DE102007019231B3 - Volume flow rate controller for ventilation technical plant, has pressure sensor measuring pressure difference between pressure measuring points, where one point is arranged at flap blade and other point is firmly arranged in flow line - Google Patents

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Abstract

The controller (12) has a flap blade (14) arranged in a flow line (10). A difference pressure sensor measures a pressure difference between two pressure measuring points (20, 22) arranged in an impact area of the flap blade and determines a volume flow via the flow line. A servo motor swivelably adjusts the flap blade, and an electronic control unit controls the motor depending upon a signal of the pressure sensor. One of the pressure measuring points (22) is arranged at the flap blade and the other pressure measuring point (20) is firmly arranged in the flow line.

Description

Die Erfindung betrifft einen Volumenstromregler mit einem schwenkbar in einer Strömungsleitung angeordneten Klappenblatt, einer Drucksensoreinrichtung mit zwei im Einflußbereich des Klappenblattes angeordneten Druckmeßstellen zur Bestimmung des Volumenstroms durch die Strömungsleitung, einem motorischen Antrieb zur Schwenkverstellung des Klappenblattes, und einer elektronischen Regeleinheit zur Ansteuerung des Antriebs in Abhängigkeit von einem Signal der Drucksensoreinrichtung.The The invention relates to a volumetric flow regulator with a pivotable in a flow line arranged damper blade, a pressure sensor device with two in the sphere of influence the damper blade arranged pressure measuring points for determining the Volume flow through the flow line, a motor drive for pivotal adjustment of the damper blade, and an electronic control unit for controlling the drive dependent on from a signal of the pressure sensor device.

Volumenstromregler werden beispielsweise in lüftungstechnischen Anlagen dazu eingesetzt, den Volumenstrom der durch eine Strömungsleitung strömenden Luft auf einem annähernd konstanten Wert zu halten.Volume flow controller For example, in ventilation technology Plants used to the flow through a flow line flowing Air on an approximate constant value.

Es sind mechanisch selbsttätige Volumenstromregler bekannt, bei denen das Klappenblatt elastisch in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist. Wenn das schräg in der Strömungsleitung stehende Klappenblatt von der Luft umströmt wird, entsteht aufgrund aerodynamischer Effekte ein Schließmoment, das die Tendenz hat, das Klappenblatt in die Schließstellung zu verschwenken, in der es senkrecht zur Strömungsrichtung steht und die Strömungsleitung im wesentlichen absperrt. Aufgrund der elastischen Vorspannung stellt sich dann bei einer bestimmten Winkelstellung des Klappenblattes und damit bei einem bestimmten Volumenstrom ein Gleichgewicht ein. Die Gleichgewichtsstellung und damit der Sollwert des Volumenstroms ist durch geeignete Dimensionierung der elastischen Rückstellkraft einstellbar.It are mechanically self-acting Volumetric flow regulator known in which the damper blade elastic in an open position is biased. If that's oblique in the flow line standing flap leaf is flowed around by the air, arises due to aerodynamic effects a closing moment that has the tendency the damper blade in the closed position to pivot, in which it is perpendicular to the flow direction and the flow line essentially shut off. Due to the elastic bias provides then at a certain angular position of the damper blade and so that at a certain flow an equilibrium. The Equilibrium position and thus the setpoint of the volumetric flow is by appropriate dimensioning of the elastic restoring force adjustable.

Mit mechanisch selbsttätigen Volumenstromreglern ist es nicht möglich, die Strömungsleitung dicht abzusperren, weil die Schwenkachse mittig durch das Klappenblatt verläuft und deshalb das Schließmoment bei Erreichen der Schließstellung auf null abnimmt und somit kein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung steht, die durch die Dichtung verursachte Reibung zu überwinden und das Klappenblatt vollständig in die Absperrstellung zu bringen.With mechanically self-acting Volume flow controllers, it is not possible, the flow line tight shut off because the pivot axis centered by the damper blade extends and therefore the closing moment when reaching the closed position decreases to zero and thus no sufficient torque is available, to overcome the friction caused by the seal and the damper blade Completely to bring into the shut-off position.

Elektronische Volumenstromregler der hier betrachteten Art haben den Vorteil, daß sich der Sollwert für den Volumenstrom einfach mit Hilfe eines elektronischen Signals einstellen läßt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Sensor eine Rückmeldung des Istwertes des Volumenstroms erlaubt. Dies erleichtert eine Fernüberwachung und -steuerung des Lüftungssystems.electronic Volume flow controllers of the type considered here have the advantage that yourself the setpoint for the volume flow simply with the help of an electronic signal can be adjusted. One Another advantage is that the sensor provides feedback the actual value of the volume flow allowed. This facilitates remote monitoring and control of the ventilation system.

Vorteilhaft ist auch, daß der Volumenstromregler als Absperrelement zum Absperren der Strömungsleitung verwendet werden kann. Dazu wird das Klappenblatt am Rand mit einer umlaufenden Dichtung versehen, die in der Schließstellung an der Wand der Strömungsleitung abdichtet.Advantageous is also that the Volume flow controller as shut-off element for shutting off the flow line can be used. This is the damper blade on the edge with a circumferential seal provided in the closed position on the wall of the flow line seals.

Der Volumenstrom wird bei elektronischen Volumenstromreglern zumeist nicht direkt gemessen, sondern indirekt über eine Messung einer zu dem Volumenstrom proportionalen Größe. Zumeist wird an einem Stauelement eine statische, dynamische oder totale Druckdifferenz abgegriffen, die eine möglichst gute Proportionalität zu dem Volumenstrom aufweisen sollte. Bei einigen herkömmlichen elektronischen Volumenstromreglern sind die Meßelemente für den Abgriff der Druckdifferenz in Abstand stromaufwärts und/oder stromabwärts des Klappenblattes angeordnet, damit die Messung nicht durch Störungen der Luftströmung verfälscht wird, die durch das Klappenblatt verursacht werden.Of the Volume flow is usually at electronic volume flow controllers not measured directly, but indirectly via a measurement of a to the Volume flow proportional size. mostly is a static, dynamic or total on a baffle element Tapped pressure difference, the best possible proportionality to the Should have flow. In some conventional electronic volume flow controllers are the measuring elements for the tap the pressure difference in distance upstream and / or downstream of the Damper blade arranged so that the measurement is not distorted by disturbances of the air flow, which are caused by the damper blade.

