DE8903288U1 - Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster Flüssigkeitsströme - Google Patents
Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster FlüssigkeitsströmeInfo
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- G—PHYSICS
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Description
Dr.Sh/Lo
24.05.1989
Patentanmeldung
D 8645 a
"Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster Flflssiokeitsströroe"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung kleiner und
kleinster, kontinuierlicher sowie intermittierender und oszillierender FlOssigkeitsströme in Rohrleitungen sehr kleinen Durchmessers, bestehend aus Kunststoff oder Metall bzw. Stahl legierungen.
In dieser Erfine'ing wird der Dopplereffekt ausgenutzt. Der Dopplereffekt ist in der Physik eine bekannte Größe, die vielseitig
genutzt wird. Die Dopplerfrequenz ergibt sich aus der Leitfrequenz, die um die Empfangsfrequenz subtrahiert wird. Das Ergebnis,
die Dopplerfreqaenz ist abhängig von der Geschwindigkeit des &igr; &igr; strömenden Mediums. Sie trägt je nach der Richtung des strömenden
Mediums zu einer Veränderung der Frequenz bei.
Der Dopplereffekt wird auch für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in flüssigen Medien schon seit langem eingesetzt;
allerdings erfuhr diese Methode seine Grenzen dadurch, daß es bis vor kurzem keine hochfrequenten Mikrowellen-Ultraschallstrahlen-Schwingungserzeuger gab, die fast punktförmig fokussiert in
kleinsten Rohrquerschnitten zur Erzeugung des Dopplereffektes eingesetzt werden konnten. i,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine erheblich höhere Auflösung der Geschwindigkeit des strömenden Mediums pro Zeiteinheit erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Mikrowellen-Ultraschall-Sender mit einer Hochfrequenz, insbesondere von 8
f MHz und höher, als Leitfrequenz zur Erzeugung einer durch die
v| Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Un-
teransprüchen.
?< Das Wesentliche an dieser Erfindung ist die Art und Weise der
Schallkopplung des Leitfrequenzgebers und -empfängers an ein
Kunststoff- oder Metallrohr sehr engen Querschnitts in der Größenordnung von wenigen Millimetern. Nur unter bestimmten Voraussetzungen läßt sich ein Dopplereffekt überhaupt messen und ein
entsprechendes Frequenzsignal Spektrum auswerten.
D8465&. Z
Außerdem besteht das Neue dieser Erfindung darin, die oben beschriebene
Vorrichtung als Meßverfahren zur Bestimmung kleinster Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußmengen im Sinn einer
volumetrischen Bestimmung zu verwenden. Die Verwendung einer hochfrequenten Mikrowelle führt aufgrund der wesentlich kürzeren
Wellenlänge zu einer erheblichen Erhöhrung der Auflösung der Geschwindigkeit des strömenden Mediums pro Zeiteinheit.. Mi' dieser
Methode lassen sich Bruchteile von Millimeter Strömungsgeschwindigkeit
bestimmen und umgerechnet damit wenige &mgr;-&Igr; iter an Volumen
einer strömenden Flüssigkeit.
Durch die hochfrequenten Eigenschafen ist dieses Verfahren als extrem schnelles Strömungsverfahren zn bewertei., da durch die
Continous Wave-Methode ein Online-Messung durchgeführt wird, die jede Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit augenblicklich
detektiert. Dadurch ist es möglich, auch intermittierende und oszillierende Flüssigkeitsströme, wie sie z.B. Kolbenmembranpumpen
abgeben, exakt zu bestimmen. Die hohe Leitfrequenz der Vorrichtung
minimiert den prinzipiellen Fehler der Methode/wie er gerade bei
ungleichförmigen Strömungsbewegu gen auftreten kann.
Durch oben aufgeführte Meßeigenschaften ist die Vorrichtung besonders
geeignet z.B. schnell laufende Venti "ie mit kleinsten Mengen und sehr kurzen Ventilöffnungszeiten zu kontrollieren. Meßbar
sind mit dieser Methode wenige u-Liter in Bruchteilen einer Sekunde.
Die oben beschriebene Methode weist auch gegenüber der gebräuchlichen
induktiven Durchflußmethode den Vorteil auf, daß sie keine
elektrische Leitfähigkeit des strömenden Mediums voraussetzt. Außerdem ist zur Gewinnung einer Signalspannung in einer induktiven
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• » ·t J/
Durchflußmessung ein Elektrodenpaar in der Rohrleitung erforderlich.
