WO2022129034A1 - Flow measuring apparatus and method for measuring the volume flow rate of a fluid - Google Patents

Flow measuring apparatus and method for measuring the volume flow rate of a fluid Download PDF

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WO2022129034A1
WO2022129034A1 PCT/EP2021/085669 EP2021085669W WO2022129034A1 WO 2022129034 A1 WO2022129034 A1 WO 2022129034A1 EP 2021085669 W EP2021085669 W EP 2021085669W WO 2022129034 A1 WO2022129034 A1 WO 2022129034A1
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WO
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shaft
magnetic field
rotation
field sensor
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/085669
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Bönninghoff
Björn Schönfeldt
Benedikt Gnacke
Original Assignee
Kracht Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/06Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission
    • G01F1/075Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device

Definitions

  • the invention relates to a flow measuring device for measuring the volume flow of a fluid, comprising a housing with a measuring chamber which has a fluid inlet and a fluid outlet, a measuring mechanism being arranged in the measuring chamber with which, depending on a fluid flowing between the fluid inlet and the fluid outlet, at least one the measuring chamber rotatably mounted mechanical sensor component can be set in rotation, which is magnetically interacting with at least one electrical sensor component outside the measuring chamber.
  • the invention also relates to a method for measuring the volume flow of a fluid with a fluid measuring device comprising a housing with a measuring chamber that has a fluid inlet and a fluid outlet, wherein a measuring mechanism is arranged in the measuring chamber with which, depending on a fluid flowing between the fluid inlet and the fluid outlet, the fluid flows at least one mechanical sensor component which is rotatably mounted in the measuring chamber and which interacts magnetically with at least one electrical sensor component outside the measuring chamber is rotated.
  • Such flow measuring devices and methods for measuring the volume flow of a fluid are known in the prior art, for example from publication US Pat. No. 9,581,474 B1, DE 10 2006 011 310 A1 and also EP 3 580 527 B1.
  • the measuring mechanisms described in the two first-mentioned publications include at least one rotatable displacement element in the measuring chamber, with the rotation of a displacement element generated by the fluid flow being recorded by measurement.
  • Either a single gear wheel is named as the displacement element or two gear wheels meshing with one another as displacement elements that are in engagement.
  • a respective displacement element, for example a gear wheel is arranged on a shaft, with the respective shaft being mounted so as to be rotatable about its central shaft axis, for example in roller bearings, in particular cylindrical bearings or ball bearings.
  • the fluid to be pumped is enclosed between the displacement element and the measuring chamber wall, e.g. between the spaces between the teeth and the measuring chamber wall.
  • the spaces between the teeth can be designed asymmetrically in relation to the flow direction in order to achieve a preferred direction of rotation of the displacement element during flow.
  • a backflow is generated, e.g. between the meshing gears, in particular between the tooth of one of the gears and the space between the teeth of the other, with the difference between the inflow and the backflow forming the effective fluid flow between the inlet and outlet.
  • the specific angle of rotation can preferably correspond to the pitch angle, ie 360 degrees/number of teeth of the gear wheel.
  • the pitch angle ie 360 degrees/number of teeth of the gear wheel.
  • the volume VR2 is delimited and defined by the space between the teeth of one gear and the tooth of the other gear engaging therein.
  • Versions can also be provided in which a respective displacement element is designed as a screw spindle, oval wheel, etc. is trained.
  • the measuring mechanism has an impeller in the measuring chamber, in particular in the case of so-called impeller meters.
  • the impeller by a fluid flow between Fluid input and fluid output of the measuring chamber rotated about its axis of rotation.
  • Such an impeller can also be arranged on a shaft that is rotatably mounted about the axis of rotation.
  • the flow path of the fluid through the measuring chamber is usually not interrupted when the impeller is stationary.
  • Devices of this type are suitable for reliable measurement essentially only in the case of flows above a certain limit volume flow which is suitable for causing the impeller to rotate.
  • the invention relates to devices and methods of every possible type for forming a measuring mechanism, by means of which at least one mechanical sensor component is set in rotation by the fluid flow, in particular to devices of the types mentioned above, with implementation of the measuring mechanism with displacement elements being preferred to implementation with impellers is.
  • the mechanical sensor component which is rotated when the fluid flows through the measuring mechanism in the measuring chamber, has at least one magnet.
  • a magnet can be arranged in/on the shaft that carries a displacement element or the impeller or in the displacement element or impeller itself the magnet rotating pole. It is still part of the mass moved with the measuring mechanism.
  • the mechanical sensor component of the prior art interacts magnetically to the extent that the rotating magnetic field on the electrical Sensor component generates a measurement signal, for example depending on the magnetic field strength at the location of the electrical sensor component.
  • An electrical sensor component includes, for example, a Hall Effect sensor or a GMR (Giant Magneto Resistance) or TMR (Tunnel Magneto Resistance) or AMR (Anisotropic Magneto Resistive) or EMR (Extraordinary Magneto Resistance) or CMR type sensor (Colossal Magneto Resistive) or GMI (Giant Magnetic Inductance) principle, or as mentioned in the latter publication, simply a coil or is designed as such an element.
  • the senor generates an electrical signal which is dependent on the rotational angle position of the magnet or the magnetic field generated by it in relation to the sensor.
  • the signal generated by a magnetic field sensor can be further evaluated in the prior art and also in the invention in order to form information about the volume flow or the volume conveyed.
  • a measured signal can be, for example, a voltage or current signal that constantly changes with the rotation of the measuring mechanism, for example that changes sinusoidally with the rotation.
  • the signal can also be formed by voltage or current pulses, in particular such that a predetermined number of pulses is generated per total revolution of the measuring mechanism and/or at least one element of a mechanical sensor component.
  • the problem with this type of magnetic interaction is that the magnet generating the magnetic field to be measured is arranged in the measuring chamber and is therefore in contact with the medium, which is disadvantageous in the case of corrosive media or fluids conveying magnetic particles.
  • the magnet is part of the mass to be moved by the measuring mechanism and thus also increases the inertia of the measuring mechanism and thus influences the starting behavior.
  • the magnetic interaction of the magnet or its rotating magnetic field with the sensor or with metallic elements lying around the measuring chamber generates a braking torque acting on the measuring mechanism, in particular due to eddy currents, which makes precise volume measurement more difficult, or at least must be taken into account as a disturbance variable.
  • This braking effect is greater the further the rotating magnet is radially removed from the axis of rotation.
  • the devices of the type mentioned at the beginning with magnets arranged on the measuring mechanism for generating a rotating magnetic field are therefore to be regarded as disadvantageous.
  • a further disadvantage can be seen in the fact that the devices of the named prior art with only one magnetic field sensor in the electrical sensor component cannot detect the direction of rotation of the measuring mechanism and thus also not the direction of flow of the fluid through the device.
