DE3635759A1

DE3635759A1 - Fluid-durchflussmesser

Info

Publication number: DE3635759A1
Application number: DE19863635759
Authority: DE
Inventors: Joel E Haynes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1987-06-25
Also published as: CA1280911C; JPH0459569B2; JPS63218820A; GB8625371D0; KR920002015B1; DE3672952D1; EP0220636A2; EP0220636B1; EP0220636A3; GB2183850A; MX161507A; KR870004296A; US4635476A; GR862592B; GB2183850B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Durchflußmesser, insbe sondere auf Vorrichtungen zur Messung der Strömung von Fluiden mit unterschiedlichsten Viskositäten.

Es gibt verschiedene Arten von Durchflußmessern oder Sensoren; diese benutzen z.B. den Differentialdruck oder -bereich zum Messen des Stromes oder es sind Vo lumen-Meßvorrichtungen, Massendurchflußmesser und Vor richtungen, die mit rotierenden Körpern arbeiten. US- PS 25 18 149 und 38 05 609 zeigen Durchflußmesser mit rotierendem Körper, bei denen ein Wirbelstrom des Fluids zur Drehung eines Körpers in dem Wirbelstromweg benutzt wird, wobei die Drehung des Körpers als Maß für die Durchflußleistung dient.

Sowohl Durchflußmesser mit rotierendem Körper als auch solche, die nach dem Prinzip des Differentialdruckes und -bereiches funktionieren, sind im allgemeinen bei Änderungen der Viskosität nicht sehr genau, da sie für ihren Betrieb von Richtungskräften abhängig sind. Diese Kräfte ändern sich radikal mit Viskositätsveränderun gen.

Volumenmeßvorrichtungen sind generell von Präzisions zylindern abhängig und messen im allgemeinen keine kon tinuierliche Durchflußleistung. Ihre Herstellung und ihre Wartung sind teuer. Massendurchflußmesser sind sehr kostspielig und in der Regel nicht für große Vis kositätsveränderungen brauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Fluid- Durchflußmessers, der sich durch hohe Genauigkeit aus zeichnet und der die Strömung von Flüssigkeiten über einen breiten Viskositätsbereich messen kann. Ferner soll die Meßgenauigkeit des Durchflußmessers bei nie drigen Druckverhältnissen präzise bleiben. Auch soll er sich verhältnismäßig preiswert herstellen lassen.

Dieser Aufgabenkomplex wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein solcher Durchflußmesser zur Messung der volumetri schen Strömung eines Fluides besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse mit einem Fluideinlaß und einem Fluidauslaß, einer in dem Gehäuse untergebrachten Meß kammer, die an entgegengesetzten Enden mit dem Fluid einlaß und dem Fluidauslaß verbunden ist, einem Körper, vorzugsweise einer Kugel, die in der Meßkammer zwischen ihren entgegengesetzten Enden beweglich ist und einer Ventilanordnung zur Steuerung des Fluidstromes durch die Meßkammer. Die Ventilanordnung ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, wobei in der ersten Position ein erstes Ende der Kammer von dem Auslaß derart abgesperrt wird, daß das Fluid in diesem Ende der Kammer auf den beweglichen Körper in einer ersten Richtung wirkt, um ihn gegen das entgegen gesetzte zweite Ende der Kammer zu drücken und wobei in der zweiten Position das zweite Ende der Kammer gegen den Auslaß derart abgesperrt wird, daß das Fluid in entgegengesetzte Richtung wirkt, um den beweglichen Körper gegen das erste Ende der Kammer zurückzudrücken. Die Ventilanordnung ist in der Weise von der Bewegung des beweglichen Körpers abhängig, daß sie ihre erste Position einnimmt, wenn der bewegliche Körper sich ge gen das erste Ende der Kammer bewegt und daß sie in ihre zweite Position gelangt, wenn der bewegliche Kör per sich gegen das zweite Ende der Kammer verschiebt.

Auf diese Weise oszilliert der bewegliche Körper von einem Ende der Meßkammer zum anderen mit einem Takt, der proportional der Fluiddurchflußleistung ist. Die Durchflußleistung läßt sich deshalb durch Abzählen des Oszillationstaktes der Kugel messen. Dies kann mit je der beliebigen Sensorvorrichtung geschehen, die in der Nähe der Meßkammer angeordnet ist. Beispielsweise kann eine fotoempfindliche Vorrichtung, z.B. eine Fotozelle oder Fotodiode angebracht sein, um Unterbrechungen ei nes die Kammer durchquerenden Lichtstrahles zu messen. Alternativ kann beispielsweise eine magnetische Vor richtung oder eine Aufnahmevorrichtung für variable Reluktanz oder ein Reflektionssensor verwendet werden.

