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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zur Durchfluss- oder Wärmemessung, insbesondere für Getränkeautomaten wie z.B. Kaffeevollautomaten. Die Erfindung betrifft des Weiteren Schwingkolbenpumen bzw. Flusskanalelemente, welche so ausgestaltet sind, dass sie zur Durchfluss- oder Wärmemessung gemäß dem Prinzip der Erfindung verwendet werden können.
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Die
DE 10 2010 043 862 A1 offenbart technische Lösungen zur Bestimmung des Wasserdurchflusses und -drucks in Kaffeevollautomaten über die Erfassung der Kolbenposition der Schwingkolbenpumpe. Eine dieser Lösungen ist eine indirekte Positionsbestimmung des Kolbens über die Messung der aktuellen Induktivität der Pumpspule, welche sich mit dessen Eintauchtiefe in die Spule verändert. Der Zusammenhang zwischen den gemessenen Induktivitätswerten und den dazugehörigen Kolbenpositionen wird mit Hilfe zuvor aufgenommener Stützwerte hergestellt. Allerdings ist es technisch relativ aufwändig, in den Leistungsstromkreis der Pumpe mit einer Diode, welche jeweils die negative Halbwelle der Schwingung bzw. der Erregerspannung abschneidet, zusätzliche Hochfrequenzsignale einzukoppeln, aus welchen Informationen über die Induktivität der Pumpe und damit die aktuelle Position des Kolbens gewonnen werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zur Durchfluss- oder Wärmemessung zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Messung dieser Parameter erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zur Durchfluss- oder Wärmemessung sowie einen Getränkeautomaten und ein Pumpsystem gemäß dem Hauptanspruch bzw. einem der Neben- oder Unteransprüche gelöst.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsparameter in Getränkeautomaten, wie z.B. Kaffeevollautomaten, umfasst die folgenden Komponenten.
- a) Ein Flusskanalsegment, welches im Inneren einen Prüfkörper enthaltend ein Metall und/oder ein Dielektrikum aufweist.
- b) Eine Messeinheit mit einem elektromagnetischen Schwingkreis umfassend eine Reihenschaltung aus einem Kondensator, also einer Kapazität, und einer Spule, also einer Induktivität. Diese Messeinheit ist dabei zur Messung der Anregungsenergie und/oder der Eigenfrequenz des elektromagnetischen Schwingkreises ausgelegt.
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Dabei ist der Kondensator so ausgeformt und angeordnet, dass seine Kondensatorplatten das Flusskanalsegment zumindest partiell umschließen, so dass das elektrische Feld durch das Flusskanalsegment verläuft, und die Spule parallel zur Messeinheit geschaltet ist.
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Alternativ ist die Spule so ausgeformt und angeordnet, dass ihre Wicklungen um das Flusskanalsegment herum verlaufen, so dass das magnetische Feld parallel zur Durchlassachse des Flusskanalsegments verläuft, und der Kondensator parallel zur Messeinheit geschaltet ist.
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Die Spule oder alternativ der Kondensator umschließen bzw. umfassen das Flusskanalsegment also koaxial.
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Das Flusskanalsegment kann ein Teil eines Flusssystems sein oder ein separates Element darstellen, welches in ein Flusssystem als dessen Teilsegment eingebracht werden kann. Es ist in der Regel als Rohr oder Schlauch ausgeformt. Ferner weist es bevorzugt an seinen Stirnseiten Verbindungselemente auf, die für eine Flüssigkeitsdichte Verbindung zu anderen Flusskanalsegmenten bzw. einem Flusskanalsystem ausgelegt ist.
