DE1423864C

DE1423864C - Torque flow meter

Info

Publication number: DE1423864C
Authority: DE
Inventors: Dave Baer Swampscott Mass. Levins (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentdurchflußmesser, bei dem das vom Medium durchströmte Beschleunigungsrad vom Rotor eines Elektromotors angetrieben wird und das durch Rotation des Beschleunigungsrades dem Medium erteilte Drehmoment aus der Winkelablenkung des auf das Reaktionsdrehmoment ansprechenden Stators des Elektromotors bestimmt wird, welcher im stationären Gehäuse des Durchflußmessers drehbar aufgehängt ist und entgegen der Drehrichtung von Rotor und Beschleunigungsrad gegen eine Feder auslenkbar ist, wobei die Auslenkung ein Maß für die Massenströmungsgeschwindigkeit des Mediums ist.The invention relates to a torque flow meter in which the medium flows through it Accelerator wheel is driven by the rotor of an electric motor and that by rotation of the accelerator wheel The torque imparted to the medium from the angular deflection of the reaction torque responsive stator of the electric motor is determined, which is in the stationary housing of the Flowmeter is rotatably suspended and counter to the direction of rotation of the rotor and acceleration wheel can be deflected against a spring, the deflection being a measure of the mass flow rate of the medium.

Bei einem bekannten Drehmomentdurchflußmesser (USA.-Patentschrift 2 814 949) der obigen Art ist das Beschleunigungsrad in einem axialen Abstand von dem Antriebs-Elektromotor unmittelbar im ortsfesten Gehäuse des Drehmomentdurchflußmessers angeordnet. Die Rotorwelle des Elektromotors, an der das Beschleunigungsrad befestigt ist, ist zu diesem Zweck entsprechend verlängert und in Kugellager gelagert, welche in ortsfesten Halterungen eingebaut sind. Der Stator des Elektromotors ist bei dieser bekannten Ausführung frei tragend an einer Welle befestigt, die gleichzeitig die Zeigerwelle bildet und mit einer elektrischen Aufnahmevorrichtung gekoppelt ist. Der Abstand zwischen dem Außenumfang des Beschleunigungsrades und der Innenwandung des Gehäuses ist sehr klein gehalten, damit ziemlich das gesamte den Durchflußmesser durchströmende Medium vom Beschleunigungsrad erfaßt werden kann. Nachteilig bei dieser bekannten Ausführung ist jedoch, daß sich die Lagerreibung des Beschleunigungsrades und der Einfluß der Viskosität des Mediums zwischen dem Beschleunigungsrad und der Innenwandung des Gehäuses als Fehlerdrehmomente zu dem Drehmoment hinzuaddieren, das dem Medium durch die Rotation des Beschleunigungsrades erteilt wird. Die Folge hiervon ist eine störende Beeinflussung der Meßgenauigkeit des torehmomentdurchflußmessers bzw. eine entsprechende Verfälschung der Meßergebnisse. Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, bei denen zwei sich drehende Teile nur über eine dünne Schicht eines viskosen Mediums miteinander gekoppelt sind zur Übertragung der Drehbewegung.In a known torque flow meter (U.S. Pat. No. 2,814,949) of the above type this is Acceleration wheel at an axial distance from the drive electric motor directly in the stationary Housing of the torque flow meter arranged. The rotor shaft of the electric motor on which the Accelerator wheel is attached, is extended accordingly and stored in ball bearings for this purpose, which are installed in stationary brackets. The stator of the electric motor is known in this one Execution cantilevered on a shaft, which forms the pointer shaft at the same time, and with an electrical one Recording device is coupled. The distance between the outer circumference of the accelerator wheel and the inner wall of the housing is kept very small, so that pretty much the whole of the Medium flowing through the flow meter can be detected by the acceleration wheel. Disadvantageous with However, this known design is that the bearing friction of the acceleration wheel and the influence the viscosity of the medium between the acceleration wheel and the inner wall of the housing add as error torques to the torque given to the medium by the rotation the acceleration wheel is issued. The consequence of this is a disruptive influence on the measurement accuracy of the torque torque flow meter or a corresponding one Falsification of the measurement results. There are also devices known in which two rotating parts are only coupled to each other via a thin layer of a viscous medium for transmission the rotary motion.

So ist z. B. bei einem bekannten Durchflußmesser für eine Steuerung der Luft- und Brennstoffzufuhr in einem Verbrennungsmotor (USA.-Patentschrift 2 472 609), ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Beschleunigungsrad koaxial innerhalb eines als Ablenkglied ausgebildeten Flügelrades angeordnet. Die Welle, auf der das Beschleunigungsrad befestigt ist, ist mit dem einen Ende in der Nabe des Flügelrades und mit dem anderen Ende in dem Gehäuse des Durchflußmessers gelagert. Das Flügelrad ist über ein Untersetzungsgetriebe mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden. Das den Durchflußmesser durchströmende Medium bewirkt beim Umlauf des Beschleunigungsrades eine gewisse Kopplung oder Mitnahme zwischen dem Beschleunigungs- und Flügelrad.So is z. B. in a known flow meter for controlling the air and fuel supply in an internal combustion engine (U.S. Patent 2,472,609), one driven by the internal combustion engine Accelerating wheel arranged coaxially within an impeller designed as a deflecting member. One end of the shaft on which the acceleration wheel is attached is in the hub of the impeller and mounted at the other end in the housing of the flow meter. The impeller is over a reduction gear connected to a display device. The one flowing through the flow meter Medium causes a certain coupling or entrainment when the acceleration wheel rotates between the accelerator and impeller.

