DE102019133598A1 - Flow measuring and / or generating device and associating method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung (10) mit (a) einem Zylinder (12), (b) einem Kolben (16), der im Zylinder (12) läuft, (c) einer Dichtung (18), die Kolben (16) und Zylinder (12) gegeneinander abdichtet, und (d) einem Ringspalt (20) oberhalb der Dichtung (18) zwischen Zylinder (12) und Kolben (16), wobei (e) im Ringspalt (20) eine Flüssigkeit (22) vorhanden ist.The invention relates to a flow measuring and / or generating device (10) with (a) a cylinder (12), (b) a piston (16) running in the cylinder (12), (c) a seal (18), the piston (16) and cylinder (12) seal against each other, and (d) an annular gap (20) above the seal (18) between cylinder (12) and piston (16), with (e) a liquid in the annular gap (20) (22) is present.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung mit (a) einem Zylinder, (b) einem Kolben, der im Zylinder läuft, (c) einer Dichtung, die Kolben und Zylinder gegeneinander abdichtet, und (d) einem Ringspalt oberhalb der Dichtung zwischen Zylinder und Kolben. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen oder Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses.The invention relates to a flow measuring and / or generating device with (a) a cylinder, (b) a piston that runs in the cylinder, (c) a seal that seals the piston and cylinder against each other, and (d) an annular gap above the Seal between cylinder and piston. According to a second aspect, the invention relates to a method for measuring or generating a predetermined flow rate.

Das Erzeugen eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Gases, findet beispielsweise bei der Herstellung von Prüfgasen Anwendung. Prüfgase werden beispielsweise dazu verwendet, um Messgeräte zu kalibrieren. Beispielsweise besteht ein Prüfgas aus Luft und einem geringen Anteil an Schwefeldioxid. Die Genauigkeit, mit der die Messgeräte kalibriert werden können, hängt damit an der Genauigkeit, mit der eine Konzentration eines Gases in einem Gasstrom eingestellt werden kann. Dies, um so das Prüfgas zu erhalten, wiederum erfordert möglichst genaue Vorrichtungen zum Erzeugen eines Durchflusses.The generation of a flow of a fluid, in particular a gas, is used, for example, in the production of test gases. Test gases are used, for example, to calibrate measuring devices. For example, a test gas consists of air and a small amount of sulfur dioxide. The accuracy with which the measuring devices can be calibrated therefore depends on the accuracy with which a concentration of a gas in a gas flow can be set. This, in turn, in order to obtain the test gas, requires the most accurate possible devices for generating a flow.

Die erreichbare Messunsicherheit steigt mit abnehmendem Durchfluss an. Sollen in anderen Worten besonders kleine Durchflüsse realisiert werden, ist dies im Moment nur mit vergleichsweise großen Messunsicherheiten möglich. Das Gleiche gilt für die Messung von Durchflüssen.The achievable measurement uncertainty increases with decreasing flow. In other words, if particularly small flow rates are to be achieved, this is currently only possible with comparatively large measurement uncertainties. The same applies to the measurement of flow rates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.The invention is based on the object of reducing disadvantages in the prior art.

Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung, die eine Flüssigkeits-Zuführung aufweist, die ausgebildet ist zum Zuführen einer Flüssigkeit in den Ringspalt. Die Erfindung löst das Problem zudem durch eine gattungsgemäße Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung, bei der im Ringspalt eine Flüssigkeit angeordnet ist.The invention solves the problem by means of a generic flow measurement and / or flow generation device which has a liquid feed that is designed to feed a liquid into the annular gap. The invention also solves the problem by means of a generic flow measuring and / or generating device in which a liquid is arranged in the annular gap.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Messen oder Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses mit den Schritten: (i) automatisches Überwachen der Flüssigkeit auf Blasen und (ii) automatisches Ausgeben einer Warnmeldung, wenn Blasen erkannt werden.According to a second aspect, the invention solves the problem by a method for measuring or generating a predetermined flow rate with the steps: (i) automatic monitoring of the liquid for bubbles and (ii) automatic output of a warning message if bubbles are detected.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass häufig eine geringere Messunsicherheit, insbesondere bei der Erzeugung oder Messung kleiner Durchflüsse von beispielsweise weniger als 100 ml pro Minute ermöglicht wird. Der Grund dafür ist, dass eine etwaige Temperaturänderung dazu führt, dass sich die Flüssigkeit ausdehnt. Allerdings hat eine Flüssigkeit in aller Regel eine höhere Wärmekapazität als ein Gas, das ansonsten im Ringspalt vorhanden wäre. Daher führt eine Temperaturänderung nur zu einer geringeren Änderung des effektiven Volumens des Raums, der im Zylinderformkolben begrenzt wird.The advantage of the invention is that a lower measurement uncertainty is often made possible, in particular when generating or measuring small flow rates of, for example, less than 100 ml per minute. This is because any change in temperature will cause the liquid to expand. However, a liquid usually has a higher heat capacity than a gas that would otherwise be present in the annular gap. Therefore, a change in temperature only leads to a smaller change in the effective volume of the space which is limited in the cylinder-shaped piston.

