DE4308313A1 - Device for determining the flow rate of a fluid medium, following the differential pressure principle - Google Patents

Device for determining the flow rate of a fluid medium, following the differential pressure principle

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Abstract

A method often used for the inertia-free determination of the flow rate of fluid media is the method of forming the differential pressure across a throttle described exactly in terms of its construction within an effective pressure line in conjunction with the detection of the differential pressure. For a long time, the effective pressure in the throttle was produced by means of a reduced flow cross-section within a short path length. If the smallest flow rates are to be determined, very narrow cross-sections arise, which are associated with the risk of blockage of the effective pressure line. In the case of the device according to the invention, the effective pressure necessary for the measurement of the flow following the differential pressure method is produced by means of a sufficiently long throttle hose having a relatively large internal diameter. By this means, even the smallest flow rates can be measured without blockage of the effective pressure line.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflußrate eines fluiden Mediums nach dem Differenzdruckprinzip.The invention relates to a device for determining the Flow rate of a fluid medium according to the differential pressure principle.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die DE 34 31 891 bekanntgeworden.Such a device has become known from DE 34 31 891.

Zur trägheitsfreien Bestimmung der Durchflußrate von fluiden Medien ist die Methode der Differenzdruckausbildung an einer in der Bauart genau beschriebenen Drossel innerhalb einer Wirkdruckleitung in Verbindung mit der Messung des Differenzdruckes eine häufig angewendete Methode. Bedingung hierfür ist, daß die Druckdifferenz mindestens so groß ist, daß sie von den verwendeten Drucksensoren erfaßt werden kann.For the inertia-free determination of the flow rate of fluid media, the Method of differential pressure formation on one of the exact type described throttle within a differential pressure line in connection with the Measuring the differential pressure is a frequently used method. condition for this is that the pressure difference is at least so great that it from the pressure sensors used can be detected.

Im vorstehenden bekannten Fall wird der notwendige Wirkdruck mit Hilfe eines Feinregulierventiles in der Wirkdruckleitung erzeugt, wobei dieses Ventil die Drossel bildet.In the known case above, the necessary differential pressure is determined using a Fine control valve generated in the differential pressure line, this valve the Throttle forms.

Bekannt ist auch, den notwendigen Wirkdruck durch mindestens eine Blende als Drossel in der Wirkdruckleitung zu erzeugen (EP 0 166 502 und US-A-3,232,104). Auch sind entsprechende Vorrichtungen mit einer Düse als Drossel zur Wirkdruckerzeugung bekannt.It is also known to use the necessary differential pressure through at least one orifice Generate throttle in the differential pressure line (EP 0 166 502 and US-A-3,232,104). Corresponding devices with a nozzle are also considered Throttle known for generating differential pressure.

Diesen bekannten Vorrichtungen mit Ventilen, Düsen und Blenden als Drossel ist gemeinsam, daß sie den benötigten Wirkdruck durch einen verengten Flußquerschnitt innerhalb einer relativ kurzen Wegstrecke erzeugen. Wollte man mit einer derartigen Vorrichtung auch kleinste Durchflußraten messen, wären extrem kleine Durchflußöffnungen in der Drossel (< 0, 1 mm) notwendig. Derart kleine Durchlaßöffnungen sind jedoch einer sehr starken Gefahr einer Verstopfung ausgesetzt, so daß vorgenannte bekannte Vorrichtungen praktisch zur Messung kleiner Durchflußraten nicht geeignet sind. This known devices with valves, nozzles and orifices as a throttle common that they narrowed the required effective pressure by a Generate river cross-section within a relatively short distance. You wanted to would measure even the smallest flow rates with such a device extremely small flow openings in the throttle (<0.1 mm) are necessary. Such however, small passage openings are a very strong danger of Exposed to constipation, so that the aforementioned known devices are practically Measurement of low flow rates are not suitable.  

Durch die DE 28 54 056 A1 ist ein Durchflußmeßgerät zur Ermittlung kleiner pulsierender Flüssigkeitsströme bekannt geworden, bei dem der Durchfluß mit Hilfe einer Differentialdruckmessung über eine erste Fluidleitung mit einem ersten Strömungswiderstand gemessen wird, wobei das Durchflußmeßgerät eine Hochdruckseite in Form einer zweiten Fluidleitung mit einem zweiten Strömungswiderstand sowie eine Niederdruckseite in Form einer dritten Fluidleitung mit einem dritten Strömungswiderstand umfaßt und wobei die Strömungswiderstände so gewählt sind, daß die Drücke an jeder Seite des Differentialdruckmessers unabhängig von der Frequenz der Strömungspulsationen miteinander in Phase sind.From DE 28 54 056 A1, a flow meter for determining is smaller pulsating liquid flows become known, in which the flow with Using a differential pressure measurement over a first fluid line with a first flow resistance is measured, the flowmeter High-pressure side in the form of a second fluid line with a second one Flow resistance and a low pressure side in the form of a third Fluid line comprising a third flow resistance and wherein the Flow resistances are chosen so that the pressures on each side of the Differential pressure meter regardless of the frequency of the flow pulsations are in phase with each other.