Der Durchflußmesser arbeitet über einen großen Viskosi tätsbereich, da der bewegliche Körper von der Fluidmen ge durch die Kammer gedrückt wird, die in das eine Ende der Kammer eintritt, das zu dem Zeitpunkt gegen den Fluidauslaß abgesperrt ist. Es hängt deshalb nicht von Kräften ab, die sich mit der Viskosität verändern.

Da der Durchflußmesser über einen breiten Viskositäts bereich betriebsfähig ist, ist er zum Messen der Strö mung von Flüssigkeiten, z.B. Sirupen, besonders nütz lich, die in der Versorgungsindustrie bei Ausgabema schinen für Getränke, Eiskrem und Milchshakes benutzt werden. Der Durchflußmesser kann so dimensioniert sein, daß ihn in einer Flüssigkeit suspendierte Feststoffpar tikel innerhalb eines vorgegebenen Größenbereiches, z.B. in einem Schokoladensirup, passieren können. Bei der Versorgungsindustrie ist es aus Gründen der Kosten effizienz wichtig, daß genaue Mengen der zu mischenden Flüssigkeiten oder Fluide zugegeben werden und deshalb kann der erfindungsgemäße Durchflußmesser in Kombina tion mit einem Absperrventil benutzt werden, um wieder holt präzise Fluidvolumina abzugeben.

Der erfindungsgemäße Durchflußmesser ist auf vielen anderen Gebieten anwendbar, bei denen der Fluidstrom präzise gemessen werden soll. Ein Beispiel ist die Mes sung und Kontrolle des Kraftstoffstromes in einem Fahr zeug, in dem ein Durchflußmesser dieser Art nützlich sein kann.

Der Durchflußmesser vermittelt eine Fluiddurchflußmes sung, während einer kontinuierlichen Fluidströmung durch seinen Körper.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilanordnung so vorgesehen, daß in ihrer ersten Position das erste Ende der Kammer gegen den Auslaß und das zweite Ende der Kammer gegen den Einlaß abgesperrt sind und - in ihrer zweiten Position umgekehrte Ver hältnisse vorliegen. In der ersten Position der Ventil anordnung strömt deshalb eine fixierte Fluidmenge in der Kammer zwischen dem beweglichen Körper und dem zweiten Ende der Kammer zu dem Auslaß, wenn der Körper sich gegen das zweite Ende der Kammer bewegt. Die glei che Menge strömt von dem ersten Ende zum Auslaß, wenn der bewegliche Körper bei Bewegung der Ventilanordnung in ihre zweite Position zu dem Ende der Kammer zurück gedrückt wird.

Alternativ kann ein beliebiges Absperrventil mit einer Sensorvorrichtung verbunden sein, die die Oszillations rate des beweglichen Körpers zählt, so daß der Fluid strom abgesperrt wird, nachdem eine gewisse Menge zuge führt worden ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid- Durchflußmessers,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Meßkammer der Anordnung nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 zur schemati schen Veranschaulichung einer mit der Meßkammer kombi nierten Sensorvorrichtung und

Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Fluid-Durchflußmessers.

Fig. 1 und 2 zeigen die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fluid-Durchflußmessers.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht der Durchflußmesser im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 mit einem Fluideinlaß 2, einem Fluidauslaß 3 und einer zylindrischen Meßkam mer 4 zwischen dem Einlaß 2 und dem Auslaß 3. Das Ge häuse ist aus beliebigem geeignetem Material herge stellt, das gegen das zu messende Fluid resistent ist.

Die Meßkammer 4 ist eine zylindrische Kammer, die an ihren einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden 5 und 6 über Kanäle oder Leitungen 7 bzw. 8 und eine Sammelkammer 9 an den Fluideinlaß 2 angeschlossen sind. Ein bewegliches Teil, z.B. eine Kugel 10 gemäß Fig. 1 oder ein zylindrischer Stöpsel, sind in der Meßkammer 4 angeordnet. Der Durchmesser der Kugel 10 ist etwas kleiner als derjenige der Meßkammer 4, so daß die Kugel frei in der Kammer beweglich ist und nur eine verhältnismäßig kleine Fluidmenge um die Kugel herum von einem Ende der Kammer zum anderen lecken kann.

An dem ersten Ende 5 bzw. dem zweiten Ende 6 der Kammer 4 sind eine erste Auslaßöffnung 11 und eine zweite Aus laßöffnung 12 angeordnet. Leitungen 13 bzw. 14 verbin den die Auslaßöffnungen 11 und 12 mit einer Ventilan ordnung 15.

