DE3133064A1

DE3133064A1 - "durchflussmesser"

Info

Publication number: DE3133064A1
Application number: DE19813133064
Authority: DE
Inventors: Shinichiro 48057 Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPS5772010A; US4344331A; DE3133064C2; JPS6161605B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmittel-Durchflußmesser zur Messung der Durchflußleistung eines Strömungsmittels bzw.Fluids wie eines Gases oder einer Flüssigkeit; insbesondere betrifft die Erfindung einen Durchflußmesser, bei dem die Strömungsmittel-Strömung auf ein bewegbares Glied gerichtet wird und dessen Versetzung in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

Ein herkömmlicher Durchflußmesser hat -ein bewegbares Glied, das durch das Anströmen eines Strömunefcmittels einen dynamischen Druck aufnimmt, eine Spiralfeder, die das bewegbare Glied in Gegenrichtung zu dem durch die Anströmung verursachten dynamischen Druck vorspannt, und ein Potentiometer mit einem Schleifer, der mit dem bewegbaren Glied verbunden ist. Das bewegbare Glied wird um eine Strecke versetzt, die dem Ausmaß des an dem Glied hervorgerufenen dynamischen Drucks entspricht,

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und das Potentiometer gibt eine Analogspannung ab, die der Versetzung des bewegbaren Glieds entspricht. Bei etnem Durchflußmesser dieser Art ist es anzustreben, daß ein Dünnfilm-Widerstand des Potentiometers außerordentlich abriebfest ist, der Pegel der Ausgangsspannung für eine bestimmte Stellung des Schleifers gleichmäßig ist und darüber hinaus das Spiel in dem Verbindungsmechanismus zwischen dem bewegbaren Glied und dem Schleifer gering ist sowie der Kontakt zwischen dem Schleifer

'0 und dem Dünnfilm-Widerstand selbst bei Vibrationen und Stoßen gleichmäßig ist.

Der Kontakt zwischen dem Schleifer und dem Dünnfilm-Widerstand in dem Potentiometer ist jedoch ein Andruckkontakt. Demzufolge entsteht mit dem Ablauf der Zeit in Bezug auf den durch die Strömung verursachten dynami. sehen Druck wegen des Abtriebs, der Vibrationen und anderer Ursachen ein ungleichförmiges Druck-Ausgangs-

signal. 20

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmittel-Durchflußmesser zu schaffen, der ohne einen mechanischen Kontaktmechanismus bei dem mechanisch/elektrischen Umsetzungssystem zum Umsetzen der mechanischen

Versetzung eines bewegbaren Glieds in ein elektrisches Signal ausgebildet ist und mit einer Umsetzvorrichtung versehen ist, die einen berührungsfreien Mechanismus hat. . ·

Ferner soll mit der Erfindung ein Durchflußmesser geschaffen werden, der gegenüber Vibrationen und Stoßen widerstandsfähig ist und stabil aufgebaut ist.

or Weiterhin soll der erfindungsgemäße Durchflußmesser eine verhältnismäßig einfache elektrische Verarbeitung

-Jl- DE 1308 1 des Durchflußleistungs-Meßsignals ermöglichen.

Ferner soll es der erfindungsgemäße Dürchflußmesser ermöglichen, die Durchflußleistungsdaten mit einem verhältnismäßig einfachen Ausleseteil· mit Hilfe einer integrierten Schaltung hohen Integrationsgrads (LSI) abzunehmen, wie sie bei einem Mikrocomputer oder dergl. verwendet wird.

Erfindungsgemäß ist in einem Gehäuse ein Durchlaß ausgebildet, durch den das Strömungsmittel bzw. Fluid wie ein Gas oder eine Flüssigkeit strömt, dessen Durchflußleistung zu messen ist; innerhalb des Raums in dem Gehäuse ist ein weichmagnetisches Teil, auf das eine elek-

trische Spule gewickelt ist, an einem Ende schwenkbar festgelegt und mit dem Anlenkpunkt als Drehmitte mittels einer Spiralfeder in der Richtung quer zu dem Durchlaß vorgespannt. An dem Gehäuse, an dem das weichmagnetische Teil angfelenkt ist, ist mit dem Anlenkpunkt als Mitte

^" eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (wie beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Solenoid) angebracht. Das Solenoid wird erregt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das zu der Strömung des Strömungsmittels in dem Durchlaß parallel ist.

