DE102016112196B4 - Flow-generating device and method for calibrating a DUT - Google Patents
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Abstract
Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusseseines Fluids (23) mit (a) einer Sammelleitung (12) und (b) einer ersten Pumpe (14.1), die – einen ersten Zylinder (16.1), – einen ersten Kolben (18.1), der im ersten Zylinder (16.1) läuft, – einen ersten Antrieb (20.1), mittels dem der erste Kolben (18.1) relativ zum ersten Zylinder (16.1) bewegbar ist, und – eine erste Positionsbestimmungsvorrichtung (22.1) zum Bestimmen einer ersten Position des ersten Kolbens (18.1) relativ zum ersten Zylinder (16.1) aufweist und – mit der Sammelleitung (12) zum Abgeben von Fluid (23) in die Sammelleitung (12) verbunden ist, und (c) einer zweiten Pumpe (14.2), die – einen zweiten Zylinder (16.2), – einen zweiten Kolben (18.2), der im zweiten Zylinder (16.2) läuft, – einen zweiten Antrieb (20.2), mittels dem der zweite Kolben (18.2) relativ zum zweiten Zylinder (16.2) bewegbar ist, und – eine zweite Positionsbestimmungsvorrichtung (22.2) zum Bestimmen einer zweiten Position des zweiten Kolbens (18.2) relativ zum zweiten Zylinder (16.2) aufweist und – mit der Sammelleitung (12) zum Abgeben von Fluid (23) in die Sammelleitung (12) verbunden ist, gekennzeichnet durch (d) eine Regelung (30), die eingerichtet ist zum automatischen Regeln der Antriebe (20.1, 20.2), sodass die Pumpen (14.1, 14.2) gemeinsam einen vorgegebenen Volumenstrom an Fluid (23) in die Sammelleitung (12) abgeben und (e) eine relative Messunsicherheit der Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung von höchstens 10–3.Flow-generating device for generating a predetermined flow of a fluid (23) with (a) a manifold (12) and (b) a first pump (14.1), the - a first cylinder (16.1), - a first piston (18.1), the running in the first cylinder (16.1), - a first drive (20.1), by means of which the first piston (18.1) is movable relative to the first cylinder (16.1), and - a first position determining device (22.1) for determining a first position of the first piston (18.1) relative to the first cylinder (16.1) and - connected to the manifold (12) for discharging fluid (23) into the manifold (12), and (c) a second pump (14.2), the - a second Cylinder (16.2), - a second piston (18.2) running in the second cylinder (16.2), - a second drive (20.2) by means of which the second piston (18.2) is movable relative to the second cylinder (16.2), and a second position determining device (22.2) for determining it has the second position of the second piston (18.2) relative to the second cylinder (16.2) and is connected to the manifold (12) for discharging fluid (23) into the manifold (12), characterized by (d) a controller (30 ), which is set up to automatically control the drives (20.1, 20.2), so that the pumps (14.1, 14.2) together deliver a predetermined volume flow of fluid (23) into the collecting line (12) and (e) a relative measurement uncertainty of the flow rate Generating device of at most 10-3.
Description
Die Erfindung betrifft eine Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses eines Fluids mit (a) einer Sammelleitung und (b) einer ersten Pumpe, die einen ersten Zylinder, einen ersten Kolben, der im ersten Zylinder läuft, einen ersten Antrieb, mittels dem der erste Kolben relativ zum ersten Zylinder bewegbar ist, und eine erste Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der ersten aktuellen Position des ersten Kolbens relativ zum ersten Zylinder aufweist und die mit der Sammelleitung zum Abgeben von Fluid in die Sammelleitung verbunden ist und (c) einer zweiten Pumpe, die einen zweiten Zylinder, einen zweiten Kolben, der im zweiten Zylinder läuft, einen zweiten Antrieb, mittels dem der zweite Kolben relativ zum zweiten Zylinder bewegbar ist, und eine zweite Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der zweiten aktuellen Position des zweiten Kolbens relativ zum zweiten Zylinder aufweist und mit der Sammelleitung zum Abgeben von Fluid in die Sammelleitung verbunden ist. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren eines Prüflings.The invention relates to a flow-generating device for generating a predetermined flow of a fluid with (a) a manifold and (b) a first pump having a first cylinder, a first piston running in the first cylinder, a first drive, by means of which first piston is movable relative to the first cylinder, and has a first position determining device for determining the first current position of the first piston relative to the first cylinder and which is connected to the manifold for discharging fluid into the manifold, and (c) a second pump a second cylinder, a second piston running in the second cylinder, a second drive, by means of which the second piston is movable relative to the second cylinder, and a second position determining device for determining the second current position of the second piston relative to the second cylinder and having the manifold for discharging fluid into the collection line is connected. According to a second aspect, the invention relates to a method for calibrating a test object.
