegen im Bereich von 0,5–2%.Of the Mass flow, however, can only be precise be determined when the fluid properties, such as the Viscosity, the density and the temperature are known. Because the determined Reading is dependent on as the fluid passes through the annular gap between the inner wall of the Pipe and the baffle plate can flow. The influence of this Bottleneck shows a nonlinear behavior and is dependent on the Reynolds number and consequently also dependent on the flow velocity and the fluid properties. The accuracies of such devices are in the range of 0.5-2%.

Ferner sind Coriolis-Massedurchflussmesser bekannt. Diese Durchflussmesser nutzen bei der Ermittlung die Coriolis-Kraft aus. Hierzu durchströmt die Flüssigkeit ein in Schwingung versetztes Rohr. In Abhängigkeit der Masse, die in einer bestimmten Zeit das Rohr durchströmt, verändert sich die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsphase des Rohres. Diese messbaren Veränderungen werden für die Bestimmung des Massedurchflusses genutzt.Further Coriolis mass flowmeters are known. These flow meters use the Coriolis force in the investigation. For this purpose, the liquid flows through a vibrated tube. Depending on the mass, the in flows through the tube for a certain time, the oscillation frequency changes and the vibration phase of the tube. These measurable changes be for used the determination of the mass flow.

Sehr gute Coriolis-Massedurchflussmesser erreichen eine Wiederholgenauigkeit von etwa 0,02% über eine Messspanne von 1:10. Der Messbereich für derartige Durchflussmesser endet bei einem Durchfluss von etwa 500 t/h. Die Coriolis-Durchflussmesser sind außerdem empfindlich gegenüber Pulsationen und Schwingungen in der Strömung, die das Messergebnis störend beeinflussen können.Very Good Coriolis mass flowmeters achieve repeatability about 0.02% over a span of 1:10. The measuring range for such flowmeters ends at a flow rate of about 500 t / h. The Coriolis flowmeter are as well sensitive to Pulsations and vibrations in the flow, which the measurement result disturbing can influence.

Die US 3,138,955 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Massestromes eines Fluids mit einem von dem Fluid durchströmbaren U-förmigen Abschnitt, der an einem Ende eines Einlassrohres mit dem anderen Ende an einem Auslassrohr angeordnet ist. Es ist ein erster elektro-mechanischer Wandler vorgesehen, der die Fluidkraft des Fluidstromes erfasst. Ferner ist zwischen den Einlass- und Auslassrohren eine Ableitungs- bzw. eine Bypassverbindung vorgesehen, in der ein schwingungsfähiger Kolben angeordnet ist. Hierdurch wird eine oszillierende Flusskomponente mit bekannter und konstanter Frequenz dem Hauptfluidfluss überlagert, um eine Messung des Masseflusses und der Fluiddichte zu ermöglichen. Dabei ist der Massefluss proportional zu der Frequenz f und die Dichte ist proportional zu der zweiten harmonischen Frequenz 2f.The US 3,138,955 discloses an apparatus for determining a mass flow of a fluid having a U-shaped portion through which fluid can pass, disposed at an end of an inlet tube with the other end on an outlet tube. A first electro-mechanical transducer is provided which detects the fluid force of the fluid flow. Further, a discharge or a bypass connection is provided between the inlet and outlet pipes, in which a vibratory piston is arranged. As a result, an oscillating flow component of known and constant frequency is superimposed on the main fluid flow in order to allow a measurement of the mass flow and the fluid density. Here, the mass flow is proportional to the frequency f and the density is proportional to the second harmonic frequency 2f.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, den Messbereich zu erweitern und die Messunsicherheit bei der Erfassung eines Massestromes eines Fluids unabhängig von den Fluideigenschaften mit einem einfachen und kompakten Aufbau zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe durch Vorrichtungen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 bzw. Anspruch 4 sowie durch Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6, Anspruch 7 bzw. Anspruch 8.In front In this background, it is the object of the invention, the measuring range to expand and the measurement uncertainty in the detection of a mass flow a fluid independently from the fluid properties with a simple and compact construction to improve. Solved This object is achieved by devices having the features according to claim 1, claim 2 or claim 4 and by methods with the features according to claim 6, claim 7 or claim 8.

