WO1999019696A1 - Device and method for calibrating hydraulic flow-rate measuring systems - Google Patents

Device and method for calibrating hydraulic flow-rate measuring systems Download PDF

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WO1999019696A1
WO1999019696A1 PCT/DE1998/002306 DE9802306W WO9919696A1 WO 1999019696 A1 WO1999019696 A1 WO 1999019696A1 DE 9802306 W DE9802306 W DE 9802306W WO 9919696 A1 WO9919696 A1 WO 9919696A1
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calibration
flow
volume
hydraulic
flow measuring
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PCT/DE1998/002306
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Rolf Ofen
Eberhard SCHÖFFEL
Klaus Kropf
Friedrich Von Wachter
Josef Seidel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8092—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly adjusting or calibration

Definitions

  • the invention first relates to a device for the calibration of hydraulic flow measuring systems.
  • Flow measurement systems are used in a wide variety of areas of technology.
  • One area of application is, for example, the leak test of fuel injection valves for internal combustion engines. In this case it is necessary to record very small flows in particular.
  • the accuracy of the flow measuring systems is crucial so that even the smallest leaks can be detected.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and a method for the calibration of hydraulic flow measuring systems which enables precise calibration of flow measuring systems in a technically simple manner.
  • This object is achieved in a device for the calibration of hydraulic flow measurement systems by means of a container connected to the flow measurement system and filled with a hydraulic medium, on which a calibration element taking up a defined volume for changing the free volume of the container is arranged displaceably.
  • the calibration element is a calibration pen.
  • a calibration pen which takes up a defined volume, can be designed in different ways.
  • a particularly advantageous embodiment which is particularly easy to implement, provides that the calibration pin has a cylindrical shape and that the change in volume is the product of the base area of the calibration pin and its displacement path.
  • the calibration pin can be adjusted in a variety of ways.
  • An advantageous embodiment provides that the calibration pin can be displaced by an adjusting screw, preferably a micrometer screw. By moving the calibration pin by means of the adjusting screw, preferably the micrometer screw, the calibration pin can be moved very precisely.
  • the adjusting screw can be adjusted by a stepper motor via a coupling.
  • the calibration pin is sealed from the environment by a little deformable, elastic seal.
  • the calibration element is a cylinder-piston arrangement in which a defined change in volume of the container is achieved by displacing the piston in the cylinder.
  • the cylinder-piston arrangement can, for example, be a known injection syringe.
  • the invention also relates to a method for the calibration of hydraulic flow measurement systems, in particular using the device described above, which is characterized by the following steps:
  • a defined volume change per unit of time is generated by the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems and the flow of the hydraulic medium flowing through the flow measurement system is recorded again and the flow initially recorded and stored is subtracted therefrom,
  • the difference value obtained is compared with the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems and from this the accuracy of the flow measuring system is determined and / or the flow measuring system is compared.
  • the advantage of this method is that the defined volume change, which can be generated, for example, by moving the calibration pen by means of an above-mentioned device for calibrating hydraulic flow measuring systems, makes it easy to compare the flow measuring system by comparing the flow detected by the flow measuring system with that through Device for calibrating hydraulic flow measurement systems set volume changes within a predetermined period of time, that is, due to the flow generated by the device for calibrating hydraulic flow measurement systems, an exact adjustment of the flow measurement system can be generated in a simple manner.
  • the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems is determined as follows:
  • a predeterminable number of volume flows are alternately recorded, which result from a reduction or an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems by a defined amount, recorded and added up separately, the summation ending with the same change in the volume flow with which it started (reduction or enlargement).
  • the two sums thus formed are each divided by the number of reductions or increases in the volume flows (averaging), the mean values are subtracted from one another and the difference is output as double the volume flow caused by the defined volume change.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for the calibration of hydraulic flow measuring systems
  • Fig. 2 is a flow chart for explaining the method according to the invention for the calibration of hydraulic flow measuring systems
  • FIG. 3 shows a flow diagram of an embodiment of the method for eliminating leaks of the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems.
  • An exemplary embodiment of a device for calibration shown schematically in FIG. 1, comprises a container 10, which is connected to a flow measuring system (not shown) and can be filled with a hydraulic medium, in which a calibration pin 20, which takes up a defined volume, is displaceably arranged to change the free volume of the container 10 is.
  • the calibration pin 20 can be adjusted by an electrically controllable micrometer screw 30 via a coupling (not shown). It is sealed from the surroundings by a non-deformable, elastic seal 40.
  • the flow measuring system is arranged on a liquid inlet 11.
  • the container 10 also has a liquid drain 12.
  • the calibration pin 20 has a defined calibration volume K v over its length and diameter.
  • the calibration pin is pressed into the liquid in the container 10 or pulled out of the liquid via the micrometer screw.
  • the liquid under pressure is thereby displaced or flows on.
  • the feed unit, ie the micrometer screw 30, ensures good positioning accuracy.
  • the change in volume is directly proportional to the adjustment of the calibration pin 20.
  • the calibration pin 20, which takes up a defined volume, determines the function and accuracy of the device. For this reason, the geometrical properties of the calibration pin 20, such as diameter, cylindricity, roundness, must be exactly determined and regularly checked.
  • the material of the calibration pin 20 is matched to the liquid and the operating temperatures in order to avoid corrosion or falsification by thermal expansion.