Derartige Durchfluss-Erzeugungsvorrichtungen werden beispielsweise zur rückgeführten Kalibrierung von Durchflussmessern verwendet. Unter einer rückgeführten Kalibrierung wird dabei verstanden, dass das entsprechende Messergebnis in einer Kette von Kalibrierungen auf die Definition einer SI-Einheit zurückgeführt wird. Es ist wünschenswert, dass die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung den Durchfluss mit einer möglichst hohen Messgenauigkeit und einer möglichst kleinen Messunsicherheit erzeugt.Such flow-generating devices are used, for example, for the recirculated calibration of flow meters. A recirculated calibration is understood to mean that the corresponding measurement result in a chain of calibrations is attributed to the definition of an SI unit. It is desirable that the flow-generating device generates the flow with the highest possible measurement accuracy and the smallest possible measurement uncertainty.
Bekannte Durchfluss-Erzeugungsvorrichtungen haben den Nachteil, dass eine kontinuierliche Förderung des Fluids nicht möglich ist, da die Länge der Kolbenbewegung des Kolbens im Zylinder begrenzt ist.Known flow-generating devices have the disadvantage that a continuous delivery of the fluid is not possible, since the length of the piston movement of the piston in the cylinder is limited.
Es sind zudem Durchfluss-Erzeugungsvorrichtungen bekannt, die kontinuierlich fördernde Pumpen aufweisen, beispielsweise drehzahlgeregelte Kreiselpumpen. Nachteilig an derartigen Systemen ist, dass der Durchfluss nur in unbefriedigender Weise schnell geändert werden kann. Zudem hängen der Druck und der Durchfluss in diesen Systemen voneinander ab.Flow-generating devices are also known which have continuously conveying pumps, for example variable-speed centrifugal pumps. A disadvantage of such systems is that the flow rate can only be changed quickly in an unsatisfactory manner. In addition, the pressure and flow in these systems depend on each other.
Die „Pump 33 Dual Syringe Pump“ von Harvard Apparatus (Harvard Apparatus: Precision Syringe & Peristaltic Pumps, 2004, http://www.harvardapparatus.com/media/harvard/pdf/PP118%20pumps.pdf, abgerufen am 04.04.2017) ist eine Spritzenpumpe mit zwei Spritzen, die unabhängig voneinander über je einen Schrittmotor gesteuert werden. Die Messunsicherheit der Spritzenpumpe wird mit 0,35% angegeben. Die Pumpe verfügt über einen einmaligen beweglichen Endschaltmechanismus, der zum Umkehren der Richtung oder zum Abbruch des Betriebs der Pumpe genutzt wird. Der Durchfluss kann auch bei dieser gesteuerten Pumpe nur in unbefriedigender Weise schnell geändert werden.Harvard Apparatus's "Pump 33 Dual Syringe Pump" (Harvard Apparatus: Precision Syringe & Peristaltic Pumps, 2004, http://www.harvardapparatus.com/media/harvard/pdf/PP118%20pumps.pdf, accessed on 04/04/2017 ) is a syringe pump with two syringes, which are controlled independently of each other via a stepper motor. The measurement uncertainty of the syringe pump is given as 0.35%. The pump has a unique movable limit switch mechanism that is used to reverse the direction or stop the pump. The flow can be changed quickly and unsatisfactorily even with this controlled pump.
Die Pumpe 975 vom gleichen Hersteller hat einen Synchronmotor, der über ein Getriebe den Kolben der Spritze bewegt und der eine geringe Gleichlaufschwankung aufweist. Die Messunsicherheit beim Abgeben eines Flüssigkeitsstroms bei einer derartigen Pumpe ist unter anderem durch den Getriebefehler beeinflusst. The 975 pump from the same manufacturer has a synchronous motor that uses a gearbox to move the plunger of the syringe and that has little flutter. The measurement uncertainty in dispensing a fluid flow in such a pump is influenced inter alia by the transmission error.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Durchfluss-Erzeugungsvorrichtungen zu verbessern.The invention has for its object to improve flow-generating devices.
