DE19529396A1 - Meßvorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung nach Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind Meßvorrichtungen der gattungsgemäßen Art aus der DE-PS 32 36 392. Hierbei wird zur Messung ein in einem Meßraum befindlicher Rotor verwendet. Ein definiertes, konstantes Volumen wird in einem Meßraum eingeschlossen, vom Einlaß zum Auslaß befördert und auf diese Art und Weise der Rotor in Bewegung gebracht. Die Rotordrehung bzw. Umdrehungszahl ist die der Flußmenge proportionale Meßgröße.

Eine weitere Durchflußmeßvorrichtung zeigt die DE-OS 33 09 553. Im Inneren eines biegeelastischen Rohres ist ein biegeelastischer Streifen angeordnet. Dehnmeßstreifen auf diesem messen die Verbiegung und führen sie einer Auswerteelektronik zu.

In der DE-OS 32 31 928 werden ein Verfahren und eine Meßvorrichtung beschrieben. Dabei erfolgt über einen temperaturabhängigen Widerstand im Strömungsquerschnitt die Messung der strömenden Mediummasse und über mindestens einen Dehnmeßstreifen die Ermittlung der Strömungsrichtung. Der Dehnmeßstreifen befindet sich auf einem Federkörper und ist gehäusefest eingespannt. An diesem Federkörper ist ein Staukörper befestigt. Dieser Staukörper und der durch den Staukörper überdeckte Bereich des Federkörpers werden von der Mediumströmung beaufschlagt.

Nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist der hohe materielle Aufwand der Meßvorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zur Messung der Durchflußmenge derart weiterzubilden, daß die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können, ohne dies mit einer Verringerung der Meßgenauigkeit und erhöhtem Verschleiß zu erzielen.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale. Erfindungsgemäß werden dabei die Dehnmeßstreifen direkt auf eine vom Medium beaufschlagte biegeelastisch gestaltete Platte aufgebracht. Dadurch verringert sich der notwendige Materialaufwand, da die Dehnmeßstreifen die Durchflußmessung direkt vornehmen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen ausgeführt.

Die Biegeelastizität der Platte wird durch zwei miteinander wirkende, ineinander liegende Schnitte gestaltet. Dadurch wird eine große Angriffsfläche zur Durchflußmessung erreicht, so daß ein kleines Spiel der Schnitte zwischen den beiden Biegebalken hohe Meßgenauigkeiten bei kleinen Flußmengen, beispielsweise 0-0,1 mbar erzielt.

Des weiteren ist der Einsatz von Keramik als Dehnmeßstreifentrageelement im Werkstoffverhalten hochgradig linear, so daß auch hierbei Ungenauigkeiten ausgeschlossen werden.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die so gestaltete Meßvorrichtung als eigener Überlastschutz wirkt. Bei steigender Durchbiegung der beiden Biegebalken wird die Spaltbreite an den Schnitten vergrößert, so daß die erhöhte Flußmenge ohne Zerstörung der Meßvorrichtung fließen kann.

Anhand eines vorzugsweisen Ausführungsbeispieles soll die erfinderische Lösung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Anordnung der Meßvorrichtung in einem Meßkanal,

Fig. 2 einen in den Fig. 1 und 4 mit II gekennzeichneten Teilschnitt mit Dastellung der zur Durchflußmessung dienenden Platte,

Fig. 3 die Fig. 2 mit einer Anordnung von Dehnmeßstreifen auf der Platte,

Fig. 4 eine weitere Anordnungsvariante der zur Durchflußmessung dienenden Platte im Meßkanal.

Fig. 1 verdeutlich ein Gehäuse 1, beispielsweise ein Abgasrohr, einer nicht dargestellten Abgasanlage. Darin befindet sich eine von einem Meßvorrichtungsgehäuse 3 umgebene Platte 4, aus Metall oder Keramik, vorzugsweise aus Al₂O₃-Keramik. Dabei wird die Platte 4 von diesem Meßvorrichtungsgehäuse 3 gehalten, welches schlüssig im Gehäuse 1 angebracht ist. Die Schlüssigkeit ist mittels einem nicht näher dargestellten Adapter realisierbar.

In die in Fig. 2 dargestellte Platte 4 sind beispielsweise mittels Laser zwei miteinander wirkende, ineinanderliegende Schnitte 5, 6, vorzugsweise im µm-Bereich eingebracht, so daß die Platte 4 biegeelastisch und federnd gestaltet wird. Ein äußerer Schnitt 5 ist dabei einem inneren Schnitt 6 um 180° entgegenlaufend. Beide Schnitte 5, 6 sind im wesentlichen U-förmig in die biegeelastisch gestaltete Platte 4 eingearbeitet. Bedingt durch die Schnittform der Schnitte 5, 6 ist die biegeelastisch gestaltete Platte 4 in einen inneren 7 und äußeren 8 Biegebalken geteilt, wobei beide Biegebalken 7, 8 aber miteinander über zwei kleinere obere 9 und zwei kleine untere 10 nicht geschnittene Bereiche verbunden bleiben.