  • the seal 40 seals the entire circuit charged with the hydraulic medium, ie the device for calibrating the flow measuring system such as also the flow measuring system and possibly a device coupled to it to be measured, such as a fuel injection valve for internal combustion engines, from the environment.
  • the seal 40 is designed to be slightly deformable, so that when the position of the calibration pin 20 changes, there is no change in volume through the seal 40, which can be caused, for example, by a flexing effect or the like. is caused, arises.
  • the calibration pin 20 is adjusted in a manner to be explained in more detail below.
  • the container 10 is embedded in a flushing valve 50, which serves to flush the hydraulic circuit and to remove any air that may be trapped therein.
  • the purge valve 50 is actuated electromagnetically. Minor leaks can be eliminated in a manner to be described below.
  • the flow measuring system is connected to the device for calibrating the flow measuring system via a seal.
  • the entire system is vented via the purge valve 50.
  • the calibration pen 20 is brought into the starting position. A calming time is required, which the entire measuring system requires.
  • the calibration is now carried out in the following way (see FIG. 2).
  • the flow measurement system stem flowing flow of a hydraulic medium is detected and stored (step S20).
  • the flow measuring system can also be set to zero. It is generated by the device for calibration of hydraulic flow measuring systems a defined volume change in the flow measuring system by adjusting the calibration pin 20 (step S21), the flow of the hydraulic medium flowing through the flow measuring system is detected again (step S22) and from this the first detected and stored flow subtracted (step S23).
  • the value obtained is compared with the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems and the accuracy of the flow measuring system is determined therefrom or the flow measuring system is compared (step S24).
  • the flow measurement system registers a volume change per unit of time within two acquisitions, i.e. the time between two acquisitions. This discontinuous, simulated volume flow is compared with the display of the measuring device and the measuring device is adjusted accordingly.
  • V g ⁇ m the simulated volume flow
  • V K1 the calibration volume flow when withdrawn.
  • V ⁇ means the calibration volume flow when displaced.
  • the calibration pin 20 is forced into the liquid and is again in the starting position.
  • an instantaneous leak can be measured by the volume flow measuring device.
  • a run variable, a sum and a sum 2 are set to 0.
  • the running variable is increased by one.
  • the volume flow is detected, which results from a reduction of the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems by a defined amount and added to the summation (step S33), then the volume flow is determined, which is caused by an increase in the free volume in the device for calibrating hydraulic flow measuring systems by a defined amount and added to Sum2 (step S34).
  • step S35 it is checked whether the run variable is greater than or equal to a predetermined value.
  • step S32 the running variable is increased again by one (step S32) and the two changes in the volume flow, ie a reduction and an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems, are detected again by a defined amount and added to the sum and the sum2.
  • the volume flow is again recorded, which results from a reduction in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems by a defined amount and is added to the summation.
  • step S37 the summation is divided by the number of reductions in the free volume flow for averaging, whereas in step S38 the sum 2 is divided by the number in increase for the free volume flow.
  • the difference between the two mean values is then output as double the volume flow caused by the defined volume change, as shown in the equation given above (step S39). This method always delivers very good results if the leak is significantly smaller than the simulated volume flow.
  • each adjustment position of the calibration pin 20 is advantageously only approached from one side. This means that in each case one of the two positions travels a short distance and then the short distance of the calibration pin 20 is moved back again.
  • the volume of the seal protruding into the liquid must be minimized by a suitable construction.
  • a device for the calibration of hydraulic flow measurement systems can have the following data:
  • Calibration pen diameter: 1 mm - 0.002 / - 0.008 mm length: 14 mm + 0.1 mm parallelism deviation: ⁇ 0.01 mm
  • 0.002 mm3 (ls) corresponds to 0.2% of the calibration point or 0.012 mm3 (6s) corresponds to 1.2% of the calibration point. With this repetition precision, the influence of the measuring device is also included.
  • a piston-cylinder unit can also be arranged on the container, for example an injection syringe known per se, which enables a defined volume change by moving the piston.

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Abstract

The invention relates to a device and a method for calibrating hydraulic flow-rate measuring systems, characterised by a receptacle which is connected to the flow-rate measuring system and which can be filled with a hydraulic medium. A calibrating element for modifying the free volume of the receptacle is arranged in the receptacle. Said calibrating element is capable of receiving a defined volume and is arranged in such a way that it can move.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen Device and method for the calibration of hydraulic flow measuring systems
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen.The invention first relates to a device for the calibration of hydraulic flow measuring systems.
Durchflußmeßsysteme kommen auf den unterschiedlichsten Gebieten der Technik zum Einsatz.Flow measurement systems are used in a wide variety of areas of technology.
Ein Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Dichtheits- prüfung von Kraftstoffeinspritzventilen für Verbrennungsmotoren. In diesem Falle ist es erforderlich, insbesondere sehr kleine Durchflüsse zu erfassen.One area of application is, for example, the leak test of fuel injection valves for internal combustion engines. In this case it is necessary to record very small flows in particular.
