DE3612714C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmengenmesser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zweck der Erfindung ist es, die Einsatzmöglichkeit dieses Durchflußmengenmessers zu erweitern und dessen Wirtschaftlich­ keit zu verbessern.

Ein Durchflußmengenmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist durch die DE-OS 19 31 543 bekannt.

Bei diesem bekannten Durchflußmengenmesser dient ein Zweiflügelrad als Meßelement, das auf einer innerhalb des das zu erfassende flüssige Medium führenden Rohres in axialer Richtung angeordneten und gelagerten Welle fest angebracht ist. Auf dieser Welle ist ferner ein Steuerelement in Form eines Kreissegmentes angeordnet.

Bei fließendem Medium im Rohr wird das Zweiflügelrad turbinenartig mit seiner Welle in mehr oder weniger schnelle Umdrehungen versetzt, wobei das Steuerelement mitbewegt wird.

Im Rohrinneren und im flüssigen Medium ist eine Sensorvorrichtung in Form einer Gabelschranke vorgesehen, deren Spalt von dem kreissegmentförmigen Steuerelement bei einer jeder Drehbewegung durchlaufen wird. Beim Passieren des Spaltes der Gabelschranke durch das Segment des Steuerelementes werden deren elektrischen Werte vorübergehend verändert, z. B. eine Induktivität verstimmt oder reaktiv belastet. Diese vorübergehenden Änderungen bewirken nun in einer nachgeordneten Oszillatorschaltung eine Änderung df der Schwingungsfrequenz f, welche als Kriterium für eine Drehbewegung des Steuerelementes dient und über eine nachgeordnete elektrische Detektionsschaltung ausgewertet und einer Anzeige zugeführt wird.

Über die Ausbildung dieser Detektionsschaltung und des Anzeigegerätes werden keine weiterführenden Angaben in dieser Druckschrift gemacht.

Die für diesen Durchflußmengenmesser als Sensorvorrichtung vorgeschlagene Gabelschranke ist jedoch etwas aufwendig, schwierig zu montieren und trägt außerdem auf Grund ihres räumlichen Aufbaues innerhalb des führenden Rohres zu störenden Verwirbelungen im Medienstrom bei.

Die an der Gabelschranke durch das Steuerelement neben der angestrebten induktiven Verstimmung weiter verursachte reaktive Belastung führt zu Unsicherheiten in der Oszillatorfunktion, insbesondere bei abfallender Betriebsspannung.

In der US-PS 43 33 354 ist ein Durchflußmengenmesser offenbart, bei dem ebenfalls ein abhängig von der Fließgeschwindigkeit des flüssigen Mediums bewegliches mechanisches Meßelement in Form eines Flügelrades Anwendung findet. Dieses ist in dem flüssigen Medium in der Nähe dreier zugeordneter galvanischer Elektroden angebracht, über welche die zur Erfassung des Durchflusses notwendigen elektrischen Signale in Form von Widerstands- oder Kapazitätsänderungen abnehmbar sind, die durch von der relativen Stellung der Flügel des Flügelrades verursachte Änderungen der wirksamen Querschnitte und Längenausdehnungen der elektrisch wirksamen Zonen des flüssigen Mediums bedingt sind. Die drei Elektroden sind hierbei außen an der Peripherie des das flüssige Medium führenden Rohres, jeweils um je 45° zueinander versetzt, angeordnet und werden von den äußeren Enden der Flügel des Flügelrades mit geringem Abstand passiert.

Die Schaltungsanordnung des Durchflußmengenmessers ist wechselstromgespeist und die durch die durchflußproportionalen Drehbewegungen des Flügelrades an den Elektroden auftretenden amplituden-modulierten Wechselstromimpulse werden durch eine Gleichrichterschaltung mit zugeordnetem R/C-Kreis diskriminiert und gemittelt bzw. durch noch eine weiter zugeordnete Impulsformerschaltung zu Rechteckimpulsen konkretisiert.

Die Meßschaltung ist als eine Art Brückenschaltung ausgebildet, wobei über die mittlere der drei Elektroden und das leitende Rohr eine der Austastung des Meßsignales dienende Brückendiagonale gebildet ist. Durch zugeordnete Verstärkerschaltung wird das an der Brückenschaltung erzielbare Signal entsprechend aufgepegelt.

Über die Art der Ausgestaltung des verwendeten Anzeigegerätes ist in dieser Druckschrift keine nähere Aussage enthalten.