Dieses bekannte Durchflußmeßgerät, bei dem die Fluidleitungen druckinduzierten Volumänderungen unterliegen, ist sehr aufwendig aufgebaut und benötigt einen schwer handhabbaren Differenzdrucksensor. Der verwendete Wirkdruckgeber ist für hochviskoses Blut dimensioniert und ist kein universell verwendbarer Sensor.This known flow meter, in which the fluid lines induced pressure Volume changes are very complex and requires one Difficult to handle differential pressure sensor. The differential pressure sensor used is Dimensioned for highly viscous blood and is not a universal sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Vorrichtung so auszubilden, daß sie für die Bestimmung auch kleinster Durchflußraten geeignet ist.The invention is based on the object, the device described above to be designed so that they can be used to determine even the smallest flow rates suitable is.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Drossel als relativ langer Drosselschlauch mit relativ großem Innendurchmesser ausgebildet ist, und die Schlauchlänge sowie der Innendurchmesser so bestimmt sind, daß zur Erzielung des vorgegebenen Gesamt-Fließwiderstandes (RG) der längenbedingte Reibungswiderstand (RR) im Drosselschlauch groß gegenüber seinem durchmesserbedingten Eingangswiderstand (RB) ist.This object is achieved according to the invention in that the throttle is designed as a relatively long throttling hose with a relatively large inner diameter, and the hose length and the inner diameter are determined in such a way that the length-related frictional resistance (R G ) is used to achieve the predetermined total flow resistance (R G ). R R ) in the throttle hose is large compared to its diameter-related input resistance (R B ).

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher der für eine Messung des Durchflusses nach dem Differenzdruckverfahren notwendige Wirkdruck durch einen ausreichend langen Schlauch mit relativ großem Innendurchmesser erzeugt. Dies bedeutet, daß auch sehr kleine Flußraten ohne die Gefahr einer Verstopfung der Wirkdruckleitung gemessen werden können. Der kleinste Meßbereich liegt etwa bei 10 µl/min H2O bzw. 100 µl/min Luft. Das wesentliche Element der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, daß ein relativ großer Innendurchmesser der Drossel (des Drosselschlauches) über eine lange Strecke den gleichen, für die Messung notwendigen Wirkdruck erzeugen kann. Im bekannten Fall wurde dieser Wirk-Meßdruck durch einen sehr verengten Flußquerschnitt innerhalb einer kurzen Wegstrecke erzeugt.In the device according to the invention, therefore, the effective pressure required for measuring the flow rate by the differential pressure method is generated by a sufficiently long hose with a relatively large inner diameter. This means that even very small flow rates can be measured without the risk of clogging the differential pressure line. The smallest measuring range is around 10 µl / min H 2 O or 100 µl / min air. The essential element of the present invention is therefore to be seen in the fact that a relatively large inner diameter of the throttle (the throttle hose) can generate the same effective pressure necessary for the measurement over a long distance. In the known case, this effective measuring pressure was generated by a very narrow flow cross section within a short distance.

Der durch den Drosselschlauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegebene Gesamtfließwiderstand RG setzt sich zusammen aus dem Widerstand RE am Eingang in den Drosselschlauch und dem Widerstand RR, der durch die Reibung, abhängig von der Viskosität des Fluids in dem Drosselschlauch, entsteht. Es gilt daher die Gleichung:The total flow resistance R G predetermined by the throttle hose of the device according to the invention is composed of the resistance R E at the inlet into the throttle hose and the resistance R R which arises from the friction, depending on the viscosity of the fluid in the throttle hose. The equation therefore applies:

RG = RE + RR R G = R E + R R

mit RG = Gesamtwiderstand; RE = Eingangswiderstand im Drosselschlauch und RR = Reibungswiderstand im Drosselschlauch, der umgekehrt proportional zum Durchmesser und proportional zur Länge des Schlauches ist.with R G = total resistance; R E = inlet resistance in the throttle hose and R R = friction resistance in the throttle hose, which is inversely proportional to the diameter and length of the hose.

Es kann also bei genügend großem RR ein relativ großer Innendurchmesser mit kleinem RE gewählt werden, der nicht der Gefahr von Verstopfungen ausgesetzt ist. Der Gesamtfließwiderstand RG ist dabei proportional dem Durchfluß.If the R R is large enough, a relatively large inner diameter with a small R E can be selected which is not exposed to the risk of blockages. The total flow resistance R G is proportional to the flow.

Als Drosselschläuche haben sich beispielsweise 1/16 Zoll Kunststoffleitungen mit einem Innendurchmesser von 0,2-1 mm und einer Länge von 5-200 cm bewährt. Sie sind im Fachhandel erhältlich. Das am besten geeignete Schlauchmaterial ist PTFE oder ein ähnlich fester Kunststoff (PVC, PMMA, PE, Polycarbonat etc.).For example, 1/16 inch plastic lines have been used as throttling hoses an inner diameter of 0.2-1 mm and a length of 5-200 cm. They are available from specialist dealers. The most suitable hose material is PTFE or a similarly strong plastic (PVC, PMMA, PE, polycarbonate etc.).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit Vorteil nahezu trägheitsfrei, ist sehr einfach aufzubauen und erschließt breite Anwendungsmöglichkeiten. The device according to the invention advantageously works almost without inertia very easy to set up and opens up a wide range of applications.  

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Messung von aggressiven Fluiden verwendet werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vor den Einlaß und hinter den Auslaß des Drosselschlauches jeweils eine Meßkammer mit verschlossenem Luftraum, der jeweils mit dem zugeordneten Druckaufnehmer in Wirkverbindung steht, in die Wirkdruckleitung geschaltet ist.The device according to the invention can also be used to measure aggressive Fluids are used if according to a development of the invention the inlet and behind the outlet of the throttle hose each a measuring chamber with closed airspace, each associated with the Pressure transducer is in operative connection, is connected in the differential pressure line.