Zur Erzeugung der Relativbewegung ist bei einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kraftmesseinrichtung der Einlassöffnung gegenüberliegend und relativ zur Einlassöffnung axial kontrolliert verschiebbar.to Generating the relative movement is in a first device according to the invention the force measuring device opposite the inlet opening and relative to the inlet opening axially controlled sliding.

Alternativ ist bei einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung die die Kraftmesseinrichtung der Einlassöffnung gegenüberliegend vorgesehen und die Einlassöffnung ist an einem Ende einer in einem Gerätegehäuse vorgesehenen Bohrung angeordnet, in die der axial zu der Kraftmesseinrichtung kontrolliert verschiebbare Einlasskanal hineinragt. Die Bewegung des Einlasskanals ist einfacher zu realisieren als eine Bewegung der Kraftmesseinrichtung.alternative is the force measuring device in a second device according to the invention the inlet opening opposite provided and the inlet opening is disposed at one end of a bore provided in a device housing, in the slidably controlled axially of the force measuring device Inlet channel protrudes. The movement of the intake duct is easier to realize as a movement of the force measuring device.

Weiterhin alternativ ist eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet, einen einstellbaren Massenstrom in den Fluidstrom zu injizieren oder dem Fluidstrom zu entnehmen, indem stromaufwärts der Einlassöffnung ein Einlasskanal vorgesehen ist, an dem ein Injektionskanal mit einem Kolben angeordnet ist, so dass Fluid aus dem Injektionskanal dem Einlasskanal zuführbar oder diesem entnehmbar ist.Farther Alternatively, a third device according to the invention is formed, to inject an adjustable mass flow into the fluid stream or the fluid stream by upstream of the inlet port an inlet channel is provided, on which an injection channel with a piston is arranged so that fluid from the injection channel can be fed to the inlet channel or this is removable.

Die von dem Fluidstrom auf die Fläche wirkende Impulskraft F → ist proportional zu dem Massestrom ṁ und zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit

der Fluidströmung. Aufgrund der Kenntnis der mittleren Geschwindigkeit und der durch die Vorrichtung erfassten Impulskraft ist der Massestrom des Fluids medienunabhängig bestimmbar, d.h. ohne Kenntnis von den Fluideigenschaften, beispielsweise der Temperatur, Dichte und/oder Viskosität. Die Messung ist deutlich genauer und es ist eine Verbesserung der Genauigkeit um den Faktor 10, d.h. von unter 0,1–0,05%, angestrebt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus robust und kompakt in ihrem Aufbau.The impulse force F → acting on the surface by the fluid flow is proportional to the mass flow ṁ and to the average flow velocity

the fluid flow. Due to the knowledge of the mean velocity and the impulse force detected by the device, the mass flow of the fluid is Can be determined independently of media, ie without knowledge of the fluid properties, for example the temperature, density and / or viscosity. The measurement is much more accurate and an improvement in accuracy by a factor of 10, ie less than 0.1-0.05%, is sought. The device according to the invention is also robust and compact in construction.

Da erfindungsgemäß eine einstellbare Relativbewegung zwischen der Kraftmesseinrichtung und dem Fluidstrom erzeugt wird, können dadurch die Impulskräfte bei einer Vorwärtsbewegung und einer Rückwärtsbewegung zueinander in Relation gesetzt werden. Aus den gemessenen Impulskräften und den einstellbaren Geschwindigkeiten der Relativbewegung ist der Massestrom des Fluids ohne Kenntnis der mittleren Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen.There According to the invention an adjustable Relative movement between the force measuring device and the fluid flow is generated thereby the impulse forces during a forward movement and a backward movement be related to each other. From the measured momentum forces and the adjustable speeds of relative movement is the mass flow of the fluid without knowing the mean flow velocity.

