DE3713542C2 - Verfahren und Gerät zur Messung des Durchflußvolumens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zur Messung des Durchflußvolumens.

Bisher sind als derartige Durchflußvolumen-Meßgeräte verschiedenartige Geräte, beispielsweise elektromagnetische Geräte, Ultraschall-Geräte, Geräte vom Turbinentyp, Geräte vom Zahnradmotortyp, Geräte vom sog. Ovaltyp, Geräte vom Differentialdrucktyp u. dergl. bekannt geworden.

Das Durchflußvolumen-Meßgerät vom Zahnradmotortyp, das eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit hat, ist der am meisten übliche Gerätetyp. In einem derartigen Gerät ist ein Zahnradmotor, der aus einem Paar von Zahnrädern besteht, in einen Flüssigkeitskanal eingesetzt, um dadurch eine Zahnraddrehung zu erzeugen, die mit dem Durchflußvolumen korrespondiert. Zur Erfassung der Zahnraddrehung wird ein Impuls durch einen Impulsgenerator jedesmal dann erzeugt, wenn ein Zahn des Zahnrades an diesem vorbeidreht. Eine Impulsfrequenz, die durch den Impulsgenerator erzeugt wird, wird in ein Spannungssignal umgesetzt, um dadurch das Durchflußvolumen zu kennzeichnen. Als Verfahren zum Umsetzen der Frequenz in eine Spannung sind beispielsweise ein Verfahren, durch welches das Intervall zwischen den Impulsen aus dem Impulsgenerator gemessen und in ein Spannungssignal umgesetzt wird, ein Verfahren, durch welches die Anzahl der Impulse, die je Zeiteinheit gewonnen werden, abgezählt und in ein Spannungssignal umgesetzt wird, oder ähnliche Verfahren bekannt geworden.

Indessen ist für eine derartige herkömmliche Zahnradmotor- Durchflußvolumen-Meßapparatur eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich, um Leckverluste in dem Zahnradmotor- Abschnitt der Apparatur zu verhindern, was zu hohen Fertigungskosten führt. Desweiteren ist es notwendig, eine Schaltung zum Messen der Periode oder der Anzahl der Impulssignale und zum Umsetzen in ein analoges Spannungssignal vorzusehen. Darüber hinaus ist, wenn das Durchflußvolumen niedrig ist, das Intervall zwischen den Impulsen, die erzeugt werden, breit, so daß eine Änderung des Durchflußvolumens in diesem Impulsintervall nicht erfaßt werden kann. Es besteht daher eine Beschränkung der Meßgenauigkeit im Falle eines niedrigen Durchflußvolumens.

Ein derartiges Problem tritt ebenfalls in ähnlicher Weise bei Durchflußvolumen-Meßgeräten des Turbinentyps oder des sog. Ovaltyps auf, in welchen ein drehendes Teil in dem betreffenden Flüssigkeitskanal angeordnet ist. Andererseits sind die Durchflußvolumen-Meßgeräte des elektromagnetischen Typs und des Ultraschallwellentyps dafür geeignet, ein hohes Durchflußvolumen zu messen. In diesem Falle können die Geräte des Zahnradmotortyps oder dergl. nicht mit der erforderlichen Genauigkeit wegen der notwendigen großen Abmessungen realisiert werden. Andererseits sind die Geräte des elektromagnetischen Typs und des Ultraschallwellentyps ungeeignet, ein Durchflußvolumen der Größenordnung zu messen, die bei Verwendung eines solchen Geräts in einem Hydraulikapparat in Frage kommt.

Aus der EP 1 175 857 A1 ist ein Meßgerät zur Bestimmung des Volumenstromes einer Flüssigkeit bekannt, bei dem die Flüssigkeit durch ein Durchgangsventil geleitet und die Größe des Volumenstromes aus dem Hub des Ventiltellers bestimmt wird. Aus der DE-OS 32 44 688 ist weiter eine Vorrichtung zur Erfassung der Durchflußvolumina flüssiger Medien bekannt, bei der die Flüssigkeit ebenfalls durch ein Ventil geleitet und das Durchflußvolumen anhand des Ventilhubes und des am Ventil abfallenden Differenzdruckes bestimmt wird.

Schließlich eine ähnliche Einrichtung ist aus der EP 061 856 A2 für die Messung des Kraftstoffdurchflusses bei einer Verbrennungskraftmaschine und aus der DE-OS 3 149 911 für die Messung der Luftmasse in einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. In der DE 31 49 911 ist weiter beschrieben, daß bei der Auswertung die kinematische Viskosität des Fluids auf der Grundlage der gemessenen Temperatur korrigiert wird.

Die bisher bekannten Verfahren, bei denen zur Messung des Durchflußvolumens der Hub eines Ventiltellers gemessen wird, vernachlässigen, daß der Durchflußkoeffizient C von der Reynoldszahl Re des Ventils abhängt. Aus diesem Grunde tritt bei den bekannten Vorrichtungen in einem Bereich, bei denen die Reynoldszahl zwischen Null und etwa Tausend liegt, ein Fehler auf.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Meßverfahren und ein Gerät für die Bestimmung des Durchflußvolumens einer Flüssigkeit anzugeben, bei der auch in dem Bereich, in dem die Linearität sich aufgrund einer Änderung des Durchflußkoeffizienten verschlechtert, genau gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und mit einem Gerät nach dem Patentanspruch 3 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Durchflußvolumen-Erfassungsmechanismus, der einen Ventilkörper, beispielsweise in Form eines Tellerventils oder dergl. hat, der einen Öffnungshub aufgrund eines Durchflusses mit einem Durchflußvolumen zeigt, in einem Kanal, der einen Einlaß mit einem Auslaß verbindet, vorgesehen. Ein Vor-Rück-Differentialdruck ΔP des Ventilelements in dem Durchflußvolumen-Erfassungsmechanismus wird durch einen Drucksensor erfaßt. Der Betrag eines Hubes X des Ventilkörpers wird durch einen Hubsensor erfaßt. Das Durchflußvolumen Q wird dabei aus den Größen ΔP und X berechnet.