Fig. 3 zeigt, daß in diesen vier federnden Bereichen 9, 10 vier Dehnmeßstreifen 11 bis 14 nach bekannten hier nicht näher beschriebenen Verfahren aufgebracht sind. An den Dehnmeßstreifen 11 bis 14 befinden sich Leitungszüge 15, die ebenfalls nach bekanntem Verfahren auf die biegeelastisch gestaltete Platte 4 aufgebracht werden. Eine Kontaktierung der Dehnmeßstreifen mit angelöteten Drähten ist ebenfalls möglich.

Diese Meßvorrichtung arbeitet wie folgt:
Durch das Meßvorrichtungsgehäuse 3 fließt ein Medium in eine vom Pfeil 2 angedeutete Richtung. Die durch das Medium beaufschlagte biegeelastisch gestaltete Platte 4 wird derart belastet, daß das auf den inneren Biegebalken 7 wirkende Medium den inneren 7 und den äußeren 8 Biegebalken zueinander verstellt. Dies erfolgt im Verlauf des inneren 6 und äußeren 5 Schnittes. In den nicht geschnittenen Bereichen 9, 10, die die Biegebalken 7, 8 miteinander verbinden, erfolgt eine mechanische Beanspruchung, die auch auf die Dehnmeßstreifen 11 bis 14 wirkt. Dabei wird der obere des den inneren 7 mit dem äußeren 8 Biegebalken verbindende Bereich gestaucht, der untere gedehnt, d. h. die Stauchung wirkt auf die oberen Dehnmeßstreifen 11, 13 widerstandsreduzierend, die Dehnung auf die unteren Dehnmeßstreifen 12, 14 widerstandserhöhend. Bedingt durch die Verschaltung der Dehnmeßstreifen 11 bis 14 zu einer Wheatstoneschen Brücke und der damit bekannten Wirkungsweise wird ein aus der Brückenungleichheit resultierendes Signal, an einen nicht näher dargestellten Verstärker, der auf dem inneren Biegebalken 7 angebracht sein kann, gegeben. Dieses verstärkte Signal wird einer nicht näher dargestellten bekannten Regeleinrichtung aufgeschaltet. Eine Regelung des Durchflusses des strömenden Mediums erfolgt auf herkömmliche Weise.

Durch die Polarität des verstärkten Signals ist auch die Durchflußrichtung ermittelbar. Wie Fig. 4 als weitere Anordnungsvariante zeigt, wird die biegeelastisch gestaltete Platte 4 auch ohne Meßvorrichtungsgehäuse 3 direkt im Gehäuse 1 mittels bekannten Einspann- oder Befestigungsvorrichtungen 16 befestigt. Auch hierbei ist eine Schlüssigkeit zum Gehäuse 1 mittels einem nicht näher dargestellten Adapter realisierbar.

Claims (8)

1. Meßvorrichtung zur Messung der Durchflußmenge eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden Mediums mittels Dehnmeßstreifen (11 bis 14), dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnmeßstreifen (11 bis 14) auf einer biegeelastisch gestalteten Platte (4), die durch das strömende Medium (1) beaufschlagt wird, aufgebracht sind.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegeelastisch gestaltete Platte (4) zwei miteinander wirkende, ineinander liegende Schnitte (5, 6), die einen inneren Biegebalken (7) und einen äußeren Biegebalken (8) schaffen, aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte (5, 6) als innerer (6) und äußerer (5) Schnitt, jedoch um 180° gegeneinander, im wesentlichen U-förmig verlaufen.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte (5, 6) nicht geschnittene Bereiche (9, 10) aufweisen, durch die der innere Biegebalken (7) und der äußere Biegebalken (8) miteinander verbunden bleiben.

5. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnmeßstreifen (11 bis 14) jeweils im nicht geschnittenen Bereich (9, 10), der den inneren Biegebalken (7) mit dem äußeren Biegebalken (8) verbindet, angeordnet sind.

6. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die, durch Durchbiegung des inneren Biegebalkens (7) und des äußeren Biegebalkens (8), an dem inneren Schnitt (6) und äußeren Schnitt (5) entstehende Spaltbreite als eigener Überlastschutz wirkt.

7. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die biegeelastisch gestaltete Platte (4) aus Metall oder Keramik besteht.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatte vorzugsweise aus Al₂O₃ besteht.