Die Druckmessung erfolgt in diesem Fall in einer überstehenden Luftmasse. Dieser Luftdruck ist nahezu gleich dem Druck in dem Medium und dient als Meßgröße.In this case, the pressure is measured in a protruding air mass. This air pressure is almost equal to the pressure in the medium and serves as Measurand.

Vorzugsweise wird die Druckdifferenz mit einem Drucksensor erfaßt, der einen piezoresistiven Sensor enthält.The pressure difference is preferably detected using a pressure sensor, the one contains piezoresistive sensor.

Da die Meßgröße von dem jeweils verwendeten Drosselschlauch abhängt, ist eine entsprechende Eichung notwendig. Die Kalibrierung des jeweils verwendeten Drosselschlauches erfolgt bei konstantem Durchfluß und konstanter Temperatur über eine vorgegebene Zeitspanne unter Messen des gesamten Durchlaufvolumens. Die Durchflußmenge hängt dabei im wesentlichen von der Viskosität des Mediums und unter Umständen auch von der Struktur des Mediums selbst ab.Since the measured variable depends on the throttle hose used, one is appropriate calibration necessary. The calibration of the used one Throttle hose takes place at constant flow and temperature over a given period of time while measuring the total Throughput volume. The flow rate depends essentially on the Viscosity of the medium and possibly also from the structure of the Medium itself.

Wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zwischen dem zu messenden Medium und den Zuleitungen zu den Druckaufnehmern eine Membran geschaltet ist, lassen sich auch aggressive Gase im Durchfluß einstellen.If according to a development of the invention between the one to be measured Medium and the supply lines to the pressure transducers switched a membrane aggressive gases can also be set in the flow.

Ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Differenzdrucksensor mit einem die Druckaufnehmer umschließenden Plastikgehäuse, das Anschlußstutzen aufweist, die mit den Druckaufnehmern in Wirkverbindung stehen, und gekennzeichnet durch ein weiteres Gehäuse, in dem die Meßkammern aufgenommen sind, und das mit dem Gehäuse des Differenzdrucksensors mechanisch verbunden ist, wobei die Stutzen dichtend in den verschlossenen Luftraum der Meßkammern ragen, und das ferner Anschlüsse in Form von fittings für die Wirkdruckleitung und den Drosselschlauch aufweist, dann ergibt sich ein kompaktes Bauelement, das in vielen Verwendungen einsetzbar ist.The device is characterized by a differential pressure sensor with a the plastic housing enclosing the pressure transducer, the connecting piece has, which are operatively connected to the pressure transducers, and characterized by another housing in which the measuring chambers are included, and that with the housing of the differential pressure sensor is mechanically connected, the nozzle sealing in the closed Airspace of the measuring chambers protrude, and the connections in the form of  fittings for the differential pressure line and the throttle hose, then results a compact component that can be used in many applications.

Vorzugsweise findet die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung als Istwert- Geber einer Regelung auf konstanten Durchfluß.The device according to the invention is preferably used as an actual value Control of constant flow.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben. Dabei ergeben sich weitere ausgestaltende Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.Based on the embodiments shown in the drawings Invention described in more detail. This results in further design Features, advantages and possible uses of the invention.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows the schematic structure of the device according to the invention,

Fig. 2 die bauliche Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, Fig. 2 shows the structural design of the device according to Fig. 1 in schematic representation,

Fig. 3 eine Eichkurve eines bestimmten Drosselschlauches, Fig. 3 is a calibration curve of a particular reactor tube,

Fig. 4 eine Meßkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Membran zur Behandlung steriler Flüssigkeiten und aggressiver Gase, Fig. 4 shows a measuring chamber of the inventive device with a membrane for the treatment of sterile fluids and aggressive gases,

Fig. 4a eine Eichkurve mit einer Membran-Meßkammer nach Fig. 4, FIG. 4a, a calibration curve with a membrane-measurement chamber according to Fig. 4,

Fig. 5 eine Dosierregelung mit einer Vorratsflasche, Fig. 5 shows a dosing control with a storage bottle,

Fig. 6 eine Dosierregelung mit einem dreiwandigen Plastikbehälter, und Fig. 6 is a dosing control with a three-walled plastic container, and

Fig. 7 eine Dosierregelung mit einer Schlauchpumpe. Fig. 7 is a metering control with a peristaltic pump.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflußrate eines Mediums, das in Pfeilrichtung in einer Wirkdruckleitung 1 fließt. In diese Leitung 1 ist eine Drossel in Form eines Drosselschlauches 2, auch Widerstandsschlauch genannt, (mittelbar) geschaltet. Dieser Drosselschlauch hat eine relativ große Länge, was durch die Windungen angedeutet ist, und besitzt einen relativ großen Innendurchmesser. Die Schlauchlänge und der Innendurchmesser sind dabei so bestimmt, daß zur Erzielung eines vorgegebenen Gesamt-Fließwiderstandes der längenbedingte Reibungswiderstand im Drosselschlauch groß gegenüber seinem durchmesserbedingten Eingangswiderstand ist. Fig. 1 shows a device for determining the flow rate of a medium flowing in the arrow direction in a differential pressure line 1. A throttle in the form of a throttle hose 2 , also called a resistance hose, is (indirectly) connected to this line 1 . This throttle hose has a relatively large length, which is indicated by the turns, and has a relatively large inner diameter. The length of the hose and the inside diameter are determined in such a way that the length-related frictional resistance in the throttle hose is large compared to its diameter-related input resistance in order to achieve a predetermined total flow resistance.