Andererseits wird ein Durchflußkoeffizient C aus dem Vor-Rück-Differentialdruck ΔP und dem Betrag des Hubes X des Ventilkörpers gewonnen, welche Größen erfaßt werden, um daraus das Durchflußvolumen Q berechnen zu können.

Bei der Berechnung des Durchflußvolumens wird der Durchflußkoeffizient C in Abhängigkeit von der Reynoldschen Zahl Re angepaßt, bis die Reynoldsche Zahl Re, einen vorgegebenen Maximalwert erreicht. Nachdem die Reynoldsche Zahl Re diesen vorgegebenen Maximalwert erreicht hat, wird der Durchflußkoeffizient C durch eine Begrenzerschaltung auf einen konstanten Wert gesetzt, und es wird dann das Durchflußvolumen Q berechnet.

Desweiteren wird die Temperatur T der Flüssigkeit gemessen, und es wird deren kinematische Viskosität ν zur Verwendung bei der Berechnung des Durchflußkoeffizienten C korrigiert. Außerdem wird die Flüssigkeitsdichte ρ durch die gemessene Temperatur T der Flüssigkeit korrigiert.

Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden aus der im folgenden anhand mehrerer Figuren gegebenen Beschreibung ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Durchflußvolumen-Meßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel für eine Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, bei dem ein Differentialdrucksensor vorgesehen ist, darstellt.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel darstellt, das mit einem Durchflußvolumen-Anzeiger versehen ist.

Fig. 5 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Durchflußvolumen- Regelschleife, die ein Durchflußvolumen-Meßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Reynoldschen Zahl und dem Durchflußkoeffizienten in der Arithmetikoperation, welche mittels der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 durchgeführt wird, darstellt.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem gemessenen Durchflußvolumen, die durch die Durchflußgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinheit gemäß Fig. 6 gewonnen wird, und einem Referenz-Durchflußvolumen darstellt.

Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung darstellt.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht eines Temperatursensors, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 verwendet wird.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Durchflußvolumen- Arithmetikoperationseinheit, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 verwendet wird, darstellt.

Fig. 1 zeigt, wie bereits erläutert, eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel für ein Durchflußvolumen- Meßgerät darstellt.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Hauptkörper des Durchflußvolumen-Meßgeräts. Der Hauptkörper 10 hat einen Einlaß 12, der sich zu einem Ende hin in axialer Richtung öffnet, und einen Auslaß 14, der sich in seitlicher Richtung öffnet. Ein Sitzelement 15, das einen Ventilsitz bildet, ist in den Stufenabschnitt eines inneren Kanals eingesetzt und dort befestigt, wobei sich der Stufenabschnitt an den Einlaß 12 anschließt. Ein Ventilkörper 18, der integral an dem vorderen Ende einer zylindrischen Hülse 16 ausgebildet ist, kann mittels einer Feder 20 in Druckkontakt mit dem Sitzelement 15 an dessen rechtem Ende gebracht werden. In einem Umfangsabschnitt der Hülse 16 ist ein Durchgangsloch 22 ausgebildet, das mit dem Auslaß 14 kommuniziert. so daß letzterer mit dem Innenraum der Hülse 16, in welchem die Feder 20 eingeschlossen ist, kommunizieren kann. Der hydraulische Druck des Auslasses 14 wird durch das Durchgangsloch 22 auf den Innenraum der Hülse 16, der in sich die Feder 20 enthält, übertragen.

Bei dem Einlaß 12 und bei dem Auslaß 14, welche in dem Hauptkörper 10 ausgebildet sind, ist jeweils ein Drucksensor 24 bzw. 26 angeordnet, um einen hydraulischen Druck P₁ an dem Einlaß bzw. einen hydraulischen Druck P₂ an dem Auslaß erfassen zu können. Die Erfassungssignale für den Einlaß- Druck P₁ und den Auslaß-Druck P₂, die durch die Drucksensoren 24 und 26 erzeugt werden, werden einer Arithmetikoperationseinheit (nicht gezeigt) zugeführt.

In die Rückseite des Ventilkörpers 18, der integral mit der Hülse 16 ausgebildet ist, ist das vordere Ende einer Stange 28 eingeschraubt und somit an diesem befestigt. Das andere Ende der Stange 28 ist durch eine druckfeste Dichtung aus dem Hauptkörper 10 herausgeführt. In den vorstehenden Abschnitt der Stange 28 ist eine Erfassungsstange 34 eines Hubsensors 32, der an dem Hauptkörper 10 durch einen Rahmen 30 gehalten wird, eingeschraubt und somit an dieser befestigt. Dadurch wird eine Bewegung des Ventilkörpers 18 durch die Stange 28 auf den Hubsensor 32 übertragen. Ein Hub X des Ventilkörpers 18 wird durch den Hubsensor 32 erfaßt und an eine Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36, die in Fig. 2 gezeigt ist, ausgegeben.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel für eine Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36 zum Berechnen der Durchflußgeschwindigkeit Q auf der Grundlage der Erfassungssignale der Drucksensoren 24 und 26 sowie des Hubsensors 32, die für das Durchflußvolumen- Meßgerät gemäß Fig. 1 vorgesehen sind, darstellt.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 werden die Erfassungssignale der Drucksensoren 24 und 26 und des Hubsensors 32, die für das Durchflußvolumen-Meßgerät gemäß Fig. 1 vorgesehen sind, über betreffende Klemmen in die Arithmetikoperationseinheit 36 eingegeben. Die Meßsignale werden durch Verstärker 38, 40 bzw. 42 auf vorbestimmte Signalpegel verstärkt. Die Druckerfassungssignale der Drucksensoren 24 und 26, die durch die Verstärker 38 und 40 verstärkt werden, werden an eine Subtrahiereinheit 44 ausgegeben, so daß ein Vor-Rück-Differentialdruck ΔP des Ventilkörpers 18 als ΔP = P₁ - P₂ berechnet werden kann. Das Signal für den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, das durch die Subtrahiereinheit 44 berechnet wird, und ein Signal für den Hub X des Ventilkörpers 18, das durch den Verstärker 42 verstärkt wird, werden einer Multipliziereinheit 46 zugeführt. Die Multipliziereinheit 46 berechnet das Durchflußvolumen Q auf der Grundlage des Vor-Rück-Differentialdrucks ΔP und des Hubes X des Ventilkörpers 18 und gibt das Resultat der Berechnung als Signal an eine Anzeigeeinrichtung und eine geeignete Regeleinrichtung (nicht gezeigt) aus.