  • the at least one mechanical sensor component comprises a shaft which can be rotated about an axis of rotation, which is driven by the measuring mechanism during its rotation and which comprises a magnetizable material in a shaft region located in the measuring chamber, is preferably formed from a magnetizable material at least in this shaft region, and the shaft region comprising at least one magnetizable material interacts with at least two, preferably exactly two, electrical sensor components, each electrical sensor component being formed by a magnetic field sensor, and each magnetic field sensor to the one interacting with it Shaft region is arranged spaced apart in a distance direction outside of the measuring chamber, and the magnetic field sensors is assigned at least one stationary permanent magnet lying outside of the measuring chamber, preferably the one in the Distance direction considered a respective magnetic field sensor is arranged overlapping, with the at least one permanent magnet at the respective location of the magnetic field sensors, a magnetic field can be generated, each of the magnetic field sensors viewed in the distance direction on the magnetizable Material, in particular
  • the aforesaid spacing direction is the direction in which a respective magnetic field sensor is spaced from the magnetizable material with which it interacts.
  • the covered partial area is the projection of the magnetic field sensor on the magnetizable material viewed in this direction.
  • the direction of spacing is preferably a direction parallel to the extension of the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area, i.e. axially to the axis of rotation or perpendicular to the extension of the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area, i.e. radially to the axis of rotation.
  • the object is achieved in that the rotation of at least one shaft used as a mechanical sensor component increases the distance between each of at least two magnetic field sensors used as electrical sensor components, which is penetrated by the magnetic field of at least one permanent magnet assigned to the magnetic field sensors, and one shaft area comprising magnetizable material is changed, and in this case a field strength that changes locally with the rotational position of the at least one shaft with the change in distance, in particular direction-specific field strength components, of the magnetic field acting at the location of the respective magnetic field sensor as a function of the rotational position is measured using each magnetic field sensor.
  • an axial direction is a direction parallel to the extension of the axis of rotation of the at least one shaft, in particular the axes of rotation of possibly two existing shafts at a distance lie parallel to each other.
  • a radial direction is referred to in the description of the invention, it is at least a direction in a plane perpendicular to the extension of the axis of rotation of the at least one shaft, in particular with a directional vector of this radial direction intersecting the axis of rotation of a shaft referred to.
  • the at least one shaft driven by the measuring mechanism can preferably be a shaft that directly carries an element of the measuring mechanism that is rotated by the fluid flow and is in contact with the fluid, e.g. a displacement element, such as a gear wheel or a impeller. In this case, this shaft is driven directly by the measuring mechanism.
  • An indirect drive can also be provided.
  • the measurement of the rotational angle position of the measuring mechanism or at least one shaft or both shafts in the measuring mechanism is not based on the measurement of a magnetic field rotating with the measuring mechanism.
  • At least one permanent magnet arranged in a stationary manner in the housing outside the measuring chamber generates a magnetic field, in particular with several permanent magnets
  • a resulting magnetic field is generated at the location of the at least two magnetic field sensors, so that at least to this extent it can be regarded as static or stationary despite the rotation of the measuring mechanism , than that the position of the poles of the generated magnetic field is not changed by the rotation of the measuring mechanism, especially since the poles are in the at least one permanent magnet and this remains in the device even when the measuring mechanism rotates.
  • the at least one permanent magnet in the invention is not part of the measuring mechanism and therefore does not contribute to its mass to be moved.
  • the measuring mechanism according to the invention can thus be designed with less mass inertia than is the case in the prior art. This can make it easier Start-up of the measuring mechanism can be achieved, especially with small volume flows.
  • the measuring principle and the magnetic interaction in the invention are based on the fact that the magnetic field generated at the location of the at least two magnetic field sensors with the at least one permanent magnet, although it does not rotate with the rotation of the measuring mechanism, does so due to the rotation of the measuring mechanism and the resulting rotation of the at least one magnetizable shaft area is influenced and this influence is measured by the respective magnetic field sensor.
  • an electrical signal dependent on the influence can be formed, which depends on the rotational angular position of one or the respective interacting wave area, since the influence changes with this angular position of the shaft or the wave area.
  • an influence can result, for example, from the fact that the magnetizability of the at least one shaft region due to the magnetizable material provided in this region, in particular which of the respective magnetic field sensor with which it interacts, if necessary the at least two or exactly two magnetic field sensors separated by a measuring chamber wall opposite, and due to the change in distance of the magnetizable material resulting from the rotation, in particular the surface of the interacting shaft area to the respective magnetic field sensor, there is a change in the magnetic field generated by the at least one permanent magnet at the location of the magnetic field sensor, in particular due to the fact that the magnetizable material of the Shaft range depending on the rotation angle position more or less penetrates far into the generated magnetic field, preferably because the surface of the interacting wave area, in particular the partial surface area lying on it and covered by the magnetic field sensor (in the projection), is more or less far away from the at least one permanent magnet that generates the magnetic field, i.e. the Distance changes with rotation.
  • the shaft region preferably at least its surface, on which the magnetic field sensor projection lies, is made of a magnetizable material, preferably completely, in particular completely over the cross section perpendicular to the axis of rotation .
  • the entire shaft can also be made of a magnetizable material.
  • the invention can also provide for the shaft area, in particular its surface, to be made of a magnetizable material only in some areas.
  • magnetizable material can be arranged at a radial distance from the axis of rotation and viewed in the circumferential direction over a full 360 degrees, i.e. annularly, or only in certain areas on or in non-magnetizable material of the shaft or the shaft area, e.g. in non-magnetizable material of the shaft area or embedded in its surface.
  • the shaft can thus also be made of a non-magnetizable material, e.g. a ceramic, in particular with the exception of the interacting shaft region, which interacts magnetically with at least one magnetic field sensor.
  • the surface of the shaft can thus also simultaneously form one of the bearing surfaces of a sliding bearing, which supports the respective shaft with an interacting shaft area.
  • a soft-magnetic material can preferably be selected as the magnetizable material, eg a steel, preferably a magnetizable high-grade steel.
  • a metal can be used as the soft-magnetic material, e.g solid, bound powder, sheet, crystalline or amorphous ribbon.
  • Ceramic ferritic materials can also be used.
  • the metallic materials preferably include ferromagnetic metals such as iron or cobalt or nickel, preferably in the form of crystalline alloys, amorphous alloys or nanocrystalline alloys.
  • Ceramic materials preferably include ferrites based on metal oxides, for example made of manganese-zinc (MnZn) or nickel-zinc.
  • a magnetizable material within the meaning of the invention is understood to mean a material that is not itself magnetic, in particular that does not itself generate a magnetic field at least originally in the absence of the magnetic field of the at least one permanent magnet mentioned. If the magnetizable material should have a remanence, this is irrelevant for the measuring principle in the invention, since the material remains constantly magnetized due to the constant presence of the at least one permanent magnet in the device and during rotation the magnetic moments in the material are always with respect to the Permanent magnets generated field remain aligned, so the magnetic moments in the material do not rotate with the rotation of the shaft area. Under the effect of the at least one permanent magnet present, the magnetizable material in the device preferably does not have its own magnetization independent of the at least one permanent magnet, which would be superimposed on the magnetic field of the at least one permanent magnet.
