DE2715346A1

DE2715346A1 - Vorrichtung zum messen des massendurchflusses eines mediums

Info

Publication number: DE2715346A1
Application number: DE19772715346
Authority: DE
Inventors: Charles Peter Cockshott; John Howard Moore
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1977-10-27
Also published as: GB1572097A; US4104913A; JPS52124361A

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO

D-4 DÜSSEIiUORF · SCHUMANNSTH. Θ7 27 1 5 3 A U

PATENTANWÄLTE :
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK · üipl.-lng. R. KNAUF Dr.-Ing, Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Luoaa Industries Limited
Great King Street
GB-Birmingham

Vorrichtung zum Messen des Massendurchflueses eines Mediums

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Massendurchflusses eines Mediums.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste Ionisierungselektrode, die im Fließweg des Mediums sitzt und bei Stromführung das Medium ionisiert, eine zweite, im wesentlichen hohlzylindrische SammeMektrode, die sich um die erste Elektrode herum erstreckt und zu der die von der ersten Elektrode erzeugten Ionen wandern und die eine Anzahl leitender Ringes aufweist, die in Fließrichtung des Mediums im Abstand angeordnet sind und zwischen denen jeweils Isoliermaterial sitzt, auf das die zu den Ringen wandernden Ionen nicht einwirken, und auf das Maß der Ionenwanderung zu den verschiedenen leitenden Ringen ansprechende Mittel zur Messung der Verschiebung der Ionen durch das an den Elektroden vorbeifließende Medium, wobei die Verschiebung von dem Massendurchfluß des Mediums abhängt.

Vorzugsweise weisen die Mittel jeweils ein Widerstandselement auf, das zwischen jedes Paar aufeinanderfolgender leitender Ringe geschaltet ist, ferner einen Komparator mit Eingängen, die mit den Widerstandselementen verbunden sind, die jeweils den endseitig liegenden leitenden Ringen zugeordnet sind, wobei der Komparator so eingerichtet ist, daß er einen Ausgang erzeugt, der von der Differenz zwischen den Signalen abhängig ist, die beim Wandern der Ionen zur zweiten

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Elektrode an den Eingängen erzeugt werden, derart, daß der Ausgang von der Ionenverschiebung durch den Mediumfluß abhängig ist.

Zweckmäßigerweiewe weist der Komparator einen Differenzverstärker auf.

Zweckmäßigerweise erzeugt der Komparator im Betrieb einen weiteren Ausgang, der von der Summe der Signale an den Eingängen abhängt.

Vorzugsweise ist die erste Elektrode der zweiten Elektrode gegenüber in Richtung der Zylinderachse der zweiten Elektrode bewegbar.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Torrichtung zum Hessen des

Massendurchflusses und
Fig. 2 ein Schnitt durch einen Teil der Fig. 1 im vergrößerten Maßstab.

Die Vorrichtung weist einen äußeren zylindrischen Mantel 11 auf, der an seinen beiden axialen Enden mit einem mit Innengewinde versehenen Abschnitt 12 vorgesehen ist. Mit den beiden Abschnitten 12 sind jeweils hohlzylindrische Trägerstücke 13 verschraubt, die dazu jeweils an einem Ende Außengewinde haben, das Gegengewinde zum Gewindeabschnitt 12 bildet. Der _mantel 11 und die Trägerstücke 13 sind jeweils aus nichtrostendem Stahl gefertigt, und an den Trägerstücken 13 sitzen jeweilige Isolierverschlüsse 14, die zweckmäßigerweise aus einem mit Hochspannung belastbaren Epoxyharz oder aus einer glasierten Keramiksubstanz hergestellt sind. Axial führende Kanäle (nicht dargestellt) sind in jedem Verschluß 14 gebildet, so daß im Betrieb ein Medium, dessen Durchflußrate zu bestimmen ist, durch die Kanäle durch die Trtteerstüoke 13 und den Mantel 11 fließen kann.