Vorteilhaft ist zudem, dass durch die Flüssigkeit im Ringspalt oft eine bessere Wärmeabfuhr der Reibungswärme ermöglicht wird, die andernfalls eine lokale Temperaturerhöhung des Gases bewirken kann, was eine Unsicherheitsquelle darstellt.It is also advantageous that the liquid in the annular gap often enables better heat dissipation of the frictional heat, which can otherwise cause a local temperature increase in the gas, which represents a source of uncertainty.

Ist die Flüssigkeit - was eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt - durchsichtig und/oder transparent, so führt ein Übertreten von Gas in den Hubbereich, also den Bereich des Zylinders, der vom Kolben begrenzt wird, zu Blasen, die beobachtbar sind. Es ist daher möglich - und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen - dass, insbesondere automatisch, das Vorliegen von Blasen erfasst wird. Werden keine Blasen erfasst, kann davon ausgegangen werden, dass kein Gas an der Dichtung vorbei in den Hubbereich des Zylinders gelangt. Diese Quelle einer systematischen Messunsicherheit kann daher drastisch verringert oder gar ausgeschlossen werden.If the liquid - which is a preferred embodiment of the invention - is transparent and / or transparent, gas entering the stroke area, ie the area of the cylinder that is delimited by the piston, leads to bubbles that can be observed. It is therefore possible - and provided according to a preferred embodiment of the method according to the invention - that the presence of bubbles is detected, in particular automatically. If no bubbles are detected, it can be assumed that no gas will pass the seal into the stroke area of the cylinder. This source of systematic measurement uncertainty can therefore be drastically reduced or even eliminated.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Zylinder ein Hohlraum verstanden, der zumindest abschnittsweise im zylinderförmig ist, d. h., dass er einen kreisförmigen Querschnitt hat. Selbstverständlich muss der Zylinder nicht im streng mathematischen Sinne zylinderförmig sein, insbesondere sind Abweichungen von der idealen mathematischen Zylindergestalt in der Regel unvermeidlich. Zudem kann der Zylinder Bereiche aufweisen, die nicht zylinderförmig sind, beispielsweise einen Zylinderkopf. Der Zylinder ist in einem Zylindergehäuse ausgebildet.In the context of the present description, the term cylinder is understood to mean a cavity which is at least partially cylindrical, ie. that is, it has a circular cross-section. Of course, the cylinder does not have to be cylindrical in the strict mathematical sense; in particular, deviations from the ideal mathematical cylinder shape are generally unavoidable. In addition, the cylinder can have areas that are not cylindrical, for example a cylinder head. The cylinder is formed in a cylinder housing.

Unter dem Kolben wird insbesondere ein Bauteil verstanden, das sich im Zylinder so bewegt, dass eine Volumenänderung des Hubbereichs abhängig ist von einer Querschnittsfläche des Kolbens und dessen Hub. Es ist günstig, nicht aber notwendig, wenn der Zylinder eine ebene Zylinderoberfläche hat, die dem Bereich des Zylinders zugewandt ist, der vom Zylinder begrenzt wird. Durch Hin- und Herbewegen des Kolbens verändert sich der vom Kolben begrenzte Zylinderraum.The piston is understood in particular to be a component that moves in the cylinder in such a way that a change in volume of the stroke area is dependent on a cross-sectional area of the piston and its stroke. It is advantageous, but not necessary, for the cylinder to have a flat cylinder surface which faces the area of the cylinder which is delimited by the cylinder. By moving the piston back and forth, the cylinder space delimited by the piston changes.

Unter der Dichtung wird insbesondere ein Bauteil verstanden, das einen Fluidstrom zwischen Kolben und Zylinder am Kolben vorbei verhindert, sodass kein Fluid in den Bereich des Zylinders, der vom Kolben begrenzt wird, einströmen kann.The seal is understood to mean, in particular, a component that prevents a flow of fluid between the piston and cylinder past the piston, so that no fluid can flow into the area of the cylinder that is delimited by the piston.

Unter dem Ringspalt wird der Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder verstanden. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass dieser Spalt im mathematischen Sinne ringförmig ist. Beispielsweise ist es theoretisch möglich, dass der Kolben auf seiner Außenseite eine Struktur aufweist, sodass der Ringspalt auf seiner Außenseite vom zylinderförmigen Zylinder begrenzt wird, auf seiner Innenseite jedoch von einer nicht-zylinderförmigen Fläche, die theoretisch jede beliebige Form annehmen könnte. In der Regel ist es jedoch günstig, wenn der Kolben auf seiner Außenseite ebenfalls zylinderförmig ist.The annular gap is understood to mean the gap between the piston and the cylinder. It is possible, but not necessary, that this gap is ring-shaped in the mathematical sense. For example, it is theoretically possible for the piston to have a structure on its outside so that the annular gap is delimited on its outside by the cylindrical cylinder, but on its inside by a non-cylindrical surface that could theoretically assume any shape. As a rule, however, it is advantageous if the piston is also cylindrical on its outside.