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Der Prüfkörper kann aus vielerlei Materialien bestehen bzw. diese enthalten. Wichtig ist, dass die magnetischen bzw. dielektrischen Eigenschaften des Prüfkörpers das Feld der oben beschriebenen Elemente Spule bzw. Kondensator beeinflussen können. Auch wenn der Prüfkörper Metall enthalten kann oder aus Metall besteht, kann auch das Wasser selbst als Prüfkörper dienen, welches bei bestimmungsgemäßem Betrieb durch das Flusskanalsegment fließt. Selbstverständlich ist in dem Fall, dass der Prüfkörper aus einem Feststoff besteht, dieser so geformt und in dem Flusskanalsegment angebracht, dass ein Flüssigkeitsfluss durch das Flusskanalsegment möglich ist.
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Der Prüfkörper kann derart im Inneren des Flusskanalsegments angeordnet sein, dass er von der Wandung des Flusskanalsegments vollständig umgeben ist. Alternativ kann er auch selber einen Teilbereich des Flusskanalsegments bilden, welcher zwischen zwei Teilbereichen des Flusskanalsegments angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Messverfahren zur Ermittlung der Flüssigkeitsparameter in Getränkeautomaten, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, umfasst die Schritte:
- - Durchfluss der Flüssigkeit durch ein vorbestimmtes Flusskanalsegment, welches im Inneren einen Prüfkörper enthaltend ein Metall und/oder ein Dielektrikum aufweist,
- - Messung der Anregungsenergie und/oder der Eigenfrequenz eines elektromagnetischen Schwingkreises umfassend eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Spule mittels einer Messeinheit, wobei
- i) die Änderung eines elektrischen Feldes des Kondensators ermittelt wird, welches senkrecht zur Längsachse des Flusskanalsegments ausgerichtet ist, wobei der Kondensator so ausgeformt und angeordnet ist, dass seine Kondensatorplatten das Flusskanalsegment zumindest partiell umschließen, oder
- ii) die Änderung eines magnetischen Feldes der Spule ermittelt wird, welches parallel zur Längsachse des Flusskanalsegments ausgerichtet ist, wobei die Spule so ausgeformt und angeordnet ist, dass ihre Wicklungen um das Flusskanalsegment herum verlaufen.
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Durch die Änderung der magnetischen bzw. dielektrischen Eigenschaften des im Inneren des Flusskanalsegments befindlichen Prüfkörpers können die besagten Flüssigkeitsparameter, insbesondere die Parameter der Gruppe Fluss, Druck und Temperatur, ermittelt werden.
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Bei einer Temperaturmessung wird dabei ausgenutzt, dass die magnetischen bzw. dielektrischen Eigenschaften des Prüfkörpers temperaturabhängig sind. Bei einem wärmeren Prüfkörper werden somit andere Werte für die Anregungsenergie und/oder der Eigenfrequenz des elektromagnetischen Schwingkreises gemessen als bei einem kälteren Prüfkörper. Bei einer Temperaturmessung können Relativwerte im Grunde direkt gemessen werden, Absolutwerte können beispielsweise durch Vergleich mit einer Eichkurve, einer auf Basis von theoretischen Werten ermittelten Funktion oder einer Tabelle erhalten werden.
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Bei der Messung des Flusses oder des Drucks wird bevorzugt das bewegliche Element einer Pumpe genutzt, z.B. der Kolben einer Schwingkolbenpumpe. Dabei ist das Flusskanalsegment so angeordnet, dass das bewegliche Element bei einem Pumpvorgang periodisch in dieses eintaucht, so dass der von der Spule oder dem Kondensator überdeckte Teilbereich des Elements bei Betrieb der Pumpe periodisch variiert. Der Schwingkreis ist dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass er über mehr als ein Viertel der Bewegungsperiode bzw. des Bewegungsweges des besagten Pumpenelements Messungen durchführen kann, damit eine Extrapolation des von dem Pumpenelement überstrichenen Weges und damit der Menge des gepumpten Wassers genauer möglich ist. Aus der Auswertung einer oder mehrerer Positionen des Pumpenkolbens zu bestimmten Zeitpunkten des Pumpzyklus, z.B. der vorderen Kolbenendlage, kann auch der Gegendruck im System abgeleitet werden. Umso höher der im Fluidsystem hinter der Pumpe herrschende Gegendruck ist, desto weniger weit dringt der Pumpenkolben in jedem Schwingungszyklus in die Pumpenkammer ein. Es wird daher anspruchsgemäß auch eine Messvorrichtung bevorzugt, bei der der Prüfkörper der Kolben einer Pumpe ist, der sich im Betrieb hin und her bewegen kann, und so angeordnet ist, dass der von der Spule oder dem Kondensator überdeckte Bereich des Kolbens bei Betrieb der Pumpe periodisch variiert.