Bei der Meßanordnung nach dieser US-Druckschrift und die nachgeordnete elektronische Schaltungsanordnung werden nicht immer deutlich ausgeprägte Meßimpulse erhalten. Durch die nachgefügte Impulsformerschaltung (Fig. 2 und 6) wird zwar eine Versteilerung der Impulse erzielt, das erreichbare Impulshöhen- Breitenverhältnis ist jedoch nicht immer befriedigend. Auch läßt der feststellbare Störpegel im Verhältnis zum nutzbaren Impulspegel zu wünschen übrig.

Durch die DE-OS 32 41 222 ist ein elektrischer Durchflußmengenmesser bekannt, der ebenfalls nach dem galvanischen/kapazitiven Meßverfahren arbeitet. Es sind drei vom fließenden Medium umspülte galvanische Elektroden vorgesehen. Die Umgebung dieser Elektroden wird durch von einem mechanischen Meßelement bewegte, leitende Steuerelemente passiert, wodurch sich der elektrolytische Widerstand und die elektrische Kapazität zwischen den drei Elektroden periodisch und proportional zu den Drehbewegungen des Meßelementes ändern.

Dieses kann auch hier durch ein Flügelrad gebildet sein, das vom fließenden Medium drehbeweglich beaufschlagt wird.

Durch die Verwendung sehr kurzer Meßimpulse, welche von einem elektronischen Oszillator erzeugt werden und einen die modulierte Meßfrequenz demodulierenden Synchron-Demodulator soll ein günstigeres Verhältnis des Störpegels zum nutzbaren Impulspegel erzielt werden. Dem Synchron-Demodulator der Meßschaltung ist ein die Impulse mittelnder Verstärker bzw. Impedanzwandler nachgeschaltet, dessen Ausgang an den Eingang eines Impulsformers geführt ist, der an seinem Ausgang wiederum Rechteckimpulse in einer zur Drehzahl des Flügelrades proportionalen Folge abgibt.

Irgendwelche Hinweise über die Art eines nachgeordneten Anzeigegerätes werden nicht vermittelt.

Bei der Schaltungsanordnung nach dieser Druckschrift sind Fremdstöreinflüsse sowie Drifterscheinungen nicht auszuschließen, welche die Funktionssicherheit beeinträchtigen können. Außerdem ist für einzelne Stufen der Schaltung die Erzeugung einer über der Batteriespannung liegenden Betriebsspannung notwendig.

Durch die DE-OS 25 53 578 ist ein Durchflußmengenmesser bekannt, bei dem als Meßelement ein axial beströmtes Flügelrad verwendet wird, das in einem länglichen Führungsrohr angeordnet ist.

Letzteres ist transparent ausgebildet und beidseitig zu diesem sind die Bauteile einer optoelektronischen Abtasteinrichtung für das als Flügelrad ausgebildete Meßelement angebracht. Diese Bauteile umfassen eine kleine Glühbirne, welche das transparente Führungsrohr durchstrahlt und ein auf der entgegengesetzten Seite angebrachtes fotosensitives Element, z. B. einen Fotowiderstand oder einen Fototransistor, beaufschlagt.

Hierbei kann der Strahlengang der Glühbirne nach dem fotosensitiven Element durch die Flügel des im Bereich dieser optoelektronischen Bauelemente beweglichen Flügelrades durch dessen Umdrehungen intermittierend unterbrochen werden. Die Anzahl der auf das fotosensitive Element übertragenen Lichtimpulse ist also ein Maß für die Anzahl der vom Flügelrad vollzogenen Drehbewegungen. Durch eine nachgeordnete elektronische Schaltung mit Anzeigevorrichtung können die erhaltenen Signalimpulse in einer summierenden Anzeige für das Durchflußvolumen erfaßt werden.

Bei dieser bekannten Anordnung eines Durchflußmengenmessers ist jedoch ein hoher Stromverbrauch feststellbar. Die nach einiger Zeit durch Fadenbruch ausfallende Glühlampe stellt außerdem ein Risiko für die Betriebssicherheit des Gerätes dar. Darüber hinaus sind innerhalb des Führungsrohres trübende Ablagerungen nicht auszuschließen, welche die Betriebssicherheit längerfristig ebenfalls beeinträchtigen können. Durch Verwendung einer Leuchtdiode können zwar die Risiken eines Glühfadenbruches beseitigt und auch der Stromverbrauch vermindert werden. Dieser liegt jedoch für eine langfristige Stromversorgung durch Trockenbatterien immer noch zu hoch und außerdem könnte die geringere Leuchtdichte eine nachteilige Rolle spielen.

