DE3837147A1 - Flowmeter for fluids of low viscosity - Google Patents

Flowmeter for fluids of low viscosity

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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
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    • A61B5/093—Measuring volume of inspired or expired gases, e.g. to determine lung capacity the gases being exhaled into, or inhaled from, an expansible chamber, e.g. bellows or expansible bag
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    • H02J2310/23—The load being a medical device, a medical implant, or a life supporting device

Abstract

Flowmeter for fluids of low viscosity, having two pressure controllers (1, 4) which are connected together via a connecting tube (3), of which the second (4), seen in the direction of flow of the fluid, actuates a pointer (7), whose displacement distance is a measure of the volume flow (D), via its valve shaft (5) and a linkage (6). The pressure controllers hold the exit pressures (pa1, pa4) constant. The displacement of the controller (4) therefore corresponds to the volume flow (D) through the device. The displacement distance (L) of the valve shaft (5) is detected as a measure of the volume flow by means of a sensor (8) and indicated by a measuring electronic unit (10) as a total quantity on the indicator display (11). A (safety) mechanism (27), which is actuated electromagnetically, depending on the displacement distance (L), shuts off the gas flow in an emergency (gas failure safety, safety in the case of conduit breaks). <IMAGE>

Description

Durchflußmeßgeräte mit einem, vom Fluidstrom getriebenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für die Meß- Elektronik (10) und einer integrierten, wiederaufladbaren Spannungsquelle (Akkumulator) sind aus meiner Patentanmel­ dung DE 38 21 967 für einen Gaszähler bekannt.- Die Mes­ sung der Durchflußmenge, in diesem Fall von Gas, erfolgt dabei vollelektronisch über die Messung des Druckabfalls an einer Normblende.Flow meters with a generator driven by the fluid flow for generating electrical energy for the measuring electronics ( 10 ) and an integrated, rechargeable voltage source (accumulator) are known from my patent application DE 38 21 967 for a gas meter. in this case of gas, is done fully electronically by measuring the pressure drop on a standard orifice.

Die erfindungsgemäße Konstruktion basiert dagegen auf einer mechanischen Erfassung der momentanen Durchfluß­ menge (Volumenstrom) eines niederviskosen Fluides, die durch das Einströmrohr (2) strömt. Der Druck des einstro­ menden Fluides wird im Druckregler (1) konstant auf einen bestimmten, voreingestellten Ausgangsdruck (p a1) reduziert. Druckregler (1) dieser Art sind bekannt. Über eine Verbin­ dungsleitung (3) kann das Gas vom Druckregler (1) zum Druck­ regler (4) überströmen. Dieser Druckregler (4) ist ebenfalls als mechanischer Druckregler, dessen Ausgangsdruck (p a4) konstant und kleiner als der Ausgangsdruck (p a1) des anderen Druckreglers (1) ist, ausgelegt, dessen Ventilschaft (5) über ein Gestänge (6) mit dem Zeiger (7) gekoppelt ist. Die Ver­ stellung des Ventilschaftes (5), also die Regeltätigkeit des Druckreglers (4) entspricht der Variation der Durchflußmenge des Fluides, und das Gestänge (6) und die Skaleneinteilung der Anzeigeskala (9) sind so gestaltet, daß die Stellung des Zeigers (7) auf der Anzeigeskala (9) ein Maß für die momenta­ ne Durchflußmenge (D) des Fluides ist. Der Verstellweg (L) des Ventilschaftes (5) wird dabei über einen Sensor (8), z.B. einen Drehwinkelgeber (Potentiometer), dessen Drehachse mit der Zeigerachse verbunden ist, einen induktiven Geber, oder ein ebenfalls bekanntes optoelektronisches System erfaßt. Die Meß-Elektronik (10) besteht in der Hauptsache aus einem Volumen-Rechner (25) mit einem Zeitgeber (24). Der gemessene Volumenstrom des Fluides wird also über der Zeit integriert und an das Anzeige-Display (11) als Gesamtmengen­ anzeige weitergeleitet und dort, z.B. digital, in bekannter Weise angezeigt. Die dazu notwendige elektrische Energie wird von einer wiederaufladbaren Spannungsquelle (Akkumula­ tor "A") geliefert, die von einem Generator (G) geladen wird, dessen Antrieb ein, vom Strom des Fluides getriebenes Flü­ gelrad (F), wie schon in meiner Patentanmeldung DE 38 21 967 beschrieben, übernimmt.The construction according to the invention, on the other hand, is based on a mechanical detection of the instantaneous flow rate (volume flow) of a low-viscosity fluid which flows through the inflow pipe ( 2 ). The pressure of the incoming fluid is constantly reduced in the pressure regulator ( 1 ) to a certain, preset outlet pressure ( p a1 ). Pressure regulators ( 1 ) of this type are known. The gas can flow from the pressure regulator ( 1 ) to the pressure regulator ( 4 ) via a connecting line ( 3 ). This pressure regulator ( 4 ) is also designed as a mechanical pressure regulator, the outlet pressure ( p a4 ) of which is constant and less than the outlet pressure ( p a1 ) of the other pressure regulator ( 1 ), the valve stem ( 5 ) of which is connected via a linkage ( 6 ) Pointer ( 7 ) is coupled. The adjustment of the valve stem ( 5 ), i.e. the control activity of the pressure regulator ( 4 ) corresponds to the variation in the flow rate of the fluid, and the linkage ( 6 ) and the scale division of the display scale ( 9 ) are designed so that the position of the pointer ( 7 ) on the display scale ( 9 ) is a measure of the instantaneous flow rate ( D ) of the fluid. The adjustment path ( L ) of the valve stem ( 5 ) is detected via a sensor ( 8 ), for example an angle encoder (potentiometer), the axis of rotation of which is connected to the pointer axis, an inductive sensor, or a likewise known optoelectronic system. The measuring electronics ( 10 ) mainly consist of a volume computer ( 25 ) with a timer ( 24 ). The measured volume flow of the fluid is thus integrated over time and forwarded to the display ( 11 ) as a total quantity display and displayed there, for example digitally, in a known manner. The electrical energy required for this is supplied by a rechargeable voltage source (accumulator "A"), which is charged by a generator ( G ), the drive of which is driven by the flow of the fluid impeller ( F ), as already described in my patent application DE 38 21 967 described, takes over.