Bevorzugt ist eine fest mit dem Einlasskanal verbundene Linearverschiebeeinheit vorgesehen, um die Bewegung des Einlasskanals zu erzeugen.Prefers is a linear displacement unit fixedly connected to the inlet duct provided to generate the movement of the inlet channel.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Kraftmesseinrichtung einen axial verschiebbaren Stempel mit einer zur Strömungsrichtung des Fluidstromes senkrechten Stempelfläche auf, und der Stempel wirkt auf einen Kraftaufnehmer ein. Die Verschiebung des Stempels ist proportional zu der Impulskraft des Fluidstromes und es kann somit diese gemessen werden.at an advantageous embodiment of the device according to the invention the force measuring device has an axially displaceable punch with one to the flow direction the fluid flow perpendicular plunger surface, and the punch acts on a load cell. The displacement of the stamp is proportional to the momentum of the fluid flow and thus it can these are measured.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an Hand der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft näher erläutert, in denen:following The present invention will become more apparent from the detailed description the embodiments by way of example with reference to the figures, in which:

1 – ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; 1 - shows a first embodiment of the present invention;

2 – ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 - shows an alternative embodiment of the present invention.

In der 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 1 in Querschnitt dargestellt. Das Durchflussmessgerät 1 weist eine Messkammer 2 auf, durch die ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit strömt. Die Strömung der Flüssigkeit ist in der 1 durch die Pfeile 3 angedeutet. Die Flüssigkeit strömt durch einen Einlasskanal 4 und tritt anschließend durch eine Einlassöffnung 5 in die Messkammer 2 ein. Die strömende Flüssigkeit wird in der Messkammer 2 umgelenkt und tritt durch Auslassöffnungen 6 aus dem Durchflussmessgerät 1 aus.In the 1 is schematically a first embodiment of a flow meter according to the invention 1 shown in cross-section. The flowmeter 1 has a measuring chamber 2 through which flows a fluid, in particular a liquid. The flow of the liquid is in the 1 through the arrows 3 indicated. The liquid flows through an inlet channel 4 and then passes through an inlet port 5 into the measuring chamber 2 one. The flowing liquid is in the measuring chamber 2 deflected and passes through outlet openings 6 from the flowmeter 1 out.

Das Durchflussmessgerät 1 weist zur Begrenzung der Messkammer 2 ein im Querschnitt im Wesentlichen U-förmiges, in dem Ausführungsbeispiel nach unten offenes Gerätegehäuse 7 auf. In dem zwischen den Schenkeln des U liegenden Bereich des Gerätegehäuses 7 ist eine Bohrung 8 vorgesehen, in die der Einlasskanal 4 hineinragt und an deren unteren Ende sich die Einlassöffnung 5 befindet. Zur Abdichtung des Durchflussmessgerätes 1 ist zwischen dem Einlasskanal 4 und der Bohrung 8 in dem Gerätegehäuse 7 eine Dichtung 9, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet.The flowmeter 1 indicates the limitation of the measuring chamber 2 a substantially U-shaped in cross-section, in the embodiment downwardly open device housing 7 on. In the lying between the legs of the U area of the device housing 7 is a hole 8th provided in the inlet channel 4 protrudes and at the lower end of the inlet opening 5 located. For sealing the flowmeter 1 is between the inlet channel 4 and the hole 8th in the device housing 7 a seal 9 , For example, an O-ring arranged.

