DE2438091C3 - Durchflußmesser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Durchflussmessgeraet nach dem Schwebekoerperprinzip mit elektrischer Messwertabnahme durch Einbringen des Schwebek!rpers als Tauchanker in ein Magnetfeld. Das Geraet dient zur Messung des Durchsatzes von Fluessigkeiten und Gasen. Es weist eine analoge und/oder digitale elektrische Messwertabnahme auf. Es ist zwar als ein Messgeraet nach dem Schwebekoerperprinzip bekannt, bei dem ein induktiver Laengengeber die Hoehenaenderung des Schwebekoerpers direkt in ein elektriodes Signal umwandelt, doch weist dieses Geraet gewisse konstruktionsbedingte Maengel auf, die feine Einsatzmoeglichkeiten einengen. Und zwar ist zunaechst anzufuehren, dass das Messrohr relativ lang ist, wodurch das Geraet recht unhandlich wird. Das erfindungsgemaesse Durchflussmessgeraet hat folgende Vorteile: Bei ausreichender Anzeigegenauigkeit ist es klein und handlich, funktioniert auch bei kleinem Durchsatzmessbereich und kann dadurch auch dort verwendet bzw. eingebaut werden, wo die Platzverhaeltnisse beschraenkt sind (z. B. in einem Flugzeug) und/oder geringe Massenstroeme gemessen werden sollen; die komplizierte Umsetzung mechanischer Messgroessen in elektrische Werte bei Durchsatzgeraeten nach dem Schwebekoerperprinzip wird durch eine einfache Anordnung ersetzt; der Einsatzmessbereich elektro-mechanischer Durchflussmesser nach dem Schwebekoerperprinzip wird in Richtung kleinerer Durchsaetze erweitert; die Anzeige ist weitgehend (und zwar bis 20 Grad) neigungsunabhae...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft einen Du^r"hflußmesser nach dem Schwebekörperprinzip entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art besteht der Schwebekörper aus einem konischen Schwimmkörper und der damit verbundene, nach unten ragende zylindrische Bauteil ist eine Hülse, durch die eine Dämpfung gegen Erschütterungen erzielt werden *o soll (DE-OS 17 98 333). Dabei wird als nachteilig angesehen, daß eine genau senkrechte Anordnung des Durchflußmessers erforderlich ist, und daß ferner eine verhältnismäßig große Baulänge vorgesehen werden muß, weil die ferromagnetische Hülse von unten her in ·^|Γ> die Spule hineingefahren wird. Wegen der verhältnismäßig großen Neigungsempfindlichkeit sind derartige Durchflußmesser nicht ohne weiteres für Vorrichtungen zu Kraftstoffverbrauchsmessungen an Kraftfahrzeugen geeignet, weil unterschiedliche Neigungswinkel wäh- ^w rend einer Fahrt verhältnismäßig oft auftreten und dadurch keine zufriedenstellende Genauigkeit der Meßergebnisse erzielt werden kann.

Es ist ferner bei Durchflußmessern bekannt (DE GM 17 89 768), den Schwimmkörper als Teller auszubilden « und am unteren Ende des Schwebekörpers einen Induktionskern anzuordnen, der einen etwas größeren Durchmesser als der davon nach unten ragende stabförmige Bauteil aufweist Der Außendurchmesser des Induktionskerns ist wesentlich kleiner als der w> Innendurchmesser des Hohlzylinders, damit wegen der erwähnten Neigungsempfindlichkeit nicht schon bei jehr geringen Abweichungen von der senkrechten Orientierung die Meßgenauigkeit durch Reibung bei der Bewegung des Schwebekörpers in Strömungsrichtung f>^r> beeinträchtigt wird. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß keine ausreichende Dämpfung der Schwebekörperbewegung auftritt.