Allgemein besteht bei elektronischen Volumenstromreglern das Problem, daß sich bei kleinen Volumenströmen nur eine begrenzte Meß- und Regelgenauigkeit erreichen läßt. Der Grund besteht vor allem darin, daß die bisher verwendeten volumenstromabhängigen Meßsignale eine hohe Spreizung zwischen den maximalen und den minimalen Meßwerten aufweisen. Da der gemessene Druck vom Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist, können die höchsten Meßwerte um einen Faktor von 100 bis 140 größer sein als die niedrigsten. Da die Genauigkeit des Meßgerätes auf den maximalen Meßwert bezogen ist, ergibt sich insbesondere bei kleinen Volumenströmen eine hohe prozentuale Meßungenauigkeit. Durch eine notwendige Hysterese bei der Ansteuerung des Stellmotors wird dieses Problem noch verschärft.Generally exists in electronic flow controllers, the problem is that at small volume flows only a limited amount of and can achieve control accuracy. Of the The reason is above all that the previously used volume flow-dependent measuring signals a high spread between the maximum and the minimum measured values exhibit. Because the measured pressure is the square of the flow velocity dependent is, can the highest readings by a factor of 100 to 140 greater than the lowest. As the accuracy of the meter on the maximum measured value is obtained, results in particular at low flow rates high percentage measurement inaccuracy. By a necessary hysteresis in the control of the servomotor this problem is exacerbated.

Aus DE 44 24 652 A1 ist ein elektronischer Volumenstromregler der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Meßelemente für den Abgriff der Druckdifferenz so an der Wand der Strömungsleitung angeordnet sind, daß sich bei geschlossenem Klappenblatt eine von ihnen stromaufwärts und die andere Stromabwärts des Klappenblattes befindet. Da sich die Meßstellen im Einflußbereich des Klappenblattes befinden, also dort, wo die Strömung des Me diums durch das Klappenblatt gestört wird, muß die Regeleinheit muß so konfiguriert sein, daß sie den Einfluß der unterschiedlichen Klappenstellungen auf die Druckdifferenz berücksichtigt, Aus DE 20 2005 014 277 U1 ist ein Volumenstromregler dieser Art bekannt, bei dem beide Druckmeßelemente unmittelbar auf dem Klappenblatt angeordnet sind, beispielsweise auf der Anströmseite des Klappenblattes. Die Meßelemente werden durch Öffnungen von zwei Fühlerleitungen gebildet, die durch die Luft unter unterschiedlichen Winkeln angeströmt werden, so daß mit Hilfe eines an die Fühlerleitungen angeschlossenen Drucksensors ein Differenzdruck abgegriffen werden kann.Out DE 44 24 652 A1 an electronic volume flow regulator of the type mentioned is known in which the measuring elements for tapping the pressure difference are arranged on the wall of the flow line that is one of them upstream and the other downstream of the damper blade with the damper blade closed. Since the measuring points are in the range of influence of the damper blade, that is, where the flow of Me diums is disturbed by the damper blade, the control unit must be configured so that it takes into account the influence of the different damper positions on the pressure difference, Off DE 20 2005 014 277 U1 a volumetric flow controller of this type is known, in which both pressure measuring elements are arranged directly on the damper blade, for example on the upstream side of the damper blade. The measuring elements are formed by openings of two sensor lines, which are flowed through the air at different angles, so that a differential pressure can be tapped by means of a pressure sensor connected to the sensor lines.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektronischen Volumenstromregler mit weiter verbesserter Regelgenauigkeit zu schaffen.task The invention is an electronic volume flow controller with to create further improved control accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der Druckmeßstellen am Klappenblatt angeordnet ist und die andere Druckmeßstelle fest in der Strömungsleitung angeordnet ist.These Task is inventively characterized solved, that one the pressure measuring points is arranged on the damper blade and the other pressure measuring point firmly in the flow line is arranged.

Meßreihen, bei denen für unterschiedliche Volumenströme die von der Drucksensoreinrichtung gemessene Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Klappenblattes gemessen wurde, haben gezeigt, daß sich bei dieser Anordnung für die Abhängigkeit der Druckdifferenz von der Klappenstellung in einem weiten Bereich von Volumenströmen stetige Kennlinien mit sehr kleiner Progression und mit geringer Spreizung zwischen den maximalen und den minimalen Werten ergeben, so daß über den gesamten Volumenstrombereich hinweg eine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden kann. Wenn das Klappenblatt weiter in die Schließstellung verschwenkt wird, um den Volumenstrom zu verringern, so ändert sich der Winkel, unter dem die auf dem Klappenblatt angeordnete Meßstelle angeströmt wird, und gleichzeitig erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit an der fest in der Strömungsleitung angeordneten Meßstelle. Die Kombination dieser beiden Effekte führt dazu, daß die Drucksensoreinrichtung auch bei kleinen Volumenströmen noch ein deutliches Signal liefert und die Spreizung zwischen den maximalen und minimalen Meßsignalen verringert wird. Für die Druckdifferenz in Abhängigkeit vom Klappenwinkel erhält man dabei für konstante Volumenströme nahezu lineare Kennlinien.series of measurements, where for different volume flows the pressure difference measured by the pressure sensor device depending on was measured from the angular position of the damper blade shown that in this arrangement for the dependence the pressure difference from the flap position in a wide range of volume flows continuous characteristics with very little progression and with less Spread between the maximum and minimum values, so that over the entire Volume flow range across a high accuracy can be achieved can. When the damper blade is further pivoted to the closed position, to reduce the flow, the angle changes below to which the measuring point arranged on the damper blade is impinged, and increased at the same time the flow velocity at the fixed in the flow line arranged measuring point. The combination of these two effects causes the pressure sensor device even with small volume flows still gives a clear signal and the spread between the maximum and minimum measuring signals is reduced. For the pressure difference depending receives from the flap angle you go for it constant volume flows almost linear characteristics.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims.

