DE19521381A1 - Volumenstrommeßgerät - Google Patents
VolumenstrommeßgerätInfo
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- G01F1/05—Measuring 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
- G01F1/20—Measuring 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 by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/28—Measuring 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 by detection of dynamic effects of the flow by drag-force, e.g. vane type or impact flowmeter
Description
Die Erfindung betrifft ein Volumenstrommeßgerät für Hydraulik
systeme mit hohen dynamischen Drücken zur Erfassung von sta
tischen und dynamischen Volumendurchflüssen, mit einer im Strö
mungskanal eines Meßgehäuses angeordneten Biegezunge als
Meßwertgeber, auf der sich ein Biegemeßstreifen befindet.
Einrichtungen zur Messung der Durchflußmengen von Flüssigkeiten
oder Gasen in Strömungskanälen, welche nach den unterschied
lichsten physikalischen Prinzipien arbeiten, sind seit langem
bekannt. Die einfachsten Geräte dieser Art bestehen aus einer
Blende in einem Meßrohr, wobei vor und hinter der Blende je
weils der Druck genießen wird. Die sich ergebende und gemessene
Druckdifferenz läßt den Schluß auf die durchfließende Menge
zu. Bei dieser an sich einfach aufgebauten Meßvorrichtung ist
jedoch die gleichzeitige Messung von zwei Drucken erforderlich,
aus denen die Differenz zu bilden ist.
Die gezielte Einschnürung einer Strömung mit Hilfe eines
Venturirohres wird, in ähnlicher Weise wie bei einer Blende,
zur Erzeugung einer Druckdifferenz verwendet. Der Meßbereich
einer solchen Vorrichtung ist relativ gering, wobei auch hier
zwei Drücke zu messen sind.
Eine weitere Gruppe von Volumenmeßeinrichtungen arbeitet nach
dem Prinzip einer Turbine. Die durch die Strömung bewirkte
Drehzahl ihrer Schaufeln ist ein Maß für den zu messenden
Volumenstrom. Während die zuvor genannten Meßgeräte praktisch
keinem Verschleiß unterworfen sind, ist, bedingt durch die sich
drehenden Elemente einer Turbine, der verschleiß relativ groß.
Der Aufwand zur Herstellung einer solchen Meßturbine ist sehr
hoch, ihre Eichung, die in gewissen Abständen zu wiederholen
ist, ist aufwendig, und ihr Meßbereich ist relativ klein.
Aus der DE 30 44 210 A1 ist eine Einrichtung zum Messen von
Durchflußmengen fluidischer Stoffe bekannt, bei der ein Meß
wertgeber einen unter Strömungsbedingungen elastisch verform
baren Meßkörper aufweist, der in seiner Verformungszone einen
oder mehrere Dehnungsmeßstreifen trägt, deren Widerstands
änderungen in Abhängigkeit von Strömungsgeschwindigkeit bzw.
-menge als Meßsignal für die Auswerteeinrichtung dienen.
Eine weitere Einrichtung zum Messen von Durchflußmengen geht
aus der DD 2 70 758 hervor, bei der eine Biegezunge mit Dehn
meßstreifen versehen ist, welche quer zur Strömungsrichtung
des Fluids drehbar ausgebildet ist.
In beiden Fällen sind die Dehnmeßstreifen auf dem verformbaren
Meßwertgeber aufgeklebt und für die Durchführung der elek
trischen Leiter vom Druckraum des Systems zum Außenraum mit
Atmosphärendruck müssen besondere Vorkehrungen getroffen, wie
beispielsweise Glasdurchführung. Die Dehnmeßstreifen sind dem
vollen Aufprall des Fluids ausgesetzt und damit sowohl dem
mechanischen als auch dem chemischen Einfluß unterworfen. Eine
kritischen Durchführung der elektrischen Leiter vom Druck- zum
Atmosphärenraum begrenzt den Einsatz der Meßvorrichtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor
richtung zur Volumenstrommessung in einem hydraulischen System
für hohe und höchste Drücke vorzuschlagen, welches kompakt
aufgebaut ist, einen großen Meßbereich aufweist und mit großer
Genauigkeit arbeitet.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs
aufgeführten Volumenstrommeßgerät die Biegezunge integraler
Bestandteil eines als Scheibe ausgebildeten profilierten Meß
ringes ist, welche in der Ringöffnung der Scheibe radial
symmetrisch angeordnet ist, daß der Meßring sich in einer Pas
sung des Meßgehäuses befindet und daß die in Dünn- bzw. Dick
schichtechnik auf der Biegezunge ausgebildete Widerstands
schaltung einer aktiven Meßbrücke mit Temperaturfühler
Leitungsführungen ihrer Leiterbahnen aufweist, welche mittels
O-Ringdichtungen der Scheibe aus dem druckbeaufschlagten
Strömungskanal geführt sind.