Das DE-Gbm 56 19 867 offenbart ebenfalls einen Durchflußmengen­ messer, und zwar insbesondere für die Verwendung bei Kraftfahrzeugen. Hierzu ist als Meßelement eine kreisrunde Scheibe vorgesehen, welche von dem zu erfassenden flüssigen Medium tangential in einem scharfen, dünnen Strahl beaufschlagt und dadurch in proportionale Umdrehungen versetzt wird.

Lateral an der kreisrunden Scheibe sind metallische Plättchen vorgesehen, welche in ihrer Bewegung von einem zugeordneten induktiven Annäherungsschalter erfaßbar sind. Die hierdurch während der Drehbewegungen der Scheibe erzeugten elektrischen Impulssignale werden durch eine Leitung auf ein Anzeigewerk, das z. B. im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein kann, übertragen und bewirken dort eine summierende Anzeige des Kraftstoffdurchflußvolumens zum Motor.

Bei diesem bekannten Gerät ist jedoch die Zuordnung des Annäherungsschalters platzaufwendig im Verhältnis zum bewegten Meßelement. Außerdem erfordert der Annäherungsschalter eine gewisse Präzision in der Ausführung und in der Zuordnung zur bewegten Scheibe, soll ein sicherer Betrieb des Gerätes gewährleistet sein. Bei den Annäherungsschaltern werden zudem meist steuerbare Oszillatoren verwendet, die abhängig von der Annäherung des Meßelementes ein- und ausschaltbar sind.

Hierbei entstehen jedoch - insbesondere bei höheren Drehzahlen des Meßelementes - Überlappungen, d. h. der Oszillator wird bei bewegtem Meßelement auf Grund fortlaufender Annäherungsvorgänge nicht mehr eindeutig ein- und ausgeschaltet.

Die DE-OS 26 16 323 offenbart einen Durchflußmengenmesser, bei dem ein vom flüssigen Medium radial beaufschlagtes Flügelrad Verwendung findet.

Im Bereich des Flügelrades ist das Führungsrohr von einer Spule umgeben, die Teil einer elektronischen Oszillatorschaltung darstellt, welche die Meßschaltung bildet. Dem Flügelrad ist eine Kurzschlußwicklung zugeordnet, welche mit diesem beweglich ist. Abhängig von der Stellung der Kurzschlußwicklung auf dem Flügelrad relativ zur Oszillatorspule wird der Oszillator so bedämpft, daß dessen Schwingungen in einem Teil des Bewegungsweges des Flügelrades aussetzen. Es kann so, abhängig von den Drehbewegungen des Flügelrades, ein rhythmisch unterbrochener Schwingungszug am Ausgang des Oszillators erhalten werden, dessen Impulsfolge proportional zu den Drehbewegungen des Flügelrades und damit zum Durchflußvolumen ist.

Der Aufbau dieses Durchflußmengenmessers ist jedoch verhältnis­ mäßig kompliziert und dadurch teuer. Auf Grund der offenbarten geringen Abmessungen des Flügelrades ist die Einstellung oder Justierung des Steueroszillators schwierig, wenn ein sicherer Schaltbetrieb des Oszillators sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Drehzahlen erzielbar sein soll.

Bei höheren Drehzahlen besteht auch hier die Gefahr, daß ein exaktes Ein- und Ausschalten des Oszillators nicht mehr erreichbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchflußmesser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart fortzubilden, daß bei einfachem Aufbau der Sensorvorrichtung sowohl bei starkem Durchfluß und somit schnellen Drehbewegungen als auch bei schwachem Durchfluß und somit langsamen Drehbewegungen des Meßelementes, insbesondere Flügelrades, ein sicher definiertes Meßsignal am Ausgang der Meßschaltung erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch 1. Eine Reihe von Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ist in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen aufzuweisen. Es ist eine preiswerte Herstellung des Gerätes nach der Erfindung möglich, welches außerdem auf Grund seiner Einfachheit servicefreundlich ist. So entfallen im Meßsystem z. B. Spulenelemente, welche schwierig herzustellen und zu montieren sind, gänzlich. Ferner ist ein geringerer Stromverbrauch feststellbar, der einen jahrelangen Betrieb des Durchflußmengenmessers mit einer Trockenbatterie ohne Batteriewechsel ermöglicht.

