DE3133064C2 - Durchflußmesser - Google Patents

Abstract

Es wird ein Durchflußmesser angegeben, der ein Gehäuse 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 Durchlaß strömenden Strömungsmittels schwenkbar ist, eine Spiralfeder, die das bewegbare Glied ständig in der Richtung zur Drosselung des Durchlasses, ein an dem bewegbaren Glied befestigtes amorphes magnetisches 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.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus der DE-PS 6 51 765 ist ein derartiger Durchflußmesser bekannt, bei dem in einem Strömungsmittelpfad ein bewegbarer Schwimmer angeordnet ist, dessen jeweilige Stellung in direktem Zusammenhang mit dem

Fluiddurchsatz steht. Am Schwimmer ist ein langgestrecktes Rohr mit zwei koaxialen magnetischen Teilen angebracht, die sich in einer Hülse bewegen, um die zwei axial beabstandete Spulenpaare fest gewickelt sind. Die beiden Spulenpaare wirken als Transformatoren, deren Primärwicklung jeweils mit einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle verbunden ist, während die Sekundärwicklung eines der beiden Transformatoren die Meßspannung liefert, die von der jeweiligen Lage des einen der beiden magnetischen Teile abhängt und zur

Steuerung der Anzeige eines Anzeigeinstruments dient. Allerdings erfordert der bekannte Durchflußmesser verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwand und ist daher nicht kompakt aufbaubar. Weiterhin ist die erzielbare Meßgenauigkeit relativ gering.

Ein ähnlich aufgebauter Durchflußmesser ist auch aus der DE-PS 6 72 025 bekannt, der allerdings mit einem einzigen, innerhalb des Strömungsmittelpfades fest angeordneten Transformator arbeitet. Auch hier wird die an

der Sekundärwicklung des Transformators auftretende Spannung als Meßspannung ausgewertet, während die Primärwicklung mit einer Wechselspannung gespeist ist. Mit diesem Aufbau ist zwar eine gewisse Verringerung des konstruktiven Aufwands möglich, jedoch ist auch hier die erzielbare Meßgenauigkeit vergleichsweise gering Weiterhin offenbart die DE-OS 25 09 447 einen Durchflußgeschwindigkeitsmesser, bei dem im Strömungsmittelpfad ein entlang einer Achse verschiebbares federvorgespanntes kegelförmiges Teil angeordnet ist, dessen

jeweilige Lage der Strömungsmittelgeschwindigkeit entspricht. In Anlage mit dem kegelförmigen Teil befindet sich eine ebenfalls entlang der Achse verschiebliche ferromagnetische Hülse, deren jeweilige Lage über eine fest auf das Gehäuse des Durchflußgeschwindigkeitsmessers gewickelte Spulenanordnung ermittelt wird. Die Verwendung einer zusätzlichen am Gehäuse angebrachten Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung ist nicht vorgesehen.

Ferner offenbart die DE-PS 8 44 669 einen Flüssigkeitsmengenmesser, bei dem mit einer im Strömungsmittelpfad angebrachten Meßklappe ein Hebelgestänge verbunden ist, das die Winkelverstellung der Meßklappe in eine Axialverschiebung eines mit dem Hebelgestänge verbundenen Ankers umsetzt, der innerhalb einer stromdurchflossenen Magnetspule angeordnet ist. Aufgrund der Erregung der Magnetspule sind allerdings Rückwir-

kungen auf den Anker dergestalt, daß dieser zur Magnetspule angezogen wird und dabei unerwünschte, die Meßklappenstellung beeinflussende Kräfte ausübt, und somit Auswirkungen auf die Meßgenauigkeit nicht ausgeschlossen sind. Zudem ist auch hier relativ erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich.