Die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung weist vorzugweise eine Fluidzuführvorrichtung und eine Fluidabführvorrichtung auf, die so ausgebildet sind, dass Fluid, insbesondere Gas, stets nur durch die Fluidzuführvorrichtung in den Zylinder einströmt und durch die Fluidabführvorrichtung aus dem Zylinder ausströmt. The flow measuring and / or generating device preferably has a fluid supply device and a fluid discharge device which are designed such that fluid, in particular gas, always flows into the cylinder only through the fluid supply device and flows out of the cylinder through the fluid discharge device.

Vorzugsweise ist die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung ausgebildet zum Messen und/oder Erzeugen eines Durchflusses mit einer Unsicherheit von höchstens 0,2 % bei einem Durchfluss von 1 ml pro Minute, insbesondere bei einem Durchfluss von 0,1 ml pro Minute. Die Messsicherheit ist meist größer als 0,01 %. Günstig ist es, wenn die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Durchflusses von maximal 100 ml pro Minute ausgebildet ist. Zwar ist die Erfindung auch für größere Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtungen einsetzbar und vorteilhaft, bei diesen ist aber die Verbesserung der Messunsicherheit durch die Erfindung relativ gesehen weniger groß als bei Durchflussmess- und/oder - erzeugungsvorrichtungen, die zum Erzeugen von Durchflüssen unterhalb von 100 ml pro Minute ausgebildet sind.The flow measuring and / or generating device is preferably designed to measure and / or generate a flow with an uncertainty of at most 0.2% at a flow rate of 1 ml per minute, in particular at a flow rate of 0.1 ml per minute. The measurement certainty is usually greater than 0.01%. It is favorable if the flow measuring and / or generating device is designed to generate a flow rate of a maximum of 100 ml per minute. Although the invention can also be used and advantageous for larger flow measuring and / or generating devices, with these the improvement in the measurement uncertainty due to the invention is relatively less than with flow measuring and / or generating devices that are used to generate flow rates below 100 ml per minute are formed.

Unter der Flüssigkeits-Zuführung wird insbesondere eine Struktur verstanden, beispielsweise ein Kanal, mittels dem Flüssigkeit in den Ringspalt eingebracht werden kann. Vorzugsweise umfasst die Flüssigkeits-Zuführung einen Kanal, der im Ringspalt endet. In anderen Worten ist eine Flüssigkeits-Zuführung bevorzugt, mittels der Flüssigkeit in den Ringspalt zuführbar ist, ohne dass die Flüssigkeit in andere Bereiche des Zylinders eingebracht wird.The liquid supply is understood to mean, in particular, a structure, for example a channel, by means of which liquid can be introduced into the annular gap. The liquid feed preferably comprises a channel which ends in the annular gap. In other words, a liquid feed is preferred, by means of which liquid can be fed into the annular gap without the liquid being introduced into other regions of the cylinder.

Vorzugsweise hat die Flüssigkeit bei 20°C einen Dampfdruck von höchstens 20 hPa. Beispielsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um Silikonöl. Für höchste Genauigkeiten kann als Flüssigkeit Quecksilber verwendet werden, was einen noch geringeren Dampfdruck hat.The liquid preferably has a vapor pressure of at most 20 hPa at 20 ° C. For example, the liquid is silicone oil. For maximum accuracy, mercury can be used as the liquid, which has an even lower vapor pressure.

Vorzugsweise besitzt die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung ein Fenster, das angeordnet ist zum Beobachten zumindest eines Teils des Ringspalts. Unter einem Fenster wird insbesondere eine Struktur verstanden, mittels der Licht, insbesondere sichtbares Licht, in den Lichtspalt gleitet und/oder Licht aus dem Lichtspalt nach außen geführt werden kann. Das Fenster ist so angeordnet, dass etwaige Blasen in der Flüssigkeit beobachtet werden können, sofern diese in einem beobachtbaren Bereich entstehen. Besonders günstig ist es, wenn das Fenster so groß ist, dass der beobachtbare Bereich zumindest die Hälfte, vorzugsweise zumindest drei Viertel, des gesamten Ringspalts beträgt. Dieser Anteil wird beispielsweise in Volumenprozenten gemessen.The flow measuring and / or generating device preferably has a window which is arranged for observing at least part of the annular gap. A window is understood to mean, in particular, a structure by means of which light, in particular visible light, slides into the light gap and / or light can be guided out of the light gap. The window is arranged in such a way that any bubbles in the liquid can be observed, provided they arise in an observable area. It is particularly favorable if the window is so large that the observable area is at least half, preferably at least three quarters, of the entire annular gap. This proportion is measured, for example, in percent by volume.

Günstig ist es, wenn die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung ein zweites Fenster aufweist, das angeordnet ist zum Beobachten eines zweiten Teils des Ringspalts, der von einem ersten Teil des Ringspalts, der mittels des ersten Fensters beobachtbar ist, verschieden ist. Es ist in anderen Worten möglich, dass zwei, drei oder mehr Fenster vorhanden sind. Es ist aber auch möglich, dass ein, vorzugsweise großes, Fenster vorhanden ist.It is favorable if the flow measuring and / or generating device has a second window which is arranged to observe a second part of the annular gap which is different from a first part of the annular gap which can be observed by means of the first window. In other words, it is possible that there are two, three or more windows. But it is also possible that a, preferably large, window is present.

