DE19839954C1 - Durchflußmesser - Google Patents

Abstract

Ein Durchflußmesser hat ein Gehäuse (1). In ihm sind ein Meßrotor (23) mit Markierungen (33) und eine optische Abtastvorrichtung (28) angeordnet, die in Abhängigkeit von den erfaßten Markierungen (33) Abtastsignale erzeugt. Zwischen Meßrotor (23) und Abtastvorrichtung (28) befindet sich eine durchsichtige Trennwand (31, 32). Auf der dem Meßrotor (23) zugewandten Seite der Trennwand (31, 32) ist eine Putzvorrichtung mit mindestens einem Putzelement (40, 41) angeordnet, wobei Putzelement und Trennwand relativ zueinander verschiebbar sind. Auf diese Weise kann der Durchflußmesser über eine längere Zeit mit geringer Leistung betrieben werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser mit einem Gehäuse, das einen in einer Fluidleitung an­ geordneten Meßrotor, der Markierungen trägt, und eine optische Abtastvorrichtung, die in Abhängigkeit von den erfaßten Markierungen Abtastsignale erzeugt, aufweist, wobei sich zwischen Meßrotor und Abtastvorrichtung eine durchsichtige Trennwand befindet.

Solche Durchflußmesser sind insbesondere für die Er­ mittlung eines Flüssigkeitsdurchflusses bestimmt. Sie dienen beispielsweise der Wasserverbrauchsmessung oder der Erfassung von Leckstellen in einem Leitungssystem. Die Markierungen beeinflussen einen von einem opto- elektrischen Sender, wie einer Leuchtdiode, abgegebenen Lichtstrahl, beispielsweise durch Reflexion oder Unter­ brechung, so daß von einem opto-elektrischen Empfänger, wie einer Fotozelle oder einem Fotowiderstand, Abtast­ signale abgegeben werden, deren Frequenz ein Maß für den gemessenen Volumenstrom ist. Die Trennwand sorgt dafür, daß die opto-elektrischen Teile nicht mit der zu messenden Flüssigkeit in Berührung kommen und daher si­ cher arbeiten. Allerdings nimmt die Ansprechempfind­ lichkeit solcher opto-elektrischen Abtastvorrichtungen im Laufe der Zeit ab, so daß man den Erregerstrom des Senders im Laufe der Zeit erhöhen oder von vornherein mit diesem höheren Strom betreiben muß.

Aus CH 261 426 ist ein Wassermesser bekannt, dessen Schauglas mit einem von außen verstellbaren, radialen Wischer versehen ist.

US 5 103 757 zeigt ein zylindrisches Schauglas, dessen Innenseite durch Drehen mittels feststehender Wischer gesäubert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durch­ flußmesser der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der über längere Zeit mit geringer Leistung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der dem Meßrotor zugewandten Seite der Trennwand eine Putzvorrichtung mit mindestens einem Putzelement angeordnet ist, wobei Putzelement und Trennwand relativ zueinander verschiebbar sind.

Dieser Vorschlag beruht auf der Überlegung, daß ein Großteil des Leistungsabfalls der optischen Abtastvor­ richtung auf eine Verschmutzung, insbesondere auf eine Kalkablagerung, an der Innenseite der Trennwand zurück­ zuführen ist. Wird diese Verschmutzung durch das Putze­ lement in angemessenen Zeitabständen beseitigt, kann man über lange Zeiträume mit minimalem Erregerstrom des optischen Senders arbeiten. Dies ist insbesondere von Interesse, wenn für die optische Abtastung und die Aus­ wertung der Meßergebnisse lediglich eine Batterie zur Verfügung steht.

Günstig ist es, daß das Putzelement federnd an der Trennwand anliegt. Es wird daher ein gewisser Druck auf die Oberfläche der Wand ausgeübt, was das Entfernen von Schmutzteilchen begünstigt.

Es empfiehlt sich, daß das Putzelement an einem Träger angebracht ist, der mittels eines durch eine Dichtung nach außen geführten Stifts axial verschiebbar ist. Man kann daher auf einfache Weise den Putzvorgang von außen bewirken.

Vorteilhaft ist es, daß das Gehäuse einen Aufsatz trägt, der einen Betätigungsmotor zum Verschieben des Stiftes aufweist. Dies erleichtert den Putzvorgang. Der Durchflußmesser kann auch an weniger leicht zugängli­ chen Stellen montiert werden.

Ferner empfiehlt sich eine Steuerschaltung zum Zeit- oder verschmutzungsabhängigen Schalten des Betätigungs­ motors aufweist. Der Putzvorgang erfolgt daher automa­ tisch.