Die Querschnittsfläche des weichmagnetischen Teils wird so klein gewählt, daß keine magnetische Sättigung entsteht, während die Windungsanzahl der elektrischen Spule so gewählt wird, daß das weichmagnetische Teil mit elfter verhältnismäßig niedrigen eingeprägten Spannung, nämlich mit einem verhältnismäßig niedrigen Erregungsstrom ausreichend magnetisch gesättigt wird.

Wenn T die Zeitdauer ist, die vom Beginn des Anlegens

einer Spannung einer auf das weichmagnetische Teil ge-

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wickelten elektrischen Spule an bis zur magnetischen Sättigung des weichmagnetischen Teils verstreicht, so gilt allgemein die folgende Gleichung:

5 T=U (φπι-φχ) (1)

wobei die Bezeichnungen die folgende Bedeutung haben:
E = an die elektrische Spule angelegte Aufprägespannung N = Windungsanzahl der elektrischen Spule
«Jim = maximaler Magnetfluß (Sättigungsfluß)
fx = Magnetfluß durch ein äußeres Magnetfeld

Sobald sich folglich der an dem weichmagnetischen Teil in dem von dem Solenoid erzeugten Magnetfeld hervorgeru-

'5 fene Magnetfluß φχ in Übereinstimmung mit einer Änderung des Schwenk- bzw.Neigungswinkels verändert, ändert sich auch dementsprechend die Zeit T. D.h., das weichmagnetische Teil schwenkt in Abhängigkeit von dem durch die Strömung'"des Strömungsmittels verursachten dynamischen

™ Druck um den Anlenkpunkt, so daß sich die Projektionsfläche des weichmagnetischen Teils in der Richtung des Magnetflusses ändert, wodurch sich die Zeit ändert, die vom Anlegen der Spannung an die Spule an verstreicht,

bis der Spulenstrom einen bestimmten Pegel erreicht. nc.

Der erfindungsgemäße Durchflußmesser wird daher an eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleiter Vorrichtung angeschlossen, die zunächst die Zeit T ermittelt und dann diese Zeit in der Form elektrischer Signale wie in Form von Spannungspegeln, digitalen Codes

und dergl. anzeigt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflußmessers besteht das weichmagnetische Teil aus einem amorphen magnetischen Material. Das amorphe Material hat die Form einer dünnen Platte, da es nur durch schnelles Abschrecken-

von Flüssigphasen-Metall gewonnen werden kann. In magnetischer Hinsicht ist das weichmagnetische Teil ferromag-

-S- ■ . DE 1308

' netisch und hat eine hohe magnetische Permeabilität, hohe Sättigungs-Magnetisierung und geringe Koerzitivkraft; mechanisch zeigt es hervorragende Elastizität und hervorragende Rückstelleigenschaften. Die vorstehend ^ genannten Eigenschaften des amorphen magnetischen Materials sind für den erfindungsgemäßen Durchflußmesser sehr erwünscht; durch Anwendung des Materials mit diesen Eigenschaften werden die Vorteile erzielt, daß die Signalverarbeitung bei der Messung der Zeit T sehr einfach 10

und genau vorgenommen werden kann, die Herstellung vereinfacht ist und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Stoßen bzw. Schlägen verbessert ist.

,j- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 a ist eine Vertikalschnittansicht des Durchfluß-2Q ' messers gemäß einem Ausführungsbeispiels,

Fig. 1 b ist eine Ansicht eines Schnitts längs der Linie B-B in Fig. la.

Fig. 1 c ist eine Teilansicht eines Schnitts längs der Linie C-C in Fig.Ib.

Fig. 2 a ist ein Schaltbild einer an den Durchfluß-

messer angeschlossenen elektrischen Schalen

tung, die eine Analogspannung mit einem Pegel

erzeugt, der einer gemessenen Durchflußleistüng entspricht.