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Bevorzugte Prüfkörper für eine Temperaturmessung haben eine ausgeprägte Abhängigkeit der jeweils das messende Feld beeinflussenden, temperaturabhängigen Eigenschaften. Bei der Verwendung des Magnetfelds der Spule zur Messung sind dies die magnetischen Eigenschaften, bei Verwendung des elektrischen Feldes des Kondensators zur Messung sind dies die dielektrischen Eigenschaften. Bevorzugte diesbezügliche Prüfkörper umfassen Materialien, deren Dielektrizitätskonstante sich in dem Frequenzbereich des elektrischen Schwingkreises deutlich von Wasser unterscheidet, was insbesondere einen Unterschied von >10% entspricht, bevorzugt > 30%. Bevorzugter Materialien sind diesbezüglich Metalle, da sie eine sehr (in der Regel unendlich) hohe Dielektrizitätskonstante besitzen, und Kunststoffe, da sie eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante besitzen.
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Vorzugsweise ist der Prüfkörper der Messvorrichtung ein Festkörper, der im Flusskanalsegment fest angebracht ist, und dessen Form und Anbringung so gewählt ist, dass Flüssigkeit durch den Prüfkörper oder um den Prüfkörper herum durch das Flusskanalsegment fließen kann. Der Prüfkörper hat dabei eine möglichst geringe Wärmekapazität sowie eine möglichst hohe Permeabilität. Die Wärmekapazität kann durch eine Verkleinerung des Prüfkörpers verringert werden. Ein kleines Bauteil kann die Umgebungstemperatur schnell annehmen. Jedoch muss der Prüfkörper dabei groß genug sein, damit der Sensor ein ausreichend gutes Signal erzeugen kann. Eine bevorzugte Auswahl für ein Material wäre z.B. Weicheisen mit eine Permeabilität µr > 300 bis zu ca. 300.000. Eine Optimierung eines Prüfkörpers würde zu einem Kompromiss aus Permeabilität und temperaturabhängigen Ohmschen Widerstand führen. Ziel ist dabei, die Interpretierbarkeit der Signale des Detektors hinsichtlich Bewegungsdetektion und Temperaturmessung zu optimieren.
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Es ist des Weiteren eine Messvorrichtung bevorzugt, bei der durch die Spule des Schwingkreises kein Strom fließt, der bestimmungsgemäß zur Bewegung der Flüssigkeit dient. Damit ist gemeint, dass die Spule des Schwingkreises bestimmungsgemäß nicht dem Betrieb des Kolbens dient. Dies hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu einer Nutzung der Pumpenspulen der relativ hohe technische Aufwand zur Einkopplung zusätzlicher HF-Signale in den Leistungsstromkreis der Pumpe entfällt und Störungen der Messung durch Rauschen oder Überlagerungen von Schwingungen durch den Betrieb der Pumpe stark verringert werden. Zudem hat eine solche Ausführungsform den Vorteil, dass in dem Fall, dass die Messvorrichtung für eine unabhängige Fehlererkennung der Pumpe eingesetzt werden kann. Außerdem findet kein Eingriff in die Elektronik der Pumpe selbst satt, womit auch unabhängige technische Weiterentwicklung des Messsystems oder der Pumpe möglich sind.
