DE1264084B

DE1264084B - Device for flow measurement of gases

Info

Publication number: DE1264084B
Application number: DEL52404A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Schreiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-12-23
Filing date: 1965-12-17
Publication date: 1968-03-21

Description

Einrichtung zur Durchflußmessung von Gasen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Durchflußmessung von Gasen, insbesondere von Leckgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem in Strömungsrichtung sich konisch erweiternden vertikalen Meßrohr und einer über dem Meßrohr angeordneten und mit diesem über eine Öffnung verbundenen Meßwertanzeigevorrichtung, sowie einem das Meßrohr und die Anzeigevorrichtung durchsetzenden Spanndraht und einem auf diesem längsverschieblich geführten Rohr, das an seinem unteren Ende einen Schwimmer und an seinem oberen Ende einen mit dem feststehenden Teil der Meßwertanzeigevorrich tung zusammenwirkenden Zeiger trägt.Device for flow measurement of gases The invention relates to a device for measuring the flow of gases, in particular leakage gases of internal combustion engines, with a conically widening in the direction of flow vertical measuring tube and one arranged above the measuring tube and with this via a Opening connected measured value display device, as well as a measuring tube and the display device penetrating tension wire and a pipe that is longitudinally displaceable on this, that at its lower end a float and at its upper end one with the fixed part of the measured value display device carrying cooperating pointer.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Schwimmer als trichterförmige Erweiterung des durch den Spanndraht geführten Rohres ausgebildet. In a known device of this type, the float is as funnel-shaped extension of the pipe guided through the tension wire.

Das in die Meßeinrichtung eintretende Medium strömt diesen Schwimmer von unten her an, um ihn bis zu einer Höhenlage anzuheben, in der sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, in dem der Auftrieb des Schwimmers durch das strömende Medium und sein Eigengewicht die gleiche absolute Größe besitzen.The medium entering the measuring device flows through this float from below in order to raise it to an altitude in which there is a state of equilibrium adjusts, in which the buoyancy of the swimmer by the flowing medium and be Own weight have the same absolute size.

Dies ist dann der Fall, wenn sich zwischen dem Schwimmer und der Innenwand des konischen Rohres eine Spaltweite einstellt, bei der das Produkt aus der Schwimmerfläche und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer mit dem Eigengewicht des Schwimmers übereinstimmt. Bei der Durchflußmessung von Gasen, insbesondere dann, wenn es sich um die Messung kleinster Gasmengen, z. B. bei der Bestimmung der Leckgasverluste von Brennkraftmaschinen, handelt, reicht die Empfindlichkeit des bekannten Meßgerätes für eine einwandfreie Messung meist nicht aus. Die gemessenen Werte weichen daher häufig von den tatsächlichen Strömungsverhältnissen weitgehend ab. Oftmals liegen die zu messenden Strömungen aber auch weit unter der Ansprechgrenze des Gerätes und werden somit von diesem überhaupt nicht registriert.This is the case when there is between the float and the inner wall of the conical tube sets a gap width at which the product from the float surface and the pressure difference in front of and behind the float with the float's own weight matches. When measuring the flow of gases, especially when it is to measure the smallest amounts of gas, e.g. B. in determining the leakage gas losses of internal combustion engines, the sensitivity of the known measuring device is sufficient usually not sufficient for a perfect measurement. The measured values therefore deviate often largely depends on the actual flow conditions. Often lying the flows to be measured, however, are also well below the response limit of the device and are therefore not registered by it at all.

Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit und Anpassungsfähigkeit an wechselnde Strömungsverhältnisse derart zu verbessern, daß der Durchfluß selbst kleinster nicht stationärer Gasströmungen präzise gemessen werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung besteht nun darin, daß unterhalb des Meßrohres in an sich bekannter Weise ein feststehender Drallflügel angeordnet ist, und daß der Schwimmer an seiner Unterseite Mitnehmerflächen für seinen Drehantrieb durch das Gas aufweist. Einen feststehenden Drallflügel verwendet auch ein bekannter Durchflußmesser für Flüssigkeiten und Gase, bei dem ein mittig durchbohrter Schwimmer an seinem Umfang in einem zylindrischen Meßrohr längsverschieblich geführt ist. Das Meßrohr durchsetzt ein axialer konischer Dorn, so daß der zwischen der Bohrung des Schwimmers und dem konischen Dom freibleibende Ringquerschnitt den Durchströmquerschnitt für das Medium bildet, dessen Durchfluß gemessen werden soll. Wegen der erheblichen Reibungskräfte zwischen Schwimmer und Meßrohr vermag das durch die Drallflügel in Drehung versetzte Medium eine Rotation des Schwimmers nur dann herbeizuführen, wenn es sich um sehr energiereiche Strömungen handelt. The invention is primarily based on the object of the known Facility in terms of its sensitivity and adaptability to changing To improve flow conditions in such a way that the flow is not even the smallest steady gas flows can be measured precisely. The solution according to the invention is now that below the measuring tube in a known manner a fixed Swirl vane is arranged, and that the float has driver surfaces on its underside for its rotary drive by the gas. A fixed swirl vane is used also a well-known flow meter for liquids and gases with a central pierced float longitudinally displaceable on its circumference in a cylindrical measuring tube is led. The measuring tube penetrates an axial conical mandrel, so that the between the bore of the float and the conical dome remaining free ring cross-section Forms flow cross-section for the medium whose flow is to be measured. Because of the considerable frictional forces between the float and the measuring tube, this is possible The medium set the swirl vanes in rotation only causing the float to rotate to bring about when it comes to very high-energy currents.

Gemäß der Erfindung ist jedoch eine sichere Mitnahme des Schwimmers durch die vom Drallflügel in Rotation versetzte Gassäule gewährleistet, selbst wenn es sich um Strömungen geringer Energie handelt. Durch die Rotation des Schwimmers kommen die Vorteile einer Schwimmerführung mittels eines Spanndrahtes erst voll zur Geltung, da die an sich geringe Reibung durch die Drehung des Schwimmers noch derart vermindert wird, daß der Eigenwiderstand des Gerätes praktisch vernachlässigbar gering wird. Die solcherart erhaltenen Meßergebnisse geben daher die tatsächlichen Verhältnisse mit großer Präzision wieder. According to the invention, however, is a safe entrainment of the swimmer guaranteed by the gas column set in rotation by the swirl vane, even if it is a matter of currents of low energy. By the rotation of the float The advantages of a float guide by means of a tension wire only come fully comes into its own, as the actually low friction caused by the rotation of the float is still effective is reduced in such a way that the inherent resistance of the device is practically negligible becomes low. The measurement results obtained in this way therefore give the actual ones Relationships with great precision again.

Das Gerät vermag auch ständig wechselnden Strömungsverhältnissen nahezu verzögerungsfrei zu folgen, so daß z. B. eine laufende Beobachtung und Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine ein klares Bild über den zeitlichen Verlauf dieser Verlustströmungen liefert. The device is also capable of constantly changing flow conditions to follow almost without delay, so that z. B. ongoing observation and measurement a clear picture of the amount of gas leaked from the crankcase of an internal combustion engine on the time course of these loss flows supplies.

So können unter anderem schon geringfügige Veränderungen in der Abdichtungswirkung der Kolbenringe oder der Dichtheit der Ventile in den Ventilführungen sichtbar gemacht bzw. präzise gemessen werden, wodurch Zeitverluste bei der Entwicldung neuer Motorentypen vermieden und die Ursache von Betriebsstörungen von der Entstehung größerer Schäden behoben werden können.Among other things, even minor changes in the sealing effect can be achieved the piston rings or the tightness of the valves in the valve guides or can be measured precisely, which means that time is lost in the development of new engine types avoided and the cause of malfunctions from the emergence of major damage can be fixed.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt und F i g. 2 eine Seitenansicht eines Details einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung. The invention is illustrated below using an exemplary embodiment the drawing explained in more detail. F i g. 1 shows an axial section and FIG. 2 one Side view of a detail of a preferred embodiment of the device according to FIG the invention.

Die Meßeinrichtung befindet sich innerhalb eines an seinen beiden Enden mit Außengewinde versehenen zylindrischen Hüllrohres 1. Auf das Außengewinde am unteren Ende des Hüllrohres 1 ist ein unterer Gehäusestutzen 2 mit durchgehender axialer Bohrung 3 aufgeschraubt, dessen unterer verjüngter Teil 4 mit einem Außengewinde 5 zur Befestigung des Gerätes mittels des Schraubringes 6 und zum Anschluß mittels Schlauchleitung, z. B. an das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, versehen ist. The meter is within one of its two Ends with external thread provided cylindrical jacket tube 1. On the external thread at the lower end of the cladding tube 1 is a lower housing connector 2 with a continuous axial bore 3 screwed, the lower tapered part 4 with an external thread 5 for fastening the device by means of the screw ring 6 and for connection by means of Hose line, e.g. B. on the crankcase of an internal combustion engine is provided.