Die Erfindung löst das Problem durch eine Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und mit (d) einer Regelung, die eingerichtet ist zum automatischen Regeln der Antriebe, sodass die Pumpen gemeinsam einen vorgegebenen Volumenstrom an Fluid in die Sammelleitung abgeben und (e) einer relativen Messunsicherheit von höchstens 10–3.The invention solves the problem by a flow-generating device according to the preamble of the main claim and with (d) a control adapted to automatically control the drives so that the pumps collectively deliver a given volume flow of fluid into the manifold and (e) one relative measurement uncertainty of at most 10 -3 .
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses eines Fluids mit einer relativen Messunsicherheit von höchstens 10–3, insbesondere höchstens 5·10–4, bei dem eine erfindungsgemäße Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung verwendet wird. Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Prüflings mit den Schritten: (a) Anordnen eines Prüflings in der Sammelleitung einer erfindungsgemäßen Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung, (b) Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch die Sammelleitung, (c) Erfassen eines Mess-Durchflusses mittels des Prüflings und Erfassung einer Abweichung zwischen dem Durchfluss und dem Mess-Durchfluss.According to a second aspect, the invention achieves the object by a method for generating a predetermined flow of a fluid with a relative measurement uncertainty of at most 10 -3 , in particular at most 5 × 10 -4 , in which a flow-generating device according to the invention is used. The invention also solves the problem by a method for calibrating a test specimen comprising the steps of: (a) arranging a specimen in the manifold of a flow-generating device according to the invention, (b) generating a predetermined flow of a fluid, in particular a liquid, through the manifold, (c) detecting a measuring flow through the sample and detecting a deviation between the flow and the measuring flow.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass ein theoretisch unendlich lange dauernder Fluidstrom erzeugbar ist. Es ist nämlich möglich, die beiden Kolben intermittierend und oszillierend zu betreiben und das Fluid im Kreislauf zu führen. Es ist dabei möglich, diesen Durchfluss rückgeführt zu ermitteln. Dazu muss erst die Kolbenfläche und/oder die Zylinderquerschnittsfläche durch eine rückgeführte Messung bestimmt werden. Zudem ist die Positionsbestimmungsvorrichtung vorzugsweise zur Durchführung einer rückgeführten Messung ausgebildet, das heißt, dass sie selbst rückgeführt kalibriert ist.An advantage of the invention is that a theoretically infinitely long fluid flow can be generated. It is possible to operate the two pistons intermittently and oscillatingly and to recirculate the fluid. It is possible to determine this flow recirculated. For this purpose, first the piston area and / or the cylinder cross-sectional area must be determined by a recirculated measurement. moreover For example, the position-determining device is preferably designed to carry out a recirculated measurement, that is to say that it is itself recirculated in a recirculated manner.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass der Durchfluss zeitlich hoch konstant ist. So sind die Antriebe vorzugsweise unabhängig voneinander, das heißt, dass der erste Kolben bewegt werden kann, ohne dass der zweite Kolben bewegt werden muss. Die Regelungist so ausgebildet, dass sie die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolben so einregelt, dass die Pumpen gemeinsam den vorgegebenen Volumenstrom in die Sammelleitung abgeben.It is another advantage that the flow rate is highly constant over time. Thus, the drives are preferably independent of each other, that is, the first piston can be moved without the second piston has to be moved. The controller is designed such that it adjusts the speed of movement of the pistons so that the pumps jointly deliver the predetermined volume flow into the manifold.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass das System regelventilfrei aufgebaut werden kann. Unter einem Regelventil wird ein Ventil verstanden, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass durch Betätigung der Durchfluss durch die Sammelleitung und/oder der Druck in der Sammelleitung veränderbar ist. Ein derartiges Regelventil beeinflusst die bestenfalls erreichbare Messunsicherheit negativ.It is a further advantage that the system can be constructed without a control valve. A control valve is understood to mean a valve which is designed and arranged such that the flow through the manifold and / or the pressure in the manifold can be changed by actuation. Such a control valve adversely affects the best achievable measurement uncertainty.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Sammelleitung eine Leitung verstanden, in die die beiden Pumpen, insbesondere alle Pumpen, das Fluid einspeisen. Die Sammelleitung ist diejenige Leitung, in der der Durchfluss mit hoher Genauigkeit bekannt sein soll. Wird die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung als Kalibriervorrichtung eingesetzt, was eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, so befindet sich der Prüfling in der Sammelleitung, das heißt, dass der Prüfling mit dem Durchfluss an Fluid in der Sammelleitung beaufschlagt wird.In the context of the present description, the manifold means a conduit into which the two pumps, in particular all pumps, feed the fluid. The manifold is the conduit in which the flow should be known with high accuracy. If the flow-generating device is used as a calibration device, which is a preferred embodiment of the present invention, then the test object is in the manifold, that is, the test sample is subjected to the flow of fluid in the manifold.
