DE69108935T2

DE69108935T2 - Flüssigkeitsmesser mit automatischer Stromerzeugung.

Info

Publication number: DE69108935T2
Application number: DE69108935T
Authority: DE
Inventors: Hajime Onoda; Wataru Sato
Original assignee: Kimmon Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kimmon Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-01-20
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2011-01-19
Also published as: EP0439070B1; EP0439070A1; DE69108935D1; US5199307A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator zur Erzeugung eines gepulsten Meßsignals, welches die Durchflußrate einer durch eine Passage fließenden Flüssigkeit darstellt, und zur Übertragung dieses Signals an einen an entfernter Stelle angeordneten Empfänger, mit
(1) einer Vorrichtung, die auf den Durchfluß anspricht, mit einem Mechanismus, der durch die Wirkung der durch die Passage fließenden Flüssigkeit gedreht wird, und einer von dem Mechanismus angetriebenen Erfassungswelle;
(2) einer Übertragungsvorrichtung, die auf die Drehkraft der Erfassungswelle anspricht und diese in eine intermittierende Drehung umwandelt;
(3) einer Vorrichtung zur Erzeugung eines gepulsten Signals zur Ausgabe eines gepulsten elektrischen Signals, das der Durchflußrate entspricht, durch Ausnutzung der von der Übertragungsvorrichtung bewirkten Drehung, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung eines gepulsten Signals folgendes aufweist:
(a) eine Drehwelle, die mit der Übertragungsvorrichtung verbunden ist und einen zylindrischen Dauermagneten mit N- und S-Polen trägt, welche sich, bezogen auf die Drehwelle, auf dessen gegenüberliegenden Seiten befinden;
(b) einen Kern, der sich in der Nähe des Magneten befindet und ein erstes sowie ein zweites Ende umfaßt, wobei die Achse des Kerns durch diese Enden verläuft und eine elektromagnetische Spule um den Kern herum gewickelt ist;
(c) ein erstes Polstück mit einem ersten Endabschnitt, der magnetisch mit dem ersten Ende des Kerns gekoppelt ist, und einem zweiten Endabschnitt, der bogenförmig ausgebildet ist, so daß er mit geringem Abstand um die Außenfläche des Magneten herum verläuft;
(d) ein zweites Polstück mit einem ersten Endabschnitt, der magnetisch mit dem zweiten Ende des Kerns gekoppelt ist, und einem zweiten Endabschnitt, welcher bogenförmig ausgebildet ist, so daß er auf der gegenüberliegenden Seite des Magneten, bezogen auf dessen Drehwelle, in geringem Abstand um seine Außenfläche herum verläuft.
Es sind Wassermesser mit automatischem Impulsgenerator bekannt, die als Fernmessungsinstrumente benutzt werden und über einen Stromerzeugungsmechanismus verfügen, der dafür ausgelegt ist, ein Signal abzugeben, das der Durchflußrate eines durch einen bestimmten Raum fließenden Strömungsmediums entspricht, ohne daß dazu eine externe Energiequelle erforderlich ist. Der Wassermesser weist ein Haupt- und ein Zusatzgehäuse auf, die getrennt voneinander ausgebildet sind. Das Hauptgehäuse hat einen Zufluß und einen Abfluß. Das Zusatzgehäuse hat eine zylindrische Form und beherbergt eine Empfängereinheit und einen Stromerzeugungsmechanismus oder eine Übertragungseinheit. Ein Flügelrad ist in einer Passage im Hauptgehäuse angeordnet und weist eine Drehwelle auf, die über eine erste geschwindigkeitsreduzierende Zahnradgruppe und eine Magnetkopplung mit einer zweiten geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe in dem Zusatz- oder Empfangsgehäuse verbunden ist. Der Stromerzeugungsmechanismus ist mit der zweiten geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe verbunden. Der Stromerzeugungsmechanismus dreht einen Magneten, wodurch in einem Kern einer elektromagnetischen Spule eine Änderung des magnetischen Flusses und dadurch eine auf Induktion beruhende magnetomotorische Kraft erzeugt wird.
Bei den derart gebauten Wassermessern mit automatischer Stromerzeugung wird zusätzlich zum Hauptgehäuse das Gehäuse der Empfängereinheit mit der darin eingebauten Übertragungseinheit vor Ort installiert. Der Magnet und der Kern der darüber angeordneten elektromagnetischen Spule sind koaxial in Richtung ihrer Höhe oder parallel zueinander angeordnet. Deshalb baut die Übertragungseinheit und folglich das Gehäuse der Empfängereinheit höher. Als Folge davon wird der mit der Übertragungseinheit ausgestattete Wassermesser sperriger und beansprucht daher für seine Installation mehr Raum. Durchflußmesser dieser Art sind aus den Druckschriften US-A-3 599 022 und DE-A-2 111 091 bekannt. In der zuletzt genannten wird dadurch Platz gespart, daß die Spule und der drehbare Magnet nebeneinander statt koaxial angeordnet sind. In der US-A-598 594 ist ein Durchflußmesser offenbart mit den Merkmalen der Beschreibungseinleitung, bei dem eine Achse des Spulenkerns senkrecht zur Wellenachse angeordnet ist. Hierin wird die Drehung des Magneten durch eine Feder verhindert, so daß er jedesmal zurückschnellt, wenn ein Impuls