Vor den Einlaß des Drosselschlauches 2 ist eine Meßkammer 3 mit verschlossenem Luftvolumen geschaltet. Eine gleiche Meßkammer 4 ist hinter den Auslaß des Drosselschlauches 2 geschaltet. Die Meßkammern 3, 4 sind entsprechend der sich einstellenden Druckdifferenz unterschiedlich hoch mit dem fluiden Medium angefüllt. Die Stutzen E bzw. A stellen dabei den Eingang bzw. den Ausgang der Vorrichtung hinsichtlich des Anschlusses an die Wirkdruckleitung 1 dar. Der Drosselschlauch 2 ist an die unteren Öffnungen 11 der Meßkammern 3, 4 angeschlossen.Before the inlet of the throttle hose 2 , a measuring chamber 3 with a closed air volume is connected. The same measuring chamber 4 is connected behind the outlet of the throttle hose 2 . The measuring chambers 3 , 4 are filled with the fluid medium at different heights in accordance with the pressure difference that arises. The sockets E and A represent the input and the output of the device with regard to the connection to the differential pressure line 1. The throttle hose 2 is connected to the lower openings 11 of the measuring chambers 3 , 4 .

Zur Erfassung der über dem Drosselschlauch 2 sich durchflußabhängig aufbauenden Druckdifferenz P1-P2 ist ein Differenzdrucksensor 5 vorgesehen. Derartige Sensoren sind in den verschiedensten Ausführungen im Handel erhältlich. So findet vorzugsweise ein Drucksensor der Fa. Honeywell, Typ 142SCo1D für Differenzdrücke mit einem Meßbereich von 0,5-63 hPa Anwendung. Dieser Differenzdrucksensor 5 weist ein Plastikgehäuse 8 mit Stutzen 6, 7 auf, die in den Luftraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in der zugeordneten Meßkammer 3, 4 dichtend eingeführt sind. Das in zwei Kammern geteilte Sensorgehäuse 8 enthält einen piezoresistiven Druckaufnehmer 9, der temperaturkompensiert, kalibriert und mit einem Verstärker versehen ist. Der Differenzdrucksensor 5 liefert daher an den Ausgangsklemmen 5a eine lineare Ausgangsspannung, die zur Anzeige bzw. Steuerung und Regelung des Durchflusses verwendet werden kann. Die sich über dem Drosselschlauch 2 einstellende Druckdifferenz P1 (der höhere Eingangsdruck) minus P2 (der niedrigere Ausgangsdruck), der von dem Differenzdrucksensor elektrisch abgebildet wird, ist dabei proportional dem Durchfluß (in ml/min).A differential pressure sensor 5 is provided for detecting the pressure difference P1-P2 that builds up as a function of the flow via the throttle hose 2 . Such sensors are commercially available in a wide variety of designs. For example, a pressure sensor from Honeywell, type 142SCo1D, is preferably used for differential pressures with a measuring range of 0.5-63 hPa. This differential pressure sensor 5 has a plastic housing 8 with connecting pieces 6 , 7 , which are sealingly inserted into the air space above the liquid level in the associated measuring chamber 3 , 4 . The sensor housing 8 , which is divided into two chambers, contains a piezoresistive pressure sensor 9 which is temperature-compensated, calibrated and provided with an amplifier. The differential pressure sensor 5 therefore provides a linear output voltage at the output terminals 5 a, which can be used to display or control and regulate the flow. Which is established over the throttle tube 2 pressure difference P1 (the higher inlet pressure) minus P2 (the lower output pressure) is mapped electrically from the differential pressure sensor is proportional to the flow rate (in ml / min).

Die Messung des Druckes vor und hinter dem Drosselschlauch setzt grundsätzlich voraus, daß der Anschluß eines Druckaufnehmers ermöglicht wird. Dies geschieht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, um Kontakt mit einer eventuell aggressiven Flüssigkeit zu vermeiden, durch (indirekte) Messung der Drücke P1 und P2 im verschlossenen Luftraum einer Meßkammer 3, 4 im Ein- und Auslaß des Drosselschlauches 2. Dieser Luftdruck ist nahezu gleich dem Druck in der Flüssigkeit in der Wirkdruckleitung 1 und dient als Meßgröße. Die Ansprechzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei kleiner als 1 ms.The measurement of the pressure upstream and downstream of the throttle hose generally requires that a pressure transducer can be connected. This is done in the embodiment of Fig. 1 to avoid contact with a potentially aggressive fluid, by (indirect) measuring the pressures P1 and P2 in the sealed air space of the measuring chamber 3, 4 in the inlet and outlet of the reactor tube 2. This air pressure is almost equal to the pressure in the liquid in the differential pressure line 1 and serves as a measured variable. The response time of the device according to the invention is less than 1 ms.