Der geringe Stromverbrauch wird durch Wahl einer geeigneten Anzeigevorrichtung für das aufsummierte Durchlaufvolumen noch begünstigt. So haben die Verwendung einer LCD-Anzeige oder eines elektromagnetischen Uhren-Schrittmotors mit Rollenzählwerk - mit jeweils zugeordneter geeigneter Steuerelektronik - zusätzlich einen niedrigeren Stromverbrauch zur Folge.

Es ist ggf. auch eine Fernübertragung der am Ausgang der Filterschaltung anfallenden Meßfrequenzimpulse möglich, so daß Meßeinrichtung mit nachgeordneter Oszillator- und Filterschaltung einerseits und die weiteren Elemente der Schaltung und der Anzeigevorrichtung andererseits an getrennten Orten, z. B. für eine Zentralanzeige, vorgesehen werden können.

Auch die erzielbaren günstigen räumlichen Abmessungen sind von Bedeutung.

Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich z. B. zur Erfassung der Kosten von Hauswasserversorgungen für kaltes und warmes Wasser.

So ist insbesondere eine Anzeige an zentraler Stelle außerhalb der einzelnen Verbraucherwohnungen möglich. Die Vereinigung der Anordnung nach der Erfindung mit geeigneten Temperatur­ meßvorrichtungen gestattet auch eine Erweiterung des Gegenstandes nach der Erfindung zu einem Wärmemengenzähler, so daß auch eine Erfassung der verbrauchten Wärmemengen einzelner Verbraucher oder aller Verbraucher einer Wohneinheit zusammen erzielbar wird.

Beim Gegenstand der Erfindung werden insbesondere auch keine großen Ansprüche an die Genauigkeit und Präzision der der Signalübertragung dienenden Bauteile des Meßelementes gestellt.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung in Form eines Ausführungsbeispieles erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Aufrißdarstellung eines Meßsystemes des Durchflußmengenmessers nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entlang der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Meßsystemes nach Fig. 1 entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausgestaltungs­ form des Meßsystems entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung mit elektronischem Anzeigesystem;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung mit elektromechanischem Anzeigesystem.

Die Fig. 1 zeigt das Meßsystem 1 des Durchflußmengenmessers in einer Aufrißdarstellung. Hierbei ist ein rohrförmiges Gehäuse 2 vorgesehen, das einen Einlaufstutzen 3 und einen Auslaufstutzen 4 aufweist und welches durch das flüssige Medium 5, z. B. Leitungswasser, durchsetzt wird.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine durch das flüssige Medium 5 axial beaufschlagte Flügelwalze 6 als Meßelement 1 vorgesehen, welches mit verwundenen Flügeln 7 versehen ist, die mehrgängig entlang der Peripherie der Flügelwalze 6 aufgebracht sind.

Die als Meßelement 1 dienende Flügelwalze 6 weist eine der Lagerung dienende Achse auf, deren Achsenden 8 und 9 in den beiden Lagern 10 und 11 geführt sind.

Das Achsende 9 wird hierbei durch eine an der Flügelwalze 6 angeformte Buchse 12 zusätzlich geführt.

Das das Gehäuse 2 durchsetzende flüssige Medium 5 trifft entsprechend dem Richtungspfeil 13 tangential auf die verwundenen Flügel 7 der Flügelwalze 6 und bewirkt deren Antrieb proportional zur durchsetzenden Menge des fließenden Mediums 5.

Die Drehbewegungen der Flügelwalze 6 sind bekanntlich ein Maß für die Durchflußmenge des flüssigen Mediums 5 durch das Meßsystem 1. Die Flügelwalze 6 vollzieht hierbei eine Drehbe­ wegung im Sinne des Richtungspfeiles 14.

Zur Abtastung dieser Drehbewegungen der Flügelwalze 6, welche zur integrierenden Anzeige der Durchflußmenge notwendig ist, wird nun der Flügelwalze 6 an der auf der Einlaufseite (3) gelegenen Stirnseite 15 ein Fortsatz 16 zugeordnet, welcher zweckmäßig an die Flügelwalze 6 angeformt sein kann. Der Fortsatz 16 bewegt sich also zusammen mit der Flügelwalze 6. Er hat etwa die Form eines Kreisring­ segmentes, wie aus der Fig. 2 entnehmbar ist.

Peripher zur Bewegungsbahn des Fortsatzes 16 sind am Gehäuse 2 zwei Elektroden 18 vorgesehen, welche in Isolier­ sockeln 19 an der Außenwand 20 des Gehäuses 2 angebracht sind und dieses nach innen derart durchragen, daß deren Enden 18 a sich in das flüssige Medium 5 erstrecken und mit diesem unmittelbar in Berührung gelangen.