Fig. 2 b ist eine Darstellung von Kurvenformen des 35

Eingangs- und des Ausgangssignals der in Fig.

2a gezeigten elektrischen Schaltung.

-1?€- DE 1308

Fig. 3 a ist ein Schaltbild einer mit dem Durchflußmesser verbundenen elektrischen Schaltung, die Impulse mit einer der Meßdurchflußleistung entsprechenden Zeitdifferenz erzeugt.
5

Fig. 3 b ist eine Darstellung von Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Schaltung.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das eine Zählerschaltung zeigt, die Differenzzeiten td zwischen Eingangs- und Ausgangsimpulsen der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Schaltung in digitale Codesignale umsetzt.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine an den in den Fig. la bis Ic gezeigten Durchflußmesser angeschlossene elektronische Verarbeitungseinheit mit einem Einzelbaustein-Mikrocomputer zeigt, die die Zeit der Verzögerung des Beginns

des über eine elektrische Spule des Durchflußmessers fließenden Stroms in Bezug auf das Aufprägen einer Impulsspannung auf die elektrische

Spule zählt. 25

Fig. 6 a ist eine erläuternde Schnittansicht eines Durchflußmessers, die die Lagebeziehung zwischen einem weichmagnetischen Teil und einem magnetischen Fluß in dem Fall zeigt, daß eine dem

Schwenkwinkel des weichmagnetischen Teils entsprechende Zeitdifferenz td von Impulsen erzielt wird.

Fig. 6 b ist eine graphische Darstellung, die eine

Anzeigespannung V in Bezug auf einen Schwenkwinkel θ des weichmagnetischen Teils in dem Fall

y DE 1308

zeigt, daß bei der in Fig. 6a gezeigten Anord

nung das weichmagnetische Teil um seinen Anlenkpunkt geschwenkt wird und die in Fig. 2a gezeigte elektrische Schaltung an die elektrische Spule des Durchflußmessers angechlossen ist.

Fig. 6 c ist eine graphische Darstellung, die die Zeitdifferenz td zwischen Eingangs- und Ausgangsimpulsen zeigt, welche durch Messen der Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsimpulse unter Beobachtung mittels eines Synchroskops ermittelt wird, wenn bei dem in Fig. 6a gezeigten Aufbau das weichmagnetische Teil um seinen Anlenkpunkt geschwenkt wird und an die elektrische Spule des Durchflußmessers die in Fig. 3a gezeigte

elektrische Schaltung angeschlossen wird*

Ein Durchflußmesser 10 gemäß dem in der) Fig. la bis ic gezeigten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise in dem Durchlaß eines Änsaugverteilers einer Fahrzeugmaschine oder in dem Durchlaß für Vorverdichtungs-Luft eines Turboladers angebracht werden, um damit die Durchflußleistung des durch einen derartigen Durchlaß strömenden Fluids bzw. Strömungsmittels zu messen und das Volumen eines eingeführten Strömungsmittels einzustellen. Bei dem Durchflußmesser 10 hält ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 11 ein Ende eines bewegbaren Glieds 14 derart, daß dessen Meßteil zwischen einem Einlaß

^ 11a und einem Auslaß 11b für das Strömungsmittel bzw. das Gas oder die Flüssigkeit gehalten ist. Der Meßteil enthält ein weichmagnetisches Teil 12, das mit einer Spule 13 umwickelt ist. Das weichmagnetische Teil 12 ist eine dünne Platte, wenn es aus einem amorphen magne-

° tischen Material hergestellt ist, da ein solches durch

-V£- DE 1308

schnelles Abschrecken aus Metall in der Flüssigphase gewonnen wird. Zur Bildung des weichmagnetischen Teils können mehrere dünne Platten aufeinandergeschichtet werden. Die später in der Tabelle 1 angeführten amorphen magnetischen Teile sind aus fünf aufgestapelten Platten bzw. Blättern gebildet.