Die geringe Messunsicherheit ist insbesondere dann erreichbar, wenn sichergestellt ist, dass kein Gas durch die Dichtung und die Flüssigkeit tritt und so in den vom Kolben begrenzten Bereich des Zylinders gelangt. Der vom Kolben begrenzte Hubbereich umfasst insbesondere den Hubraum der Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung. Um dies sicherzustellen, umfasst die Durchflussmess- und/odererzeugungsvorrichtung vorzugsweise eine Kamera, die so angeordnet ist, dass Blasen in der Flüssigkeit und/oder an einer Oberfläche der Flüssigkeit erfassbar sind.The low measurement uncertainty can be achieved in particular if it is ensured that no gas passes through the seal and the liquid and thus reaches the area of the cylinder delimited by the piston. The stroke range delimited by the piston includes in particular the stroke volume of the flow measuring and / or generating device. In order to ensure this, the flow measuring and / or generating device preferably comprises a camera which is arranged in such a way that bubbles in the liquid and / or on a surface of the liquid can be detected.

Besonders günstig ist es, wenn die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung zudem eine Auswerteeinheit aufweist, die mit der Kamera verbunden ist und ausgebildet ist zum automatischen Erkennen von Blasen in der Flüssigkeit oder an deren Oberfläche. Wenn sich in der Flüssigkeit eine Blase bildet, steigt der Pegel. Entsteht die Blase, so trägt sie zum Durchfluss bei oder wird als Durchfluss gemessen. So entsteht eine zusätzliche Unsicherheit beim Durchfluss. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird aus der Pegeländerung der Beitrag der Blase herausgerechnet.It is particularly favorable if the flow measuring and / or generating device also has an evaluation unit which is connected to the camera and is designed for the automatic detection of bubbles in the liquid or on its surface. When a bubble forms in the liquid, the level rises. When the bubble arises, it contributes to the flow or is measured as flow. This creates an additional uncertainty in the flow. According to a preferred embodiment, the contribution of the bubble is calculated from the change in level.

Beispielsweise nimmt die Kamera in regelmäßigen Zeitabständen Bilder auf, beispielsweise zumindest einmal pro Sekunde. Die Auswerteeinheit erfasst diese Bilder und bearbeitet sie mittels eines Bilderkennungsverfahrens, mittels dem Blasen erkannt werden. Beispielsweise wird mittels des Bilderkennungsprogramms nach kreisförmigen Strukturen gesucht, insbesondere solchen, die sich nach oben bewegen.For example, the camera takes pictures at regular time intervals, for example at least once per second. The evaluation unit captures these images and processes them by means of an image recognition method by means of which bubbles are recognized. For example, the image recognition program is used to search for circular structures, in particular those that move upwards.

Wird eine derartige Struktur erkannt, wird beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben und/oder die entsprechenden Bilder werden gespeichert. Ein Bediener der Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung kann dann entscheiden, ob es sich tatsächlich um Blasen gehandelt hat und gegebenenfalls den Betrieb ändern oder die Messunsicherheit korrigieren, die für den jeweiligen Durchfluss angegeben wird.If such a structure is recognized, a warning signal is output, for example, and / or the corresponding images are stored. A The operator of the flow measuring and / or generating device can then decide whether it was actually a question of bubbles and, if necessary, change the operation or correct the measurement uncertainty that is specified for the respective flow.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Durchflussmess- und/oder - erzeugungsvorrichtung eine Pegel-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Pegels der Flüssigkeit im Ringspalt. Günstig ist es, wenn die Auswerteeinheit ausgebildet ist zum automatischen zeitabhängigen Erfassen des Pegels. Erfasst die Pegel-Erfassungsvorrichtung eine Schwankung des Pegels, so wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Meldung ausgegeben, die den zeitabhängigen Pegel kodiert. Bildet sich nämlich eine Blase in der Flüssigkeit, so resultiert ein zu großer Durchfluss. Aus der Pegeländerung kann der zusätzliche Durchfluss berechnet werden. Vorzugsweise wird der Durchfluss anhand der zeitabhängigen Veränderung des Pegels korrigiert.According to a preferred embodiment, the flow measuring and / or generating device has a level detection device for detecting a level of the liquid in the annular gap. It is favorable if the evaluation unit is designed for automatic time-dependent detection of the level. If the level detection device detects a fluctuation in the level, according to a preferred embodiment a message is output which encodes the time-dependent level. If a bubble forms in the liquid, the result is too much flow. The additional flow can be calculated from the change in level. The flow is preferably corrected on the basis of the time-dependent change in the level.

Die Pegel-Erfassungsvorrichtung kann eine Kamera umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Pegel-Erfassungsvorrichtung beispielsweise einen Triangulationssensor aufweisen.The level detection device can comprise a camera. As an alternative or in addition, the level detection device can have a triangulation sensor, for example.