Durch die USA.-Patenschrift 2 629 859 ist auch bereits ein Meßgenerator zur Erzeugung einer elektrischen Spannung in Abhängigkeit von einer relativen Geschwindigkeit bekanntgeworden, der als Ablenkglied einen mit Flüssigkeit gefüllten, drehbar gelagerten Behälter aufweist, in dem eine Beschleunigungsscheibe umläuft. Der Abstand des Außenumfangs der Beschleunigungsscheibe zur Innenwandung des Behälters ist sehr gering, so daß im Betrieb durch die Viskosität der eingeschlossenen Flüssigkeit bzw. der dünnen Flüssigkeitsschicht zwischen Beschleunigungsscheibe und Gegenwandung des Flüssigkeitsbehälters eine Mitnahme des letzteren durch die Beschleunigungsscheibe bewirkt wird. The US Pat. No. 2,629,859 also already discloses a measuring generator for generating an electrical Tension as a function of a relative speed has become known as the deflector has a rotatably mounted container filled with liquid, in which an acceleration disk rotates. The distance of the outer circumference of the Acceleration disk to the inner wall of the container is very small, so that in operation by the Viscosity of the enclosed liquid or the thin liquid layer between the acceleration disk and the opposite wall of the liquid container entrainment of the latter is effected by the acceleration disk.

Diese Anordnungen sind jedoch nicht ohne weiteres auf Drehmomentdurchflußmesser übertragbar, bei denen das Beschleunigungsrad von einem Elektromotor angetrieben wird und die Viskosität des Mediums zwischen Beschleunigungsrad und Gegenwandung ein Fehlerdrehmoment verursacht.However, these arrangements are not readily transferrable to torque flow meters which the acceleration wheel is driven by an electric motor and the viscosity of the medium causes an error torque between the acceleration wheel and the opposite wall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentdurchflußmesser zu schaffen, bei dem die Fehlerdrehmomente, die auf die Lagerreibung des Beschleunigungsrades und den Einfluß der Viskosität des Mediums zwischen Beschleunigungsrad und Gegenwandung zurückzuführen sind, eliminiert werden, so daß man eine hohe Meßgenauigkeit erhält.The invention has for its object to provide a torque flow meter in which the Error torques that affect the bearing friction of the acceleration wheel and the influence of viscosity of the medium between the acceleration wheel and the opposite wall are eliminated, so that a high measurement accuracy is obtained.

so Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stator zur Lagerung sowohl des Rotors als auch des Beschleunigungsrades dient und daß ^; reine das Beschleunigungsrad ko'axial umschließende ■ drehbare Ummantelung in so geringem Abstand zu dessen Umfang angeordnet und mit dem Stator derart verbunden ist, daß das durch die Viskosität des Mediums bedingte Fehlerdrehmoment am Umfang des Beschleunigungsrades über die dünne Schicht des Mediums zwischen Beschleunigungsrad und Uramantelung auf diese rückwirkt und in umgekehrter Richtung zum Reaktionsdrehmoment des Stators auf diesen übertragen wird.According to the invention, this object is achieved in that the stator serves to support both the rotor and the acceleration wheel and that ^; pure the acceleration wheel co'axially surrounding ■ rotatable casing arranged at such a small distance from its circumference and connected to the stator in such a way that the error torque caused by the viscosity of the medium on the circumference of the acceleration wheel over the thin layer of the medium between the acceleration wheel and the uramallet this acts back and is transmitted to the stator in the opposite direction to the reaction torque of the stator.

Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die beiden durch die Viskosität des Mediums und die Lagerreibung des Beschleunigungsrades bedingten Fehlerdrehmomente vom Gesamtreaktionsdrehmoment des Stators abgezogen werden, so daß das gemessene wirksame Nettodrehmoment genau der Massenströmungsgeschwindigkeit des Mediums entspricht.This has the advantage that the two due to the viscosity of the medium and the bearing friction of the acceleration wheel caused error torques from the total reaction torque of the Stator are withdrawn, so that the measured effective net torque exactly corresponds to the mass flow rate of the medium.

Vorteilhaft kann der Rotor des Elektromotors selbst als Beschleunigungsrad ausgestaltet sein, und der Stator kann die Ummantelung bilden.The rotor of the electric motor itself can advantageously be designed as an acceleration wheel, and the stator can form the casing.

Die der Auslenkung des Stators entgegenwirkende Kraft kann durch ein längliches, vorzugsweise in C, Form einer Spiralfeder gewickeltes Hohlglied aus elastischem Material hervorgerufen werden, welches im Inneren mindestens einen Teil der Zuleitungen für die elektrische Einrichtung des Durchflußmessers trägt.The force counteracting the deflection of the stator can be defined by an elongated, preferably in C, Form of a spiral spring wound hollow member made of elastic material, which inside at least part of the supply lines for the electrical device of the flow meter wearing.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail in the drawing using two exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Drehmomentdurchflußmessers gemäß der Erfindung,F i g. 1 shows a longitudinal section of a torque flow meter according to the invention,

F i g. 2 einen Teil des in F i g. 1 gezeigten Drehmomentdurchflußmessers im vergrößerten Maßstab, F i g. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Drehmomentdurchflußmessers gemäß der Erfindung,F i g. 2 a part of the in F i g. 1 shown torque flow meter on an enlarged scale, FIG. 3 shows a longitudinal section of a further embodiment a torque flow meter according to the invention,

F i g. 4 ein Diagramm der Drehmomente, die aufF i g. 4 is a diagram of the torques applied to

das Beschleunigungsrad des Durchflußmessers nach F i g. 1 wirken, undthe acceleration wheel of the flow meter according to FIG. 1 act, and

F i g. 5 ein Diagramm der Drehmomente, die auf den Stator des Antriebsmotors des Drehmomentdurchflußmessers nach F i g. 1 wirken.F i g. 5 is a diagram of the torques applied to the stator of the drive motor of the torque flow meter according to FIG. 1 work.