Wenn der um das weichmagnetische Teil gewickelten Spule eine bestimmte Spannung aufgeprägt wird, ändert sich '^ eine Zeit T vom Beginn des Aufprägens der Spannung bis zur magnetischen Sättigung des weichmagnetischen Teils in Abhängigkeit von der Länge der Projektion des weichmagnetischen Teils in zu einem Magnetfluß paralleler Richtung. Diese Änderung kann in Form eines elektrischen

Signals abgenommen werden. Das weichmagnetische Teil 12 steht mit seiner Längsrichtung senkrecht zu einer Anlenkachse 15 des bewegbaren Glieds 14. Um die Anlenkachse 15 des bewegbaren Glieds 14 ist gemäß der Darstellung in den Fig. Ib und Ic eine Spiralfeder 16 gewikkelt, die mit einem Ende an die. Anlenkachse 15 und mit dem anderen Ende an das Gehäuse 11 angeschlossen ist; die Spiralfeder übt eine Vorspannungskraft aus, die das mit der Anlenkachse 15 einstückige bewegbare Glied 14 in der Richtung zur Verkleinerung bzw. Drosselung des Durchlasses preßt. Aufgrund dieser Anordnung entspricht die Größe der Versetzung des bewegbaren Glieds 14 in der Richtung zur Öffnung des Durchlasses der
Durchflußleistung des Strömungsmittels in dem Durchlaß.

^q Auf den Außenumfang des Gehäuses 11. ist ein Solenoid 17 gewickelt, das sich zu einer gleichen Länge nach rechts und nach links von der Anlenkachse 15 weg erstreckt. Durch Speisung des Solenoids 17 mit einem konstanten elektrischen Strom wird ein zur Richtung der Strömungsmittel-Strömung in dem Gehäuse 11 paralleler magnetischer Fluß erzeugt.

-Y$- DE 1308

Wenn das Strömungsmittel wie beispielsweise das Gas
oder die Flüssigkeit in den Einlaß 11a des Gehäuses
11 strömt, schwingt das bewegbare Glied 14 um den Anlenkpunkt bzw. die Anlenkachse 15 proportional zu dem Ausmaß des durch das Strömungsmittel verursachten dynamischen Drucks. Die Schwenkbewegung des bewegbaren
Glieds setzt sich bis zu der Stellung fort, bei der der durch das Strömungsmittel verursachte dynamische Druck durch die von der Spiralfeder 16 erteilte Feder-'0 kraft ausgeglichen wird. Entsprechend der Schwenkbewegung des bewegbaren Glieds 14 ändert sich das Ausmaß des von dem Solenoid 17 erzeugten und in der Richtung der Strömungsmittel-Strömung durch das weichmagnetische Teil 12 hindurchtretenden magnetischen Flusses. Das Schwenkungsausmaß des bewegbaren Glieds 14, nämlich die Durchflußleistung des Strömungsmittels wird mittels einer elektrischen Schaltung 100 oder 120 gemäß der Darstellung in der Fig. 2a bzw. 3a oder einer logischen

elektronischen Einrichtung 160 gemäß der Darstellung 20

in der Fig. 5 ermittelt.

Bei diesem Ausführungsbexspiel ist zwar der mittels des Solenoids 17 erzeugte Magnetfluß zur Strömungsrich-

„c tung parallel ausgerichtet, jedoch kann die Magnetflußrichtung in eine zur Strömungsrichtung senkrechte oder geneigte Richtung verändert werden, solange das Ausmaß des durch das Innere des weichmagnetischen Teils 12 tretenden Magnetflusses durch eine Bewegung des bewegba-

-^q ren Glieds 14, nämlich im Ansprechen auf die Durchflußleistung des Strömungsmittels veränderbar ist.

Bei dem Durchflußmesser wird ein weichmagnetisches Material mit hoher Permeabilität (μ ^> 10-') und geringer

' ΓΠ 3.x

Koerzitivkraft (<C 1,0 Oe) verwendet. (Einige weichmagnetische Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic

-'- ft " - ■" 3133G64

-VT- DE 1308

Properties of Metallic Glasses- Recent Developments", J.Appl. Phys. 50(3), März 1979, Seiten 1551-1556 von Hasegawa u.a. beschrieben. Weichmagnetische Materialien werden unter der Handebbezeichnung METGLAS (TM) von

5 der Allied Chemical Corp. vertrieben).

