DE2313131A1

DE2313131A1 - DEVICE FOR FLOW MEASUREMENT

Info

Publication number: DE2313131A1
Application number: DE19732313131
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Dr Junginger
Original assignee: Original Hanau Quarzlampen GmbH
Current assignee: Original Hanau Quarzlampen GmbH
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1974-09-19

Description

Einrichtung zur Durchflußmessung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere von Anästhesiegasen kleiner Geschwindigkeit in Rohren und Leitungen, bei der die Drehung eines vom Strömungsmedium angetriebenen Rotationselementes angezeigt und oder ansgewertet wird. Device for flow measurement The invention relates to a device for flow measurement of flowing gases and liquids, especially anesthetic gases low speed in pipes and lines, at which the rotation of one of the flow medium driven rotary element is displayed and / or assessed.

Bei den bekannten Einricht ngen zur Durchflußmessung der genannten Art setzen die Rotationselemente dem Strömmungsmedium einen erheblichen und in vielen Fällen sehr störenden Widerstand engegen, da sie zur Erfassung der Drehzahl und damit der Gasgeschwindigkeit direkt mit einem Newwerk verbunden sind, So ist es beispielsweise möglich. die Drehzahl der Rotationselemente mit einem mechanischen Drehzahlnesser zt erfassen oder das Ausgangssignal einer angeschlossenen Wirbelstrombremse auszuwerten.In the known Einricht ngen for flow measurement of the above Art put the rotation elements to the flow medium a considerable and in many Cases very annoying resistance, as they are used to detect the speed and so that the gas velocity is directly connected to a newwerk, so it is for example possible. the speed of rotation of the rotating elements with a mechanical Record speed meter or the output signal of a connected eddy current brake to evaluate.

Die mechanische Verbindung zwischen Rotationselement und Meßwerk sowie der zwangsläufig vorgegebene hohe Strömungswiderstand stellen erhebliche Nachteile der bekannten Einrichtungen dar. Einerseits ist eine hohe Meßgenauigkeit nur schwer zu erreichen und andererseits eignet sich die Einrichtung keineswegs für die Durchflußmessung bei kleiner Strömungsgeschwindigkeit und Dicht des Strömungsmediums.The mechanical connection between the rotating element and the measuring mechanism as well the inevitably required high flow resistance present considerable disadvantages of the known devices. On the one hand, high measurement accuracy is difficult to achieve and on the other hand, the device is by no means suitable for flow measurement with low flow velocity and tightness of the flow medium.

Auch sind die bekannten Einrichtungen infolge der direkten Verbindting zwischen Rotationselement und Meßwerk relativ groß und eignen sich nicht für den Einsatz bei kleinen Durchflußöffnungen. Da zum Antrieb der Meßwerke erhebliche Kräfte bzw. Drehmomente erfordr Lich sind, müssen die Angriffsflächen des Rotationselemenls groß ausgebildet sein, was sich auf die Einbaumaße sowie den unvermeidbaren Strömungs widerstand äußerst ungünstig auswirkt. Ferner rgibt sich bei derartigen. Einrichtungen ein relativ großes Trägheitsmoment so daß insbesondere kleine und schnelle I>urchflußänderungen bei pulsierenden Strömungsmedien nicht erfaßt werden können.Also the known devices are due to the direct connection between rotating element and measuring mechanism relatively large and are not suitable for the Use with small flow openings. As there are considerable forces to drive the measuring mechanisms or torques are required, the contact surfaces of the rotating element must be made large, which affects the installation dimensions as well as the inevitable flow resistance has an extremely unfavorable effect. Furthermore, with such. Facilities a relatively large moment of inertia so that in particular small and rapid changes in flow rate cannot be detected in the case of pulsating flow media.

