DE7108437U - Durchflussmesseinrichtung - Google Patents

Description

Paul Heaa. 4005 Meerbusen 3. Breelauer Str. 15

Durchflußmeßeinrichtung für flüssige und gasförmige Medien

Die Erfindung betrifft eine Durcbflußmeßeinrichtung für flüssige und gasförmige Medien mit einem in der Strömung des 7α messenden Mediums angeordneten Hubglied, dessen Hubweg ein Maß für den Durchfluß ist.

Es sind viele derartige Durchflußmeßeinrichtungen unter der Bezeichnung Schwebekörpermeßeinrichtungen bekannt. Hierbei wird ein beweglicher Körper, der unter Einfluß der Schwerkraft oder eines elastischen Organs verschiebbar geführt ist, in einen veränderlichen Querschnitt gestellt. Die Stellkraft ergibt sich aus der axialen Strömung am Umfang des Schwebekörpers. Die Verschiebung des Schwebekörpers kann als dirketes Maß für den Durchfluß abgelesen «erden. Schwierigkeiten bietet die fehlerfreie Umwandlung der Schwebekörperstellung in ein technisch brauchbares Ausgangssignal. Außerdem haben derartige Meßeinrichtungen ein großes Einstellvolumen und hierdurch bedingt eine lange Einstellzeit, besonders im unteren Durchflußbereich. Weiter macht sich die starke Viekositäteempfindlichkeit, bedingt durch den bei diesen Einrichtungen vorhandenen ringspaltförmigen Drosselquerschnitt, störend bemerkbar. Dynamische Messungen von pulsierenden Strömungen sind nicht möglich. Das Verhältnis des minimalen Durchflusses zum maximalen Durchfluß (Meßbereich) ist tei dieser Bauart auf 1 : 10 begrenzt.

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	sind	• · ■	Durchflußwächter	bekannt,	die	i
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Weiterhin	sogenannte

bsi Unterschreiten eines einstellbaren Minimalwertes bzw, bei Überschreiten eines einstellbaren Maximalwertes ein Signal abgeben. Solche Durchflußwächter erbringen kein kontinuierliches Signal über die jeweils gegenwärtige augenblickliche Durchflußgröße. Der Ansprechbereich beträgt maximal 1:5.

Bei allen bekannten Durchflußmeßeinrichtungen mit einem in der Strömung des zu messenden Mediums angeordneten Hubglied ist es mit Schwierigkeiten verbunden, Durchflüsse unterhalb 1 cm pro Minute kontinuierlich zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Durchflußmeßeinrichtung mit groBsem Meßbereich zu schaffen, die auch bei kleinsten Durchflüssen ein kräftiges Ausgangssignal erbringt, unempfindlich gegen Störeinflüsse und im Aufbau einfach und billig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zu messende Durchfluß durch eine in einem Gehäuse vorgesehene Bohrung geleitet wird, welche eine erste Steuerkante aufweist und ein in Achsrichtung der Bohrung verschiebbar geführtes Hubglied eine zweite Steuerkante aufweist und durch den axialen Abstand der beiden Steuerkanten ein Drosselquerschnitt mit im wesentlichen quer zur Achsrichtung verlaufender Durchflußrichtung gebildet wird und das Hubglied mit einer der Durchflußrichtung in der Bohrung entgegenwirkenden federnden Kraft beaufschlagt ist und das Hubglied mit einer Wegaufnehmeranordnung gekoppelt ist und wenigstens der bewegliche Teil des Wegaufnehmers innerhalb des Druckraums des zu messenden Mediums liegt.

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Eine derartige Durehflußmeßeinrichtiing hBt durch die Anpassung der Blendenöffnung an den jeweiligen Durchfluß einen großen Meßbereich. Die Stellung des Hutgliedes wird ohne Reibungsverluste von dem im Inneren des Ventilgehäuses angebrachten Wegaufnehmer erfaßt. Dadurch ist die Messung hysteresefrei und unabhängig vom Druck des Durchflußmediums.

Die erste Steuerkante kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Stirnkante der Bohrung sein. Das Hubglied kann bei dieser Ausführungsform die Form eines Ventiltellers haben, wobei die zweite Steuerkante die Sitzkante de3 Ventiltellers ist.