Handelt es sich bei dem flüssigen Medium 5 um eine, wenn auch nur schwach leitende Flüssigkeit, so bildet sich zwischen den beiden Elektroden 18 des Gehäuses 2 auf Grund des direkten Kontaktes mit dem flüssigen Medium 5 eine elektrisch leitende Verbindung (18, 18 a-18 a, 18) aus, deren elektrischer Widerstand durch die Form der Zone 21 des flüssigen Mediums 5 in der Umgebung der Elektroden 18 und durch dessen pH-Wert bestimmt ist. Bewegt sich nun der Fortsatz 16 bei der Bewegung der Flügelwalze 6 in den Bereich der Elektroden 18, so erfolgt eine Verdrängung oder Verlagerung der leitenden Zone 21 des flüssigen Mediums 5, welche mit einer Widerstandsänderung, in der Regel einer Widerstandserhöhung verbunden ist, wenn es sich bei dem Fortsatz 16 um einen Teil aus einem nichtleitenden Werkstoff handeln sollte.

Beim Durchflußmengenmesser gemäß der Erfindung wird nun die beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 bei einer jeden Umdrehung der Flügelwalze 6 feststellbare Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden 18 als ein Meßsignal oder Meßkriterium für den Durchlauf des flüssigen Mediums 5 verwendet bzw. genutzt.

Bei der Anordnung nach der Fig. 2 wird als Steuerelement für die Flügelwalze 6 der kreisringsegmentartige Fortsatz 16 verwendet. Gemäß der Ausbildung nach Fig. 3 hingegen ist als Steuerelement ein kreissegmentförmiges Teil 22 vorgesehen, welches mit der Buchse 12 der Flügelwalze 16 fest verbunden ist und sich ebenfalls mit dieser um deren Achse (8, 9) bewegt. Das flache kreissegmentförmige Teil 22 ist, in axialer Richtung gesehen, auf der Höhe der Elektroden 18 auf der Buchse 12 angeordnet, und bei einer jeden Umdrehung der Flügelwalze 6 um ihre Achse bewegt sich das Teil 22 mit seiner äußeren Peripherie 22 a an den beiden Elektroden 18 vorbei, hierbei ebenfalls eine Verlagerung oder Verdrängung der leitenden Schichten der Zone 21 des flüssigen Mediums zwischen den Elektroden 18 bewirkend, womit eine Änderung des wirksamen elektrischen Widerstandes zwischen diesen verbunden ist.

Die an den Elektroden 18, 2 abnehmbaren Meßsignale werden durch die Schaltungsanordnungen nach den Fig. 4 und 5 weiterver­ arbeitet, durch welche eine integrierte Anzeige des Durchfluß­ volumens veranlaßt wird. Hierzu wird auf die noch folgenden Beschreibungsteile verwiesen, in welchen die Wirkungsweise der beiden Blockschaltbilder im einzelnen erläutert wird.

Es ist erkennbar, daß eine Verabfolgung der Signale bei kleinem Aufwand möglich ist. Der Aufbau des Meßsystems ist einfach, übersichtlich und preiswert in der Herstellung. Der Durchflußmengenmesser nach der Erfindung ist deshalb vor allem für einfachere Meßgeräte, so wie diese z. B. für Haushalte gefordert sind, geeignet. Die Anordnung nach der Erfindung ist vor allem auch unempfindlich gegen mit dem flüssigen Medium eingebrachte Fremdpartikel, insbesondere gegen ferritische Suspensionen.

Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 1 angedeutet. Es ist dort oben am Gehäuse 2 eine Elektrode 18′ dargestellt, welche in einem Isoliersockel 19′ gehaltert ist. Diese Elektrode 18′ ragt nach innen in den Bereich der Flügel 7 der Flügelwalze 6, die als Meßelement 1 dient. Durch die Umdrehungen dieser Flügelwalze 6 bewegen sich die einzelnen verwundenden Flügel 7 nahe des unteren Endes 18 a′ vorbei, so daß Veränderungen des elektrischen Widerstandes zwischen dieser Elektrode 18′ und einer weiteren, nicht dargestellten Elektrode als Meßsignal feststellbar sind. Diese zweite Elektrode könnte vorteilhaft durch das Gehäuse 2 des Meßsystemes 1 gebildet sein.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wäre also das Meßsig­ nal durch die Flügel 7 der Flügelwalze 6 unmittelbar erzeugbar. Denn auch im Falle dieser Weiterbildung entstehen durch das sich bewegende Meßelement, welches als Flügelwalze 6 ausge­ bildet ist, unter der Wirkung der Flügel 7 Verdrängungen und Verlagerungen der zwischen den Elektroden 18, 2 wirksamen leitenden Zonen und Bereiche des flüssigen Mediums 5, wodurch Veränderungen des an den Elektroden 18, 2 meßbaren elektrischen Widerstandes als Meßsignal zur Feststellung der Umdrehungsbewegungen nutzbar sind.