Bevorzugt sind die Druckmeßstellen so angeordnet, daß sie bei vollständig geschlossenem Klappenblatt beide auf derselben Seite des Klappenblattes liegen, vorzugsweise auf der stromaufwärtigen Seite. Diese Anordnung ermöglicht es, das Klappenblatt als Absperrorgan zu verwenden, mit dem sich die Strömungsleitung dicht absperren läßt. Dabei kann zur Messung der Druckdifferenz auch ein handelsüblicher Differenzdrucksensor eingesetzt werden, der nicht direkt den Druck mißt, sondern vielmehr die durch das Druckgefälle an einer definierten Engstelle hervorgerufene Strömung. Wenn die beiden Druckmeßstellen auf verschiedenen Seiten des Klappenblattes lägen, so würde diese Engstelle einen Bypaß darstellen, durch den auch bei geschlossenem Klappenblatt ein gewisser Leckstrom von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite gelangen könnte. Wenn sich jedoch beide Meßstellen auf derselben Seite des Klappenblattes befinden, wird dieser Leckstrom vermieden, so daß sich die Strömungsleitung dicht absperren läßt.Prefers are the pressure measuring points arranged so that they at complete closed damper blade both on the same side of the damper blade lie, preferably on the upstream side. This arrangement allows it to use the damper blade as a shut-off, with the the flow line shut off tightly. there can also be a commercial for measuring the pressure difference Differential pressure sensor can be used, which does not directly affect the pressure measures, but rather by the pressure gradient at a defined bottleneck induced flow. If the two pressure measuring points lying on different sides of the damper blade, so this bottleneck would represent a bypass, by the even with closed damper blade a certain leakage current from the upstream Side to the downstream Page could get. However, if both measuring points located on the same side of the damper blade, this leakage current avoided, so that the flow line shut off tightly.

Wahlweise kann die fest in der Strömungsleitung angeordnete Meßstelle zugleich einen Anschlag für das Klappenblatt in der geschlossenen Stellung bilden.Optional can be stuck in the flow line arranged measuring point at the same time a stop for form the damper blade in the closed position.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die feste Druckmeßstelle so angeordnet, daß ihre Meßöffnung zur stromabwärtigen Seite weist. Vorzugsweise liegt diese Meßstelle am Innenumfang des Strömungskanals in der Nähe der Stelle, auf die sich der Scheitel des Klappenblattes entgegen der Strömungsrichtung zu bewegt, wenn das Klappenblatt in die geschlossene Stellung geschwenkt wird. Das Klappenblatt lenkt dann die Strömung so um, daß an der Druckmeßstelle eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, die mit zunehmender Drosselung durch ein weiteres Verschließen des Querschnittes durch das Klappenblatt weiter zunimmt.In a preferred embodiment is the fixed pressure measuring point arranged so that their Measuring opening to downstream Side facing. Preferably, this measuring point is located on the inner circumference of the flow channel near the place on which the apex of the damper blade opposes the flow direction to move when the damper blade pivoted to the closed position becomes. The damper blade then directs the flow so that at the pressure measurement a high flow velocity is achieved with increasing throttling by another close of the cross section through the damper blade continues to increase.

Die am Klappenblatt befestigte Meßstelle ist dagegen vorzugsweise so angeordnet, daß ihr Öffnungsquerschnitt etwa rechtwinklig zum Klappenblatt orientiert ist und zur stromaufwärtigen Seite des Klappenblattes weist. Wenn das Klappenblatt weit geöffnet ist und somit nahezu parallel zur Achse der Strömungsleitung steht, mißt diese Meßstelle folglich einen dynamischen Druck, mit dem das Medium gegen die Meßstelle anströmt. Je weiter das Klappenblatt in die Schließstellung verschwenkt wird, desto kleiner wird der Winkel zwischen der Achse der Strömungsleitung und der Öffnungsebene der Meßstelle.The attached to the damper blade measuring point on the other hand is preferably arranged so that its opening cross-section approximately at right angles oriented to the damper blade and to the upstream side the damper blade points. When the damper blade is wide open and thus is almost parallel to the axis of the flow line, this measures measuring point Consequently, a dynamic pressure, with which the medium against the measuring point flows against. The farther the damper blade is pivoted to the closed position, the smaller the angle between the axis of the flow line and the opening plane the measuring point.

Die Meßstelle befindet sich vorzugsweise in der Nähe des stromaufwärtigen Randes des Klappenblattes, kann jedoch gegenüber diesem Rand etwas zur Mitte des Klappenblattes versetzt sein. Die Meßstelle wird sich dann in der Nähe eines Staupunktes befinden, der sich in der Strömung auf der Klappenblattvorderseite vor der Oberfläche des Klappenblattes bildet. Dieser Staupunkt ändert jedoch seine Lage je nach Winkelstellung der Klappe und Anströmbedingungen des Mediums. Bei kleinem Anstellwinkel, d. h. bei weit geöffneter Klappe, wird die Meßstelle so angeströmt, daß das Meßsignal einen hohen dynamischen Anteil haben wird. Bei mittleren Anstellwinkeln liegt die Meßstelle nahe am Staupunkt, so daß man im wesentlichen einen statischen Druck-Anteil mißt, und bei weiter zunehmendem Anstellwinkel, also bei nahezu geschlossener Klappe, wandert der Staupunkt in Richtung der Mitte des Klappenblattes, bis bei ganz geschlossenem Klappenblatt kein Volumenstrom mehr fließt.The measuring point is preferably located near the upstream edge of the damper blade, but can be compared to this edge something to the middle the damper blade be offset. The measuring point will then be in the Near one Stagnation point located in the flow on the damper blade front in front of the surface forms the damper blade. However, this stagnation point changes its position ever after angular position of the flap and inflow conditions of the medium. at small angle of attack, d. H. at wide open flap, the measuring point so streamed, that this measuring signal will have a high dynamic share. At medium angles of attack lies the measuring point close to the stagnation point, so that one essentially measures a static pressure component, and further increasing Anstellwinkel, ie with almost closed flap, wanders Stagnation point in the direction of the center of the damper blade, until at all closed damper blade no flow flows.