Dabei kommt es entscheidend auf die Genauigkeit der Durchflußmeßsysteme an, damit auch kleinste Lecks erfaßt werden können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen zu vermitteln, das auf technisch einfach zu realisierende Weise eine präzise Kalibrierung von Durchflußmeßsystemen ermöglicht.The accuracy of the flow measuring systems is crucial so that even the smallest leaks can be detected. The invention is therefore based on the object of providing a device and a method for the calibration of hydraulic flow measuring systems which enables precise calibration of flow measuring systems in a technically simple manner.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen gelöst durch ein mit dem Durchflußmeßsystem verbundenes, mit einem hydraulischen Medium gefülltes Behältnis, an dem ein ein definiertes Volumen einnehmendes Kalibrierelement zur Veränderung des freien Volumens des Behältnisses ver- schieblich angeordnet ist.This object is achieved in a device for the calibration of hydraulic flow measurement systems by means of a container connected to the flow measurement system and filled with a hydraulic medium, on which a calibration element taking up a defined volume for changing the free volume of the container is arranged displaceably.
Durch das an dem mit dem hydraulischen Medium gefüllten Behältnis angeordnete Kalibrierelement, das zur Veränderung des freien Volumens des Behältnisses verschieb- lich angeordnet ist, wird auf besonders vorteilhafte Weise eine Kalibrierung des Durchflußmeßsystems erreicht dadurch, daß dem Verschiebeweg des Kalibrierelements eine präzise Volumenänderung auf einfache Weise zugeordnet werden kann.By means of the calibration element arranged on the container filled with the hydraulic medium, which is arranged displaceably to change the free volume of the container, calibration of the flow measuring system is achieved in a particularly advantageous manner in that the displacement path of the calibration element has a precise volume change in a simple manner can be assigned.
Was die Ausbildung des Kalibrierelements betrifft, so sind rein prinzipiell die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar.As far as the design of the calibration element is concerned, a wide variety of embodiments are conceivable in principle.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das Kalibrierelement ein Kalibrierstift ist.An advantageous embodiment provides that the calibration element is a calibration pen.
Ein Kalibrierstift, der ein definiertes Volumen einnimmt, kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte, da insbesondere einfach zu realisierende Ausführungsform sieht vor, daß der Kalibrierstift eine zylindrische Gestalt hat und daß die Volumenänderung das Produkt aus der Grundfläche des Kalibrierstifts und dessen Verschiebeweg ist.A calibration pen, which takes up a defined volume, can be designed in different ways. A particularly advantageous embodiment, which is particularly easy to implement, provides that the calibration pin has a cylindrical shape and that the change in volume is the product of the base area of the calibration pin and its displacement path.
Die Verstellmöglichkeit des Kalibrierstifts kann auf die unterschiedlichste Weise ermöglicht werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Kalibrierstift durch eine Stellschraube, vorzugsweise eine Mikrometerschraube, verschiebbar ist. Durch die Verschiebung des Kalibrierstifts mittels der Stellschraube, vorzugsweise der Mikrometerschraube kann eine sehr präzise Verschiebung des Kalibrierstifts vorgenommen werden.The calibration pin can be adjusted in a variety of ways. An advantageous embodiment provides that the calibration pin can be displaced by an adjusting screw, preferably a micrometer screw. By moving the calibration pin by means of the adjusting screw, preferably the micrometer screw, the calibration pin can be moved very precisely.
Insbesondere um eine Automatisierung der Kalibrierung vornehmen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Stellschraube über eine Kupplung durch einen Schrittmotor verstellbar ist.In particular, in order to be able to automate the calibration, it is advantageously provided that the adjusting screw can be adjusted by a stepper motor via a coupling.
Um eine wirkungsvolle Abdichtung des Behältnisses gegenüber der Umgebung und gleichzeitig eine gute Verstellmöglichkeit des Kalibrierstifts zu ermöglichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Kalibrierstift durch eine wenig deformierbare, elastische Dichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.In order to enable an effective sealing of the container from the environment and at the same time a good adjustment possibility of the calibration pin, it is preferably provided that the calibration pin is sealed from the environment by a little deformable, elastic seal.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Kalibrierelement eine Zylinder-Kolben-Anordnung, bei welcher durch Verschieben des Kolbens in dem Zylinder eine definierte Volumenänderung des Behältnisses realisiert wird. Die Zylinder-Kolben-Anordnung kann beispielsweise eine an sich bekannte Injektionsspritze sein.In another advantageous embodiment, the calibration element is a cylinder-piston arrangement in which a defined change in volume of the container is achieved by displacing the piston in the cylinder. The cylinder-piston arrangement can, for example, be a known injection syringe.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auch noch auf ein Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen, insbesondere unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:The invention also relates to a method for the calibration of hydraulic flow measurement systems, in particular using the device described above, which is characterized by the following steps:
es wird zunächst der durch das Durchflußmeßsystem fließende Fluß eines hydraulischen Mediums erfaßt und gespeichert,first the flow of a hydraulic medium flowing through the flow measurement system is recorded and stored,
es wird durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen eine definierte Volumenänderung pro Zeiteinheit erzeugt und der durch das Durchflußmeßsystem fließende Fluß des hydraulischen Mediums erneut erfaßt und hiervon der zunächst erfaßte und gespeicherte Fluß subtrahiert,a defined volume change per unit of time is generated by the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems and the flow of the hydraulic medium flowing through the flow measurement system is recorded again and the flow initially recorded and stored is subtracted therefrom,
der erhaltene Differenzwert wird mit dem durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen erzeugten Fluß verglichen und hieraus die Genauigkeit des Durchflußmeßsystems bestimmt und/oder das Durchflußmeßsystem abgeglichen.the difference value obtained is compared with the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems and from this the accuracy of the flow measuring system is determined and / or the flow measuring system is compared.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß durch die definierte Volumenänderung, die beispielsweise mittels einer oben erwähnten Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen durch Verschieben des Kalibrierstiftes erzeugt werden kann, ein einfacher Abgleich des Durchflußmeßsystems durch Vergleich des von dem Durchflußmeßsystem erfaßten Flusses mit dem durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen eingestelltenVolumenänderungen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, d.h. aufgrund des durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen erzeugten Flusses ein exakter Abgleich des Durchflußmeßsystems auf einfache Weise erzeugt werden.The advantage of this method is that the defined volume change, which can be generated, for example, by moving the calibration pen by means of an above-mentioned device for calibrating hydraulic flow measuring systems, makes it easy to compare the flow measuring system by comparing the flow detected by the flow measuring system with that through Device for calibrating hydraulic flow measurement systems set volume changes within a predetermined period of time, that is, due to the flow generated by the device for calibrating hydraulic flow measurement systems, an exact adjustment of the flow measurement system can be generated in a simple manner.