Insbesondere bei Anästhesie- und Beatmungsgeräten ist eine genaue Erfassung des Strömungsdurchastzes allch bei kleinen Gasgeschwindigkeiten und -dichten sowie bei stark pulsierenden Gasströmen erforderlicll.Particularly with anesthesia and ventilation equipment, an accurate one Detection of the flow throughput all at low gas velocities and densities as well as with strongly pulsating gas flows.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zllr Durchflußmessung der genannten Art, die auch bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten und Dichten sowie bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen eine exakte Messung ermöglicht. Dabei sollen der dem Strömungsmedium entgegengesetzte Widerstand und des Trägkeitsinoinent der vom Strömungsmedium angetriebenen Elemente gering sein. Ferner ist es erforderlich, da die in den Strömungskanal eingesetzten Teile der Meßeinrichtung klein, kompakt und unkompliziert ausgebildet sind.The object of the invention is to create a device zllr flow measurement of the type mentioned, even at very low flow velocities and densities as well as with rapid changes in speed enables an exact measurement. Thereby the resistance opposite to the flow medium and the inertia should be of the elements driven by the flow medium must be small. It is also necessary since the parts of the measuring device inserted into the flow channel are small, compact and are uncomplicated.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen und Flilssigkeiten, insbesondere von Anästhesiegasen kleiner Geschwindigkeit in Rohren und Leitungen, bei dem die Drehung eines vom Strömungsmedium angetriebenen Rotationselementes angezeigt und/oder ausgewertet wird, dadurch erzielt, daß ein leicht gängiges und völlig frei drehendes Rotationselement geringen Trägheitsmomentes an seinem IJmfang eine oder mehrere Markierungen trägt daß die Markierungen bei jedem Passieren eines berührungslos arbeitenden Drehzahlmessers ein Signal hervorrufen, und daß die Signale zur Anzeige gebracht und/oder weiterverarbeitet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung können die Markierungen optisch magnetisch oder mit einer strahlenden Kernsubstanz aitsgebildet sein, wobei der Drehzahlmesser den Vorbeigang der Markierungen fotoelektrisch, elektromagnetisch oder mit Hilfe eines Zählrohres abtastet.The problem is solved by a device for flow measurement of flowing gases and liquids, especially of anesthetic gases smaller Speed in pipes and lines at which the rotation of one of the flow medium driven rotary element is displayed and / or evaluated, achieved thereby, that an easily running and completely freely rotating rotary element with a low moment of inertia one or more markings on its periphery contribute to the markings generate a signal every time a non-contact rev counter is passed, and that the signals are displayed and / or processed further. In advantageous Embodiment, the markings can be optically magnetic or with a radiating Core substance aitsgebilden, with the tachometer passing the markings scanned photoelectrically, electromagnetically or with the help of a counter tube.

Vorzugsweise stellt das Rotationselement ein Flügelrad dar, bei dem ein oder mehrere Flügel mit Markierungen versehen sind.The rotary element is preferably an impeller in which one or more wings are provided with markings.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das angetriebene Rotationselement der neuen Einrichtung zur Durchflußmessung völlig frei drehbar angeordnet ist und nicht mit einem Meßwerk in Verbindung steht. Daher kann das Rotstionselement sehr leicht und klein ausgebildet sein, wodurch der dem Strömungsmedium entgegengesetzte Widerstand praktisch vernachlässigt werden kann. Das Rotationselement weist nur ein äußerst geringes Trägkeitsmornent auf, so daß es auch bei sehr niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten und Dichten, sowie bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen eines beispielsweise pulsierenden Gasstromes sofort reagiert. Wegen des geringen Trägheitsmoment es werden ferner ein Nachlaufen des Rotationselementes und damit eine Fehlanzeige bei plötzlich unter.The main advantage of the invention is that the driven Rotation element of the new device for flow measurement can be rotated completely freely is arranged and is not connected to a measuring mechanism. Therefore, the Rotstionselement be made very light and small, whereby the opposite of the flow medium Resistance can practically be neglected. The rotation element only has has an extremely low torque of inertia, so that it can also be used at very low flow rates and densities, as well as one for example in the case of rapid changes in speed pulsating gas flow reacts immediately. Because of the low moment of inertia there will be Furthermore, the rotation element continues to run and thus a false indication in the event of a sudden under.