Die Korrosion der Elektroden und die Dichtigkeit der Elektroden in der Rohrwandung sind die typischen Störquellen. In der
oben beschriebenen Vorrichtung qibt es keine Elektroden. Mikrowellengeber und -empfänger sind außerhalb des Rohres angeordnet
und können somit auch nicht gestört werden oder driften Izw., wip
häufig bei mechanischen Vorrichtungen, nachlaufen, verschmutzen usw.
Schließlich führt die' Verwendung einer hochfrequenten Mikrowelle
im Zusammenhang mit einem sehr kleinen Rührquerschnitt zu einer aussagekräftigen Information über die verschiedenen Aggregatzustände
eines flüssigen Mediums, wie sie erfahrui qsgemäß in der
Praxis auftreten können. Darunter wird hier insbesondere der
Lufteinschluß in Form von grob- oder feinporigem Schaum verstanden, die Erkennung eines bestimmten Mediums aufgrund einer
zuzuordnen len Schallhärte, die sich in der Amplitude an bestimmten
Stellen des Frequenzsprektrums auswirken kann. Damit kann z.B. eine ungleichmäßige Rohrbefüllung oder ein fehlerhaftes Gemisch
rder der Übergang von einem Medium zum anderen, im Sinne einer
Phasentrennung u.a., festgestellt werden
Die Auswertung des Dopplersignal-Frequenzspektrums aus einer sehr hohen Continous Wave-Leitfrequenz ermöglicht aber auch die Funktion
und die Abweichung vom Rege'.verha" ten eines schnell laufenden
Ventils zu überprüfen. Der Öffnungs- und Schließvorgang eines
Ventils oder die Bewegung einer Dosierpumpe ist mit einer typischen elektrischen Signalform für den Bewegungsablauf gekoppelt.
Vergleicht man z.B. in einem Mikroprozessorbaustein den Soll-Vorgang mit dem Ist-Vorgang, lassen sich auch mechanische Störungen
im Gesamtsystem mit diesem Verfahren ermitteln.
D8465a_. - 4 -
Nomenklatur zu Figur 1
1. Gehäuse mit Meßrohr
2. Meßrohr mit Flansch
3. Microwellen-Ultraschall-Sender mit Halterung
4. MiTowellen-Ultraschal!-Empfänger mit Halterung
5. Focusiereinrichtung (wahlweise) mit Halterung
6. Einstrahlwinkel bezüglich Meßrohr einstellbar
7. Durchfuhrungsbuchse in das Meßgerät
8. Koppelmedium / Ankopplungsmasse
9. Microwellen-Ultraschall-Sendeelektronik
10. Meßsignal-Empfangs- und Auswerte-Elektronik
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster, kontinuierlicher sow in intermittierender und oszillierender Flüssigkeitsströme in Rohrleitungen sehr kleinen Durchmessers, bestehend
aus Kunststoff oder Metall bzw. Stahllegierungen,
__J J..__U
IUMIEl UUI LII
einen Mikrowellen-Ultraschall-Sender (3) mit einer Hochfrequenz, insbesondere von R MHz und höher, als Leitfrequenz zur
Erzeugung einer durch die Flüssigkeitsströmung verursachte
Dopplerfrequenz.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mikrowellen-Ultraschall-Empfänger (4) und ein Rohr (2)
sehr kleinen Innendurchmessers mit unterschiedlichen Wandstärken derort angeordnet sind, daß der Mikrowellen-Ultraschall-Leitstrahl durch das Rohr (2) hindurch in das Medium
eintritt, von diesem reflektiert wird bzw. durch dieses hindur h tritt, um dann auf die Mikrowellen-Ultraschall-Emp'iöngereinheit (4) als Sensor einzutreffen.