Die Ventilanordnung 15 weist eine kapselförmige Kammer 16 mit entgegengesetzt gewölbten Ventilsitzen 17 und 18 an ihren gegenüberliegenden Enden sowie ein Ventilglied oder eine Kugel 19 auf, die zwischen den Ventilsitzen beweglich ist. Eine Einlaßöffnung 20 des ersten Ventil sitzes 17 ist mit der Leitung 13 verbunden, während eine Auslaßöffnung 21 über eine Leitung 22 und eine Kammer 23 an den Fluidauslaß 3 angeschlossen ist. Ent sprechend ist eine Einlaßöffnung 24 des zweiten Ventil sitzes 18 mit der Leitung 14 verbunden, während eine Auslaßöffnung 25 über eine Leitung 26 und die Kammer 23 an den Fluidauslaß 3 angeschlossen ist. Die Auslaßöff nungen 21 und 25 haben einen kleineren Durchmesser als die Einlaßöffnungen 20 und 24.

In der in Fig. 1 gezeigten Position befindet sich die Ventilkugel 19 an dem ersten Ventilsitz 17 und sperrt die Einlaßöffnung 20 und die Auslaßöffnung 21 ab. Auf diese Weise wird das erste Ende 5 der Meßkammer 4 von dem Fluidauslaß 3 getrennt. Da die Einlaßöffnung 24 und die Auslaßöffnung 25 der Ventilanordnung offen sind, steht gleichzeitig das zweite Ende 6 der Kammer 4 über die Öffnung 12, die Leitung 26 und die Kammer 23 mit dem Auslaß 3 in Verbindung. Gemäß Fig. 1 hat die Kugel 10 eine Position zwischen den beiden Enden der Meßkam mer 4.

Wenn bei der gezeigten Position der Ventilkugel 19 Fluid von dem Einlaß 2 in den Durchflußmesser strömt, ergibt sich eine Fluidströmung durch die Leitung 7 in die linke Seite der Kammer 4 und durch die Leitung 8 in ihre rechte Seite. Da die linke Seite der Kammer 4 ge gen den Fluidauslaß 3 abgesperrt ist, während Fluid von der rechten Seite der Kammer 4 durch die Ventilanord nung 15 zum Auslaß gelangen kann, drückt das gegen die linke Seite der Kammer strömende Fluid die Kugel 10 durch die Kammer, bis sie das rechte Ende 6 erreicht.

Die Ventilkugel 19 wird gegen den Sitz 17 angedrückt gehalten, während sich die Kugel 10 infolge der Diffe renz zwischen dem Druck P ₁ in der Ventilkammer 16 und dem über die Öffnungen 20 und 21 auf die Kugel 19 wir kenden Druck P ₂ durch die Kammer 4 bewegt. Der geringe re Druck an der Abströmseite der Öffnung 25 abzüglich des Druckverlustes infolge der Strömung zu dem Fluid auslaß wird 3 über die Leitung 26 zu der Kammer 23 übertragen. Deshalb entspricht der Druck an der Öffnung 21 dem niedrigeren Druck in der Kammer 23 und die Druckdifferenz reicht aus, um die Ventilkugel 19 gegen den Sitz 17 angedrückt zu halten.

Wenn die Kugel 10 das rechte Ende 6 der Meßkammer 4 erreicht, schließt sie die Auslaßöffnung 12, die dieses Ende der Kammer mit der Ventilanordnung 15 verbindet. Die Fluidströmung durch die Leitung 14 zu der Ventil kammer 16 wird deshalb unterbrochen, der Druck in der Leitung 13 nimmt schnell zu und drückt die Ventilkugel 19 von dem Sitz 17 weg in ihre gegen den zweiten Ven tilsitz 18 anliegende Position. In diesem Zustand ist das erste Ende 5 der Meßkammer 4 über die offenen Öff nungen 20 und 21 mit dem Fluidauslaß 3 verbunden. Die Öffnungen 24 und 25 sind geschlossen, so daß die Lei tung 14 nicht von Fluid durchströmt ist. Von der Lei tung 8 eintretendes Fluid drückt die Kugel 10 durch die Kammer gegen das erste Ende 5 zurück.