Das Ausführungsbeispiel eines Drehmomentdurchflußmessers gemäß der Erfindung in F i g. 1 weist ein zylindrisches und diametral geteiltes Gehäuse 10 mit einem Durchflußweg auf, der sich in LängsrichtungThe embodiment of a torque flow meter according to the invention in FIG. 1 shows a cylindrical and diametrically divided housing 10 with a flow path that extends in the longitudinal direction

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durch das Gehäuse erstreckt. An entgegengesetzten aus federndem Material besteht und der die geSeiten des Gehäuses ist zur Befestigung an der Durch- wünschten Federeigenschaften aufweist. Innerhalb flußleitung eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen. dieses Bauteils SO ist eine Reihe von elektrischen Eine Reihe von kreisförmig angeordneten Rippen Drähten 52 angeordnet, die, wie Fig. 1 zeigt, aus oder Streben 12, 14, die den Durchfluß in eine be- 5 dem inneren Ende der Feder heraus und durch das stimmte Richtung lenken, ist konzentrisch im Ge- Stator-Tragglied 22 hindurchgreifen und mit dem häuse in der Nähe der entgegengesetzten Enden an- Motorstator 18 verbunden sind. Das äußere Ende der geordnet. Die Längsbohrung des Gehäuses ist im Feder 46 reicht bis unter die Federklemme 48 und mittleren Teil des Gehäuses vergrößert und nimmt durch eine der Durchflußrippen 14 bis zu einem elekdort ein ringförmiges, gegen Flüssigkeit abgedichtetes io trischen Verbindungsstück 54, das am Gehäuse 10 Gehäuse 16 auf, das den Stator 18 eines elektrischen zur Verbindung des Motorstators mit einer Strom-Motors umgibt. Das Statorgehäuse 16 ist starr an den quelle eine öffnung besitzt. Auf diese Weise ist ge-Traggliedern 20 und 22 befestigt, die an entgegen- maß der Erfindung die Feder 46 nicht nur dazu da, gesetzten Enden am Gehäuse gelagert sind! Jedes die- eine federnde Kraft auf den Stator 18 auszuüben, sonser Glieder weist einen äußeren ringförmigen Teil 24 15 dem sie stellt auch eine flüssigkeitsdichte Leitung auf,- der mit dem Gehäuse 16 verbunden ist und die dar, um die elektrischen Drähte zum Stator zu führen, innere Lauffläche eines Lagers 26 trägt, dessen äußere Die Abweichungen des Motorstators 18 auf derextends through the housing. The opposite is made of resilient material and the sides the housing has spring properties for attachment to the through-hole. Inside Flow line a fastening device is provided. this component SO is a series of electrical A series of circularly arranged ribs wires 52 are arranged, which, as Fig. 1 shows, from or struts 12, 14 that allow flow into a be 5 the inner end of the spring out and through the Steer the right direction, reach through concentrically in the Ge stator support member 22 and with the housing near the opposite ends to motor stator 18 are connected. The outer end of the orderly. The longitudinal bore of the housing is in the spring 46 extends to below the spring clip 48 and central part of the housing increases and takes through one of the flow ribs 14 up to an elekdort an annular, liquid-sealed io-tric connecting piece 54 which is attached to the housing 10 Housing 16 on which the stator 18 of an electrical for connecting the motor stator to a current motor surrounds. The stator housing 16 is rigid at the source has an opening. In this way is ge support members 20 and 22, which, contrary to the invention, the spring 46 is not only there to set ends are stored on the housing! Each to exert a resilient force on the stator 18, otherwise Limb has an outer annular portion 24 15 which it also provides a liquid-tight conduit - which is connected to the housing 16 and which is to lead the electrical wires to the stator, inner running surface of a bearing 26 carries, the outer The deviations of the motor stator 18 on the

Lauffläche am Gehäuse 10 angebracht ist. Eine Reihe Achse des Rotors 32 werden durch eine Aufnahmevon kreisförmig angeordneten Streben 28 erstrecken vorrichtung 56, z. B. eine Synchronvorrichtung, ersieh in radialer Richtung von jedem Ring 24 nach ao faßt, die innerhalb eines Gehäuses 58 koaxial zur innen, und enden in einer Nabe 30, die etwa koaxial Durchbohrung im Gehäuse 10 von einem Vorsprung zur Bohrung durch das Gehäuse 10 verläuft. 60 getragen-wird. Dieser Vorsprung ist an denDurch-Running surface is attached to the housing 10. A number of axles of the rotor 32 are supported by a receptacle of circularly arranged struts 28 extend device 56, for. B. a synchronizer, ersieh in the radial direction of each ring 24 to ao summarizes, the within a housing 58 coaxial to inside, and end in a hub 30, the approximately coaxial through-hole in the housing 10 from a projection runs through the housing 10 to the bore. 60 is worn. This lead is due to the

Innerhalb des Statorgehäuses 16 ist ein Rotor 32 flußrippen 12 befestigt. Die Aufnahmevorrichtung 56 für den Stator 18 koaxial angeordnet, wobei der Ro- ist mit einem beweglichen Bauteil versehen, an dem tor gemäß der Erfindung ein Beschleunigungsrad für 35 Magneten 62 innerhalb des Gehäuses 58 befestigt die Flüssigkeit darstellt. Der Rotor weist eine Welle sind. Magnete 64 sind bewegbar mit dem Stator-39 auf, die koaxial zum Gehäuse 10 verläuft und die Tragglied 20 verbunden und arbeiten mit dem Madrehbar an den entgegengesetzten Enden in Lagern gneten 62 so zusammen, daß sie eine entsprechende der Naben 30 der Stator-Tragglieder 20 und 22 be- Bewegung des bewegbaren Bauteils der Aufnahmefestigt ist. Der Antrieb weist ferner eine Reihe von 30 vorrichtung 56 bewirken und ein elektrisches Signal Wandungen 36 und dazwischenliegenden Abteilen über die Leitungen innerhalb eines Rohres 66, das zu auf, die radial nach außen von der Welle aus und par- einem Anschluß 68 am Gehäuse 10 führt, geben. Das allel zur Längsachse der Welle verlaufen, wobei die Signal aus der Aufnahmevorrichtung stellt natürlich Wandungen 36 im Winkel um die Achse des Antriebs die Lage des Stators 18 dar.A rotor 32 flux ribs 12 is attached within the stator housing 16. The receiving device 56 arranged coaxially for the stator 18, the Ro- is provided with a movable component on which Tor according to the invention, an acceleration wheel for 35 magnets 62 is attached within the housing 58 represents the liquid. The rotor has a shaft. Magnets 64 are movable with the stator 39 on, which is coaxial with the housing 10 and connected to the support member 20 and work with the Madrehbar at the opposite ends in bearings 62 gneted together so that they have a corresponding the hubs 30 of the stator support members 20 and 22 move the movable member of the retainer is. The drive also has a number of 30 device 56 effect and an electrical signal Walls 36 and intermediate compartments on the lines within a pipe 66, which to on, which leads radially outward from the shaft and a port 68 on the housing 10, give. The allel to the longitudinal axis of the shaft, whereby the signal from the receiving device represents natural Walls 36 represent the position of the stator 18 at an angle around the axis of the drive.