Es ist möglich und bevorzugt, nicht aber notwendig, dass die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung genau zwei Pumpen aufweist, nämlich die erste Pumpe und die zweite Pumpe. Es ist vielmehr auch möglich, dass die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung drei, vier oder mehr Pumpen aufweist. In aller Regel ist es aber vorteilhaft, wenn die Zahl der Pumpen möglichst gering ist.It is possible and preferred, but not necessary, for the flow-generating device to have exactly two pumps, namely the first pump and the second pump. Rather, it is also possible that the flow-generating device has three, four or more pumps. As a rule, it is advantageous if the number of pumps is as low as possible.
Günstig ist es, wenn die Zylinderinnenflächen und/oder die Kolbenflächen im technischen Sinne gleichgroß sind. Das heißt, dass es möglich und in der Regel unvermeidlich ist, dass die beiden Zylinderinnenflächen im mathematischen Sinne ungleich sind. Günstig ist es aber, wenn eine relative Abweichung zwischen einer ersten Zylinderinnenfläche des ersten Zylinders und einer zweiten Zylinderinnenfläche des zweiten Zylinders höchstens 10–4 beträgt.It is advantageous if the cylinder inner surfaces and / or the piston surfaces are the same size in the technical sense. This means that it is possible and usually inevitable that the two inner cylinder surfaces are mathematically unequal. It is favorable, however, if a relative deviation between a first cylinder inner surface of the first cylinder and a second cylinder inner surface of the second cylinder is at most 10 -4 .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Regelung eingerichtet zum automatischen (i) Regeln einer ersten Geschwindigkeit v1 des ersten Kolbens auf eine erste zeitabhängige Soll-Geschwindigkeit, wobei die erste zeitabhängige Soll-Geschwindigkeit einer stetigen Funktion v1(t) entspricht, und (ii) Regeln einer zweiten Geschwindigkeit v2 des zweiten Kolbens auf eine zweite Soll-Geschwindigkeit, wobei die zweite Soll-Geschwindigkeit einer stetigen Funktion v2(t) entspricht. Die Geschwindigkeiten der Kolben können beispielsweise induktiv gemessen werden.According to a preferred embodiment, the control is set up for automatically (i) regulating a first speed v 1 of the first piston to a first time-dependent setpoint speed, the first time-dependent setpoint speed corresponding to a continuous function v 1 (t), and (ii ) Controlling a second speed v 2 of the second piston to a second setpoint speed, wherein the second setpoint speed corresponds to a continuous function v 2 (t). The speeds of the pistons can be measured, for example, inductively.
Vorzugsweise ist die Regelung eingerichtet zum automatischen Regeln der ersten Position des ersten Kolbens auf eine erste zeitabhängige Soll-Position, wobei die erste zeitabhängige Soll-Position einer ersten Funktion entspricht, deren zweite Ableitung nach der Zeit stetig ist. Vorzugsweise ist die Regelung zudem eingerichtet zum Regeln der zweiten Position des zweiten Kolbens auf eine zweite Soll-Position, wobei die zweite Soll-Position einer zweiten Funktion entspricht, deren zweite Ableitung nach der Zeit stetig ist. Das hat den Vorteil, dass der Durchfluss in der Sammelleitung zeitlich hoch konstant ist.Preferably, the control is arranged to automatically control the first position of the first piston to a first time-dependent desired position, wherein the first time-dependent desired position corresponds to a first function whose second derivative is continuous with time. Preferably, the controller is also configured to control the second position of the second piston to a second desired position, wherein the second desired position corresponds to a second function whose second derivative is continuous with time. This has the advantage that the flow in the manifold is highly constant in time.
