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Die Erfindung betrifft ein Turbinenmeßwerk für Mengenmeßgeräte für
Flüssigkeiten, bei dem die das Meßwerk in Axialrichtung durchströmende Flüssigkeit
proportional zur Durchflußmenge ein Turbinenrad in Umdrehungen versetzt, das axial
verschiebbar in der Bohrung seines Gehäuses gelagert ist.
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Die Meßgenauigkeit von Turbinenmeßwerken ist vom Verhältnis der Umdrehungen
des Turbinenrades pro Einheit der die Turbine durchströmenden Flüssigkeitsmenge
abhängig, wobei dieses Verhältnis nur innerhalb eines begrenzten Bereiches der Durchflußmenge
pro Zeiteinheit ausreichend konstant ist.
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Bei der praktischen Verwendung der Turbinenmeßwerke benötigt man jedoch
einen Arbeitsbereich, der wesentlich größer ist als der Bereich mit nahezu konstantem
Verhältnis der Umdrehungszahl des Turbinenrades pro Einheit der das Turbinenmeßwerk
durchfließenden Flüssigkeitsmenge. Auf diese Weise entstehen bei den bekannten Turbinenmeßwerken
im Bereich kleiner und großer Durchflußmengen mehr oder weniger große Abweichungen,
die das Meßergebnis verfälschen.
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Bei den meisten Turbinenmeßwerken wird die Drehzahl des Turbinenrades
berührungslos mit magnetischen, induktiven oder ähnlichen Abtastern wegistiieint,
so daß vom Turbinenrad praktisch keine mechanische Arbeit für irgendwelche Antriebe
geleistet werden muß. Dennoch treten infolge der radialen und axialen Lagerreibung
Bremskräfte auf, die zu den obigen Abweichungen führen. So nehmen durch die dynamische
Kraft der durchströmenden Flüssiglie. t bç3olldeïs iîîl Bereich hO1lí 3DulcslfXuß
stärken die axialen Lagerverluste zu, so daß einmal durch das Abbremsen des Turbinenrades
und zurn anderen durch den hierdurch bedingten Flüssigkeitsschlupf das Meßergebnis
fehlerhaft wird.
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Aus diesen Gründen hat man versucht, diesen durch das System bedingten
Nachteil durch besonders leichtgängige, beispielsweise durchspülte Lager aufzufangen,
wobei jedoch kein wesentlicher Erfolg erzielt wurde. Darüber hinaus sind die hierbei
verwendeten Lager sehr empfindlich gegenüber mechamischer Beanspruchung und Verschmutzung
durch die zu messende Flüssigkeit, weshalb insbesondere durchspülte Lager häufig
zu Störungen führten.
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Es ist darüber hinaus bereits bekannt, das Turbinenrad eines Meßwerkes
zu einer konischen Bohrung des Gehäuses axial verschiebbar anzuordnen, wobei der
dynamischen Kraft der durchströmenden Flüssigkeit die Kraft einer Feder entgegengesetzt
wird. Durch eine derartige Anordnung ergibt sich zwar eine Vergrößerung des Arbeitsbereiches
in den Meßbereich niedriger Durchflußmengen pro Zeiteinheit hinein. Hierbei werden
jedoch Abweichungen innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches zugelassen: außerdem
ermöglicht diese Anordnung keine Erweiterung des Arbeitsbereiches im Hinblick auf
höhere Durchflußmengen.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Turbinenmeßwerk für Mengenmeßgeräte
für Flüssigkeiten zu schaffen, das innerhalb eines wesentlich erweiterten Arbeitsbereiches
genaue Meßergebnisse liefert und auf diese Weise die Nachteile der bekannten Meßgeräte
vermeidei.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
die axialen Kräfte des Turbinenrades über einen elektro-mechanischen Wandler einer
elektrischen Meßvorrichtung auf-
zugeben, durch deren Ausgangswert das Meßergebnis
eines die Drehzahl des Turbinenrades ermittelnden Impulsgebers korrigiert wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Wandler als piezo-elektrischer
Wandler ausgebildet und über ein Axiallager mit der Achse des Turbinenrades verbunden
sein.
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Mit dem Vorschlag der Erfindung wird ein Turbinenmeßwerk geschaffen,
das den durch die Verwendung eines Turbinenrades bedingten Nachteil ausschaltet,
der in dem sich ändernden Verhältnis der Umdrehungszahl des Turbinenrades pro Einheit
der das Turbinenmeßwerk durchfließenden Flüssigkeitsmenge zu sehen ist.
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Auf der Zeichnung ist in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Turbinenmeßwerkes mit der als Blockschaltbild dargestellten
elektronischen Schalteinrichtung dargestellt.
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Das Turbinenmeßwerk besteht im wesentlichen aus einem Turbinenrad
3, dessen Achse 2 in einem Gehäuse 1 mit zylindrischer Bohrung mittels zwei Radiallagern
4 drehbar gelagert ist. Am Gehäuse 1 ist weiterhin ein Impulsgeber 8 angeordnet,
dessen Impulse einem Meßgerät 9 zugeführt werden, dem eine Anzeigevorrichtung 10
nachgeschaltet sein kann.
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Die Achse 2 des Turbinenrades 3 ist um einen geringen Betrag axial
verschiebbar durch ein Axiallager 5 gelagert. Diesem Axiallager 5 ist ein elektromechanischer
Wandler 6 nachgeschaltet, dessen Ausgangswerte einer elektrischen Meßvorrichtung
7 zugeführt werden. Der Ausgangswert dieser elektrischen Meßvorrichtung wird dem
Meßgerät 9 aufgegeben und dazu benutzt, das Meßergebnis des die Drehzahl des Turbinenrades
3 ermittelnden Impulsgebers 8 zu korrigieren.
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Unter dem Einfluß der dynamischen Kraft der in Pfeilrichtung durch
das Gehäuse 1 strömenden Flüssigkeit erhält das Turbinenrad neben der Kraftkomponente
in Umfangsrichtung, die ein Drehmoment ergibt, eine Kraftkomponente in axiaier Richtung,
die von der Achse 2 auf das Axiallager 5 übertragen wird. Diese axiale Kraftkomponente
ist von der Durchflußmenge pro Zeiteinheit abhängig und wächst mit deren Zunahme.
Über das Axiallager 5 wird die axiale I Kraftkomponente einem elektro-mechanischen
Wandler 6 aufgegeben, der beispielsweise den piezo-elektrischen Effekt eines Kristalles
ausnutzt, um den auftretenden Lagerdruck in eine elektrische Größe, beispielsweise
eine Spannung, umzuwandeln. Diese elektrische Größe wird in der elektrischen Meßvorrichtung
7 entsprechend den Anforderungen des Meßgerätes 9 aufbereitet und zur Korrektur
der aus dem Impulsgeber 8 kommenden Meßsignale verwendet.
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Auf diese Weise ist es möglich, trotz des sich ändernden Verhältnisses
der Umdrehungszahl des Turbinenrades pro Einheit der das Turbinenmeßwerk durchströmenden
Flüssigkeitsmenge ein genaues Meßergebnis an Hand der Umdrehungen des Turbinenrades
zu ermitteln. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die axialen Lagerkräfte ins
Verhältnis zu den Abweichungen zu setzen, die vorher an Hand einer Vergleichsmessung
ermittelt wurden.