herum versetzt sind. In dem besonderen gezeigten 35 Bei der Verwendung eines eben beschriebenen Ausführungsbeispiel umgibt ein zylindrischer Per- Drehmomentdurchflußmessers kann das Gehäuse 10 manentmagnet mit einer Reihe von kreisförmig am an eine Flüssigkeitsleitung angeschlossen sein, wobei Umfang versetzten Polen die radialen Wandungen 36 die Flüssigkeit an einem Ende des Gehäuses 10 ein- und bjldet eine äußere zylindrische Wandung 38, die strömt. Eine Erregung des Antriebsmotors des Durchzusammen mit den Wandungen 36 und der Welle 39 40 flußmessers bewirkt eine entsprechende Drehung des eine Reihe von kreisförmig angeordneten linearen Rotors 32, wodurch der gesamten durch das Gehäuse Durchflußwegen darstellt, die konzentrisch zur fließenden Flüssigkeit eine gleichförmige Geschwin-Durchborung des Gehäuses 10 vorgesehen sind. Diese digkeit um die Achse des Antriebs herum erteilt geradlinigen Durchflußwege haben in radialer Rieh- wird. Das dem Rotor durch den Stator über den Lufttung nach außen den gleichen Abstand von der An- 45 spalt zugeführte Drehmoment wird am Stator als ein triebsachse und verlaufen parallel zur Längsachse Drehmoment abgegeben, das den Stator in einer Richder Durchbohrung und des Gehäuses 10. Die innere tung entgegengesetzt zur Richtung der Rotordrehung Wandung 40 des Statorgehäuses 16 und die äußere zu drehen versucht. Als Ergebnis wird der Stator in Fläche der äußeren Wandung 38 des Antriebs sind einer Richtung um einen bestimmten Betrag abgeganz dicht in geringem Abstand von einander ange- 5° lenkt, äer durch die Feder 46 bestimmt wird. Natürordnet, so daß die Wandung 40 eine Ummantelung Hch treten dabei bestimmte Reibungskräfte in Verdes Antriebs darstellt. . bindung mit der Lagerreibung für den Rotor auf, dieare offset around. In the particular shown 35 When using one just described Embodiment surrounds the housing 10 by a cylindrical torque flow meter Manentmagnet with a series of circular am to be connected to a liquid line, wherein Circumferentially offset poles, the radial walls 36, the liquid at one end of the housing 10 and defines an outer cylindrical wall 38 which flows. An excitation of the drive motor of the throughtogether with the walls 36 and the shaft 39 40 flux meter causes a corresponding rotation of the a series of circularly arranged linear rotors 32, making the whole through the housing Represents flow paths which are concentric to the flowing liquid and have a uniform velocity perforation of the housing 10 are provided. This speed is granted around the axis of the drive straight flow paths have in radial Rieh- will. That to the rotor through the stator via the air duct Torque supplied to the outside the same distance from the gap 45 is considered to be a on the stator drive axis and run parallel to the longitudinal axis torque output that the stator in a Richder Through hole and the housing 10. The inner direction opposite to the direction of rotor rotation Wall 40 of the stator 16 and the outer tries to rotate. As a result, the stator becomes in Areas of the outer wall 38 of the drive are subtracted from one direction by a certain amount closely articulated at a small distance from each other, which is determined by the spring 46. Natural order, so that the wall 40 has a casing Hch certain frictional forces occur Drive represents. . bond with the bearing friction for the rotor, which

Die Nabe 30 des Stator-Traggliedes 22 ist mit einer der Drehung Widerstand leisten. Ferner treten bei der koaxialen Verlängerung 42 versehen, die gegen das Drehung des als Beschleunigungsrad ausgebildeten ' nächstliegende Ende des Gehäuses 10 reicht und in 55 Rotors innerhalb des mit Flüssigkeit gefüllten Geeine öffnung in einem stromlinienförmigen Gehäuse häuses vor allem am Umfang Viskositätsschubkräfte 44 paßt, welches zentrisch zur Durchbohrung im Ge- auf, die auf den Rotor einwirken und seine Drehung häuse 10 durch die Durchflußrippen 14 gehalten zu verhindern suchen. Diese Reibungskräfte und die wird. Eine Spiralfeder 46 ist innerhalb des Gehäuses Viskositätsschubkräfte bewirken im Rotor Fehler-44 angeordnet und umgibt die Verlängerung 42, wo- 60 drehmomente, die zum Drehmoment, das zur Bebei das innere Ende der Feder an der Verlängerung schleunigung der Flüssigkeit erforderlich ist, hinzubefestigt ist. Das äußere Ende der Feder ist am Ge- addiert werden müssen. Soweit der Rotor vorzugshäuse 44 durch eine Federklemme 48 befestigt, wo- weise mit konstanter Geschwindigkeit betrieben bei die Ablenkung des Stators 18 um die Achse des wird, ändert sich das zur Beschleunigung der Flüssie-Antriebs durch die Feder 46 arretiert wird. 65 keit erteilten Moment oder, in anderen Worten, mitThe hub 30 of the stator support member 22 is resistant to rotation. In addition, the coaxial extension 42 is provided, which counteracts the rotation of the ' The nearest end of the housing 10 extends and in 55 rotor within the liquid-filled opening in a streamlined housing housing especially at the periphery of the viscous thrust forces 44 fits, which is centric to the through-hole in the body, which act on the rotor and its rotation Looking to prevent housing 10 held by the flow ribs 14. These frictional forces and the will. A coil spring 46 is inside the housing. Viscous thrust forces cause Error-44 in the rotor arranged and surrounds the extension 42, where 60 torques, the torque that is to be the inner end of the spring is required to be attached to the extension acceleration of the liquid is. The outer end of the spring is where you have to add up. As far as the rotor housing 44 attached by a spring clip 48, possibly operated at constant speed when the stator 18 is deflected about the axis of the, this changes to accelerate the fluid drive is locked by the spring 46. 65 given moment or, in other words, with