Unter dem Merkmal, dass die erste zeitabhängige Soll-Position einer ersten Funktion entspricht, wird insbesondere verstanden, dass in der Regelung die Funktion hinterlegt ist, beispielsweise in einem digitalen Speicher. Vorzugsweise besitzt die erste Funktion eine dritte Ableitung. Günstig ist es, wenn die maximale Beschleunigung des ersten Kolbens und/oder des zweiten Kolbens kleiner ist als 0,1 m/s2, insbesondere 0,03 m/s2.The feature that the first time-dependent desired position corresponds to a first function is understood in particular to mean that the function is stored in the control, for example in a digital memory. Preferably, the first function has a third derivative. It is favorable if the maximum acceleration of the first piston and / or of the second piston is less than 0.1 m / s 2 , in particular 0.03 m / s 2 .
Unter dem Merkmal, dass die Pumpen gemeinsam einen vorgegebenen Volumenstrom an Fluid in die Sammelleitung abgeben, wird insbesondere verstanden, dass eine Größe vorgegeben ist, die einem Volumenstrom entspricht. So ist es auch möglich, dass ein Massenstrom vorgegeben wird, der sich aus der Dichte des Fluids und dem Volumenstrom ergibt.Under the feature that the pumps together deliver a predetermined volume flow of fluid into the manifold, is understood in particular that a size is predetermined, which corresponds to a volume flow. So it is also possible that a mass flow is given, which results from the density of the fluid and the volume flow.
Vorzugsweise ist die Regelung eingerichtet zum automatischen Regeln der ersten Position und der zweiten Position, sodass ein Ist-Durchfluss durch die Sammelleitung von einem Soll-Durchfluss, auf dessen Basis die Regelung die Positionen regelt, um höchstens 10–4 abweicht.Preferably, the control is arranged to automatically control the first position and the second position so that an actual flow rate through the manifold from a desired flow rate, on the basis of which the control regulates the positions, deviates by at most 10 -4 .
Günstig ist es, wenn die Regelung eingerichtet ist zum oszillierenden Bewegen der Kolben, sodass die Pumpen kontinuierlich arbeiten und ein kontinuierlicher Durchfluss durch die Sammelleitung resultiert. It is favorable if the regulation is set up for the oscillating movement of the pistons, so that the pumps operate continuously and a continuous flow through the manifold results.
Vorzugsweise weist die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung eine Zeitmessvorrichtung auf, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit der Kolben relativ zu den jeweiligen Zylindern aus den jeweiligen Positionen berechnet wird.Preferably, the flow-generating device comprises a timing device, with the aid of which the speed of the pistons relative to the respective cylinders is calculated from the respective positions.
Es ist günstig, wenn die Regelung ausgebildet ist zum automatischen Einstellen eines instationären Durchflusses durch die Sammelleitung. Das heißt, dass in der Regelung eine nicht-konstante Funktion hinterlegt ist, die den Durchfluss in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Aufgrund der Konstruktion ist die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung in der Lage, den vorgegebenen instationären Durchfluss mit einer sehr hohen Messgenauigkeit und einer sehr geringen Messunsicherheit einzustellen. It is advantageous if the control is designed to automatically set a transient flow through the manifold. This means that a non-constant function is stored in the control, which describes the flow as a function of time. Due to the construction, the flow-generating device is capable of setting the given transient flow rate with a very high measurement accuracy and a very low measurement uncertainty.
Unter dem Merkmal, dass die Regelung ausgebildet ist zum automatischen Einstellen eines instationären Durchflusses wird insbesondere verstanden, dass der Durchfluss einer vorgegebenen Durchfluss-Funktion entspricht, die von der Zeit abhängt, wobei die Durchfluss-Funktion nicht konstant ist. Das Argument dieser Durchfluss-Funktion ist die Zeit und der Funktionswert der Soll-Durchfluss durch die Sammelleitung.By the feature that the control is designed to automatically set a transient flow, it is understood, in particular, that the flow corresponds to a predetermined flow function, which depends on the time, wherein the flow function is not constant. The argument of this flow function is the time and the functional value of the set flow through the manifold.
Vorzugsweise ist der erste Antrieb ein Linearantrieb, beispielsweise ein Linear-Direktantrieb. Vorzugsweise ist zudem der zweite Antrieb ein Linearantrieb, beispielsweise ein Linear-Direktantrieb. Der erste und/oder der zweite Antrieb können alternativ eine Kurvenscheibe, eine Nockenwelle oder einen Spindelantrieb aufweisen. Alternativ können die Antriebe pneumatische oder hydraulische Antriebe sein.The first drive is preferably a linear drive, for example a linear direct drive. In addition, the second drive is preferably a linear drive, for example a linear direct drive. The first and / or the second drive may alternatively comprise a cam, a camshaft or a spindle drive. Alternatively, the drives may be pneumatic or hydraulic drives.
