DE2849122C2 - Device for measuring the flow rate or the amount of a gas - Google Patents
Device for measuring the flow rate or the amount of a gasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußrate oder der Menge eines Gases, bei der ein in dem Gasstrom befindliches, einseitig eingespanntes Teil durch das strömende Gas in Schwingungen versetzt wird, die eine Funktion der Durchflußrate sind.The invention relates to a device for measuring the flow rate or the amount of a gas in which a part which is located in the gas flow and is clamped in on one side vibrates by the flowing gas which are a function of the flow rate.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US-PS 09 520 bekannt. Diese Vorrichtung beruht auf dem Prinzip der Kamann'schen Wirbel, wobei das Schwingungsteil einen wirbelerzeugendeh Strömungswiderstand trägt und durch das Ablösen der kamann'schen Wirbel in Schwingungen versetzt wird. Die Schwingung erfolgt dabei senkrecht zur Strömungsrichtung.Such a device is already known from US-PS 09 520. This device is based on the Principle of the Kamann vortex, the vibrating part carries a vortex-generating flow resistance and by the detachment of the Kamannian Vortex is set in vibration. The oscillation takes place perpendicular to the direction of flow.
Dieser Kamann-Wirbelmesser ist in erster Linie ein Strömungsgeschwindigkeitsgeber, der punktuell an der Stelle, wo sich der wirbelerzeugende Gegenstand befindet, mit der Strömungsgeschwindigkeit verknüpft ist. Es wird dabei die Abhängigkeit der Frequenz von der Strömungsgeschwindigkeit gemessen.This Kamann vortex knife is first and foremost a flow speed sensor that is selectively connected to the Place where the vortex-generating object is, linked to the flow velocity is. The dependence of the frequency on the flow velocity is measured.
Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in einem Gasprobennahmegerät, wird eine integrale Meßgröße benötigt, also das Integral über der Strömungsrate. Für diesen Verwendungszweck, bei dem sehr genaue Luftmengen auch bei geringen Raten benötigt werden, ist die bekannte Verrichtung nicht geeignet.For special applications, for example in a gas sampling device, an integral measured variable required, i.e. the integral over the flow rate. For this purpose where very precise Air quantities are required even at low rates, the known operation is not suitable.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auch bei geringen Durchsatzraten sehr genaue Gesamtmengen gemessen werden können.The object of the invention is therefore to create a device of the type mentioned at the outset, in which also in very accurate total quantities can be measured at low throughput rates.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Meßgehäuse eine Metallzunge einseitig so eingespannt und vom Gasstrom so beaufschlagt ist, daß sie zu Schwingungen konstanter Frequenz anregbar ist, deren Amplitude eine Funktion der Durchflußrate ist. Durch die Verwendung einer Metallzunge als Strömungsmeßwertgeber wird eine besonders einfache Vorrichtung geschaffen, deren Mcßsignal sehr gut linear ist und sich besonders in einem Gasprobennahmegerät bewährt mit dem vorgegebene, bemessene Luftmengen der Atmosphäre entnommen werden.This object is achieved according to the invention in that a metal tongue on one side in a measuring housing is clamped and acted upon by the gas flow in such a way that it can be excited to vibrate at a constant frequency, whose amplitude is a function of the flow rate. By using a metal tongue as a flow sensor a particularly simple device is created whose Mcßsignal is very well linear is and has proven itself particularly in a gas sampling device with the specified, measured air volumes taken from the atmosphere.
Die bisherigen Gasprobennahmegeräte arbeiten nach dem thermischen Anemometer-Prinzip. Dieses Meßverfahren ist wesentlich träger und läßt sich damit nicht zur Bestimmung von Kleinstmengen verwenden. Außerdem sind diese Geräte viel komplizierter aufgebaut, so daß sie nicht überall verwendet werden können.The previous gas sampling devices work on the thermal anemometer principle. This measurement method is much more sluggish and therefore cannot be used to determine very small quantities. aside from that these devices are much more complicated so that they cannot be used everywhere.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Meßwert (Schwingungsamplitude) akustisch abgenommen wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch ein Mikrophon.In a further development of the concept of the invention, it is provided that the measured value (oscillation amplitude) is taken acoustically. This is expediently done through a microphone.