Die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Antrieb zum Bewegen des Kolbens relativ zum Zylinder. Besonders günstig ist es, wenn dieser Antrieb einen Positionsmesser zum zeitabhängigen Messen der Position des Kolbens seitig zum Zylinder aufweist. Aus der Geschwindigkeit des Kolbens lässt sich dann automatisch der zeitabhängige Durchfluss berechnen, was eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, wobei die Auswerteeinheit vorzugsweise zum automatischen Durchführen eines entsprechenden Verfahrens ausgebildet ist.The flow measuring and / or generating device preferably comprises a drive for moving the piston relative to the cylinder. It is particularly advantageous if this drive has a position meter for time-dependent measurement of the position of the piston on the side of the cylinder. The time-dependent flow rate can then be calculated automatically from the speed of the piston, which is a preferred embodiment of a method according to the invention, the evaluation unit preferably being designed to automatically carry out a corresponding method.

Günstig ist es, wenn ein Winkel zwischen einer Längsachse des Zylinders und einer vertikalen Geraden höchstens 10°, insbesondere höchstens 5°, beträgt. Besonders günstig ist es, wenn die Längsachse in möglichst guter Näherung vertikal ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit im Ringspalt um den Umfang des Ringspalts möglichst wenig variiert.It is favorable if an angle between a longitudinal axis of the cylinder and a vertical straight line is at most 10 °, in particular at most 5 °. It is particularly favorable if the longitudinal axis is aligned vertically as closely as possible. This ensures that the liquid level of the liquid in the annular gap varies as little as possible around the circumference of the annular gap.

Günstig ist es, wenn die Dichtung ein oberes Dichtelement und ein unteres Dichtelement aufweist, wobei das obere Dichtelement auch erstes Dichtelement und das untere Dichtelement auch zweites Dichtelement genannt werden könnte. Günstig ist es zudem, wenn die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung eine Druckeinstelleinheit aufweist, die zum Halten eines Zwischenraum-Drucks im Zwischenraum zwischen den Dichtelementen ausgebildet ist. Das Druckintervall ist vorzugsweise so gewählt, dass keine Flüssigkeit aus dem Ringspalt, der vom Kolben begrenzt ist, in den Zwischenraum gelangt.It is favorable if the seal has an upper sealing element and a lower sealing element, wherein the upper sealing element could also be called a first sealing element and the lower sealing element could also be called a second sealing element. It is also favorable if the flow measuring and / or generating device has a pressure setting unit which is designed to maintain an intermediate space pressure in the intermediate space between the sealing elements. The pressure interval is preferably selected so that no liquid from the annular gap, which is delimited by the piston, gets into the intermediate space.

Günstig ist es, wenn die Druckeinstelleinheit einen Fluidkanal aufweist, mittels dem Fluid, insbesondere Gas, in den Zwischenraum zwischen dem oberen Dichtelement und dem unteren Dichtelement leitbar ist.It is favorable if the pressure setting unit has a fluid channel by means of which fluid, in particular gas, can be conducted into the space between the upper sealing element and the lower sealing element.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Durchflussnormal mit den Merkmalen von Anspruch 1. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Durchflussnormal ein Normal verstanden, das zur Überwachung und Korrektur eines Messprozesses ausgebildet ist. Das Durchflussnormal umfasst eine Maßverkörperung in Form der Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung und einen zugehörigen Kalibrierschein.According to the invention, there is also a flow standard with the features of claim 1. In the context of the present description, a flow standard is understood to mean a standard which is designed to monitor and correct a measuring process. The flow standard comprises a material measure in the form of the flow measuring and / or generating device and an associated calibration certificate.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine Querschnittszeichnung durch eine erfindungsgemäße Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. It shows:
  • 1 a cross-sectional drawing through a flow measuring and / or generating device according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung 10, die einen Zylinder 12 in einem Zylindergehäuse 14, einen Kolben 16, der im Zylinder 12 läuft, eine Dichtung 18 sowie einen Ringspalt 20 aufweist. Der Ringspalt 20 ist der Bereich zwischen dem Kolben 16 und dem Zylinder 12. Der Kolben 16 hat eine Längsachse L und einen Durchmesser d, der beispielsweise zwischen d = 1 Millimeter und d = 10 Millimeter betragen kann. Die Längsachse L verläuft vertikal. 1 shows a flow measuring and / or generating device 10 according to the invention, which has a cylinder 12th in a cylinder housing 14th , a piston 16 that in the cylinder 12th runs, a seal 18th as well as an annular gap 20th having. The annular gap 20th is the area between the piston 16 and the cylinder 12th . The piston 16 has a longitudinal axis L. and a diameter d , which can be between d = 1 millimeter and d = 10 millimeters, for example. The longitudinal axis L. runs vertically.