erzeugt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Durchflußmesser mit automatischer Impulserzeugung anzugeben, der als kompaktere Einheit an einer ansonsten unzugänglichen Stelle installiert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Durchflußmesser mit automatischer Impulserzeugung anzugeben, bei dem eine Übertragungseinheit kompakter ausgebildet sein kann und der dennoch eine größere elektromotorische Kraft gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Durchflußmesser mit automatischer Impulserzeugung zur Erzeugung eines gepulsten Meßsignals, wie er in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, worin der bogenförmig ausgebildete zweite Endabschnitt des ersten Polstücks kürzer ist als der bogenförmig ausgebildete zweite Endabschnitt des zweiten Polstücks, derart, daß der letztgenannte Abschnitt sich weiter um die Außenfläche des Magneten herum erstreckt als der erstgenannte Abschnitt.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung vermittelt ein besseres Verständnis, wenn sie im Zusammenhang mit den Zeichnungen gesehen wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Wassermesser mit automatischer Stromerzeugung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt eines Wassermessers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Erfassungsmechanismus, eines Übertragungsmechanismus und eines Magneten der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines schnellen, intermittierenden Antriebsmechanismus der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fign. 5 und 6 sind kein Teil der Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Stromerzeugungsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine charakteristische Kurve einer Ausgangsspannung eines Stromerzeugungsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine charakteristische Kurve einer Ausgangsspannung eines von der zweiten Ausführungsform verschiedenen Stromerzeugungsmechanismus;
Fig. 11 einen schematisch dargestellten Querschnitt einer Abwandlung des Stromerzeugungsmechanismus der zweiten Ausführungsform;
Fig. 12 eine charakteristische Kurve einer Ausgangsspannung bei einer Abwandlung des Stromerzeugungsmechanismus der zweiten Ausführungsform;
Fig. 13 einen Längsschnitt durch einen Wassermesser mit Drehkolben in schematischer Darstellung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fign. 14A bis 14D erläuternde Ansichten einer Reihe von Arbeitsvorgängen einer Meßeinheit mit Drehkolben gemäß der dritten Ausführungform;
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Figuren erläutert.
Fign. 1 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Wassermesser A mit Flügelrad, einen Empfänger B und ein Signalkabel C, welches die beiden genannten Einheiten verbindet.
Ein Wassermesserkörper oder -gehäuse 1 des Wassermessers A weist einen Zufluß 2 und einen Abfluß 3 auf. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Messergehäuse 1 eine Passage 4 auf, der an einem Ende mit dem Zufluß 2 und am anderen Ende mit dem Abfluß 3 verbunden ist. Eine Flügelradkammer 5 ist in der Passage 4 angeordnet und umfaßt ein Flügelrad 6, das dafür ausgelegt ist, durch einen Wasserstrom gedreht zu werden. Eine Vielzahl von Eingangsöffnungen 7 und Ausgangsöffnungen 8 ist in der Außenwand der Flügelradkammer 5 ausgebildet. Fließendes Wasser aus einem Wasserleitungsrohr tritt vom Zufluß 2 durch die Eingangsöffnungen 7 in die Flügelradkammer 5 und dreht das Flügelrad 6. Dann fließt das Wasser durch die Ausgangsöffnung 8 der Kammer 5 zum Abfluß 3. Durch das Fließwasser in der Passage 4 wird das Flügelrad 6 mit einer Drehzahl, die einem Durchfluß des Wassers entspricht, gedreht. Das Flügelrad 6 stellt einen Durchflußerfassungsmechanismus dar. Die Drehung einer Drehwelle 11 des Flügelrads 6 ist ein Maß für die Anzahl der Umdrehungen, die dem Durchfluß des durch die Passage 4 fließenden Wassers entspricht. Ein Sieb 9 ist am Zufluß 2 vorgesehen.
Die Drehwelle 11 des Flügelrads 6 ist über eine Magnetkopplung 12 mit einem Rotationsübertragungssystem in einer Durchflußmeßeinheit 10 gekoppelt. Die Magnetkopplung 12 weist ein Paar scheibenähnlicher Magnete 14 auf. Eine Übertragungsscheibe 14 der Magnetkopplung 12 ist am oberen Ende der Drehwelle 11 des Flügelrads 6 befestigt.
Die Durchflußmeßeinheit 10 ist in einem Gehäuse 15 aufgenommen, das auch als Gehäuse einer Signalerzeugungseinheit dient. Das Gehäuse 15 hat einen oberen Gehäuseteil 16, der einen zylindrischen, kronenähnlichen Aufbau hat, und einen unteren zylindrischen Gehäuseteil 17, der einen Boden aufweist, und ist in der Weise montiert, daß die Außenwand des oberen Gehäuseteils 16 in die Außenwand des unteren Gehäuseteils 17 eingefügt ist. Das Gehäuse 15 der Meßeinheit ist in eine Öffnung 18 des Wassermessergehäuses 1 derart eingepaßt, daß ein an der Außenfläche der äußeren Gehäusewand des oberen Gehäuseteils 16 vorgesehener Flansch 19 auf einen oberen Rand 21 der Öffnung 18 aufgesetzt wird, um das Gehäuse 15 mit Bezug auf das Messergehäuse 1 richtig zu positionieren. Der Flansch 19 wird mittels einer ringförmigen Klemmvorrichtung 23, die auf die Außenfläche des oberen Randabschnitts des Messergehäuses 1 aufgeschraubt wird, an das Messergehäuse 1 geklemmt. Auf diese Weise ist das Gehäuse der Meßeinheit 15 lösbar an dem Wassermessergehäuse 1 befestigt.