Um Störungen der Kalibrierung, die beispielsweise durch Undichtigkeiten u.dgl. erzeugt werden zu eliminieren, wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens der durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen erzeugte Fluß folgendermaßen bestimmt :In order to disturb the calibration, for example due to leaks and the like. In an advantageous embodiment of the method, the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems is determined as follows:
Es werden abwechselnd eine vorgebbare Anzahl von Volumenströmen erfaßt, die durch eine Verkleinerung bzw. eine Vergrößerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag entstehen, erfaßt und getrennt aufsummiert, wobei die Summation mit der gleichen Änderung des Volumenstroms endet, mit der sie begann (Verkleinerung bzw. Vergrößerung) . Die so gebildeten beiden Summen werden jeweils durch die Anzahl der Verkleinerungen bzw. Vergrößerungen der Volumenströme dividiert (Mittelwertbildung) , die Mittelwerte werden voneinander subtrahiert und die Differenz als das Doppelte des durch die definierte Volumenänderung hervorgerufenen Volumenstroms ausgegeben. ZeichnungA predeterminable number of volume flows are alternately recorded, which result from a reduction or an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems by a defined amount, recorded and added up separately, the summation ending with the same change in the volume flow with which it started (reduction or enlargement). The two sums thus formed are each divided by the number of reductions or increases in the volume flows (averaging), the mean values are subtracted from one another and the difference is output as double the volume flow caused by the defined volume change. drawing
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of some exemplary embodiments.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen;1 shows an embodiment of a device according to the invention for the calibration of hydraulic flow measuring systems;
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen undFig. 2 is a flow chart for explaining the method according to the invention for the calibration of hydraulic flow measuring systems and
Fig. 3. ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zur Eliminierung von Undichtigkeiten der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen.3 shows a flow diagram of an embodiment of the method for eliminating leaks of the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Ein Ausführungsbeispiel einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung zur Kalibrierung umfaßt ein mit einem (nicht dargestellten) Durchflußmeßsystem verbundenes, mit einem hydraulischen Medium befüllbares Behältnis 10, in dem ein ein definiertes Volumen einnehmender Kalibrierstift 20 zur Veränderung des freien Volumens des Behältnisses 10 verschieblich angeordnet ist. Der Kalibrierstift 20 ist durch eine elektrisch ansteuerbare Mikrometerschraube 30 über eine Kupplung (nicht dargestellt) verstellbar. Er ist durch eine wenig verformbare, elastische Dichtung 40 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Durch Verstellung des Kalibrierstifts 20 wird eine aktive Volumenänderung in einem unter Druck stehenden hydraulischen System ermöglicht. Das Durchflußmeßsystem ist dabei an einem Flüssigkeitszulauf 11 angeordnet. Das Behältnis 10 weist des weiteren einen Flüssigkeitsablauf 12 auf.An exemplary embodiment of a device for calibration, shown schematically in FIG. 1, comprises a container 10, which is connected to a flow measuring system (not shown) and can be filled with a hydraulic medium, in which a calibration pin 20, which takes up a defined volume, is displaceably arranged to change the free volume of the container 10 is. The calibration pin 20 can be adjusted by an electrically controllable micrometer screw 30 via a coupling (not shown). It is sealed from the surroundings by a non-deformable, elastic seal 40. By adjusting the calibration pin 20, an active volume change in an under Pressurized hydraulic system enables. The flow measuring system is arranged on a liquid inlet 11. The container 10 also has a liquid drain 12.
Der Kalibrierstift 20 besitzt über seine Länge und seinen Durchmesser ein definiertes Kalibriervolumen Kv. Über die Mikrometerschraube wird der Kalibrierstift in die im Behältnis 10 befindliche Flüssigkeit gedrückt oder aus der Flüssigkeit herausgezogen. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird dadurch verdrängt oder fließt nach. Die Vorschubeinheit, d.h. die Mikrometerschraube 30 gewährleistet eine gute Positioniergenauigkeit.The calibration pin 20 has a defined calibration volume K v over its length and diameter. The calibration pin is pressed into the liquid in the container 10 or pulled out of the liquid via the micrometer screw. The liquid under pressure is thereby displaced or flows on. The feed unit, ie the micrometer screw 30, ensures good positioning accuracy.
Eine Lageänderung Δs des Kalibrierstifts 20 ruft eine Volumenänderung ΔV = A*Δs in der Flüssigkeit hervor, wobei A die Fläche des zylindrischen Kalibrierstifts darstellt .A change in position Δs of the calibration pin 20 causes a change in volume ΔV = A * Δs in the liquid, where A represents the area of the cylindrical calibration pin.