Neben den Veränderungen des elektrischen Widerstandes im leitenden flüssigen Medium 5 sind bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zwischen den Elektroden 18, 18′; 18, 2 auch Veränderungen der wirksamen Kapazität feststellbar, welche durch Verlagerungen der Steuerelemente 7, 22, 16 bei den Drehbewegungen der Flügelwalze 6 bedingt sind und die ebenfalls als Meßsignale für die Drehbewegungen des als Flügelwalze 6 ausgebildeten Meßelementes genutzt werden können. Ein solches kapazitives Meßverfahren ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Durchlauf nichtleitender flüssiger Medien 5 gemessen werden soll, für welche eine Änderung des wirksamen Widerstandes nicht feststellbar ist.

Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, ein Steuerelement 16, 22 zu verwenden, welches in seiner Bewegungsebene Bereiche oder Zonen unterschiedlicher spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aufweist.

Bei der Bewegung des Steuerelementes 16, 22 in Verbindung mit dem Meßelement 6 erfolgt dann eine örtliche Verlagerung dieser Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit innerhalb des fließenden Mediums 5 und relativ zu den Elektroden 18, womit an diesen ebenfalls abnehmbare und als Meßsignal nutzbare wirksame Widerstandsänderungen verbunden sind.

In den Fig. 4 und 5 ist schematisch der Schaltungsaufbau des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung in Form je eines Blockschaltbildes dargestellt.

An den Elektroden 18 des Meßsystemes 1 des Durchflußmengen­ messers nach der Erfindung erscheint ein - wie bereits vorstehend erläutert - abhängig von der Drehbewegung des Meßelementes 1 und des Steuerelementes 7, 16, 22 erzeugtes reaktives oder kapazitives Signal mit einer durch die Drehgeschwindigkeit des Meßelementes 6 und die Abmessungen des Steuerelementes 7, 16, 22 bestimmten Dauer. Das Signal besteht in einer Widerstands- oder Kapazitätsänderung, die zur Verstimmung eines elektronischen Oszillators 201 genutzt wird.

Je nachdem, welche Art des Signales genutzt werden soll, wird der Trennkondensator 202 zwischen das Meßsystem 1 und die Oszillatorschaltung 201 eingeschaltet oder nicht. Wird ein Trennkondensator 202 nicht vorgesehen, so wird dem Oszillator 201 sowohl eine Kapazitäts- als auch eine Widerstandsänderung gemeldet, wobei der Einfluß der letzteren jedoch eindeutig überwiegt.

Der Trennkondensator 202 ist jedoch dann nicht notwendig, wenn ein nichtleitendes flüssiges Medium 5 erfaßt werden soll.

Der Oszillator 201 schwingt mit einer bestimmten Frequenz f 1, welche jedoch abhängig von dem vom Meßsystem 1 übertragenen reaktiven oder kapazitiven Signal variierbar ist. Zweckmäßig wird hierbei zwischen Meßsystem 1 und Oszillator 201 eine Zwischenstufe 203 geschaltet, welche unabhängig von der Amplitude der Signaländerung an den Elektroden 18, 2 des Meßsystemes 1 eine konstante Verstimmung des Oszillators 201 bewirkt. Nach Eintreffen des von der Zwischenstufe 203 geformten Signales, verabfolgt der Oszillator 201 eine weitere Frequenz f 2, welche von der Frequenz f 1 um den Betrag df abweicht. Der Oszillator 201 und die Zwischenstufe 203 können zusammengefaßt sein.

Dem Oszillator 201 ist eine Filterschaltung 204 nachgeordnet, welche einen der Frequenz f 1 ± df = f 2 entsprechenden Frequenzpaß darstellt. Sie verabfolgt an ihrem Ausgang also nur dann ein Frequenzsignal, wenn an ihrem Eingang die Frequenz f 2 des Oszillators 201 anliegt. Signale der Frequenz f 1 hingegen werden von der Filterschaltung 204 nicht übertragen.