  • the change in the magnetic field can consist, for example, in that the field strength is changed in terms of its absolute amount at the location of the respective magnetic field sensor, e.g. by angle-dependent bundling or unbundling of the field lines and/or that the direction of the magnetic field is varied depending on the distance.
  • soft-magnetic materials lead to a concentration of the field lines and thus to an increase in the magnetic field passing through them.
  • the influencing of the magnetic field at the location of each of the at least two magnetic field sensors used can be understood, for example, in general in such a way that the magnetic field at the location of the respective magnetic field sensor is distorted as a function of the rotation angle, in particular with a distortion meaning a change in direction of the magnetic field lines, thus the magnetic field vector and/or also a Change in the absolute magnetic field strength can be understood in all or only one directional component.
  • a respective magnetic field sensor is selected such that it is suitable for detecting the field strength at the location of the sensor or its sensitive area with regard to at least one predetermined field direction.
  • typical sensors based on the Hall effect or also sensors of the GMR, TMR, AMR, EMR, CMR or GMI measuring principle, which are to be regarded as known in specialist circles, are suitable.
  • the invention thus has the advantage of being able to use a large number of commercially available sensors. Suitable sensors are, for example, of the TMR4018 type from MultiDimension Technology.
  • a further essential aspect of the invention is the use of at least two, preferably exactly two, magnetic field sensors as respective electrical sensor components, in particular in the covering of partial surface areas of the magnetizable material, in particular the surface of the at least one interacting wave area.
  • Each magnetic field sensor generates an electrical signal depending on the influence on the magnetic field during rotation, in particular depending on the strength of at least one predetermined directional component of the magnetic field at the location of the magnetic field sensor.
  • the surface of the rotatable shaft that faces the respective magnetic field sensor, or the surface of the rotatable shaft that is opposite the magnetic field sensor in the distance direction in the interacting area is preferably designed in such a way that with respect to each of the magnetic field sensors used, the distance is parallel or perpendicular, in particular depending on the configuration of the invention to the axis of rotation of the shaft, between the partial surface area covered by the respective magnetic field sensor in the distance direction on the surface and the magnetic field sensor with the rotational angular position of the shaft, preferably, with the distance at any point in time or at any possible rotational angle position of the interacting shaft area or the interacting shaft areas at least two of the magnetic field sensors used, in particular all of them used, are different.
  • the phase shift results, for example, from the angle by which the magnetic field sensors are spaced apart around the axis of rotation of the shaft, provided the magnetic field sensors mentioned interact with the same shaft range.
  • the phase shift can result from that angle by which the vectorially considered distance directions of two different magnetic field sensors with regard to the same reference position in the respective interacting wave range are spaced apart from one another, in particular if these wave ranges interact with two different wave ranges with regard to their geometric or topological configuration are designed identically around the respective axis of rotation.
  • the direction of rotation of the shaft and thus the direction of the fluid flow in the device according to the invention can be inferred from the signal differences, preferably from the phase shift, in particular its sign.
  • the volume flowed through or the volume flow are closed.
  • the invention can provide that the interacting shaft region of a shaft is formed by the axial shaft end of the shaft and a respective magnetic field sensor is arranged in the direction of the axial shaft extension at a distance from the magnetizable material of the shaft end interacting with it outside the measuring chamber and in viewed from the axial direction on the magnetizable material of the shaft end, in particular on the axial end face of the shaft end, covers a partial surface area of the entire surface, which is variable depending on the rotational position of the shaft at a distance from the respective magnetic field sensor.
  • the initially mentioned distance direction is axial, or parallel to the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area.
  • the magnetic field at the location of the interacting magnetic field sensor is influenced by the rotation of the surface of the magnetizable material axially opposite the magnetic field sensor, which can coincide with the partial surface area mentioned on the axial end face of the shaft end, provided that the magnetizable material is arranged in the end face , Preferably the entire end face of the shaft end is made of magnetizable material.
  • a respective shaft always has two shaft ends. The interacting shaft end of the two shaft ends is preferably always the one which is arranged closer to the magnetic field sensor of the two shaft ends, ie in particular whose axial end face faces the magnetic field sensor.
  • the invention can also provide an alternative design of the interacting shaft area, in which this is formed by an area extending in the circumferential direction around the axis of rotation of the shaft, in which the magnetizable material is unevenly distributed around the axis of rotation.
  • a respective magnetic field sensor viewed in the radial direction to the axis of rotation, covers a partial surface area on the magnetizable material of the shaft area, in particular on the radial lateral surface of the shaft area, which is variable depending on the rotational position of the shaft at a distance from the respective magnetic field sensor.
  • the distance direction mentioned at the outset is therefore radial to the axis of rotation of the shaft with the interacting area.
  • a respective magnetic field sensor in particular its center, is preferably radially spaced from the axis of rotation at an axial position relative to the axis of rotation, which also corresponds to the axial position of the interacting shaft region, in particular its center, on the shaft.
  • the magnetizable material can preferably form a ring eccentric to the axis of rotation on or in the interacting shaft area.
  • This can be formed from a disk made of magnetizable material, which has a bore that is eccentric to the center of the disk and through which the shaft passes. This results in the uneven distribution around the axis of rotation due to the eccentricity of the ring to this, in particular so that the center of the disk rotates around the axis of rotation.
  • the material can also be distributed around the axis of rotation in the manner of a cam.
  • two interacting shaft areas can be provided on a single shaft, in particular one of two shafts in the measuring mechanism, which are axially directly next to each other without a distance or are also axially spaced.
  • the invention can have a measuring mechanism with only one rotating shaft, e.g. in measuring mechanisms with an impeller or also in devices with only one rotating displacement element.
  • the device can also have two engaging displacement elements in the measuring mechanism, in particular two gear wheels or two screw spindles.
  • the measuring unit of the device has two shafts that rotate when a fluid flows, specifically the respective shaft that carries one of the two displacement elements.
  • the invention can provide that the at least two, in particular exactly two, magnetic field sensors interact with the same wave range of a wave, in particular the wave range of a single wave or only the wave range of one of two waves, in particular in such a way that with the Rotation results in a varying influence on the measured values of the magnetic field sensors.
  • the other shaft also rotates, but preferably has no interaction with the magnetic field sensors, or during the rotation it always has the same interaction, preferably not causing any measured value change that varies with the rotation.
  • An influencing of the magnetic field sensors as a function of the rotation therefore only occurs with regard to the shaft range of one of the two shafts.
  • the at least two, in particular exactly two magnetic field sensors with interact in the same shaft area are arranged in a different radial direction at a distance from the axis of rotation of this shaft outside the measuring chamber and a different partial surface area on the surface of one shaft area is covered by the magnetic field sensors.
  • the angular spacing between two magnetic field sensors around the axis of rotation of this one shaft viewed in the direction of rotation defines the size of the phase shift of the measurement signals of these two magnetic field sensors relative to one another. Since all magnetic field sensors interact with the same wave range, the measured values of the sensors preferably have the same shape, in particular the same curve apart from a scaling, and preferably an identical curve.