Es kann auch vorgesehen sein, daß das Hubglied aus ei-r ner einseitig feat eingespannten Blattfeder besteht, deren freies Ende gegen die stirnseitige Begrenzung der Bohrung angedrückt ist. Der Wegaufnehmer besteht bei dieser Ausführungsmöglichkeit zweckmäßigerweise aus wenigstens einem auf der Blattfeder angebrachten Dehnungsmeßstreifen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Bohrung zylindrisch ist und die erste Steuerkante die Kante zwischen der Bohrung und einer quer zur Achsrichtung der Bohrung vorgesehenen Ausnehmung ist und die zweite Steuerkante die Stirnkante eines das Hubglied bildenden in der Bohrung dicht geführten Kolbens ist.

Die Ausnehmung kann rechteckförmig ausgebildet sein. Damit wird eine lineare Meßcharakteristik erreicht.

Die Ausnehmung kann auch rund sein. Damit wird im unteren Meßbereich eine progressive Meßcharakteristik erzielt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Ausnehmung in Schließrichtung spitz verlaufend ausgebildet sein, wodurch eine stark progressive Meßcharakteristik erreicht wird und damit selbst kleinste Durchflußmengen ein kräftiges Ausgangssignal erbringen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsart liegt darin, daß infolge der Gestaltung des Drosselquerschnitts inform einer Dreiecksblende bei äußerst geringer Länge der Drosselstrecke eine viskositätsunempfindliche Messung möglich ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Bohrung zylindrisch ist, die erste Steuerkante aus der stirnseitigen Begrenzung der Bohrung besteht und die zweite Steuerkante von einer Ausnehmung in einem das Hubglied bildenden und in der Bohrung dicht geführten Kolben gebildet wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wegaufnehmer ein dem Hubweg des Hubgliedes analoges elektrisches Signal abgebender Wegaufnehmer. Diesem analogen Wegaufnehmer kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unter Zwischenschaltung eines Analog-Digitalwandlers ein Zähler nachgeschaltet sein, wodurch neben der Messung des Durchflußetrome auch eine Messung des Durchflußvolumens ermöglicht wird. Zweckmäßigerweise verwendet man hierbei einen Droseelquerschnitt mit linearer Öffnungscharakteristik-

Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß der Wegaufnehmer ein Wegaufnehmer mit digitalem Ausgangssignal ist.

Der Wegaufnehmer kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als ein pneumatischer Wandler ausgeführt sein, der ein dem Hubweg des Hubgliedes analoges pneumatisches Jignal erbringt.

Der Wegaufnehmer ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als ein hydraulischer Wandler ausgeführt, der
ein dem Hubweg des Hubgliedes analoges hydraulisches
Signal erbringt.

Die Wegaufnehmeranordnung kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung einen die hubabhängige Federkraft aufnehmenden und ein analoges elektrisches Signal abgebenden Kraftaufnehmer aufweisen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausfihrungsbeispiel der Durchflußmeßeinrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungabeispiel der Durchflußmeßeinrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Auefünrungsbeispiel;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Zunge in der Anordnung gemäß Fig. 3i

Fig. 5 eine elektrische Meßanordnung bei Verwendung eines induktiven Wegaufnehmers;

Fig. 6a bis 6d verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
der Ausnehmung (Pos. 21) in Fig. 2;

Fig. 7 die Abhängigkeit des Hubweges S vom Durchfluß Q für die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten
gemäß Fig. 6a bis 6d.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 eine Eintrittsöffnung 2 und eine Austrittsöffnung 3 für das su messende Medium vorgesehen. In der Eintrittsöffnung 2 ist eine Büchse 4 mit einer Bohrung 5 und einer durch das obere Bohrungsende gebildeten Steuerkante 6 dicht eingeschraubt. Gegen die Steuerkante 6 liegt ein Ventilteller 7 an, der mit einer Achse 8 und einem Spulenkern 9 fest verbunden ist. Die Achse 8 ist in einer Bohrung 10 in Achsrichtung der Bohrung 5 verschiebbar gelagert. Der Spulenkern 9 ragt in den Innenraum 11 eines Spulenkörpers 12 mit einer Doppelspule 13 hinein. Der Innenreum 14 des Gehäuses 1 ist über Bohrungen 15 mit dem Innenraum 11 verbunden. Der Spulenkörper 12 ist durch eine Verschraubung 16 im Gehäuse 1 gehalten. Die Verschraubung 16 dichtet gleichzeitig das Gehäuse 1 nach außen hin ab. Der Ventilteller 7 w⁴*d durch eine Druckfeder 17 gegen die Steuerkante 6 angedrückt. Von der Doppelspule 13 führt eine elektrische Anschlußleitung 18 druckdicht nach außen.