Die Meßstellen können jeweils so gestaltet sein, daß sie den Druck an einem bestimmten Punkt in der Strömungsleitung erfassen. In einer modifizierten Ausführungsform können die Meßstellen jedoch auch ausgedehnt sein, so daß sie jeweils den mittleren Druck an mehreren über den Querschnitt der Strömungsleitung verteilten Punkten erfassen. Beispielsweise können die Meßstellen durch Meßleisten gebildet werden, die dem Innenumfang der Strömungsleitung bzw. dem Rand des Klappenblattes folgen oder geradlinig, parallel zur Schwenkachse des Klappenblattes verlaufen.The measuring points can each be designed so that they detect the pressure at a certain point in the flow line. In a modified embodiment, however, the measuring points may also be extended, so that they each have the mean capture pressure at several points distributed over the cross-section of the flow line. For example, the measuring points can be formed by measuring strips that follow the inner circumference of the flow line or the edge of the damper blade or rectilinear, parallel to the pivot axis of the damper blade.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.in the Following are embodiments of Invention with reference to the drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen schematischen axialen Schnitt durch eine Strömungsleitung mit einem erfindungsgemäßen Volumenstromregler in einer Absperrstellung; 1 a schematic axial section through a flow line with a volumetric flow controller according to the invention in a shut-off position;

2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1; 2 a section along the line II-II in 1 ;

3 eine Schnittdarstellung analog zu 1 für eine geöffnete Stellung des Volumenstromreglers; 3 a sectional view analogous to 1 for an open position of the volumetric flow controller;

4 ein Druck/Winkel-Diagramm für den Volumenstromregler gemäß 1 bis 3; und 4 a pressure / angle diagram for the volumetric flow controller according to 1 to 3 ; and

5 einen Schnitt analog zu 2, für einen Volumenstromregler gemäß modifizierten Ausführungsformen der Erfindung. 5 a section analogous to 2 for a volumetric flow regulator according to modified embodiments of the invention.

In 1 ist einem axialen Schnitt ein Abschnitt einer Strömungsleitung 10 dargestellt, der in der durch einen Pfeil A angegebenen Richtung von einem Medium, insbesondere einem gasförmigen Medium wie beispielsweise Luft durchströmt wird. In der Strömungsleitung 10 ist ein Volumenstromregler 12 angeordnet. Dieser Volumenstromregler weist ein starres, kreisscheibenförmiges Klappenblatt 14 auf, das schwenkbar auf einer längs eines Durchmessers der Kreisscheibe und durch die Mitte der Strömungsleitung 10 verlaufenden Achse 16 angeordnet ist.In 1 an axial section is a section of a flow line 10 shown, which is flowed through in the direction indicated by an arrow A from a medium, in particular a gaseous medium such as air. In the flow line 10 is a volumetric flow controller 12 arranged. This volume flow controller has a rigid, circular disc-shaped damper blade 14 pivotable on one along a diameter of the circular disc and through the middle of the flow conduit 10 extending axis 16 is arranged.

1 zeigt den Volumenstromregler 12 in einer Sperrstellung, in der das Klappenblatt 14 rechtwinklig zur Strömungsrichtung orientiert ist und die Strömungsleitung 10 vollständig absperrt. Zu diesem Zweck ist am Umfangsrand des Klappenblattes 14 eine umlaufende elastische Dichtung 18 vorgesehen, die an der Innenfläche der Strömungsleitung 10 abdichtet. 1 shows the volumetric flow controller 12 in a locked position, in which the damper blade 14 oriented at right angles to the flow direction and the flow line 10 completely shut off. For this purpose is at the peripheral edge of the damper blade 14 a circumferential elastic seal 18 provided on the inner surface of the flow line 10 seals.

Eine Drucksensoreinrichtung ist dazu vorgesehen, die Druckdifferenz zwischen zwei Druckmeßstellen 20 und 22 in der Strömungsleitung 10 zu messen. Jede Druckmeßstelle hat im gezeigten Beispiel die Form eine Röhrchens, das an einem Ende eine Meßöffnung 24 bzw. 26 bildet und dessen anderes Ende über eine in 1 nur angedeutete flexible, aus der Strömungsleitung 10 heraus führende Leitung 28 bzw. 30 mit einem Differenzdrucksensor 32 (2) verbunden ist.A pressure sensor device is provided for the pressure difference between two pressure measuring points 20 and 22 in the flow line 10 to eat. Each pressure measuring point in the example shown has the form of a tube which has a measuring opening at one end 24 respectively. 26 forms and its other end over an in 1 only indicated flexible, out of the flow line 10 leading out lead 28 respectively. 30 with a differential pressure sensor 32 ( 2 ) connected is.

Die Druckmeßstelle 20 ist in einer gegenüber der Achse 16 um 90° winkelversetzten Position (oben in 1) fest an der Innenfläche der Strömungsleitung 10 angebracht, und ihre Meßöffnung 24 weist zur stromabwärtigen Seite. In dem in 1 gezeigten Zustand liegt die Dichtung 18 an der Meßöffnung 24 an, so daß diese Druckmeßstelle zugleich einen Anschlag für das Klappenblatt 14 bildet. Wahlweise kann der Anschlag auch so ausgebildet sein, daß die Meßöffnung 24 auch bei vollständig geschlossenem Klappenblatt offen bleibt.The pressure measuring point 20 is in one opposite the axis 16 90 ° offset position (top in 1 ) firmly on the inner surface of the flow line 10 attached, and their measuring aperture 24 points to the downstream side. In the in 1 shown state is the seal 18 at the measuring opening 24 on, so that this pressure measuring at the same time a stop for the damper blade 14 forms. Optionally, the stop can also be designed so that the measuring opening 24 remains open even when the damper blade is completely closed.