Die Volumenänderung ist mit anderen Worten direkt proportional zur Verstellung des Kalibrierstifts 20. Der Kalibrierstift 20, der ein definiertes Volumen einnimmt, ist für die Vorrichtung funktions- und genauigkeits- bestimmend. Aus diesem Grund muß die Geometrieeigen- schaften des Kalibrierstifts 20, wie Durchmesser, Zylindrizität , Rundheit genau bestimmt und regelmäßig nachgeprüft werden. Darüber hinaus ist das Material des Kalibrierstifts 20 auf die Flüssigkeit und die Einsatztemperaturen abgestimmt, um eine Korrosion oder eine Verfälschung durch eine Wärmeausdehnung zu vermeiden.In other words, the change in volume is directly proportional to the adjustment of the calibration pin 20. The calibration pin 20, which takes up a defined volume, determines the function and accuracy of the device. For this reason, the geometrical properties of the calibration pin 20, such as diameter, cylindricity, roundness, must be exactly determined and regularly checked. In addition, the material of the calibration pin 20 is matched to the liquid and the operating temperatures in order to avoid corrosion or falsification by thermal expansion.
Die Dichtung 40 dichtet den gesamten mit dem hydraulischen Medium beaufschlagten Kreislauf, d.h. die Vorrichtung zur Kalibrierung des Durchflußmeßsystems wie auch das Durchflußmeßsystem und eventuell eine an es angekoppelte zu messende Vorrichtung wie beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen gegenüber der Umgebung ab. Die Dichtung 40 ist wenig verformbar ausgeführt, damit bei Lageänderungen des Kalibrierstifts 20 keine Volumenänderung durch die Dichtung 40, die beispielsweise durch einen Walkeffekt o.dgl. hervorgerufen wird, entsteht. Um die Verfälschungen durch beispielsweise einen Walkeffekt der Dichtung 40 zu minimieren, wird der Kalibrierstift 20 auf eine weiter unten noch näher zu erläuternde Weise verstellt .The seal 40 seals the entire circuit charged with the hydraulic medium, ie the device for calibrating the flow measuring system such as also the flow measuring system and possibly a device coupled to it to be measured, such as a fuel injection valve for internal combustion engines, from the environment. The seal 40 is designed to be slightly deformable, so that when the position of the calibration pin 20 changes, there is no change in volume through the seal 40, which can be caused, for example, by a flexing effect or the like. is caused, arises. In order to minimize the falsifications by, for example, a flexing effect of the seal 40, the calibration pin 20 is adjusted in a manner to be explained in more detail below.
Das Behältnis 10 ist in ein Spülventil 50 eingebettet, welches zum Spülen des Hydraulikkreises und zum Entfernen eventuell in diesem eingeschlossener Luft dient. Das Spülventil 50 wird elektromagnetisch betätigt. Kleinere Undichtigkeiten können auf weiter unten zu beschreibende Weise eliminiert werden.The container 10 is embedded in a flushing valve 50, which serves to flush the hydraulic circuit and to remove any air that may be trapped therein. The purge valve 50 is actuated electromagnetically. Minor leaks can be eliminated in a manner to be described below.
Das Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen mittels der oben beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben.The method for calibrating hydraulic flow measurement systems using the device described above is described below with reference to FIGS. 2 and 3.
Zunächst wird das Durchflußmeßsystem über eine Dichtung an die Vorrichtung zur Kalibrierung des Durchflußmeßsystems angeschlossen. Das Gesamtsystem wird über das Spülventil 50 entlüftet. Der Kalibrierstift 20 wird in die Ausgangsposition gebracht. Es wird eine Beruhigungszeit, die das gesamte Meßsystem benötigt, abgewartet.First the flow measuring system is connected to the device for calibrating the flow measuring system via a seal. The entire system is vented via the purge valve 50. The calibration pen 20 is brought into the starting position. A calming time is required, which the entire measuring system requires.
Die Kalibrierung erfolgt nun auf folgende Weise (vergl . Fig. 2) . Es wird zunächst der durch das Durchflußmeßsy- stem fließende Fluß eines hydraulischen Mediums erfaßt und gespeichert (Schritt S20) . Alternativ kann das Durchflußmeßsystem auch auf Null gestellt werden. Es wird durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen eine definierte Volumenänderung in dem Durchflußmeßsystem durch Verstellen des Kalibrierstifts 20 erzeugt (Schritt S21) , es wird der durch das Durchflußmeßsystem fließende Fluß des hydraulischen Mediums erneut erfaßt (Schritt S22) und hiervon der zunächst erfaßte und gespeicherte Fluß subtrahiert (Schritt S23) .The calibration is now carried out in the following way (see FIG. 2). The flow measurement system stem flowing flow of a hydraulic medium is detected and stored (step S20). Alternatively, the flow measuring system can also be set to zero. It is generated by the device for calibration of hydraulic flow measuring systems a defined volume change in the flow measuring system by adjusting the calibration pin 20 (step S21), the flow of the hydraulic medium flowing through the flow measuring system is detected again (step S22) and from this the first detected and stored flow subtracted (step S23).