Eine konstruktiv einfache Lösung besteht darin, daß der Betätigungsmotor einen Anschlag verstellt und der Trä­ ger durch eine Feder belastet ist, durch die der Stift gegen den Anschlag gehalten wird. Auf diese Weise folgt der Stift und damit der Träger für das Putzelement dem vom Betätigungsmotor verstellbaren Anschlag.

Günstig ist es auch, daß die Putzvorrichtung weitere Teile der Fluidleitung reinigt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Meßrotor ein Flügelrad ist, dem Fluid über eine Dü­ se zugeführt wird und daß die Düse durch ein Reini­ gungselement der Putzvorrichtung säuberbar ist. Hier­ durch wird Schmutz in der Düse gelöst und ein Verstop­ fen der Düse mit geringem Aufwand vermieden.

Besonders effektiv ist es, daß die Düse aus elastischem Material besteht und durch das Reinigungselement ver­ formt wird.

Von Vorteil ist es auch, daß der Meßrotor im bewegli­ chen Ventilelement eines Hubventils angeordnet ist, daß Trennwand sowie Sender und Empfänger gehäusefest ange­ ordnet sind und daß die Putzvorrichtung in Abhängigkeit von der Schließbewegung des Hubventils betätigt wird. Die Ausnutzung der Schließbewegung bringt eine weitere Vereinfachung mit sich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Teildarstellung eines Leckage­ detektors mit einer erfindungsgemäßen Durch­ fluß-Meßeinrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Leckagemesser der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt hierdurch.

Der Leckagedetektor besitzt ein Gehäuse 1, das einen Einlaßstutzen 2 und einen Auslaßstutzen 3, jeweils mit Innengewinde, zum Einbau in eine Leitung eines zu über­ wachenden Leitungssystems aufweist. Ein Aufsatz 4 ist mit Hilfe einer Mutter 5 mit Außengewinde am Gehäuse 1 befestigt. Der Aufsatz weist einen Deckel 6 und einen nach außen ragenden Drehknopf 7 auf.

Im Gehäuse 1 ist unter Einfügung von zwei Dichtringen 8 und 9 ein Einsatz 10 montiert, der eine obere Wand 11 zur Begrenzung eines Einlaßraumes 12 und eine untere Wand 13 zur Trennung eines Auslaßraumes 14 vom Einlaß­ raum 12 und zur Bildung des Ventilsitzes 15 eines Hub­ ventils 16 aufweist. Dieser Einsatz wird ebenfalls durch die Mutter 5 im Gehäuse 1 festgehalten. Der Ven­ tilsitz 15 wird durch eine Ringnut 17 gebildet, die über Bohrungen 18 mit dem Einlaßraum 12 verbunden ist. Als Verschlußstück dient ein mit einem Dichtring verse­ henes, bewegliches Ventilelement 19, das entgegen der Durchflußrichtung durch eine erste schwächere Schließ­ feder 20 belastet ist und - wie später noch genauer er­ läutert wird - durch eine zweite stärkere Schließfeder 21 belastet werden kann. Zwischen Einlaßraum 12 und Auslaßraum 14 erstreckt sich daher ein Hauptstrompfad 22, der die Bohrungen 18, die Ringnut 17 und das Hub­ ventil 16 aufweist. Da beim Abheben des Dichtrings vom Ventilsitz 15 Flüssigkeit sowohl radial nach außen als auch radial nach innen abströmen kann, ergibt sich auch bei größeren Durchflußmengen ein geringerer Druckab­ fall.

Im beweglichen Ventilelement 19 ist ein Meßrotor 23 in der Form eines Flügelrades gelagert. Es wird über eine am Einsatz 10 angebrachte Düse 24 mit Flüssigkeit be­ schickt, die durch einen Kanal 25 im beweglichen Ven­ tilelement 19 abfließen kann. Daher ergibt sich zwi­ schen Einlaßraum 12 und Auslaßraum 14 ein Nebenstrom­ pfad 26, der die Düse 24, den Meßrotor 23 und den Kanal 25 aufweist.

Der Meßrotor 23 ist Teil eines Durchflußmessers 27, der eine optische Abtastvorrichtung 28 aufweist. Zu dieser gehören ein elektro-optischer Sender 29, z. B. eine Leuchtdiode, und auf der gegenüberliegenden Seite des Meßrotors 23 ein elektro-optischer Empfänger 30, bei­ spielsweise eine Fotozelle, ein Fototransistor oder ein Fotowiderstand. Sender und Empfänger sind durch durch­ sichtige Trennwände 31 und 32 vom flüssigkeitsführenden Raum getrennt und daher geschützt untergebracht. Die Trennwände 31, 32 können, wie gezeigt, einstückig mit dem Einsatz 10 ausgebildet sein, wenn dieser insgesamt aus durchsichtigem Material besteht. Die Flügel des Meßrotors 23, die sich mit gleichbleibender Dicke radi­ al erstrecken, bilden Markierungen 33, welche den vom Sender 29 ausgehenden Lichtstrahl zeitweilig unterbre­ chen, so daß sich ein impulsförmiges Abtastsignal er­ gibt. Der Meßrotor 23 kann sehr geringe Abmessungen ha­ ben, beispielsweise einen Durchmesser von 15 mm und ei­ ne Breite von 1 mm.