Die Druckmeßstelle 22 ist auf der stromaufwärtigen Seite des schwenkbaren Klappenblattes 14 angeordnet und befindet sich im gezeigten Beispiel in einer Position am Rand des Klappenblattes 14, die dem Punkt des Klappenblattes, der an der Druckmeßstelle 20 anschlägt, diametral gegenüberliegt. Die Meßöffnung 26 der Druckmeßstelle 22 ist rechtwinklig zur Ebene des Klappenblattes 14 orientiert, liegt also in dem in 1 gezeigten Zustand parallel zur Achse der Strömungsleitung.The pressure measuring point 22 is on the upstream side of the hinged damper blade 14 arranged and is located in the example shown in a position on the edge of the damper blade 14 , which is the point of the damper blade, which at the pressure measuring point 20 strikes, diametrically opposite. The measuring opening 26 the pressure measuring point 22 is perpendicular to the plane of the damper blade 14 oriented, is therefore in the in 1 shown state parallel to the axis of the flow line.

In 2 sind der kreisförmige Querschnitt der Strömungsleitung 10 und der kreisförmige Grundriß des Klappenblattes 14 zu erkennen. Die Achse 16 ist drehbar durch die Wand der Strömungsleitung 10 hindurchgeführt und an einem Ende mit einem außen an der Strömungsleitung angebrachten Antrieb verbunden, der hier durch einen elektrischen Stellmotor 34 gebildet wird. Dem Stellmotor 34 ist ein Winkelgeber 36 zugeordnet, mit dem die Winkelstellung des Klappenblattes gemessen wird. Ein entsprechendes Winkelsignal wird an eine elektronische Regeleinheit 38 übermittelt, die den Stellmotor 34 ansteuert.In 2 are the circular cross section of the flow line 10 and the circular outline of the damper blade 14 to recognize. The axis 16 is rotatable through the wall of the flow line 10 passed through and connected at one end to a drive attached to the outside of the flow line, here by an electric servomotor 34 is formed. The servomotor 34 is an angle encoder 36 assigned, with which the angular position of the damper blade is measured. A corresponding angle signal is sent to an electronic control unit 38 transmitted to the servomotor 34 controls.

In der Regeleinheit 38 ist ein Regelalgorithmus gespeichert, der auf einer mathematischen Formel oder einer Tabelle basiert, die eine vorab empirisch ermittelte Beziehung zwischen dem Volumenstrom Q durch die Strömungsleitung 10 (bei nicht ganz geschlossenem Klappenblatt), der Winkelstellung α des Klappenblattes, und der vom Differenzdrucksensor 32 gemessenen Druckdifferenz ΔP repräsentiert. Anhand dieser Beziehung berechnet die Regeleinheit 38 dann einen Istwert Qist für den Volumenstrom Q, vergleicht diesen mit einem an der Regeleinheit einstellbaren Sollwert Qsoll und steuert den Stellmotor 34 (vorzugsweise mit einer gewissen Hysterese) so an, daß der Volumenstrom auf den Sollwert eingeregelt wird. Der Istwert kann an eine zentrale Steuereinheit gemeldet werden, von der auch der Sollwert empfangen wird.In the control unit 38 a control algorithm is stored, which is based on a mathematical formula or a table, which is a pre-empirically determined relationship between the volume flow Q through the flow line 10 (When not completely closed damper blade), the angular position α of the damper blade, and the differential pressure sensor 32 represented measured pressure difference ΔP. Based on this relationship, the control unit calculates 38 then an actual value Q is for the volume flow Q, compares this with a setpoint adjustable to the control unit Q soll and controls the servomotor 34 (preferably with a certain hysteresis) so that the volume flow is adjusted to the desired value. The actual value can be reported to a central control unit from which the setpoint is also received.

Da beide Druckmeßstellen 20, 22 auf derselben Seite des Klappenblattes 14 angeordnet sind, läßt sich die Dichtung 18 so an dem Klappenblatt anbringen, daß sie in der in 1 und 2 gezeigten geschlossenen Stellung ringsum an der Innenwand der Strömungsleitung 10 abdichtet. Die Dichtung 18 wird dabei geringfügig komprimiert bzw. angepreßt, so daß eine hohe Dichtheit und eine gewisse Druckfestigkeit erreicht wird. Auch wenn die Leitungen 28 und 30 innerhalb des Differenzdrucksensors 32 durch eine Engstelle miteinander verbunden sind, entsteht kein Bypass, der das Klappenblatt umgehen könnte. Die zwischen der Dichtung 18 und der Wand der Strömungsleitung 10 auftretenden Reibungskräfte können durch den Stellmotor 34 überwunden werden, wenn das Klappenblatt 14 aus der geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung überführt werden soll.As both pressure measuring points 20 . 22 on the same ben side of the damper blade 14 are arranged, the seal can be 18 so attach to the damper blade that they are in the in 1 and 2 shown closed position around the inner wall of the flow line 10 seals. The seal 18 is slightly compressed or pressed, so that a high density and a certain compressive strength is achieved. Even if the wires 28 and 30 within the differential pressure sensor 32 Connected by a bottleneck, there is no bypass that could bypass the damper blade. The between the seal 18 and the wall of the flow line 10 occurring friction forces can by the servomotor 34 be overcome when the damper blade 14 to be transferred from the closed position to an open position.