Die Fig. 2 zeigt die bauliche Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 1 in schematischer Darstellung mit verschiedenen Ansichten. Die Meßkammern 3 und 4 sind in einem geschlossenen Gehäuse 10 integriert und mit den Stutzen 7, 8 des Differenzdrucksensors 5 mechanisch verbunden. Die Öffnungen E und A stellen die Anschlüsse der Vorrichtung dar, die handelsübliche fittings aufweisen. Solche handelsübliche fittings 11, die z. B. unter dem Warennamen Omnifit bzw. Swagelok bekannt geworden sind, sind auch zum Anschluß des Drosselschlauches 2 vorgesehen. Als Drosselschläuche haben sich beispielsweise 1/16-Zoll Kunststoffleitungen mit einem Innendurchmesser von 0,2-1 mm und einer Länge von 5-200 cm bewährt. Sie sind im Fachhandel erhältlich. Die am besten geeigneten Materialien sind PTFE oder ähnliche feste Kunststoffe. So ist vorzugsweise auch das Gehäuse 10 aus PTFE, PMMA-Glas etc. gearbeitet. FIG. 2 shows the construction of the device according to FIG. 1 in a schematic representation with different views. The measuring chambers 3 and 4 are integrated in a closed housing 10 and mechanically connected to the nozzle 7 , 8 of the differential pressure sensor 5 . The openings E and A represent the connections of the device which have commercially available fittings. Such commercially available fittings 11, the z. B. have become known under the trade name Omnifit or Swagelok, are also provided for connecting the throttle hose 2 . For example, 1/16-inch plastic lines with an inner diameter of 0.2-1 mm and a length of 5-200 cm have proven themselves as throttling hoses. They are available from specialist dealers. The most suitable materials are PTFE or similar solid plastics. The housing 10 is preferably also made of PTFE, PMMA glass, etc.

Der jeweils verwendete Drosselschlauch muß (hinsichtlich des elektrischen Signals des Differenzdrucksensors) kalibriert werden. Eine entsprechende Eichkurve zeigt Fig. 3.The throttle hose used must be calibrated (with regard to the electrical signal of the differential pressure sensor). A corresponding calibration curve is shown in FIG. 3.

Auf der Ordinate ist der Durchfluß in ml/min angegeben und auf der Abszisse ist das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 5 in Volt angegeben. Die empirisch aufgenommene Kurve nach Fig. 3 zeigt eine nahezu lineare Beziehung zwischen beiden Größen. Die Neigung der Gerade hängt von dem Schlauchtyp ab (bei gegebener Viskosität des Fluids, hier 0,1 molare NaOH in Wasser). Für jeden Schlauchtyp und jedes Medium ist daher eine Eichung gemäß Fig. 3 notwendig, die bei der Einstellung der signalverarbeitenden Stufen, wie später noch erläutert, zu berücksichtigen ist. Die Kalibrierung erfolgt bei konstantem Durchfluß über eine bekannte Zeitspanne unter Messen des gesamten Durchlaufvolumens.The flow in ml / min is indicated on the ordinate and the output signal of the differential pressure sensor 5 is indicated in volts on the abscissa. The empirically recorded curve according to FIG. 3 shows an almost linear relationship between the two quantities. The slope of the straight line depends on the type of hose (given the viscosity of the fluid, here 0.1 molar NaOH in water). A calibration according to FIG. 3 is therefore necessary for each hose type and each medium, which must be taken into account when setting the signal processing stages, as will be explained later. The calibration is carried out at constant flow over a known period of time by measuring the total flow volume.

Im medizinischen Bereich kommt es auf ein hohes Maß an Sterilität an um die Sterilität des in der Wirkdruckleitung strömenden Fluids zu gewährleisten, ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, einschlägig bekannte Membrane bzw. Sterilfilter einzusetzen. Eine solche Ausführungsform zeigt die Fig. 4. In dieser Fig. 4 ist eine Meßkammer 12 - entsprechend den Meßkammern der Fig. 1 - dargestellt, die im oberen, erweiterten Teil 12a, eine Membran bzw. ein Sterilfilter 13 aufweist. Zu beachten ist hierbei, daß das Luftvolumen oberhalb der Membran 13 möglichst klein ist, um die Ausweitung der Membran gering zu halten. Als Membran kann insbesondere eine Kunststoffmembran mit entsprechender Mikro-Porengröße Verwendung (0,22 µm) finden. Eine Vorrichtung mit Meßkammern nach Fig. 4 ist auch für Verwendungen mit aggressiven Gasen oder Flüssigkeiten geeignet, wobei bei wäßrigen Flüssigkeiten vorteilhafterweise eine hydrophobe Membran eingesetzt wird.In the medical field, a high degree of sterility is important in order to ensure the sterility of the fluid flowing in the differential pressure line. According to one embodiment of the invention, it is expedient to use known membranes or sterile filters. Such an embodiment is shown in FIG. 4. This FIG. 4 shows a measuring chamber 12 - corresponding to the measuring chambers of FIG. 1 - which has a membrane or a sterile filter 13 in the upper, enlarged part 12 a. It should be noted here that the air volume above the membrane 13 is as small as possible in order to keep the expansion of the membrane small. In particular, a plastic membrane with a corresponding micro-pore size (0.22 μm) can be used as the membrane. A device with measuring chambers according to FIG. 4 is also suitable for use with aggressive gases or liquids, a hydrophobic membrane advantageously being used for aqueous liquids.

Anstelle der Unterbringung der Membran in der Meßkammer 12 ist es auch denkbar, einen Differenzdrucksensor 5 mit Membrantrennung zu verwenden. Auch derartige Sensoren sind im Handel erhältlich.Instead of accommodating the membrane in the measuring chamber 12 , it is also conceivable to use a differential pressure sensor 5 with membrane separation. Such sensors are also commercially available.