Der Filterschaltung 204 ist eine Gleichrichterstufe 205 nachgeordnet, welche das Signal mit der Frequenz f 2 am Ausgang der Filterschaltung 204 gleichrichtet, so daß am Ausgang der Gleichrichterstufe 205 Gleichstromimpulszüge mit der Frequenz f 2 auftreten, welche der nachgeschalteten Impulsformerstufe 206 zugeführt werden. Diese Impulsformerstufe 206 bewirkt eine Versteilerung der von der Gleichrichter­ stufe 205 verabfolgten Impulszüge bei gleichzeitiger Verzögerung so daß am Ausgang der Impulsformerschaltung 206 trotz mehrerer am Eingang eintreffender Impulse jeweils nur ein Impuls kurzer Dauer erscheint.

Diese Impulsfolge am Ausgang der Impulsformerstufe 206 wird dem elektronischen Zähler 207 übermittelt, der nun proportional zu den Drehbewegungen des Meßelementes 6 bzw. des Steuerelementes 7, 16, 22 und somit proportional zur Durchflußmenge im Meßsystem 1 fortgeschaltet wird.

Der digitale Zählstand des elektronischen Zählers 207 wird durch den Decoder 208 umgesetzt, dessen Ausgänge - falls notwendig über den Anzeigeverstärker 209 - mit den Segmenten der LCD-Anzeige 210 verbunden sind, auf welcher das durch das Meßsystem 1 gemessene Durchflußvolumen anzeigbar ist.

Fig. 5 stellt das Blockschaltbild einer zu Fig. 4 im wesentlichen identischen Schaltungsanordnung dar; es wird jedoch an Stelle der LCD-Anzeige ein durch einen elektromagnetischen Schrittmotor 214 angetriebenes mechanisches Anzeigewerk 215 zur Anzeige der Durchflußmenge verwendet.

Bei Verwendung eines üblichen bipolaren Schrittmotors, so wie er z. B. in sehr großen Stückzahlen bei Quarzuhren verwendet wird, ist der Impulsformerstufe 206 eine Polwechsel­ schaltung 211 nachgeordnet, welche die von der Impulsformer­ stufe 206 erhaltenen Impulse in polwechselnde Impulse umsetzt und diese - über eine Treiberschaltung 213 entsprechend verstärkt - dem elektromagnetischen Schrittmotor 214 zuleitet, welcher dann zu den Drehbewegungen des Meßelementes 1 proportionale Schrittbewegungen ausführt.

Der Rotor des Schrittmotors 214 steht über ein Übersetzungs­ getriebe mit einem mechanischen Anzeigewerk 215, das vorzugsweise als ein Rollenzählwerk ausgebildet ist, in Verbindung, welches die gemessene Durchflußmenge permanent anzeigt.

Bei Verwendung eines unipolaren Schrittmotors 214 entfällt die Zuordnung der Polwechselschaltung 211. In diesem Fall wird die Treiberschaltung 213 des Schrittmotors 214 direkt von der Impulsformerstufe 206 - über 212 - beaufschlagt bzw. angesteuert.

Für den Betrieb beider Blockschaltungen nach Fig. 4 und Fig. 5 sind nur geringe Ströme erforderlich, so daß ein billiger und zuverlässiger Betrieb des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung durch handelsübliche Trockenbatterien (z. B. Uhren­ batterien) über mehrere Jahr möglich ist.

Die Ausführungsformen der Schaltungsanordnungen nach Fig. 4 und Fig. 5 unterscheiden sich also nur in den verwendeten Anzeigesystemen für die ermittelten Meßwerte.

Die Verwendung einer LCD-Anzeige hat den Vorteil, daß ggf. eine rasche Nullstellung der Anzeige möglich ist und daß mechanisch bewegte Teile bei dem Anzeigesystem entfallen.

Die Verwendung eines mechanischen Anzeigewerkes mit elektro­ magnetischem Schrittmotor hat andererseits den Vorteil einer von der Stromversorgung unabhängigen und permanent bleibenden Anzeige des Meßwertes und einer vom System her sehr hohen Lebensdauer.

Im Gegensatz zu solchen Systemen von Durchflußmengenmessern, bei welchen durch einen mit dem Meßelement 1 bewegten Dauermagneten in einer feststehenden Spule ein induktiver Impuls als Zähl­ kriterium erzeugbar ist, hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, daß diese auch noch bei kleinstem Durchflußvolumen zuverlässig funktionsfähig ist. Der Durchflußmengenmesser nach der Erfindung ist somit in einem breiten Anwendungsbereich einsetzbar.