In 3 ist der Volumenstromregler 12 in einer relativ weit geöffneten Stellung gezeigt. Hier ist auch der Winkel α eingezeichnet, den das Klappenblatt 14 mit der Längsachse der Strömungsleitung 10 bildet.In 3 is the volumetric flow controller 12 shown in a relatively wide open position. Here is also the angle α drawn, the damper blade 14 with the longitudinal axis of the flow line 10 forms.

Durch Pfeile ist in 3 illustriert, wie die durch die Strömungsleitung 10 strömende Luft das Klappenblatt 14 umströmt. Aufgrund der Schrägstellung des Klappenblattes wird die Meßöffnung 26 der Druckmeßstelle 22 so angeströmt, daß der hier aufgenommene Druck P1 eine relativ große, von der Winkelstellung des Klappenblattes abhängige dynamische Komponente hat. Die Meßöffnung 24 der Druckmeßstelle 20 erfaßt dagegen vor allem den statischen Druck an der Stelle, an der die Strömungsgeschwindigkeit der das Klappenblatt umströmenden Luft am größten ist. Auch diese Strömungsgeschwindigkeit, und damit der gemessene Druck P2, ist von der Klappenstellung abhängig. Der Differenzdrucksensor 32 mißt nun die Druckdifferenz ΔP = P1 – P2, die ebenfalls von der Klappenstellung abhängig ist. Es zeigt sich jedoch, daß man für alle in der Praxis in Betracht kommenden Volumenströme für die Abhängigkeit der Druckdifferenz ΔP vom Winkel α eine Beziehung erhält, die eine einfache und genaue Bestimmung des Volumenstroms erlaubt.Through arrows is in 3 Illustrated as the through the flow line 10 flowing air the damper blade 14 flows around. Due to the inclination of the damper blade, the measuring port 26 the pressure measuring point 22 so flowed that the pressure recorded here P1 has a relatively large, dependent on the angular position of the damper blade dynamic component. The measuring opening 24 the pressure measuring point 20 In contrast, above all, it detects the static pressure at the point at which the flow velocity of the air flowing around the damper blade is greatest. Also, this flow rate, and thus the measured pressure P2, is dependent on the flap position. The differential pressure sensor 32 now measures the pressure difference ΔP = P1 - P2, which is also dependent on the flap position. It turns out, however, that one obtains a relationship for the dependence of the pressure difference .DELTA.P on the angle .alpha., Which permits a simple and accurate determination of the volumetric flow, for all volume flows which are considered in practice.

In 4 ist für den in 1 bis 3 gezeigten Volumenstromregler für drei verschiedene Volumenstromwerte jeweils die vom Differenzdrucksensor 32 gemessene Druckdifferenz ΔP gegen den Winkel α des Klappenblattes aufgetragen. Die Messungen wurden für einen Volumenstromregler für Strömungslei tungen 10 mit der Nennweite DN200 (200 mm Durchmesser) ausgeführt. Die Kurve 40 in 4 entspricht einem Volumenstrom von 340 m3/h, die Kurve 42 einem Volumenstrom von 680 m3/h und die Kurve 44 einem Volumenstrom von 1000 m3/h. Entsprechend läßt sich im Prinzip für jeden Volumenstrom eine Kennlinie aufnehmen, so daß man eine Schar von Kennlinien erhält, die jeweils die Beziehung zwischen Druckdifferenz und Klappenwinkel angibt.In 4 is for the in 1 to 3 shown volume flow controller for three different volume flow values in each case those of the differential pressure sensor 32 measured pressure difference ΔP plotted against the angle α of the damper blade. The measurements were for a volumetric flow controller for Strömungslei lines 10 with nominal diameter DN200 (200 mm diameter). The curve 40 in 4 corresponds to a volume flow of 340 m 3 / h, the curve 42 a flow rate of 680 m 3 / h and the curve 44 a volume flow of 1000 m 3 / h. Correspondingly, in principle, a characteristic curve can be recorded for each volume flow so that a set of characteristic curves is obtained which in each case indicates the relationship between the pressure difference and the flap angle.

Für jedes Paar aus Klappenwinkel und gemessener Druckdifferenz gibt es genau eine Kurve, die durch den betreffenden Punkt in dem Diagramm nach 4 hindurchgeht. Wenn beispielsweise bei einem Winkel α von 35° vom Differenzdrucksensor 32 eine Druckdifferenz von 60 Pa gemessen wird, so ist der zugehörige Volumenstrom durch die Kurve 42 gegeben, d. h., er beträgt 680 m3/h. Auf diese Weise läßt sich in der Regeleinheit 38 für jedes Meßwertepaar ein Istwert für den Volumenstrom bestimmen, der dann für die Berechnung des Steuersignals für den Stellmotor 34 zugrundegelegt wird und wahlweise auch an eine externe Überwachungseinrichtung gemeldet werden kann.For each pair of damper angle and measured pressure difference, there is exactly one curve that follows the point in the diagram 4 passes. For example, if at an angle α of 35 ° from the differential pressure sensor 32 a pressure difference of 60 Pa is measured, so is the associated volume flow through the curve 42 given, ie, it is 680 m 3 / h. In this way can be in the control unit 38 determine an actual value for the volumetric flow for each measured value pair, which is then used to calculate the control signal for the servomotor 34 can also be reported to an external monitoring device.

Man erkennt in 4, daß die Kennlinien für die verschiedenen Volumenströme einen stetigen und differenzierbaren Verlauf mit geringer Progression haben und sich durch Polynome niedrigen Grades approximieren lassen. Im gezeigten Beispiel ergeben sogar schon Polynome ersten Grades (Geraden) eine gute Approximation. Da sich die Kennlinien für die verschiedenen Volumenströme nirgends überschneiden, läßt sich jedem Meßwertepaar eindeutig ein Volumenstrom zuordnen.One recognizes in 4 in that the characteristic curves for the different volume flows have a continuous and differentiable course with low progression and can be approximated by polynomials of low degree. In the example shown, even polynomials of the first degree (straight lines) yield a good approximation. Since the characteristic curves for the different volume flows do not overlap, each volume pair can be assigned a volume flow.