Die erfindungsgemäße Konstruktion besitzt eine Sicherung gegen zu hohe und auch gegen zu niedrige Volumenströme des Fluides. Sollte der Volumenstrom (D) eines Fluides über oder unter einem vorwählbaren, maximalen oder minimalen Wert liegen, so wird dies im Meßwert-Umsetzer (26), der zugleich Meßwert-Vergleicher ist, beim Vergleich mit den vor­ gewählten, zulässigen maximalen bzw. minimalen Werten fest­ gestellt, und der Mechanismus (27) ausgelöst, der den Ven­ tilschaft (5) in eine seiner Endlagen bringt, und so die Durchströmöffnung (20) durch einen Ventilteller (z.B. 19) verschlossen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise bei Durch­ flußmengen, die weit außerhalb des normalen Regelbereichs liegen (Gasmangelsicherung/Verhinderung extrem hoher Volu­ menströme, z.B. bei Leitungsbrüchen). Der Mechanismus (26) ist dabei bekanntermaßen so zu gestalten, daß die Durch­ strömöffnung (20) solange verschlossen bleibt, bis sie manuell wieder entriegelt wird. Meßwert-Umsetzer (26) und Meßwert-Vergleicher mit Minimalwert- und Maximalwert-Vor­ gabe sind bekannt. Der Mechanismus (27) ist, z.B. als feder­ belasteter Stift, der den Ventilschaft (5) betätigt und über eine elektromagnetisch auszulösende Sperre in vorge­ spannter Position gehalten wird, denkbar. Einmal ausgelöst, verbleibt der Ventilschaft (5) in seiner Endlage, bis der Stift manuell wieder in seine vorgespannte Position z.B. über einen Hebel gebracht wird.The construction according to the invention is secured against excessively high and also against too low volume flows of the fluid. If the volume flow ( D ) of a fluid is above or below a preselectable, maximum or minimum value, this will be in the measured value converter ( 26 ), which is also a measured value comparator, when comparing with the previously selected, permissible maximum or minimum Values determined, and triggered the mechanism ( 27 ) which brings the Ven tilschaft ( 5 ) in one of its end positions, and so the flow opening ( 20 ) closed by a valve plate (eg 19 ). This is conveniently done with flow rates that are far outside the normal control range (low gas protection / prevention of extremely high volume flows, eg in the event of line breaks). The mechanism ( 26 ) is known to be designed so that the flow opening ( 20 ) remains closed until it is manually unlocked again. Measured value converters ( 26 ) and measured value comparators with minimum and maximum values are known. The mechanism ( 27 ) is conceivable, for example as a spring-loaded pin that actuates the valve stem ( 5 ) and is held in a pre-tensioned position via an electromagnetically triggered lock. Once triggered, the valve stem ( 5 ) remains in its end position until the pin is manually brought back to its pretensioned position, for example using a lever.

Die Druckregler (1, 4) bewirken, daß, sowohl in der Verbindungsleitung (3), als auch im Ausströmrohr (12), immer konstante Ausgangsdrücke (p a1, p a4), unabhängig vom Druck (p e1) im Einströmrohr (2) herrschen. Der Druck (p e1) im Ein­ strömrohr (2) ist größer als der Ausgangsdruck (p a1), der wiederum größer als der Ausgangsdruck (p a2) ist. Da der Druck (p a1) in der Verbindungsleitung (3) praktisch konstant ist, entspricht die Verstellung des Ventiles (5) über die Membran (22) gegen die Feder (23) der Änderung des Volumen­ stromes des Fluides.The pressure regulator (1, 4) cause (p a1, p a4) both in the connecting line (3), and in the outflow pipe (12), always constant output pressure regardless of the pressure (p e1) in the inflow pipe (2) to rule. The pressure (p e1) strömrohr in A (2) is greater than the output pressure (p a1), which in turn is greater than the output pressure (p a2). Since the pressure ( p a1 ) in the connecting line ( 3 ) is practically constant, the adjustment of the valve ( 5 ) via the membrane ( 22 ) against the spring ( 23 ) corresponds to the change in the volume flow of the fluid.