Schließlich offenbart die US-PS 31 64 018 einen Durchflußmesser, bei dem im Strömungsmittelpfad eine Meßklappe angeordnet ist, deren Lage sich in Abhängigkeit vom Strömungsmitteldurchsatz einerseits und von der Klappe aufgeprägten magnetischen Kräften andererseits verändert und die über ihre jeweilige Lage den magnetischen Widerstand und damit die Größe der über eine wechselspannungsgespeiste Primärspule aufgeprägten Erregung einer Sekundär-Meßspule steuert Auch hier treten aufgrund der magnetischen Rückwirkungen bei Mvbklappenverstellungen Nichtlinearitäten auf, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1 derart auszugestalten, daß bei einfachem konstruktiven Aufwand eine zuverlässige und exakte Durchflußerfassung gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser ist somit die Spule direkt um das aus amorphem weichmagnetischem Material bestehende Teil gewickelt und folgt daher dessen Bewegungen unmittelbar. Aufgrund dieser direkt vom jeweiligen Durchfluß abhängenden, in dem Magnetfeld der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung erfolgenden Lageveränderungen des weichmagnetischen Teils und damit der um dieses gewickelten Spule werden die der Spule zugeführten Spannungsimpulse in ihrer Breite in einem Maß verändert, das einen äußerst exakten und zuverlässigen Rückschluß auf die Lageveränderung d?s bewegbaren Elements und damit auf dem jeweiligen Durchfluß ermöglicht Zur Erzielung dieser sehr exakten und über einen wf.:^;n Bereich völlig linearen Messung ist zudem nur geringer konstruktiver Aufwand erforderlich, so daß der erft-idungsgemäße Durchflußmesser sehr kompakt aufbaubar ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Querschnittsfläche des weichmagnetischen Teils und die Windungsanzahl der elektrischen Spule sind so gewählt, daß das weichmagnetische Teil schon bei einer verhältnismäßig niedrigen eingeprägten Spannung und damit mit einem verhältnismäßig niedrigen Erregungsstrom ausreichend magnetisch gesättigt wird.

Die Zeitdauer T, die vom Beginn des Anlegens einer Spannung an die auf das weichmagnetische Teil gewickelte elektrische Spule bis zur magnetischen Sättigung des weichmagnetischen Teils verstreicht, berechnet sich allgemein nach der folgenden Gleichung:

Τ=~{Φπι-Φχ) (1)

E die an die elektrische Spule angelegte Spannung,

N die Windungsanzahl der elektrischen Spule,

ΦΜ den maximalen Magnetfluß (Sättigungsfluß) und

Φχ den durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufenen Magnetfluß bezeichnen.

Wenn sich der auf das weichmagnetische Teil wirkende 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 Ström;'ngsmittels verursachten dynamischen Druck um den Anlenkpunkt, so daß sich die Projektionsfläche des weichmagnetischen Teils in Richtung des Magnetflusses ändert. Hierdurch ändert sich die Zeit, die vom Anlegen der Spannung an die Spule verstreicht, bis der Spulenstrom einen bestimmten Pegel erreicht. Der erfindungsgemäße Durchflußmesser kann daher an eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleiter-Vorrichtung als Auswerteschaltung angeschlossen werden, die zunächst die Zeit T ermittelt und dann diese Zeit in der Form elektrischer Signale, wie etwa als Spannungspegel, digitale Codes u. dgl., anzeigt.

Das amorphe Material des weichmagnetischen Teils hat die Form einer rtünnen Platte, da es durch schnelles Abschrecken flüssigen Metalls gewonnen wird. Das weichmagnetische Teil ist ferromagnetisch und hat eine hohe magnetische Permeabilität, hohe Sättigungs-Magnetisierung und geringe Koerzitivkraft; mechanisch zeigt es hervorragende Elastizität und sehr gute Rückstelleigen schuhen. Die vorstehend genannten Eigenschaften des amorphen magnetischen Materials lassen bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser die Vorteile erzielen, daß die Signalverarbeitung bei der Messung der Zeit Tsehr einfach und genau vorgenommen werden kann, die Herstellung vereinfacht ist und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Stoßen bzw. Schlägen verbessert ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen umer Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt:

F i g. 1 a eine Vertikalschnittansicht des Durchflußmessers gemäß einem Ausführungsbeispiel, F i g. 1 b eine Ansicht eines Schnitts längs der Linie B-B in F i g. 1 a,

Fig. Ic eine Teilansicht eines Schnitts längs der Linie C-Cin Fig. Ib,

F i g. 2a ein Schaltbild einer an den Durchflußmesser angeschlossenen elektrischen Schaltung, die eine Analogspannung mit einem Pegel erzeugt, der einer gemessenen Durchflußleistu^g entspricht,

F i g. 2b eine Darstellung von Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der in F i g. 2a gezeigten elektrischen Schaltung,

F i g. 3a ein Schaltbild einer mit dem Durchflußmesser verbundenen elektrischen Schaltung, die Impulse mit einer der Meßdurchflußleistung entsprechenden Zeitdifferenz erzeugt,