Die Kugel 10 und die Ventilkugel 19 pendeln (flip-flop) zwischen den Seiten ihrer jeweiligen Kammern 4 und 16 mit einem Takt, der der Fluiddurchflußleistung propor tional ist. Die Fluiddurchflußleistung kann deshalb mit jeder beliebigen Vorrichtung zur Ermittlung der Oszil lationen der Kugel 10 gemessen werden. Die Sensorvor richtung kann z.B. ein Magnetometer aufweisen, das an der Seite des Gehäuses 1 nahe der Kammer 4 angeordnet ist oder es kann wie in Fig. 2 dargestellt, aus einer Fotozelle oder Fotodiode 27 bestehen, die Unterbrechun gen eines die Kammer 4 durchquerenden Lichtstrahles 28 erkennt, welche von der den Lichtstrahl passierenden Kugel 10 verursacht werden. Andere Sensorvorrichtungen, die verwendbar sind, enthalten z.B. Aufnahmevorrichtun gen für variable Reluktanz und reflektierende Sensor vorrichtungen.

Das Gehäuse 1 und die Kugeln 10 und 19 können aus be liebigen geeigneten Materialien hergestellt sein, die das durch den Durchflußmesser zu schickende Fluid ver tragen. Das Material der Kugel 10 und der Wandung der Kammer 4 muß kompatibel sein mit der Sensorvorrichtung, mit der die Oszillationsrate der Kugel gemessen wird. Beispielsweise kann das Gehäuse aus Metall, Kunststoff oder Epoxyharz bestehen und die Kugeln 10 und 19 können aus Metall, Kunststoff oder Polytetrafluorethylen (Wa renzeichen TEFLON) hergestellt sein.

Durch geeignete Dimensionierung der Kugel 10 und der Meßkammer 4 kann der beschriebene Durchflußmesser zum Messen der Durchflußleistungen von Fluiden über einen weiten Bereich von Viskositäten benutzt werden. Die Kugel 10 wird von Fluid durch die Kammer gedrückt, das in eine Seite der Kammer einströmt, welche gegen den Auslaß abgesperrt ist, und die Geschwindigkeit, mit der die Kugel sich bewegt, ist deshalb unabhängig von der Viskosität des Fluids verhältnismäßig genau, da sie nicht von viskositätsempfindlichen Richtungskräften abhängt.

Die Kugel 10 ist so bemessen, daß sie sich frei in der Kammer 4 bewegen kann. Aufgrund des Strömungsprofils des Fluids in einem zylindrischen Rohr oder Kanal be rührt sie die Wände der Kammer 4 selten oder gar nicht. Das Fluid strömt im Mittelbereich des Kanals am schnellsten, während Fluidpartikel in der Nähe der Wand durch Reibungskräfte bis zur angenäherten Bewegungslo sigkeit verlangsamt werden. Es ergibt sich deshalb eine praktisch bewegungslose Fluidgrenzschicht an der Wand der Kammer 4 und der fließende Fluidstrom wirkt zentral auf die Kugel 10, wodurch sie von den Wänden der Kammer ferngehalten wird. Die Grenzschicht erzeugt einen Dämp fungseffekt und gewährleistet außerdem, daß hinter die Kugel 10 zu dem gegenüberliegenden Ende der Kammer 4 nur wenig Fluid leckt.

Der geschilderte Grenzschichteffekt hat zur Folge, daß der Verschleiß der Kugel 10 und der Ventilkugel 19 mi nimal ist.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Durchfluß messers gemäß der Erfindung.

Der Durchflußmesser gemäß Fig. 3 besteht im wesentli chen aus einem Gehäuse 30 mit einem Fluideinlaß 31, einem Fluidauslaß 32, einer Meßkammer 33, einer ersten Ventilkammer 34 zwischen dem Fluideinlaß 31 und der Meßkammer 33 und einer zweiten Ventilkammer 35 zwischen der Meßkammer 33 und dem Fluidauslaß 32. Das Gehäuse besteht aus geeignetem Material, das gegen das zu mes sende Fluid resistent ist.

Zwischen dem Fluideinlaß 31 und der ersten Ventilkammer 34 befindet sich eine Sammelkammer 36. Durchlässe 37 und 38 verbinden die Sammelkammer 36 mit entgegenge setzten Enden der Ventilkammer 34. In der ersten Ven tilkammer 34 ist eine freilaufende Ventilkammer-Kugel oder ein anderes bewegliches Element 39 angeordnet.

Öffnungen 40 und 41 an entgegengesetzten Enden der Ven tilkammer 34 verbinden diese über Kanäle 42 bzw. 43 mit Einlaßöffnungen 44 bzw. 45 an entgegengesetzten Enden der Meßkammer 33. Die Meßkammer 33 ist im wesentlichen zylindrisch und an ihren entgegengesetzten Enden befin den sich gewölbte Ventilsitze 46, 47, die mit Einlaß öffnungen 44, 45 bzw. Auslaßöffnungen 48, 49 versehen sind. Eine zweite freilaufende Kugel 50 ist in der Meß kammer 33 untergebracht und zwischen den Ventilsitzen 46 und 47 beweglich.