Im folgenden wird das Berechnungsprinzip zum Berechnen des Durchflußvolumens Q durch die Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36 erläutert:

Wenn der Ventilkörper 18 durch den Einfluß der Flüssigkeit über den Einlaß 12, der in Fig. 1 gezeigt ist, geöffnet wird, und die Flüssigkeit über den Auslaß 14 ausfließt, ist das Durchflußvolumen Q durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei C ein Durchflußkoeffizient ist, D der Durchmesser des Ventilsitzes ist, R der Winkel des konischen Abschnitts des Ventilkörpers ist, X der Hub des Ventilkörpers ist, ΔP der Vor-Rück-Differentialdruck ist und ρ die Dichte der Flüssigkeit ist.

Der Durchflußkoeffizient C, der Sitzdurchmesser D, der Winkel R des konischen Abschnitts des Ventilkörpers sowie die Flüssigkeitsdichte ρ können als Konstanten behandelt werden. Daher hängt das Durchflußvolumen Q von dem Vor-Rück-Differentialdruck ΔP des Ventilkörpers 18 und dem Hub X des Ventilkörpers 18 ab.

Aus diesem Grunde wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Durchflußvolumen Q aus dem Vor-Rück-Differentialdruck ΔP und dem Hub X auf der Grundlage der Erfassungsausgangssignale der Sensoren durch Durchführen der Multiplikation gemäß der Gleichung (1) mittels der Multipliziereinheit 46 in Fig. 2 gewonnen.

Im folgenden wird die Durchflußvolumen-Meßoperation in dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel erläutert:

Wenn die Flüssigkeit in den Einlaß 12 des Durchflußvolumen- Meßgerätes, das in Fig. 1 gezeigt ist, einfließt, wird der Ventilkörper 18, der den Kanal durch Berührung mit dem Sitzelement 15 durch die Druckkraft der Feder 20 geschlossen hatte, durch den eintretenden hydraulischen Druck von dem Sitzelement 15 fortbewegt, um dadurch den Kanal zu dem Auslaß 14 hin zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt werden der eingangsseitige Druck P₁ und der ausgangsseitige Druck P₂ durch die Drucksensoren 24 und 26 erfaßt. Der Hub X des Ventilkörpers 18 wird durch den Hubsensor 32 erfaßt. Die betreffenden Erfassungssignale werden jeweils der Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36, die in Fig. 2 gezeigt ist, zugeführt. Das Durchflußvolumen Q wird auf der Grundlage der Gleichung (1) berechnet.

Wenn das Durchflußvolumen Q aufgrund der Öffnung und der Bewegung des Ventilkörpers 18 nahezu konstant ist, heben sich die Kräfte, die auf die rechte und die linke Seite des Ventilkörpers 18 einwirken, auf, wie dies aus der folgenden Gleichung hervorgeht:

P₁ · S = P₂ · S + F (2)

wobei S die Sitzfläche des Sitzelements 15 ist und F die Federkraft der Feder 20 ist, die eine niedrigere Federsensitivität aufweist.

In diesem Fall ist der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP über dem Ventilkörper 18 nahezu konstant. Der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP wird, wie in der folgenden Gleichung gezeigt, aus Gleichung (2) zu

ΔP = (P₁ - P₂) = F/S = constant (3)

erhalten.

Der Ventilkörper 18 bewegt sich um die Länge des Hubes X, der eine Reaktion auf das Durchflußvolumen ist, um so den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP nahezu konstant zu halten, wodurch ein ausgeglichener Zustand aufrechtzuerhalten ist.

Die Reaktionseigenschaften des Meßgeräts bei der Messung des Durchflußvolumens, wenn sich dieses schnell ändert, werden im folgenden erläutert:

Wenn beispielsweise abrupt Flüssigkeit mit einem konstanten Durchflußvolumen dem Einlaß 12 zugeführt wird, bewegt sich der Ventilkörper 18 entsprechend seiner Trägheit, dem Reibungswiderstand und dem Strömungswiderstand mit einer geringen Verzögerungszeit. Indessen wird der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP zu dieser Zeit derart erzeugt, daß er einen Wert hat, der mit einer abrupten Änderung des Durchflußvolumens korrespondiert. Daher ist bereits selbst dann, wenn die Bewegung des Ventilkörpers 18 verzögert wird, ein ausreichend hoher Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, der mit dem Durchflußvolumen Q korrespondiert, erzeugt worden. Demzufolge kann das Meß-Durchlaßvolumen, welches durch die Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36 berechnet wird, akkurat auf der Grundlage des Durchflußvolumens, das augenblicklich vorlag, gewonnen werden.

Darauf folgend verringert sich, wenn sich der Ventilkörper 18 bewegt, um den Öffnungsgrad zu erhöhen, der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP abrupt. Indessen erhöht sich zu diesem Zeitpunkt der Hub X des Ventilkörpers 18. Die Durchflußgeschwindigkeit Q selbst, die als Ergebnis der Berechnung der Arithmetikoperationseinheit 36 gewonnen wurde, behält denselben Wert wie diejenigen, der unmittelbar nach dem Einfluß der Flüssigkeit gewonnen wurde, bei.

Andererseits kann ebenfalls selbst dann, wenn das Durchflußvolumen abrupt verringert wird, ähnlich dem zuvor Ausgeführten eine Änderung des Durchflußvolumens, die mit der aktuellen abrupten Verringerung des Durchflußvolumens korrespondiert, auf der Grundlage des Hubes X und des Vor-Rück-Differentialdrucks ΔP ohne Rücksicht auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 18 akkurat berechnet werden.