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Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt, dass sich die Elemente des Schwingkreises außerhalb des Pumpengehäuses befinden. Dies hat durch eine Abschirmung der Pumpenspulen durch das Pumpengehäuse ebenfalls den Vorteil, dass Störungen der Messung durch Rauschen oder Überlagerungen von Schwingungen durch den Betrieb der Pumpe stark verringert werden. Bei einer Druck- oder Flussmessung ist jedoch zumindest die Spule oder der Kondensator des Schwingkreises bevorzugt fest an dem Auslass des Pumpengehäuses angeordnet, damit deren Kolbenbewegung gemessen werden kann. Die Pumpe sollte dabei so gestaltet sein, dass der Kolben bei einer Bewegung aus dem Pumpenkörper herausschaut oder periodisch in ein Flusskanalsegment hereinragt, welches von der Spule umschlossen bzw. dem Kondensator teilweise umschlossen wird.
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Teil der Erfindung ist ein Getränkeautomat, z.B. ein Kaffeevollautomat, umfassend eine erfindungsgemäße Messvorrichtung, deren Flusskanalelement insbesondere Teil des Flusskanalsystems des Getränkeautomaten ist.
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Bevorzugt wird eine Erfassung der Kaltwassertemperatur mittels des erfindungsgemäßen Prinzips durchgeführt. Dabei ist das Flusskanalelement der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einem Bereich des Flusskanalsystems eines Getränkeautomaten angeordnet, in dem bestimmungsgemäß kaltes Wasser fließt. Zudem ist bevorzugt ein weiteres Flusskanalsegment einer zweiten erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einem Bereich des Flusskanalsystems eines Getränkeautomaten angeordnet, in dem bestimmungsgemäß erwärmtes Wasser fließt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schwingkolbenpumpe mit einem Kolben, Pumpenspulen und einem elektromagnetischen Schwingkreis mit einer Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Spule, welche nicht zu den Pumpenspulen gehört. An ihrem einlass- oder an ihrem auslassseitigen Teil der Pumpenkammer, bevorzugt am Auslass, weist diese Schwingkolbenpumpe ein Flusskanalsegment auf, wobei im Rahmen der Erfindung eine der beiden folgenden Voraussetzungen gelten:
- i) Der Kondensator des Schwingkreises ist so ausgeformt und angeordnet, dass seine Elektroden das Flusskanalsegment zumindest partiell umschließen, so dass das elektrische Feld durch das Flusskanalsegment verläuft, oder
- ii) Die Spule des Schwingkreises ist so ausgeformt und angeordnet, dass ihre Wicklungen um das Flusskanalsegment herum verlaufen, so dass das magnetische Feld parallel zur Durchlassachse des Flusskanalsegments verläuft.
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Im Betrieb bewegt sich der Kolben hin und her und ist so angeordnet, dass der von der Spule oder dem Kondensator überdeckte Bereich des Kolbens bei Betrieb der Pumpe periodisch variiert.
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Diese Schwingkolbenpumpe, die beispielsweise sehr gut für eine erfindungsgemäße Messvorrichtung verwendet werden kann, insbesondere in dem vorbeschriebenen Getränkeautomaten, muss nicht zwingend eine Messeinheit umfassen, da diese separat ausgebildet und an den Schwingkreis der Pumpe angeschlossen sein kann. Beispielsweise kann die Messeinheit als Software in dem Controller der Steuerelektronik eines Getränkeautomaten ausgestaltet sein.
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Diesbezüglich ist insbesondere ein Pumpensystem bevorzugt, welches eine erfindungsgemäße Schwingkolbenpumpe, und eine erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst, wobei der Kondensator oder die Spule des Schwingkreises der Messvorrichtung diejenigen der Pumpe sind und an dem einlass- oder auslassseitigen Teil der Pumpenkammer angeordnet sind.