Auslaßöffnungen 48, 49 sind über Kanäle 51 bzw. 52 an Einlaßöffnungen 53 bzw. 54 an entgegengesetzten Enden der zweiten Ventilkammer 35 angeschlossen. Eine frei laufende Ventilkugel 55 ist zwischen entgegengesetzten Enden der zweiten Ventilkammer 35 beweglich. Auslaßöff nungen 56, 57 an entgegengesetzten Enden der zweiten Ventilkammer 35 sind über Kanäle 58 bzw. 59 mit einer Auslaßkammer 60 verbunden, die an die Auslaßöffnung 32 angeschlossen ist.

Das Gehäuse 30 und die Kugeln 39, 50 und 55 bestehen aus beliebigem Material, das widerstandsfähig gegen das zu messende Fluid ist. Beispielsweise kann das Gehäuse aus Metall, Kunststoff oder Epoxyharz hergestellt sein und die Kugeln können aus Metall, Kunststoff oder Poly tetrafluorethylen (Warenzeichen TEFLON) bestehen.

Die Durchmesser der Kugeln 39, 50 und 55 sind etwas kleiner als diejenigen ihrer jeweiligen Kammern, so daß sie sich frei bewegen können, während nur eine verhält nismäßig geringe Fluidmenge um die Kugeln herum von einem Ende der Kammer zum anderen lecken kann. Die Ku geln sind so dimensioniert, daß sie die Einlaß- und Auslaßöffnungen ihrer jeweiligen Kammern wie vorher beschrieben verschließen.

Wenn die Ventilkugeln 39 und 55 die in Fig. 3 gezeigte Position eingenommen haben, wird die Auslaßöffnung 40 der ersten Ventilkammer 34 von der Kugel 39 verschlos sen und die Einlaßöffnung 54 der zweiten Ventilkammer 35 wird durch die Ventilkugel 55 abgesperrt. Durch die Einlaßöffnung 31 tritt Fluid ein, das durch die Sammel kammer 36 in die Durchlässe 37 und 38 strömt. Da die Auslaßöffnung 40 abgesperrt ist, strömt Fluid durch die Auslaßöffnung 41 und den Kanal 43 durch die Einlaßöff nung 45 in das rechte Ende der Meßkammer 33.

Das in das rechte Ende der Meßkammer 33 strömende Fluid wird durch die Ventilkugel 55, die die Einlaßöffnung 54 verschließt, gegen den Auslaß 32 abgesperrt. Das Fluid verschiebt deshalb die Kugel 50 durch die Meßkammer 33 in Richtung des Pfeiles. Es wird Fluid aus dem rechten Ende der Meßkammer 33 verdrängt und gelangt durch die Auslaßöffnung 48, den Kanal 51, die Einlaßöffnung 53, die zweite Ventilkammer 35, die Auslaßöffnung 56 und den Kanal 50 zu dem Fluidauslaß 32.

Wenn die Kugel 50 das linke Ende der Kammer 33 er reicht, verschließt sie die Öffnungen 44 und 48. Dann steigt der Druck in der Kammer 33 und dem Kanal 52 und es wird die Ventilkugel 55 in der zweiten Ventilkammer 35 von den Öffnungen 54 und 57 weg gegen das gegenüber liegende Ende der Kammer 35 gedrückt, an dem sie die Öffnungen 53 und 56 absperrt.

Da der Kanal 52 und damit der Kanal 43 nun gegen den Auslaß 32 offen sind, nimmt der Druck in diesen Kanälen ab. Wenn die Kugel 50 die Öffnungen 44 und 48 absperrt, steigt der Druck in dem Kanal 42 und der über den Durchlaß 37 auf die erste Ventilkugel 39 wirkende Fluidstrom vom Einlaß 31 verschiebt diese Kugel durch die erste Ventilkammer 34, bis sie die gegenüberliegen de Auslaßöffnung 41 verschließt.

Nun erfolgt der umgekehrte Vorgang, bei dem durch die Einlaßöffnung 44 in das linke Ende der Kammer 33 ein tretendes Fluid die Kugel 50 durch die Kammer drückt, bis sie die Öffnungen 45 und 49 am rechten Ende der Kammer absperrt. Die Ventilkugeln 39 und 55 wechseln dann pendelnd ihre Positionen wie vorher beschrieben, und der Vorgang wird kontinuierlich wiederholt solange Fluid strömt.