Eine Zwischenbodenplatte 25, eine untere Bodenplatte 26 und eine Abdeckplatte 27 sind in dem Gehäuse der Meßeinheit 15 in einer im wesentlichen mittleren bzw. unteren bzw. oberen Position angeordnet. Die Zwischenbodenplatte 25 und die Deckplatte 27 sind durch Schrauben 28 an ihren Randbereichen befestigt. Mindestens die untere Bodenplatte 26 ist aus einem nichtmagnetischen Material, z.B. AS- (Acrylnitril-Styrol) -Harz hergestellt. Eine Übertragungsmechanismuskammer 29 wird von der Zwischenplatte 25 und der unteren Bodenplatte 26 definiert und enthält ein Rotationsübertragungssystem, wie weiter unten erläutert werden wird. Die Zwischenbodenplatte 25 und die untere Bodenplatte 26 weisen Lagerabschnitte für Drehkörper, wie Zahnräder, des Rotationsübertragungssystems auf. In einem im wesentlichen mittleren Bereich der Kammer 29 ist ein Tragbolzen 31 vorgesehen, der an der Zwischenplatte 25 befestigt ist und sich nach unten erstreckt. Ein Zahnrad 32 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, am Tragbolzen 31 drehbeweglich befestigt. Die Scheibe 14 auf der Übertragungsseite der Magnetkopplung 12 ist am Zahnrad 32 in einer Weise befestigt, daß sie einem im wesentlichen mittleren Bereich der unteren Bodenplatte 26 unmittelbar gegenüberliegt.
Eine geschwindigkeitsreduzierende Zahnradgruppe 36 im Übertragungsmechanismus ist mit dein Zahnrad 32 verbunden. Eine Drehwelle für die betreffenden Zahnräder 35 in der geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe 36 ist zwischen der Zwischenbodenplatte 25 und der unteren Bodenplatte 26 drehbeweglich befestigt.
Die in Fig. 3 das Bezugszeichen 37 aufweisende Übertragüngswelle für ein Zahnrad 35 in der geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe 36 erstreckt sich in eine für einen Durchflußanzeigemechanismus vorgesehene Kammer 38, die von der Zwischenbodenplatte 25 und der Deckplatte 27 begrenzt wird. Eine Schnecke 39 ist am oberen Ende der Übertragungswelle 37 angebracht. Die Schnecke 39 greift mittels einer angetriebenen Vorrichtung 42 in eine Gruppe von Ziffernrädern 41 ein, die als Durchflußanzeiger aufrecht angeordnet sind. Die Ziffernräder 41 sind in der Deckplatte 27 gegenüber dem Sichtfenster 43 angeordnet, damit sie durch einen transparenten Bereich des oberen Gehäuseteiles 16 abgelesen werden können.
Der Ausgangsanschluß der geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe 36 ist mit einem Stromerzeugungsmechanismus 46 durch einen schnellen intermittierenden Antriebsmechanismus 45 im Übertragungsmechanismus gekoppelt. Ein Stromerzeugungsmechanismus 46 ist in der vorerwähnten Kammer 38 zwischen der Zwischenbodenplatte 25 und der Deckplatte 27 so angeordnet, daß er an das Ziffernrad 41 angrenzt.
Wie in Fig. 4 dargestellt, umfaßt der Mechanismus 45 einen Mechanismus zum vorübergehenden Speichern der Drehkraft 51, mit einer flachen Spiralfeder 52, einer Arretiernocke 53, einer Entarretiernocke 54 und einem Arretierrad 55. Ein Zahnrad 57 zum Aufziehen der flachen Spiralfeder 52 und die Entarretiernocke 54 sind mit einer Drehwelle eines von der geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe 36 angetriebenen Zahnrades 56 verbunden, so daß sie zusammen mit der Drehwelle gedreht werden. Die Entarretiernocke 54 weist eine Nockenausnehmung 59 zur Aufnahme eines Bolzens 58 aus, der sich von der Arretiernocke 53 koaxial zur Entarretiernocke 54 erstreckt. Wenn die Entarretiernocke 54 um einen Betrag, der einer Weite der Nockenausnehmung 59 entspricht, gedreht wird, wird die Arretiernocke 53 um eine Einheit gedreht. Am Außenumfang der Arretiernocke 53 ist eine Ausnehmung 63 vorgesehen, so daß einer der Zähne 62 der Arretierscheibe 55 in die Ausnehmung 63 der Arretiernocke 53 eingreift. Das Arretierrad 55 ist über die flache Spiralfeder 52 mit einem Zahnrad 60 verbunden, das mit dem Zahnrad 57 in Eingriff steht. Die Drehkraft der Arretierscheibe 55 wird auf ein Zahnrad 64 übertragen, das koaxial zur Arretierscheibe 55 montiert ist. Ein Antriebszahnrad 65 des Stromerzeugungsmechanismus 46 steht mit dem Zahnrad 64 in Eingriff. Die Drehung des Zahnrads 64 wird auf das Antriebszahnrad 65 übertragen. Solange sich der äußere Umfangsrand der Arretiernocke 53 in einer Stellung zwischen den Zähnen 62 befindet, kann sich die Arretierscheibe 55 nicht weiterdrehen. Wenn die Arretiernocke 53 weitergedreht wird, so daß der Zahn 62 der Arretierscheibe 55 mit der Ausnehmung 63 der Arretiernocke 53 in Eingriff gebracht wird, wird die Arretierscheibe 55 um eine Einheit unter Speicherung eines Energiebetrags in der flachen Spiralfeder 52 gedreht. Die gespeicherte Energie der Feder 52 bewirkt, daß sich der Stromerzeugungsmechanismus 46 vorübergehend dreht. Das Zahnrad 56 hat ein Einrastzahnrad 66, in das eine Sperrklinke 67 eingreift. Die Rückwärtsdrehung des Einrastzahnrades 66 wird von der Sperrklinke 67 verhindert. Von einer eng gewickelten Spulenfeder 68 wird eine elastische Kraft gegen das Einrastzahnrad 66 ausgeübt.
