-
Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von
-
Flüssigkeiten Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung
zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeiten nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Meßvorrichtungen für Flüssigkeiten sind bereits seit langem bekannt. Zur kontinuierlichen
Messung von Flüssigkeiten finden beispielsweise Ovalradzähler Verwendung, bei der
bei jeder Drehung des Ovalrades eine bestimmte Menge Flüssigkeit passiert. Diese
bekannten, kontinuierlich arbeitenden Flüssigkeitsmeßvorrichtungen sind jedoch nur
für große Mengen von Flüssigkeiten geeignet, beispielsweise zur Ermittlung des Verbrauchs
von Wasser. Sollen nur sehr geringe Flüssigkeitsmengen bestimmt werden, ist man
auf eine diskontinuierliche Messung von Flüssigkeiten angewiesen.
-
Dies geschieht dadurch, daß in geeichten Meßgläsern die Flüssigkeitsmenge
gesammelt wird, wobei anhand einer Skala oder durch Wiegen die genaue Flüssigkeitsmenge
ermittelt
wird, die abgegeben wurde. Dieses Verfahren arbeitet zwar auch bei kleinsten Flüssigkeitsmengen
genau, ist jedoch schlecht zu automatisieren. Die Prüfung von Geräten, die beispielsweise
definiert geringe Mengen von Flüssigkeiten abgeben sollen, wird dadurch erheblich
erschwert. In der Großserienfertigung ergibt sich zudem ein hoher Zeitaufwand.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch kleinste Flüssigkeitsmengen
exakt und genau bestimmbar sind. Auf diese Art und Weise ist das Erfassen auch von
kleinen Flüssigkeitsmengen möglich, ohne daß dabei das zeitaufwendige Sammeln der
anfallenden Flüssigkeit in den diskontinuierlich arbeitenden Systemen notwendig
ist. Dadurch ist eine schnelle Prüfung der entsprechenden Prüflinge möglich. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere dazu, Einspritzpumpen auf
die Einhaltung ihrer technischen Daten zu überprüfen, wobei durch die kontinuierliche
Flüssigkeitsmengenmessung eine sehr schnelle Prüffolge möglich ist.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung
möglich. Durch die kegelförmige Ausbildung des Verschlusses wird erreicht, daß bei
einer Anhebung des Kegels der Auslaufquerschnitt nahezu linear zunimmt. Dadurch
ist eine besonders einfache Eichung möglich. Zur Verstellung tles Verschlusses hat
sich die Verwendung eines Exenters als zweckmäßig erwiesen. Dadurch ist -die Veränderung
konstruktiv
besonders einfach durchführbar. Zur Auswertung des Meßergebnisses wird die Stellung
des Exzenters von einem Positionsgeber erfaßt und als Maß für die Flüssigkeitsmenge
verwendet. Dies bedingt eine einfache Auswertemöglichkeit, die sowohl elektrisch
als auch konstruktiv sehr einfach herzustellen ist. Die Uberwachung der Flüssigkeitshöhe
erfolgt zweckmäßigerweise mittels Geber, die vorzugsweise als optische Geber ausgebildet
sind. Dadurch ist eine verzögerungsfreie Regelung des Ausflusses möglich.
-
Insbesondere in Verwendung mit Einspritzpumpen ist es vorteilhaft,
dem Meßglas ein weiteres Meßglas zuzuordnen, an dem die Geber angebracht sind. Schaum,
der sich unter Umständen auf der Flüssigkeitsoberfläche ausbildet, führt dann nicht
zu einer Verfälschung der Gebersignale. Zur Erzielung eines konstanten Meßergebnisses
ist es zweckmäßig, das Meßglas zu beheizen, insbesondere wenn Flüssigkeiten mit
temperaturabhängiger Viskosität verwendet werden. Zweckmäßig ist es auch, ein absolut
kalibrierbares Meßsystem vorzusehen, um ein Eichen der kontinuierlichen Meßvorrichtung
zu ermöglichen. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn sehr genaue Meßergebnisse
erzielt werden sollen oder aber wenn Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität
Verwendung finden. Das absolut kalibrierbare Meßsystem ist zweckmäßigerweise in
bekannter Weise durch ein geeichtes Meßglas zu realisieren. Die erfindungsgemäße
Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeiten ist insbesondere zur
Überprüfung von Einspritzpumpen in einem Einspritzpumpenprüfstand geeignet, wobei
als Prüfling die Einspritzpumpe dient.