  • the invention can also provide that of the at least two magnetic field sensors, a first magnetic field sensor group interacts magnetically with the shaft area of one shaft and a second magnetic field sensor group interacts magnetically with the shaft area of the other shaft.
  • the respective groups each include at least one magnetic field sensor, in particular exactly one each when the total number of all magnetic field sensors is two.
  • the magnetic field sensors can be spaced radially in different radial directions from the axis of rotation of the shaft of the respective interacting shaft region, in particular with the shaft regions of both shafts being of identical design, in particular with regard to the geometry or topology of the end faces or lateral surfaces.
  • the first and also the second embodiment can preferably be provided both in the case of an interaction with magnetizable material in/on an end face area of the shaft end and on/in the lateral surface area of the shaft.
  • a third embodiment can provide that of the at least two magnetic field sensors, a first magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with a first shaft range of a shaft, in particular one of two shafts, and a second magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with a second shaft range of the same wave is interactive.
  • the respective shaft regions are such in which the magnetizable material is arranged unevenly distributed around the axis of rotation of one shaft, preferably the interaction with the magnetizable material takes place in / on the lateral surface of the shaft in the respective shaft region.
  • the lateral surface is generally understood to be the surface that results with a radial distance, in particular a radial distance that varies here, in the circumferential direction around the axis of rotation.
  • the shaft areas in particular the shaft ends/the end faces or the lateral surfaces, in their preferably identical geometry/topology, are designed mirror-symmetrically in each case with respect to a mirror plane that includes the axis of rotation.
  • the magnetic field sensors generate signals that are phase-shifted with respect to one another, in particular the signal of a second magnetic field sensor relative to the signal of a first magnetic field sensor by an angle is phase-shifted, which is considered the angular distance of both directional vectors in the direction of rotation of the corresponds to the second wave whose wave range interacts with the second sensor.
  • the shaft regions of both shafts are identical in terms of surface geometry/topology, in particular with the aforementioned mirror symmetry, and are oriented relative to one another with an angular difference in their rotational positions, in particular an angular difference in the alignment of their mirror planes in a reference position wherein the magnetic field sensors are radially spaced in the same or opposite radial direction from the axis of rotation of the shaft of the respectively interacting shaft region.
  • the phase shift results according to the angular difference in the shaft areas and the sign of the phase shift depends on the directions of the spacing of the magnetic field sensors from the shafts/rotational axes.
  • the corrugated areas can also have different geometric shapes.
  • the axial end face of the shaft end interacting with the magnetic field is not, at least not exclusively, oriented in a plane perpendicular to the axis of rotation, viewed over its entire diameter, in particular if the magnetizable material is in / on or at least adjacent to the Face is arranged, preferably the face of magnetizable material is formed over the entire cross-section of the face.
  • an interacting shaft area, in particular the shaft end, e.g two magnetic field sensors result.
  • pairing should not be understood as being limited to a number of two measured values if more than two magnetic field sensors are used. In this way, it is possible to conclude from the measured values recorded a particular existing absolute rotational angle position, since the position is unambiguous for every possible pair of measured values.
  • an interacting shaft area e.g.
  • the invention can provide that with an interacting shaft end, the axial end face of the shaft end is designed as a flat surface overall in a single plane, with the plane not being oriented perpendicularly to the axis of rotation of the shaft, preferably at an angle of 10 to 80 degrees, preferably 30 to 60 degrees, particularly preferably oriented at an angle of 45 degrees to the axis of rotation.
  • This embodiment is particularly preferred because the rotation can generate a sinusoidal signal curve of the signal generated by the respective magnetic field sensor, and its further evaluation with regard to the angular position correlated to the signal is particularly simple.
  • This version in particular is suitable for inferring the absolute rotational angle position.
  • This embodiment also has the mirror symmetry mentioned.
  • a signal that changes step by step with the change in angle can be generated at each magnetic field sensor.
  • Each step change can preferably be associated with a specific fixed angular amount of rotation.
  • the axial end face of the shaft end in particular when viewed in cross section parallel to the axis of rotation, is curved continuously or in steps in a first direction perpendicular to the axis of rotation and has no curvature in a second direction perpendicular to the first, or that the axial end face, in particular viewed in cross section parallel to the axis of rotation, has at least two, preferably exactly two, planar sub-areas with different angles not equal to 90 degrees to the axis of rotation.
  • the angles of both partial surfaces to the axis of rotation can be the same in amount and differ only in the sign.
  • the design can have the mirror symmetry mentioned, but it does not have to be.
  • the at least one shaft has at least one channel that extends through the entire shaft, preferably in the axial direction, with which the measuring chamber areas at both shaft ends are fluidically connected.
  • This has the advantage, on the one hand, that the design as a hollow shaft saves material and thus moving mass on the measuring mechanism and, on the other hand, that two fluid-filled dead spaces of the device arranged at both ends of the shaft are fluidically connected by the channel, in particular resulting in pressure equalization can be achieved between these dead spaces.
  • the displacement element driving the shaft or the shaft is designed with sliding bearings, since with this design an axial displacement of the shaft due to pressure differences can then be avoided.
  • the invention can provide, if two engaging, eg meshing displacement elements are provided, that the shafts of both displacement elements are hollow, in particular each with a channel extending completely through the shaft.
  • each magnetic field sensor in particular at least its area sensing the magnetic field, if it interacts with the shaft end, does not, preferably not in some areas, cover the channel cross section.
  • the axial projection of at least the sensitive area of the respective magnetic field sensor lies completely on the material of the end face of the shaft, which in particular is ring-shaped when viewed in the axial projection.
  • the at least two magnetic field sensors are arranged at an angular distance of 90 degrees from one another with respect to the axis of rotation of the shaft and at a predetermined, preferably identical, radial distance from the axis of rotation.
  • signals that are phase-shifted by 90 degrees can be generated by the magnetic field sensors, which is also particularly advantageous if the signal generated is sinusoidal.
  • the magnetic field sensors can have any desired angular spacing other than 0 degrees around the axis of rotation in order to achieve a phase shift with this angular spacing.
  • the magnetic field sensors interact with different shaft areas, e.g are arranged at an angle a, for example 90 degrees, to one another in order to produce a phase shift of the signals of a degrees to one another.
  • the respective reference angular position can, for example, at the Location of both wave ranges are that has a fixed, for example, respectively the smallest distance to the magnetic field sensor, insbesondre both wave ranges with respect. Geometry / topology are identical.
  • the arrangement of all magnetic field sensors in the same plane is particularly preferred, preferably a plane perpendicular to the axis of rotation of the at least one shaft.
  • the arrangement of the magnetic field sensors is preferably such that they are arranged at the same radial distance and one behind the other in the axial direction.
  • the invention provides that at least one permanent magnet is used, in particular precisely one permanent magnet.
  • This can be arranged in such a way that it covers both or all magnetic field sensors at the same time, when viewed in the respective distance direction, e.g. in the direction or perpendicular to the axis of rotation of the at least one shaft, at least in regions, in particular completely, the sensors within the considered in the distance direction Projection of the permanent magnet are, but preferably in the axial direction of spacing of the permanent magnet is not intersected by the axis of rotation of the shaft, so is completely radially outside of this, at least with respect to the axis of rotation of that shaft with the interacting shaft end.
