DE2916024A1 - Vorrichtung zur durchflussmengen- und/ oder durchflussgeschwindigkeitsmessung von fluessigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur durchflussmengen- und/ oder durchflussgeschwindigkeitsmessung von fluessigkeitenInfo
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Description
UL-78/140 (EBHZ) 30.03.1979
Ul/kt
Licentia
Patent-Verwaltungs-GmbH
Frankfurt /Main
Vorrichtung zur Durchflußmengen- und/oder Durchflußgeschwindigkeitsmessung
von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflußmengen- und/oder Durchflußgeschwindigkeitsmessung von
Flüssigkeiten, mit einem vom Flüssigkeitsstrom antreibbaren Rotationskörper.
Bekanntlich werden Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen u. dgl. unmittelbar an die Wasserzuleitung angeschlossen,
und zwar meistens mittels eines Schlauches. Auch ist bekannt, daß derartige Maschinen mit Programmschaltwerken
versehen sind, die mit einem System zusammenarbeiten, das aus Druckwächtern und Magnetventilen
besteht und die Aufgabe erfüllt, den Wasserzulauf zu sperren, um die Wassermenge in Abhängigkeit
der einzelnen, programmierten Vorgänge, d.h. Waschen und Nachspülen, zu dosieren. Diese übliche Art des
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unmittelbaren Anschlusses am Wasserleitungsnetz kann Wasserschäden im Aufstellraum der Maschine zur Folge
haben, wenn im Betrieb der unbeaufsichtigten Maschine der Anschlußschlauch platzt, undicht wird
oder das Magnetventil z.B. wegen eines defekten Druckwächters die Wasserzufuhr zur Maschine nicht
unterbricht.
Aus der DE-OS 2 335 195 ist eine Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung des Wasserkreislaufes bei Waschmaschinen,
Geschirrspülmaschinen u.dgl. bekannt, die aus einem in der Wasserleitung zur Maschine angeordneten
Flügelrad besteht, das vom Druck des der Maschine zufließenden Wassers antreibbar ist und über
ein Getriebe ein Wasserzulaufventil schließt, sobald die Menge des der Maschine zulaufenden Wassers
das vorgewählte Maß erreicht hat, auf das die Sicherheitsvorrichtung eingestellt wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Messen der Durchflußmenge und/oder der Durchflußgeschwindigkeit
von strömenden Flüssigkeiten geeignete Vorrichtung zu schaffen, bei der die Übertragung
der von einem Rotationskörper im Flüssigkeitsstrom aufgenommenen Drehbewegung auf eine Meßeinrichtung
kontaktlos erfolgt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sowie
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen enthalten.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist abgesehen vom Rotationskörper, der mit der zu messenden Flüssigkeit
in Berührung kommt, auf keinen bestimmten Werkstoff festgelegt und sie eignet sich praktisch
für Messungen in jeder beliebigen Flüssigkeit. Da jede Schaufel eines Flügelrades oder eine fein
unterteilte, dem Rotationskörper zugeordnete Segmentscheibe ein hohes Auflösungsvermögen bei der
Abgabe von Impulsen an der Lichtschranke ermöglicht, sind sehr genaue Messungen möglich, obzwar
der erforderliche Aufwand gering bleibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem durchbrochenen Rotationskörper, z.B. einem Flügelrad, der quersennittformatfüllend entweder direkt
in der Flüssigkeitsleitung oder in einem zwischengeschalteten Gehäuse angeordnet ist. In beiden Ausführungen
passiert die Flüssigkeit die Meßstelle, indem sie das Flügelrad in eine Drehbewegung versetzt
und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Durchflußmenge der Flüssigkeit durch die Rotationsbewegung
des Flügelrades wiedergibt.
Die Erfassung der Drehbewegung erfolgt kontaktlos über eine Lichtschranke nach dem Transmissions- oder
dem Reflexionsverfahren. Voraussetzung beim Transmissionsbetrieb
ist jedoch, daß der Rotationskörper entweder von transparentem Material umgeben ist,
z.B. einem Plexiglasgehäuse, oder daß bei Verwendung von lichtundurchlässigem Material z.B. zwei gegenüberliegende
lichtdurchlässige Fenster im Gehäuse des Rotationskörpers angebracht sind. Die Fenster
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werden derart positioniert, daß die Transmission eines Lichtstroms zwischen ihnen durch das rotierende
Flügelrad abgeschattet oder unterbrochen wird. Im Falle der Remission genügt dagegen .ein licht—durchlässiges
Fenster. Wesentlich ist hier jedoch, daß die Rotationskörperabschnitte zur zu messenden Flüssigkeit
bzw, die Einteilung einer separat dafür angefertigten Segmentscheibe ausreichend unterschiedliches
Reflexionsverhalten aufweisen. Außerdem muß, um die einzelnen Segmente noch getrennt auflösen zu
können, der Abstand zwischen dem Fenster und den Segmenten bzw. dem Fenster und der Lichtschranke genügend
klein gewählt werden. Diese Anordnung empfiehlt sich besonders für trübe, lichtundurchlässige Flüssigkeiten.