Die Fig. 2a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschal-. tung 100. In der Schaltung 100 wird an einen Konstantspannungs-Stromversorgungsanschluß 101 eine Gleichspannung mit einem vorbestimmten Pegel von beispielsweise +5Vangelegt. An einen Eingangsanschluß 102 werden Spannungsimpulse mit einer Frequenz von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt, durch die bei positiver Impulsspannung ein NPN-Transistor 103 durchgeschaltet ist und bei Massepegel der Impulsspannung der Transistor 103 gesperrt ist. Ein PNP-Transistor 104 ist durchgeschaltet, wenn der Transistor 103 durchgeschaltet ist, und gesperrt, wenn der Transistor 103 gesperrt ist. Daher wird während des positiven Pegels der an den Eingangs- "

anschluß 102 angelegten Impulsspannung der elektrischen Spule 13 eine Konstantspannung Vcc aufgeprägt, während bei Massepegel der Impulsspannung an die Spule keine Spannung angelegt wird. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem durch die Spule 13 fließenden Strom propor-

tionale Spannung, die mit einer Integrierschaltung aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird, so daß die integrierte Spannung an einem Ausgangsanschluß 108 auftritt.

Die Fig. 2b zeigt die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Die Zeit td von dem Anstieg der Eingangsspannung IN auf positiven Pegel bis zum Überschreiten eines bestimmten Pegels durch die Spannung an dem Widerstand 105 sowie die integrierte Spannung Vx aus der Spannung an

DE 1308

dem Widerstand 105 entsprechen beide der Stellung des bewegbaren Glieds 14.

Die Fig. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. Wenn hierin eine Eingangsspannung IN positiven Pegel hat, ist ein NPN-Transistor 103
durchgeschaltet, so daß ein PNP-Transistor 104 durchge schaltet ist, wodurch der Spule 13 eine Spannung aufgeprägt wird. Wenn die Eingangsspannung IN Massepegel hat, ist der Transistor 103 gesperrt, so daß der PNP-Transistor 104 gesperrt ist.

Der Spulenstrom fließt durch N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FETl und FET2, die zu einer Konstant-'15 Stromschaltung geschaltet sind, und wird mittels der Feldeffekttransistoren FETl und FET2 auf eine bestimmte Stärke gesteuert. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET2· fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die Spannung an dem mit den Feldeffekttransistoren FETl und FET2 verbundenen Spulenanschluß wird mittels invertierender Verstärker INI und IN2 verstärkt und geformt.

Die Fig. 3b zeigt die Kurvenformen der Eingangs- und eier Ausgangs spannung der in Fig. 3a gezeigten Schaltung. Das Ausgangssignal OUT der Schaltung 120 besteht aus Spannurigsimpulsen, die jeweils nach einer Verzögerungszeit td nach dem Anstieg von Eingangsimpulsen IN ansteigen, wobei diese Verzögerungszeit td der Stellung des bewegbaren Glieds 14 entspricht.

Die Verzögerungszeit td wird mit einer Schaltung 140 nach Fig. 4 in der Form von digitalen Codesignalen angegeben. Bei der Schaltung 140 wird mit dem Anstieg der

Eingangsspannung IN ein Flip-Flop Fl gesetzt, so daß

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dessen Q-Ausgangssignal hohen Pegel "1" annimmt, durch den ein UND-Glied Al durchgeschaltet wird und von einem Taktimpulsoszillator 141 erzeugte Taktimpulse an einen Taktimpuls-Eingangsanschluß CK eines Zählers 142 anlegt. Ein Ausgangsimpuls OUT und das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops Fl werden an ein UND-Glied A2 angelegt, so daß mit dem Anstieg des Ausgangsimpulses OUT das Ausgangssignal des UND-Glieds A2 auf hohen Pegel "1" ansteigt, wodurch das Flip-Flop Fl rückgesetzt wird und dessen Q-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel "0" abfällt. Hierdurch wird das UND-Glied Al gesperrt, so daß das Anlegen der Taktimpulse an den Zähler 142 unterbrochen wird. Wenn das Ausgangssignal des UND-Glieds A2 auf den hohen Pegel "1" ansteigt,werden Zählstand-Codesigna-