F i g. 3b eine Darstellung von Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der in F i g. 3a gezeigten elektrischen Schaltung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild, das eine Zählerschaltung zeigt, die Zeitintervalle td zwischen Eingangs- und Ausgangsimpulsen der in F i g. 3a gezeigten elektrischen Schaltung in digitale Codesignale umsetzt, s Fi g. 5 ein Blockschaltbild, das eine an den in den Fi g. 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 Anlegen einer Impulsspannung an die elektrische Spule zählt, Fig.6a eine erläuternde Schnittansicht eines Durchflußmessers, die die Lagebeziehung zwischen einem

ίο v/eichmagnetischen Teil und einem magnetischen Fluß in dem Fall zeigt, daß eine dem Schwenkwinkel des weichmagnetischen Teils entsprechende Zeitdifferenz auftritt,

Fig. 6b eine graphische Darstellung, die eine Anzeigespannung V in bezug auf einen Schwenkwinkel θ des weichmagnetischen Teils in dem Fall zeigt, daß bei der in F i g. 6a gezeigten Anordnung das weichmagnetische Teil um seinen Anlenkpunkt geschwenkt wird und die in F i g. 2a gezeigte elektrische Schaltung an die elektri-

is sehe Spule des Durchflußmessers angeschlossen ist, und

F i g. 6c ist 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 F i g. 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 den F i g. la bis Ic gezeigten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise in dem Durchlaß eines Ansaugverteilers 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 U ein Ende eines bewegbaren Elements 14 derart, daß dessen Meßteil zwischen einem Einlaß 11a und einem Auslaß 116 für das Strömungsmittel bzw. das Gas oder die Flüssigkeit gehalten ist. Der Meßteil enthält ein weichmagnetisches Teil IZ das mit einer Spule 13 umwickelt ist. Das weichmagnetische Ten' 12 ist eine dünne Platte, aus amorphem magnetischem Material.

Zur Bildung des weichmagnetischen Teils können auch mehrere dünne Platten aufeinandergeschichtet werden. Die später in der Tabelle 1 angeführten amorphen magnetischen Teile sind aus fünf aufeinsndergestapelten Platten bzw. Blättern gebildet

Wenn der um das weichmagnetische Teil gewickelten Spule eine bestimmte Spannung aufgeprägt wird, ändert sich die Zeit 7"vom Beginn des Aufprägens der Spannung bis zur magnetischen Sättigung des weichma gnetischen Teils in Abhängigkeit von der Länge der Projektion des weichmagnetischen Teils in der zu einem Magnetfluß parallelen Richtung. Diese Änderung kann in Form eines elektrischen Signals abgenommen werden. Das wcichfnägrtctische Teii 12 steht mit seiner Längsrichtung senkrecht zu einer Anienkachse i5 des bewegbaren Elements 14. Um die Anlenkachse 15 des bewegbaren Elements 14 ist gemäß der Darstellung in den F i g. 1 b und Ic eine Spiralfeder 16 gewickelt, die mit einem Ende an die Anlenkachse IS 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 Element 14 in der Richtung zur Verkleinerung bzw. Drosselung des Durchlasses vorspannt 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. Auf den Außenumfang des Gehäuses 11 ist ein Solenoid 17 gewickelt, das sich mit gleicher Länge nach rechts und nach links von der Anlenkachse 15 weg erstreckt. Durch Speisung des Solenoids 17 mit konstantem elektrischen Strom wird ein zur Richtung der Strömungsmittel-Strömung in dem Gehäuse 11 paralleler magnetischer Fluß erzeugL

Wenn das Strömungsmittel, wie beispielsweise das Gas oder die Flüssigkeit, in den Einlaß 11 a des Gehäuses 11 strömt schwingt das bewegbare Element 14 um den Anlenkpunkt bzw. die Anienkachse 15 proportional zu dem

so Ausmaß des durch das Strömungsmittel verursachten dynamischen Drucks. Die Schwenkbewegung des beweg baren Glieds setzt sich bis zu der Stellung fort, bei der der durch das Strömungsmittel verursachte dynamische Druck durch die von der Spiralfeder 16 erteilte Federkraft ausgeglichen wird. Entsprechend der Schwenkbewegung des bewegbaren Elements 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 Elements 14 und damit die Durchflußleistung des Strömungsmittels wird mittels einer elektrischen Schaltung 100 oder 120 gemäß der Darstellung in Fig. 2a bzw. 3a oder einer logischen elektronischen Einrichtung 160 gemäß der Darstellung in F i g. 5 ermittelt