Die Frequenz der Reaktionsgeschwindigkeit der Arithmetikoperationseinheit 36, welche in Fig. 2 gezeigt ist, liegt üblicherweise bei einigen zehn kHz. Die Frequenz der Reaktionsgeschwindigkeiten der Drucksensoren 24 und 26 sowie des Hubsensors 32 kann ebenfalls sicher auf einige kHz festgelegt werden. Auf diese Weise kann die Frequenz der Reaktionsgeschwindigkeit bei der Messung des Durchflußvolumens gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, z. B. einige kHz abhängig von den Sensoren festgelegt werden. Obgleich die Frequenz der Reaktionsgeschwindigkeit eines herkömmlichen Durchflußvolumen- Meßgeräts, welches eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit hat, bis zu ungefähr einigen zehn Hz beträgt, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine derartig hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu realisieren, die um zwei oder mehr Größenordnungen besser als die Reaktionsgeschwindigkeit des herkömmlichen Geräts ist. Vermöge dieser hohen Reaktionsgeschwindigkeit kann die Regelreaktionsgeschwindigkeit, wenn eine Rückkopplungsschleife auf der Grundlage des erfaßten Durchflußvolumens gebildet wird, merklich verbessert werden.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Durchflußvolumen-Meßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußvolumen-Meßgerät mit einem Differentialdrucksensor 48 versehen ist, daß der eingangsseitige hydraulische Druck P₁ und der ausgangsseitige hydraulische Druck P₂ dem Differentialdrucksensor 48 zugeführt werden, daß ein Erfassungssignal ΔP von dem Differentialdrucksensor 48 bereitgestellt wird und daß das Erfassungssignal, das aus dem Vor-Rück-Differentialdruck ΔP des Ventilkörpers 18 entsteht, direkt durch den Sensor selbst gewonnen wird. Der übrige mechanische Aufbau ist derselbe wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Ein Signal für den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP über dem Ventilkörper 18, welches durch den Differentialdrucksensor 48 erfaßt wird, wird an die Durchflußvolumen- Arithmetikoperationseinheit 36 gelegt. Die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 3 weist eine Schaltungsanordnung auf, die sich durch Fortlassen der Verstärker 38 und 40 und der Subtrahiereinheit 44 aus der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ergibt. Die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 3 berechnet das Durchflußvolumen Q aus der Gleichung (1) auf der Grundlage des Signals für den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP aus dem Differentialdrucksensor 48 und des Signals für den Hub X aus dem Hubsensor 32 und gibt ein Signal für das Durchflußvolumen Q aus. Dadurch kann der Schaltungsaufbau vereinfacht werden, weil der Arithmetikoperationsabschnitt zum Berechnen des Vor-Rück- Differentialdrucks ΔP fortgelassen werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung darstellt. Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß das Durchflußvolumen-Meßgerät, das in Fig. 1 gezeigt ist, mit der Durchflußvolumen- Arithmetikoperationseinheit 36 versehen ist, die einen Durchflußvolumen-Anzeiger 50 aufweist.

Dazu ist die Arithmetikoperationseinheit 36, die in sich die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 enthält, auf den Hauptkörper 10 des Durchflußvolumen-Meßgerätes aufgesetzt. Der Durchflußvolumen-Anzeiger 50, der eine Flüssigkristallanzeige oder dergl. verwendet, ist räumlich vor der Arithmetikoperationseinheit 36 angeordnet. Das Durchflußvolumen Q, das auf der Grundlage der Erfassungsausgangssignale der Drucksensoren 24 und 26 sowie des Hubsensors 32 berechnet wird, kann durch den Durchflußvolumen- Anzeiger 50 als ein numerischer Wert angezeigt werden.

Der übrige mechanische Aufbau ist derselbe wie derjenige für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die Arithmetikoperationseinheit 36, die den Durchflußvolumen-Anzeiger 50 enthält, kann ebenfalls ähnlich wie im Falle des Durchflußvolumen-Meßgerätes, das den Differentialdrucksensor 48, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet, räumlich vor sich den Durchflußvolumen-Anzeiger 50 angebracht aufweisen.

Fig. 5 zeigt ein Prinzipschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel für eine Geschlossenschleifenregelung zum Regeln des Drucks und des Durchflußvolumens eines Hydraulikzylinders darstellt, der das Durchflußvolumen-Meßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.

In Fig. 5 wird ein hydraulischer Druck aus einer Hydraulikdruckquelle 100 an ein Drei-Positions-Umschaltventil 106 durch ein elektromagnetisches Durchflußvolumen- Regelventil 102 und ein Durchflußvolumen-Meßgerät 104 gemäß der vorliegenden Erfindung geführt. Das Umschaltventil 106 schaltet die Bewegungsrichtung eines Hydraulikzylinders 108 um. Andererseits zweigt von diesem System ein elektromagnetisches Überdruckventil 110 ab, das mit der primären Seite des Regelventils 102 verbunden ist, um dadurch zu ermöglichen, den Druck der Hydraulikdruckquelle 100 zu regeln.

Eine geschlossene Regelschleifenschaltung 112 nimmt ein Signal für das gemessene Durchflußvolumen aus dem Durchflußvolumen-Meßgerät 104 gemäß der vorliegenden Erfindung auf und steuert das Regelventil 102, um so eine Abweichung zwischen dem gemessenen Durchflußvolumen und einem voreingestellten Soll-Durchflußvolumen zu eliminieren. Wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt, ist das Durchflußvolumen- Meßgerät 104 gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Drucksensoren 24 und 26 versehen. Daher wird beispielsweise ein Signal für den ausgangsseitigen Druck P₂ des Drucksensors 26 an die Regelschleifenschaltung 112 abgegeben und mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Wenn ein Druck erfaßt wird, der den vorbestimmten Wert überschreitet, wird das elektromagnetische Überdruckventil 110 wirksam gemacht. Der Hydraulikdruck aus der Hydraulikdruckquelle 100 wird durch Betätigen des Überdruckventils konstant gehalten, und dieser konstante Druck wird dem Hydraulikzylinder 108 zugeführt.