Das offene Ende des im Wesentlichen U-förmigen Gerätegehäuses 7 umfasst eine Aufnahmevorrichtung 10, die die Messkammer 2 nach unten abschließt. Zwischen der Aufnahmevorrichtung 10 und dem Gerätegehäuse 7 ist eine zweite Dichtung 11 vorgesehen. In etwa mittig an der Aufnahmevorrichtung 10 ist ein im Wesentlichen T-förmiger Stempel 12 angeordnet, dessen Stempelfläche 13 der Einlassöffnung 5 gegenüberliegt und die Umlenkfläche für die strömende Flüssigkeit bildet. Der Stempel 12 erstreckt sich durch eine in der Aufnahmevorrichtung 10 vorgesehene Bohrung 14. Eine dritte Dichtung 15 ist zwischen dem Stempel 12 und der Innenfläche der Bohrung 14 vorgesehen. Die Dichtungen 11 und 15 können ebenfalls O-Ring-Dichtungen sein.The open end of the substantially U-shaped device housing 7 includes a receiving device 10 holding the measuring chamber 2 closes down. Between the cradle 10 and the device housing 7 is a second seal 11 intended. In the middle of the cradle 10 is a substantially T-shaped stamp 12 arranged, whose stamp surface 13 the inlet opening 5 opposite and forms the deflection surface for the flowing liquid. The Stamp 12 extends through a in the receiving device 10 provided hole 14 , A third seal 15 is between the stamp 12 and the inner surface of the bore 14 intended. The seals 11 and 15 can also be O-ring seals.

Der Stempel 12 ist mit einem Kraftaufnehmer 16 verbunden, so dass die auf die Stempelfläche 13 wirkende Kraft durch den Stempel 12 auf den Kraftaufnehmer 16 übertragen wird. Der Kraftaufnehmer 16 erzeugt ein der Kraft proportionales Signal und leitet dieses an einen Messverstärker 17 weiter. Das verstärkte Signal wird anschließend in bekannter und geeigneter Weise verarbeitet, um die gemessene Kraft anzuzeigen.The Stamp 12 is with a force transducer 16 connected so that the on the stamp surface 13 acting force through the stamp 12 on the load cell 16 is transmitted. The force transducer 16 generates a signal proportional to the force and sends it to a measuring amplifier 17 further. The amplified signal is then processed in a known and appropriate manner to indicate the measured force.

Ein Teil der Flüssigkeit gelangt in dem unteren Bereich der Messkammer 2 unter den die Stempelfläche 13 bildenden Teil des Stempels 12. Dieser Bereich wird aber nicht durchströmt, sondern bildet ein so genanntes Totwasser-Gebiet. Die Messkammer ist ferner bevorzugt derart ausgebildet, dass möglichst wenig Verwirbelungen in dem Flüssigkeitsstrom entstehen.Part of the liquid enters the lower part of the measuring chamber 2 under the stamp area 13 forming part of the stamp 12 , This area is not flowed through, but forms a so-called dead water area. The measuring chamber is further preferably designed such that as little turbulence as possible arises in the liquid flow.

Die auf die Stempelfläche 13 wirkende Kraft ist die Impulskraft der Flüssigkeitsströmung, also die zeitliche Änderung des Impulses der strömenden Flüssigkeit

. Diese Impulskraft F → ist proportional zum Massenstrom ṁ und zur mittleren Geschwindigkeit u → der Strömung. Es gilt folgende Gleichung:

mit Kenntnis der mittleren Strömungsgeschwindigkeit

kann aus der gemessenen Kraft F → der Massenstrom ṁ ermittelt werden.The on the stamp surface 13 acting force is the momentum force of the liquid flow, ie the temporal change of the momentum of the flowing liquid

, This impulse force F → is proportional to the mass flow ṁ and to the mean velocity u → of the flow. The following equation applies:

with knowledge of the mean flow velocity

can be determined from the measured force F → the mass flow ṁ.