Wie oben erläutert, strömt das fließende Wasser durch den Zufluß 2 des Wassermessergehäuses 1 in die Passage 4, erreicht das Flügelrad 6 und verursacht eine Drehung desselben um einen Betrag, der einem Betrag des durchgeflossenen Wassers entspricht. Die Drehkraft wird über die Magnetkopplung 12 auf das Zahnrad 32 des Übertragungsmechanismus übertragen. Die Drehkraft des Zahnrades 32 wird über die geschwindigkeitsreduzierende Zahnradgruppe 36 auf das Ziffernrad 41, das als Anzeigemechanismus dient, übertragen und zeigt einen Betrag durchgeflossenen Wassers an. Gleichzeitig wird die vorerwähnte Drehkraft über die geschwindigkeitsreduzierende Zahnradgruppe 36 zu dem schnellen intermittierenden Antriebsmechanismus 45 übertragen und versetzt dabei den Stromerzeugungsmechanismus 46 vorübergehend in eine intermittierende Drehung.
Ein Stromerzeugungsmechanismus 46, mit einem Aufbau wie in Fign. 5 bis 7 dargestellt, besteht aus Elementen, die zwischen einem Paar nichtmagnetischer Platten 71, 71 (obere und untere Platte) angeordnet sind. Der Mechanismus 46 ist eng an die Ziffernräder 41 angrenzend angeordnet. Im Stromerzeugüngsmechanismus 46 sind ein zylindrischer Magnet (Rotor) 72 und eine elektromagnetische Spule 73 in einer axialen Richtung der Ziffernräder 41 wie in einer seriellen Anordnung angeordnet. Die Drehwelle 75 ist durch ein nichtmagnetisches Manschettenrohrstück 74 an dem zylindrischen Magneten 72 befestigt, wobei beide Enden der Welle 75 drehbar in dem Plattenpaar 71, 71 befestigt sind. Die Drehwelle 75 ist in einer vertikalen Position angeordnet. Der zylindrische Magnet 72 ist drehbeweglich in aufrecht er Position im Gehäuse der Meßeinheit 15 befestigt. Das an der Drehwelle 75 des Magneten 72 befestigte Antriebszahnrad 65 empfängt eine Drehkraft vom Zahnrad 64 an der Ausgangsseite des Mechanismus 45 des Übertragungssystems und führt eine intermittierende Rotationsbewegung aus.
Der zylindrische Magnet 72 besteht aus einem Permanentmagneten, dessen Nord- und Südpol punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei, wie in Fig. 6 dargestellt, die Achse des zylindrischen Magneten 72 das Zentrum ist. Ein stabförmiger Kern 76 ist nahe beim Magneten 72 angeordnet, derart, daß er in seitlicher Richtung angeordnet ist, d.h. in einer Richtung rechtwinklig zum Magneten 72. Der Kern 76 ist fest in einen Hohlraum 78 eines Spulenträgers 77 eingefügt, und die elektromagnetische Spule 73 ist um den Spulenträger 77 gewickelt, wobei sich der stabförmige Kern 76 im Zentrum der Spule 73 befindet. Ein Ende eines ersten Stators 81 ist magnetisch und mechanisch mit einem Ende des stabförmigen Kerns 76 verbunden, und ein Ende eines zweiten Stators 82 ist magnetisch und mechanisch mit dem anderen Ende des stabförmigen Kerns 76 verbunden.
Die Höhe des Magneten 72, gemessen entlang der axialen Richtung seiner Drehwelle 75, ist im wesentlichen gleich einer Länge des ersten und zweiten Stators 81 und 82, gemessen entlang der axialen Richtung der Drehwelle 75 des Magneten 72. Weiterhin ist die Länge des Kerns 76 der elektromagnetischen Spule 73 im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Magneten 72.
Der erste und zweite Stator 81 und 82 weisen an ihren anderen Endabschnitten kreisbogenförmige Abschnitte 81a bzw. 82a auf. Der Magnet 72 ist mit dem Mechanismus 45 verbunden, und die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a der Statoren 81 und 82 liegen dem Magneten 72 betriebsbereit gegenüber, wobei sie sich um die äußeren Umfangsoberflächen seiner Nord- und Südpolbereiche herum erstrecken und dicht an sie angrenzen. Die betreffenden kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten und zweiten Stators stellen jeweils Abschnitte mit magnetischer Induktion bereit, die von den Nord- und Südpolen des Magneten 72 magnetisiert werden.
Wie in Fig. 6 dargestellt, haben die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten und zweiten Stators 81 und 82 die gleiche Länge, in und entlang der Umfangsrichtung des Magneten 72 gesehen. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a, die um die Außenoberfläche des Magneten herum verlaufen, sind entlang einer Grenzlinie l1, die den Nord- und Südpol des Magneten 82 durch das Zentrum des Magneten hindurch verbinden, und entlang einer Grenzlinie l2, die rechtwinklig zur Linie l1 verläuft, hinsichtlich ihrer Länge symmetrisch.