-
Um definitive Aussagen über die Einspritzmenge zu erhalten, ist es
vorteilhaft, die Drehzahl zu erfassen
und sie mit der durchfließenden
FLüssigkeitsmenge in Relation zu setzen. Dadurch ist es möglich, die abgespritzte
Menge pro Umdrehung zu erfassen. m Viskositätseinflüsse gering zu halten ist es
zweckmäßig, das Meßergebnis in Abhängigkeit von dem Signal einer Temperaturmeßvorrichtung
zu korrigieren.
-
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße
Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeiten. Die Meßvorrichtung
eignet sich besonders zur einfachen und schnellen Mengenmessung von dünnflüssigen
Medien wie Wasser, Benzin oder Öl. Insbesondere ist sie dazu geeignet, Einspritzpumpen
auf ihr ordnungsgemäßes Arbeiten zu überprüfen. Im Vorratstank 10 befindet sich
die Prüfflüssigkeit, bei der es sich beispielsweise um Wasser, Benzin oder dünnflüssige
Öle handeln kann. Diese Flüssigkeit wird mittels einer Förderpumpe 12 über die Leitung
11 zum Prüfling 13 gepumpt. Als Prüfling 13 dient beispielsweise eine Einspritzpumpe.
Jedoch sind auch andere Prüflinge, beispielsweise Düsen oder ähnliches mit der Vorrichtung
prüfbar. Die überflüssige Flüssigkeit gelangt über die Leitung 33 in den Vorratstank
10. Die Flüssigkeit, die vom Prüfling 13
abgegeben wird, gelangt
zu einem Dreiwegeventil 14.
-
In der in der Figur dargestellten Stellung fließt die Flüssigkeit
ohne Meßvorgang über die Leitung 15 zum Vorratstank 10 ab. Die Betätigung des Dreiwegeventils
14 geschieht mittels des Magneten 17.
-
Wird das Dreiwegeventil 14 zur Leitung 16 leitend geschaltet, so kann
der vom Prüfling abgegebene Flüssigkeitsstrom in ein Meßglas 18 fließen. Das Meßglas
18 weist am Rand geeichte Skalenstriche auf, so daß die einfließende Flüssigkeitsmenge
jederzeit ablesbar ist.
-
Das Meßglas 18 ist an seinem Auslauf mit einem Auslaßventil 19 versehen,
mit dem es möglich ist, die im Meßglas 18 angesammelte Flüssigkeitsmenge zum Vorratstank
10 abfließen zu lassen. Zur kontinuierlichen Flüssigkeitsmengenmessung ist das Ventil
14 zur Leitung 20 geschaltet. Durch die Leitung 20 fließt die abgegebene Flüssigkeitsmenge
in einen Meßbehälter 21, der an seinem unteren Bereich mittels um den Meßzylinder
gelegten Heizschlangen 23 beheizbar ist. Am Fuß des Meßglases 21 ist ein Temperaturfühler
31 angebracht, mittels dem die Temperatur der zu messenden Flüssigkeit bestimmbar
ist. Ein zweites Meßglas 22 steht mit dem Meßglas 21 in Form von kommunizierenden
Röhren in Verbindung und weist denselben Flüssigkeitsspiegel wie das Meßglas 21
auf. Am Meßglas 22 sind zwei optische Sensoren 29 und 30 angebracht, mit denen es
möglich ist, den Flüssigkeitsstand im Meßglas zu erfassen. Da aufgrund der Verbindung
zwischen Meßglas 21 und 22 der Flüssigkeitsstand im Meßglas 22 gleich hoch ist wie
im Meßglas 21, kann dabei der Flüssigkeitspegel in beiden Meßgläsern konstant gehalten
werden. Die optischen Geber
29 und 30, die hier zur besseren Darstellung
im großen Abstand voneinander angebracht sind, können auch sehr nahe zueinander
angeordnet werden. Die Anordnung ist abhängig von der gewünschten Auflösung des
Meßergebnisses. Das Meßglas 22 dient im wesentlichen dazu, eine eventuell im Meßglas
21 auftretende Schaumbildung zu unterdrücken, die der Anlaß sein könnte, daß die
Geber 29 und 30 nicht richtig ansprechen. Diese Erscheinung tritt insbesondere dann
auf, wenn Einspritzpumpen geprüft werden sollen. Ist eine Schaumbildung nicht zu
befürchten, kann das Meßglas 22 entfallen und die Geber 29 und 30 können direkt
am Meßglas 21 angebracht werden.