brochenem Gasstrom vermieden. Da außer dem Rotationselement und seiner Lagerung keinerlei andere Teile der Einrichtung zur Durchflußmessung im Durchflußkanal angeordnet sein miesen, kann die Einrichtung auch an sehr engen tind schwer zugEnglichen Stellen einer Gesamtapparatvir vorgesehen sein. Es ist lediglich notwendig, daß ein den Verbeigang des Markierungen erfassender Drehzahlmesser beispielsweise in optischer oder magnetischer reichweite der Markierungen außerhalb der Durchflußleitung angeordnet ist. Die nezw Einricht ng dur Durchflußmessung eignet sich in hervorragender Weise für sehr empfindliche und genane Messungen. Darüber hinaus ist die äußerst einfahc und preiswert aufgebaut, und eine Wartung ist praktisch überflüssig, da an mechanischen Teilen lediglich ein unbelastetes Rotationselement in Drehung versetzt wird.broken gas flow avoided. Since except for the rotary element and its Storage no other parts of the device for flow measurement in the flow channel If it is arranged poorly, the facility can also be in very tight spaces that are difficult to access Provide a total apparatus virus. It is only necessary that a tachometer detecting the passing of the markings, for example within optical or magnetic range of the markings outside the flow line is arranged. The new facility for flow measurement is ideally suited Way for very sensitive and accurate measurements. In addition, that is extremely It is simple and inexpensive to set up, and maintenance is practically superfluous on mechanical parts only an unloaded rotary element is set in rotation will.

Insbesondere bei Beatmungs- und Anästhesiegeräten können die vom Drehzahlmesser erhaltenen Signale durckt oder indirekt zur Anzeige gebracht oder weiterverarbeitet werden. Auch ist es möglich, das erhaltene Sirnal von Hand oder automatisch zu korrigieren und beispielsweise den gleichzeitig gemessend Gasdruck als Maß für die Gasdichte und somit als Korrekturglied bei der Errechnung der Durchflußmenge aus der Drehzahl des Rotationselementes zu berücksichtigen. Die korrigierten oder unkorrigierten Signale können ferner in geeignete analoge oder digitale Signale weiterverarbeitet werden, die zur Steuerting anderer Einrichtungen und beispielsweise zur Regelung einer den Gasstrom erze:igenden Pumpe benutzt werden.Especially with ventilation and anesthesia machines, the tachometer received signals are printed or indirectly displayed or processed will. It is also possible to correct the received sirnal manually or automatically and, for example, the gas pressure measured at the same time as a measure of the gas density and thus as a correction element when calculating the flow rate from the speed of the rotation element must be taken into account. The corrected or uncorrected Signals can also be further processed into suitable analog or digital signals that are used to control other facilities and, for example, to regulate a pump generating the gas flow can be used.

Die Erfindivng wird nachstehend an Hand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated schematically in the following on the basis of a drawing illustrated embodiment explained in more detail.

In einer Einrichtung 10 zur Durchflußmessung ist ein Rotationselement in Form eines Flügelrades 12 angeordnet, dessen Drehachse 14 in Ilichtung des Gasstromes ausgerichtet ist.In a device 10 for flow measurement there is a rotation element arranged in the form of an impeller 12, the axis of rotation 14 in the direction of the gas flow is aligned.

Die Drehachse 14 ist beidseitig auf Lagerungen 16 abgestützt, die ihrerseits in geeigneter Weise mit dem umgebenden Leitungsteil 18 verbunden sind. Dieses Leitungsteil 18 weist Flansche 20 auf, die ihrerseits mit entsprechenden Flanschen der Anschlußleitungen 22 beidseitig verbunden werden. Im vorliegenden Ausführttnr,sbeispiel kann somit die Einrichtung 10 jeweils zwischen zwei Anschlußleitungen 22 eingesetzt sein.The axis of rotation 14 is supported on both sides on bearings 16 which are in turn connected in a suitable manner to the surrounding line part 18. This line part 18 has flanges 20, which in turn with corresponding Flanges of the connecting lines 22 are connected on both sides. In the present Embodiment example can thus be the device 10 between two connecting lines 22 should be used.

Das Flügelrad 12 weist an seinem imfang eine optische Markierung auf, die von einer in @nem Drehzahlmesser 24 angeordneten Lichtquelle über ein Fenster 26 im Leitungsteil 18 angestrahlt wird. Der von der Markierung reflektierte Teil des Lichtes gelangt in den Drehzablmesser 24 zurück und wird dort von einem Fotoelement empfangen. Dadurch entstehen bei Rotation des Flügelrades 12 im Drehzahlmesser 24 Impulsserien, deren lolgefrequenz von der Drehzahl abhängt.The impeller 12 has an optical marking on its imfang, from a light source arranged in a tachometer 24 via a window 26 is illuminated in the line part 18. The part reflected from the mark of the light comes back into the Drehzablmesser 24 and is there by a photo element receive. This results in rotation of the impeller 12 in the tachometer 24 Pulse series, the frequency of which depends on the speed.