Ie aus dem Zähler 142 in einen Zwischenspeicher 143 eingegeben. Nach dem Rücksetzen des Flip-Flops Fl und der Eingabe der Zählstand-Codesignale in den Zwischenspeicher 143 wird von einem UND-Glied A3 ein Taktimpuls „„ durchgelassen, um damit den Zähler 142 zu löschen. Die Ausgangs-Codesignale des Zwischenspeichers 143 geben die Anzahl der während der Verzögerungszeit td erzeugten Taktimpulse an und stellen damit die Verzögerungszeit td dar.

Eine in Fig. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 hat einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitervorrichtung mit hohem Integrationsgrad,' LSI) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-

Sperrschicht-Feldeffekttransistor FETl zur Einsteuerung eines konstanten Stroms, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktirnpulsoszillator 166. Der Widerstand 163 und der Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwankungen

^OJ mit Frequenzen unterdrückt, die höher als die Frequenz

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' der Ausgangs- und Eingangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 161 erzeugt aufgrund der Taktimpulse Impulse mit einer bestimmten Frequenz im Bereich von 5 kHz bis 30 kHz· und führt sie dem Verstärker 162 zu. Andererseits überwacht der Mikrocomputer 161 die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FETl und einem Windungsende der Spule 13 (nämlich die Ausgangsspannung des Verstärkers 165). Der Mikrocomputer 161 zählt die Taktimpulse während der Vezögerungszeit td von dem Anstieg des von dem Mikrocomputer 161 selbst abgegebenen Impulses bis zu dem Anstieg der von dem Verstärker 165 abgegebenen Ausgangsspannung und erzeugt Codesignale, die die Verzögerungszeit td darstellen.
.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung können verschiedenerlei elektrische Verarbeitungsschaltüngen oder logische elektronische Verarbeitungseinrichtungen an den in Fig. 1 gezeigten Durchflußmesser 10 in der Weise angeschlossen werden, daß den Neigungswinkeln des bewegbaren Glieds 14 in dem Durchflußmesser 10 entsprechende elektrische Signal erzielt werden. Nachstehend wird erläutert, wie bei dem Durchflußmesser und den vorangehend beschriebenen elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 die der Durchflußleistung des Strömungsmittels entsprechenden elektrischen Signale gewonnen werden. Zunächst wird von der Durchflußleistung bzw. dem Durchsatz des durch den Einlaß 11a des Durchflußmessers 10 tretenden Strömungsmittels ein gegen die Federkraft der Spiralfeder 16 .gerichteter dynamischer Druck hervorgerufen, der in einen Neigungswinkel bzw. Schwenkwinkel θ des bewegbaren Glieds 14 umgesetzt wird. Dann wird der

Schwenkwinkel θ des bewegbaren Glieds 14 in ein elektri-

y DE 1308 1 sches Signal umgesetzt.

Die Umsetzung des Winkels θ in ein elektrisches Signal wird .im weiteren anhand der in den Fig. 6b und 6c gezeigten Daten erläutert. Nach Fig. 6a wird das weichmagnetische Teil 12 schwenkbar gelagert und um das weichmagnetische Teil 12 herum das Solenoid 17 angeordnet. Das Solenoid 17 wird mit Strom einer bestimmten Stärke gespeist, um einen Magnetfluß einer bestimmten Stärke zu erzeugen. Unter der Festlegung, daß sich die Längsrichtung des weichmagnetischen Teils von einer im wesentlichen zum Magnetfluß senkrechten Richtung (Θ = 0 ) bis zu einer zum Magnetfluß parallelen Richtung (θ = 90 ) verändert, wird der Neigungswinkel θ des
weichmagnetischen Teils nach Fig. 6a verändert und es werden die der Spannung Vx entsprechende Spannung V_ft und die Verzögerungszeit td gemessen, die dem Neigungswinkel entsprechen. Die Gestaltung darstellende Abmessungen a^vund b, die Relativanordnung und die Abmessungen

verschiedener Teile sowie das Material des weichmagnetischen Teils und die durch die Messung erzielten Daten sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fall Nr. 1 und Fall Nr. 2 angegeben.