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Teil der Erfindung ist ebenfalls ein Flusskanalelement, z.B. ein Rohr- bzw. Schlauchstück, zur Anordnung in einem Flusskanalsystem für Getränkeautomaten, umfassend ein Flusskanalsegment, einen elektromagnetischen Schwingkreis mit einer Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Spule, wobei
- i) der Kondensator so ausgeformt und angeordnet ist, dass seine Elektroden das Flusskanalsegment zumindest partiell umschließen, so dass das elektrische Feld durch das Flusskanalsegment verläuft, oder
- ii) die Spule so ausgeformt und angeordnet ist, dass ihre Wicklungen um das Flusskanalsegment herum verlaufen, so dass das magnetische Feld parallel zur Durchlassachse des Flusskanalsegments verläuft.
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Dieses Flusskanalsegment umfasst bevorzugt einen Prüfkörper enthaltend ein Metall und/oder ein festes Dielektrikum, der im Flusskanalsegment fest angebracht ist und so gewählt ist, dass Flüssigkeit durch den Prüfkörper oder um den Prüfkörper herum durch das Flusskanalsegment fließen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten im Vergleich zur Durchflussmessung gemäß derzeitigem Stand der Technik große Vorteile hinsichtlich Genauigkeit und der mechanischen Stabilität. Mechanische Blockaden des Messsystems sowie Verstopfungen, z.B. durch Kalk- oder Kaffeepartikel spielen hier bei der Erfassung des Wasserdurchflusses keine Rolle. Zudem kann die Erfindung auch eine Druckmessung und eine Messung der Kaltwassertemperatur zusätzlich zum Wasserdurchfluss im selben Messsystem, also ohne zusätzliche Komponenten durchführen.
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Des Weiteren arbeitet die vorgestellte Erfindung berührungslos im Fluidkreislauf, was ebenfalls technologische Vorteile gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik bietet und insbesondere keine Reibungseffekte oder Abnutzungserscheinungen auftreten. Ebenso sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen an annähernd jeder beliebigen Position im Fluidsystem eines Getränkeautomaten o.ä. implementierbar.
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1: Eine bevorzugte Ausführungsform zur Flussmessung mit einer Messspule.
- 2: Eine bevorzugte Ausführungsform zur Flussmessung mit einem Messkondensator.
- 3: Eine bevorzugte Ausführungsform zur Temperaturmessung mit einer Messspule.
- 4: Eine bevorzugte Ausführungsform zur Temperaturmessung mit einem Messkondensator.
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1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Messvorrichtung an einer Schwingkolbenpumpe 1 zur Flussmessung mit einer Messspule 3 in einer Schnittansicht. Die Messvorrichtung ist dabei nicht nur zur Messung des Wasserdurchflusses geeignet, sondern auch zur Messung des Wasserdrucks sowie der Wassertemperatur. Die betreffenden Parameter werden mittels der Auswertung der Kolbenposition der Schwingkolbenpumpe 1 erhalten. Die Erfassung der Kolbenposition wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Schwingkreises 2 realisiert. Der Pumpenkolben 6 wird durch die Pumpenspule 1a in dem Pumpengehäuse 1b periodisch hin und her bewegt.
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Ein Bereich der Pumpenkammer P der Schwingkolbenpumpe 1, der das Flusskanalsegment 5 darstellt, wird von einer Messspule 3, koaxial umschlossen, wobei sich das vordere Ende des Pumpenkolbens 6 idealerweise immer im Inneren dieser Spule befinden sollte, um eine optimale Messung zu gewährleisten. Die Messspule 3 bildet zusammen mit einem Kondensator 4 einen Schwingkreis 2. Die Auswertung erfolgt über eine geeignete Messeinheit 7.