Die Kugel 50 pendelt mit einem Takt von einem Ende der Meßkammer 33 zum anderen, der proportional zu der Durchflußleistung ist. Die Durchflußleistung kann des halb wie bei der ersten Ausführungsform mit jeder Vor richtung zur Ermittlung der Oszillation der Kugel 50 gemessen werden. Die Sensorvorrichtung kann z.B. ein Magnetometer oder eine Fotozellenanordnung oder eine Aufnahmevorrichtung für variable Reluktanz aufweisen.

Bei der zweiten Ausführungsform ist der Durchflußmesser etwas komplizierter ausgebildet als bei der ersten Aus führungsform, jedoch erlaubt er eine auf dem Verdrän gerprinzip beruhende korrekte Messung, da tatsächlich das gesamte Fluid durch die Meßkammer geleitet wird (außer während der Ventilumschaltzeit). Auf diese Weise ergibt sich eine kontinuierliche unterbrechungslose Strömung, die bei Strömungsmessern des Kolbentyps nicht vorhanden ist. Der Durchflußmesser kann für einen sehr breiten Bereich von Flüssigkeiten und Viskositäten zur präzisen Messung der Durchflußleistung benutzt werden.

Beide Ausführungsformen des Durchflußmessers können in den Fluidströmungsweg eingesetzt werden, um die Durch flußleistung kontinuierlich zu messen. Sie sind in ei nem breiten Fluid-Viskositätsbereich anwendbar, der Sirupe einschließt, die in der Versorgungsindustrie in Maschinen zur Ausgabe von Getränken, Eiskrem und Milch shakes benutzt werden. Der Durchflußmesser läßt in ei ner Flüssigkeit suspendierte Feststoffteilchen be trächtlicher Größe, z.B. Schokoladensirup, durch. Auch kann er für die Kraftstoff-Durchflußmessung und -kon trolle in Fahrzeugen eingesetzt werden, um Kraftstoff zu sparen. Der Durchflußmesser kann zum Einsatz bei einer breiten Vielfalt von Fluiden, deren Durchflußlei stung gemessen werden soll, dimensioniert sein, ist verhältnismäßig preiswert und vermittelt einen angemes senen Genauigkeitsgrad.

Aufgrund des Strömungsprofils der Flüssigkeit in einem Rohr berühren die Kugeln die Wände ihrer jeweiligen Kammern selten oder gar nicht. Deshalb zeichnet sich der Durchflußmesser durch einen sehr niedrigen Ver schleißfaktor aus, der dann noch günstiger wird, wenn die Kugeln z.B. aus Polytetrafluorethylen (Warenzeichen TEFLON) hergestellt sind.

Da der Durchflußmesser die Strömungsmenge mißt, kann er mit einer Sensorvorrichtung kombiniert werden, die an ein Absperrventil an ihrem Auslaß angeschlossen ist, damit wiederholt präzise Fluidvolumina abgegeben wer den. Dies ist z.B. auf dem Versorgungsgebiet nützlich, bei dem automatische Abgabegeräte für Getränke und Eis krem aus Gründen der Kosteneinsparung präzise gesteuert werden müssen.

Claims

1. Fluid-Durchflußmesser zur Messung des volumetrischen Stromes eines Fluides, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (1) mit einem Fluideinlaß (2) und einem Fluidauslaß (3);
eine in dem Gehäuse (1) vorgesehene Meßkammer (4) mit einem ersten Ende (5) und einem entgegengesetzten zwei ten Ende (6), die beide mit dem Fluideinlaß (2) und dem Fluidauslaß (3) verbunden sind;
einen Körper (10), der in der Meßkammer (4) zwischen ihren entgegengesetzten Enden (5, 6) beweglich ist;
eine Auslaßventilanordnung (15) zur alternierenden Steuerung des Fluidstromes von dem ersten oder zweiten Ende (5, 6) gegen den Auslaß (3), wobei die Ventilanord nung (15) beweglich ist zwischen einer ersten Position (17), in der sie das erste Ende (5) der Meßkammer (4) gegen den Auslaß (3) absperrt, so daß Fluid in dem er sten Ende (5) der Meßkammer (4) den Körper (10) in eine erste Richtung gegen das zweite Ende der Meßkammer (4) drückt und einer zweiten Position (18), in der die Ven tilanordnung (15) das zweite Ende (6) der Meßkammer (4) gegen den Auslaß (3) absperrt, so daß Fluid in dem zweiten Ende (6) der Meßkammer (4) den Körper (10) in entgegengesetzte Richtung gegen das erste Ende (5) der Meßkammer (4) drückt,
und durch Gestaltung und Anordnung der Auslaßventilan ordnung (15) derart, daß sie zwischen der ersten und der zweiten Position (17, 18) ausschließlich durch Druckveränderungen auf ihren gegenüberliegenden Seiten bewegt wird, die sich aus dem alternierenden Fluidstrom von beiden Enden (5, 6) der Meßkammer (4) ergeben und daß sie während der Bewegung des Körpers (10) in der Meßkammer (4) in der ersten (17) bzw. zweiten Position (18) ausschließlich durch den Differenzdruck an gegen überliegenden Seiten der Auslaßventilanordnung (15) gehalten ist, der sich durch den jeweiligen Fluidstrom von dem ersten (5) oder zweiten Ende (6) der Meßkammer (4) zu dem Auslaß (3) ergibt.