Statt einer fotoelektrischen bzw. optoelektrischen Abtastung der Markierung leder der arkierungen können selbstverständlich anch andere Mittel wie magnetische Markierungen oder solche mit strahlender Kernsubstanz vorgesehen sein, die von entsprech@@ anders a sgebildeten Drehzahlmessern erfaßt werden. Es ist lediglich wesentlich, daß die Bestimmung der Drehzahl des Rotationselementes 12 berührungslos und von eiper Stella aus erfolgt, die auferhalb des Durchflußkanals des Strömungsmedi ms 1 st.Instead of photoelectric or optoelectric scanning of the marking The leather of the markings can of course also be used in other ways, such as magnetic Markings or those with a radiating core substance can be provided, which are provided by corresponding @@ tachometers designed differently can be recorded. It is only essential that the determination of the speed of the rotary element 12 contactless and of Eiper Stella takes place outside the flow channel of the flow medium 1 st.

Bei geeigneter Ausbild mg des @ügel@ des 12 wird dieses bei Umkehr der Strömungsrichtung ebenfalls in seiner Rotationsrichtung umgekehrt. Die Erfassung dieser Richt ngsumkehr kann in vielen Fällen von großer Bede tang sein, wobei eine Messung beispielsweise leicht dad rch möglich ist, daß in Umfangs richtung der Rotationselemente zwei hinterei ander liegende Empfangselemente in Drehzahlmesser 24 für die Signale der Markierungen vorgesehen sind, so daß bei einem VOrbeigang jeder Markierung kurz naheinander zwei Signale entsehen, wobei die auf die beiden Empfangselemente verteilten Signale ein Maß für die Drehrichtung darstellal. Eine derartige I)rehrichtungsabhängigkeit ist beispielsweise dann notwendig, wenn die in einer Richtung der Anschlußleitungen 22 transportiste Gasmenge bestimmt werden soll. In diesem Fall werden die aus dem Drehzahlmesser 24 erhaltenen richtungsabhängigen Signale beispielsweise bei einer Integration und somit Bestimmung eines Zeitvolumens entsprechend ihrem Verzeichen berücksichtigt.With a suitable training mg des @ ügel @ des 12 this becomes when reversing the direction of flow is also reversed in its direction of rotation. The capture This reversal of direction can be of great importance in many cases Measurement, for example, is easily possible because the rotating elements are in the circumferential direction two one behind the other lying receiving elements in the tachometer 24 for the signals of the markings are provided so that each mark is short when passing two signals arise close to each other, with the distributed between the two receiving elements Signals represent a measure of the direction of rotation. Such a I) direction of rotation dependency is necessary, for example, when the connection lines in one direction 22 transported gas volume is to be determined. In this case, those from the Tachometer 24 received direction-dependent signals, for example at a Integration and thus determination of a time volume according to its index considered.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Signale des Drehzahlmessers 24 einem Steuergerät 28 zugeführt. in dem sie in geeigneter Analog- oder Digitalwerte für die Anzeige oder Weiterverarbeitung umgewandelt werden. Dabei kann am Steuergerät 28 eine weitere I'arameterI>erücksichtung vorgenommen werden, indem beispielsweise der Gasdruck oder die Gasdichte sowie eine bestimmte Meß- und Integrationszeit eingestellt wird. Dabei kann die Jnstellung von Hand oder auch automatisch erfolgen, wie es im Ausführungsbeispiel bezüglich der Erfassung des Gasdrucks init einem Druckfühler 30 der Fall ist. Im letztgenannten Iall dient der Gasdruck als Korrekturgröße für die Durchflußmengenbestimmung.In the present embodiment, the signals from the tachometer 24 is supplied to a control unit 28. in which they are converted into suitable analog or digital values converted for display or further processing. This can be done on the control unit 28 another parameter can be taken into account by, for example the gas pressure or the gas density and a certain measurement and integration time are set will. The setting can be done manually or automatically, as is the case in the exemplary embodiment with regard to the detection of the gas pressure with a pressure sensor 30 is the case. In the latter case, the gas pressure is used as a correction variable for the determination of the flow rate.