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Durch das Anlegen einer Wechselspannung an die Messspule 3 entsteht ein magnetisches Wechselfeld, welches bei Annäherung des elektrisch leitfähigen Pumpenkolbens 6 auf dessen Oberfläche Wirbelströme induziert. In dem Pumpenkolben 6 wird damit ein abstands- , größen- und materialabhängiges Magnetfeld aufgebaut, das dem anregenden Feld der Messspule 3 entgegenwirkt und dieses abschwächt. Die aktuelle Induktivität der Messspule ist 3 also abhängig vom Abstand, der Größe und dem Material des Pumpenkolbens 6. Umso weiter der Pumpenkolben 6 in den Innenraum der Messspule 3 hinein bewegt wird, desto stärker nimmt die Induktivität ab.
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Die Messspule 3 wird mit einer Hochfrequenz im MHz-Bereich betrieben wird, was bedingt, dass die Eindringtiefe von Magnetfeldern in den Pumpenkolben 6 aufgrund des Skin-Effekts sehr gering ist.
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Die Induktivität der Messspule 3 verhält sich indirekt proportional zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises 2. Die Änderung der Resonanzfrequenz kann beispielsweise mit Hilfe eines getakteten Frequenzzählers (in der Messeinheit 7 nicht dargestellt) erfasst und mittels der Messeinheit 7 über die bekannte Kapazität des Kondensators 4 auf die aktuelle Induktivität der Messspule 3 zurückgerechnet werden. Die so ermittelten Induktivitätswerte können dann beispielsweise mit Hilfe von zuvor bei Referenzbedingungen aufgenommenen Umrechnungstabellen in die dazugehörigen Positionswerte des Pumpenkolbens 6 überführt werden.
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Aus der jeweiligen Weglänge der Kolbenbewegung und seinem Volumen ergibt sich unter Beachtung eines druckabhängigen Korrekturfaktors die in einem Pumpzyklus aus der Pumpenkammer P verdrängte, also geförderte Wassermenge.
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Einen alternativen Ansatz zur Berechnung der Induktivität des Messspule 3 über die Erfassung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 2 stellt die Messung der Höhe des Energienachschubs dar, welcher benötigt wird um die Spannungsamplitude des Schwingkreises 2 auf einem konstanten Niveau zu halten. Die sich beim Eindringen bzw. bei Bewegung des Pumpenkolbens 6 verändernde Induktivität der Messspule 3 wirkt sich auf den komplexen Widerstand des Schwingkreises 2 aus und beeinflusst dadurch die Höhe der zur Aufrechterhaltung der Spannungsamplitude nachzuführenden Energie. Der für eine konstante Amplitude benötigte Energienachschub ist damit ein Maß für die Eindringtiefe des Pumpenkolbens 6, dessen Messung kann daher ebenfalls zur Bestimmung der Kolbenpositon verwendet werden.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zur Flussmessung mit einem Messkondensator 4 in einer Schnittansicht. Der Aufbau entspricht dabei dem der 1 mit dem Unterschied, dass hier nun die Messspule 3 die Spule 3 des Schwingkreises 2 ist und der Kondensator 4 als Messkondensator 4 verwendet wird.
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Die Kapazität des Messkondensators 4 hängt direkt von der relativen Permittivtät eines zwischen seinen Kondensatorplatten 4a befindlichen Dielektrikums ab. Die relative Permittivität von Wasser liegt in der Regel in der Größenordnung von ca. 80 (bei Raumtemperatur bis ca. 95 (bei 95°C), die von Metallen als bevorzugte Materialien des Pumpenkolbens 6 kann als unendlich angenommen werden. Umso mehr Wasser der in die Pumpenkammer P eindringende Pumpenkolben 6 aus ihr verdrängt und damit in das Flusskanalsegment 5 eindringt, desto stärker steigt die Permittivität des Dielektrikums zwischen den Kondensatorplatten 4a und damit die Kapazität des Messkondensators 4. Die Kapazität des Messkondensators 4 verhält sich indirekt proportional zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises 2. Die Änderung der Resonanzfrequenz wird mit Hilfe eines getakteten Frequenzzählers erfasst und in der Messeinheit über die bekannte Induktivität der Spule 3 auf die aktuelle Kapazität des Messkondensators 4 zurückgerechnet. Die so ermittelten Kapazitätswerte werden mit Hilfe von zuvor bei Referenzbedingungen aufgenommenen Umrechnungstabellen in die dazugehörigen Positionswerte des Pumpenkolbens 6 überführt. Aus diesen können wie oben beschrieben die in einem Pumpzyklus geförderte Wassermenge und der Gegendruck im System abgeleitet werden.