Die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung weist vorzugsweise ein Fluidreservoir auf, das mit zumindest einer ersten Einlassöffnung der ersten Pumpe und mit zumindest einer zweiten Einlassöffnung der zweiten Pumpe verbunden ist. Die Sammelleitung mündet in das Fluidreservoir, sodass ein Dauerbetrieb möglich ist.The flow-generating device preferably has a fluid reservoir which is connected to at least a first inlet opening of the first pump and to at least one second inlet opening of the second pump. The manifold opens into the fluid reservoir, so that a continuous operation is possible.
Günstig ist es, wenn die erste Pumpe und/oder die zweite Pumpe doppelwirkend ausgebildet sind. In anderen Worten wird das Fluid in die Sammelleitung gefördert, egal in welche Richtung sich der erste Kolben relativ zum ersten Zylinder bewegt und unabhängig davon, in welche Richtung sich der zweite Kolben relativ zum zweiten Zylinder bewegt. Eine derartige Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung kommt in der Regel mit geringeren Beschleunigungen aus oder kann bei gleichem vorgegebenem Soll-Durchfluss kleiner gebaut werden.It is advantageous if the first pump and / or the second pump are designed to be double-acting. In other words, the fluid is conveyed into the manifold no matter in which direction the first piston moves relative to the first cylinder and regardless of which direction the second piston moves relative to the second cylinder. Such a flow-generating device usually comes with lower accelerations or can be built smaller with the same predetermined target flow.
Vorzugsweise ist die Regelung eingerichtet zum Regeln der Antriebe, sodass ein konstanter Durchfluss in der Sammelleitung resultiert. Ein derartiger konstanter Durchfluss ist besonders gut zum Kalibrieren von Durchflussmessern geeignet.Preferably, the control is arranged to control the drives, so that a constant flow in the manifold results. Such a constant flow is particularly suitable for calibrating flow meters.
Vorzugsweise umfasst die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung einen Prüfling, der in der Sammelleitung angeordnet ist. Günstig ist es zudem, wenn die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Prüflings mit der Sammelleitung aufweist, sodass der Durchfluss durch die Sammelleitung vollständig durch den Prüfling fließt.Preferably, the flow-generating device comprises a sample that is arranged in the manifold. In addition, it is favorable if the flow-generating device has a connection device for connecting a test object to the manifold so that the flow through the manifold completely flows through the test object.
Um eine besonders hohe Messgenauigkeit zu erreichen, weist die erste Positionsbestimmungsvorrichtung und/oder die zweite Positionsbestimmungsvorrichtung vorzugsweise ein Interferometer auf.In order to achieve a particularly high measuring accuracy, the first position-determining device and / or the second position-determining device preferably has an interferometer.
Um die Messgenauigkeit weiter zu steigern, ist es vorteilhaft, wenn die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung eine Temperatur-Konstanthaltevorrichtung zum Konstant-Halten einer Temperatur des Fluids und/oder der Komponenten der Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung aufweist. In order to further increase the measurement accuracy, it is advantageous if the flow-generating device has a temperature constant holding device for keeping constant a temperature of the fluid and / or the components of the flow-generating device.
In Fluid-Flussrichtung zwischen der ersten Pumpe und der Sammelleitung ist vorzugsweise eine Zwei-Wege-Rückstromsperre angeordnet. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Zwei-Wege-Rückstromsperre passiv ist, in diesem Fall handelt es sich beispielsweise um ein Rückschlagventil. Es ist auch möglich, dass die Zwei-Wege-Rückstromsperre aktiv betätigt ist. In diesem Fall ist sie vorzugsweise ausgebildet zum Schließen dann, und nur dann, wenn der Durchfluss durch die Zwei-Wege-Rückstromsperre null ist. Beispielsweise ist die Zwei-Wege-Rückstromsperre mit der Regelung verbunden, die die Zwei-Wege-Rückstromsperre dann schließt, wenn der zugeordnete Antrieb kein Fluid in die Sammelleitung fördert.In the fluid flow direction between the first pump and the manifold, a two-way backflow preventer is preferably arranged. It is possible, but not necessary, for the two-way backflow valve to be passive, in this case, for example, a check valve. It is also possible that the two-way backflow valve is actively activated. In this case, it is preferably designed to close, and only if the flow through the two-way backflow preventer is zero. For example, the two-way backflow valve is connected to the controller, which closes the two-way backflow valve when the associated drive does not deliver fluid into the manifold.