Zwischen den Verschlüssen 14 sitzt ein langgestreckter Träger 15 aus nichtrostendem Stahl, der sich axial durch den Mantel 11 erstreckt und

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an dem eine Scheibe 16 befestigt ist, die ebenfalls aus nichtrostenden Stahl gefertigt ist. Die Scheibe 16 bildet eine erste Ionisierungselektrode und ist so angeordnet, daß deren Hauptflachen sich im rechten Winkel zur Achse des Mantels 11 erstrecken. Eine zweite hohlzylindrische Saamelelektrode 17 umschließt die Elektrode 16, und diese Samnelelektrode ist durch eine Anzahl im axialen Abstand angeordneter Hignge 18 aus nichtrostendem Stahl gebildet, die gegeneinander, gegen den Mantel 11 und gegen die Trägerstücke 13 durch Isolierringe 19 isoliert sind, die aus einer Polypropylenplatte mit einer Dicke von 1,27 mm (0,050 Zoll) geschnitten und geformt sind. Im Betrieb wird die Elektrode 16 unter einer hohen positiven Spannung (8-18 kV) in bezug auf die Elektrode 17 gehalten, so daß beim Fließen von Medium durch den Mantel 11 zwischen den Elektroden 16, 17 das Medium durch die Elektrode 16 ionisiert wird und die erzeugten Ionen zur Elektrode 17 wandern. Die Ionen werden dann von den Ringen 18 gesammelt, und das Maß der Ionenwanderung zu den verschiedenen Ringen bildet ein Maß für den Massendurchfluß von Medium zwischen den Elektroden 16, 17. Wichtig ist jedoch, daß die Isolierringe 19 den Ionen nicht ausgesetzt werden, die in Betrieb von der Elektrode 16 zu den leitenden Ringen 18 wandern, weil anderenfalls, wie festgestellt wurde, das Isoliermaterial aufgeladen wird und die richtige Funktion der Vorrichtung stört. Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß die Isolatoren vor Schmutz geschützt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die erforderliche Anordnung des Isoliermaterials dadurch erreicht, daß die Ringe 19 zwischen überlappenden peripheren Partien der Ringe 18 eingeschlossen werden.

Im Betrieb wird die Elektrode 16 mit dem Pluspol eines Hochspannungsnetzes (nicht dargestellt) über den Träger 13t eine mit dem Träger 15 in Verbindung stehende Schraube 20 und einen Stromleiter 21 verbunden, der von einem der Verschlüsse 14 getragen wird und sich durch diesen erstreckt. Der Kopf der Schraube 20 liegt durch eine Bohrung 22 in dem einen Verschluß 14 frei, und die Anordnung ist eine solche, daß durch eine Drehung der Schraube 20 der Träger 15 und die Elektrode 16 axial der zweiten Elektrode 17 gegenüber bewegt werden. In den Mantel 11 ist ein sich axial erstreckender Schlitz 23 eingeformt, durch den elektrische Stromzuführungen 24 geführt sind, die mit den jeweiligen Ringen 18 verbunden sind. Die Stromzuführungen 24 vekrbinden zwischen neben-

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einanderllegenden Ringpaaren 18 jeweils Widerstandselemente 25, wobei die den an den üden der Elektrode» 17 gebildeten Ringen zugeordneten Elemente jeweils mit den Eingängen eines !Comparators 26 verbunden sind. Der Komparator 26 hat die Form eines Summen- und Differenz-Verstärkers, und er erzeugt folglich einen ersten Ausgang, der von der Differenz zwischen den EingangsSignalen abhängig ist, und einen zweiten Ausgang, der von der Summe der Eingangssignale abhängig ist.