Der erhaltene Wert wird mit dem durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen erzeugten Fluß verglichen und hieraus die Genauigkeit des Durchflußmeßsystems bestimmt oder das Durchflußmeßsystem abgeglichen (Schritt S24) . Das Durchflußmeßsystem registriert mit anderen Worten innerhalb von zwei Erfassungen eine Volumenänderung pro Zeiteinheit, d.h. der Zeit zwischen zwei Erfassungen. Dieser diskontinuierliche, simulierte Volumenstrom wird mit der Anzeige des Meßgeräts verglichen und das Meßgerät entsprechend abgeglichen.The value obtained is compared with the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems and the accuracy of the flow measuring system is determined therefrom or the flow measuring system is compared (step S24). In other words, the flow measurement system registers a volume change per unit of time within two acquisitions, i.e. the time between two acquisitions. This discontinuous, simulated volume flow is compared with the display of the measuring device and the measuring device is adjusted accordingly.
Anhand der Fig. 3 wird eine Ausführungsform des Verfahrens beschrieben, bei welcher die Kalibrierung durch vorhandene Undichtigkeiten in der Kalibriereinrichtung gestört ist. In diesem Falle ist der simulierte Volumenstrom Vsira bei der Verdrängung (der Kalibrierstift 20 schiebt sich in die Flüssigkeit) kleiner als angestrebt. Im umgekehrten Falle, in dem der Kalibrierstift 20 aus der Flüssigkeit herausgezogen wird und die Flüssigkeit dadurch nachfließt, ist der simulierte Volumenstrom größer als angestrebt. Dies läßt sich wie folgt darstellen.An embodiment of the method is described with reference to FIG. 3, in which the calibration is disturbed by existing leaks in the calibration device. In this case, the simulated volume flow V sira during displacement (the calibration pin 20 is pushed into the liquid) is smaller than the target. In the opposite case, in which the calibration pin 20 is pulled out of the liquid and the liquid flows through it, the simulated volume flow is larger than aimed. This can be illustrated as follows.
Figure imgf000012_0001
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Dabei bedeuten:Here mean:
Nα dicht der Volumenstrom der Undichtheit,N α d i ch the volume flow of the leak,
Vgιm der simulierte Volumenstrom,V gιm the simulated volume flow,
VK1 der Kalibriervolumenstrom bei Entnahme.V K1 the calibration volume flow when withdrawn.
Erweitert man den Kalibrierablauf um die Verstellung des Kalibrierstifts 20 um einen simulierten gleichen negativen Volumenstrom, d.h. um eine Verdrängung von Flüssigkeit, so ergibt sich ein KalibriervolumenstromIf the calibration process is extended by the adjustment of the calibration pin 20 by a simulated same negative volume flow, i.e. a displacement of liquid results in a calibration volume flow
R_ - -Vaιm + Vu-^^,. , R _ - -V aιm + Vu - ^^ ,. .
Dabei bedeutet Vκ den Kalibriervolumenstrom bei Verdrängung .V κ means the calibration volume flow when displaced.
Der Kalibrierstift 20 wird mit anderen Worten in die Flüssigkeit gedrängt und ist wieder in Ausgangsposition.In other words, the calibration pin 20 is forced into the liquid and is again in the starting position.
Unter der Annahme, daß der Volumenstrom, der aus der Undichtheit hervorgerufen wird, konstant ist, kann der Einfluß der Undichtheit durch Subtraktion zweier gegensätzlicher Kalibriervolumenströme beseitigt werden.Assuming that the volume flow caused by the leak is constant, the influence of the leak can be eliminated by subtracting two opposite calibration volume flows.
Es ergibt sichIt follows
(VK1 - V^) = (Vgιra + Vuna^jjt) - (-Vsιm + Vy-a^jj,.) = 2*Vsιra.(V K1 - V ^) = (V gιra + V un a ^ jjt ) - (-V sιm + V y -a ^ jj ,. ) = 2 * V sιra .
Da die Undichtheit in den meisten Fällen nur annähernd konstant ist, wird durch Wiederholung dieses Kalibrier- ablaufs und Mittelung der einzelnen Ergebnisse eine störende Schwankung der Undichtheit minimiert . Darüber hinaus kann durch die Volumenstrommeßeinrichtung eine momentane Undichtheit gemessen werden.Since the leak is only approximately constant in most cases, repeating this calibration process and averaging of the individual results minimizes a disturbing fluctuation of the leak. In addition, an instantaneous leak can be measured by the volume flow measuring device.