2. Fluid-Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslaßventilanordnung (15) eine in dem Gehäuse (1) ausgebildete Ventilkammer (16) aufweist, die in den Strömungswegen zwischen dem ersten (5) bzw. zweiten Ende (6) der Meßkammer (4) und dem Fluidauslaß (3) an geordnet ist;
daß in der Ventilkammer (16) ein Auslaßventilglied (19) beweglich ist zwischen der ersten Position (17), in der der Strömungsweg von dem ersten Ende (5) der Meßkammer (4) gegen den Auslaß (3) abgesperrt ist und der Strö mungsweg von dem zweiten Ende (6) der Meßkammer (4) mit dem Auslaß (3) über einen Teil der Ventilkammer (16) in Verbindung steht und einer zweiten Position (18), in der der Strömungsweg von dem zweiten Ende (6) der Meß kammer (4) gegen den Auslaß (3) abgesperrt ist und der Strömungsweg von dem ersten Ende (5) über einen Teil der Ventilkammer (16) mit dem Auslaß (3) in Verbindung steht;
daß die Bewegung des Auslaßventilgliedes (19) in der Ventilkammer (16) zwischen der ersten und der zweiten Position (17, 18) ausschließlich durch Änderungen der Fluiddrücke verursacht wird, die auf seine Seiten ein wirken, wenn der Körper (10) sich von einem Ende der Meßkammer (4) zum anderen bewegt;
daß die Ventilkammer (16) eine an das erste Ende (5) der Meßkammer (4) angeschlossene erste Einlaßöffnung (20) und eine erste Auslaßöffnung (21) aufweist, die mit dem Fluidauslaß (3) verbunden ist;
daß die Ventilkammer (16) ferner eine an das zweite Ende (6) der Meßkammer (4) angeschlossene zweite Ein laßöffung (24) und eine zweite Auslaßöffnung (25) auf weist, die mit dem Fluidauslaß (3) verbunden ist;
daß das Auslaßventilglied (19) die ersten Einlaß- und Auslaßöffnungen (20, 21) in seiner ersten Position (17) absperrt und in seiner zweiten Position (18) die zwei ten Einlaß- und Auslaßöffnungen (24, 25) verschließt und daß die Drücke an den ersten und zweiten Auslaßöffnun gen (21, 25) kleiner sind als die Drücke an den ersten und zweiten Einlaßöffnungen (20, 24), so daß bei Bewe gung des Körpers (10) in die erste Richtung in der Meß kammer (4) das auf dem die erste Einlaßöffnung (20), einen Teil der Ventilkammer (16) und die erste Auslaß öffnung (21) einschließenden Strömungsweg strömende Fluid auf das Auslaßventilglied (19) einen Druck aus übt, der größer als der Druck ist, den Fluid an den zweiten Einlaß- und Auslaßöffnungen (24, 25) auf das Ventilglied (19) ausübt, wodurch es in der ersten Po sition (17) gehalten ist,
und so daß bei Bewegung des Körpers (10) in die zweite Richtung in der Meßkammer (4) das auf dem die zweite Einlaßöffnung (24), einen Teil der Ventilkammer (16) und die zweite Auslaßöffnung (25) einschließenden Strö mungsweg strömende Fluid auf das Auslaßventilglied (19) einen Druck ausübt, der größer als der Druck ist, den Fluid an den ersten Einlaß und Auslaßöffnungen (20, 21) auf das Ventilglied (19) ausübt, wodurch es in der zweiten Position (18) gehalten ist.