Um eine Ermittlung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit zu vermeiden, wird eine zusätzliche kontrollierte Relativbewegung zwischen der Strömung und der Stempelfläche 13 erzeugt. Hierzu ist an den T-förmigen Einlasskanal 4 ein Linearantrieb 18 angeordnet, der den Einlasskanal 4 mit einer bekannten Geschwindigkeit w → axial parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit verschiebt. Die Verschiebung des Einlasskanals 4 mit der darin befindlichen strömenden Flüssigkeit bewirkt, dass die Strömung mit einer der axialen Verschiebungsgeschwindigkeit w → proportionalen Veränderung der Strömungsgeschwindkeit auf die Stempelfläche 13 trifft. Da sich die Strömungsgeschwindigkeit u → mit der Geschwindigkeit w → des Einlasskanals überlagert, ergibt sich folgende Gleichung: F → = ṁ·(u → + w →). In order to avoid a determination of the average flow velocity, an additional Controlled relative movement between the flow and the stamp surface 13 generated. This is to the T-shaped inlet channel 4 a linear drive 18 arranged the inlet channel 4 with a known speed w → axially parallel to the flow direction of the liquid shifts. The displacement of the inlet channel 4 with the flowing liquid therein, the flow causes the flow rate to change with a rate of change in flow velocity proportional to the axial displacement velocity w → 13 meets. Since the flow velocity u → is superimposed by the velocity w → of the inlet channel, the following equation results: F → = ṁ · (u → + w →).

Wird nun die Messung der auf die Stempelfläche 13 wirkenden Impulskraft F → beispielsweise bei einer Vorwärtsbewegung und bei einer Rückwärtsbewegung des Einlasskanals 4 ausgeführt, ergibt sich daraus ein Gleichungssystem mit zwei Gleichungen: F →v = ṁv·(u →v + w →v), F →r = ṁr·(u →r + w →r). Now the measurement of the on the stamp surface 13 acting impulse force F → for example in a forward movement and in a backward movement of the intake passage 4 This results in a system of equations with two equations: F → v = ṁ v · (U → v + w → v ) F → r = ṁ r · (U → r + w → r ).

Mit der Annahme, dass der Massestrom ṁ und die Strömungsgeschwindigkeit u → über den betrachteten Zeitraum konstant sind, gilt ṁ_v = ṁ_r = ṁ und u →_v = u →_r = u →. Wird dies nun in das Gleichungssystem eingesetzt, ergibt sich für den Massestrom folgende Gleichung:Assuming that the mass flow ṁ and the flow velocity u → are constant over the considered period, ṁ _v = ṁ _r = ṁ and u → _v = u → _r = u →. If this is now used in the equation system, the following equation results for the mass flow:

Da die Geschwindigkeit der Relativbewegung, d.h. w →, kontrolliert eingestellt werden kann, reduziert sich die Ermittlung des Massestroms ṁ somit auf zwei Kraftmessungen, der Kraft F →_v bei einer Vorwärts- bzw. Abwärtsbewegung und der Kraft F →_r bei einer Rückwärts- bzw. Aufwärtsbewegung des Einlasskanals 4.Since the speed of the relative movement, ie w →, can be adjusted in a controlled manner, the determination of the mass flow ṁ thus reduces to two force measurements, the force F → _v in a forward or downward movement and the force F → _r in a reverse or Upward movement of the intake duct 4 ,

Alternativ zu der Bewegung des Einlasskanals 4 kann die Relativbewegung auch bei einem starr und unbeweglich an dem Gerätegehäuse 7 befestigten Einlasskanal 4 erzeugt werden, in dem die den Stempel 12 aufweisende Aufnahmevorrichtung 10 axial vor und zurück geschoben wird. Am Messprinzip wird sich dadurch nichts ändern, und die an der mit der Aufnahmevorrichtung 10 bewegten Stempelfläche 13 auftreffende Impulskraft der strömenden Flüssigkeit kann zusammen mit der Relativbewegungsgeschwindigkeit zur Ermittlung des Massestromes der Flüssigkeit herangezogen werden. Ferner verändert sich durch die oszillierende Verschiebung der Aufnahmevorrichtung 10 das Volumen der Messkammer 2 und folglich auch der Abstand zwischen der Einlassöffnung 5 und der Stempelfläche 13. Hierdurch verliert die Massestrommessung an Präzision.Alternative to the movement of the inlet channel 4 can the relative movement even with a rigid and immovable on the device housing 7 attached inlet duct 4 be generated in which the stamp 12 having recording device 10 is pushed axially back and forth. At the measuring principle this will not change, and at the with the recording device 10 moving stamp surface 13 incident impulse force of the flowing liquid can be used together with the relative speed of movement to determine the mass flow of the liquid. Furthermore, changes due to the oscillating displacement of the recording device 10 the volume of the measuring chamber 2 and consequently also the distance between the inlet opening 5 and the stamp area 13 , As a result, the mass flow measurement loses precision.