Betreffend den zuvor erläuterten Durchflußvolumen- Meßgerät in diesem Ausführungsbeispiel wurde eine Aussage in bezug auf das Beispiel seines Aufbaus derart getroffen, daß der Ventilkörper 18, der durch die Feder 20 einem Druck ausgesetzt ist, um so das Durchflußvolumen zu reduzieren, in dem Kanal zwischen dem Einlaß 12 und dem Auslaß 14 angeordnet ist. Indessen ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ventilkonstruktion beschränkt. Ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Konstruktion vorzusehen, in der ein Kolben, ein Stauventil oder dergl. durch eine Feder in Richtung auf den Öffnungsabschnitt des Sitzelements 15 zu gedrückt wird, und die derart beschaffen ist, daß sich der Öffnungsgrad bei einer Position entfernt von dem Sitz oder dem abgeschrägten Loch in Reaktion auf eine Änderung des Durchflußvolumens erhöht und daß der Hub aufgrund der Erhöhung des Öffnungsgrades durch einen Detektor erfaßt wird.

Des weiteren kann entweder eine analoge arithmetische Arithmetikoperationseinheit oder eine digitale arithmetische Arithmetikoperationseinheit als die arithmetische Arithmetikoperationseinheit zum Berechnen des Durchflußvolumens in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36 zum Berechnen des Durchflußvolumens Q auf der Grundlage der Erfassungsausgangssignale aus den Drucksensoren 24 und 26 sowie des Hubsensors 32, die in dem Durchflußvolumen-Erfassungsmechanismus gemäß Fig. 1 vorgesehen sind, darstellt.

Das Prinzip der arithmetischen Operation der Arithmetikoperationseinheit, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, ist wie folgt:

Zunächst werden die Drücke P₁ und P₂ des Einlasses 12 und des Auslasses 14 sowie der Hub X des Ventilkörpers 18 von dem Durchflußvolumen-Meßgerät, welches in Fig. 1 gezeigt ist, erfaßt. Das Durchflußvolumen Q wird unter Verwendung des Vor-Rück-Differentialdrucks ΔP des Ventilkörpers 18 aus der Gleichung (1) berechnet.

Der Durchflußkoeffizient C in der Gleichung (1) hat einen Wert, der sich in Abhängigkeit von der Reynoldschen Zahl Re ändert, und ist wie folgt auszudrücken:

C = k(Re)^1/n (4)

wobei Re die Reynoldsche Zahl ist, k eine Konstante ist und n eine Konstante ist, die durch die Form des Ventils bestimmt sind. Die Berechnung dieser Konstanten k und n ist in der Zeitschrift "The Japan Mechanical Society" Mai 1967, S 810-815 beschrieben.

Desweiteren ist die Reynoldsche Zahl Re durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei ν die kinematische Viskosität und L ein von der Ventilgeometrie und dem Hub des Ventilkörpers abhängiger Öffnungsgrad ist.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen der Reynoldschen Zahl Re, die aus der Gleichung (5) gewonnen wird, und dem Durchflußkoeffizienten C, der aus der Gleichung (4) abgeleitet wird, ersichtlich ist. Im allgemeinen ändert sich der Durchflußkoeffizient C in Übereinstimmung mit der Gleichung (4), bis ein bestimmter Wert der Reynoldschen Zahl Re erreicht ist, jedoch wird danach ein konstanter Wert selbst dann gehalten, wenn sich die Reynoldsche Zahl Re erhöht. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen. Der Durchflußkoeffizient C wird in Reaktion auf die Reynoldsche Zahl Re geändert, bis ein bestimmter Maximalwert der Reynoldschen Zahl Re erreicht ist, jedoch wird der Durchflußkoeffizient C durch die Begrenzerschaltung 56 auf einen konstanten Wert eingestellt.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen einem Referenz-Durchflußvolumen und dem gemessenen Durchflußvolumen hervorgeht, wenn der Durchflußkoeffizient C auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Gemäß Fig. 8 verschlechtert sich, wenn das Durchflußvolumen klein ist, die Linearität, wie dies durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist, und der Durchflußkoeffizient C ändert sich in Reaktion auf die Reynoldsche Zahl Re in diesem schwach linearen Bereich. In gewöhnlichen Anwendungsfällen kann diese Verschlechterung der Linearität in dem Änderungsbereich des Durchflußkoeffizienten C, der von der Reynoldschen Zahl Re abhängt, vernachlässigt werden. Indessen wird, da die vorliegende Erfindung auf das Messen eines extrem genau bestimmbaren Durchflußvolumens und das Regeln auf der Grundlage des gemessenen Durchflußvolumens anzuwenden ist, der Durchflußkoeffizient C in Übereinstimmung mit der Reynoldschen Zahl Re berechnet, bis der Durchflußkoeffizient C konstant wird, nachdem die Reynoldsche Zahl Re einen bestimmten Wert erreicht hat.

Im folgenden wird die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 6 zum Berechnen des Durchflußvolumens Q auf der Grundlage der Gleichungen (1), (4) und (5) erläutert:

Zunächst werden die Signale für die erfaßten Drücke aus den Drucksensoren 24 und 26 durch die Verstärker 38 und 40 verstärkt. Der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP wird durch die Subtrahiereinheit 44 derart berechnet, daß ΔP = P₁ - P₂ ist. Das Signal für den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, der durch die Subtrahiereinheit 44 berechnet worden ist, wird an die Multipliziereinheit 46 abgegeben. Desweiteren wird das Signal für den Hub X, der durch den Hubsensor 32 erfaßt wird, von dem Verstärker 42 an die Multipliziereinheit 46 abgegeben. Damit berechnet die Multipliziereinheit 46 den Arithmetikoperationsparameter