ω ο

IO

cn

ro ο

Tabelle 1

Fall
Nr.

Weichmagnetisches Teil 12

Dicke
mm

a
mm

b
mm

Blatt
anzahl

Spule
13

Solenoid 17

Innen
durch
messer

Strom
A

Spu-
len-
län-
ge

Il

Meßvor
richtung
und Eingan;
Impuls
frequenz

S-
Daten

1

Material
Atom
Gew.-?S ,

0,058

30

1..8

5 '

Win-
dungs-
an-
zahl

Win- ,
dungs-
an-
zahl

48

1

60

Schal
tung 100
5 kHz

Fig.
6b

Z

^Fe40 ^Ni40
^P14.^B6 .

Il

Il -

5

1000

1600

■ Il

Il

, Schal
tung 120
. 5 kHz

Fig.
6c

Il

GO CO CD CD

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Aus den in Fig. 6c gezeigten Daten ist für den Fall Nr. 1 ersichtlich, daß bei einer Änderung des Neigungswinkels Θ des weichmagnetischen Teils 12 von O bis 90 eine im wesentlichen einer Sinuskurve gleichartige Kurve der Spannung V_ erzielbar ist, welche entsprechend der Winkeländerung allmählich ansteigt. Für den Fall Nr. 2 ist aus den Daten in der Fig. 6c ersichtlich, daß für eine Änderung des Neigungswinkels θ des weichmagnetischen Teils 12 von O bis 90 eine gleichartige Kurve für die Verzögerungszeit td erzielbar ist, welche jedoch allmählich zu einem bestimmten Wert hin abnimmt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht das weichmagnetische Teil 12 aus mehreren aufeinandergeschichteten Teilen aus amorphem magnetischem Material, das hohe magnetische Permeabilität hat, elastisch ist und eine geringe Formveränderung zeigt. Bei dem
Durchflußmesser können jedoch für das weichmagnetische Teil andersartige magnetische Materialien verwendet wer-

den. Beispiele hierfür sind p-Metall (Legierung aus 80 Atom Gew.-% Ni, 16 Atom Gew.-% Fe und 4 Atom Gew.-% Mo) oder Super-Permalloy (aus 80 Atom Gew.-% Ni und 20 Atom Gew.-% Fe) usw.; diese Ni-Fe-Legierungen ermöglichen es, im v/esentlichen gleichwertige Eigenschaften wie bei den vorangehend genannten magnetischen Materialien zu erzielen. Das vorangehend genannte amorphe magnetische Material ist jedoch zur Anwendung bei dem üurchflußrnesser vorzuziehen, da es eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Verformungen hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurde zwar als Magnetfeld· Erzeugungsvorrichtung ein Solenoid verwendet, jedoch ist es leicht ersichtlich, daß statt dessen ein Permanetmagnet verwendet werden kann.

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' Aut; dom Vorstehenden ist ersichtlich, daß der Strömungsmittel-Durchflußmesser keinen Abriebkontakt hat und eine hohe Vibrations-Widerstandsfähigkeit ergibt, da der der Durchflußleistung des Strömungsmittels entsprechende Schwenk- bzw. Neigungswinkel des bewegbaren Glieds in eine Zeitdifferenz-Verzögerungszeit td zwischen dem Eingangsimpuls der elektrischen Spule und dem die elektrische Spule erregenden Stromimpuls umgesetzt wird. Das Durchflußmeßsignal kann in Form einer Analogspannung