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwar der mittels des Solenoids 17 erzeugte Magnetfluß zur Strömungsrichtung 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 bewegbaren Elements 14 veränderbar ist

Be: dem Durchflußmesser wird ein weichmagnetisches Material mit hoher Permeabilität (/e_mi > 10³) und geringer Koerzitivkraft (< 1,0Oe) verwendet (Einige weichmagnetische Materialien sind dem Artikel »Soft Magnetic Properties of Metallic Glasses- Recent Developments«, J.Appl. Phys. 50(3), März 1979, Seiten

b5 1551 — i 556 von Hasegawa u. a. beschrieben.

Die Fig.2a zeigt als Auswerteschaltung eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100. In der Schaltung 100 wird an einen Konstantspannungs-Stromversorgungsanschluß 101 eine Gleichspannung mit einem vorbestimmten Pegel von beispielsweise +5 V angelegt An einen Eingangsanschluß 102 werden Spannungsimpulse mit

einer Frequenz von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt, durch die bei positiver Impulsspannung ein NPN-Tran- _; ι

sistor 103 durchgeschaltet ist und bei Massepegel der Impulsspannung der Transistor 103 gesperrt ist. Ein

PNP-Transi!tor 104 ist durchgeschaltet, wenn der Transistor 103 durchgeschaltet ist, und gesperrt, wenn der ^i

Transistor 103 gesperrt ist. Daher wird während des positiven Pegels der an den Eingangsanschluß 102 angelegten Impulsspannung der elektrischen Spule 13 eine Konstantspannung Vcc aufgeprägt, während bei Massepegel 5 der Impulsspannung an der Spule keine Spannung anliegt. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem durch &Λ Spule 13 fließenden Strom proportionale 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.

Fig.2b zeigt die Kurvenformen Uv; 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 dem Widerstand 105 entsprechen jeweils der Stellung des bewegbaren Elements 14.

Fi g. 3a zeigt als Auswerteschaltung eine elektrische Verarbeitungsschaltung 120. Wenn hierin eine Eingangsspannung IN positiven Pegel hat, ist ein NPN-Transistor 103 durchgeschaltet, so daß ein PNP-Transistor 104 15 ;j durchgeschaltet ist, wodurch der Spule 13 eine Spannung aufgeprägt wird. Wenn die Eingangsspannung IN fj

Massepegel hat, ist der Transistor 103 gesperrt, so daß der PN P-Transistor 104 gesperrt ist.

Der Spi.ilfinKtrom fließt durch N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttansistoren FETi und FET2. die zu einer 'ά

Konstantstromschaltung geschaltet sind, und wird mittels der Feldeffekttransistoren FETt und FET2 auf eine ijj

bestimmte Stärke gesteuert. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET2 fließenden Stroms kann mittels 20 ft eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die Spannung an dem mit den Feldeffektransistoren ;S

FETi und FET2 verbundenen Spulenanschluß wird mittels invertierender Verstärker /N 1 und IN 2 verstärkt ^

und geformt. j

Fig.3b zeigt die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig.3a gezeigten Schal- %

tung. Das Ausgangssignal OUT der Schaltung 120 besteht aus Spannungsimpulsen, die jeweils nach einer 25 H Verzögerungszeit td nach dem Anstieg von Eingangsimpulsen IN ansteigen, wobei diese Verzögerungszeit td |

der Stellung des bewegbaren Elements 14 entspricht. S

Die Verzögerungszeit td wird mit einer Schaltung 140 nach F i g. 4 in der Form von digitalen Codesignalen fcj

angegeben. Bei der Schaltung 140 wird mit dem Anstieg der Eingangsspannung //Vein Flip-Flop Fl gesetzt, so :"aß dessen <?-Ausgangssignal hohen Pegel »1« annimmt, durch den ein UND-Glied A 1 durchgeschaltet wird, 30 ^j das von einem Taktimpulsoszillator 141 erzeugte Taktimpulse an einen Taktimpuls-Eingangsanschluß CK eines '