In der 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 21 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. Wie das Durchflussmessgerät 1 aus der 1 weist das Durchflussmessgerät 21 eine Messkammer 22 auf, durch die eine Flüssigkeit strömt. Die Strömung der Flüssigkeit ist in der 2 durch die Pfeile 23 angedeutet. Die Flüssigkeit strömt durch einen Einlasskanal 24 und tritt anschließend durch eine Einlassöffnung 25 in die Messkammer 22 ein. Die strömende Flüssigkeit wird in der Messkammer 22 umgelenkt und tritt durch Auslassöffnungen 26 aus dem Durchflussmessgerät 21 aus.In the 2 is a second embodiment of a flow meter according to the invention 21 shown in a cross-sectional view. Like the flowmeter 1 from the 1 points the flowmeter 21 a measuring chamber 22 through which a liquid flows. The flow of the liquid is in the 2 through the arrows 23 indicated. The liquid flows through an inlet channel 24 and then passes through an inlet port 25 into the measuring chamber 22 one. The flowing liquid is in the measuring chamber 22 deflected and passes through outlet openings 26 from the flowmeter 21 out.

Zur Messung der Impulskraft der strömenden Flüssigkeit ist ebenfalls ein mit einem Kraftaufnehmer 36 verbundener Stempel 32 vorgesehen, dessen Stempelfläche 33 die Umlenkfläche für die Flüssigkeitsströmung innerhalb der Messkammer 22 bildet. Das Signal des Kraftaufnehmers 36 wird in gleicher Weise an einen Messverstärker 37 weitergeleitet. Der Stempel 32 ist in einer Bohrung 34 durch eine die Messkammer 22 nach unten abschließende Aufnahmevorrichtung 30 angeordnet. Ferner sind Dichtungen 31 und 35, beispielsweise O-Ring-Dichtungen, vorgesehen, damit keine Flüssigkeit aus dem Durchflussmessgerät 21 unbeabsichtigt austreten kann.To measure the impulse force of the flowing liquid is also one with a force transducer 36 linked stamp 32 provided, whose stamp surface 33 the deflection surface for the liquid flow within the measuring chamber 22 forms. The signal of the force transducer 36 is sent to a measuring amplifier in the same way 37 forwarded. The Stamp 32 is in a hole 34 through a measuring chamber 22 downwards final recording device 30 arranged. Furthermore, gaskets 31 and 35 , For example, O-ring seals, provided so no liquid from the flowmeter 21 can escape unintentionally.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist bei dem Durchflussmessgerät 20 der 2 der Einlasskanal 24 fest mit dem Gerätegehäuse 27 verbunden. An dem Einlasskanal 24 ist stromaufwärts und seitlich ein mit diesem verbundener Injektionskanal 40 vorgesehen. Aus dem Injektionskanal 40 wird ein kontrolliert einstellbares Flüssigkeitsvolumen in die Flüssigkeitsströmung injiziert. Ein Ende des Injektionskanals 40 ist mit dem Einlasskanal 24 verbunden. In dem anderen Ende befindet sich ein verschiebbar ausgebildeter Kolben 39, der durch einen Linearmotor 38 angetrieben wird. Der Kolben 39 drückt bei einer Bewegung in Richtung des Einlasskanals 24 die sich in dem Injektionskanal 40 befindliche Flüssigkeit in den Einlasskanal 24.In contrast to the embodiment of 1 is with the flowmeter 20 of the 2 the inlet channel 24 firmly with the device housing 27 connected. At the inlet channel 24 is upstream and laterally connected to this injection channel 40 intended. From the injection channel 40 a controlled volume of fluid is injected into the fluid flow. One end of the injection channel 40 is with the intake duct 24 connected. In the other end is a displaceable trained piston 39 by a linear motor 38 is driven. The piston 39 Presses on a movement in the direction of the inlet channel 24 located in the injection channel 40 located liquid in the inlet channel 24 ,