  • Such a single permanent magnet can preferably be formed such that its poles are spaced apart in the direction of spacing of the magnetic field sensors.
  • each of exactly two magnetic field sensors is covered by one of the two poles, as viewed in particular in FIG mentioned distance direction present for the respective embodiment of the invention. What is achieved in particular is that the field line density at the sensor location is particularly high in each case.
  • each magnetic field sensor is assigned its own permanent magnet.
  • each permanent magnet can preferably cover the assigned magnetic field sensor in the above sense, i.e. each magnetic field sensor is preferably within the axial projection of the permanent magnet assigned to it, particularly viewed in the distance direction mentioned at the beginning and present for the respective embodiment of the invention.
  • a geometric center of a respective permanent magnet can be aligned in the distance direction, in particular axially or radially aligned with the sensitive area, in particular the center of the sensitive area, of the associated magnetic field sensor.
  • the invention can provide that the different permanent magnets, in particular in the direction of rotation or in the axial direction, are polarized alternately, in particular are polarized axially or radially relative to the axis of rotation, i.e. in particular the poles of each magnet are spaced in the direction of the axis of rotation of the shaft or radially.
  • none of the permanent magnets is crossed by an axis of rotation, which can result in this preferred arrangement in the event of an interaction with a shaft end if the (radial) cross sections of the magnets are preferably smaller than twice the radial spacing of the magnetic field sensors from the (respective) ) axis of rotation.
  • the magnets complement each other to form a closed one magnetic circuit, in which the sensors are also located and reinforce each other.
  • At least one of the magnetic field sensors, in particular all magnetic field sensors and the associated permanent magnet can preferably be arranged on opposite sides of a circuit board carrying the magnetic field sensor(s), preferably on opposite sides of a circuit board carrying the magnetic field sensor(s) and the respectively assigned permanent magnet.
  • the respective magnetic field sensor can be arranged particularly close to one of the poles of the associated permanent magnet, in particular spaced apart only by the thickness of the circuit board.
  • the assigned permanent magnet can be the same for all or several magnetic field sensors, in particular the assigned magnet can also be different for each magnetic field sensor.
  • the invention can preferably also provide that the at least one interacting wave area and at least one magnetic field sensor, preferably the at least two magnetic field sensors, are arranged on both sides of a non-magnetic and non-magnetizable closure element with which the measuring chamber is closed.
  • This closure element can be tightly connected to the measuring chamber, e.g. by welding, soldering, gluing or screwing, preferably closing an opening through which the measuring chamber can be fitted with at least the shaft, the end of which interacts with one or more magnetic field sensors.
  • Such a closure element can be a plate or else a pot or an immersion sleeve which is immersed in the fluid in the measuring chamber and in itself accommodates the at least one magnetic field sensor, in particular also the associated permanent magnet.
  • the measuring mechanism has two displacer elements which are in engagement with one another and which can each be rotated about their own axis of rotation, with both axes of rotation being parallel at a distance and with a shaft driven by the displacer element being arranged around the axis of rotation of each of the displacer elements , in particular the shaft carries the displacement element directly, and at least one of the shafts has a magnetically interacting shaft area, e.g. a shaft end.
  • each displacement element causes its assigned shaft to rotate and each of these two shafts has a shaft area that interacts magnetically with at least one of at least two magnetic field sensors, preferably with exactly one of exactly two magnetic field sensors interacts.
  • the arrangement is preferably chosen such that the magnetic field sensors, as described above, generate signals that are phase-shifted with respect to one another during the rotation of the two synchronously rotating shafts.
  • the displacement elements are particularly preferably designed as gear wheels that mesh with one another, but can also be designed as oval wheels or screw spindles.
  • an embodiment of the device as an impeller meter is also possible, in which the impeller drives one shaft with the magnetically interacting shaft end.
  • FIG. 1 first of all schematically illustrates the working principle of a device according to the invention and the method based on a measuring mechanism with displacement elements.
  • the two displacement elements are designed as gear wheels 1a and 1b. These are in meshing engagement with one another, are each arranged on a shaft 2a or 2b and are located in a measuring chamber 3, in which the shafts 2a, 2b are also mounted so as to be rotatable about their respective axes of rotation.
  • the measuring chamber 3 has a fluid inlet 3a and a fluid outlet 3b, which are separated by the displacement elements 1a and 1b.
  • the displacement elements 2a, 2b rotate according to the directions of rotation shown there by arrows. The fluid is thus transported from the inlet to the outlet in each displacement chamber with a specific and known volume Vi c .
  • a cavity 1d is also formed between a tooth, for example, of the displacement element 1a and an interdental space, for example, of the displacement element 1b, which also has a specific volume Vid known in the method.
  • this cavity 1d which is newly formed with each new intervention, fluid is returned from the outlet to the inlet.
  • a conveyed volume of V 2xVi c - Vid results.
  • FIG. 2 shows a device of the type according to the invention in a technically more concrete form in a sectional plane tilted by 90 degrees to FIG.
  • the device has a housing 5, here with a lower housing part 5a and an upper housing part 5b and a housing attachment 5c.
  • the measuring chamber 3 is formed in the housing 5 between the lower part 5a and the upper part 5b, with a fluid inlet 3a and a fluid outlet 3b, as well as the displacement elements 1a, 1b, only one of which can be seen in FIG.
  • the fluid flows through the measuring chamber 3 .
  • the “dry” part of the device is accommodated in the housing attachment, in particular the magnetic field sensors 6 and the at least one permanent magnet 7, which are carried here by a common circuit board 8 on opposite sides of the circuit board 8.
  • This housing attachment 5c thus forms a sensor cover for the device.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the device in yet another section plane of the device.
  • a magnetic interaction of the shaft area at the shaft end 2c is only provided for one of the two shafts, namely the shaft 2a.
  • the shaft 2a on the left here of the displacement element 1a has a free, here upper shaft end 2c, in particular which is arranged here beyond the two shaft bearings.
  • this shaft end 2c forms the (single here) mechanical sensor component, which interacts magnetically with two electrical sensor components 6 .
  • Each electrical sensor component includes a magnetic field sensor 6, each at the Underside of the circuit board 8 is arranged, which points to the shaft end 2c.
  • this device On the side of circuit board 8 facing away from shaft end 2c, this device has an associated permanent magnet 7 for each magnetic field sensor 6, which covers the associated magnetic field sensor in the axial direction of the axes of rotation of shafts 2a, 2b.
  • the direction of the distance ie the direction of the distance from the magnetic field sensor to the interacting shaft area, here the shaft end 2c, is axial with respect to the axis of rotation 2d.
  • the measuring chamber 3 is closed by a closure element 3c, which is preferably not magnetizable.
  • FIG. 4 shows an axial view of the arrangement, from which it can be seen that the magnets 7 completely cover the sensors 6 in the projection and that the sensors 6 and magnets 7 are each radially spaced from the axis of rotation 2d of the shaft 2a.