Das Ausgangssignal der Multipliziereinheit 46 wird einer Arithmetikoperationseinheit 52 zugeführt. Die Arithmetikoperationseinheit 52 berechnet die Reynoldsche Zahl Re mittels der Gleichung (5) durch Verwendung der kinematischen Viskosität (ν), die durch eine Setzeinrichtung 54 auf einen konstanten Wert gesetzt wurde. Die Reynoldsche Zahl Re, die durch die Arithmetikoperationseinheit 52 berechnet wurde, wird an die Begrenzerschaltung 56 abgegeben. Die Begrenzerschaltung 56 hat eine Begrenzerfunktion derart, daß der Wert, der durch die Arithmetikoperationseinheit 52 berechnet wird, unverändert ausgegeben wird, bis die Reynoldsche Zahl Re einen voreingestellten Wert erreicht, und ein konstanter Wert als die Reynoldsche Zahl Re ausgegeben wird, nachdem diese den voreingestellten Wert erreicht hat. Eine Operationseinheit 58 multipliziert die Reynoldsche Zahl Re, die durch die Begrenzerschaltung 56 gewonnen wurde, mit dem Arithmetikoperationsparameter

der von der Multipliziereinheit 46 abgeleitet wird. Desweiteren wird in einer Arithmetikoperationseinheit 60 die Größe π · D · sin R aus der Gleichung (1), die durch eine Einstelleinrichtung 62 gegeben ist, mit der Größe aus der Operationseinheit 58 multipliziert.

Mit der Arithmetikoperationseinheit 36, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Durchflußkoeffizient C, der auf eine Änderung der Reynoldschen Zahl Re anspricht, gewonnen, bis die Reynoldsche Zahl Re, die durch die Arithmetikoperationseinheit 52 berechnet wird, einen bestimmten Wert erreicht, der in der Begrenzerschaltung 56 eingestellt ist. Daher kann in der Durchflußvolumen-Kennlinie, die in Fig. 8 gezeigt ist, die Charakteristik in dem Bereich, der die geringe Linearität aufweist (durch eine ausgezogene Linie dargestellt), wenn das Durchflußvolumen klein ist, in die lineare Durchflußvolumen-Meßcharakteristik (durch eine unterbrochene Linie dargestellt) durch das Berechnen des korrekten Durchflußkoeffizienten C korrigiert werden. Auf diese Weise kann als Ergebnis der Messung eine akkurate Durchflußvolumenbestimmung in bezug auf den gesamten Bereich des Durchflußvolumens erreicht werden.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wird der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP durch die Subtrahiereinheit 44 berechnet. Indessen ist es auch möglich, den Differentialdrucksensor 48, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, vorzusehen und ein Signal für den Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, das durch den Differentialdrucksensor 48 gewonnen wird, direkt an die Multipliziereinheit 46 in Fig. 2 abzugeben.

Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Durchflußvolumen-Meßgerät darstellt, das gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht ein besonderes Merkmal darin, daß ein Temperatursensor 64 zum Erfassen der Flüssigkeitstemperatur T an dem Abschnitt des Einlasses 12 des Hauptkörpers 10 angebracht ist. Der übrige Aufbau ist derselbe wie derjenige des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Anstelle des Temperatursensors 64 des Typs, der separat angeordnet ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, ist es auch möglich, einen Temperatursensor zu verwenden, der einen Aufbau derart hat, daß das Erfassungselement des Temperatursensors integral in den Drucksensor 24 oder den Drucksensor 26 eingebaut ist. Dies bedeutet, daß der Drucksensor 24 oder 26 in einer Weise aufgebaut sein kann, daß ein Verformungssensor oder dergl. an der Außenseite einer Membran befestigt ist, die den Flüssigkeitsdruck aufnimmt, wobei diese Membran in direkte Berührung mit der Flüssigkeit kommt. Damit kann durch Anbringen des Erfassungselements des Temperatursensors an der Membran die Flüssigkeitstemperatur T akkurat erfaßt werden, und der Temperatursensor kann durch direktes Ausnutzen des druckresistenten Aufbaus des Drucksensors realisiert werden.

Fig. 10 zeigt den Temperatursensor 64 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 im einzelnen. Der Temperatursensor 64 hat ein Schutzgehäuse 80 zum Erfassenkönnen der Temperatur einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit. Ein Erfassungselement 82, beispielsweise ein Temperaturmeß-Platinwiderstand, ein Thermistor oder dergl., ist innerhalb des Schutzgehäuses 80 vorgesehen. Ein Füllmaterial 84 ist um den Umfang des Erfassungselements 82 herum angeordnet und füllt den bestehenden Zwischenraum aus, um dadurch die Wärmeleitung von der Flüssigkeit durch das Schutzgehäuse 80 zu verbessern.

Die Arithmetikoperationseinheit 36, die in sich eine Schaltungsanordnung enthält, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, ist oberhalb des Hauptkörpers 10 an diesem angebracht. Für die Arithmetikoperationseinheit 36 ist ein Durchflußvolumen- Anzeiger 50 vorgesehen. Die Erfassungsausgangssignale der Drucksensoren 24 und 26, des Hubsensors 32 und des Temperatursensors 64 werden der Arithmetikoperationseinheit 36 über Signalleitungen zugeführt. Das gemessene Durchflußvolumen, das durch die Durchflußvolumen- Arithmetikoperation auf der Grundlage dieser Erfassungssignale gewonnen wird, wird digital durch einen numerischen Wert angezeigt. Desweiteren werden der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, die erfaßte Temperatur T, die kinematische Viskosität ν, der Hub X, die Flüssigkeitsdichte ρ und dergl. als arithmetische Operationsparameter, die für die Berechnung des Durchflußvolumens benutzt werden, nach außen herausgeführt.