Bei anderen Konstruktionen von Durchflußmessern ist es ferner bekannt, die Strömung stauende Körper am Anfang des Meßrohrs vorzusehen. Bei einer Konstruktionsart wird dabei ein oberes und unteres Führungslager für stabförmige Ansätze des Schwebekörpers vorgesehen, dessen Schwimmkörper sls Konus ausgebildet ist (DE-GM 19 35 230). Dabei wird als nachteilig angesehen, daß durch die mechanische Lagerung verhältnismäßig große Reibungskräfte verursacht werden können. Bei der anderen Ausführungsform, deren Konstruktion sich in grundsätzlichen Punkten von der Konstruktion von Durchflußmessern der eingangs genannten Art unterscheidet, sind zur Strömungsrichtung sich konisch verengende Bohrungen vorgesehen (FR-PS 22 01 457). Die Anwendung dieser Maßnahme bei einem Durchflußmesser der eingangs genannten Art ermöglicht jedoch nicht die Vermeidung der erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Druchflußmesser der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß der Schwebekörper bei einer möglichst kompakten Konstruktion sowohl neigungsunempfindlich anzeigt, als auch ausreichend gedämpft ist Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst

Bei einem derartigen Durchflußmessei wird durch das Zusammenwirken von Lochscheibe und Teller sowohl ein neigungsunempfindliches, als auch ein klemmfreies Funktionieren bei ausreichender Dämpfung erreicht Praktische Versuche mit einem derartigen Durchflußmesser haben gezeigt daß der Fehler bei einer Neigung von 15° unterhalb etwa 3% liegt. Dieser als wesentlich angesehene Vorteil dürfte darauf zurückzuführen sein, daß durch die Bohrungen der Lochscheibe eine Blendenströmung verursacht wird, so daß sich außerhalb der Bohrungen Wirbel ausbilden, die sich periodisch ablösen und wegen ihrer Stabilität über weite Strecken getragen werden, in Verbindung mit Wandteilen bilden diese Wirbei eine acromröhre, die Flüssigkeitsstrahlen bis an die Unterseite des Tellers bringen. Diese Strömung löst bei einer Neigung des Tellers schräg zur Geräteachse ein rücktreibendes Moment aus, so daß der Teller stets senkrecht zur Achse gehalten wird. Bei hohen Durchflüssen wird der Schwebekörper weit angehoben. Dann erfolgt aber eine entsprechend stärkere Anfachung der Wirbel, so daß praktisch dieselbe stabilisierende Wirkung erzielt wird. Durch diese hydrodynamische Stabilisierung wird ferner ermöglicht, daß der Innendurchmesser des Hohlzylinders nur um so wenig größer als der Außendurchmesser des Stabs sein kann, daß eine ausreichende Dämpfung des Schwebekörpers erzielt wird, ohne daß ein Reibungsangriff des Stabs und dadurch bedingte Meßfehler zu befürchten sind. Durch die Erhöhung der Meßgenauigkeit sind ferner größere Konuswinkel möglich, so daß eine Erweiterung des Meßbereichs erfolgen kann. Größere Konuswinkel erlauben andererseits bei dem vorgegebenen Meßbereich eine Verkleinerung des Geräts, weil der Konus des Meßrohrs und die Eintauchtiefe des Stabs verkürzt werden können.

Ein derartiger Durchflußmesser eignet sich deshalb besonders gut für einen Einbau in Kraftfahrzeuge, weil damit auch bei geringen Massenströmen eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit erzielbar ist, und weil ein derartiger Durchflußmesser verhältnismäßig billig herstellbar ist und auch bei beschränkten Raumverhältnis-

sen eingebaut werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Durchflußmesser gemäß der Erfindung und in schematischer Darstellung die zugeordnete Meßschaltung.