-
Der Ausfluß des Meßglases 21 ist mittels eine kegelförmigen Verschlusses
24 verschließbar. Nach dem Passieren des Verschlusses fließt die Flüssigkeit über
die Leitung 28 in den Vorratstank 10 ab. Der Kegel 24 wird mittels eines Exzenters
25 gehoben und gesenkt. Der Exzenter 25 ist drehbar gelagert und wird mittels eines
Elektromotors 27 oder aber auch mit einem Handrad angetrieben. Auf der Welle vom
Motor 27 zum Exzenter 25 ist ein Inkrementalpositionsgeber 26 befestigt. Mittels
dieses Positionsgebers ist die Lage des Exzenters 25 exakt zu bestimmen.
-
Die Steuerung der gesamten Vorrichtung erfolgt mittels der Steuer-
und Auswertevorrichtung 35. Die Steuer-und Auswertevorrichtung 35 enthält einen
Vor-Rückwärtszähler 37, dessen Eingang mit dem Inkremental-Positionsgeber 26 in
Verbindung steht. Der Ausgang des Vor-Rückwärtszählers 37 führt zu einer Recheneinheit
38, die zur Bestimmung des Meßergebnisses dient. Mit der Recheneinheit 38 ist des
weiteren ein Drehzahlgeber 32 verbunden,
der am Prüfling angebracht
ist. Dieser Drehzahlgeber dient insbesondere dazu, die Drehzahl einer Einspritzpumpe
zu ermitteln. Des weiteren steht die Recheneinheit 38 mit dem Temperaturgeber 31
in Verbindung.
-
Eine Stellelektronik 36 ist mit den Flüssigkeitsstandsgebern 29 und
30 verbunden. Der Ausgang der Stellelektronik 36 führt zum Motor 27. Eine Schaltvorrichtung
39 dient dazu, entweder manuell oder automatisch den Magneten 17 zu bedienen, so
daß das Dreiwegeventil 14 die geeignete Stellung einnimmt.
-
Die Wirkungsweise der kontinuierlichen Flüssigkeitsmessung sowie deren
Eichung sei nunmehr am Beispiel des Ausmessens einer Einspritzpumpe näher erläutert.
-
Von der über die Leitung 11 angebotenen Flüssigkeit fördert die zu
prüfende Einspritzpumpe, die den Prüfling 13 bildet, eine bestimmte Menge Flüssigkeit
pro Zeiteinheit, wenn ihre Drehzahl konstant ist. Zur Bestimmung der Absolutmenge
wird nunmehr das Dreiwegeventil 14 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auf die Leitung
16 geschaltet. Die Zeit, in der nunmehr das Ventil in dieser Stellung steht wird
entweder vorgegeben oder aber die Anzahl der Prüflingsumdrehungen wird vorgegeben
und von einem Zähler gemessen. Nach Ablauf der Zeit oder der vorgegebenen Zahl von
Umdrehungen schaltet das Ventil 14 wieder in seine Neutralstellung zurück, so daß
die Flüssigkeit über die Leitung 15 abfließen kann. Die vom Prüfling geförderte
Menge fließt während der Meßzeit in das Meßglas 18 und wird dort gesammelt. Nach
Ablauf der vorgegebenen Zeit ist die im Meßglas 18 gesammelte Flüssigkeitsmenge
ein Maß für die pro Zeiteinheit oder für die pro Umdrehung geförderte Flüssigkeit.
Nach
dem Feststellen dieses Maßes kann die Flüssigkeit über das
Auslaßventil 19 abgelassen werden.
-
Zur Kalibrierung des kontinuierlichen Flüssigkeitsmeßsystems wird
das Dreiwegeventil 14 so geschaltet, daß die geförderte Flüssigkeitsmenge über die
Leitung 20 in das Meßglas 21 fließt. Der Kegel 24 im Boden des Meßglases 21 wird
nun solange verstellt, bis der Auslaufquerschnitt zwischen Kegel 24 und Kegelsitz
so groß ist, daß die zulaufende Flüssigkeitsmenge gleich der auslaufenden Menge
ist.
-
Diese Stellung ist nun mittels des Inkrementalpositionsgebers erkennbar.
Wird der gleiche Prüfling verwendet, so kann nunmehr festgestellt werden, daß bei
einer bestimmten Stellung des Inkrementalpositionsgebers 26 und damit des Exzenters
25 eine ganz bestimmte Menge Flüssigkeit vom Prüfling 13 gefördert wird. Der Absolutwert
pro Zeit- oder Drehzahleinheit ist aus der vorhergehenden Messung bekannt, so daß
eine direkte Anzeige dieses Absolutwertes erfolgen kann. Wird dieser gleicher Meßvorgang
mit einem weiteren Prüfling überholt, so sind daraus zwei Absolutwerte zu gewinnen,
mittels derer durch Interpolation bzw. Extrapolation in Abhängigkeit von der Stellung
des Positionsgebers 26 die Durchflußmenge pro Einheit ermittelt werden kann.