Zählers 142 anlegt. Ein Ausgangsimpuls OUT und das O-Ausgangssignal des Flip-Flops Fl werden an ein UND-Glied A 2 angelegt, so daß mit dem Anstieg des Ausgangsimpulses OUTdas Ausgangssignal des UND-Glieds A 2 auf hohen Pegel »1« ansteigt, wodurch das Flip-Flop F1 rückgesetzt wird und dessen (?-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel »0« abfällt Hierdurch wird das UND-Glied A 1 gesperrt, so daß das Anlegen der Taktimpulse an den Zähler 142 unterbrochen wird. Wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes A 2 auf den |

hohen Pegel »1« ansteigt, weden Zählstand-Codesignale 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 A 3 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 fc/dar. |

Eine in F i g. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 umfaßt einen Einzelbaustein-Mikrocomputer |j

(integrierte Halbleitervorrichtung mit hohem Integrationsgrad, LSI) 61, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor F£T1 zur Einsteuerung eines konstanten Stroms, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktimpulsoszillator 166. Der Widerstand 163 und der Kondensator 164 bilden ein Filter, das Spannungsschwankungen mit Frequenzen unterdrückt, die höher als die Frequenz 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 F£T1 und einem Windungsende der Spule 13 (nämlich die Ausgangsspannung des Verstärkers 165). Der Mikrocomputer 161 zählt die Takiimpulse während der Verzögerungszeit td von dem Anstieg des von dem Mikrocomputer 161 selbst abgegebenen Impulses bis zu dem Anstieg der von dem Ve stärker 165 abgegebenen Ausgangsspannung und erzeugt Codesignale, die die Verzögerungszeit td darstellen.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung können verschiedene elektrische Verarbeitungsschaltungen oder logische elektronische Verarbeitungseinrichtungen an den in F i g. 1 gezeigten Durchflußmesser 10 in der Weise angeschlossen sein, daß den Neigungswinkeln des bewegbaren Elements 14 entsprechende elektrische Signale erzielt werden. Nachstehend wird erläutert, wie bei dem Durchflußmesser und den vorangehend beschriebenen elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeiiungseinheit 160 die der Durchflußleistung des Strömungsmittels entsprechenden elektrischen Signale gewonnen werden. Zunächst wird von der Durchflußleistung bzw. dem Durchsatz des durch den Einlaß lla 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 Elements 14 umgesetzt wird. Dann wird der Schwenkwinkel ödes bewegbaren Elements 14 in ein elektrisches Signal umgesetzt.

Die Umsetzung des Winkels θ in ein elektrisches Signal wird im weiteren anhand der in den F i g. 6b und 6c gezeigten Daten erläutert Nach Fig.6a ist 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

s| Längsrichtung des weichmagnetischen Teils von einer im wesentlichen zum Magnetfluß senkrechten Richtung

Έ {Θ = 0°) bis zu einer zum Magnetfluß parallelen Richtung (Θ = 90°) verändert, wird der Neigungswinkel ödes

m weichmagnetischen Teils nach F i g. 6a verändert, und es werden die der Spannung Vx entsprechende Spannung

Ve und die Verzögerungszeit td gemessen, die dem Neigungswinkel entsprechen. Die Gestaltung darstellende Abmessungen a und b, die Relativanordnung und die Abmessungen verschiedener Teile 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.

Tabelle 1

ίο ■

Fall Weichmagnetisches Teil 12 Spule 13

Nr. Material Dicke a b Blatt- Windungs-

Atom mm mm mm anzahl anzahl

Gew.-%

1 Fe₄₀Ni₄₀PnB₆ 0,058 30 1,8 5 1000 amorph

2 Fe₄₀Ni₄₀FMDe 0,058 30 i,S 5 iööö amorph

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Fall	Solenoid 17	Innen	Strom	Spulenlänge	Meßvorrichtung	Daten
Nr.	Windungs	durchmesser	A	mm	und Eingangs-
	anzahl	mm			Impulsfrequenz

1 1600 48 1 60 Schaltung 100 F ig. 6b
5 kHz

2 1600 48 1 60 Schaltung 120 F ig. 6c

5 kHz

Aus den in F i g. 6c gezeigten Daten ist für den Fall Nr. 1 ersichtlich, daß bei einer Änderung des Neigungswin- ■

kels ödes weichmagnetischen Teils 12 von 0 bis 90° eine im wesentlichen einer Sinuskurve gleichartige Kurve I

der Spannung Vs erzielbar ist, welche entsprechend der Winkeländerung allmählich ansteigt. Für den Fall Nr. 2 —

ist aus den Daten in der F i g. 6c ersichtlich, daß für eine Änderung des Neigungswinkels θ des weichmagnetischen Teils 12 von 0 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 Permeabiltät hat, elastisch ist und eine geringe Formveränderung zeigt.