Ein Träger 34 greift in der veranschaulichten Lage mit einem Widerlager 35 durch Durchbrüche im beweglichen Ventilelement 19, wodurch die zweite Schließfeder 21 unwirksam gemacht wird. Der Träger 24 stützt sich mit einem Anschlag 36 an einem abgedichtet nach außen ge­ führten Stift 37 ab, der seinerseits durch die Kraft der Schließfeder 21 gegen einen Anschlag 38 an einem Stellglied 39 abgestützt ist. Durch Verlagerung des Stellgliedes 39 in Auswärtsrichtung gelangt der Träger 34 in eine zweite Position, in der die zweite Schließ­ feder 21 auf das bewegliche Ventilelement 19 wirkt.

Außerdem sind mit dem Träger 34 zwei Putzelemente 40 und 41 verbunden, die mit einer Putzkante federnd an den Trennwänden 31 bzw. 32 anliegen und bei der Ver­ schiebung des Trägers 34 den Arbeitsbereich der opti­ schen Abtastvorrichtung 28 von Verschmutzung, z. B. Kalkablagerungen, reinigen. Ferner ist am Träger 34 ein Verschluß- und Reinigungselement 42 angebracht, das bei der Aufwärtsbewegung des Trägers 34 die Düse 24 ver­ schließt, also den Nebenstrompfad 26 sperrt. Außerdem kann die Düse 24 gereinigt werden, sei es daß ein nicht veranschaulichter Dorn am Verschluß- und Reinigungsele­ ment 42 in die Düsenöffnung eingeschoben wird, sei es daß das elastische Material der Düse 24 durch das Ver­ schluß- und Reinigungselement 42 verformt wird, so daß sich eventuell in der Düse festgesetzte Schmutzteilchen lösen. Zur Erhöhung der Schließ- und Reinigungswirkung des Verschluß- und Reinigungselements 42 kann noch eine dritte Feder vorgesehen sein, die den Träger 34 soweit nach oben drückt wie dies der Anschlag 38 am Stellglied 39 zuläßt.

Im Aufsatz 4 befindet sich eine mit den Abtastsignalen versorgte Auswerte- und Steuerschaltung 43, die bei­ spielsweise auf einer Platine 44 aufgebaut sein kann, und eine elektrische Batterie 45. Ein von der Auswerte- und Steuerschaltung 43 gesteuerter elektrischer Betäti­ gungsmotor 46 vermag über ein Getriebe 47 das Stellele­ ment 39 axial zu verstellen. Der Drehknopf 7 erlaubt eine Notverstellung über einen Exzenter 48.

Wahlweise kann im Einlaßraum 12 noch ein Drucksensor 49 vorgesehen sein, dessen Meßsignal ebenfalls der Auswer­ te- und Steuerschaltung 43 zuführbar ist.

Die Abtastsignale der Abtastvorrichtung 28 werden in zweifacher Hinsicht ausgewertet. Aufgrund ihrer Fre­ quenz, die der Drehgeschwindigkeit des Meßrotors 23 entspricht, wird der Volumenstrom im Nebenstrompfad 26 ermittelt. Aufgrund des Impuls-Pausen-Verhältnisses, das sich wegen der konstanten Dicke der Flügel mit zu­ nehmendem Abwärtshub des Hubventils 16 vergrößert, wird der Hub des beweglichen Ventilelements 19 und damit der Volumenstrom im Hauptstrompfad ermittelt.

Bei kleinen Volumenströmen bleibt das Hubventil 16 un­ ter dem Einfluß der ersten Schließfeder 20 geschlossen. Der gesamte Durchfluß wird durch den Durchflußmesser 27 erfaßt. Es lassen sich kleine Volumenströme sehr genau messen. In dieser Situation ist das Impuls-Pausen- Verhältnis konstant, während die Frequenz proportional zum Durchfluß ist.

Bei größerem Durchfluß öffnet das Hubventil 16, wobei der sich ergebende Hub allein vom Durchfluß und von der Charakteristik der ersten Schließfeder 20 abhängt. Der Hub ist daher ein direktes Maß für den Durchfluß durch den Hauptstrompfad 22. Mit Hilfe der Auswerte- und Steuerschaltung 43 kann daher durch Umrechnung aus dem gemessenen Hub der Volumenstrom im Hauptstrompfad 22 und durch Addition des mit Hilfe des Durchflußmessers 27 ermittelten Volumenstroms im Nebenstrompfad 26 der Gesamtdurchfluß ermittelt werden.