3. Fluid-Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu sätzlich zu der der Meßkammer (33) nachgeordneten Aus laßventilanordnung (55, 56, 57) eine der Meßkammer (33) vorgeschaltete Einlaßventilanordnung (39, 40, 41) vorge sehen ist, die zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, um den Fluidstrom von dem Ein laß (31) in die Meßkammer (33) zu steuern und daß die Einlaßventilanordnung (39, 40, 41) und die Auslaßventil anordnung (55, 56, 57) so angeordnet sind, daß in ihrer ersten Position das erste Ende der Meßkammer (33) gegen den Auslaß (32) und das zweite Ende der Meßkammer (33) gegen den Einlaß (31) abgesperrt sind und in ihrer zweiten Position umgekehrte Verhältnisse vorliegen, so daß in der ersten Position Fluid in das erste Ende der Meßkammer (33) und aus dem zweiten Ende der Meßkammer (33) zu dem Auslaß (32) strömt und in der zweiten Posi tion Fluid in entgegengesetzte Richtung in der Meßkam mer (33) strömt, um den Körper (50) gegen ihr erstes Ende zu drücken und aus dem ersten Ende zu dem Auslaß (32) fließt,
daß das Auslaßventilglied (55) in einer ersten Ventil kammer (35) in dem Gehäuse (30) zwischen der ersten Position, in der das erste Ende gegen den Auslaß (32) abgesperrt und das zweite Ende an den Auslaß (32) ange schlossen ist und der zweiten Position, in der das zweite Ende gegen den Auslaß (32) abgesperrt und das erste Ende an den Auslaß (32) angeschlossen ist, beweg bar ist;
daß das Auslaßventilglied (55) in der Ventilkammer (35) so angeordnet ist, daß es sich zwischen seinen beiden Positionen infolge von Änderungen des Fluiddruckes be wegt, der auf das Ventilglied wirkt, wenn der bewegli che Körper (50) sich von einem Ende der Meßkammer (33) zum anderen bewegt,
und daß die Einlaßventilanordnung (39, 40, 41) eine zwei te Ventilkammer (34) im Gehäuse (30) aufweist, die in den Strömungsweg zwischen dem Fluideinlaß (31) und dem ersten und dem zweiten Ende der Meßkammer (33) einge schaltet ist, wobei das Einlaßventilglied (39) in der zweiten Ventilkammer (34) zwischen der ersten Position, in der das zweite Ende der Meßkammer (33) gegen den Einlaß (31) abgesperrt und das erste Ende an den Einlaß (31) angeschlossen ist und der zweiten Position beweg bar ist, in der das erste Ende der Meßkammer (33) gegen den Einlaß (31) abgesperrt und das zweite Ende an den Einlaß (31) angeschlossen ist und wobei sich das Ein laßventilglied (39) zwischen seinen beiden Positionen infolge von Änderungen des Fluiddruckes bewegt, der auf dieses wirkt, wenn der bewegliche Körper (50) sich von einem Ende der Meßkammer (33) zum anderen verschiebt.

4. Fluid-Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (4; 33) zylindrischen Querschnitt aufweist und daß der Körper (10; 50) als Kugel ausgebildet ist, deren Durchmesser etwas kleiner als der zylindrische Querschnitt der Meßkammer (4; 33) ist.

5. Fluid-Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammern (35; 34) der Auslaß- und der Einlaßventil anordnung (55, 56, 57; 39, 40, 41) länglich sind und zylin drischen Querschnitt aufweisen und daß die Ventilglie der (55, 39) des Auslaßventils und des Einlaßventils aus Kugeln bestehen, deren Durchmesser etwas kleiner als der Querschnitt der Ventilkammern (35, 34) sind.

6. Fluid-Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (2) ohne zwischengeschaltetes Steuerventil direkt an die beiden Enden (5, 6) der Meßkammer (4) an geschlossen ist, so daß bei Bewegung der Kugel (10) in der Meßkammer (4) sowohl von dem Ende der Meßkammer (4), gegen das sich die Kugel (10) bewegt, als auch direkt von dem Einlaß (2) Fluid zu dem freien Durchlaß weg strömt.

7. Fluid-Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (31) über ein Transfer-Einlaßventil (39, 40, 41) abwechselnd mit dem einen oder anderen Ende der Meßkammer (33) verbunden ist und daß das Transfer- Einlaßventil (39, 40, 41) ausschließlich in Abhängigkeit von Differenzdrücken betätigt wird, die sich aus der Bewegung der Kugel (50) in der Meßkammer (33) ergeben.

8. Fluid-Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Pendelbewegung der Kugel (10) in der Meßkammer (4) eine Sensorvorrichtung, insbesondere eine fotoelektrische Vorrichtung (27), vorgesehen ist, die von der Kugel (10) erzeugte Unterbrechungen eines Lichtstrahles (28) erkennt, der die Meßkammer (4) durchquert.