Wie in Fign. 5 und 6 dargestellt, erfahren die Nord- und Südpolbereiche des Magneten 72 im stationären Zustand des Magneten 72 eine magnetische Anziehung zu den kreisbogenförmigen Abschnitten 81a und 82a des ersten bzw. zweiten Stators 81 und 82, wobei der kreisbogenförmige Abschnitt des ersten Stators 81 zu einem Südpol und der kreisbogenförmige Abschnitt des zweiten Stators 82 zu einem Nordpol magnetisiert wird und das eine Ende des Kerns 76, das mit dem ersten Stator verbunden ist, zum Nordpol und das andere Ende des Kerns 76, das mit dem zweiten Stator 82 verbunden ist, zum Südpol magnetisiert wird. Wenn der Magnet 72 durch den Mechanismus 45 um einen Winkel von 180º vom vorerwähnten Zustand aus gedreht wird, werden Nord- und Südpol des Magneten 72 vertauscht, und ein entsprechender Polaritätswechsel vollzieht sich am ersten und zweiten Stator 81 und 82. D.h. die kreisbogenförmigen Abschnitte (Abschnitte magnetischer Induktion) 81a und 82a des ersten und zweiten Stators 81 und 82 werden zum Nord- bzw. Südpol magnetisiert, und gleichzeitig wird das eine Ende des Kerns 76, das mit dem ersten Stator 81 verbunden ist, zu einem Südpol magnetisiert und das andere Ende des Kerns 76, das mit dem zweiten Stator 82 verbunden ist, zu einem Nordpol. Da auf diese Weise bei jeder 180º-Drehung des Magneten 72 ein entgegengesetzter magnetischer Fluß im Kern 76 hervorgerufen wird, wird in der elektromagnetischen Spule 73 gemäß einem magnetischen Fluß eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt. Ein Schwingungssignal wird aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft bei jeder 180º-Drehung des Magneten 72 ausgegeben. Das Schwingungspulssignal wird von einem Terminal 83 über das Signalkabel C zum Empfänger B, der sich an einer entfernten Stelle befindet, übertragen. Der Empfänger B verarbeitet das empfangene Signal, konvertiert es in eine äquivalente Menge den Wassermesser durchfließenden Wassers und zeigt es auf einer numerischen Anzeigeeinheit 84 an.
Der Stromerzeugungsmechanismus 46 der Empfangseinheit des Wassermessers A ist im Gehäuse des Wassermessers 15 neben den Ziffernrädern 41 angeordnet. Die Drehwelle 75 des Magneten 72 ist axial in einer Richtung der Höhe der Ziffernräder 41 in dem Durchflußanzeiger und Gehäuse 105 ausgerichtet. Weiterhin kann der Stromerzeugungsmechanismus, da der Magnet 72 und die mit einem Kern versehene elektromagnetische Spule 73 im Stromerzeugungsmechanismus 46 nebeneinander entlang der Achse der Ziffernräder 41 angeordnet sind, im Gehäuse der Meßeinheit 15 untergebracht und als Ganzes kompakt ausgebildet werden.
Obwohl bei dieser Vorrichtung der Magnet (Rotor) 72 als von zylindrischer Form beschrieben wurde, kann z.B. ein stabförmiger Magnet an der Drehwelle 75 befestigt werden, so daß er sich in einer horizontalen Ebene dreht, vorausgesetzt, daß ein Magnet so ausgebildet ist, daß entgegengesetzte Pole bei der Rotation symmetrisch zueinander liegen.
In der vorerwähnten Anordnung umfaßt der Stromerzeugungsmechanismus einen drehbeweglich in aufrechter Position im Gehäuse der im Wassermesser untergebrachten Übertragungseinheit angeordneten Rotor, der ein Polpaar (Nord- und Südpol) aufweist, wobei seine Achse das Zentrum darstellt, einen in der Nähe des Rotors in einer Richtung, die senkrecht zum Rotor verläuft, angeordneten Kern, eine elektromagnetische Spule, die um den Kern herumgewickelt ist, und ein Statorenpaar, das dem Nord- bzw. Südpol des Rotors gegenüberliegt. Daher ist es möglich, einen kompakten Stromgenerator zu erhalten und damit einen niedrigeren Wassermesser, als eine konventionelle Ausführung es wäre, und einen als Ganzes kompakten Apparat. Der Durchflußmesser gemäß der vorliegenden Erfindung kann an einem Platz installiert werden, der ansonsten für einen Wassermesser mit automatisierter Stromerzeugung unzugänglich wäre. Des weiteren ist es möglich, da eine Konfiguration mit zwei Polen benutzt wird, um die induzierte elektromotorische Kraft des Stromerzeugungsmechanismus zu verstärken, einen verbesserten Wassermesser zu erhalten mit geringerem Drehmoment des Rotationsantriebs und geringerem Anfangsdurchfluß.
Obwohl in der beschriebenen Vorrichtung der zylindrische Magnet 72 als ein solcher beschrieben wurde, der als Rotor benutzt wird, kann ein Magnet mit symmetrisch zueinander liegenden entgegengesetzten Polen benutzt werden, wobei in diesem Fall ein Stabmagnet drehbar in einer horizontalen Ebene gelagert sein kann