Eine Ausführungsform des Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. In einem ersten Schritt S31 werden eine Laufvariable, eine Summel und eine Summe2 auf 0 gesetzt. In einem nächsten Schritt S32 wird die Laufvarible um eins erhöht. Es wird zunächst der Volumenstrom erfaßt, der durch eine Verkleinerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag entsteht und zur Summel addiert (Schritt S33) , sodann wird der Volumenstrom erfaßt, der durch eine Vergrößerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag entsteht und zu Summe2 addiert (Schritt S34) . In Schritt S35 wird geprüft, ob die Laufvariable größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist . Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Laufvariable wiederum um eins erhöht (Schritt S32) und es werden erneut die beiden Änderungen des Volumenstroms, d.h. eine Verkleinerung und eine Vergrößerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag erfaßt und jeweils zur Summel und zur Summe2 addiert. Nach Überschreiten der Laufvariable wird ein weiteres Mal der Volumenstrom erfaßt, der durch eine Verkleinerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag entsteht und zur Summel addiert. Es versteht sich, daß dann, wenn mit einer Vergrößerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag begonnen wird, anstelle dieses Schritts ebenfalls eine Vergrößerung des freien Volumens der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag erfaßt und zu der entsprechenden Summe addiert werden muß. Die Summa- tion endet mit anderen Worten immer mit der gleichen Änderung des Volumenstroms, mit der sie begann. In Schritt S37 wird zur Mittelwertbildung die Summel durch die Anzahl der Verkleinerungen des freien Volumenstroms dividiert, wohingegen in Schritt S38 zur Mittelwertbildung die Summe2 durch die Anzahl der Vergrößerung des freien Volumenstroms dividiert wird. Sodann erfolgt die Ausgabe der Differenz der beiden Mittelwerte als das Doppelte des durch die definierte Volumenänderung hervorgerufenen Volumenstroms, wie es in der oben aufgeführten Gleichung dargestellt ist (Schritt S39) . Dieses Verfahren liefert immer dann sehr gute Ergebnisse, wenn die Undichtheit wesentlich kleiner ist als der simulierte Volumenstrom.An embodiment of the method is shown in FIG. 3. In a first step S31, a run variable, a sum and a sum 2 are set to 0. In a next step S32, the running variable is increased by one. First, the volume flow is detected, which results from a reduction of the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems by a defined amount and added to the summation (step S33), then the volume flow is determined, which is caused by an increase in the free volume in the device for calibrating hydraulic flow measuring systems by a defined amount and added to Sum2 (step S34). In step S35 it is checked whether the run variable is greater than or equal to a predetermined value. If this is not the case, the running variable is increased again by one (step S32) and the two changes in the volume flow, ie a reduction and an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems, are detected again by a defined amount and added to the sum and the sum2. After the running variable has been exceeded, the volume flow is again recorded, which results from a reduction in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems by a defined amount and is added to the summation. It goes without saying that if an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems is started by a defined amount, instead of this step an increase in the free volume of the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems is also detected by a defined amount and must be added to the corresponding sum. In other words, the summation always ends with the same change in the volume flow with which it started. In step S37, the summation is divided by the number of reductions in the free volume flow for averaging, whereas in step S38 the sum 2 is divided by the number in increase for the free volume flow. The difference between the two mean values is then output as double the volume flow caused by the defined volume change, as shown in the equation given above (step S39). This method always delivers very good results if the leak is significantly smaller than the simulated volume flow.
Als Mittelung kommen beispielsweise fünf einzelne, oben beschriebene Zyklen zur Ermittlung eines Kalibrierwertes in Frage .For example, five individual cycles described above for determining a calibration value can be used as averaging.
Um den Einfluß der Dichtung 40 des Kalibrierstifts 20 und insbesondere ein Walkeffekt der Dichtung 40 bei Verstellung des Kalibrierstifts zu minimieren, wird vorteilhafterweise jede der Verstellposition des Kalibrier- εtifts 20 immer nur von einer Seite angefahren. Dies bededutet, daß jeweils über eine der zwei Positionen eine kurze Wegstrecke hinausgefahren und anschließend die kurze Wegstrecke des Kalibrierstifts 20 wieder zurückgefahren wird. Durch eine geeignete Konstruktion ist das in die Flüssigkeit ragende Volumen der Dichtung zu minimieren.In order to minimize the influence of the seal 40 of the calibration pin 20 and in particular a flexing effect of the seal 40 when the calibration pin is adjusted, each adjustment position of the calibration pin 20 is advantageously only approached from one side. This means that in each case one of the two positions travels a short distance and then the short distance of the calibration pin 20 is moved back again. The volume of the seal protruding into the liquid must be minimized by a suitable construction.
Eine Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsytemen kann folgende Daten aufweisen:A device for the calibration of hydraulic flow measurement systems can have the following data:
Meßbereich: 0.1-2.5 mm3/min Meßmedium: Testbenzin Druck : 0,3 MPa Temperatur : 23°CMeasuring range: 0.1-2.5 mm3 / min. Medium: White spirit pressure: 0.3 MPa temperature: 23 ° C
Kalibrierstift : Durchmesser: 1 mm- 0.002/- 0.008 mm Länge : 14 mm + 0.1 mm Parallelitätsabweichung : < 0.01 mmCalibration pen: diameter: 1 mm - 0.002 / - 0.008 mm length: 14 mm + 0.1 mm parallelism deviation: <0.01 mm
um-Schraube :um screw:
Auflösung : 0.001 mm motor. Positioniergenauigkeit (+- 2s) : < 0.001 mm max . Weg : 25 mmResolution: 0.001 mm motor. Positioning accuracy (+ - 2s): <0.001 mm max. Path: 25 mm
Kalibrierpunkt Soll 1.0 mm3Calibration point target 1.0 mm3
Bei einem Kalibrierpunkt von 1 mm3/min ergibt sich bei einem oben beschriebenen Kalibrierablauf von fünf Verstellzyklen und mit Mittelung über einer zehnfachen Wiederholung dieses Vorgangs eine Wiederholpräzision von:With a calibration point of 1 mm3 / min, with a calibration procedure of five adjustment cycles described above and with averaging over a ten-fold repetition of this process, a repeat precision of:
0,002 mm3 (ls) entspricht 0,2 % vom Kalibrierpunkt bzw. 0,012 mm3 (6s) entspricht 1,2 % vom Kalibrierpunkt. Bei dieser Wiederholpräzision ist auch der Einfluß der Meßeinrichtung enthalten.0.002 mm3 (ls) corresponds to 0.2% of the calibration point or 0.012 mm3 (6s) corresponds to 1.2% of the calibration point. With this repetition precision, the influence of the measuring device is also included.