Die veranschaulichte Anordnung wirkt als Sperrvorrich­ tung, wenn das Stellglied 39 und damit der Träger 34 nach oben bewegt wird, was wegen der Belastung durch die zweite Schließfeder 21 nur geringe Motorkräfte er­ fordert. Sobald die zweite Schließfeder 21 am bewegli­ chen Ventilelement 19 anliegt, wird dieses mit großer Kraft in die Schließstellung gedrückt. Gleichzeitig wird mit Hilfe des Verschluß- und Reinigungselements 42 die Düse 24 verschlossen. Damit sind Haupt- und Neben­ strompfad abgesperrt.

Die gleiche Verstellung des Trägers 34 kann auch ausge­ nutzt werden, um die Trennwände 31 und 32 durch die Putzelemente 40 und 41 zu säubern und Einstechen in die Düsenöffnung und/oder durch Quetschen der Düse 24 diese zu reinigen. Dies kann beispielsweise zeitabhängig oder verschmutzungsabhängig geschehen.

Die Bewegung des Trägers 34 über Teilbereiche kann be­ nutzt werden, um eine Nullpunktjustierung vorzunehmen oder den Durchfluß zu drosseln. Letzteres dient der Si­ gnalgabe an einen Benutzer, der gerade Wasser zapft, um diesen zu einer Änderung oder Beendigung des Zapfens zu veranlassen.

Der Absperrvorgang wird beim Auftreten eines Lecks ein­ geleitet. Ein Kleinleck wird beispielsweise dann ange­ nommen, wenn geringe Volumenströme auftreten, ohne daß der Drucksensor 49 Änderungen des Versorgungsdrucks meldet. Ein Großleck wird angenommen, wenn größere Vo­ lumenströme auftreten und erkennbar ist, daß kein Zapf­ vorgang läuft, was beispielsweise dadurch festgestellt wird, daß eine willkürliche Drosselung des Durchflusses im Leckagedetektor nicht mit einer Änderung des Volu­ menstromes durch den zapfenden Benutzer beantwortet wird.

Um Energie zu sparen, kann man den Erregerstrom des op­ to-elektrischen Senders 29 auf einen Minimalwert ein­ stellen, was wegen der wiederholten Putz- und Reini­ gungsvorgänge zulässig ist, und bei der Leckagedetekti­ on die einzelnen Messungen in größeren Abständen, z. B. von 20 Minuten, durchführen.

Obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel sich mit dem Durchfluß von Wasser befaßt, ist es klar, daß man gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen auch für andere Flüssigkeiten oder Gase nutzen kann.

Claims (10)

1. Durchflußmesser mit einem Gehäuse, das einen in ei­ ner Fluidleitung angeordneten Meßrotor, der Markie­ rungen trägt, und eine optische Abtastvorrichtung, die in Abhängigkeit von den erfaßten Markierungen Abtastsignale erzeugt, aufweist, wobei sich zwi­ schen Meßrotor und Abtastvorrichtung eine durch­ sichtige Trennwand befindet, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der dem Meßrotor (23) zugewandten Sei­ te der Trennwand (31, 32) eine Putzvorrichtung mit mindestens einem Putzelement (40, 41) angeordnet ist, wobei Putzelement und Trennwand relativ zuein­ ander verschiebbar sind.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Putzelement (40, 41) federnd an der Trennwand (31, 32) anliegt.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Putzelement (40, 41) an einem Träger (34) angebracht ist, der mittels eines durch eine Dichtung nach außen geführten Stifts (37) axial verschiebbar ist.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Aufsatz (4) trägt, der einen Betätigungsmotor (46) zum Ver­ schieben des Stiftes (37) aufweist.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 4 gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (43) zum Zeit- oder ver­ schmutzungsabhängigen Schalten des Betätigungsmo­ tors (46).

6. Durchflußmesser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betätigungsmotor (46) einen Anschlag (38) verstellt und der Träger (34) durch eine Feder (21) belastet ist, durch die der Stift (37) gegen den Anschlag (38) gehalten wird.

7. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Putzvorrichtung weitere Teile der Fluidleitung reinigt.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßrotor (23) ein Flügelrad ist, dem Fluid über eine Düse (24) zugeführt wird, und daß die Düse durch ein Reinigungselement (42) der Putzvorrichtung säuberbar ist.

9. Durchflußmesser nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (24) aus elastischem Materi­ al besteht und durch das Reinigungselement (42) verformt wird.

10. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßrotor (23) im beweglichen Ventilelement (19) eines Hubventils (16) angeordnet ist, daß Trennwand (31, 32) sowie Sender (29) und Empfänger (30) gehäusefest angeord­ net sind und daß die Putzvorrichtung in Abhängig­ keit von der Schließbewegung des Hubventils (16) betätigt wird.