Fign. 8 und 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen verwandt, um Teile oder Elemente zu bezeichnen, die denen in der vorangehenden Ausführungsform entsprechen, und deshalb wird auf weitere Erklärungen verzichtet, mit folgender Ausnahme. Diese besteht darin, daß ein kreisbogenförmiger Abschnitt 81a eines ersten Stators 81 von einem kreisbogenförmigen Abschnitt 82a eines zweiten Stators 82 hinsichtlich der Länge, über die sich diese kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a entlang der äußeren Umfangsfläche eines Magneten 72 erstrecken, verschieden ist. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82b des ersten bzw. zweiten Stators 81 und 82 sind in unsymmetrischem Verhältnis zum Magneten 82 angeordnet. Der kreisbogenförmige Abschnitt 81a des ersten Stators 81 ist bezüglich seiner Länge, wie oben erläutert, kürzer ausgebildet als der kreisbogenförmige Abschnitt 82a des zweiten Stators 82. In diesem Fall ist der kreisbogenförmige Abschnitt 82a des zweiten Stators 82 von der Art, daß ein vorderer Endabschnitt 82b und ein Basisendabschnitt 82c sich weiter erstrecken als in der ersten Ausführungsform. In diesem Fall erstreckt sich insbesondere der Basisendabschnitt 82c zu einer Mittellinie l2, und es besteht ein Verhältnis θ1 > θ2 zwischen einem Winkel θ1 einerseits, der von dem vorderen Ende des kreisbogenförmigen Abschnitts 81a und der Linie l2 gebildet wird, und einem Winkel θ2 andererseits, der von dem vorderen Ende des kreisbogenförmigen Abschnitts 82a und der Linie l2 gebildet wird.
Diese asymmetrische Anordnung der kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten und zweiten Stators 81 und 82 dreht eine stationäre Stellung des Magneten 72, der betriebsbereit ist, im Uhrzeigersinn weiter (s. Fig. 8). Ein Drehmoment des Rotationsantriebs bei der Drehung des Magneten 72 von einem anfänglichen Bereitzustand aus wird kleiner, und die Drehgeschwindigkeit des Magneten 72 wird erhöht. Daraus folgt eine größere Schwankung in einem magnetischen Fluß durch einen Kern 76 in der elektromagnetischen Spule 73. Gemäß dem Faradayschen Gesetz der magnetischen Induktion wird, wie in Fig. 9 dargestellt, in einer elektromagnetischen Spule 73 ein Signal (a) mit höherer Spannung erzeugt. Wie im Falle der ersten Ausführungsform werden im stationären Bereitzustand des Magneten 72 die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten und zweiten Stators 81 und 82 magnetisch vom Nord- bzw. Südpol des Magneten 72 angezogen, wobei ein Ende des Kerns 76 auf der Seite des ersten Stators 81 zum Nordpol und das andere Ende des Kerns 76 auf der Seite des zweiten Stators 82 zum Südpol magnetisiert wird. Da in diesem Zustand der Magnet 72 gedreht wird, entsteht keine entgegengesetzte Spannung.
Wenn der Magnet 72 einmal in eine umgekehrte Richtung gedreht wird, wird, wie in Fig. 10 dargestellt, eine entgegengesetzte Spannung b erzeugt, jedoch entwickelt sich, wie in Fig. 9 dargestellt, bei der vorhergehenden Anordnung keine entgegengesetzte Spannung b. Da, wie in Fig. 8 dargestellt, der kreisbogenförmige Abschnitt 82a des zweiten Stators 82 länger ausgebildet ist als der kreisbogenförmige Abschnitt 81a des ersten Stators 81, wird ein Drehmoment des Magneten 72, verglichen mit dem der vorhergehenden Ausführungsform, erheblich herabgesetzt. Es hat sich herausgestellt, daß in der in Fig. 8 gezeigten Anordnung das Drehmoment nur zwei Drittel des Drehmoments der in Fig. 6 gezeigten Anordnung beträgt und daß dadurch die Drehgeschwindigkeit des Magneten 72 erhöht wird. Wenn der Magnet 72 um einen Winkel von 180º gegenüber dem Zustand gedreht wird, in dem die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten bzw. zweiten Stators 81 bzw. 82 magnetisch vom Magneten 72 angezogen werden, wie in Fig. 8 dargestellt, ändern sich die Polaritäten der Statoren 81 und 82 abrupt. Als Folge davon entsteht eine größere Schwankung in einem magnetischen Fluß, der durch die elektromagnetische Spule 73 fließt, und es entsteht, in Übereinstimmung mit dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion, eine größere induzierte Leistung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, auch wenn der Stromerzeugungsmechanismus 46 als kleinere Einheit gebaut wird - ohne das Erfordernis einer starken flachen Spiralfeder 52 -, trotzdem möglich, eine vorgeschriebene Spannung zu erzeugen. Weiterhin kann der Wassermesser mit Stromerzeugung flacher ausgebildet werden, wodurch gewährleistet ist, daß er auch in eingeschränkter Örtlichkeit ohne weiteres angebracht werden kann, daß sein Rotator ein kleineres Drehmoment hat, die anfängliche Durchflußrate niedriger sein kann und die Leistung verbessert wird.
Bei der Anordnung der Übertragungseinheit der ersten Ausführungsform muß der Magnet 72 relativ hoch ausgebildet werden, damit ein höherer Ausgangsstrom erzeugt wird. Um dies zu vermeiden, ist der Magnet 72 von den kreisbogenförmigen Abschnitten 81a und 82a des ersten bzw. zweiten Stators 81 bzw. 82 eng umschlossen, und der Magnet wird, indem er nach rechts gedreht wird, in einen zurückgedrängten Zustand gezwungen. Wenn der Magnet 72 in diesem Zustand gedreht wird, beschleunigt er seine Drehgeschwindigkeit, und es entsteht, wie in Fig. 10 dargestellt, eine höhere Spannung. Jedoch wird eine unerwünschte Spannung entgegengesetzter Polarität in Form von Impulsen, manchmal in Form von zwei oder drei Impulsen, erzeugt, und es kann auf diese Weise ein Erfassungsfehler auftreten. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, diesen Nachteil auszuschalten.