Durchflußmeßgeräte der erfindungsgemäßen Konstruktion werden z.B. als Gaszähler, oder, in der Medizintechnik als Spirometer zur Messung des Atemvolumens von Patienten oder in Beatmungsgeräten verwendet. Der Einsatzbereich ist also breit gefächert. Flow meters of the construction according to the invention e.g. as a gas meter, or, in medical technology as a spirometer for measuring the breathing volume of patients or used in ventilators. The area of application is so broad.  

"Durchflußmeßgerät für niederviskose Fluide" "Flow meter for low-viscosity fluids"

- Liste der Bezugszeichen - - list of reference numerals -

Claims (4)

1. Durchflußmeßgerät mit einem, vom Fluidstrom getriebe­ nen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für die Meß-Elektronik, einer integrierten, wiederaufladbaren Spannungsquelle und einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregler (1), in Strömungsrichtung des Fluides gesehen, hinter dem Einströmrohr (2), über eine Verbindungsleitung (3) mit einem zweiten Druckregler (4) verbunden ist, des­ sen Ventilschaft (5) über ein Gestänge (6) mit einem Zeiger (7) gekoppelt ist, und die Stellung dieses Zeigers (7) auf der Anzeigeskala (9) ein Maß für den Volumenstrom (D) ist, wobei die Druckregler (1, 4) so angeordnet und gestaltet sind, daß der Ausgangsdruck (p a1) des Druckreglers (1) kon­ stant auf einem Wert gehalten wird, der größer ist, als der ebenfalls konstant gehaltene Ausgangsdruck (p a4) des Druckreglers (4) und demnach der Quotient beider Drücke (p a1/p a4), unabhängig vom Volumenstrom, ebenfalls kon­ stant ist.1. Flow meter with a, from the fluid flow gear NEN generator for generating electrical energy for the measuring electronics, an integrated, rechargeable voltage source and a display device, characterized in that a pressure regulator ( 1 ), seen in the flow direction of the fluid, behind the inflow pipe ( 2 ), via a connecting line ( 3 ) with a second pressure regulator ( 4 ), the sen valve stem ( 5 ) via a linkage ( 6 ) with a pointer ( 7 ) is coupled, and the position of this pointer ( 7 ) on the Display scale ( 9 ) is a measure of the volume flow ( D ), the pressure regulators ( 1 , 4 ) being arranged and designed such that the outlet pressure ( p a1 ) of the pressure regulator ( 1 ) is kept constant at a value which is greater is, as the likewise constant output pressure ( p a4 ) of the pressure regulator ( 4 ) and accordingly the quotient of both pressures ( p a1 / p a4 ), regardless of the volume flow, also constant i st. 2. Durchflußmeßgerät gemäß dem Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß-Elektronik (10) so geschaltet, und mit dem Sensor (8) für den Verstellweg (L) des Ventilschaftes (5) und dem Anzeige-Display (11) so verbunden ist, daß die gesamte Durchflußmenge des Fluids auf dem Anzeige-Display (11) ablesbar ist.2. Flow meter according to the main claim, characterized in that the measuring electronics ( 10 ) are switched and connected to the sensor ( 8 ) for the adjustment path ( L ) of the valve stem ( 5 ) and the display ( 11 ) that the total flow rate of the fluid can be read on the display ( 11 ). 3. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) über einen Meßwert-Umsetzer (26) mit Maximalwert- und Minimalwert- Vorgabe mit einem elektromechanisch auslösbaren Mechanismus (27) elektrisch so verbunden und geschaltet ist, daß bei über- oder unterschreiten der vorwählbaren maximalen bzw. minimalen Werte, der Ventilschaft (5) elektromechanisch in eine seiner Extremlagen verstellt wird, und die Durchströmöffnung (20) somit verschlossen wird.3. Flow meter according to claims 1-2, characterized in that the sensor ( 8 ) via a measured value converter ( 26 ) with maximum and minimum value specification with an electromechanically triggerable mechanism ( 27 ) is electrically connected and switched so that If the preselectable maximum or minimum values are exceeded or undershot, the valve stem ( 5 ) is electromechanically adjusted to one of its extreme positions, and the throughflow opening ( 20 ) is thus closed. 4. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Druckregler, Mangel­ sicherung und Rohrbruchsicherung integrierte Bestandteile des Durchflußmeßgerätes sind.4. Flow meter according to claims 1-3, characterized characterized that pressure regulator, lack Fuse and pipe rupture protection integrated components of the flow meter.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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