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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
beispielsweise veranschaulicht sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um die Umlaufzahl des Umlaufkörpers 7 meßtechnisch auszuwerten, bieten
sich vorzugsweise die beiden Anordnungen gemäß Fig. 5 und 6 an.
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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.
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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.
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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.
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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.