Gemäß der Erfindung weist die Feder 46 nach den der Masse der zu beschleunigenden Flüssigkeit. Ent-F i g. 1 und 2 einen verlängerten, nicht durchbroche- sprechend ist das gesamte Drehmoment am Rotor nen, abgeflachten rohrförmigen Bauteil 50 auf, der gleich dem Drehmoment, das der Flüssigkeit erteiltAccording to the invention, the spring 46 is oriented towards the mass of the liquid to be accelerated. Ent-F i g. 1 and 2 an extended, uninterrupted is the total torque on the rotor NEN, flattened tubular member 50, which is equal to the torque given to the fluid

werden muß plus dem Reibungs- plus dem Viskositätsfehlerdrehmoment. Das Rotordrehmoment ist natürlich ebenso groß wie das Reaktionsdrehmoment, das über das Magnetfeld auf den Stator zurückwirkt. In Verbindung mit F i g. 4 ist die Beziehung der verschiedenen Drehmomente in bezug auf eine Drehung des Antriebs im Uhrzeigersinn im Diagramm dargestellt. Wie bereits beschrieben und in F i g. 4 dargestellt, gilt damit die Beziehungmust be plus the friction plus the viscosity error torque. The rotor torque is of course just as large as the reaction torque, which acts back on the stator via the magnetic field. In connection with F i g. 4 is the relationship of the various torques with respect to rotation of the drive clockwise in the diagram. As already described and in FIG. 4, the relationship thus applies

T_M T _M

7> = T_G, 7> = T _G ,

(1)(1)

wobei T_R gleich ist dem Gesamtdrehmoment, das dem Rotor zugeführt wird, Ί _M gleich ist dem Winkelmoment, das der Flüssigkeit durch den Antrieb in Drehmomentanteilen zugeführt wird, T_v der Größe des Viskositätsfehlerdremoments am Rotor, 7> dem Reibungsfehlderdrehmoment am Rotor und T₀ dem gesamten Drehmoment, das am Luftspalt zwischen Rotor und Stator übertragen wird, entspricht.where T _{R is} equal to the total torque that is supplied to the rotor, Ί _{M is} equal to the angular moment that is supplied to the fluid by the drive in torque components, T _{v is} the magnitude of the viscosity error torque on the rotor, 7> the friction error torque on the rotor and T ₀ corresponds to the total torque that is transmitted at the air gap between rotor and stator.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Reibungskräfte, die einer Drehung des Rotors Widerstand lesiten, den Lagerträger zu drehen versuchen, so daß dieser Träger vom Antrieb in der Drehrichtung mitgenommenFrom Fig. 1 it can be seen that the frictional forces Lesiten a rotation of the rotor resistance, try to rotate the bearing bracket, so that this bracket is taken along by the drive in the direction of rotation nur das Drehmoment ist, das dem der Flüssigkeit durch den Rotorantrieb aufgegebenen Drehmoment entspricht. Der einzige verbleibende Fehler im Signal aus dem Durchflußmesser rührt somit von den La-only the torque is that of the torque given to the fluid by the rotor drive is equivalent to. The only remaining error in the signal from the flow meter comes from the load

S gern, die das ablenkbare Gehäuse 16 tragen. In der Praxis kann dieser Fehler dadurch auf einem sehr geringen Wert gehalten werden, daß eine geeignete Auswahl der Lager erfolgt, und aus diesem Grunde kann dieser Fehler verhältnismäßig einfach kompenHappy to wear the deflectable housing 16. In practice, this error can be kept to a very low value by using a suitable The bearings are selected, and for this reason this error can be relatively easily compensated for siert werden. Dieser Fehler tritt natürlich auch bei einem sogenannten 2-EIement-Drehmomentdurchflußmesser und bei jedem anderen Durchflußmesser, in dem ein ablenkbarer Bauteil zur Erfassung des Massendurchflusses verwendet wird, auf.be sated. Of course, this error also occurs a so-called 2-element torque flow meter and every other flow meter, in which uses a deflectable component to measure the mass flow rate.

Im Zusammenhang mit F i g. 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehmomentdurchfiußmessers gezeigt, das ein Gehäuse 150, das diametral geteilt ist, aufweist und eine längliche Durchbohrung für den Durchflußweg der Flüssigkeit durch das GeIn connection with F i g. 3, another embodiment of a torque flow meter is shown having a housing 150 that is diametrically is divided, has and an elongated through hole for the flow path of the liquid through the Ge häuse besitzt. In der Nähe der entgegengesetzten Enden des Gehäuses sind radial nach innen gerichtete, winkelförmig versetzte Durchflußrippen 152,154 vorgesehen, die zentrisch im- Gehäuse in einer Nabe 156 enden. Ein längliches Motorgehäuse 158 liegtowns housing. Near the opposite Ends of the housing are radially inwardly directed, angularly offset flow ribs 152,154 provided, which end centrally in the housing in a hub 156. An elongated motor housing 158 lies

wird. Auf diese Weise versuchen die Stator-Trag- 35 koaxial innerhalb des Gehäuses 150, wobei die WeI-glieder 20 und 22 mit dem Antrieb umzulaufen und, lenansätze 160, 162 sich von den entgegengesetztenwill. In this way, try the stator support 35 coaxially within the housing 150, the shaft members 20 and 22 to revolve with the drive and, len approaches 160, 162 from the opposite