Die Eichkurve für einen Membransensor nach Fig. 4 ist in der Fig. 4a dargestellt. Die Fig. 4 entspricht letztlich der Eichkurve nach Fig. 3, wobei jedoch auf der Ordinate die Signalspannung des Differenzdrucksensors 5 und auf der Abszisse der Durchfluß in ml/min dargestellt sind, und zwar für Wasser als Fluid. Es wurde bei dieser Messung (Raumtemperatur) ein Drosselschlauch mit einem Innendurchmesser von 1 mm und einer Länge von 50 cm eingesetzt. Auch die Fig. 4a zeigt die lineare Abhängigkeit der Meßwerte, die bei der elektronischen Signalverarbeitung entsprechend zu berücksichtigen sind.The calibration curve for a membrane sensor according to FIG. 4 is shown in FIG. 4a. FIG. 4 ultimately corresponds to the calibration curve according to FIG. 3, the signal voltage of the differential pressure sensor 5 being shown on the ordinate and the flow in ml / min being shown on the abscissa, specifically for water as a fluid. In this measurement (room temperature), a throttling hose with an inner diameter of 1 mm and a length of 50 cm was used. Also, Fig. 4a shows the linear dependence of the measured values which are to be taken into account in the electronic signal processing.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für zahlreiche Verwendungen geeignet. Eine sehr häufige Anwendung besteht darin, Flüssigkeiten aus einem Vorratsbehälter durch Aufgabe eines gesteuerten Überdruckes im Vorratsbehälter mit konstanter oder programmierbarer Geschwindigkeit völlig pulsationsfrei zu dosieren. Dies ist für die Medizintechnik ebenso interessant wie im analytisch technischen Bereich.The device according to the invention is suitable for numerous uses. A very common application is to make liquids from one Storage container by applying a controlled overpressure in the storage container with constant or programmable speed completely pulsation-free dose. This is as interesting for medical technology as it is analytically technical area.

Entsprechende Dosiereinrichtungen, insbesondere für einen konstanten Durchfluß, sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt dabei eine Dosierung mit Vorratsflasche, die Fig. 6 eine Dosierung mit einem dreiwandigen Plastikbehälter. Gemäß Fig. 5 ist in den Fließweg einer zu injizierenden Flüssigkeit zwischen einer Vorratsflasche 14 für die Flüssigkeit und einer Injektionsnadel 15 die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 oder 10 geschaltet. Mittels einer Luftpumpe 16 wird über ein Sterilfilter 17 und eine Nadel 18 im abgeschlossenen Raum 14a oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Vorratsflasche 14 ein gesteuerter Überdruck erzeugt, der die Flüssigkeit aus der Vorratsflasche über das Steigrohr 14b austreibt. Zur Steuerung der Dosis (d. h. des Durchflusses) in die Injektionsnadel 15 ist das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einen Komparator 19 geschaltet, dem zugleich das Signal eines Sollwertgebers 20, der die Charakteristika des verwendeten Drosselschlauches (durch die Eichkurve) und die Viskosität der zu behandelnden Flüssigkeit mit berücksichtigt, zugeführt ist. Es ist ferner eine Stufe 21 zur Anzeige des sich einstellenden Druckdifferenzsignals, d. h. des Durchflusses, vorgesehen. Mit Hilfe des Komparators wird die Pumpe 16 selbsttätig so eingestellt, daß im Raum 14a der Vorratsflasche ein Druck erzeugt wird, der den von dem Sollwert vorgegebenen Durchfluß in der Injektionsnadel erzeugt.Corresponding metering devices, in particular for a constant flow, are shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a dosing with storage bottle, Fig. 6 is a dose with a triple-walled plastic container. Referring to FIG. 5, the device of the invention connected in a liquid to be injected between a storage bottle 14 for the fluid and an injection needle 15 5 or 10 in the flow path. By means of an air pump 16 , a controlled overpressure is generated via a sterile filter 17 and a needle 18 in the closed space 14 a above the liquid level in the storage bottle 14 , which expels the liquid from the storage bottle via the riser pipe 14 b. To control the dose (ie the flow) into the injection needle 15 , the output signal of the differential pressure sensor 5 of the device according to the invention is connected to a comparator 19 , which at the same time receives the signal from a setpoint generator 20 , which shows the characteristics of the throttle hose used (through the calibration curve) and the viscosity the liquid to be treated is also taken into account. A stage 21 is also provided for displaying the pressure difference signal which is set, ie the flow. With the aid of the comparator, the pump 16 is automatically set so that a pressure is generated in the space 14 a of the storage bottle, which generates the flow rate in the injection needle that is predetermined by the setpoint.

Durch die Verwendung von Bauelementen mit entsprechender Empfindlichkeit läßt sich eine sehr feinfühlige Regelung des Durchflusses erzielen.By using components with appropriate sensitivity a very sensitive regulation of the flow can be achieved.

Bei der Dosiereinrichtung nach Fig. 6 ist anstelle der Vorratsflasche ein dreiwandiger Plastikbehälter 22 vorgesehen, der einen Luftraum 22a, der mit der Nadel 18 in Verbindung steht, und einen Flüssigkeitsraum 22b aufweist, wobei die Flüssigkeit über den Auslaß 22c austreibbar ist. Wird mittels der Pumpe 16 Luft in den Raum 22a des Plastikbehälters 22 eingebracht, weitet sich dieser Raum immer mehr aus und treibt eine entsprechende Menge an Flüssigkeit aus dem Raum 22b über die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 + 10 in die Injektionsnadel 15. Die Regelung des Durchflusses erfolgt wie im Fall der Einrichtung nach Fig. 5.In the metering device according to FIG. 6 is a dreiwandiger plastic container 22, instead of the reservoir bottle is provided which has an air space 22 a which communicates with the needle 18 in connection, and a liquid space 22 b with the liquid via the outlet 22 c can be expelled. If air is introduced into the space 22 a of the plastic container 22 by means of the pump 16 , this space expands more and more and drives a corresponding amount of liquid from the space 22 b via the device 5 + 10 according to the invention into the injection needle 15 . The flow is regulated as in the case of the device according to FIG. 5.