Zur Vermeidung von elektrolytischen Polarisationseffekten an den Elektroden 2, 18 im flüssigen Medium 5 des Meßsystemes 1 wird für dieses als Meßspannung zweckmäßig eine Wechselspannung in der Größenordnung von einigen 100 Hz verwendet.

Als Werkstoff für die Elektroden 18, 18 a des Meßsystemes 1 nach der Erfindung kommen chemisch resistente Metalle in Frage, z. B. Edelstahllegierungen, Gold oder Platin. Es wäre auch die Verwendung von Kohleelektroden möglich.

Claims (5)

1. Durchflußmengenmesser mit einem abhängig von der Fließgeschwindigkeit des zu erfassenden flüssigen Mediums (5) beweglichen mechanischen Meßelement, z. B. Flügelrad (6), mit dem wenigstens ein Steuerelement (7, 16, 22) bewegungsgekoppelt ist, das in dem flüssigen Medium (5) angeordnet ist,
und wobei dem Steuerelement (7, 16, 22) im Medium (5) eine Sensorvorrichtung (2, 18, 18′) zugeordnet ist, über welche der Bewegungszählung dienende elektrische Signale abnehmbar sind und an welche (2, 18, 18′) eine elektronische Oszillatorschaltung (201) angeschaltet ist, deren Oszillatorfrequenz (f) unter dem Einfluß des durch die Bewegungen des Steuerelementes (7, 16, 22) an der Sensorvorrichtung (2, 18, 18′) feststellbaren variablen elektrischen Widerstandes oder der elektrischen Kapazität periodisch um einen bestimmten Betrag (df) veränderbar ist,
und wobei der Oszillatorschaltung (201) eine der Detektion und Weiterverarbeitung der Frequenzänderungen (df) der Oszillatorschaltung dienende elektronische Schaltungsanordnung (204-209, 212-213) und einer von dieser gesteuerte Anzeigevorrichtung (210, 215) nachgeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß dem flüssigen Medium (5) wenigstens zwei Elektroden (2, 18, 18′) zugeordnet sind, welchen die elektronische Oszillatorschaltung (201) nachgeschaltet ist und daß das Steuerelement (7, 16, 22) derart ausgestaltet und angeordnet ist, daß der Wert des an den Elektroden (2, 18, 18′) meßbaren elektrischen Widerstandes und/oder der elektrischen Kapazität durch Veränderung der maßgebenden Zonen des flüssigen Mediums (5) bezüglich ihrer wirksamen Längenausdehnung und/oder ihres wirksamen Querschnittes unter dem Einfluß der Bewegungen des Steuerelementes (7, 16, 22) periodisch veränderbar ist,
• - daß der elektronischen Oszillatorschaltung (201) ein elektrisches Schrittschaltwerk (207, 212-214) nachgeordnet ist, das die Bewegungen des Steuerelementes (7, 16, 22) kennzeichnende Anzahl Frequenzänderungen (df) der Oszillatorschaltung (201) an einer zugeordneten Anzeigevorrichtung (210, 215) aufsummiert,
• - daß zwischen der elektronischen Oszillatorschaltung (201) und dem elektrischen Schrittschaltwerk (207) (212- 214) eine elektrische Filterschaltung (204) vorgesehen ist,
• - und daß zwischen der Filterschaltung (204) und dem Schrittschaltwerk (207, 212-214) eine elektrische Gleichrichterschaltung (205) und eine elektrische Impulsformerschaltung (206) vorgesehen sind, wobei letztere bei mehreren, kurz hintereinander von der Filterschaltung (204) verabfolgten Impulsen an das Schrittschaltwerk (207, 212-214) nur einen Impuls verabfolgt.

2. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Schrittschaltwerk durch einen elektromagnetischen Schrittmotor (214) und die Anzeigevorrichtung durch einen von diesem angetriebenes mechanisches Zählwerk (215) gebildet ist.

3. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Schrittschaltwerk durch einen elektronischen Zähler (207) mit nachgeordnetem Decoder (208) und die Anzeigevorrichtung durch eine elektronische Segmentanzeige (210) gebildet ist.

4. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektromagnetischen Schrittmotor (214) eine elektronische Treiberschaltung (213) und eine elektronische Polwechselschaltung (211) vorgeschaltet sind.

5. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorschaltung (201) so ausgebildet bzw. erweitert (203) ist, daß weitgehend unabhängig vom Betrag der vom Meßsystem (1) übertragenen Variation der elektrischen Kapazität und des elektrischen Widerstandes eine stets konstante Amplitude der Frequenzänderung df erreicht wird.