Fign. 11 und 12 zeigen eine Abwandlung des Stromerzeugungsmechanismus 46 der zweiten Ausführungsform. In dieser Abwandlung ist ein kreisbogenförmiger Abschnitt 82a eines zweiten Stators 82 länger ausgebildet als ein kreisbogenförmiger Abschnitt 81a eines ersten Stators 81, jedoch ist das hintere Ende des zweiten Stators 82 genauso hoch wie das vordere Ende des zweiten Stators 82 an der Stelle seines kreisbogenförmigen Abschnitts 82a. Das hintere und vordere Ende des kreisbogenförmigen Abschnitts 82a des zweiten Stators 82 bilden mit einer Mittellinie l2 denselben Winkel. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 81a und 82a des ersten und zweiten Stators 81 und 82, die der Außenfläche des Magneten 72 in paralleler Beziehung gegenüberliegen, sind symmetrisch zur Mittellinie l2, welche zu einer Begrenzungslinie l1, die durch den Mittelpunkt des Magneten 72 sowie durch seinen Nord- und Südpol hindurch verläuft, senkrecht ist.
Bei dieser Abwandlung entsteht eine etwas geringere Ausgangsspannung als bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform, jedoch wird bei dieser Abwandlung ein Vorzug gegenüber der ersten Ausführungsform deutlich sichtbar.
Fign. 13 und 14 zeigen einen Wassermesser A mit Drehkolbenprinzip gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind ein Zufluß 2 und ein Abfluß 3 konzentrisch im unteren Bereich des Wassermessers 1 vorgesehen, und der Zufluß 2 ist um den Abfluß 3 herum ausgebildet und führt zu einer Einfließpassage 91 des Wassermessers 1. Die Einfließpassage 91 kommuniziert durch die Außenwand einer Durchflußmeßkammer 92 mit einer Eintrittsöffnung 93, die sich in der oberen Wand der Kammer 92 befindet. Eine Austrittsöffnung 94 ist in der unteren Wand der Kammer 92 vorgesehen. In der Kammer 92 ist ein Rotor (Kolben) 96 als Durchflußerfassungsvorrichtung angeordnet und hat eine zylindrische Außenwand 97 mit einer Ausnehmung 99, die in einem Teil der Außenfläche 97 ausgebildet ist. Der Wassermesser hat eine Trennwand und zylindrische Isolierwand 100 in der Kammer 92. Der Rotor 96 ist im Wassermesser an der Stelle der Ausnehmung 99 angebracht, und ein Mittelbolzen (Erfassungswelle) 101 wird in Richtung eines Pfeiles in Fig. 14 gedreht, wobei die äußere Umfangsfläche eines sich schaukelnd bewegenden Rotors an der inneren Wandoberfläche der Kammer 92 entlanggleitet. Der Mittelbolzen 101 ist mit einem Kurbelhebel 103 einer Übertragungsdrehwelle 102 verbunden, um die Drehwelle 102 zu drehen. Wie in der ersten Ausführungsform ist eine Magnetkopplung 12 am anderen Ende der Drehwelle 102 angebracht. Die Drehung der Drehwelle 102 wird durch die Magnetkopplung 12 zu einer geschwindigkeitsreduzierenden Zahnradgruppe 36 übertragen. Ein Gehäuse 105 für Ziffernräder 41 ist auf eine Ausnehmung 106 aufgesetzt, die an einer Zwischenbodenplatte 25 vorgesehen ist. Diese Anordnung kann einen Stromerzeugungsmechanismus 46 als eine zugehörige kompakte Einheit aufnehmen, wodurch es möglich wird, die Größe des Gehäuses 105 für die Ziffernräder 41 zu erhöhen.
Bei diesem Wassermessertyp fließt Wasser vom Zufluß 2 durch die Einfließpassage 91 und die Eintrittsöffnung 93 in die Kammer 92. Da die Eintrittsöffnung 93 bei einer Stellung, wie sie in Fig. 14A dargestellt ist, bei einem Bereich VI des Rotors 96 geöffnet wird, wird auf den Rotor 96 durch einfließendes Wasser ein Druck ausgeübt, und der Mittelbolzen 101 des Rotors 96 wird in der Richtung eines Pfeiles in Fig. 14A in eine in Fig. 14B dargestellte Position gedreht. Der Mittelbolzen 101 wird unter einem Einfließdruck sogar in der in Fig. 14B gezeigten Position weiter gedreht. Wenn der Mittelbolzen 101 eine in Fig. 14C dargestellte Position erreicht, ist der Bereich V1 des Rotors 96 vollständig geschlossen, jedoch wird, wie in Fig. 14C dargestellt, auf einen Bereich V2 der Kammer 92 ein Einfließdruck ausgeübt, wodurch der Mittelbolzen 101 in die Lage versetzt wird, sich bis zu einer in Fig. 14D dargestellten Position weiterzudrehen, wo der Bereich V2 der Kammer 92 mit der Austrittsöffnung 94 kommuniziert, während andererseits Wasser in den Bereich der Kammer 92 fließt, der der Eintrittsöffnung 93 entspricht, so daß der Rotor gedreht wird. Das Wasser im Rotor 96 fließt durch die Austrittsöffnung 94 heraus. Bei einer Rückkehr zu der in Fig. 14A dargestellten Position beginnt das Wasser in den Bereich der Kammer 92 zu fließen, der der Eintrittsöffnung 93 entspricht, und der Rotor 96 setzt seine Drehbewegung fort. Auf diese Weise setzen der Rotor 96 und der Mittelbolzen 101 ihre Drehbewegung fort. Die Anzahl der Drehungen ist in diesem Fall zu einer Menge durchgeflossenen Wassers proportional.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Meßgerät angewandt werden, das zur Messung der Durchflußrate eines vom oben erläuterten Fließwasser verschiedenen Strömungsmediums bestimmt ist, wie z.B. zur Messung von Gas.