Wenn im Betrieb die Elektrode 16 stromführend ist, um das Medium zwischen den Elektroden 16, 17 zu ionisieren, sind die Eingangβsignale zum Komparator 26 gleich, wenn die Elektrode 16 in der Mitte zwischen den Enden der Elektrode 17 sitzt und die Mediumdurchflußrate durch den Mantel 11 Null beträgt. In dieser Situation erzeugt der Komparator 26 natürlich nicht das erste Ausgangssignal. Wenn das Medium jedoch in Richtung des Pfeils A in der Zeichnung fließt, wandern mehr Ionen zu den Ringen 18 hin, die sich stromabwärts von der Elektrode 16 befinden, als das zu den Ringen hin geschieht, die stromaufwärts von der Elektrode 16 sitzen. Die Eingänge zum Komparator 26 werden deshalb nun anders, so daß der Komparator das erste Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert ein Maß der Verschiebung der Ionen durch das an den Elektroden 16, 17 vorbeifließenden Medium ist und von dem Massendurchfluß des Mediums abhängt. Entsprechend ändert sich das zweite Ausgangssignal vom Komparator mit der Änderung der Mediumdurchflußrate, so daß die Signale benutzt werden können, um ein Maß des Massendurchflusses des Mediums zu geben.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zum Messen des Mediumdurchflusses in beide Richtungen vorgesehen, jedoch ist der maximale Durchfluß, der gemessen werden kann, in der durch den Pfeil ^A angezeigten Richtung größer als in entgegengesetzter Richtung. Die Elektrode 16 wbrdee deshalb aus der Mitte des Elektrodensysteme herausgenommen. In dieser Anordnung muß ein zusätzlicher Widerstand 27 in die Widerstandskette 25 mit einem solchen Wert eingebaut werden, <Äß der Ausgang bei einem Luftdurchfluß von Null Null wird. Dieser Widerstand kann veränderlich gemacht werden, um eine manuelle Nulleinstellung für die Vorrichtung zu schaffen.

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In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde die vorstehend beschriebene Vorrichtung zun Messen des Luftmassendurchflueses in der Ansaugsammelleitung eines Brennkraftmotors benutzt, und sie enthielt zwölf Binge 18, die jeweils einen Innendurchmesser von 32,1208 mm (2,032 Zoll), eine Sicke von 4,4706 mm (0,176 Zoll) und eine Breite von 2,3368 mm (0,092 Zoll) hatten. Ferner hatte die Elektrode 16 zweckmäßigerweise einen Durchmesser von 19*03 mm (0,73 Zoll), während die Gesamtlänge des Hohlkörpers, der vom Mantel 11 und von den Trägerstücken 13 gebildet wurde, zweckmäßigerweise 138,176 mm (5,44 Zoll) betrug.

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Claims

Ansprüche

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1/ Vorrichtung zum Messen des Massendurchflusses eines Mediums, gekennzeichnet durch eine erste Ionisierungselektrode (16), die im Fließweg des Mediums sitzt und bei Stromführung das Medium ionisiert, eine zweite, im wesentlichen hohlzylindrische Sammelelektrode (17)» die sich um die erste Elektrode (16) herum erstreckt und zu der die von der ersten Elektrode (16) erzeugten Ionen wandern und die eine Anzahl leitender Ringe (18) aufweist, die in Fließrichtung des Mediums im Abstand angeordnet sind und zwischen denen jeweils Isoliermaterial (19) sitzt, auf das die zu den Ringen (18) wandernden Ionen nicht einwirken, und auf das Maß der Ionenwanderung zu den verschiedenen leitenden Ringen (18) ansprechende Mittel (24, 25» 26) zur Messung der Verschiebung der Ionen durch das an den Elektroden (16, 17) vorbeifließende Medium, wobei die Verschiebung von dem Massendurchfluß des Mediums abhängt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ring (18) jedes Paars nebeneinanderliegender leitender Ringe (18) das Isoliermaterial (19) zwischen den Ringen (18) so überlappt, daß ein Einwirken der wandernden Ionen auf das Isoliermaterial (19) verhindert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24, 25, 26) jeeweils ein Widerstandselement (25) aufweisen, das zwischen jedes Paar nebeneinanderliegender leitender Ringe (18) geschaltet ist, ferner einen Kornpeator (26) mit Eingängen, die mit den Widerstandselementen (25) verbunden sind, die jeweils den endseitig liegenden leitenden Ringen (18) zugeordnet sind, wobei der Komparator (26) so eingerichtet ist, daß er einen Ausgang erzeugt, der von der Differenz zwischen den Signalen abhängt, welche beim Wandern der Ionen zur zweiten Elektrode (I7) an den Eingängen erzeugt werden, derart, daß der Ausgang von der Ionenverschiebung durch den Massenfluß abhängig ist.
4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeich-31 139

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net, daß der Komparator (26) einen Differenzverstärker aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (26) im Betrieb einen weiteren Ausgang erzeugt, der von der Summe der Signale an den Eingängen abhängig ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch g e kennzeichnet , daß die erste Elektrode (16) der zweiten Elektrode gegenüber in Richtung der Zylinderachse der zweiten Elektrode (17) bewegbar ist.

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