DE1648037B1 - Stroemungsmesser fuer Fluessigkeiten und Gase - Google Patents

Stroemungsmesser fuer Fluessigkeiten und Gase

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DE1648037B1 DE19671648037 DE1648037A DE1648037B1 DE 1648037 B1 DE1648037 B1 DE 1648037B1 DE 19671648037 DE19671648037 DE 19671648037 DE 1648037 A DE1648037 A DE 1648037A DE 1648037 B1 DE1648037 B1 DE 1648037B1
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F9/00Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine
    • GPHYSICS
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/056Orbital ball flowmeters

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase, insbesondere zur Messung von kleinen Durchflußgeschwindigkeiten und -mengen, bestehend aus einem mit Ringkanal versehenen Gehäuse, einem etwa tangential zum Ringkanal gerichteten Einlaß, einem Auslaß, einem dem Ringquerschnitt angepaßten, frei beweglichen kugelförmigen Umlaufkörper und einem die Umläufe des Umlaufkörpers erfassenden Detektor.
  • Die bisher bekanntgewordenen Strömungsmesser der vorgenannten Art haben den Nachteil, daß sie bisher als Umlauflrörper eine Kugel aus magnetisierbarem Material verwendeten. Hieraus resultiert, daß die Messung außer durch Schwerkrafteinflüsse auch noch durch Trägheitskräfte beeinträchtigt wird.
  • Somit wird der Strömungsmesser auch je nach Einbaulage unterschiedliche Meßcharakteristiken erhalten. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich verständlicherweise vor allem dann, wenn der Strömungsmesser Maschinenschwingungen ausgesetzt wird oder in ein Fahrzeug eingebaut ist.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis des Erfinders, daß man die Strömungsgeschwindigkeit in einem Ringwirbel nur dann mit sehr großer Genauigkeit durch einen Umlaufkörper reproduzieren kann, wenn das Strömungsbild nicht durch Schwerkraft- und Trägheitskräfte gestört wird. Basierend auf dieser Erkenntnis ist ein Strömungsmesser der einleitend genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper aus einem Material besteht, welches im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht hat wie das zu messende Strömungsmittel.
  • Folgt man der erfindungsgemäßen Lehre, wird der Strömungsmesser völlig unempfindlich gegen Schwingungen und Beschleunigungen und erzeugt auch selbst im Betrieb keinerlei Schwingungen und Laufgeräusche. Mit dem Strömungsmesser können auch sehr genau dynamische Verläufe gemessen werden, da der Umlaufkörper momentan jede neue Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums annimmt. Zu erwähnen ist auch noch, daß der praktisch schwebende Umlaufkörper völlig reibungslos arbeitet, so daß sich eine längere Lebensdauer des Strömungsmessers ergibt.
  • Da die Zahl der Umläufe des Umlaufkörpers je Zeiteinheit ein Maß für die Strömungsgeschwindig keit bzw. bei vorgegebenem Querschnitt und Druck ein Maß für die durchgesetzte Strömungsmcnge ist, kommt es darauf an, die Umlaufzahl zu erfassen.
  • Dies kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß das Gehäuse mindestens in einem Teil des Ringkanals aus durchsichtigem Material besteht und zur Erzeugung elektrischer Impulse durch den Umlaufkörper an zwei gegenüberliegenden Stellen des Ringkanals eine Lichtquelle und eine Fotozelle angeordnet sind. Eine zweite Möglichkeit, aus dem Umlauf des Umlaufkörpers elektrische Impulse zu gewinnen, liegt darin, daß man in an sich bekannter Weise ein nichtmagnetisches Gehäuse verwendet und an gegenüberliegenden Stellen des Ringkanals die Enden eines Magnetkerns angreifen läßt, welcher als Impulsgeber eine Induktionswicklung trägt. Im letztgenannten Falle muß der Umlaufkörper einen magnetisierbaren Uberzug-tragen.
  • Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
  • Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf einen effindungsgemäßen Strömungsmesser, Fig.2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II der Fig. 1, Fig.3 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform eines Strömungsmessers, Fig.4 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV der F i g. 3 und Fig. 5 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsmesser mit einem aus Lichtquelle und Fotozelle bestehenden Impulsgeber.
