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Durchflußmesser
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Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für die Messung der Menge eines
strömenden mediums, das vorteilhaft z.B. in unter Druck stehenden Leitungssystemen
zur Bestimmung der Menge der durchfließenden Flüssigkeit, insbesondere als Fühler
eines Nutzwarmwassermessers geeignet ist.
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Ein im Sinne des Stands der Technik dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser
am nähestliegendes Meßgerät ist in dem Ungarischen Patent HU-173 819 beschrieben.
Die hier spezifizierte Meßeinrichtung enthält ein Gehäuse.
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In dem Inneren dieses Gehäuses sind Vordrall-, Drall-und Nachdrallkammern
vorgesehen; in allen Kammern ist je eine Drallspule koaxial angeordnet und die Mantelfläche
der Drallspulen ist mit einer spiralförmig verlaufenden Verrippung ausgestaltet.
Bei dieser bekannten Meßeinrichtung ist an dem Teil zwischen der Vordrallkammer
und der Drallkammer eine weitere, mit Öffnungen versehene Einsatzscheibe vorhanden,
mit Hilfe deren die durchfließende Flüssigkeitsmenge in die Drallkammer geleitet
wird. An dem Unterteil der Drallkammer ist eine verschleißfeste Meßbahn ausgestaltet;
eine Meßkugel rotiert
auf der Meßbahn; der Umlauf der Meßkugel wird
mit einem optoelektrischen, induktiven Fühler oder Optokoppler derweise wahrgenommen,
indem, so oft die Meßkugel an deminduktiven oder optoelektrischen Fühler vorbeikommt,
entsprechend viele Impulse über einen geeigneten Umwandler einem Impulszähler zugeführt
werden, wodurch die durchfließende Flüssigkeitsmenge gemessen werden kann.
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Diese bekannte Lösung weist jedoch einige Mängel auf.
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Ein Mangel dieser Einrichtung besteht in der unbefriedigenden Reproduzierbarkeit
und der kurzzeitigen Stabilität, wodurch die Meßergebnisse größtenteils nur einen
informativen Charakter aufweisen. Ein weiterer Mangel besteht in einem begrenzten
Meßbereich; deshalb ist auch das Anwendungsgebiet äußerst begrenzt. Da der Fühler
selbst kein Stellelement enthält, ist bei mit der traditionellen Technologie hergestellten
Bestandteilen die gegenseitige Austauschbarkeit der einzelnen Elemente nicht gewährleistet.
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Der Erfindung wird das Ziel gesetzt, einen Durchflußmesser ohne die
negativen Charakteristiken der bekannten Meßeinrichtungen zu schaffen, bei dem die
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse - mit den bekannten Geräten
verglichen - viel besser sind, desweiteren die Meßbereiche das 30-40 fache des zeitlichen
Durchflußvolumens, bezogen auf den kleinsten Meßwert, anstatt das 10-fache der bekannten
Lösungen betragen, und schließlich der Meßraum kontinuierlich eingestellt werden
kann.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in dem Fall, in dem die
Bahn der in der Meßkammer bzw. in dem Meßraum vorhandenen Kugel so ausgestaltet
wird, daß als Erfolg die Messung in einem weiten Bereich linearisiert wird, und
zwar so, daß bei einem abnehmenden Mediumvolumenstrom die Meßkugel auf eine kürzere
Bahn gezwungen wird, das gesetzte Ziel erreicht wird.
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Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen Durchflußmesser, insbesondere
zur Messung der Menge des Nutzwarmwassers in Leitungssystemen. Der erfindungsgemäße
Durchflußmesser enthält ein Gehäuse; in dem Inneren des Gehäuses sind eine Drallkammer
und eine Meßkammer vorgesehen; in der Drallkammer ist eine koaxiale Vordrallspindel
angeordnet; desweiteren ist eine Meßkugel enthalten, die entlang einer Zwangsbahn
in der Meßkammer zirkuliert.
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Der erfindungsgemäße Durchflußmesser kann dadurch gekennzeichnet,
werden, daß an der Vordrallspindel an deren Mantelfläche ein weiteres, als dreigängige
Spirale ausgestaltetes Element vorgesehen ist und desweiteren zwischen der Vordrallspindel
und der Meßkammer ein zur kontinuierlichen Einstellung und Regelung des Meßraumes
ausgestaltetes, spiralartiges Stellelement ebenfalls koaxial angeordnet ist; die
Meßbahn ist in Richtung der Abfuhrmündung mit einem allmählich streckenweise abnehmenden
Durchmesser ausgestaltet, wobei die Meßkugel bei einem abnehmenden Mediumvolumen
auf die mit einem entsprechend reduzierten Durchmesser ausgestaltete Bahn gezwungen
wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers
kann dadurch gekennzeichnet werden, daß die Meßkugel aus einem ferromagnetischen
Werkstoff ist und als Fühler einen Hall-Generator-Empfangskopf bildet.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet
werden, daß die Meßkugel aus einem paramagnetischen Werkstoff ist und mit einem
die Kapazitätsänderung wahrnehmenden Fühler in Verbindung steht.
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Eine weitere Charakteristik der Erfindung liegt darin, daß der Durchflußmesser
mit einer an sich bekannten, signalverarbeitenden Einheit verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung wird anhand eines vorteilhaften
Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es
zeigt: Fig. 1 den seitlichen Schnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Durchflußmessers, Fig. 2 ein Beispiel für die Meßbahn, Fig. 3 das Blockschema des
dem Durchflußmesser angeschlossenen Meßsystems.