Die obere Öffnung des Hüllrohres 1 ist durch ein Siebfilter 7 abgedeckt, das von einem auf das Außengewinde am oberen Ende des Hüllrohres 1 aufgeschraubten oberen Gehäusestutzen 8 festgehalten ist. The upper opening of the cladding tube 1 is covered by a sieve filter 7, one screwed onto the external thread at the upper end of the cladding tube 1 upper housing stub 8 is held.

Das Hüllrohr 1 besitzt einen seitlichen Ausschnitt 9, welcher sich in axialer Richtung von nahe dem oberen Ende bis etwa zur Mitte des Hüllrohres und in Umfangsrichtung nahezu über den halben Umfang des Rohres erstreckt, Der seitliche Ausschnitt9 ist gegen den Innenraum des Hüllrohres 1 durch eine Längswand 10 sowie eine untere und eine obere Querwand 11 und 12 abgedeckt. Die im Querschnitt annähernd nach einem Durchmesser des Hüllrohres 1 verlaufende LängswandlO besitzt einen nach innen gewölbten Mittelteil 13, der sich über die gesamte Länge des Ausschnittes 9 erstreckt und dessen Wandung konzentrisch zur Achse des Hüllrohres 1 verläuft, An die Längswand 10 ist der feststehende Teil der Ablesevorrichtung des Gerätes angeschlossen, welcher aus einer mit einem Längsschlitz versehenen Skaleuplatte 14 und aus einer transparenten Skalenabdeckunglã, z. B. aus Plexiglas besteht, welche beiden Teile mittels Schrauben 16 auswechselbar an der Längswand 10 angeschraubt sind. The cladding tube 1 has a lateral cutout 9, which in the axial direction from near the upper end to about the middle of the cladding tube and extends in the circumferential direction almost over half the circumference of the tube, the lateral Cutout 9 is against the interior of the cladding tube 1 by a longitudinal wall 10 as well a lower and an upper transverse wall 11 and 12 are covered. Approximately in cross-section The longitudinal wall 10 running along a diameter of the cladding tube 1 has a longitudinal wall 10 inside arched middle part 13, which extends over the entire length of the neckline 9 extends and whose wall runs concentrically to the axis of the cladding tube 1, The fixed part of the reading device of the device is attached to the longitudinal wall 10 connected, which consists of a scale plate provided with a longitudinal slot 14 and from a transparent scale cover, z. B. consists of plexiglass, which the two parts are screwed to the longitudinal wall 10 in an exchangeable manner by means of screws 16 are.

Die den Ausschnitt 9 des Hiillrohres 1 nach oben und unten begrenzenden Querwände 11 und 12 weisen je eine durchgehende Öffnung 17 und 18 auf, deren Achsen mit der Längsachse des Hüllrohres 1 fluchten. Die Öffnungl7 der oberen Querwand 12 dient zur axialen Führung eines Achsnippels 19, welcher eine auf der Oberseite der Querwand 12 sich ab stützende Spannfeder 21 und eine am freien Ende derselben aufliegende Scheibe 20 durchsetzt, und dessen axiale Lage mittels zweier an seinem oberen Ende aufgeschraubter Spanumuttern 22 einstellbar ist. Der Achsnippel 19 bildet das obere Widerlager eines das Hüllrohr 1 axial durchsetzenden Spanndrahtes 23, der zur axialen Führung der nachfolgend beschriebenen beweglichen Teile der Meßeinrichtung dient. Which limit the cutout 9 of the sleeve tube 1 upwards and downwards Transverse walls 11 and 12 each have a through opening 17 and 18, the axes of which align with the longitudinal axis of the cladding tube 1. The opening 17 of the upper transverse wall 12 is used to axially guide an axle nipple 19, which has one on the top the transverse wall 12 from supporting tension spring 21 and one at the free end of the same resting disc 20 penetrated, and its axial position by means of two on his upper end of screwed chip nuts 22 is adjustable. The axle nipple 19 forms the upper abutment of a tension wire 23 axially penetrating the cladding tube 1, that for the axial guidance of the movable parts of the measuring device described below serves.