Enden des Gehäuses 158 weg erstrecken und starr an den Naben 156 befestigt sind. Innerhalb des Gehäuses 158 ist ein Elektromotor 164 mit Übersetzungs-Ends of housing 158 extend away and are rigidly attached to hubs 156. Inside the housing 158 is an electric motor 164 with translation

da sie mit dem Statorgehäuse 16 starr verbunden sind, den Stator 18 mit dem Antrieb umlaufen zu lassen. In entsprechender Weise versuchen die Viskositätskräfte, die auf den Antrieb einwirken, die äußere 30 getriebe angebracht, der ein äußeres Gehäuse 166 beFläche des Antriebs mit der inneren Wandung 40 des sitzt, das am linken Ende durch ein Lager getragen Statorgehäuses 16 zu koppeln, um das Gehäuse mit wird, dessen äußerer Laufring am festen Gehäuse 158 dem Antrieb umlaufen zu lassen. Daraus läßt sich mit Hilfe eines ringförmigen Traggliedes 168 beentnehmen, daß die Reibungs- und Viskositätsfehler- festigt ist. Ein Wellenansatz 170 erstreckt sich vom drchmomcnte, die auf den Rotor einwirken, auf das 35 entgegengesetzten Ende des Motorgehäuses 166 aus ablenkbare Statorgehäuse im gleichen Sinne oder in und wird an seinem Klemmende in einem Lager geder Richtung rückübertragen werden, wie sie dem halten, dessen äußerer Laufring starr an dem festen Rotor zugeführt werden. Das Gesamtdrehmoment, Gehäuse 158 mit Hilfe eines Traggliedes 172 befestigt das über den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ist. Das Tragglied 172 trägt weiter eine Aufnahme-Übertragen wird, ist natürlich im Stator als gleich 40 vorrichtung 173 mit einem beweglichen Bauteil 175, großes und entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment der bewegbar mit dem Wellenansatz 170 verbundensince they are rigidly connected to the stator housing 16, to rotate the stator 18 with the drive. In a corresponding manner, the viscosity forces that act on the drive try to attach the outer gear, which sits on an outer housing 166 on the surface of the drive with the inner wall 40 of the which is carried at the left end by a bearing To couple the stator housing 16 to the housing with, the outer race of which is attached to the fixed housing 158 to let the drive rotate. From this, with the aid of an annular support member 168, it can be seen that the friction and viscosity errors are fixed. A shaft extension 170 extends from Damages acting on the rotor act on the opposite end of the motor housing 166 deflectable stator housing in the same sense or in and will be transferred back at its terminal end in a bearing geder direction, as they hold the, whose outer race is rigidly attached to the fixed Rotor are fed. The total torque, housing 158 fastened by means of a support member 172 that is across the air gap between rotor and stator. The support member 172 further carries a recording-transmission, is of course in the stator as the same 40 device 173 with a movable component 175, large and oppositely directed torque that is movably connected to the shaft extension 170

i B d M 166i B d M 166

abgegeben und wird als — T₅ bezeichnet, oder, in anderen Worten, wie aus F i g. 5 entnommen werden kann, das im Diagramm die Drehmomentwirkung auf das Statorgehäuse 16 dargestellt, giltand is referred to as - T ₅ , or, in other words, as shown in FIG. 5 it can be seen that the torque effect on the stator housing 16 is shown in the diagram

wobeiwhereby

ist, um Bewegungen des Motorgehäuses 166 zu erfassen und ein Signal zu erzeugen, das die Winkelstellung des Motorstators angibt. Auf dem linken 45 Ende des Wellenansatzes 170 ist eine Buchse 174 teleskopartig angebracht, die Magneten 176 trägt, welche zusammen mit dem Wellenansatz 170 um-' laufen. Eine Spiralfeder 178 ist auf der Buchse 174 zwischen den Magneten 176 und dem Motor 164 andas Nutzdrehmoment ist, das auf das Sta- so gebracht, wobei das innere Ende der Feder an deris to detect movements of the motor housing 166 and generate a signal indicative of the angular position of the motor stator. On the left 45 At the end of the shaft extension 170, a bush 174 is telescopically attached, which carries magnets 176, which run around together with the shaft extension 170 '. A coil spring 178 is on the sleeve 174 between the magnets 176 and the motor 164 and the useful torque applied to the stator, with the inner end of the spring on the

-T_S = T_V + T_F-T_M -T _S = T _V + T _F -T _M

(2)(2)

torgehäuse wirkt. Aus Formel (2) ergibt sichgate housing works. From formula (2) results

T_x T _x

(3)(3)

. und (1) in (3) eingesetzt ergibt sich die Formel. and (1) inserted in (3) gives the formula

-τ_ν-τ,= -τ-τ _ν -τ, = -τ

(4)(4)

oder, wenn die Richtung der Drehbewegung des Statorgehäuses relativ zum Rotor vernachlässigt wird,or, if the direction of the rotational movement of the stator housing relative to the rotor is neglected,

'AfS'AfS

(5)(5)

Daraus läßt sich entnehmen, daß das Nutzdrehmoment, das auf das Statorgehäuse 16 wirkt, effektivFrom this it can be seen that the useful torque acting on the stator housing 16 is effective

Buchse und das äußere Ende der Feder an einer Federklemme 180 im festen Gehäuse 158 befestigt ist. Zwischen den Magneten 176 und der Feder 178 ist eine magnetisch isolierende Abdichtung 182 ange-Socket and the outer end of the spring is attached to a spring clip 180 in the fixed housing 158. A magnetically insulating seal 182 is arranged between the magnets 176 and the spring 178.