Außerdem ist in 4 zu erkennen, daß die vom Differenzdrucksensor 32 gemessenen Druckdifferenzen für die Klappenwinkel, die bei dem jeweiligen Volumenstrom realistisch sind, nur zwischen etwa 16 Pa bei dem kleinsten Volumenstrom und 160 Pa bei dem größten Volumenstrom variieren, d. h., die Spreizung zwischen den Meßwerten entspricht für den gesamten Volumenstrom-Einsatzbereich nur einem Faktor von etwa 10 (im Vergleich zu 100–140 bei dem in der Beschreibungseinleitung erörterten Stand der Technik). Das bedeutet, daß auch mit einem Differenzdrucksensor, der eine übliche Meßgenauigkeit aufweist, im gesamten Volumenstrom-Meßbereich eine relativ genaue Bestimmung des Volumenstroms möglich ist.It is also in 4 to recognize that the differential pressure sensor 32 measured pressure differences for the flap angle, which are realistic in the respective volume flow, only between about 16 Pa at the smallest volume flow and 160 Pa at the largest flow rate vary, ie, the spread between the measured values for the entire volume flow application range corresponds to only a factor of about 10 (compared to 100-140 in the prior art discussed in the introduction to the specification). This means that even with a differential pressure sensor having a common measuring accuracy, a relatively accurate determination of the volume flow is possible in the entire volume flow measuring range.

Würde man in 4 den Volumenstrom auf einer dritten (senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden) Achse auftragen, so würde die Beziehung zwischen dem Volumenstrom Q und den Größen α und ΔP durch eine Fläche im dreidimensionalem Raum repräsentiert, und die Kurven 40, 42, 44 wären "Höhenlinien" dieser Fläche. Diese Beziehung kann in der Regeleinheit 38 mit der gewünschten Genauigkeit durch ein dreidimensionales Kennfeld abgebildet werden. Ebenso ist es auch möglich, die genannte Fläche, die den Volumenstrom Q als Funktion der Variablen α und ΔP angibt, durch ein Polynom niederer Ordnung zu approximieren, so daß sich der Volumenstrom einfach durch Einsetzen der jeweiligen Meßwerte in dieses Polynom berechnen läßt.Would you in 4 Plotting the volume flow on a third (perpendicular to the plane) axis, the relationship between the volume flow Q and the sizes α and ΔP represented by an area in three-dimensional space, and the curves 40 . 42 . 44 would be "contour lines" of this area. This relationship can be in the control unit 38 can be imaged with the desired accuracy through a three-dimensional map. Likewise, it is also possible to approximate the said surface, which indicates the volume flow Q as a function of the variables α and ΔP, by a polynomial of low order, so that the volume flow can be calculated simply by inserting the respective measured values into this polynomial.

Mit der in 1 bis 3 gezeigten Anordnung der Druckmeßstellen 20 und 22 wurde ein sehr günstiger Kennlinienverlauf erreicht. Akzeptable Ergebnisse lassen sich jedoch auch mit modifizierten Anordnungen der Druckmeßstellen erreichen. Beispielsweise kann in 1 die Druckmeßstelle 20 in bezug auf die Achse 16 etwas nach stromabwärts verlagert werden, so daß sich der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit noch verstärkt. Wenn das Klappenblatt 14 keinen kreisförmigen, sondern einen elliptischen Grundriß hat, ist es auch bei dieser Position der Druckmeßstelle 20 noch möglich, die Strömungsleitung 10 mit Hilfe des Klappenblattes vollständig abzusperren, da sich dann der Scheitel des Klappenblattes schon bei einem Winkel α, der kleiner ist als 90°, an die Innenwand der Strömungsleitung anlegt.With the in 1 to 3 shown arrangement of the pressure measuring points 20 and 22 a very favorable characteristic curve was achieved. However, acceptable results can also be achieved with modified arrangements of the pressure measuring points. For example, in 1 the pressure measuring point 20 with respect to the axis 16 be displaced slightly downstream, so that the influence of the flow rate is amplified. When the damper blade 14 It is not a circular, but an elliptical plan, it is also in this position of the pressure measuring point 20 still possible, the flow line 10 completely shut off with the help of the damper blade, since then the vertex of the damper blade already at an angle α, which is smaller than 90 °, applies to the inner wall of the flow line.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit läßt sich dadurch erreichen, daß anstelle der "punktuellen" Druckmeßstellen 20 und 22 ausgedehntere Druckmeßstellen 20', 22' verwendet werden, wie in 5 dargestellt ist.A further increase in accuracy can be achieved in that instead of the "punctual" Druckmeßstellen 20 and 22 more extensive pressure measuring points 20 ' . 22 ' used as in 5 is shown.

In 5 hat die Druckmeßstelle 20' die Form einer gekrümmten Leiste, die der Krümmung der Innenfläche des Strömungskanals 10 folgt, und entsprechend hat die Druckmeßstelle 22' die Form einer gekrümmten Leiste, die mit ihrer Meßöffnung 26' der Krümmung des Umfangsrandes des Klappenblattes 14 folgt. Auf diese Weise werden die aufgenommenen Drücke jeweils über ein größeres Gebiet gemittelt, so daß eine größere Unempfindlichkeit gegenüber Störungen der Luftströmung erreicht wird, wie sie beispielsweise durch Krümmungen oder Hindernisse in der Strömungsleitung 10 verursacht werden können.In 5 has the pressure measuring point 20 ' the shape of a curved strip, the curvature of the inner surface of the flow channel 10 follows, and accordingly has the pressure measuring point 22 ' the shape of a curved ledge, with its measuring aperture 26 ' the curvature of the peripheral edge of the damper blade 14 follows. In this way, the recorded pressures are each averaged over a larger area, so that a greater insensitivity to disturbances of the air flow is achieved, as for example by bends or obstacles in the flow line 10 can be caused.