Claims

1. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator zur Erzeugung eines gepulsten Meßsignals, welches die Strömungsgeschwindigkeit einer durch einen Durchlauf (4) fließenden Flüssigkeit darstellt, und zur Übertragung dieses Signals an einen an entfernter Stelle angeordneten Empfänger, mit

(1) einer Vorrichtung, die auf die Strömung anspricht, mit einem Mechanismus (6) , der durch die Wirkung der durch den Durchlauf (4) fließenden Flüssigkeit gedreht wird, und einer von dem Mechanismus (6) angetriebenen Erfassungswelle (11);

(2) einer Übertragungsvorrichtung (12, 35, 45), die auf die Drehkraft der Erfassungswelle (11) anspricht und diese in eine intermittierende Drehung umwandelt;

(3) einer Vorrichtung (46) zur Erzeugung eines gepulsten Signals zur Ausgabe eines gepulsten elektrischen Signals, das der Strömungsgeschwindigkeit entspricht, durch Ausnutzung der von der Übertragungsvorrichtung (12, 35, 45) bewirkten Drehung, wobei die Vorrichtung (46) zur Erzeugung eines gepulsten Signals folgendes aufweist:

(a) eine Drehwelle (75), die mit der Übertragungsvorrichtung (12, 35, 45) verbunden ist und einen zylindrischen Dauermagneten (72) mit N- und S-Polen trägt, welche sich bezogen auf die Drehwelle (75) auf dessen gegenüberliegenden Seiten befinden;

(b) einen Kern (76), der sich in der Nähe des Magneten (72) befindet und ein erstes sowie ein zweites Ende umfaßt, wobei die Achse des Kerns (76) durch diese Enden verläuft und eine elektromagnetische Spule (73) um den Kern (76) herum gewickelt ist; (c) ein erstes Polstück (81) mit einem ersten Endabschnitt, der magnetisch mit dem ersten Ende des Kerns (76) gekoppelt ist, und einem zweiten Endabschnitt (81a), der bogenförmig ausgebildet ist, so daß er unter geringem Abstand um den Umfang des Magneten (72) herum verläuft;

(d) ein zweites Polstück (82) mit einem ersten Endabschnitt, der magnetisch mit dem zweiten Ende des Kerns (76) gekoppelt ist, und einem zweiten Endabschnitt (82a), welcher bogenförmig ausgebildet ist, so daß er bezüglich der Drehwelle (75) des Magneten (72) auf der gegenüberliegenden Seite des Magneten unter geringem Abstand um den Umfang herum verläuft;

dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmig ausgebildete zweite Endabschnitt (81a) des ersten Polstückes (81) kürzer ist als der bogenförmig ausgebildete zweite Endabschnitt (82a) des zweiten Polstückes (82), so daß letztgenannter Abschnitt (82a) weiter um den Umfang des Magneten (72) herum verläuft als der erstgenannte Abschnitt (81a).

2. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (75) des Magneten (72) in einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zur Achse des Kerns (76) verläuft.

3. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Magneten (72), in einer axialen Richtung der Drehwelle (75) des Magneten (72) im wesentlichen gleich der Dimension der ersten und zweiten Polstücke (81, 82) in der axialen Richtung der Rotationswelle (75) des Magneten (72) ist.

4. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus der auf die Strömung ansprechenden Vorrichtung ein Flügelrad (6) zum Aufnehmen einer Wirkungskraft der durch den Durchlauf (4) strömenden und die Drehwelle (11) drehenden Flüssigkeit aufweist

5. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (6) einen Drehkolben (96) aufweist, der eine Wirkung der durch den Durchlauf (4) fließenden und die Drehwelle (11) drehenden Flüssigkeit aufnimmt.

6. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des weiteren umfassend ein Gehäuse (1) zum Aufnahme der Übertragungsvorrichtung (12, 35, 45) und der auf die Strömung ansprechenden Vorrichtung (46), und einen Strömungsanzeiger (41), der innerhalb des die Strömung aufnehmenden Gehäuses (1) angeordnet ist, so daß er sich in der Nähe der Vorrichtung (46) zur Erzeugung eines gepulsten Signals befindet, wobei der Strömungsanzeiger (41) durch Empfangen einer Drehkraft von der Übertragungsvorrichtung (12, 35, 45) betätigt wird.

7. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsanzeiger (41) auf einer Achse angeordnet ist, die senkrecht zu einer Achse der Drehwelle (75) des Magneten (72) ausgerichtet ist.

8. Flüssigkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Endabschnitte (81a, 82a) des ersten und des zweiten Stators (81, 82) symmetrisch zu einer Linie (l&sub1;) angeordnet sind, die durch die Mittelpunkte der Krümmung der jeweiligen zweiten Endabschnitte (81a, 82a) und durch den Mittelpunkt des Magneten (72) verläuft, wobei sich die jeweiligen zweiten Endabschnitte (81a, 82a) mit der Linie (l&sub1;) als Grenze gleich lang erstrecken.

9. Flüsslgkeitsmesser mit automatischem Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stator (82) einen zweiten Endabschnitt (82a) mit einem ersten Teil (82b) und einem zweiten Teil (82c) hat, wobei sich nur der zweite Teil (82c) im wesentlichen bis zu einer Mittellinie (l&sub2;) hin erstreckt, die durch die Mittelpunkte der Achse des Magneten (72) und des Kerns (76) verläuft.