Fig. 9 zeigt desweiteren, daß ein sog. Naßtyp-Hubsensor als der Hubsensor 32 verwendet wird. Bei diesem Naßtyp-Hubsensor 32 ist koaxial an dem hinteren Abschnitt der Stange 28 ein Teil aus einem magnetischen Material 74 befestigt, und eine Wicklung 78, die einen Differentialtransformator bildet, ist um die Außenseite eines Gehäuses 76 herumgewickelt, in welchem das Teil aus dem magnetischen Material 74 verschiebbar untergebracht ist. Wenn sich das Teil aus dem magnetischen Material 74 bewegt, gibt die Wicklung 78 eine Signalspannung ab, die mit dem Hub X des Ventilkörpers 18 korrespondiert. Der Hubsensor 32 ist allerdings nicht auf den Naßtyp-Hubsensor, der den Differentialtransformator verwendet, beschränkt, sondern kann auch aus einem Hubsensor bestehen, der als Trockentyp-Hubsensor bezeichnet wird, beispielsweise aus einem Potentiometer oder dergl., das durch die Stange 28 betätigt wird.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit 36 darstellt, welche das Durchflußvolumen-Meßgerät benutzt, das in Fig. 9 gezeigt ist.

Die Erfassungsauslaßsignale der Drucksensoren 24 und 26, des Hubsensors 32 und des Temperatursensors 64 werden an die Arithmetikoperationseinheit 36 abgegeben.

Das arithmetische Operationsprinzip zur Berechnung des Durchflußvolumens Q in der Arithmetikoperationseinheit 36 ist wie folgt:

Zunächst werden die Drücke P₁ und P₂ des Einlasses 12 bzw. des Auslasses 14, der Hub X des Ventilkörpers 18 und die Flüssigkeitstemperatur T erfaßt und von dem Durchflußvolumen- Meßgerät, das in Fig. 9 gezeigt ist, ausgegeben. Das Durchflußvolumen Q wird mittels der Gleichung (1) aus dem Vor-Rück-Differentialdruck ΔP des Ventilkörpers 18 berechnet.

Die Flüssigkeitsdichte ρ in der Gleichung (1) ändert sich in Reaktion auf die Flüssigkeitstemperatur T. Die Änderung der Flüssigkeitsdichte ρ in Reaktion auf die Temperatur T ist durch die folgende Gleichung gegeben:

ρ = ρ₀ (1 + AΔT - BΔT²),

wobei sich, wenn der Wert von BT² durch Betrachtung als Null vernachlässigt wird, ergibt:

ρ = ρ₀ (1 + AΔT) (6),

wobei A eine Konstante ist, die durch die Art der Flüssigkeit, z. B. Öl, bestimmt ist.

Auf diese Weise führt die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 11 die Durchflußvolumen-Berechnung nach der Gleichung (1) unter Verwendung der Flüssigkeitskonzentration ρ, die durch die Gleichung (6) korrigiert wurde, auf der Grundlage der erfaßten Temperatur T der Flüssigkeit durch.

Andererseits hat der Durchflußkoeffizient C in der Gleichung (1) einen Wert, der sich in Reaktion auf die Reynoldsche Zahl Re ändert und durch die Gleichung (4) gegeben ist.

Desweiteren ist die Reynoldsche Zahl Re, die durch die Gleichung (5) gegeben ist, wie folgt auszudrücken:

Re = L · V/ν (7)

Die Flußgeschwindigkeit V ist gegeben durch:

Die kinematische Viskosität ist wie folgt bestimmt:

log₁₀ {log₁₀ (ν + C₁)} = -n · log₁₀T + C₂ (8)

Aus der Gleichung (8) ist ersichtlich, daß sich die kinematische Viskosität ν, die bei der Berechnung der Reynoldschen Zahl Re benutzt wird, in Abhängigkeit von der Flüssigkeitstemperatur T ändert. Daher wird in dem Ausführungbeispiel gemäß Fig. 11 durch Auflösung der Gleichung (8) die Reynoldsche Zahl Re der Gleichung (7) aus der kinematischen Viskosität ν gewonnen, die durch die Flüssigkeitstemperatur T korrigiert wird. Der Durchflußkoeffizient C wird ferner durch die Gleichung (4) gewonnen.

Desweiteren ist in bezug auf den Durchflußkoeffizienten C, der durch die Gleichung (4) gegeben ist, eine Begrenzerschaltung in ähnlicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 vorgesehen, und der Durchflußkoeffizient C wird in Reaktion auf die Reynoldsche Zahl Re geändert, bis die Reynoldsche Zahl Re einen bestimmten Maximalwert erreicht. Indessen wird der Durchflußkoeffizient C durch die Begrenzerschaltung auf einen konstanten Wert gesetzt, nachdem die Reynoldsche Zahl Re den Maximalwert erreicht hat.

Die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 11 zum Berechnen des Durchflußvolumens auf der Grundlage des zuvor erläuterten Operationsprinzips wird nun im folgenden beschrieben.

Zunächst wird der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP wie folgt gewonnen:

ΔP = P₁ - P₂

Dies geschieht durch einen Differentialoperationsverstärker 66 auf der Grundlage der Erfassungssignale der Drucksensoren 24 und 26. Der Differentialoperationsverstärker 66 enthält die Verstärker 38 und 40 und die Subtrahiereinheit 44, die in Fig. 6 gezeigt sind. Der Vor-Rück-Differentialdruck ΔP, der durch den Differentialoperationsverstärker 66 berechnet wird, wird an die Multipliziereinheit 46 abgegeben, und es wird der Arithmetikoperationsparameter

in der Gleichung (1) unter Verwendung des Hubes X berechnet, der durch den Hubsensor 32 erfaßt wird, für den ein Signal aus dem Verstärker 42 abgegeben wurde. Die Flüssigkeitsdichte ρ, die durch die Erfassungsflüssigkeitstemperatur T korrigiert wurde, wird in der Berechnung durch die Multipliziereinheit 46 verwendet. Das Ausgangssignal des Temparatursensors 64 wird einer Temperaturerfassungseinheit 68 zugeführt, in der die Flüssigkeitstemperatur T erfaßt wird.

Das Signal für die erfaßte Temperatur T wird einer Dichtekorrektureinheit 70 übergeben. Die Dichtekorrektureinheit 70 führt die Korrektur aufgrund der Flüssigkeitstemperatur auf der Grundlage der Gleichung (6) aus. Ein Signal für die Flüssigkeitsdichte ρ, die durch die Flüssigkeitstemperatur korrigiert wurde, wird der Multipliziereinheit 46 übergeben. Es sind jedoch auch Fälle möglich, in denen die Flüssigkeitsdichte ρ nicht notwendigerweise korrigiert werden muß. In diesen Fällen ist die Flüssigkeitsdichte ρ als eine Konstante gegeben.