Alternativ können die Druckmeßstellen 20' und 22' selbstverständlich auch als gerade Leisten ausgebildet sein, beispielsweise als Leisten, die in geeigneter Höhe parallel zu der Achse 16 verlaufen.Alternatively, the pressure measuring points 20 ' and 22 ' Of course, be designed as a straight strips, for example, as strips that are at a suitable height parallel to the axis 16 run.

Claims (10)

Volumenstromregler mit einem schwenkbar in einer Strömungsleitung (10) angeordneten Klappenblatt (14), einer Drucksensoreinrichtung (32) zur Messung der Druckdifferenz zwischen zwei im Einflußbereich des Klappenblattes angeordneten Druckmeßstellen (20, 22; 20', 22') und zur Bestimmung des Volumenstroms durch die Strömungsleitung (10), einem motorischen Antrieb (34) zur Schwenkverstellung des Klappenblattes (14), und einer elektronischen Regeleinheit (38) zur Ansteuerung des Antriebs (34) in Abhängigkeit von einem Signal der Drucksensoreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Druckmeßstellen (22; 22') am Klappenblatt (14) angeordnet ist und die andere Druckmeßstelle (20, 20') fest in der Strömungsleitung (10) angeordnet ist.Volume flow regulator with a pivotable in a flow line ( 10 ) arranged damper blade ( 14 ), a pressure sensor device ( 32 ) for measuring the pressure difference between two arranged in the sphere of influence of the damper blade pressure measuring points ( 20 . 22 ; 20 ' . 22 ' ) and for determining the volume flow through the flow line ( 10 ), a motor drive ( 34 ) for pivotal adjustment of the damper blade ( 14 ), and an electronic control unit ( 38 ) for controlling the drive ( 34 ) in response to a signal of the pressure sensor device, characterized in that one of the pressure measuring points ( 22 ; 22 ' ) on the damper blade ( 14 ) and the other pressure measuring point ( 20 . 20 ' ) firmly in the flow line ( 10 ) is arranged. Volumenstromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckmeßstellen (20, 22; 20, 22') auf derselben Seite des Klappenblattes (14) angeordnet sind.Volume flow regulator according to claim 1, characterized in that both pressure measuring points ( 20 . 22 ; 20 . 22 ' ) on the same side of the damper blade ( 14 ) are arranged. Volumenstromregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckmeßstellen (20, 22; 20', 22') auf der stromaufwärtigen Seite des Klappenblattes (14) angeordnet sind.Volume flow regulator according to claim 2, characterized in that both pressure measuring points ( 20 . 22 ; 20 ' . 22 ' ) on the upstream side of the damper blade ( 14 ) are arranged. Volumenstromregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fest in der Strömungsleitung angeordnete Druckmeßstelle (20) einen Anschlag für das Klappenblatt (14) in einer die Strömungsleitung (10) absperrenden Stellung bildet.Volume flow regulator according to claim 3, characterized in that the pressure measuring point (8) fixedly arranged in the flow line ( 20 ) a stop for the damper blade ( 14 ) in a flow line ( 10 ) shut-off position forms. Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fest in der Strömungsleitung (10) angeordnete Druckmeßstelle (20) eine stromabwärts gerichtete Meßöffnung (24) bildet.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that the fixed in the flow line ( 10 ) arranged pressure measuring point ( 20 ) a downstream measuring orifice ( 24 ). Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fest in der Strömungsleitung (10) angeordnete Druckmeßstelle (20) an der Stelle des Innenumfangs der Strömungsleitung (10) angeordnet ist, die mit der Schwenkachse (16) des Klappenblattes (14) einen rechten Winkel bildet und auf welche sich der Scheitel des Klappenblattes (14) entgegen der Strömungsrichtung (A) zu bewegt, wenn sich das Klappenblatt in die geschlossene Stellung bewegt.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that the fixed in the flow line ( 10 ) arranged pressure measuring point ( 20 ) at the location of the inner circumference of the flow line ( 10 ) is arranged with the pivot axis ( 16 ) of the damper blade ( 14 ) forms a right angle and to which the vertex of the damper blade ( 14 ) moves against the flow direction (A) when the damper blade moves to the closed position. Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Klappenblatt (14) angeordnete Druckmeßstelle (22) eine rechtwinklig zur Ebene des Klappenblattes (14) orientierte Meßöffnung (26) bildet.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that the on the damper blade ( 14 ) arranged pressure measuring point ( 22 ) at right angles to the plane of the damper blade ( 14 ) oriented measuring opening ( 26 ). Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Klappenblatt (14) angeordnete Druckmeßstelle (22) in der Nähe einer Stelle des Randes des Klappenblattes (14) angeordnet ist, die bei geöffnetem Klappenblatt am weitesten stromaufwärts liegt.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that the on the damper blade ( 14 ) arranged pressure measuring point ( 22 ) near a location of the edge of the damper blade ( 14 ) which is located furthest upstream when the damper blade is open. Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Druckmeßstellen (20', 22') in Querrichtung der Strömungsleitung (10) ausgedehnt ist.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the pressure measuring points ( 20 ' . 22 ' ) in the transverse direction of the flow line ( 10 ) is extended. Volumenstromregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkelgeber (36) zur Messung des Winkels (α) des Klappenblattes (14) vorgesehen ist und daß die Regeleinheit (38) dazu ausgebildet ist, den Volumenstrom in Abhängigkeit von der Winkelstellung (α) des Klappenblattes und der von der Drucksensoreinrichtung gemessenen Druckdifferenz (ΔP) zwischen den beiden Druckmeßstellen (20, 22; 20', 22') zu bestimmen.Volume flow regulator according to one of the preceding claims, characterized in that an angle sensor ( 36 ) for measuring the angle (α) of the damper blade ( 14 ) and that the control unit ( 38 ) is adapted to the volume flow in dependence on the angular position (α) of the Damper blade and measured by the pressure sensor means pressure difference (ΔP) between the two pressure measuring points ( 20 . 22 ; 20 ' . 22 ' ).
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