  • Das Gehäuse des in den Zeichnungen dargestellten Strömungsmessers besteht aus zwei Platten 1 und 2, die mit Hilfe von Schrauben 3 miteinander plan aufeinanderliegend verbunden sind. An Stelle der Schraubverbindung kann selbstverständlich auch eine Klebverbindung treten. Das Material der beiden Platten 1 und 2 richtet sich nach den nachfolgend noch näher zu beschreibenden, anzuschließenden Anzeigegeräten. So eignet sich als Werkstoff für die beiden- Gehäuseplatten 1 und 2 Metall oder Kunststoff, wobei letzterer gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 mindestens teilweise durchsichtig ausgebildet ist.
  • An den einander gegenüberliegenden Innenflächen der beiden Platten 1 und 2 sind ringförmige Rinnen 4 bzw. 5 ausgebildet, die vorzugsweise einen halbkreisförmigen Querschnitt haben. Wenn die beiden Platten 1 und 2 aufeinanderliegen, bilden die beiden Rinnen 4 und 5 einen Ringkanal 6 für einen Umlaufkörper 7, bei dem es sich um eine Kugel oder aber auch, wie F i g. 3 zeigt, um einen Körper in Form eines Toroidabschnittes 7' handeln kann.
  • In einer der beiden Platten 1 und 2 befinden sich Anschlußbohrungen 8 und 9, über die das zu messende Strömungsmittel in den Ringkanal eingelassen wird und wieder abfließen kann. An die Bohrungen 8 und 9 schließen sich zweckmäßigerweise, wie in den Zeichnungen dargestellt, Anschlußstücke 10 und lt an, die als Einlaß und Auslaß zu bezeichnen sind. Die Bohrung 8 des Einlasses 10 ist etwa tangential auf die kreisförmig verlaufende Ringachse des Ringkanals 6 ausgerichtet. Die Bohrund 9 des Auslasses 11 liegt in Strömungsrichtung etwa 900 hinter dem Einlaß, sie ist aber tangential entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im Ringkanal 6 angestellt, so daß ausreichend Bewegungsenergie in den Ringkanal 6 gelangt. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 und 4 ist der Auslaß 11' in der Mitte des Ringkanals 6 angeordnet und über einen Radialkanal 12 angeschlossen.
  • Im Grunde kann der Ringkanal 6 einen beliebigen Querschnitt haben. Im Hinblick auf die Verwendung einer Kugel als Umlaufkörper 7 ist jedoch ein kreisförmiger Querschnitt vorzuziehen, zumal sich hierdurch die Bearbeitung des Gehäuses vereinfacht.
  • Erprobungen des erfindungsgemäßen Strömungsmessers haben ergeben, daß die Umlaufzahl des Umlaufkörpers 7 in der Zeiteinheit der Strömungsgeschwindigkeit weitgehend proportional ist. tJberraschenderweise konnte beispielsweise mit einem Gerät, etwa in der Größenordnung, die die Zeichnung zeigt, festgestellt werden, daß für einen Bereich von 1 l/h bis 151/h nur ein maximaler Meßfehler von 1,5 O/o entsteht.
  • Die Querschnittsfläche des Ringkanals 6 beträgt etwa das 10- bis l5fache vom Querschnitt des Einlaßkanals 8. Entsprechend dem Druckgefälle im Meßgerät kann die Bohrung 9 für den Auslaß 11 geringfügig größer dimensioniert werden, als die Bohrung 8 des EinlaßkanalslO.
  • Der Umlaufkörper besteht vorzugsweise aus Kunststoff, der im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht hat wie das zu messende Strömungsmittel. Auf diese Weise vermindert sich die Reibung zwischen den Wänden des Ringkanals 6 und der geringfügig kleiner dimensionierten Kugel 7 ganz erheblich, da praktisch die Kugel 7 in einem Schwebezustand gehalten wird. Dies hat auch zur Folge, daß der erfindungsgemäße Strömungsmesser lageunabhängig wird.
  • Zwischen den beiden Platten 1 und 2 ist, wie die Zeichnungen zeigen, ein Dichtungsring 13 angeordnet, der den Ringkanal 6 umgibt und in einer Ausnehmung in einer der beiden Platten 1 und 2 ruht.