'0 oder eines Zeitmeß-Zählsignals durch eine elektrische Verarbeitung zum Messen der Zeltdifferenz td erzielt werden und ergibt eine gleichmäßige Durchflußleistungsmessung, da eine mechanische Verschlechterung wie beispielsweise durch Abrieb auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist. Zwischen dem bewegbaren Glied und dem Wandler ist kein Verbindungsmechanismus, der ein mechanisches Spiel verursacht. Weiterhin ist anzumerken, daß der Anschluß der elektrischen Verarbeitungsschaltung an den Durchflußmesser bzw. dessen Wandler einfach ist; insbesondere

kann mittels einer Halbleitereinrichtung hohen Integrationsgrads (LSI) wie eines Einzelbaustein-Mikrocomputers auf einfache Weise der Impuls für die Durchflußmessung erzeugt und die Zeitdifferenz zwischen diesem Durchflußmeßimpuls und dem die elektrische Spule erregenden Strommeßimpuls in Form eines digitalen Codesignals gewonnen werden.

Es wird ein Durchflußmesser angegeben, der ein Gehäuse __n mit einem Durchlaß für das Durchströmen eines Strömungsmittels, ein in dem Durchlaß angebrachtes bewegbares Glied, das zum Öffnen oder Schließen der Drosselöffnung des Durchlasses entsprechend der Durchflußleistung des durch den Einlaß strömenden Strömungsmittels schwenket- bar ist, eine Spiralfeder, die das bewegbare Glied ständig in der Richtung zur Drosselung des Durchlasses, ein
an dem bewegbaren Glied befestigtes amorphes magnetisches

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Teil, auf das eine Spule gewickelt ist, und ein Solenoid aufweist, das auf das Gehäuse gewickelt ist, um damit einen Magnetfluß zu erzeugen, der im wesentlichen zur Strömungsrichtung parallel ist.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

11 Durchflußmesser, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einem Durchlaß für das Hindurchströmen eines Strömungsmittels, ein bewegbares Glied (14), das in dem Durchlaß des Gehäuses angebracht und zum Öffnen oder Schließen des Durchlasses entsprechend der Durchflußleistung des durch den Durchlaß strömenden Strömungsmittels bewegbar ist, ein weichmagnetisches Teil (12), das an dem bewegbaren Glied befestigt und mit einer Spule (13) bewickelt ist, und eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (17), die an dem Gehäuse angebracht ist und zur Erzeugung eines Magnetflusses in dem Bewegungsbereich des bewegbaren Glieds ausgebildet ist.
2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das bewegbare Glied (14) eine Vorspannvorrichtung (16) angeschlossen ist, die das bewegbare Glied ständig in der Richtung zum Schließen des Durchlasses vorspannt.
3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung (16) eine Spiralfeder ist.

VI/22

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Posischeck (München) Kto. 670-43-804

-#~ DE 1308

'
4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Teil (12) aus amorphem magnetischem Material besteht.
5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (17) ein Solenoid ist.
6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Glied (14)

zum Öffnen oder Schließen des Durchlasses schwenkbar ist und daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (17) zur Erzeugung eines zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels parallelen Magnetflusses ausgebildet ist.
15
7. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem bewegbaren Glied (14) das weichmagnetische Teil (12) so angebracht ist, daß seine Längsrichtung'" im wesentlichen senkrecht zu einer Schwenkachse

^ (15) steht, an der das bewegbare Glied schwenkbar ist.
8. Durchflußmesser, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einem Durchlaß für das Hindurchströmen eines Strömungsmittels, ein in dem Durchlaß des Gehäuses angebrachtes bewegbares Glied (14), das mit einem Ende an dem Gehäuse angelenkt ist und zum Öffnen oder Schließen einer Drosselöffnung des Durchlasses verschwenkbar ist, die der Durchflußleistung des dur.ch den Durchlaß strömenden Strömungsmittels entspricht, eine Vorspann-

vorrichtung (16), die das bewegbare Glied ständig in der Richtung zum Drosseln des Durchlasses vorspannt, ein weichmagnetisches Teil (12), das an dem bewegbaren Glied befestigt und mit einer Spule (13) umwickelt ist, und eine Solenoidvorrichtung (17), die auf das Gehäuse

gewickelt ist und zur Erzeugung eines zu der Strömungs-

--*- DE 1308

1 richtung des Strönungsmittels parallelen Magnetflusses ausgebildet ist.
9. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung (16) eine Spiral-5 feder ist.