Der Schwebekörper des Durchflußmessers besteht aus einem im Meßrohr 3 von der Strömung beaufschlagten Schwimmkörper in Form eines Tellers 1, mi? dem der als Stab ausgebildete zylindrische Bauteil verbunden ist Das untere ferromagnetische Ende ragt in den mit dem Mfißmedium gefüllten Hohlzylinder 4 hinein, welcher von der von Wechselstrom durchflossenen Spule umgeben ist

Dem als Teller ausgebildeten Schwimmkörper ist eine am Anfang des konisch erweiterten Meßrohres 3 angeordnete, als Strömungsrichter dienende Lochscheibe 8 zugeordnet Der Innendurchmesser des Hohlzylinders 4 ist nur um so wenig größer als der Außendurchmesser des Stabs 2, daß durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen sowohl eine neigungsunempfindliche berührungsfreie Fühnng, ak auch eine Dämpfung des Schwebekörpers bei schnell wechselnden Durchflüssen gegeben ist

Wie bei bekannten Strömungsmessern erfolgt die Bewegung des Schwebekörpers so weit in Richtung größerer Durchmesser des Meßrohrs 3, bis die an ihm angreifenden Kräfte im Gleichgewicht sind. Der Schwebekörperhub ist ein MaO für dem Durchsatz. Je nach der Hubhöhe taucht der ferromagnetische Stab 2 mehr oder weniger tief in die von Wechselstrom durchflossene Spule 5 ein und verändert deren Induktivität. Die Wand des aus nicht ferromagnetische™ Material bestehenden Hohlzylinders 4 hat eine möglichst geringe Wandstärke, und die Spule 5 umschließt den Hohlzylinder 4 möglichst eng, so dalt eine Änderung der Hubhöhe des Stabs 2 eine möglichst große

ίο Änderung der Induktivität bewirkt Diene Induktivitätsänderung wird in an sich bekannter Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt in einem Verstärker 6 auf ein gewünschtes Niveau verstärkt und durch ein Meßinstrument 7 zur Anzeige gebracht Die Kennlinie

ΙΊ des Verstärkers 6 kann so gewählt: werden, daß zwischen Durchfluß und Anzeige ein linearer Zusammenhang besteht

Wie bereits erwähnt wurde, dient die Lochscheibe 8 zur Ausbildung einer Parallelströmung in dem seitlich

>n eingetretenen Massenstrom. Dabei handelt es sich um vorherrschend achsparallele Einzelstra -ilen, die durch die einzelnen Blendenöffnungen der Lochscheibe ausgelöst werden und durch die diese Strahlen umgebende vVirbel über weite Strecken bis an die

:, Unterseite des Tellers 1 geführt werden, wo sie bei Schrägsttiiung des aus Teller und Stab bestehenden Schwebekörpers rücktreibende Momente auslösen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   DurchfluBmesser nach dem Schwebekörperprinzip mit analoger und/oder digitaler elektrischer Meßwertabgabe, mit einem sich konisch erweiternden Meßrohr, an dem eine seitliche Zuführung für den Massenstrom vorgesehen ist, mit einem Schwebekörper, der aus einem im Meßrohr (3) von der Strömung beaufschlagten Schwimmkörper und einem damit verbundenen nach unten ragenden zylindrischen Bauteil besteht, dessen unteres ferromagnetisches Ende in einem mit dem Meßmedium gefüllten Hohlzylinder so hineinragt, daß eine Dämpfung der Schwebekörperbewegung auftritt, und mit einer den Hohlzylinder umgebenden, von Wechselstrom durchflossenen Spule, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper in an sich bekannter Weise als Teller (1) ausgebildet ist, daß am Anfang des konisch erweiterten Meßrohres (3) eine als Strömungsrichter dienende Lochscheibe (8) angeordnet ist und daß der innendurchmesser des Hohizyiinders (4) nur um so wenig größer ist als der Außendurchmesser des als Stab (2) ausgebildeten zylindrischen Bauteils, daß durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen « sowohl eine neigungsunempfindliche berührungsfreie Führung als auch eine Dämpfung des Schwebekörpers bei schnell wechselnden Durchflüssen gegeben ist.