Im Ringspalt 20 ist eine Flüssigkeit 22 angeordnet, bei der es sich im vorliegenden Fall um Silikonöl handelt. Beispielsweise ist das Silikonöl Polydimethylsiloxan.In the annular gap 20th is a liquid 22nd arranged, which in the present case is silicone oil. For example, the silicone oil is polydimethylsiloxane.

Silikonöle sind klare, farblose, ungiftige, neutrale, geruchslose, geschmackslose, chemisch inerte, hydrophobe Flüssigkeiten mit einer Molekülmasse von 162 bis 150.000 Gramm pro Mol, einer Dichte von 0,76 bis 1,07 Gramm pro Kubikzentimeter und einer Viskosität zwischen 0,6 bis 1 000 000 mPa·s (Millipascalsekunden). Das Silikonöl könnte auch als Diorganopolysiloxan bezeichnet werden und ist ein polymerisiertes Siloxan mit organischen Seitenketten. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Silikonöl aus nur einer Verbindung aufgebaut ist. Insbesondere ist es möglich, dass das Silikonöl eine Mischung aus verschiedenen Diorganopolysiloxanen ist.Silicone oils are clear, colorless, non-toxic, neutral, odorless, tasteless, chemically inert, hydrophobic liquids with a molecular weight of 162 to 150,000 grams per mole, a density of 0.76 to 1.07 grams per cubic centimeter and a viscosity between 0.6 up to 1,000,000 mPas (millipascal seconds). The silicone oil could also be called diorganopolysiloxane and is a polymerized siloxane with organic side chains. It is possible, but not necessary, for the silicone oil to consist of just one compound. In particular, it is possible for the silicone oil to be a mixture of different diorganopolysiloxanes.

Die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung 10 besitzt eine Flüssigkeits-Zuführung 24, die beispielsweise mit einem Schlauch 26 oder einer sonstigen Fluidquelle verbunden werden kann. Die Flüssigkeits-Zuführung 24 umfasst einen Kanal 28, der in den Ringspalt 20 übergeht, sodass Flüssigkeit 22 durch den Kanal 28 in den Ringspalt 20 einfüllbar ist.The flow measuring and / or generating device 10 has a liquid supply 24 that for example with a hose 26th or other fluid source can be connected. The liquid supply 24 includes a channel 28 that is in the annular gap 20th passes over so that liquid 22nd through the canal 28 in the annular gap 20th can be filled.

Die Dichtung 18 umfasst ein erstes Dichtelement 30 und ein zweites Dichtelement 30. Zwischen den beiden Dichtelementen 30, 30.2 befindet sich ein Zwischenraum 32. Mittels eines Fluidkanals 34 im Zylindergehäuse 14 kann ein Zwischenraum-Druck p32 so verändert werden, dass er in einem vorgegebenen Druckintervall I = [p32,min, p32,max] bleibt. Das Druckintervall I ist so gewählt, dass keine Gasblasen in der Flüssigkeit 22 entstehen. Es ist jedoch vorzugsweise so hoch, dass keine Flüssigkeit in den Zwischenraum gelangt..The seal 18th comprises a first sealing element 30 and a second sealing element 30. There is an intermediate space between the two sealing elements 30, 30.2 32 . By means of a fluid channel 34 in the cylinder housing 14th can be an interspace pressure p 32 can be changed so that it is within a predetermined print interval I. = [p 32, min , p 32, max ] remains. The print interval I. is chosen so that there are no gas bubbles in the liquid 22nd arise. However, it is preferably so high that no liquid gets into the space.

Die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung besitzt ein Fenster 36, das beispielsweise aus Glas oder Plexiglas besteht und das einen Blick auf die Flüssigkeit 22 im Ringspalt 20 erlaubt. Eine Kamera 38 ist so relativ zum Fenster 36 angeordnet, das etwaig vorhandene Blasen in der Flüssigkeit 22 aufgenommen werden. Die Kamera 38 ist mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden, die auch Teil der Kamera 38 sein kann, und die von der Kamera 38 aufgenommenen Bilder erfasst.The flow measuring and / or generating device has a window 36 made of glass or plexiglass, for example, and gives a glimpse of the liquid 22nd in the annular gap 20th allowed. A camera 38 is so relative to the window 36 arranged any bubbles in the liquid 22nd be included. The camera 38 is with an evaluation unit 40 connected that is also part of the camera 38 can be, and that of the camera 38 captured images.

Die Auswerteeinheit 40 umfasst eine Recheneinheit, die ausgebildet ist zum Durchführen eines Bilderkennungsverfahrens, mittels dem etwaige Blasen in der Flüssigkeit 22 erkannt werden. Ist dies der Fall, gibt die Auswerteeinheit 40 ein Signal aus. Es kann sich bei diesem Signal um ein vom Menschen wahrnehmbares Signal handeln, beispielsweise ein optisches und/oder akustisches Signal. Alternativ ist das Warnsignal lediglich von Maschinen wahrnehmbar, beispielsweise handelt es sich dann um ein elektrisches oder elektromagnetisches Signal.The evaluation unit 40 comprises a computing unit which is designed to carry out an image recognition method by means of which any bubbles in the liquid 22nd be recognized. If this is the case, the evaluation unit gives 40 off a signal. This signal can be a signal that can be perceived by humans, for example an optical and / or acoustic signal. Alternatively, the warning signal can only be perceived by machines, for example it is then an electrical or electromagnetic signal.