In den unteren zylindrischen Teil des Hüllrohres 1 ist ein Meßrohr 24 mit nach innen sich erweiternder konischer Innenwand 25 eingesetzt. Das Meßrohr 24 besitzt an seinem äußeren Ende einen Kragen 26, der sich gegen die untere Stirnfläche des Hüllrohres 1 stützt und vom unteren Gehäusestutzen 2 axial unverschieblich und drehfest gehalten ist. In der unteren Öffnung des Meßrohres 24 befindet sich das untere Widerlager 27 des genannten Spanndrahtes 23. Innerhalb des Meßrohres 24 befindet sich ein Schwimmer 2$, der als dünnwandige axial durchbohrte kreisförmige Scheibe ausgebildet und mit einem axialen Führungsrohr 29 verbunden ist, welches der Spanndraht 23 mit geringem Spiel durchsetzt. Das obere Ende 30 des Führungsrohres 29 ragt durch die Öffnung 18 der unteren Querwand 11 bis in den von der Skalenplatte 14 und dem gewölbten Mittelteil 13 der Längswand 10 umschlossenen Raum 31 und trägt einen scheibenförmigen Zeiger 32, dessen Randkante durch den Längsschlitz der Skalenplatte 14 von außen sichtbar ist. In the lower cylindrical part of the cladding tube 1 is a measuring tube 24 with inwardly flaring conical inner wall 25 used. The measuring tube 24 has at its outer end a collar 26 which extends against the lower end face of the cladding tube 1 is supported and axially immovable from the lower housing connector 2 and is held non-rotatably. In the lower opening of the measuring tube 24 is the lower abutment 27 of said tension wire 23 is located inside the measuring tube 24 a float $ 2, which is a thin-walled, axially pierced circular disc formed and connected to an axial guide tube 29, which is the tension wire 23 interspersed with little play. The upper end 30 of the guide tube 29 protrudes through the opening 18 of the lower transverse wall 11 to the of the scale plate 14 and the arched central part 13 of the longitudinal wall 10 enclosed space 31 and carries a disk-shaped Pointer 32, the edge of which through the longitudinal slot of the scale plate 14 from the outside is visible.

Der Schwimmer 28 weist an seiner Unterseite als Drallflügel 33 ausgebildete Mitnehmerflächen auf. The float 28 has swirl vanes 33 on its underside Driving surfaces on.

Vor der unteren Öffnung des Meßrohres 24 ist ortsfest ein vierflügeliges Drallblech 34 angeordnet, das mit dem über die axiale Bohrung 3 des unteren Gehäusestutzens 2 in das Meßgerät eintretenden Gasstrom einen Eintrittsdrall erteilt, Bei der Messung ist die Unterfläche des Schwimmers 28 einerseits dem Überdruck und andererseits den Rotationskräften der durch das Drallblech 34 in Drehung versetzte Gassäule ausgesetzt. Die Drallflügel 33 übertragen hierbei die Rotationskräfte auf den Schwimmer 28. Dieser wird also durch den eintretenden Gasstrom zugleich angehoben und in Drehung versetzt. Beim Anheben des Schwimmers 28 nimmt die Breite des von der Außenkante des Schwimmers 28 und der konischen Innenwand 25 des Meßrohres 24 gebildeten Ringspaltes 35 so lange zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen den auf den Schwimmer 28 einwirkenden Auftriebskräften und seinem Eigengewicht einstellt. Dies ist dann der Fall, wenn das Produkt aus der Schwimmerfläche und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer 28 gleich dem Eigengewicht des Schwimmers 28 wird.In front of the lower opening of the measuring tube 24, a four-winged one is stationary Swirl plate 34 arranged, which is connected to the axial bore 3 of the lower housing connector 2 the gas flow entering the measuring device is given an inlet swirl, during the measurement is the lower surface of the float 28 on the one hand the overpressure and on the other hand exposed to the rotational forces of the gas column set in rotation by the swirl plate 34. The swirl vanes 33 transfer the rotational forces to the float 28. This is thus raised and rotated at the same time by the incoming gas flow offset. When the float 28 is raised, the width of the from the outer edge increases of the float 28 and the conical inner wall 25 of the measuring tube 24 formed annular gap 35 until there is a state of equilibrium between the swimmers 28 acting buoyancy forces and its own weight. This is then the case when the product of the float area and the pressure difference before and behind the float 28 is equal to the weight of the float 28.