-
Die Verstelleinrichtung mit dem Exzenter 25, die unter dem Kegel 24
angebracht ist, steht mit dem Kegel 24 formschlüssig in Verbindung. Ist das Meßsystem
im Gleichgewicht, d.h. ist die Zulaufmenge gleich der auslaufenden
Menge,
d.h. ändert sich der Flüssigkeitspegel nicht, so wird der gerade von dem Vor-Rückwärts
zähler erfaßte Inkrementwert des Positionsgebers der zuvor ermittelte Absolutwert
zugeordnet und angezeigt. Ändert sich die Flüssigkeitsmenge, so wird dies anhand
der Geber 29 und 30 erkannt. Die Geber 29 und 30 sind so angeordnet, daß der Geber
29 immer eine Flüssigkeit erkennen soll, während der Geber 30 keine Flüssigkeit
erkennt. Sinkt nun beispielsweise der Flüssigkeitspegel unter dem durch die Geber
bestimmten Wert ab, so wird dies durch die Stelleinrichtung 36 erkannt und der Motor
27 so betätigt, daß der Kegel 24 den Austritt mehr verschließt. Nunmehr steigt der
Flüssigkeitspegel wieder etwas an. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis sich
eine Gleichgewichtslage eingependelt hat, was im wesentlichen durch das genannte
Regelverhalten der einzelnen beteiligten Teile, nämlich Geber 29 und 30, Stellvorrichtung
36, Motor 27 und Exzenter 25, bestimmt ist.
-
Die auslaufende Menge der Prüfflüssigkeit ist in erster Linie als
linear zum Zählerstand des Inkrementalzählers anzusehen, wenn der Exzenter linear
ausgelegt ist und die Winkelverstellwerte linear zum Winkel verlaufen und linear
gezählt werden. Durch die kegelförmige Ausbildung des Verschlusses 24 läßt sich
ebenfalls erreichen, daß der Spalt zwischen dem Kegel und dem Kugelsitz in Abhängigkeit
vom Verstellwinkel linear verläuft. Durch das durch die Geber 29 und 30 vorgegebene
gleichhohe Meßniveau ist ebenfalls der statische Druck konstant gehalten.
-
Der Temperatureinfluß ist durch das Messen der Temperatur im Auslauf
und Hinzufügen oder Abziehen einer empirisch zu ermittelnden Größe zu korrigieren,
wobei es jedoch günstiger ist, bei stark temperaturabhängigen Stoffen das
Meßglas
21 mittels der Heizspirale 23 zu beheizen, so daß die Ausflußtemperatur im wesentlichen
konstant ist. Dadurch ist es auch möglich, bei Flüssigkeiten mit temperaturabhängiger
Viskosität im wesentlichen gleiche Ausflußgeschwindigkeit zu erzielen. Sollen sehr
genaue Messungen durchgeführt werden, ist es ebenfalls möglich, beim Ausfluß auftretende
Strömungsverluste empirisch zu ermitteln und entsprechend zu korrigieren.
-
Ist die Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeiten
einmal geeicht, ist es möglich, im weiten Rahmen beliebige Flüssigkeitsmengen zu
bestimmen, so daß beispielsweise auch Einspritzpumpen unterschiedlicher Bauart ohne
neue Eichung zu verwenden sind. Eine Neueichung von Absolutwerten ist eigentlich
nur dann erforderlich, wenn nach einer gewissen Zeit die zuvor vorgenommene Eichung
überprüft werden soll oder aber wenn das Meßmedium eine Änderung erfährt. Bei einfach
ausgestalteten Vorrichtungen ist es daher möglich, die zur Eichung dienende Vorrichtung
zur absoluten Mengenbestimmung entfallen zu lassen.
-
Eine Eichung der kontinuierlichen Flüssigkeitsmeßvorrichtung kann
dann bei deren Fertigung vorgenommen werden.
-
Diese ist auch über lange Zeiträume konstant, wenn die gleiche Prüfflüssigkeit
oder eine sich im Fließen ähnlich verhaltende Flüssigkeit Verwendung findet.
-
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist ein kontinuierliches und schnelles
Messen auch von kleinen Flüssigkeitsmengen möglich. Hierbei erfolgt die Messung
der geförderten Flüssigkeit bei freiem Auslauf also ohne Druck- und Reibungsverluste,
wie sie z.B. bei Kolbenverdrängersystemen auftreten. Die Anordnung ist daher insbesondere
zur Messung von Einspritzpumpen geeignet.
-
Leerseite