SS bracht, die die Feder von den Magneten 176 trennt. Eine Buchse 184 aus elektrisch isolierendem Material greift telcskopartig über das rechte Ende des Wellenansatzes 170 und ist mit einer Reihe von radial verlaufenden, am Umfang angebrachten RippenSS that separates the spring from the magnet 176. A socket 184 made of electrically insulating material engages like a telescope over the right end of the Shaft shoulder 170 and has a series of radially extending circumferential ribs versehen, die einen axialen Abstand voneinander aufweisen und Leitungen, z. B. 186, zum Anschluß des Motors 164 an die Leitungen 188 aufnehmen, die sich von den Leitungen 186 durch ein Rohr 190 zu einem elektrischen Anschluß 192 am Gehäuse 150 er-provided which have an axial distance from each other and lines, z. B. 186, to connect the Motor 164 to lines 188, which extend from lines 186 through a pipe 190 to an electrical connection 192 on the housing 150

6s strecken. Das Rohr 190 führt auch die Drähte von6s stretch. The tube 190 also carries the wires from der Aufnahmevorrichtung 173 zum Anschluß 192.the receptacle 173 to the connector 192.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung undAs from the previous description and

der F i g. 3 der Zeichnung ersichtlich, wird das Ge-the F i g. 3 can be seen in the drawing, the

häusc 158 flüssigkeitsdicht ausgeführt, so daß der Eintritt von Flüssigkeit in das Gehäuse und eine Berührung mit dem Motor und anderen Einrichtungen im Gehäuse vermieden wird.häusc 158 made liquid-tight, so that the entry of liquid into the housing and contact with the motor and other devices in the housing is avoided.

Ein ablenkbares Gehäuse 194, das an den entgegengesetzten Enden auf Lagern abgestützt ist, deren innere Laufringe auf den Wellenansätzen 160 und 162 des festen Gehäuses 158 befestigt sind, ist konzentrisch zu dem festen Gehäuse 158 angeordnet. Das ablenkbare Gehäuse 194 trägt in der Nähe des rechten Endes Magneten 196, die mit den Magneten 176 am Wcllcnansatz 170 des Motorgehäuses 166 zusammenwirken, um eine Ablenkung des Motorgehäuses 166 in Abhängigkeit von der Ablenkung des ablenkbaren Gehäuses 194 zu bewirken. Teleskopartig über »5 und koaxial zu dem ablenkbaren Gehäuse 194 wird ein Beschlcimigungsrad 198 durch Lager 200, 202 getragen, deren innere Laufringe am ablenkbaren Gehäuse 194 angebracht sind. Das Beschleunigungsrad trägt Magneten 204, die mit den Magneten 206 zusammenwirken, weiche von einer Antriebswelle 208 des Motors 164 getragen werden, so daß eine Erregung des Motors mit der entsprechenden Drehung der Magneten 206, die im Inneren des Gehäuses 158 vorgesehen sind, eine Drehung des Beschleunigungsradcs bewirkt. Der Antrieb ist ähnlich der bereits beschriebenen Antriebsvorrichtung so ausgelegt, daß eine Reihe -von kreisförmig angeordneten länglichen Durchflußwegen 210 konzentrisch innerhalb des Gehäuses 150 vorgesehen sind und parallel zur Achse des Antriebs verlaufen. Eine zylinderförmige Ummantelung 212 liegt koaxial über dem Antrieb dicht an seiner äußeren Wandung und der Innenwandung des Gehäuses 150. Die Ummantelung 212 wird am einen Ende frei tragend durch Streben 214 getragen, die in radialer Richtung ins Innere der Ummantelung verlaufen und an ihren inneren Enden starr am ablenkbaren Gehäuse 194 befestigt sind. Die Gcsamtwirkungswejse des DrchmomcntdurchMußmessers nach FJg. 3 ist ähnlich der des beschriebenen Durchflußmcssers, wobei das Beschleunigungsrad die Flüssigkeit, die durch ein Ende des Durchflußmessers eingeführt wird, beschleunigt, so daß der Flüssigkeit um die Achse des Antriebs ein Drehmoment erteilt wird. Die Reibungsfehlerdrehmoiiiente des Antriebs, die durch die Lager 200. 202 verursacht weiden, werden direkt auf das ablenkbare Gehäuse 194 in der gleichen Richtung wie die Beschlcunigungsraddrehung übertragen. In entsprechender Weise wirken die Viskositätsfchlerdrehniomcntc am Beschlcunigungsrad über die Ummantelung 212 direkt auf das ablenkbare Gehäuse 194 in der gleichen Richtung wie die Beschlcunigungsraddrehung zurück. Das ablenkbare Gehäuse 194 will sich in entsprechender Weise unter Einwirkung dieser Fehlerdrehmomente in der gleichen Richtung wie das Beschleunigungsrad drehen. Die magnetische Kopplung des ablenkbaren Gehäuses mit dem Wcllenansatz 170 des Motorgehäuses 166 überträgt das Fehlerdrehmoment von dem ablenkbaren Gehäuse 194 zum Motorgehäuse 166, so daß dieses in Drehrichtung des Beschleunigungsrades umzulaufen versucht, wobei das Drehmoment proportional den Fehlerdrehmomenten ist. Das Reaktionsdrehmoment auf das Motorgehäuse 166 entsprechend der Drehung des Beschleunigungsrades 210 will eineDrehung des Motorgehäuses in einer Richtung entgegengesetzt zu der des ablenkbaren Gehäuses 194 bewirken, und zwar um einen Betrag, der proportional dem Gesamtdrehmoment, das dem Beschleunigungsrad zugeführt wird, ist. Die resultierende Ablenkung des Motorgehäuses enthält also nicht die Fehlerdrehmomente, die durch Reibung und Viskositätsschubkräfte auf das Beschlcunigungsrad auftreten.A deflectable housing 194 supported at opposite ends on bearings, their inner races mounted on shaft lugs 160 and 162 of fixed housing 158 is concentric arranged to the fixed housing 158. The deflectable housing 194 carries near the right one End magnets 196, which interact with magnets 176 on toilet attachment 170 of motor housing 166, to deflect the motor housing 166 in response to the deflection of the deflectable To effect housing 194. Telescopically over »5 and coaxial with the deflectable housing 194 an acceleration wheel 198 through bearings 200, 202 with their inner races attached to deflectable housing 194. The acceleration wheel carries magnets 204, which cooperate with magnets 206, off a drive shaft 208 of the motor 164 are carried so that an excitation of the motor with the corresponding rotation of the magnets 206 provided inside the housing 158, one rotation of the accelerator wheel causes. The drive is designed similar to the drive device already described so that a series of circularly arranged elongate flow paths 210 concentrically within the housing 150 are provided and run parallel to the axis of the drive. A cylindrical casing 212 lies coaxially above the drive close to its outer wall and the inner wall of the housing 150. The casing 212 is cantilevered at one end by struts 214, which run in the radial direction into the interior of the casing and rigidly deflectable at their inner ends Housing 194 are attached. The overall effect of the torque diameter must according to Fig. 3 is similar to that of the flow meter described, wherein the accelerator wheel carries the liquid introduced through one end of the flow meter is accelerated, so that the liquid is given a torque about the axis of the drive. The frictional error torque of the drive caused by the bearings 200, 202 are directly onto deflectable housing 194 in the same direction as the acceleration wheel rotation transfer. The viscosity variators act in a corresponding manner on the acceleration wheel via the shroud 212 directly onto the deflectable housing 194 in the same direction as the acceleration wheel rotation back. The deflectable housing 194 will in a corresponding manner under the action of these error torques in the same Rotate direction like the accelerator wheel. The magnetic coupling of the deflectable housing with the shaft boss 170 of the motor housing 166 transfers the fault torque from the deflectable Housing 194 to motor housing 166, so that it can rotate in the direction of rotation of the acceleration wheel tried, the torque being proportional to the error torques. The reaction torque on the motor housing 166 corresponding to the rotation of the acceleration wheel 210 wants to rotate cause the motor housing in a direction opposite to that of the deflectable housing 194 by an amount proportional to the total torque delivered to the accelerator wheel will is. The resulting deflection of the motor housing does not contain the error torques, which occur through friction and viscosity thrust forces on the acceleration wheel.