Das injizierte Volumen verändert somit kontrolliert den Gesamtmassestrom der Flüssigkeit und es ergibt sich für zwei Messungen der Kraft mit und ohne Injektion folgendes Gleichungssystem: F →1 = ṁ·u →, F →2 = (ṁ + Δṁ)·u →. The injected volume thus changes the total mass flow of the fluid in a controlled manner and the following equation system results for two measurements of the force with and without injection: F → 1 = ṁ · u →, F → 2 = (ṁ + Δṁ) · u →.

Die Änderung der mittleren Geschwindigkeit u → aufgrund des durch die Injektion vergrößerten Volumens der strömenden Flüssigkeit kann bei einem kleinen Injektionsvolumen vernachlässigt werden, so dass in einer Näherung die Strömungsgeschwindigkeit u → als konstant angenommen werden kann. Dies führt dann nach Einsetzen in das Gleichungssystem und Umstellen nach dem Massestrom ṁ zu folgender Gleichung:The change in the mean velocity u → due to the increased Vo due to the injection Lumens of the flowing liquid can be neglected with a small injection volume, so that in an approximation, the flow velocity u → can be assumed to be constant. After insertion into the system of equations and conversion to the mass flow Dies, this leads to the following equation:

Der Injektionsmassestrom Δṁ ist durch das Injektionsvolumen und der Geschwindigkeit bestimmt. Er lässt sich somit direkt aus dem Querschnitt der Injektionskanals 40, der Vorschublänge des Kolbens 39 und der Geschwindigkeit ermitteln, mit der der Kolben 39 vorgetrieben wird.The injection mass flow Δṁ is determined by the injection volume and the speed. It can thus be directly from the cross section of the injection channel 40 , the feed length of the piston 39 and determine the speed with which the piston 39 is driven forward.

Für die Messung des Massestromes ṁ mit der vorstehend erläuterten Injektion eines Flüssigkeitsvolumens ist es erforderlich, dass in dem Injektionskanal 40 keine Gasbläschen bzw. keine Lufteinschlüsse vorhanden sind, da diese das Messergebnis verfälschen. Dies kann beispielsweise bauartlich durch einen nach unten weisenden Injektionskanal realisiert werden, da die möglichen Gasbläschen dann nach oben aus dem Injektionskanal in den Einlasskanal 24 entweichen. Alternativ kann der Kolben vor den Messungen bei bereits vorhandener Flüssigkeitsströmung relativ langsam zurückbewegt werden, um den Injektionskanal 40 mit Flüssigkeit ohne Bildung von Gasbläschen zu befüllen.For the measurement of the mass flow ṁ with the above-described injection of a liquid volume, it is necessary that in the injection channel 40 There are no gas bubbles or air pockets, as these falsify the measurement result. This can be realized, for example, by means of a downwardly pointing injection channel, since the possible gas bubbles are then upwardly out of the injection channel into the inlet channel 24 escape. Alternatively, the piston can be moved back relatively slowly before the measurements with already existing liquid flow to the injection channel 40 to fill with liquid without formation of gas bubbles.