  • the radial distance is greater than the radial cross section of the magnets 7.
  • the sensors 6 and magnets 7 have an angular distance of 90 degrees about the axis of rotation 2d. The effect of this is that the two sensors 6 generate a signal curve that is phase-shifted by 90 degrees with respect to one another.
  • the magnetic interaction between the one mechanical sensor component (2a, 2c) and the two electrical sensor components 6 is based on the fact that the sensors 6 are each located in the magnetic field of the magnets 7 and measure this magnetic field, i.e. each generate an electrical signal dependent on the magnetic field.
  • the shaft end 2c has an axial end face which, in this embodiment, forms a completely flat plane which is at an angle transversely to the axis of rotation 2d, ie is neither perpendicular nor parallel to it.
  • the angle may preferably range from 10 to 45 degrees.
  • the shaft end 2c or at least the end face comprises a magnetizable material or is made entirely of such a material.
  • the axial projections of the sensors 6 each lie on partial surface areas of the end face whose distance from the respective sensor 6 changes when the shaft 2a rotates. Due to the sloping plane of the end face, the partial surface area under one magnetic field sensor 6 is at a different distance from the sensor 6 than the partial surface area under the other sensor 6. In each angular position, the magnetic field measured by the respective sensor 6 is different compared to the other sensor 6 affected, i.e. both sensors measure different signals, the signals being 90 degrees out of phase due to the angular spacing of the sensors.
  • the magnetic interaction is based here, for example, on the fact that the magnetizable material of the shaft end 2c concentrates the magnetic field on the sensor 6 more at a smaller distance than at a greater distance. It is thus measured with the sensors 6, the fluctuating concentration of the magnetic field at the sensor location, which is generated by the magnetizable material at the shaft end 2c, in particular in the axial end face during rotation.
  • the angular position can thus be deduced from the signal level of the signal from each of the sensors 6, the direction of rotation of the shaft 2c and thus the direction of flow of the fluid being able to be deduced from the sign of the phase shift between the signals of both sensors.
  • the angular position can be determined not only relatively but also absolutely, in particular if a different value pair of measured values of both magnetic field sensors results for each possible angular position.
  • sinusoidal signals are preferably generated in each case with the sensors. Provision can be made to convert at least one of the signals into pulses and then to deduce the volume that has flowed through from a counted number of pulses.
  • FIG. 5 shows a detail of an alternative embodiment of the device.
  • the arrangement of the sensors 6 is identical to the embodiment in FIGS. 2, 3 and 4. What is different, however, is that only one permanent magnet 7 is used. This also covers both sensors 6 and, as in FIG. 4, is valid for each of the two magnets and not crossed by the axis of rotation 2d. All other features are identical to those in FIGS. 2, 3 and 4.
  • Figures 6 show variant embodiments of the interacting end 2c of the shaft 2a.
  • Figure 6A shows a section of an embodiment that has already been implemented in Figures 2 to 5 with regard to the end face geometry, i.e. the axial end face of the shaft end 2c is completely flat, with the plane being transverse to the axis of rotation 2d, i.e. at an angle not equal to 90 degrees.
  • the shaft 2a is hollow and has a channel 2e that extends completely through the shaft and is thus suitable for connecting the areas of the measuring chamber 3 at both ends of the shaft through the shaft in a pressure-equalizing manner.
  • This embodiment can be used in the embodiments of FIGS. 2 to 4 and all other possible embodiments.
  • FIG. 6B shows a variant of the shaft end in which the end face has exactly two planar partial faces with different angles not equal to 90 degrees to the axis of rotation 2d.
  • FIG. 6C shows a variant in which, compared to FIG. 6B, the radially outer areas of the shaft end 2c merge into the shaft jacket surface in a curved manner.
  • the end face is continuously curved in a first direction perpendicular to the axis of rotation, which lies here in the plane of the paper, and is designed without curvature in a second direction, here lying perpendicular to the plane of the paper.
  • the end face is designed as a stepped surface, here with two steps of different heights in the axial direction.
  • FIG. 7 shows an embodiment variant in which both shafts 2a and 2b have respective shaft ends 2c which form magnetically interacting shaft regions. .
  • One of the two magnetic field sensors 6 is assigned to each of the two shaft ends 2c, and each magnetic field sensor 6 is assigned its own permanent magnet 7, which in particular covers the sensor 6 in the axial direction.
  • the arrangement of the magnetic field sensors 6 can thus be spatially rectified.
  • the shaft ends 2c of both shafts 2a, 2b are identical in terms of geometry or topology. According to this representation, there is also a position in which the shaft ends are oriented the same in space or in the device, which can be seen here, for example, from the fact that the highest tip of the shaft end is on the right in the figure. Starting from this position, both shafts rotate in opposite directions.
  • the magnetic field sensor 6 have have different configurations due to the identical shaft orientation and thus generate a phase-shifted signal curve.
  • FIG. 8 shows a further alternative, in which the displacement elements 1a, 1b in the measuring chamber 3 of the housing 5 are designed as screw spindles which engage with one another.
  • the shaft 2a of the two shafts 2a, 2b has two shaft regions 2d, 2c2, each of which interacts with a different magnetic field sensor 6.
  • the shaft portions 2d, 2c2 are formed around the axis of rotation 2d in front of the axial end of the shaft 2a.
  • Each shaft area 2d, 2c2 has magnetizable material that is unevenly distributed around the axis of rotation 2d, e.g. in the form of a respective circular disc made of magnetizable material fastened eccentrically to the axis of rotation 2d on the shaft 2a.
  • Both shaft areas 2d, 2c2, or circular discs can be identical in their respective geometry, but are attached to the shaft 2a offset in rotation angle to one another and therefore point in each rotation angle position at the respective pointing to the magnetic field sensor 6 and covered by this in the radial projection Partial surface area on the lateral surface at a different distance, which leads to a different influence on the magnetic field at the location of the respective magnetic field sensor 6.
  • the distance at the lateral surface of the shaft area 2c2 is smaller than in the shaft area 2d.
  • Each magnetic field sensor 6 is assigned its own permanent magnet 7 here, in particular one that covers the sensor in the radial direction.
  • the arrangement of circuit board 8, permanent magnets 7 and magnetic field sensors 6 is arranged in an immersion sleeve 3c in the measuring chamber 3 here.
  • the magnetic field sensors 6 are not in the axial direction of distance, but in the radial direction of distance relative to the axis of rotation 2d, the interacting one Shaft area 2d, 2c2 opposite, here the circular discs or generally the radial lateral surfaces of the shaft 2a in the two shaft areas 2d and 2c2.