Vorzugsweise besitzt die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung eine Druckregelvorrichtung, mittels der der Fluiddruck in der Sammelleitung unabhängig vom Durchfluss durch die Sammelleitung eingestellt werden kann.Preferably, the flow-generating device has a pressure regulating device by means of which the fluid pressure in the collecting line can be adjusted independently of the flow through the collecting line.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Durchfluss-Erzeugungsnormal, das eine erfindungsgemäße Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung und einen zugehörigen Kalibrierschein aufweist. In dem Kalibrierschein sind die rückgemessenen relevanten Abmaße der Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung angegeben, beispielsweise die Kolbenflächen der Kolben. According to the invention, there is also a flow production standard, which has a flow-generating device according to the invention and an associated calibration certificate. The calibration certificate indicates the re-measured relevant dimensions of the flow-generating device, for example the piston surfaces of the pistons.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch eine Sammelleitung, mit einer relativen Messunsicherheit von höchstens 10–3, insbesondere 5·10–4, bei dem eine erfindungsgemäße Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung verwendet wird. According to the invention, a method for generating a predetermined flow of a fluid, in particular a liquid, by a manifold, with a relative uncertainty of at most 10 -3 , in particular 5 · 10 -4 , in which a flow-generating device according to the invention is used.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows
Die erste Pumpe
Die Positionsbestimmungsvorrichtung
Wird der erste Kolben
Die erste Pumpe
Die Regelung
Daraus ergeben sich die zeitabhängige Geschwindigkeit v1(t) und die Beschleunigung a1 des Kolbens
Damit gilt für This applies to
Es ist zu erkennen, dass die Funktion v1(t) stetig ist und im vorliegenden Fall sogar stetig differenzierbar ist, was eine bevorzugte Ausführungsform darstellt. Die Funktion a1(t) ist stetig. Der bezeichnet den Durchfluss durch die Sammelleitung
Es ist zu erkennen, dass der Durchfluss eine nicht konstante Funktion der Zeit t sein kann. Diese Funktion ist in einem digitalen Speicher
Die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung
Die Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung
Wird die Kolbenstange
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
10 Durchfluss-Erzeugungsvorrichtung10 Flow generating device -
12 Sammelleitung12 manifold -
14 Pumpe14 pump -
16 Zylinder16 cylinder -
18 Kolben18 piston -
20 Antrieb20 drive -
22 Positionsbestimmungsvorrichtung22 Positioning device -
23 Fluid23 fluid -
24 Zwei-Wege-Rückstromsperre24 Two-way return valve -
26 Zwei-Wege-Rückstromsperre26 Two-way return valve -
28 Einlassöffnung28 inlet port -
30 Regelung30 regulation -
32 digitaler Speicher32 digital memory -
34 Prüfling34 examinee -
36 Regelventil36 control valve -
38 Fluidreservoir38 fluid reservoir -
40 Umhüllung40 wrapping -
42 Temperatur-Konstanthaltevorrichtung42 Temperature-constant fixture -
44 Zwei-Wege-Rückstromsperre44 Two-way return valve -
46 Zwei-Wege-Rückstromsperre46 Two-way return valve -
47 Druckregelung47 pressure control -
48 Kolben48 piston -
50 Druckregelantrieb50 Pressure control drive -
52 Getriebe52 transmission -
54 Kolbenstange54 piston rod -
56 Zwei-Wege-Rückstromsperre56 Two-way return valve -
58 Zwei-Wege-Rückstromsperre58 Two-way return valve - V . DurchflussV. flow
- Durchfluss durch Sammelleitung Flow through manifold
- x Positionx position
- v Geschwindigkeitv speed
- a Beschleunigunga acceleration
- t Zeitt time
- p Druckp pressure
- T TemperaturT temperature
k Gerätekonstantek device constant
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Harvard Apparatus: Precision Syringe & Peristaltic Pumps. 2004, http://www.harvardapparatus.com/media/harvard/pdf/PP118%20pumps.pdf [online]. |
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