Anstelle eines 2-Kammer-Kunststoffbeutels können auch zwei getrennte Beutel eingesetzt werden, von denen der eine mit der Luftpumpe verbunden ist und der andere die zu verabreichende Infusionslösung aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der mit Luft gefüllte zwischen zwei festen Platten (eines Gehäuses) zusammen mit dem Infusionsbeutel angeordnet.Instead of a two-chamber plastic bag, two separate bags can also be used are used, one of which is connected to the air pump and the others have the infusion solution to be administered. At this The embodiment is the one filled with air between two solid plates (one Housing) arranged together with the infusion bag.

Die Fig. 7 zeigt eine Steuerung/Regelung entsprechend den Fig. 5 und 6, angewendet auf eine peristaltische Pumpe 16a - auch Schlauchpumpe genannt. Aufgrund der in Fig. 7 dargestellten Regelung ist es möglich, die Pulsationen der Schlauchpumpe 16a vollständig aufzuzeichnen und durch die Elektronik 19-21 zu steuern bzw. zu regeln. FIG. 7 shows a control system according to FIGS. 5 and 6, applied to a peristaltic pump 16 a - also called a hose pump. On the basis of the control system shown in FIG. 7, it is possible to completely record the pulsations of the peristaltic pump 16 a and to control or regulate them by means of the electronics 19-21 .

Das gleiche gilt, wenn anstelle der Schlauchpumpe 16a eine schnell arbeitende Kolbenpumpe oder eine Spritzenpumpe verwendet wird. The same applies if, instead of the hose pump 16 a, a fast-working piston pump or a syringe pump is used.

Für alle Einrichtungen nach den Fig. 5-7 gilt, daß der Gesamtfluß durch einen Integrator bzw. alternativ durch die Laufzeit ermittelt werden kann. Es können alle Flüssigkeiten und Gase gemessen werden. Für sterile Flüssigkeiten und aggressive Gase findet der Membransensor nach Fig. 4 Anwendung. Auch können hochreine oder sensible Fluide schadlos gemessen werden.For all devices according to FIGS. 5-7, the total flow can be determined by an integrator or alternatively by the running time. All liquids and gases can be measured. The membrane sensor according to FIG. 4 is used for sterile liquids and aggressive gases. Highly pure or sensitive fluids can also be measured without damage.