Die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung besitzt einen Antrieb 42, der beispielsweise durch einen Kugelgewindeantrieb gebildet ist. Diese Ausführungsform ist exemplarisch in 1 gezeigt. In diesem Fall umfasst der Antrieb 42 einen Elektromotor 44 und einen Kugelgewindetrieb 46. An einem Abtriebsteil 48 des Antriebs 42 ist der Kolben 16, der auch als Kolbenstange bezeichnet werden könnte, befestigt.The flow measuring and / or generating device has a drive 42 , which is formed, for example, by a ball screw drive. This embodiment is exemplified in 1 shown. In this case the drive includes 42 an electric motor 44 and a ball screw 46 . At a stripping section 48 of the drive 42 is the piston 16 , which could also be referred to as a piston rod attached.

Im Betrieb wird durch eine Einströmöffnung 50 zunächst ein Fluid, insbesondere ein Gas 52 angesaugt, indem der Kolben 16 so bewegt wird, dass sich ein vom Kolben 16 begrenzter Raum 54 vergrößert. Nachfolgend wird der Kolben 16 mit einer definierten Geschwindigkeit v so bewegt, dass sich der Raum 54 verkleinert und dadurch ein Durchfluss D durch eine Fluidabführvorrichtung 58 abgegeben wird. Dieser Durchfluss an Gas 52 wird beispielsweise mit einem Verdünnungsgas 60 gemischt und einem zu kalibrierenden Prüfling 62 zugeführt.During operation, it is through an inflow opening 50 first a fluid, in particular a gas 52 sucked in by the piston 16 is moved in such a way that one moves from the piston 16 limited space 54 enlarged. Below is the piston 16 at a defined speed v moves in such a way that space moves 54 reduced and thereby a flow D. by a fluid evacuation device 58 is delivered. This flow of gas 52 is for example with a diluent gas 60 mixed and a test item to be calibrated 62 fed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtungFlow measuring and / or generating device
1212th
Zylindercylinder
1414th
ZylindergehäuseCylinder housing
1616
Kolbenpiston
1818th
Dichtung poetry
2020th
RingspaltAnnular gap
2222nd
Flüssigkeitliquid
2424
Flüssigkeits-ZuführungLiquid supply
2626th
Schlauchtube
2828
Kanal channel
3030th
DichtelementSealing element
3232
ZwischenraumSpace
3434
FluidkanalFluid channel
3636
Fensterwindow
3838
Kamera camera
4040
AuswerteeinheitEvaluation unit
4242
Antriebdrive
4444
ElektromotorElectric motor
4646
KugelgewindetriebBall screw
4848
Abtriebsteil Stripping section
5050
EinströmöffnungInflow opening
5252
Gasgas
5454
Raumroom
5656
VentilValve
5858
Fluidabführvorrichtung Fluid evacuation device
6060
VerdünnungsglasDilution glass
6262
Prüfling Test item
dd
Durchmesserdiameter
DD.
DurchflussFlow
II.
DruckintervallPrint interval
LL.
LängsachseLongitudinal axis
p32p32
Zwischenraum-DruckSpace printing
vv
Geschwindigkeitspeed

Claims (10)

Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung (10) mit (a) einem Zylinder (12), (b) einem Kolben (16), der im Zylinder (12) läuft, (c) einer Dichtung (18), die Kolben (16) und Zylinder (12) gegeneinander abdichtet, und (d) einem Ringspalt (20) oberhalb der Dichtung (18) zwischen Zylinder (12) und Kolben (16), gekennzeichnet durch (e) eine Flüssigkeit (22) im Ringspalt (20).Flow measuring and / or generating device (10) with (a) a cylinder (12), (b) a piston (16) running in the cylinder (12), (c) a seal (18), the pistons (16 ) and cylinder (12) seal against each other, and (d) an annular gap (20) above the seal (18) between cylinder (12) and piston (16), characterized by (e) a liquid (22) in the annular gap (20) . Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung (10) gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeits-Zuführung (24), die ausgebildet ist zum Zuführen einer Flüssigkeit (22) in den Ringspalt (20).Flow measuring and / or generating device (10) according to the preamble of Claim 1 , characterized by a liquid feed (24) which is designed to feed a liquid (22) into the annular gap (20). Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampfdruck der Flüssigkeit (22) bei 20°C höchstens 20 hPa beträgt.Flow measuring and / or generating device (10) according to Claim 2 , characterized in that a vapor pressure of the liquid (22) at 20 ° C is at most 20 hPa. Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch (a) zumindest ein Fenster (36), das angeordnet ist zum Beobachten eines Teils des Ringspalts (20) und/oder ein zweites Fenster (36), das angeordnet ist zum Beobachten eines zweiten Teils des Ringspalts (20), und (b) eine Kamera (38), mittels der Blasen in der Flüssigkeit (22) und/oder an einer Oberfläche der Flüssigkeit (22) erfassbar sind, und (c) eine Auswerteeinheit (40), die ausgebildet ist zum automatischen Erkennen von Blasen in der Flüssigkeit (22) und/oder an der Oberfläche.Flow measuring and / or generating device according to one of the preceding claims, characterized by (a) at least one window (36) which is arranged for observing part of the annular gap (20) and / or a second window (36) which is arranged for observing a second part of the annular gap (20), and (b) a camera (38) by means of which bubbles in the liquid (22) and / or on a surface of the liquid (22) can be detected, and (c) an evaluation unit (40), which is designed for the automatic detection of bubbles in the liquid (22) and / or on the surface. Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch (a) eine Pegel-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Pegels der Flüssigkeit im Ringspalt (20), (b) wobei die Auswerteeinheit (40), die ausgebildet ist zum automatischen zeitabhängigen Erfassen des Pegels.Flow measuring and / or generating device according to one of the preceding claims, characterized by (a) a level detection device for detecting a level of the liquid in the annular gap (20), (b) wherein the evaluation unit (40), which is designed for automatic time-dependent Detecting the level. Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch (a) einen Antrieb (42) zum Bewegen des Kolbens (16) relativ zum Zylinder (12), (b) wobei die Auswerteeinheit (40) ausgebildet ist zum automatischen Bestimmen des Durchflusses (D) aus einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens (16) relativ zum Zylinder (12).Flow measuring and / or generating device according to one of the preceding claims, characterized by (a) a drive (42) for moving the piston (16) relative to the cylinder (12), (b) wherein the evaluation unit (40) is designed for automatic Determining the flow rate (D) from a speed of movement of the piston (16) relative to the cylinder (12). Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Längsachse des Zylinders (12) und einer vertikalen Geraden höchstens 10°, insbesondere höchstens 5°, beträgtFlow measuring and / or generating device according to one of the preceding claims, characterized in that an angle between a longitudinal axis of the cylinder (12) and a vertical straight line is at most 10 °, in particular at most 5 ° Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Dichtung (18) ein oberes Dichtelement (30) und ein unteres Dichtelement (30) aufweist und dass (b) die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung eine Druckeinstelleinheit mit einem Zwischenraum (32) zwischen den Dichtelementen (30) zum Halten eines Zwischenraum-Drucks (p32) im Zwischenraum (32) in einem vorgegebenen Druckintervall (I) aufweist, und/oder dass (c) die Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung einen Fluidkanal (34), mittels dem Fluid in den Zwischenraum (32) zwischen dem oberen Dichtelement (30) und dem unteren Dichtelement (30) leitbar ist, aufweist.Flow measuring and / or generating device according to one of the preceding claims, characterized in that (a) the seal (18) has an upper sealing element (30) and a lower sealing element (30) and that (b) the flow measuring and / or -generating device has a pressure setting unit with a space (32) between the sealing elements (30) for maintaining a space pressure (p 32 ) in the space (32) in a predetermined pressure interval (I), and / or that (c) the flow measurement and / or generating device has a fluid channel (34) by means of which fluid can be guided into the space (32) between the upper sealing element (30) and the lower sealing element (30). Verfahren zum Messen oder Erzeugen eines vorgegebenen Durchflusses (D), mit den Schritten: (i) Bereitstellen einer Durchflussmess- und/oder -erzeugungsvorrichtung (10) mit (a) einem Zylinder (12), (b) einem Kolben (16), der im Zylinder (12) läuft, (c) einer Dichtung (18), die Kolben (16) und Zylinder (12) gegeneinander abdichtet, und (d) einem Ringspalt (20) oberhalb der Dichtung (18) zwischen Zylinder (12) und Kolben (16), (e) einer Flüssigkeit (22), die im Ringspalt (20) angeordnet ist, (ii) Bewegen des Kolbens (16) relativ zum Zylinder (12) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit (v), sodass ein vorgegebener Durchfluss (D) erzeugt wird.Method for measuring or generating a given flow rate (D), with the steps: (i) Providing a flow measuring and / or generating device (10) with (a) a cylinder (12), (b) a piston (16) running in the cylinder (12), (c) a seal (18) which seals the piston (16) and cylinder (12) against one another, and (d) an annular gap (20) above the seal (18) between cylinder (12) and piston (16), (e) a liquid (22) which is arranged in the annular gap (20), (ii) Moving the piston (16) relative to the cylinder (12) at a predetermined speed (v), so that a predetermined flow rate (D) is generated. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte: (i) automatisches Überwachen der Flüssigkeit (22) auf Blasen und (ii) automatisches Ausgeben einer Warnmeldung, wenn Blasen erkannt werden.Procedure according to Claim 9 characterized by the steps of: (i) automatically monitoring the liquid (22) for bubbles and (ii) automatically issuing a warning message if bubbles are detected.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0370487A1 (en) * 1988-11-22 1990-05-30 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. A method for injecting an inert gas into a molten resin in a cavity of an injection molding machine, and an apparatus therefor
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