Das zu messende Medium durchströmt von der Eintrittsöffnung 2 kommend die Bohrung 5 und hebt dabei den Federteller 7 entgegi-. der Kraft der Druckfeder 17 an, strömt in den Innenraum 14 und verläßt diesen durch die Austrittsöffnung 3. Der Hub des Ventiltellers 7 wird durch die Achse 8 auf den Spulenkern 9 übertragen. Hierbei ändert sich die Induktivität in der Doppelspule 13· Das dadurch erzeugte elektrische Signal wird über die elektrische Anschlußleitung 18 nach aussen übertragen und einer im einzelnen in Fig. 5 dargestellten Meßanordnung zugeführt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist eine Büchse 4ü mit einer zylindrischen Bohrung 5a versehen. In dieser Bohrung 5a ist ein Kolben 19 mit ei-

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ner Steuerkante 20 dicht und in Achsrichtung verschiebbar eingepaßt. Die Büchse 4o weist eine Ausnehmung 21 auf. Das zu messende Medium durchströmt von der üintrittsöffnung 2 kommend die Bohrung 5a und hebt dabei den Kolben 19 entgegen der Kraft der Druckfeder 17 an, strömt in den Innenraum 14 und verläßt diesen durch die Austrittsöffnung 3. Der Hub des Kolbens 19 wird in der gleichen Art wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1 in ein elektrisches Signal gewandelt und nach außen übertragen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist in einem Gehäuse 30 eine Eintrittsöffnung 31» eine Austrittsöffnung 32 und ein Innenraum 33 vorgesehen. In der Eintrittsöffnung 31 ist eine Büchse 34· mit einer Bohrung 35 und einer durch das Bohrungsende gebildeten Steuerkante 36 dicht eingeschraubt. Gegen die Steuerkante 36 liegt eine in einer Halterung 37 einseitig eingespannte Blattfeder 38 mit ihrem freien Ende dicht an. Die Blattfeder 38 ist beidseitig mit Dehnungsmeßstreifen 39 versehen, welche zu einer Halbbrücke geschaltet sind. Von den Dehnungsmeßstreifen 39 führt ?ine elektrische Anschlußleitung 40 druckdicht außerhalb des Gehäuses 30. Der Innenr.aum 33 ist durch eine Verschraubung 41 nach aussen abgedichtet.

Das zu messende Medium durchströmt von der Eintrittsöffnung 31 kommend die Bohrung 35 und hebt dabei das freie Ende der Blattfeder 38 an, strömt in den Innenraum 33 und verläßt diesen durch die Austrittsöffnung 32. Die in der Blattfeder 38 erzeugte Biegespannung wird durch die Dehnungsmeßstreifen 39 erfaßt und über die elektrische Anschlußleitung 40 einer nicht im einzelnen dargestellten Meßanordnung für Dehnungsmeßstreifen zugeführt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 sind in einem Meßverstärker 50 ein Netzteil 51, ein Oszillator 52, ein phasenabhänejiger Gleichrichter 53 und ein Impedanzwandler 54 angeordnet. Der Meßverstärker 5U ist durch eine dreiadrige Leitung 55 mit der Doppelspule 56 eines Jurchflußmeügera-

tea 57 vert und en, weiches einen ,Spulenkern 5ö und ein hubglied 59 besitzt. Der Meßverstärker ist außerdem mit einer Spannungsquelle 59a und einem elektrischen Anzeigeinstrument 60 verbunden.

Die Wirkungsweise der Meßanordnung ist wie folgt. Der Spulenkern 58 verändert bei einer Verschiebung durch das Hubglied 59 infolge magnetischen Nebenschlusses die Induktivitäten der beiden Hälften der Doppelspule, welche Zweige einer vom Oszillator 52 gespeisten Brückenschaltung sind. Die in der Brückendiagonalen erzeugte, dem Verschiebeweg proportionale Wechselspannung wird verstärkt und phasengesteuert gleichgerichtet und wirkt auf den Impedanzwandler 54, der die gleichgerichtete Spannung an das Anzeigeinstrument 60 anpaßt.

In den Fig. 6a bis 6d sind verschiedene Ausführungsraöglichkeiten der Ausnehmung 21 gemäß Fig. 2 dargestellt. Die schraffierten Bereiche entsprechen dem Öffnungsverlauf des Drosselquerschnittes in Abhängigkeit vom Hubweg S des Hubgliedes. Bei Null ist der Drosselquerschnitt geschlossen, während bei 100 % der Drosselquerschnitt voll geöffnet ist'

In Fig. 7 sind die verschiedenen Meßcharakteristiken entsprechend Fig. 6a bis 6d in Karvenform dargestellt, und zwar ist der Öffnungsweg in Abhängigkeit vom Durchfluß Q aufgezeichnet. Die Kurve a entspricht der Ausnehmung gemäß Fig. 6a, die Kurve b entspricht der Ausnehmung gemäß Fig. 6b, usw. Zusätzlich ist eine Kurve e eingezeichnet, die die Meßcharakteristik einer Ausnehmung entsprechend Fig. 6d bei Verwendung einer Ventilfeder (Pos. 17 in Fig. 2) mit steiler Hubcharakteristik zeigt. Diese Anordnung, bei der die Frogressivität im unteren Bereich verstärkt ist, eignet sich besonders für die Messung von kleinsten Durchflüssen.