Der Sensor kann dabei zwischen -40°C und +80°C betrieben werden, hat daher einen sehr weiten Anwendungsbereich.The sensor can be operated between -40 ° C and + 80 ° C, therefore has a very wide range of applications.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflußrate eines fluiden Mediums nach dem Differenzdruckprinzip, mit einer Drossel (2) mit vorgegebenem Fließwiderstand im Medienfluß einer Wirkdruckleitung (1) zur Erzeugung eines Druckunterschiedes (Wirkdruckes), mit einem Druckaufnehmer (8) auf der Hochdruckeingangsseite und einem Druckaufnehmer (9) auf der Niederdruckabstromseite der Drossel, die jeweils Teil eines Differenzdrucksensors (5) sind, der ein elektrisches Signal proportional dem Wirkdruck und damit dem Durchfluß erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel als relativ langer Drosselschlauch (2) mit relativ großem Innendurchmesser ausgebildet ist, und die Schlauchlänge sowie der Innendurchmesser so bestimmt sind, daß zur Erzielung des vorgegebenen Gesamt- Fließwiderstandes (RG) der längenbedingte Reibungswiderstand (RR) im Drosselschlauch groß gegenüber seinem durchmesserbedingten Eingangswiderstand (RB) ist.1. Device for determining the flow rate of a fluid medium according to the differential pressure principle, with a throttle ( 2 ) with a predetermined flow resistance in the media flow of a differential pressure line ( 1 ) for generating a pressure difference (differential pressure), with a pressure sensor ( 8 ) on the high pressure input side and a pressure sensor ( 9 ) on the low-pressure downstream side of the throttle, each of which is part of a differential pressure sensor ( 5 ) which generates an electrical signal proportional to the differential pressure and thus the flow, characterized in that the throttle is designed as a relatively long throttle hose ( 2 ) with a relatively large inner diameter is, and the hose length and the inner diameter are determined so that to achieve the predetermined total flow resistance (R G ) the length-related frictional resistance (R R ) in the throttle hose is large compared to its diameter-related input resistance (R B ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselschlauch (2) aus einem Kunststoffmaterial besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that the throttle hose ( 2 ) consists of a plastic material. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial PTFE ist.3. Device according to claim 2, characterized in that the Plastic material is PTFE. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Drosselschlauches (2) im Bereich 0,2-1 mm und die Schlauchlänge im Bereich 5-200 cm liegt. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner diameter of the throttle hose ( 2 ) is in the range 0.2-1 mm and the hose length in the range 5-200 cm. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Einlaß und hinter den Auslaß des Drosselschlauches (2) jeweils eine Meßkammer (3, 4, 12) mit verschlossenem Luftraum, der jeweils mit dem zugeordneten Druckaufnehmer (8, 9) in Wirkverbindung steht, in die Wirkdruckleitung (1) geschaltet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in front of the inlet and behind the outlet of the throttle hose ( 2 ) each have a measuring chamber ( 3 , 4 , 12 ) with a closed air space, each with the associated pressure sensor ( 8 , 9 ) is in operative connection, is switched into the differential pressure line ( 1 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdrucksensor (5) einen piezoresistiven Druckaufnehmer (8, 9) aufweist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the differential pressure sensor ( 5 ) has a piezoresistive pressure sensor ( 8 , 9 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdrucksensor (5) einen Meßbereich von 0,5-63 hPa besitzt.7. The device according to claim 6, characterized in that the differential pressure sensor ( 5 ) has a measuring range of 0.5-63 hPa. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu messenden Medium und den Zuleitungen (6, 7) zu den Druckaufnehmern eine Trennmembran (13) geschaltet ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a separating membrane ( 13 ) is connected between the medium to be measured and the feed lines ( 6 , 7 ) to the pressure transducers. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Druckaufnehmern (8, 9) zugewandte Raum der Meßkammer (12) eine trichterförmige Erweiterung (12a) aufweist und die Membran (13) im Bereich der Trichteröffnung angebracht ist.9. Apparatus according to claim 8 and 5, characterized in that the pressure transducers ( 8 , 9 ) facing the chamber ( 12 ) has a funnel-shaped extension ( 12 a) and the membrane ( 13 ) is attached in the region of the funnel opening. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und Anspruch 5 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Differenzdrucksensor (5) mit einem die Druckaufnehmer (8, 9) umschließenden Gehäuse, das Stutzen (7, 8) aufweist, die mit den Druckaufnehmern in Wirkverbindung stehen, und gekennzeichnet durch ein weiteres Gehäuse (10), in dem die Meßkammern (3, 4, 12) aufgenommen sind, und das mit dem Gehäuse des Differenzdrucksensors (5) mechanisch verbunden ist, wobei die Schlauchstutzen (7, 8) dichtend in den verschlossenen Luftraum der Meßkammern ragen, und das ferner Anschlüsse (E, A, 11) in Form von fittings für die Wirkdruckleitung (1) und den Drosselschlauch (2) aufweist.10. Device according to one of claims 1 to 4 and claim 5 or one of the following, characterized by a differential pressure sensor ( 5 ) with a housing enclosing the pressure transducer ( 8 , 9 ), the nozzle ( 7 , 8 ) having the pressure transducers are in operative connection, and are characterized by a further housing ( 10 ) in which the measuring chambers ( 3 , 4 , 12 ) are accommodated, and which is mechanically connected to the housing of the differential pressure sensor ( 5 ), the hose connectors ( 7 , 8 ) protrude sealingly into the closed air space of the measuring chambers, and which also has connections (E, A, 11 ) in the form of fittings for the differential pressure line ( 1 ) and the throttle hose ( 2 ). 11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Istwert-Geber einer Regelung auf konstanten Durchfluß.11. Use of the device according to one of claims 1 to 10 as actual value transmitter of a control to constant flow. 12. Verwendung nach Anspruch 11 mit einem Regelkreis, der eine Vorratsflasche (14) für die im Durchfluß zu regelnde Flüssigkeit, eine Injektionsnadel (15) für die Applikation der Flüssigkeit, eine Druckluftpumpe (1a) in Verbindung mit einem in die Vorratsflasche führenden Luftweg als Stellglied und einen auf die Pumpe geschalteten Regler in Form eines Komparators (19) und eines Sollwertgebers (20), der entsprechend der Eichkurve des verwendeten Drosselschlauches (2) und der Viskosität der einzustellenden Flüssigkeit vorprogrammiert ist, aufweist.12. Use according to claim 11 with a control circuit, the supply bottle ( 14 ) for the liquid to be controlled in the flow, an injection needle ( 15 ) for the application of the liquid, a compressed air pump ( 1 a) in connection with an air path leading into the supply bottle as an actuator and a controller connected to the pump in the form of a comparator ( 19 ) and a setpoint generator ( 20 ), which is preprogrammed according to the calibration curve of the throttle hose ( 2 ) used and the viscosity of the liquid to be set. 13. Verwendung nach Anspruch 12, bei der die Vorratsflasche für die im Durchfluß zu regelnde Flüssigkeit durch einen zwei Räume aufspannenden dreiwandigen elastischen Plastikbehälter (22) ersetzt ist, wobei sich in dem einen Raum (22b) die Vorratsflüssigkeit befindet und in den anderen Raum (22a) der Luftweg eingeführt ist. 13. Use according to claim 12, in which the storage bottle for the liquid to be regulated in the flow is replaced by a three-space, three-walled elastic plastic container ( 22 ), the storage liquid being in one space ( 22 b) and in the other space ( 22 a) the airway is introduced. 14. Verwendung nach Anspruch 11 mit einem Regelkreis, der als Stellglied eine Pumpe (16a) und einen Regler in Form eines Komparators (19) und eines Sollwertgebers (20), der entsprechend der Eichkurve des verwendeten Drosselschlauches (2) und der Viskosität der verwendeten Flüssigkeit vorprogrammiert ist, aufweist.14. Use according to claim 11 with a control circuit, the actuator as a pump ( 16 a) and a controller in the form of a comparator ( 19 ) and a setpoint generator ( 20 ), which corresponds to the calibration curve of the throttle hose ( 2 ) and the viscosity of the used liquid is preprogrammed.
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