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Abstract

The invention relates to a flow measuring apparatus for measuring the volume flow rate of a fluid, said apparatus comprising a housing (5a, 5b, 5c) having a measuring chamber (3) which has a fluid inlet (3a) and a fluid outlet (3b). A measuring mechanism (1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 6, 7) is located in the measuring chamber (3), by means of which measuring mechanism at least one mechanical sensor component (2a, 2b, 2c), which is rotatably mounted in the measuring chamber (3) and which interacts magnetically with at least one electrical sensor component (6) outside the measuring chamber (3), is made to rotate in accordance with a fluid (4) flowing between the fluid inlet (3a) and the fluid outlet (3b). The at least one mechanical sensor component (2a, 2b, 2c) comprises a shaft (2a, 2b) which can be rotated about an axis of rotation and which comprises a magnetisable material in a shaft region (2c) located in the measuring chamber (3), and the at least one shaft region (2c) comprising magnetisable material interacts with at least two, preferably exactly two, electrical sensor components (6). Each electrical sensor component (6) is formed by a magnetic field sensor (6) and each magnetic field sensor (6) is located outside the measuring chamber (3) at a distance from the shaft region (2c) interacting therewith in a distance direction, and at least one stationary permanent magnet (7) located outside the measuring chamber (3) is associated with the magnetic field sensors (6) and is preferably arranged so as to cover a magnetic field sensor (6) as viewed in the distance direction. A magnetic field can be generated with the at least one permanent magnet (7) at the location of the magnetic field sensors (6), and each of the magnetic field sensors (6), as viewed in the distance direction, covers a partial surface region on the magnetisable material, in particular on the surface of the shaft region (2c) interacting therewith, the distance of which partial surface region from the magnetic field sensor (6) can be varied depending on the rotational position of the shaft (2a, 2b). The invention also relates to a method for measuring the volume flow rate of a fluid (4).

Description

Flußmessvorrichtung und Verfahren zur Messung des Volumenstroms eines Fluids Flow measuring device and method for measuring the volume flow of a fluid
Die Erfindung betrifft eine Flußmessvorrichtung zur Messung des Volumenstroms eines Fluids, umfassend ein Gehäuse mit einer Messkammer, die einen Fluideingang und einen Fluidausgang aufweist, wobei in der Messkammer ein Messwerk angeordnet ist, mit dem in Abhängigkeit eines zwischen Fluideingang und Fluidausgang fließenden Fluids wenigstens eine in der Meßkammer rotierbar gelagerte mechanische Sensorkomponente in Rotation versetzbar ist, die mit wenigstens einer elektrischen Sensorkomponente außerhalb der Messkammer magnetisch wechselwirkend ist. The invention relates to a flow measuring device for measuring the volume flow of a fluid, comprising a housing with a measuring chamber which has a fluid inlet and a fluid outlet, a measuring mechanism being arranged in the measuring chamber with which, depending on a fluid flowing between the fluid inlet and the fluid outlet, at least one the measuring chamber rotatably mounted mechanical sensor component can be set in rotation, which is magnetically interacting with at least one electrical sensor component outside the measuring chamber.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung des Volumenstroms eines Fluids mit einer Fluidmessvorrichtung umfassend ein Gehäuse mit einer Messkammer, die einen Fluideingang und einen Fluidausgang aufweist, wobei in der Messkammer ein Messwerk angeordnet ist, mit dem in Abhängigkeit eines zwischen Fluideingang und Fluidausgang fließenden Fluids wenigstens eine in der Meßkammer rotierbar gelagerte mechanische Sensorkomponente in Rotation versetzt wird, die mit wenigstens einer elektrischen Sensorkomponente außerhalb der Messkammer magnetisch wechselwirkt. The invention also relates to a method for measuring the volume flow of a fluid with a fluid measuring device comprising a housing with a measuring chamber that has a fluid inlet and a fluid outlet, wherein a measuring mechanism is arranged in the measuring chamber with which, depending on a fluid flowing between the fluid inlet and the fluid outlet, the fluid flows at least one mechanical sensor component which is rotatably mounted in the measuring chamber and which interacts magnetically with at least one electrical sensor component outside the measuring chamber is rotated.
Solche Flußmessvorrichtungen und Verfahren zur Messung des Volumenstromes eines Fluids sind im Stand der Technik bekannt, z.B. aus der Publikation US 9,581 ,474 B1 , der DE 10 2006 011 310 A1 und auch der EP 3 580 527 B1 . Die in den beiden erstgenannten Publikationen beschriebenen Messwerke umfassen in der Messkammer wenigstens ein rotierbares Verdrängerelement, wobei die durch den Fluiddurchfluss erzeugte Rotation eines Verdrängerelementes messtechnisch erfasst wird. Benannt sind als Verdrängerelement entweder ein einziges Zahnrad oder als in Eingriff stehende Verdrängerelemente zwei miteinander kämmende Zahnräder. Ein jeweiliges Verdrängerelement, z.B. Zahnrad, ist auf einer Welle angeordnet, wobei die jeweilige Welle um deren Wellenmittenachse drehbar gelagert ist, z.B. in Wälzlagern, insbesondere Zylinderlagern oder Kugellagern. Such flow measuring devices and methods for measuring the volume flow of a fluid are known in the prior art, for example from publication US Pat. No. 9,581,474 B1, DE 10 2006 011 310 A1 and also EP 3 580 527 B1. The measuring mechanisms described in the two first-mentioned publications include at least one rotatable displacement element in the measuring chamber, with the rotation of a displacement element generated by the fluid flow being recorded by measurement. Either a single gear wheel is named as the displacement element or two gear wheels meshing with one another as displacement elements that are in engagement. A respective displacement element, for example a gear wheel, is arranged on a shaft, with the respective shaft being mounted so as to be rotatable about its central shaft axis, for example in roller bearings, in particular cylindrical bearings or ball bearings.
Bei der Ausführung mit nur einem drehbaren Verdrängerelement, z.B. Zahnrad, wird zwischen dem Verdrängerelement und der Messkammerwand, z.B. zwischen den Zahnzwischenräumen und der Messkammerwand das zu fördernde Fluid eingeschlossen. Insbesondere können hierbei die Zahnzwischenräume bezogen auf die Fließrichtung unsymmetrisch ausgebildet sein, um beim Fluß eine bevorzugte Rotationsrichtung des Verdrängerelementes zu erzielen. In the version with only one rotatable displacement element, e.g. gear wheel, the fluid to be pumped is enclosed between the displacement element and the measuring chamber wall, e.g. between the spaces between the teeth and the measuring chamber wall. In particular, the spaces between the teeth can be designed asymmetrically in relation to the flow direction in order to achieve a preferred direction of rotation of the displacement element during flow.