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Die Begriffe „Messspule“ bzw. „Messkondensator“ sollen lediglich verdeutlichen, dass das betreffende Element direkt zur Messung verwendet wird. Es handelt sich dabei jedoch immer noch um die Spule bzw. den Kondensator im Schwingkreis.
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Bei beiden Ausführungsformen, sowohl der gemäß 1 als auch der nach 2, sind die gemessenen Werte von der Temperatur des Pumpenkolbens 6 und damit von der Temperatur des ihn in dem Flusskanalsegment 5 umgebenden Wassers abhängig. Erhöht sich die Temperatur des Pumpenkolbens 6, steigt damit auch sein elektrischer Widerstand an. Diese Erhöhung des Widerstands führt z.B. zu einer geringeren Ausbildung der von der Messspule 3 im Pumpenkolben 6 induzierten Wirbelströme. Mit steigender Temperatur sinkt also die Stärke des durch die Wirbelströme induzierten Gegenmagnetfelds. Folglich kommt es zu einer geringeren Schwächung der Induktivität der Messspule 3. Durch eine Referenzmessung bei festen Betriebsparametern und den Abgleich mit einer zuvor aufgenommenen temperaturabhängigen Abweichungstabelle kann also aus den Messwerten auch die jeweilige Wassertemperatur bestimmt werden.
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3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zur Temperaturmessung mit einer Messspule 3. In einem Flusskanalsegment 5 wird ein Prüfkörper 8 angeordnet. Der Prüfkörper 8 ist aus einem Material mit möglichst geringer Wärmekapazität sowie möglichst hoher Permeabilität gefertigt, z.B. aus einem Metallrohr. Das Flusskanalsegment 5 wird an der Stelle des Prüfkörpers 8 außen von einer Messspule 3 umschlossen. Wie oben beschrieben führt eine Änderung der Wassertemperatur des durchfließenden Wassers in Pfeilrichtung an dieser Stelle zu einer Änderung der Temperatur des Prüfkörpers 8 und diese zu einer Änderung der Induktivität der Messspule 3, welche mit den genannten Verfahren detektiert werden kann. Der Vergleich der so erhaltenen aktuellen Induktivitätswerte mit einer zuvor bei Referenzbedingungen aufgenommenen Tabelle oder einer dabei erhaltenen analytischen Gleichung liefert die jeweils dazugehörigen Werte der aktuellen Wassertemperatur an dieser Stelle im Fluidsystem.
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4 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zur Temperaturmessung. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3 wird das Flusskanalsegment 5 an der Stelle des Prüfkörpers 8 außen von einem Messkondensator 4 teilweise umschlossen.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Ausführungsformen um Beispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten geometrischen Ausgestaltungen der Messvorrichtung oder der Schwingkolbenpumpe in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann die Messvorrichtung in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. designerischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingkolbenpumpe
- 1a
- Pumpenspule
- 1b
- Pumpengehäuse
- 2
- Schwingkreis
- 3
- Spule / Messspule
- 4
- Kondensator / Messkondensator
- 4a
- Kondensatorplatte
- 5
- Flusskanalsegment
- 6
- Pumpenkolben
- 7
- Messeinheit
- 8
- Prüfkörper
- P
- Pumpenkammer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043862 A1 [0002]