  • Um die Umlaufzahl des Umlaufkörpers 7 meßtechnisch auszuwerten, bieten sich vorzugsweise die beiden Anordnungen gemäß Fig. 5 und 6 an.
  • Gemäß Fig. 5 bestehen die beiden Platten 1 und 2 des Gehäuses aus transparentem Kunststoff, beispielsweise Plexiglas. Genausogut könnte aber auch ein undurchsichtiges Gehäuse vorgesehen sein, welches lediglich in einem kleinen Abschnitt des Ringkanals 6 durchsichtig ausgebildet ist. An diesem durchsichtigen Bereich des Ringkanals 6 sind einander gegenüberliegend eine Lichtquelle 14 und eine Fotozelle 15 angeordnet. Eine kleine Blende 21 verhindert, daß das Licht der Lichtquelle 14 auch außerhalb des kleinen Meßabschnittes die Fotozelle 15 erreichen kann. Es ist offensichtlich, daß bei jedem Umlauf der I Kugel 7 der Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle 14 und der Fotozelle 15 einmal unterbrochen wird, so daß die Fotozelle 15 entsprechende Impulse erzeugt, die mit Hilfe einer elektronischen Schaltung 16 in eine Meßspannung umgewandelt werden können, die im Anzeigegerät 17 zur Anzeige kommt. Je nach dem Verwendungszweck kann das Anzeigegerät 17 unmittelbar in Strömungsgeschwin digkeiten oder in Strömungsmengen je Zeiteinheit geeicht werden.
  • Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß der erfindungsgemäße Strömungsmesser vorzugsweise so eingebaut wird, daß sich der Einlaß 10 oder Auslaß 11 an der am höchsten gelegenen Stelle befindet. Auf diese Weise wird bei der Messung von Strömungen in Flüssigkeiten eine Entlüftung des Strömungsmessers begünstigt. Der erfindungsgemäße Strömungsmesser ist für alle Arten von Flüssigkeiten und Gasen verwendbar. Gegenwärtig zeigen sich als bevorzugte Anwendungsgebiete die Verbrauchsmessung von Heizöl oder von Fahrzeugtreibstoffen.
  • So ist es beispielsweise möglich, den erfindungsgemäßen Strömungsmesser in einem Kraftfahrzeug einzubauen, wobei sich dann das Anzeigegerät so eichen läßt, daß es jederzeit den Benzinverbrauch je 100 km angibt. Weitere Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Strömungsmessers ergeben sich in der chemischen Industrie, wo sich die Möglichkeit gibt, einen Strömungsmittelverbrauch aus der Ferne sehr genau zu messen oder festzustellen, ob an irgendeiner Stelle ein Strömungsmittel abfließt oder eine Strömung aussetzt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, denn es können auch Einlaß und Auslaß an gleichen Stellen des Ringkanals in Form konzentrischer oder paralleler Röhren vorgesehen sein. Auch können die Querschnitte von Ringkanal, Einlaß und Auslaß variiert werden, beispielsweise so, daß die Flüssigkeit im Ringkanal als Schwungrad wirkt und die je Zeiteinheit umlaufende Flüssigkeitsmenge größer als die verbrauchte Menge ist.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase, insbesondere zur Messung von kleinen Durchflußgeschwindigkeiten und -mengen, bestehend aus einem mit Ringkanal versehenen Gehäuse, einem etwa tangential zum Ringkanal gerichteten Einlaß, einem Auslaß, einem dem Ringquerschnitt angepaßten frei beweglichen kugelförmigen Umlaufkörper und einem die Umläufe des Umlaufkörpers erfassenden Detektor, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper (7) aus einem Material besteht, welches im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht hat, wie das zu messende Strömungsmittel.
  2. 2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal einen kreisförmigen Querschnitt hat.
  3. 3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper aus Kunststoff besteht.
  4. 4. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei den Ringkanal (6) begrenzenden Gehäuseplatten (1, 2) ein den Ringkanal (6) umgebender Dichtungsring (13) angeordnet ist.
  5. 5. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) mindestens in einem Teil des Ringkanals (6) aus durchsichtigem Material besteht und zur Erzeugung elektrischer Impulse durch den Umlaufkörper (7) an zwei gegenüberliegenden Stellen des Ringkanals (6) eine Lichtquelle (14) und eine Fotozelle (15) angeordnet sind.
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