Um definierte Volumenänderungen vornehmen zu können, kann auch statt des oben beschriebenen Kalibrierstifts eine Kolben-Zylinder-Einheit an dem Behältnis angeordnet sein, beispielsweise eine an sich bekannte Injektionsspritze, welche durch Verschieben des Kolbens eine definierte Volumenänderung ermöglicht.In order to be able to make defined volume changes, instead of the calibration pin described above, a piston-cylinder unit can also be arranged on the container, for example an injection syringe known per se, which enables a defined volume change by moving the piston.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene Vorrichtung und das oben beschriebene Verfahren auch bei höheren Drücken in der Größenordnung von etwa 100 bar einsetzbar sind. It should be pointed out that the device and the method described above can also be used at higher pressures of the order of approximately 100 bar.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchfluß meßsystemen, gekennzeichnet durch ein mit dem Durchflußmeßsystem verbundenes, mit einem hydraulischen Medium befüllbaresBehältnis (10) , an dem ein ein definiertes Volumen einnehmendes Kalibrierelement zur Veränderung des freien Volumens des Behältnisses (10) verschieblich angeordnet ist.Device for the calibration of hydraulic flow measuring systems, characterized by a container (10) connected to the flow measuring system and capable of being filled with a hydraulic medium, on which a calibration element taking up a defined volume for changing the free volume of the container (10) is slidably arranged.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kalibrierelement ein Kalibrierstift (20) ist .2. Device according to claim 1, characterized in that the calibration element is a calibration pen (20).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierstift (20) durch eine Stellschraube, vorzugsweise eine Mikrometerschraube (30) , verschiebbar ist.3. Device according to claim 2, characterized in that the calibration pin (20) by a set screw, preferably a micrometer screw (30), is displaceable.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschraube über eine Kupplung durch einen Schrittmotor verstellbar ist. 4. The device according to claim 3, characterized in that the adjusting screw is adjustable via a clutch by a stepper motor.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierstift (20) durch eine wenig deformierbare, starre Dichtung (40) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist .5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the calibration pin (20) is sealed from the environment by a little deformable, rigid seal (40).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kalibrierelement eine Zylinder-Kolben- Anordnung ist.6. The device according to claim 1, characterized in that the calibration element is a cylinder-piston arrangement.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Kolben-Anordnung eine an sich bekannte Injektionsspritze ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the cylinder-piston arrangement is a known injection syringe.
8. Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:8. A method for the calibration of hydraulic flow measuring systems, in particular using a device according to one of the preceding claims, characterized by the following steps:
es wird zunächst der durch das Durchflußmeßsystem fließende Fluß eines hydraulischen Mediums erfaßt und gespeichert (S20) , es wird durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen eine definierte Volumenänderung pro Zeiteinheit in dem Durchflußmeßsystem erzeugt und der durch das Durchflußmeßsystem fließende Fluß des hydraulischen Mediums erneut erfaßt (S21) und hiervon der zunächst erfaßte und gespeicherte Fluß subtrahiert (S22), der erhaltene Wert wird mit dem durch die Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen erzeugten Fluß verglichen und hieraus die Genauigkeit des Durchflußmeß- Systems bestimmt und/oder das Durchflußmeßsystem abgeglichen (S24) .first the flow of a hydraulic medium flowing through the flow measuring system is recorded and stored (S20), a defined volume change per unit of time is generated in the flow measuring system by the device for the calibration of hydraulic flow measuring systems, and the flow of the hydraulic medium flowing through the flow measuring system is recorded again (S21) and from this the subtracted and stored flow is subtracted (S22), the value obtained is compared with the flow generated by the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems and from this the accuracy of the flow measurement Systems determined and / or the flow measuring system adjusted (S24).
Verfahren zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Undichtigkeiten der durch die Vorrichtung zur Kalibrierung erzeugte Fluß folgendermaßen bestimmt wird:Method for calibrating hydraulic flow measuring systems according to claim 8, characterized in that the flow generated by the calibration device is determined as follows to eliminate leaks:
es werden abwechselnd eine vorgebbare Anzahl von Volumenströme erfaßt, die durch eine Verkleinerung bzw. eine Vergrößerung des freien Volumens in der Vorrichtung zur Kalibrierung von hydraulischen Durchflußmeßsystemen um einen definierten Betrag entstehen und getrennt aufsummiert, wobei die Summation mit der gleichen Änderung des Volumenstroms endet, mit der sie begann (Verkleinerung bzw. Vergrößerung)alternately, a predeterminable number of volume flows are recorded, which result from a reduction or an increase in the free volume in the device for the calibration of hydraulic flow measurement systems by a defined amount and are added up separately, the summation ending with the same change in the volume flow, with who started it (downsizing or enlargement)
die so gebildeten beiden Summen werden jeweils durch die Anzahl der Verkleinerungen bzw. Vergrößerungen der Volumenströme dividiert (Mittelwertbildung)the two sums thus formed are each divided by the number of reductions or increases in the volume flows (averaging)
die Mittelwerte werden voneinander subtrahiert und die Differenz als das Doppelte des durch die definierte Volumenänderung hervorgerufenen Volumenstroms ausgegeben. the mean values are subtracted from each other and the difference is output as double the volume flow caused by the defined volume change.
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