Bei dieser Meßwertebnahme braucht die die Metallzunge aufnehmende Hülse nicht besonders gelagert werden, sondern kann fest eingespannt sein.The metal tongue is needed for this measurement receiving sleeve are not specially stored, but can be firmly clamped.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird der Meßwert (Schwingungsamplitude) mechanisch abgenommen. Hier ist die die Metallzunge aufnehmende Hülse so gelagert, daß die Schwingungen der Hülse piezoelektrisch abgenommen werden können. Wie bereits oben ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft in einem Gasprobennahmegerät verwendet werden, mit dem vorgegebene, bemessene Luftmengen der Atmosphäre entnommen werden. Ein derartiges Gasprobennahmegerät besteht aus einer Pumpe, die vor oder hinter einem Filter angeordnet ist, das so imprägniert ist, daß es selektiv die gewünschten Luftbestandteile festhält, der Meßvorrichtung sowie einem Verstärker, einem Gleichrichter, einem Spannungsfrequenzwandler und einem Vorwahlzähler (Integrator), die das Meßsignal weiterverarbeiten, wobei die zu messende Luftmenge durch einen Vorwahlschalter einstellbar ist, der mit dem Pumpenmotor und dem Vorwahlzähler verbunden ist.According to another embodiment of the inventive concept, the measured value (vibration amplitude) mechanically removed. Here the sleeve receiving the metal tongue is mounted in such a way that the vibrations the sleeve can be removed piezoelectrically. As already stated above, the inventive Device can be used particularly advantageously in a gas sampling device with the predetermined, measured amounts of air are taken from the atmosphere. Such a gas sampling device consists of a pump which is arranged in front of or behind a filter which is so impregnated that it selectively holds the desired air components, the measuring device as well as an amplifier, a Rectifier, a voltage frequency converter and a preset counter (integrator), which the measuring signal further processing, whereby the amount of air to be measured can be set using a preselection switch that is set with the Pump motor and the preset counter is connected.
Derartige Geräte werden bei luftchemischen Untersuchungen verwendet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben die Gasprobennahmegeräte eine sehr kurze Ansprechzeit. Trotz ihrer Einfachheit und Robustheit gewährleistet das erfindungsgemäße Meßprinzip eine hohe Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit. Such devices are used in air chemistry studies. With the device according to the invention the gas sampling devices have a very short response time. Despite its simplicity and Robustness, the measuring principle according to the invention ensures high measuring accuracy and reproducibility.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment that is shown in the drawing is shown. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Maßaufbaues vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Fig. 1 is a schematic representation of the dimensional structure in front of the device according to the invention,
Fig.2 in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und2 shows a simplified representation of a section by the device according to the invention and
Fig.3 eine schematische Darstellung des Meßaufbaues nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung.3 shows a schematic representation of the measurement setup according to the device according to the invention.
Ein in den Fig. 1 und 3 schematisch dargestelltes Gasprobennahmegerät dient zur Messung definierter Gasvolumen, wie sie insbesondere bei luftchemischen Untersuchungen benötigt werden.A gas sampling device shown schematically in FIGS. 1 and 3 is used for measurements in a more defined manner Gas volume, as it is required in particular for air chemistry investigations.
Durch einen Sondenanschluß 1 wird das zu messende Gas von einer Pumpe 2 zu einem Drosselventil 3 bzw. zu einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 4 gepumpt (Fig. 1).The gas to be measured is passed through a probe connection 1 from a pump 2 to a throttle valve 3 or to a measuring device 4 according to the invention is pumped (Fig. 1).
Die in Fig. 2 gezeigte Meßvorrichtung besteht aus einem Meßgehäuse 5 mit einem Lufteintritt 5a und einem Luftaustritt 5c.The measuring device shown in Fig. 2 consists of a measuring housing 5 with an air inlet 5a and an air outlet 5c.
In dem Meßgehäuse 5 ist eine Hülse 5b durch eine Gummihalterung 6 elastisch angeordnet. In der Hülse Sb A sleeve 5b is elastically arranged in the measuring housing 5 by means of a rubber mount 6. In the case Sb
ist eine einseitig eingespannte, elastische Metallzunge 7 so angeordnet, daß sie senkrecht von der Luft angeströmt wird und eine öffnung abdeckt. Die Metallzunge 7 schwingt bei einem Luftstrom durch diese öffnung nach beiden Seiten hin und her. Die Schwingung der Metallzunge 7 wird auf die Hülse 5b übertragen und im dargestellten Aus;ührungsbeispiel von einem Meßfühler 8 abgenommen.an elastic metal tongue 7 clamped on one side is arranged in such a way that the air flows perpendicularly against it and covers an opening. The metal tongue 7 swings back and forth to both sides when there is a flow of air through this opening. The vibration of the metal tongue 7 is transmitted to the sleeve 5b and, in the illustrated embodiment, is picked up by a sensor 8.