3. Vorrichtung nach Anspruch i öder 2,
gekennzeichnet durch,
sine Fokussieranordnung für den Mikrowellen-Ultraschall-Leitstrahl, so daß dieser in der Lage ist, im Hinblick auf den
sehr engen, inneren Rohrquerschnitt
durch das Schallfenster, durch die Ankoppelungsmasse (8) zum
Rohr (2) und durch Rohre aus verschiedenen Materialien in die Flüssigkeit einzutreten bzw. durch diese hindurchzutreten,
D8645a - 6 -
den Dopplereffekt durch das strömende Medium zu erzeugen, um dann durch die verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung,
zielgerichtet auf den Mikrowellen-Ultraschall-Empfänger einzutreffen, um dort das elektrische Meßsignal auszulösen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch
eine an den Empfänger (4) angeschlossene Meßsignal-Empfangs-
und Auswerte-Einrichtung (10), durch die das Mikrowellen-Ul-
C traschall-Dopplersignal aus der Differenz der gesendeten
Leitfrequenz zur um die Dopplerfrequenz verstimmten Empfangsfrequenz mittels einer selektiven, elektronischen Signalfilterung auswertbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinrichtung (10) eine Schaltung aufweist, durch die das Dopplersignal-Frequenzspektrums nach Amplitude
und Frequenzhöhe sowie Frequenzanteilen innerhalb eines einstellbaren oder geregelten Zeitintervalles selektiv filterbar
ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung der Auswerteeinrichtung (10) einen Störungsanzeigeteil aufweist, der von den Auswertesignalen des
Frequenzspektrums ansteuerbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
eine Unterdrückungseinheit in der Schaltung der Auswerteeinrichtung (10), durch die der Anteil des Übersprechens der
D8645a - 7 -
Leitfrequenz, der direkt über die Rohrwandung oder über das äußere Koppelmedium an den Empfänger gelangt, ohne daß dieses
ein Dopplersignal abgibt, elektronisch unterdrückbar ist, so daß nur eine bereinigte Dopplerfrequenz zur Signal- und Meßwert verarbeitung könnt.
8. Vorrichtung nach eiste« der Ansprüche I bis 7,
gekennzeichnet durch,
effisn Anzeigeteil der Schaltung der Auswerteeinriehtung (10),
C die von den die gensessene Strömungsgeschwindigkeit und -
richtung bzw. das Volumen pro Zeiteinheit des strömenden Mediums darstellenden Signalen ansteuerbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch,
eine Dosiereinrichtung, die an die Auswerteeinrichtung derart angeschlossen ist, daß die Dosiereinrichtung von einem die
Strömung oder das Volumen des Mediums darstellenden Signal ansteuerbar ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8903288U DE8903288U1 (de) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster Flüssigkeitsströme |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8903288U DE8903288U1 (de) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster Flüssigkeitsströme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8903288U1 true DE8903288U1 (de) | 1989-06-29 |
Family
ID=6837192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8903288U Expired DE8903288U1 (de) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vorrichtung zur Messung kleiner und kleinster Flüssigkeitsströme |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8903288U1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0387728A1 (de) * | 1989-03-16 | 1990-09-19 | Lang Apparatebau Gmbh | Einrichtung zur Dosierüberwachung eines Cyanoacrylat-Klebstoffes oder anaeroben Klebstoffes |
| DE4118827C1 (en) * | 1991-06-07 | 1992-06-25 | Georg F. 8240 Berchtesgaden De Wagner | Small bore tube made of material with specified E modulus and surface energy - measuring small liq. and particle streams by HF ultrasound Doppler effect |
| DE4143509A1 (de) * | 1991-06-07 | 1994-07-07 | Wagner Louise | Vorrichtung zur Messung kleiner Flüssigkeits- und Partikelströme in Rohren mit kleinem Durchmesser |
| US5406854A (en) * | 1991-06-07 | 1995-04-18 | Louise Wagner | Apparatus for measuring small flows of a fluid bearing ultrasound reflecting bits, on the high frequency ultrasonic doppler principle |
| DE4207031C2 (de) * | 1992-03-06 | 2002-02-07 | Schubert & Salzer Control Syst | Vorrichtung zur Strömungsmessung abrasiver Teilchen in Fluiden in einer Leitung |
-
1989
- 1989-03-16 DE DE8903288U patent/DE8903288U1/de not_active Expired
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0387728A1 (de) * | 1989-03-16 | 1990-09-19 | Lang Apparatebau Gmbh | Einrichtung zur Dosierüberwachung eines Cyanoacrylat-Klebstoffes oder anaeroben Klebstoffes |
| DE4118827C1 (en) * | 1991-06-07 | 1992-06-25 | Georg F. 8240 Berchtesgaden De Wagner | Small bore tube made of material with specified E modulus and surface energy - measuring small liq. and particle streams by HF ultrasound Doppler effect |
| DE4143509A1 (de) * | 1991-06-07 | 1994-07-07 | Wagner Louise | Vorrichtung zur Messung kleiner Flüssigkeits- und Partikelströme in Rohren mit kleinem Durchmesser |
| US5406854A (en) * | 1991-06-07 | 1995-04-18 | Louise Wagner | Apparatus for measuring small flows of a fluid bearing ultrasound reflecting bits, on the high frequency ultrasonic doppler principle |
| DE4207031C2 (de) * | 1992-03-06 | 2002-02-07 | Schubert & Salzer Control Syst | Vorrichtung zur Strömungsmessung abrasiver Teilchen in Fluiden in einer Leitung |
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