Das Ausgangssignal der Multipliziereinheit 46 wird an die Arithmetikoperationseinheit 52 abgegeben, und der Durchflußkoeffizient C wird auf der Grundlage der Gleichungen (4) und (7) berechnet. Die kinematische Viskosität ν, die in einer Kinematikviskositäts-Korrektureinheit 72 auf der Grundlage der Flüssigkeitstemperatur T korrigiert wird, für die ein Signal aus der Temperaturerfassungseinheit 68 gewonnen wird, wird bei der Berechnung des Durchflußkoeffizienten C durch den Arithmetikoperationsabschnitt 52 benutzt. Das bedeutet, daß die Kinematikviskositäts-Korrektureinheit 72 die temperaturkorrigierte kinematische Viskosität ν aus der Gleichung (8) auf der Grundlage der Flüssigkeitstemperatur T gewinnt und für diese ein Signal an die Arithmetikoperationseinheit 52 abgibt.

Die folgenden Berechnungen durch die Begrenzerschaltung 56 und die Operationseinheiten 58 und 60 sind dieselben wie diejenigen in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6.

Schließlich wird das Durchflußvolumen Q durch den Arithmetikoperationsabschnitt 60 mittels der folgenden Gleichung berechnet:

Bei der Durchflußvolumen-Berechnung durch die Arithmetikoperationseinheit 36 gemäß Fig. 11 werden die Flüssigkeitskonzentration ρ und die kinematische Viskosität ν, die in dieser Berechnung benutzt werden, jeweils auf der Grundlage der Flüssigkeitstemperatur T korrigiert. Im allgemeinen ändert sich beispielsweise die Dichte von mineralischem Hydraulik-Arbeitsöl um ungefähr 5% bei Betriebstemperaturen von 0-10°C. Indessen werden für eine derartige Temperaturänderung die Flüssigkeitsdichte ρ und die kinematische Viskosität ν, die in der Durchflußvolumen-Berechnung benutzt werden, jeweils wie zuvor ausgeführt, korrigiert. Daher kann ein extrem genaues Ergebnis der Messung des Durchflußvolumens Q auch dann gewonnen werden, wenn beliebige Flüssigkeitstemperaturen zwischen einer niedrigen Temperatur und einer hohen Temperatur vorliegen.

Verglichen mit der Änderung der kinematischen Viskosität ist die Änderung der Dichte der Flüssigkeit ziemlich klein. Daher kann die Flüssigkeitsdichte als konstant betrachtet werden, und es besteht keine Notwendigkeit, die Dichte durch die Temperatur in Abhängigkeit von dem Ort, an welchem das Gerät benutzt wird, zu korrigieren.

Claims (3)

1. Verfahren zur Messung des Durchflußvolumens einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit durch eine Meßvorrichtung mit einem Kanal mit einem Ventilsitz geleitet wird, in dem ein Ventilkörper mit einem konischen Abschnitt (18) angeordnet ist, und die am Ventilkörper abfallende Druckdifferenz und der jeweilige Hub des Ventilkörpers gemessen und die Meßwerte einer Arithmetikeinheit (36) zugeführt werden, wobei die Berechnung der Durchflußmenge Q nach der Formel erfolgt, wobei
C ein Durchflußkoeffizient,
D der Durchmesser des Ventilsitzes
X der Hub des Ventilkörpers
R der Winkel des konischen Abschnitts des Ventilkörpers
ΔP der am Ventilkörper abfallende Differenzdruck und
ρ die Flüssigkeitsdichte
bedeuten und bei der Berechung der Durchflußkoeffizient nach der GleichungC = k · (Re)^1/nwobei
k eine durch die Ventilform bestimmte Konstante und
n ein durch die Ventilform bestimmter Index ist,
in Abhängigkeit von der Reynold-Zahl Re des Ventils bestimmt wird, bis die Reynold-Zahl einen vorgegebenen Wert erreicht, und wobei ab diesem Wert der Durchflußkoeffizient konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynold-Zahl Re nach der Gleichung bestimmt wird, wobei ν die kinematische Viskosität der Flüssigkeit ist und L ein von der Ventilgeometrie und dem Hub des Ventilkörpers abhängiger Öffnungsgrad ist.

3. Durchflußvolumen-Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit

• - einem in einem Kanal mit einem Ventilsitz angeordneten Ventilkörper mit einem konischen Abschnitt, der einem dem Öffnungsgrad des Ventils korrespondierenden Hub in Reaktion auf ein Durchflußvolumen ausführt, Drucksensoren (24, 26) zum Erfassen des Vor-Rück-Differentialdrucks über dem Ventilkörper, einem Hubsensor (32) zum Erfassen des Hubes des Ventilkörpers und einer Arithmetik- Operationseinheit (36),
• - einer Temperaturerfassungseinheit (68) zum Erfassen der Temperatur (T) der Flüssigkeit, deren Ausgangssignal einer Korrektureinheit (72) zum Korrigieren der kinematischen Viskosität (ν) der Flüssigkeit und einer Korrektureinheit (70) zum Korrigieren der Dichte der Flüssigkeit zugeführt wird,
• - einer Durchflußkoeffizient-Arithmetikoperationseinheit (52) zum Berechnen des Durchflußkoeffizienten (C) des aus dem Ventilkörper und dem Kanal gebildeten Flüssigkeitsdurchtritts, der das Ausgangssignal des Hubsensors und der Drucksensoren (24, 26) zugeführt werden,
• - einer Begrenzerschaltung (56) zum Festlegen des Durchfllußkoeffizienten (C) auf einen konstanten Wert in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl Re des Ventils und
• - einer Durchflußvolumen-Arithmetikoperationseinheit (60) zum Berechnen des Durchflußvolumens (Q).