Die Lichtschranke kann aus einer Leuchtdiode als Sender und einem entsprechenden fotosensitiven
Bauelement, z.B. einer Fotodiode, einem Fototransistor als Empfänger bestehen. Die von der Leuchtdiode
ausgesandte Wellenlänge liegt beispielsweise im nahen IR-Bereich von etwa 900 Nanometer.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind,
daß der Rotationskörper und mit Ausnahme des transparenten Fensters auch das Gehäuse nicht an die
Verwendung eines bestimmten Werkstoffs bzw. an eine bestimmte Werkstoffklasse gebunden sind, wie das
beispielsweise bei induktiven Verfahren der Fall ist, die mit Rotationskörpern aus magnetischen Werkstoffen
ausgerüstet sein müssen. Folglich brauchen keine Einschränkungen in bezug auf die chemischen
Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit getroffen
werden, da der Werkstoff individuell auf die
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Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit abstimmbar
ist. Ferner kann die Auflösung der Meßwerte durch eine feine Segmentierung des Rotationskörpers
in einzelne Segmente oder Kammern erhöht werden, da für das einwandfreie Funktionieren geringe Anforderungen
an die Abmessungen der Meßeinrichtung gestellt werden. Der Auflösungsgrenzwert wird bei
der erfindungsgemäßen Anordnung nicht durch die optische Auswertung, sondern durch die Geometrie
des Rotationskörpers selbst gegeben, da sichergestellt sein muß, daß die Segmentkammern groß genug
sind, um ein vollständiges Füllen und Entleeren mit der Meßflüssigkeit zu gewährleisten. Bei der Dimensionierung
der Kammern ist noch auf eine sinnvolle Meßwertauflösung gegenüber dem zu erwartenden Meßfehler
zu achten, der beispielsweise durch die Flüssigkeit entsteht, die unkontrolliert zwischen
Gefäßwandung und den äußeren Flügelradkanten durchtritt.
Die Auswertung bei Betrieb als Flüssigkeitsmengenmesser geschieht derart, daß eine Anzahl an Lichtstromunterbrechungen
einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen zugeordnet wird, während bei Betrieb als Durchflußmesser die Anzahl der Lichtstromunterbrechungen
für ein bestimmtes Zeitintervall angegeben wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist u.a. zur Steuerung von Wasch- und Spülgängen bei Waschvollauto-
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maten verwendbar. Dazu wird beispielsweise ein
Flügelrad mit einer Höhe von ca. 10 mm, einem Durchmesser von ca. 20 mm verwendet, das aus sechs Segmenten
besteht und in ein Plexiglasgehäuse mit Wasserzu- und -ablauf in die Wasserzuführung des Waschautomaten
eingebaut wird. Eine außen an das Plexiglasgehäuse angebrachte Lichtschranke wird für das
Transmissionsverfahren gegenüberliegend an diesem Gehäuse angeordnet. Das der Waschmaschine zufließende
Wasser hat etwa eine Durchflußgeschwindigkeit von 10 - 20 l/min, und versetzt das Flügelrad
in eine Rotationsbewegung, so daß je Liter eingeflossenes Wasser 800 Transmissionsunterbrechungen
erzeugt werden. Diese Anzahl von 800 Impulsen je Liter wird elektronisch durch acht geteit, so daß
Impulse je Liter Wasser erhalten werden, was einer Auflösung von 10ml Wasser entspricht, die an einer
Anzeige ersichtlich gemacht werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung bei Haushaltmaschinen
beschränkt. So kann sie beispielsweise als Benzinmengenzähler in den Zapfstellen von Tankstellen
eingesetzt werden. Vorteilhaft ist, daß bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Auswertemethode
der Mengendurchsatz an Benzin wesentlich erhöht werden kann. Eine höhere Auflösung, beispielsweise
von einem Milliliter könnte alternativ durch eine größere Unterteilung des Flügelrades in
beispielsweise 8 Kammern erfolgen oder durch Anbringung einer höher geteilten Segmentscheibe auf
das verwendete Flügelrad. Dabei empfiehlt sich eine Auswertung der Drehbewegung des Flügelrades nach
dem Reflexionsverfahren.
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Claims (11)
1. Vorrichtung zur Durchflußmengen- - und/ oder Durchflußgeschwindigkeitsmessung von Flüssigkeiten,
mit einem vom Flüssigkeitsstrom antreibbaren Rotationskörper, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotationskörper in einem Gehäuse der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist und daß eine Lichtschranke
die Umdrehungen des Rotationskörpers kontaktlos durch Reflexion oder Transmission des ausgesandten
Lichtes registriert und Impulse an eine Auswerteschaltung abgibt, die sie in elektrische
Signale umwandelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Rotationskörpers
aus transparentem Material besteht oder wenigstens ein lichtdurchlässiges Fenster zum
Sender und Empfänger der Lichtschranke aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper
wenigstens einen Flügel oder eine zusätzliche Segmentscheibe zur Auflösung des Rotationskörpers
in einzelne Segmente oder Kammern trägt, die gegenüber dem Rotationskörper und der Flüssigkeit
ein unterschiedliches Reflexionsverhalten aufweisen und an denen die Lichtschranke die Drehbewegung
des Rotationskörpers abliest.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke in einem
kleinen Abstand vom Fenster des Gehäuses bzw. von den Flügeln oder den Segmenten der Segmentscheibe des
Rotationskörpers angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke als
Sender eine Leuchtdiode für IR-Strahlen und als Empfänger ein fotosensitives Bauelement, wie eine
Fotodiode, einen Fototransistor od. dgl. aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentierung des Rotationskörpers
durch zusätzlich in die einzelnen Kammern des Rotationskörpers eingefügte ■ durchlöcherte
Scheiben erhöht wird, ohne daß sich das Füllvolumen der Kammer verkleinert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentierung verschieden
von der Unterteilung in einzelne Kammern ist und durch die Segmentscheibe gebildet wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sender und Empfänger bei Transmissionsbetrieb
gegenüberliegend angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sender Empfänger bei Remissionsbetrieb nebeneinander in einem von 180 abweichenden
Winkel angeordnet sind.
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10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung
digitale Signale abgibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung
eine bestimmte Anzahl von aus Lichtstromunterbrechungen resultierenden Impulsen der Lichtschranke
einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen oder unter Einbeziehung einer Zeitkonstante einer bestimmten
Durchflußgeschwindigkeit zuordnet.
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