Das amorphe magnetische Material zeigt hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Verformungen.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird als Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung ein Solenoid verwendet Jedoch kann stattdessen auch ein Permanentmagnet verwendet werden.

Aus dem 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 Elements in eine Verzögerungszeit td zwischen dem Eingangsimpuls der elektrischen Spule und dem die elektrische Spule erregenden Stromimpuls umgesetzt wird. Das Durchflußmeßsignal kann in Form einer Analogspannung oder eines Zeitmeß-Zählsignals durch eine elektrische Verarbeitung zum Messen der Zeitdifferenz td erzielt werden und ergibt eine gleichmäßige Durchflußleistungsmessung, da eine mechanische Verschlechterung, wie beispielsweise durch Abrieb, auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist Zwischen dem bewegbaren Element 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 können mittels einer Halbleitereinrichtung hohen Integrationsgrads (LSI) wie eines Einzelbaustein-Mikrocomputers auf einfache Weise die Impulse für die Durchflußmessung erzeugt und die Zeitdifferenz zwischen diesen Durchflußmeßimpulsen und den die elektrische Spule erregenden Strommeßimpulsen in Form eines digitalen Codesignals gewonnen werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser mit einem Gehäuse, in dem in einem das Gehäause durchsetzenden Strömungsmittelpfad ein von der Strömung bewegbares Element angeordnet ist, das mit einem weichmagnetischen Teil

verbunden ist, einer am Gehäuse angebrachten Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung, einer Speisespannungsquelle, einer Spule und einer mit der Spule verbundenen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Teil (12) aus amorphem Material besteht, daß die Spule (13) um das weichmagnetische Teil (12) gewickelt ist, daß die Speisespannungsquelle (103,104; 161) Spannungshnpulse erzeugt, die der Spule (13) über einen Anschluß zugeführt werden, und daß die Auswerteschaltung (105 bis ίο 107; FET₁, FET₂, 122, IN 1, IN2, 140; FETu 163 bis 165) mit dem anderen Spulenanschluß verbunden ist und die an diesem Spulenanschluß auftretende, ein Maß für die jeweilige Lage des bewegbaren Elements (14) darstellende Impulsbreiteveränderung in ein entsprechendes Ausgangssignal umsetzt

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem bewegbaren Element (14) eine Vorspannvorrichtung (16) verbunden ist, die das bewegbare Element in Richtung zum Schließen des Strö-

mungsmittelpfades vorspannt

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung (16) eine Spiralfeder ist

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Element (14) zum öffnen oder Schließen des Strömungsmittelpfads schwenkbar ist und die Magnetfeld-Erzeugungseifitichtung (17) einen zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels parallelen Magnetfluß erzeugt

5. Durchfiußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weichrnagr.etische Teil (12) derart an dem bewegbaren Element (14) angebracht ist, daß seine Längsrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Schwenkachse (15) des bewegbaren Elements verläuft

6. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung als Integrierschaltung (106,107) ausgebildet ist, die die an einem mit dem anderen Spulenanschluß verbundenen Widerstand (105) auftretenden Spannungsimpulse in eine entsprechende Gieichspannung umsetzt

7. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung als Zählschaltung (140) ausgebildet ist, die die Zeitdifferenz zwischen den Anstiegsflanken der in die

Spule (13) eingespeisten Spannungsimpulse und den Anstiegsflanken der am anderen Spulenanschluß auftretenden ImpuLs? durch Zählen der Anzahl von in den entsprechenden Zeitintervallen auftretenden Taktimpulsen ermittelt

8. Durchflnßmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung (140) ein Flip-Flop (Fl) aufweist, das bei jeder Anstegsflanke eines in die Spule (13) eingespeisten Spannungsimpulses gesetzt

und bei jeder Anstiegsflanke eine» am anderen Spulenanschluß auftretenden Impulses rückgesetzt wird und über seinen Ausgang ein mit dem Zähleingang eines Zählers (142) verbundenes UND-Glied (A 1) st dessen anderer Eingang mit einer Taktimpulsquelle (141) verbunden ist

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