Der Zusammenhang zwischen der Schwimmerhöhenlage und der Durchflußmenge wird durch Eichung bestimmt und die Teilung der Skala den empirisch ermittelten Werten entsprechend vorgenommen.The relationship between the height of the float and the flow rate is determined by calibration and the division of the scale is determined empirically Values made accordingly.

Der durch den Schwimmer 28 und sein Führungsrohr 29 hindurchgeführte Spanndraht 23 gewährleistet eine exakte und reibungsarme Axialführung des Schwimmers 28 im Meßrohr 24. Die zusätzliche Drehbewegung des Schwimmers beseitigt jede Beeinflussung des Meßergebnisses durch die an sich geringe Axinlreibung des Führungsrohres 29 auf dem Spanndraht 23. Das erfindungsgemäß ausgebildete Meßgerät zeichnet sich durch einen sehr geringen Durchflußwiderstand aus, so daß z. B. eine Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine möglich ist, ohne daß der Kurbelgehäuseinnendruck in störender Weise verändert wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der räumlichen Trennung des Meßrohres 24 von der Anzeigevorrichtung des Gerätes, so daß ein Beschlagen der Skala durch Verbrennungsrückstände oder andere mit dem Gasstrom mitgeführte Verunreinigungen vermieden wird. Einen weiteren Vorzug des Gerätes stellt die Federvorspannung des Spanndrahtes 23 dar, die auch bei Temperaturschwankungen eine gleichmäßige Spannung des Drahtes aufrechterhält. Um auch etwaige Auswirkungen von Temperaturschwankungen auf das Meßergebnis auszuschließen, sind zweckmäßigerweise der Schwimmer 28 und das Meßrohr 24 aus demselben Werkstoff herzustellen, so daß durch Wärmedehnungen bedingte Veränderungen des Ringspaltes 35 vermieden werden. The one passed through the float 28 and its guide tube 29 Tension wire 23 ensures an exact and low-friction axial guidance of the float 28 in the measuring tube 24. The additional rotary movement of the float eliminates any influence of the measurement result due to the inherently low axial friction of the guide tube 29 on the tension wire 23. The measuring device designed according to the invention is characterized by a very low flow resistance, so that z. B. a measurement of the amount of leakage gas from the crankcase of an internal combustion engine is possible without the internal crankcase pressure is changed in a disturbing way. Another advantage is the spatial Separation of the measuring tube 24 from the display device of the device, so that fogging the scale due to combustion residues or others carried along with the gas flow Contamination is avoided. Another advantage of the device is the spring preload of the tension wire 23, which is a uniform even with temperature fluctuations tension of the wire. To include any effects of temperature fluctuations to exclude the measurement result are expediently the floats 28 and to produce the measuring tube 24 from the same material, so that by thermal expansion Conditional changes in the annular gap 35 can be avoided.

Die erfindungsgemäße Bauart gestattet es, das Gerät auch gasdicht auszubilden und das austretende Gas durch eine besondere Leitung ins Freie zu führen, so daß keine Geruchsbelästigung der Bedienungsmannschaft entsteht. Weiter ist es möglich, das Gerät für mehrere Meßbereiche zu verwenden, was durch Austausch des Meßrohres 24 sowie der Skalenplattel4 in einfacher Weise vorgenommen werden kann. The design according to the invention also allows the device to be gas-tight to be trained and to lead the escaping gas to the outside through a special pipe, so that there is no unpleasant smell for the operating team. It is further possible to use the device for several measuring ranges, which can be achieved by exchanging the Measuring tube 24 and the scale plate 4 can be made in a simple manner.

Claims

Claim: Device for measuring the flow of gases, in particular of leak gases in internal combustion machines, with a conical in the direction of flow expanding vertical measuring tube and one arranged above the measuring tube and with This measured value display device connected via an opening, as well as a das Measuring tube and the display device penetrating tension wire and one on this longitudinally displaceable pipe that has a float and at its lower end at its upper end one with the fixed part of the measured value display device cooperating pointer carries, characterized in that below the measuring tube (24) a fixed swirl vane (34) is arranged in a manner known per se, and that the float (28) on its underside driver surfaces (33) for his Has rotary drive through the gas.

Publications considered: Swiss patent specification No. 252 803; U.S. Patent No. 2,350,343.