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In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Ausüfhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Meßeinrichtung im Schnitt dargestellt. Die Einrichtung, die vorteilhaft z.B. zur
Messung der Nutzwarmwassermenge verwendet werden kann, enthält das Gehäuse 1, sowie
den in dem Gehäuse 1 ausgestalteten Anschlußeingang, der in die Drallkammer 2 mündet.
In der Drallkammer 2 ist die Vordrallspindel 3 koaxial angeordnet, die zweckmäßig
mit einer dreigängigen Spirale 9 entlang ihrer Mantelfläche versehen ist. Der Spirale
wird die Rolle und Aufgabe zugeteilt, mit der Drallspindel 3 zusammen das laminar
einströmende Medium derweise zur Zirkulation zu zwingen, daß daneben keine Turbulenz
sich ausgestalten kann. Auf diese Weise kann es nämlich garantiert werden, daß die
Meßkugel 7 tatsächlich dem Durchfluß proportional in der Meßkammer 4 zirkuliert.
Zwischen der Drallkammer 2 und der Meßkammer 4 ist ein, die Menge der durchfließenden
Flüssigkeit einstellendes Stellelement 5 vorgesehen, das zweckmäßig ein spiralförmiges
Reduktionselement ist, das zur Regelung der Umdrehungszahl der Meßkugel 7 und zur
Einstellung des idealen Bereichs dient, womit die Geschwindigkeit des aus der Drallkammer
austretenden Mediums unmittelbar geregelt wer-
den kann. Eine weitere
Regelungsmöglichkeit ist durch die Änderung der Masse bzw. der Dimension der Meßkugel
7 geboten.
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In dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser ist in der Drallkammer 2
die mit der Spirale 9 ausgestaltete Zwangsbahn mit recht guten Gleiteigenschaften
ausgestaltet, wodurch die Reproduzierfähigkeit des Meßgeräts von dem üblichen Wert
von 2-3 % auf 0,2-0,6 % reduziert werden kann.
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Eine der wichtigsten charakteristiken und eine der wichtigsten Erkenntnisse
der Erfindung liegen in der Gestaltung der sich in der Meßkammer 4 befindenden Meßbahn
6.
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Die Meßbahn 6 ist nämlich so ausgestaltet, daß die Messung in weitem
Bereich linearisiert wird, indem die Meßkugel 7 - unter Bezugnahme der Masse und
Umdrehungszahl der Meßkugel 7, des Rauminhalts der Drallkammer 2, sowie des Mediumwiderstands
des zu messenden Mediums -bei einem abnehmenden Volumenstrom auf eine Meßbahn mit
reduziertem Durchmesser gezwungen wird, gleichzeitig aber die Kugel ihre ursprüngliche
Umdrehungszahl behält. Im Laufe der Dimensionierung ist zu berücksichtigen, daß
sich auf die Meßkugel 7 drei Kräfte, die Geschwindigkeit, die zentrifugale Kraft
und die Auftriebskraft der Flüssigkeit, auswirken.
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Fig. 2 stellt ein Beispiel für die Gestaltung der Meßbahn 6 dar. Es
ist wohl ersichtlich, daß die Meßbahn 6 streckenweise ausgestaltet ist und die Anzahl
der Strekken aufgrund der zu erreichen gewünschten Genauigkeit bestimmt wird. Auf
diese Weise kann es erreicht werden, daß der Meßbereich des Meßgeräts von vorgegebener
Genauigkeit von dem Zehnfachen des Durchflußvolumenstroms, bezogen auf den kleinsten
Meßwert,auf das 30-40-fache-des Durchflußvolumenstroms, bezogen auf den kleinsten
Meßwert, erweitert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil des mit der Meßbahn 6 ausgestalteten Durchflußmessers
zeigt sich darin, daß die Anlaßtotzeit eben dank der Bahngestaltung äußerst kurz
ist, die im wesentlichen die Genauigkeit erhöht. Die Umdrehungszahl der Meflkugel
7 mißt ausschließlich die Durchflußmenge dort, wo die Dimensionierung optimal ist,
so daß das System sehr präzise ist.
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In dem Gehäuse 1 ist ein weiterer Regeleinsatz 8 angeordnet und die
Vordrallspindel 3 ist von unten her durch Klemmdorn 10 unterstützt. Mit den bekannten
Meßgeräten verglichen, weist der erfindungsgemäße Durchflußmesser den weiteren Vorteil
auf, daß bei einer forderungsgerecht ausgestalteten Meßkammer 4 die Drallspindel
in er Nachdrallkammer 12 sich erübrigt. Ein weiterer Vorteil zeigt sich darin, daß
das Stellelement 5 eine gute Möglichkeit zur Regelung gewährleistet, wodurch die
einzelnen Elemente gegenseitig austauschbar sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kann die Umdrehungszahl der
sich in der Meßkammer 4 befindenden Meßkugel 7 auf verschiedene Weisen und mit an
sich bekannten Vorrichtungen detektiert und gemessen werden. Wenn die Kugel 7 aus
einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt wird, kann die Wahrnahme induktiv erfolgen,
falls nicht, dann kapazitiv.
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Die Umdrehungszahl der Meßkugel kann auch mit einem Empfangskopf mit
Hall-Generator wahrgenommen werden. Das wesentliche aller Wahrnehmungsmethoden besteht
darin, daß mittels der Meßkugel 7 bei jeder einzelnen Umdrehung ein Impuls erzeugt
wird, wobei die Impulse auf an sich bekannte Weise gezählt werden; zu diesem Zweck
dienen der mit der Meßkugel 7 in Verbindung stehende Fühler 13 und die angeschlossene
signalverarbeitende Einheit 14.