Während die korrigierten oder ivukorrigierten Signale des Steuergerätes 2P einerseits auf einem Anzeigegerät 32 dargestellt werden können, ist es ferner möglich, diese einem Regelkreis 34 zuzuführen, der seiner its die Geschwindigkeit des Strömungsmediums beeinflußt. Auch können hierdurch weitere Steuerfunktionen übernommen werden, die in einer bestimmten Abhängigkeit zur Durchflußgeschwiindigkeit oder -menge stehen müssen.While the corrected or corrected signals of the control unit 2P can be displayed on the one hand on a display device 32, so is it possible to feed this to a control loop 34, which its its the speed influenced by the flow medium. This also enables further control functions are taken over in a certain dependence on the flow rate or amount must stand.

Die n e Finrichtung zur Durchflußmessung ist äußerst einfach sowie unkompliziert avifgebaut, da sich im Strömungskanal lediglich ein frei drehendes Flügelrad befindet. Da dieses keinerlei Meßwerk andeiben iiß, kann es entsprechend leicht und Keinflächig ausgebildet sein, so daß dem Strömungsmedium praktisch kein spürbarer Widerstand entgegengesetzt wird.The new Finrichtung for flow measurement is extremely simple as well uncomplicated avif built, as there is only a freely rotating one in the flow channel Impeller is located. Since this does not eat any measuring mechanism, it can accordingly be light and not designed so that the flow medium practically no noticeable resistance is opposed.

Die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit wird berührungslos und von außen vorgenommen, so daß das eigentliche Meßwerk in Form eines Drehzahlmessers keinen negativen Einfluß auf die Meßgenauigkeit, -empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit ausübt. Bei Eingabe bestimmter Korrekturgrößen kann neben der Strömungsgeschwindigkeit sowie eines Gasvolumens auch eine exakte Erfassung einer Gasmenge in einer bestimmten Zeit st dann erfolgen, wenn es sich um stark pulsierende oder sogar die Strömungsrichtung umkehrende Strömungsmedien handelt. Die berührunglos erhaltenen Meßsignale können in einfacher Eise lektrisch weiterverarbeitet und zur Anzeige, I.ei0eriing oder Begelung verwendet werden.The determination of the rotation speed is contactless and made from the outside, so that the actual measuring mechanism in the form of a tachometer no negative influence on the measurement accuracy, sensitivity and speed of response exercises. When entering certain correction variables, in addition to the flow velocity as well as a gas volume also an exact detection of a gas quantity in a certain one Time is then done when it is strong pulsating or even the direction of flow is reversing flow media. The non-contact received Measurement signals can be electronically processed in a simple way and used for display, I.ei0eriing or Begelung can be used.

A n s p r ü c h e :Expectations :

Claims

A u p r ü c h e device for the flow measurement of flowing Gases and liquids, especially low-speed anesthetic gases in pipes vind lines, in which the rotation of one driven by the flow medium Rotationselemontes is displayed and / or evaluated, which is not possible notices that a smooth and completely freely rotatable Retationsiement (12) low inertia resistance one or more markings on its circumference carries, since £ 'the markeb every time you pass a non-contacting one Tachometer (24) cause a signal, and that the signals are displayed and / or further processed.

2. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the markings are optically formed and that the tachometer scans the passage of the markings photoelectrically.

3. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the markings are magnetic and that the tachometer electromagnetically scans the passage of the markings.

4. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t 2 that the markings contain a radiating core substance and that the Rotational speed.

Measure the passage of the markings with the help of a counter tube scans.

3. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that the rotating element is an impeller (12), in which one or more wings are provided with arkierungen.

6. Device ach one or more of the preceding claims, D a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the generated by the tachometer (24) Signals or pulses are fed to a control unit (28) and converted there into suitable analog or disital values are converted.

7. Einricht @@ according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that additional parameters such as gas pressure or density, Measurement and integration times and del. Can be entered manually or automatically.

8. Einricht @@ according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i C h n e t, that @ 2 the gas pressure is recorded with a measuring probe (30) and the control unit (28) is entered as the correct variable for determining the flow rate.

9. Establishment according to one or more of the preceding claims, it is noted that what was inherited from the device (28) Signal is fed to a control circuit (34), which in turn controls the speed influences the flow medium and / or takes over other control functions.

10. Device according to one or more of the preceding statements, d a d @ r c 1z Ffr e k e n n z e i c h n e t that the impeller (12) in both directions can be driven and that the tachometer (24) generates direction-dependent signals, the transformed and in the speed display and the flow rate determination or are taken into account with the correct sign in regulation or control.

11. Device according to claim 10, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the Drchzahlmesser (24) in the circumferential direction of the rotary element (12) two consecutive receiving elements for the signals of the @markings having.