Wie der F i g. 3 zu entnehmen ist, kann das Drehmoment auf das ablenkbare Gehäuse 194 als Ergebnis der Viskositätsschubkräfte am Beschleunigungsrad und der Ummantelung 212 einen Wert annehmen, der etwas höher liegt als das tatsächliche Viskositätsfehlerdrehmoment auf das Beschleunigungsrad, und zwar entsprechend derDiiTerenz der Radien zwischen der Ummantelung und dem Beschleunigungsgrad. Des weiteren bewirkt während der Drehung eines Beschleunigungsrades der dargestellten Art die Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeit in der Nähe der inneren Wandung des Beschlcunigungsrades und der Flüssigkeit in der Nähe der äußeren Wandung des Beschleunigungsradcs eine Zirkulation der Flüssigkeit in einer Richtung, die durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist. Diese induzierte Bewegung der Flüssigkeit wird oft als RauchringefTekt bezeichnet, und dieser Effekt sucht eine Kopplung zwischen denVAntrieb und den nächstliegcnden Durchflußrippen zu be- ' wirken, wodurch ein Fehler im Abgabesignal des Drehmomentdurchflußmessers auftreten kann. In entsprechender Weise kann die Gesamtlänge der Ummantelung festgelegt werden, um den Rauchringeffekt und die Differenz der Radien zwischen der Ummantelung und dem Beschlcunigungsrad zu kompensieren, so daß diese Fehler vom Ausgangssignal eliminiert werden. Durch entsprechende Festlegung der Ummantelungslänge kann das Maß der Über- oder Unterkompensation eingestellt werden.As the fig. 3, the torque on the deflectable housing 194 can be seen as a result the viscosity thrust forces on the acceleration wheel and the casing 212 assume a value, which is slightly higher than the actual viscosity error torque on the accelerator wheel, and according to the difference of the radii between the casing and the degree of acceleration. Of further causes the pressure difference during the rotation of an acceleration wheel of the type shown between the liquid near the inner wall of the acceleration wheel and the Liquid near the outer wall of the acceleration wheel causes the liquid to circulate in a direction which is indicated by the arrows in FIG. 3. This induced movement of the liquid is often referred to as the smoke ring effect, and this effect seeks a coupling between the drives and to cause the closest flow ribs, whereby an error in the output signal of the Torque flow meter can occur. In a corresponding manner, the total length of the jacket can be set to the smoke ring effect and the difference in radii between the cladding and the acceleration wheel so that this eliminates errors from the output signal will. By appropriate definition of the sheath length, the extent of the over or Undercompensation can be set.

Claims

Patent claims:

1. Torque flow meter, in which the acceleration wheel through which the medium flows is driven by the rotor of an electric motor and the torque given to the medium by the rotation of the acceleration wheel is determined from the angular deflection of the stator of the electric motor, which responds to the reaction torque and which is rotatably suspended in the stationary housing of the flow meter and counter to the direction of rotation of the rotor and acceleration wheel can be deflected against a spring, the deflection being a measure of the mass flow rate of the medium, characterized in that the stator (18, 166) for supporting both the rotor (32) and the acceleration wheel (32 to 39, 198) is used and that a rotatable casing (40, 212) coaxially surrounding the acceleration wheel is arranged at such a small distance from its circumference and connected to the stator (18,166) in such a way that the error torque caused by the viscosity of the medium (T _v ) on the circumference de s acceleration wheel acts on this via the thin layer of medium between the acceleration wheel and the casing and is transferred to the stator in the opposite direction to the reaction torque (T ₁₁ ).

2. Torque flow meter according to claim 1, characterized in that the rotor

009 636/28

(32) of the electric motor itself is designed as an acceleration wheel (32 to 39) and the stator (18) forms the casing (40).

3. Torque flow meter according to claim 1 and 2, characterized in that the counter to the deflection of the stator (18,166)

1010

acting force through an elongated hollow glicd, preferably wound in the form of a spiral spring (50) is made of elastic material, which inside at least one part the supply lines (52) for the electrical devices of the flow meter.

1 sheet of drawings