Claims (15)

pnsprüche

1. Durchflußmeßeini'ichtung für flüssige und gasförmige Medien mit einem in der Strömung des zu messenden Mediums angeordneten Hubglied, dessen Hubweg ein Maß für den Durchfluß ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Durchfluß durch eine in einem Körper vorgesehene Bohrung geleitet wird, welche eine erste Steuerkante aufweist und ein in Achsrichtung der Bohrung verschiebbar geführtes Hubglied eine zweite Steuerkante aufweist und durch den axialen Abstand der beiden Steuerkanten ein Drosselquerschnitt mit im wesentlichen quer zur Achsrichtung verlaufender Durchflußrichtung gebildet wird und das Hubglied mit einer der Durchflußrichtung in der Bohrung entgegenwirkenden federnden Kraft beaufschlagt ist und das Hubglied mit einer Wegaufnehmeranordnung gekoppelt ist und wenigstens der bewegliche Teil der Wegaufnehmeranordnung innerhalb des Druckraumes des zu messenden Mediums liegt.

2. Durchflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <8ß die erste Steuerkante die Stirnkante der Bohrung ist.

3. Durchflußmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubglied die Form eines Ventiltellers hat und die'zweite Steuerkante die Sitzkante des Ventiltellers ist.

4. Durchflußmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubglied aus einer einseitig fest eingespannten Blattfeder besteht, deren freies Ende gegen die stirnseitige Begrenzung der

hohrutii' nnrR'i rückt i"t, ■■. r; si ι i. r r .', -^ -" g ^ r. <~ r .^:- .■· 'Λοπί;·8 I ■-:;;-einem auf der HIa t tf^d pr ^nrei rachtun -·-'·-.. -,nrsn^fiatrt; L-fen besteht.

5. Jurchflußmeßeinr ichtung nach »tu·; ruch 1, j;-.jureh gekennzeichnet, dal· die nohrun«? zyli mi r i de ·. id üi.: .j i .--erste üteuerkante die: Κ?* π te zwischen J er iiührur;^ und einer quer zur nchsr i cht u;g der iiohn.ing in ^a Korper vorgesehenen Ausnehmi.-ng ist und die zweite Jt euerk^n te die Stirnkante eines das Kutglied tilüenden in oer Bohrung dicht geführten KoIi ens ist.

6. jJurchflußraeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zylindrisch ist und die erste Steuerkante die K.i-.n'ce einer Ausnehmung in einem das Fufcglied bildenden in der Hch rung dicht geführten KoIl-ens ist.

7. Durchflußmeßeinrichtung nach .Anspruch 5 oder 6, dedurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung rechtpckförmig ist.

8. Durchflußmeßeinrichtung nach Anspruch 5 °der 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung rund ist.

9· jJurchflußmeßeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die «usnehmung in ochließrichtung spitz verlaufend ausgetilaet ist.

10. Durchflußmeßeinrichtung nach einem der «nspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Λeg&ui.nehmer als induktiver Wegaufnehmer ausgebildet ist.

11. lJurchflußmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der v/egaufnehmer als Potentiometerwegaufnehmer ausgebildet ist.

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1'ί. !.urchflußmeßeinrirhtMng nach einem our />ra;>rüche 1 tis 9t jaJurcli gek'^jrinzei P^linet, daß der iVegauf rn3hr:i'ir fala hyJrauliscb-^jr ,i'arijl-.T «usgeh i loyt ist.

14. Jurchf lißmeLuM ir lchtung nach einem d<*r «ina^ruche 1 I: i 3 9» dadurch f-'t kennzeichnet, ibß jer »egHufnehiner als digitaler ,<ega;,f nehmer ausget ild et i3t.

15. Jurchf 1 ußmeüeinricht ing nach einen ier ,inHprüche 1 tia 9_f dadurch gck^nnzeichiiet, laß d:e ßegaufnehmeranordnung als Kryf xHuf riehner nusp.ehi IJ^t lot.