Die F i g. 3 zeigt die Verarbeitung dieses Meßsignals. Die von dem Meßfühler 8 erzeugte Wechselspannung wird von einem Verstärker 9, einem Gleichrichter 10 und einem Spannungs-Frequenzwandler 11 elektronisch weiterverarbeitet.The F i g. 3 shows the processing of this measurement signal. The alternating voltage generated by the sensor 8 is electronically controlled by an amplifier 9, a rectifier 10 and a voltage-frequency converter 11 further processed.
Die in der Frequenz dem Meßsignal proportionalen Impulse gelangen «om Ausgang 13 des Spannungs-Frequenzwandlers 11 zum Anschluß 13a des Vorwahlzählers 14. Dieser integriert bis zur gewünschten Gesamtmenge auf. Diese Menge läßt sich durch einen Vorwahlschalter 15 steuern und über eine Anzeige 16 kontrollieren. Der Zähler 14 ist mit einer Motorsteuerung 17 und diese mit einer Pumpe 18 elektrisch verbunden.The impulses proportional in frequency to the measurement signal arrive at output 13 of the voltage-frequency converter 11 to connection 13a of the preset counter 14. This integrates up to the desired total amount on. This amount can be controlled by a preselection switch 15 and via a display 16 check. The counter 14 is electrical with a motor control 17 and this with a pump 18 tied together.
Das zu messende Gasvolumen wird mit dem Vorwahlschalter 15 eingestellt und über die Anzeige 16 wiedergegeben. Sobald die Anzeige 0 erreicht, schaltet der Motor automatisch ab, womit auch die Pumpe 18 ausgestellt wird.The gas volume to be measured is set with the preselection switch 15 and via the display 16 reproduced. As soon as the display reaches 0, the motor switches off automatically, with which the pump 18 as well is issued.
Man erhält somit ein genau bestimmbares Gasvolumen. Das erfindungsgemäße Meßverfahren läßt sich dabei mit einer an sich bekannten, z. B. bei Musikinstrument oder sogenannten Stimmpfeifen üblichen Zungenpfeife realisieren.A precisely determinable gas volume is thus obtained. The measuring method according to the invention can while with a known per se, z. B. usual with musical instrument or so-called pitch pipes Realize the whistle of the tongue.
Wie bereits oben ausgeführt, ist die Metallzunge 7 in dieser Zungenpfeife einseitig eingespannt und überdeckt in ihrer Ruhelage eine Strömungsöffnung. Die Metallzunge 7 wird senkrecht angeströmt, wobei die Luft durch den sich öffnenden Durchlaß zu beiden Seiten der ausgelenkten Zunge hindurchtritt. Dabei ergibt sich eine Schwingung, deren Frequenz der Eigenfrequenz der Zunge entspricht und innerhalb des Meßbereichs konstant ist. Bei entsprechender Auslegung der Metallzunge 7 wird ein hörbarer Ton erzeugt, dessen Lautstärke (Meßwert) der Schvvingungsamplitude der Metallzunge und der Durchflußrate entspricht.As already stated above, the metal tongue 7 is clamped on one side and covered in this tongue whistle a flow opening in its rest position. The metal tongue 7 is flown against vertically, the Air passes through the opening passage on either side of the deflected tongue. Included the result is an oscillation, the frequency of which corresponds to the natural frequency of the tongue and is within the Measuring range is constant. If the metal tongue 7 is designed accordingly, an audible tone is generated, whose volume (measured value) corresponds to the oscillation amplitude of the metal tongue and the flow rate.
Die Amplitude der Schwingungen ist also eine ausschließliche Funktion der Durchflußrate. Die das Meßsignal darstellende, veränderliche Amplitude kann sowohl akustisch als auch mechanisch abgenommen werden.The amplitude of the vibrations is therefore an exclusive function of the flow rate. The the The variable amplitude representing the measurement signal can be picked up both acoustically and mechanically will.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (4)
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