Claims

Device for determining a mass flow of a fluid with a measuring chamber through which the fluid can flow ( 2 ) with at least one outlet opening ( 6 ), an inlet opening ( 5 ) and a force measuring device ( 12 . 10 . 16 ), which determines the impulsive force of the surface not surrounded by the fluid ( 13 ) of the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) detected fluid flow, and the device is adapted, an adjustable relative movement between the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) and the fluid flow, characterized in that the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) of the inlet opening ( 5 ) is provided opposite and relative to the inlet opening ( 5 ) Is axially displaced controlled.

Device for determining a mass flow of a fluid with a measuring chamber through which the fluid can flow ( 2 ) with at least one outlet opening ( 6 ), an inlet opening ( 5 ) and a force measuring device ( 12 . 10 . 16 ), which determines the impulsive force of the surface not surrounded by the fluid ( 13 ) of the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) detected fluid flow, and the device is adapted, an adjustable relative movement between the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) and the fluid flow, characterized in that the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) provided opposite the inlet opening and the inlet opening ( 5 ) at one end of a device housing ( 7 ) provided bore ( 8th ) is arranged, in which an axial to the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) controlled displaceable inlet channel ( 4 ) protrudes.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the inlet channel ( 4 ) fixed with a linear displacement unit ( 18 ) connected is.

Device for determining a mass flow of a fluid with a measuring chamber through which the fluid can flow ( 22 ) with at least one outlet opening ( 26 ), an inlet opening ( 25 ) and a force measuring device ( 32 . 30 . 36 ), which determines the impulsive force of the surface not surrounded by the fluid ( 33 ) of the force measuring device ( 32 . 30 . 36 ) detected fluid flow, and the device is adapted, an adjustable relative movement between the force measuring device ( 32 . 30 . 36 ) and the fluid flow, characterized in that the device is designed to inject an adjustable mass flow into the fluid flow or to remove it from the fluid flow by upstream of the inlet port ( 25 ) an inlet channel ( 24 ) is provided, on which an injection channel ( 40 ) with a piston ( 39 ) is arranged so that fluid from the injection channel ( 40 ) the inlet channel ( 24 ) can be supplied or removed from it.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force measuring device comprises a displaceable punch ( 12 ; 32 ) with a to the flow direction of the fluid flow in the inlet opening ( 5 ; 25 ) vertical stamp surface ( 13 ; 33 ) and the stamp ( 12 ; 32 ) to a force transducer ( 16 ; 36 ) acts.

Method for detecting a mass flow of a fluid comprising a measuring chamber ( 2 ) with an inlet opening ( 5 ) and at least one outlet opening ( 6 ) flows through and the impulse force of the fluid flow through a force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) is detected by between the fluid flow and the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) an adjustable relative movement is generated, characterized in that the inlet opening ( 5 ) oppositely provided force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) is moved axially controlled.

Method for detecting a mass flow of a fluid comprising a measuring chamber ( 2 ) with an inlet opening ( 5 ) and at least one outlet tion ( 6 ) flows through and the impulse force of the fluid flow through a force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) is detected by between the fluid flow and the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) an adjustable relative movement is generated, characterized in that the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) of the inlet opening ( 5 ) which is provided at one end of a housing in a device housing ( 7 ) provided bore ( 8th ) is arranged, in which a protruding inlet channel ( 4 ) axially to the force measuring device ( 12 . 10 . 16 ) is moved in a controlled manner.

Method for detecting a mass flow of a fluid comprising a measuring chamber ( 22 ) with an inlet opening ( 25 ) and at least one outlet opening ( 26 ) flows through and the impulse force of the fluid flow through a force measuring device ( 32 . 30 . 36 ) is detected by between the fluid flow and the force measuring device ( 32 . 30 . 36 ) an adjustable relative movement is generated, characterized in that an adjustable mass flow is injected into the fluid flow or withdrawn from the fluid flow by upstream of the inlet port ( 25 ) an inlet channel ( 24 ) is provided, on which an injection channel ( 40 ) with a piston ( 39 ) is arranged so that fluid from the injection channel ( 40 ) the inlet channel ( 24 ) is supplied or taken from this.