Danach besteht der Meßwertgeber, daß heißt die Biegezunge und
die Meßscheibe aus einem Stück, wobei normale O-Ringdichtungen
diese sicher und einfach abdichten und zwar auch an den Stellen
der Durchführung der elektrischen Leiter. Die Meßscheibe weist
in der Passung einen sicheren Sitz auf.
Nach der Erfindung ist die Verstärkerschaltung der Meßbrücke
auf der Meßscheibe unmittelbar außerhalb des druckbeauf
schlagten Strömungskanals angeordnet. Hierdurch ergeben sich
kurze Leitungsverbindungen zur Meßzunge und die Meßsignale
werden noch in dem Volumenstrommeßgerät verstärkt zur Meßaus
wertestation übertragen. Damit wirken sich außerhalb des
Systems auftretende Störungen auf die verstärkten Signale nicht
oder nur gering aus.
In vorteilhafter Weise ist ein Teil des Brückenarmes der Meß
brücke auf der Biegezunge im druckbeaufschlagten Teil der
Meßscheibe angeordnet, während sich der übrige Teil der Meß
brücke unmittelbar außerhalb des druckbeaufschlagten Teils der
Meßscheibe befindet. Damit befindet sich die gesamte Schaltung
auf der Meßscheibe, jedoch in unterschiedlichen Bereichen,
getrennt durch die O-Ringdichtung.
Die Verstärkerschaltung weist vorteilhaft eine Hybrid- oder
Asic-Schaltung auf, welche für Linearisierungsfunktionen
programmierbar ist.
Die Brückenelemente der Meßbrücke sind vorteilhaft durch eine
schutz-Glasschicht gegen die mechanischen und chemischen Ein
wirkungen des Fluids im Meßkanal gesichert, wobei jedoch die
Biegefähigkeit der Biegezunge nicht wesentlich beeinflußt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Meßgehäuse als ein
zweiteiliges Schraubgehäuse ausgebildet, wobei die innere Stoß
stelle der Schraubteile die Passung zur Aufnahme der Meßscheibe
aufweist. Damit wird die Montage der Meßzelle wesentlich ver
einfacht und die Meßscheibe erhält einen festen und definierten
Sitz.
Die Meßscheibe ist im Meßkanal symmetrisch angeordnet, so daß
ein reversibler Meßbetrieb bei gleicher Meßgenauigkeit gewähr
leistet ist.
Dem Meßkanal ist ferner eine Prallscheibe vor- und nach
geschaltet. Diese Prallscheibe hat die Aufgabe, die Biegezunge
vor mechanischer Überlastung zu schützen, wenn im Betrieb
hydraulische Stöße durch z. B. schnelle Ventilschaltungen
auftreten, die wiederum zu Druckreflexionen führen. Die
Reflexionswelle im Strömungskanal wird durch diese Prall
scheiben in ihrer Wirkung gebrochen bzw. gedämpft. Die Form
der Prallscheibe ist den Strömungsgegebenheiten anzupassen.
Durch die engen Lage- und Formtoleranzen der Meßscheibe mit
integrierter Biegezunge und die radial symmetrische Anordnung
im Meßgehäuse ist eine einfache Kalibrierung mittels definier
ten Gewichtskräften auf die Biegezunge serienmäßig durch
zuführen, womit eine kostenaufwendige Naßkalibrierung entfällt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Volumenstrommeßge
rät mit Meßleitungsanschluß;
Fig. 2 einen Teilschnitt nach Fig. 1 in Höhe der
Biegezunge;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Meßscheibe
a) im Querschnitt und
b) in Draufsicht und
a) im Querschnitt und
b) in Draufsicht und
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch den Befestigungs
bereich der Meßscheibe.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Volumenstrommeß
gerät 1 mit seinem Meßleitungsanschluß, welcher zu einer nicht
dargestellten Auswertestation führt. Das Volumenstrommeßgerät
1 besteht aus zwei Schraub-Gehäuseteilen 3 und 4 zwischen denen
die Meßscheibe 5 in der Passung 6 gelagert ist. Die Gehäusetei
le 3 und 4 sind jeweils mit einer Prallscheibe 7 und 8 ver
sehen. Die Meßscheibe 5 ist beidseitig durch O-Ringdichtungen
9 und 10 zwischen den Gehäuseteilen 3 und 4 abgedichtet.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach Fig. 1 in Höhe der
Biegezunge 11, welche integraler Bestandteil der Meßscheibe
5 ist. Der O-Ring 9 teilt die Meßscheibe 5 in einen inneren
und einen äußeren Bereich 12 bzw. 13 auf, wie am besten aus
Fig. 3b zu entnehmen ist. Der innere Bereich 12, welcher dem
druckbeaufschlagten Meßraum zugeordnet ist, enthält auf der
Biegezunge 11 im Zentrum einen Temperaturfühler RT und im
Bereich des größten Biegegradienten der Biegezunge 11 die
Meßbrückenteile R1 und R2. Die Brückenteile R3 und R4 liegen
dagegen im Außenbereich 13 der Meßscheibe 5.
Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, weist die Biegezunge 11 an
ihrer Verbindung zum inneren Bereich 12 der Meßscheibe 5 eine
verdünnte Zone 14 auf, so daß dadurch die Auslenkung der
Biegezunge 11 und damit Empfindlichkeit wesentlich verbessert
wird.
Die Schaltung auf der gesamten Meßscheibe 5 wird mit Hilfe
einer an sich bekannten Dünn- und Dickschichttechnik auf getra
gen. Hierzu wird auf die Meßscheibe, welche vorzugsweise aus
Edelstahl besteht, eine stabile anorganische Isolierschicht
aufgetragen. Auf die Isolierschicht werden die Dehnmeßwider
stände mit Hilfe spezifischer Dünnfilmprozesse aufgebracht.
Diese bestehen vorzugsweise aus einer Nickel-Chromlegierung.
Diese Legierung wird als dünner Film abgeschieden. Danach
schließen sich die entsprechenden Strukturierungsprozesse zum
Aufbau der Schaltung an, im vorliegenden Fall als Wheat
stone′sche Vollbrücke als aktives Element mit der zuvor
angegebenen Anordnung der einzelnen elektronischen Bausteine.
Zum mechanischen und chemischen Schutz der Elemente wird die
gesamte Schaltung mit einer besonderen Glasschicht beschichtet,
ohne daß die Biegeeigenschaften wesentlich beeinflußt werden.
Claims (9)
1. Volumenstrommeßgerät für Hydrauliksysteme mit hohen
dynamischen Drücken zur Erfassung von statischen und
dynamischen Volumendurchflüssen, mit einer im Strö
mungskanal eines Meßgehäuses angeordneten Biegezunge
als Meßwertgeber, auf der sich ein Biegemeßstreifen
befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegezunge
(11) integraler Bestandteil eines als Scheibe ausgebil
deten profilierten Meßringes (5) ist, welche in der
Ringöffnung der Scheibe radialsymmetrisch angeordnet ist,
daß die Meßringscheibe (5) sich in einer Passung (6) des
Meßgehäuses (3, 4) befindet und daß die in Dünn- bzw. Dick
schichtechnik auf der Biegezunge (11) ausgebildete Wi
derstandsschaltung einer aktiven Meßbrücke mit Tempe
raturfühler Leitungsführungen ihrer Leiterbahnen aufweist,
welche mittels O-Ringdichtungen (9) der Meßringscheibe
aus dem druckbeaufschlagten Strömungskanal geführt sind.
2. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstärkerschaltung der Meßbrücke auf
der Meßringscheibe (5) unmittelbar außerhalb des druck
beaufschlagten Strömungskanals angeordnet ist.
3. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil des Brückenarmes der Meß
brücke auf der Biegezunge (11) im druckbeaufschlagten Teil
der Meßringscheibe (5) angeordnet ist, während sich der
übrige Teil der Meßbrücke unmittelbar außerhalb des
druckbeaufschlagten Teils der Meßringscheibe (5) befindet.
4. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstärkerschaltung als Hybrid- oder Asic-Schaltung
ausgebildet ist.
5. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Brückenelemente der Meßbrücke durch eine Schutz-Glas
schicht gegen die mechanischen und chemischen Einwirkungen
des Fluids im Meßkanal gesichert sind.
6. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßgehäuse als ein zweiteiliges Schraubgehäuse (3, 4)
ausgebildet ist, wobei die innere Stoßstelle der Schraub
teile die Passung (6) zur Aufnahme der Meßscheibe auf
weist.
7. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßscheibe (5) symmetrisch im Meßkanal angeordnet ist.
8. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Meßkanal eine Prallscheibe vor- und nachgeschaltet ist.
9. Volumenstrommeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es
als eine kompakte Baueinheit mit Einschraubgewinde
ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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DE1995121381 DE19521381C2 (de) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | Volumenstrommeßgerät |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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DE19521381A1 true DE19521381A1 (de) | 1996-12-19 |
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Family
ID=7764212
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DE1995121381 Expired - Fee Related DE19521381C2 (de) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | Volumenstrommeßgerät |
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DE (1) | DE19521381C2 (de) |
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- 1995-06-12 DE DE1995121381 patent/DE19521381C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19521381C2 (de) | 2003-04-03 |
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Legal Events
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