Bei der Ausführung mit zwei in Eingriff stehenden Verdrängerelementen, z.B. kämmenden Zahnrädern, wird durch erste Raumbereiche zwischen einem jeweiligen Verdrängerelement, z.B. Zahnrad, und den umgebenden Messkammerwänden, insbesondere zwischen dem Verdrängerelement und den dieses radial und axial umgebenden Messkammerwänden, ein Hinfluß und durch zwischen den beiden in Eingriff stehenden Verdrängerelementen gebildeten zweiten Raumbereichen, z.B. zwischen den kämmenden Zahnrädern, insbesondere also zwischen dem Zahn eines der Zahnräder und dem Zahnzwischenraum des anderen, ein Rückfluß erzeugt, wobei die Differenz aus Hinfluß und Rückfluß den effektiven Fluidfluß zwischen Eingang und Ausgang bildet. . Das bei der Rotation der Verdrängerelemente pro einem bestimmten Rotationswinkel geförderte definierte Volumen ergibt sich zu V = 2 x VRi - VR2, wobei VR1 das beim bestimmten Rotationswinkel in einem ersten Raumbereich bei jedem der beiden Verdrängerelemente eingeschlossene Volumen ist und VR2 das beim bestimmten Rotationswinkel in einem zweiten Raumbereich eingeschlossene Volumen ist. In the embodiment with two meshing displacement elements, e.g. meshing gear wheels, an inflow and through between the two engaging displacer elements, a backflow is generated, e.g. between the meshing gears, in particular between the tooth of one of the gears and the space between the teeth of the other, with the difference between the inflow and the backflow forming the effective fluid flow between the inlet and outlet. . The defined volume conveyed during the rotation of the displacement elements per a specific angle of rotation is V = 2 x VRi - VR2, where VR1 is the volume enclosed in a first spatial region at the specific angle of rotation for each of the two displacement elements and VR2 is the is volume enclosed in a second region of space at the given angle of rotation.
Bei Zahnrädern kann vorzugsweise der bestimmte Rotationswinkel dem Teilungswinkel entsprechen, also 360 Grad / Anzahl der Zähne des Zahnrades. Innerhalb eines Umfangsabschnittes mit der Winkelerstreckung des genannten Teilungswinkels befindet sich dann bei jedem Verdrängerelement genau ein Zahnzwischenraum, der mit den angrenzenden Messkammerwänden das Volumen VRi des ersten Raumbereiches definiert. Im Eingriffsbereich beider Zahnräder wird durch den Zahnzwischenraum eines Zahnrades und dem darin eingreifenden Zahn des anderen Zahnrades das Volumen VR2 umgrenzt und definiert. In the case of gear wheels, the specific angle of rotation can preferably correspond to the pitch angle, ie 360 degrees/number of teeth of the gear wheel. Within a circumferential section with the angular extension of the pitch angle mentioned, there is then exactly one tooth gap for each displacement element, which defines the volume VRi of the first spatial area with the adjoining measuring chamber walls. In the meshing area of both gears, the volume VR2 is delimited and defined by the space between the teeth of one gear and the tooth of the other gear engaging therein.
Es können auch Ausführungen vorgesehen sein, in denen ein jeweiliges Verdrängerelement als Schraubenspindel, Ovalrad, ö.ä. ausgebildet wird. Versions can also be provided in which a respective displacement element is designed as a screw spindle, oval wheel, etc. is trained.
Diese vorgenannten Ausführungen zeichnen sich vorzugsweise dadurch aus, dass durch die Verdrängerelemente der Strömungspfad zwischen Fluideingang und Fluidausgang ohne Rotation der Verdrängerelemente unterbrochen ist, so dass ein Fluidfluss durch die Messkammer nur unter Rotation des einen oder der zwei Verdrängerelemente möglich ist. Unter Rotation des Verdrängerelementes oder der Verdrängerelemente fließt somit das Fluid portionsweise mit einem definierten Fluidvolumen, z.B. gemäß dem oben genannten Volumen V, pro einem bestimmten Rotationswinkel, z.B. dem Teilungswinkel, durch die Vorrichtung. Es ist so eine sehr präzise Volumenmessung des durch die Vorrichtung fließenden Fluids anhand der bekannten Größe des genannten definierten Fluidvolumens und der Anzahl der pro Gesamtumdrehung geflossenen Portionen möglich. These aforementioned designs are preferably characterized in that the flow path between fluid inlet and fluid outlet is interrupted by the displacement elements without rotation of the displacement elements, so that fluid flow through the measuring chamber is only possible with rotation of one or the two displacement elements. With the rotation of the displacement element or elements, the fluid thus flows through the device in portions with a defined fluid volume, e.g. according to the volume V mentioned above, per a specific angle of rotation, e.g. A very precise volume measurement of the fluid flowing through the device is thus possible using the known size of the defined fluid volume mentioned and the number of portions that have flowed per total revolution.
Es sind weiterhin auch Vorrichtungen der eingangs genannten Art z.B. aus der letztgenannten Publikation bekannt, bei welcher das Messwerk in der Messkammer ein Flügelrad aufweist, insbesondere bei sogenannten Flügelradzählern. Hier wird das Flügelrad durch einen Fluidstrom zwischen Fluideingang und Fluidausgang der Messkammer in Rotation um seine Rotationsachse versetzt. Auch ein solches Flügelrad kann auf einer um die Rotationsachse drehbar gelagerten Welle angeordnet sein. Devices of the type mentioned at the outset are also known, for example from the last-mentioned publication, in which the measuring mechanism has an impeller in the measuring chamber, in particular in the case of so-called impeller meters. Here the impeller by a fluid flow between Fluid input and fluid output of the measuring chamber rotated about its axis of rotation. Such an impeller can also be arranged on a shaft that is rotatably mounted about the axis of rotation.
In einer solchen Vorrichtung wird der Strömungsweg des Fluids durch die Messkammer bei stillstehendem Flügelrad üblicherweise nicht unterbrochen. Solche Vorrichtungen eignen sich zur verlässlichen Messung im Wesentlichen nur bei Strömungen über einem bestimmten Grenzvolumenstrom, der geeignet ist, das Flügelrad in Rotation zu versetzen. In such a device, the flow path of the fluid through the measuring chamber is usually not interrupted when the impeller is stationary. Devices of this type are suitable for reliable measurement essentially only in the case of flows above a certain limit volume flow which is suitable for causing the impeller to rotate.
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren jeder möglichen Art, ein Messwerk auszubilden, durch welches durch den Fluidfluß wenigstens eine mechanische Sensorkomponente in Rotation versetzt wird, insbesondere auf Vorrichtungen der zuvor genannten Arten, wobei eine Realisierung des Messwerkes mit Verdrängerelementen der Realisierung mit Flügelrädern vorgezogen ist. The invention relates to devices and methods of every possible type for forming a measuring mechanism, by means of which at least one mechanical sensor component is set in rotation by the fluid flow, in particular to devices of the types mentioned above, with implementation of the measuring mechanism with displacement elements being preferred to implementation with impellers is.
Es ist im vorbenannten Stand der Technik bekannt, die Rotation eines Verdrängerelementes oder Flügelrades dadurch messtechnisch zu erfassen, dass die mechanische Sensorkomponente, die beim Fluiddurchfluss durch das Messwerk in der Messkammer in Rotation versetzt wird, wenigstens einen Magneten aufweist. Ein solcher Magnet kann in/an der Welle angeordnet sein, die ein Verdrängerelement oder das Flügelrad trägt oder auch im Verdrängerelement oder Flügelrad selbst. Der wenigstens eine Magnet ist hierdurch mit dem Fluid in Kontakt und erzeugt mit seiner Rotation ein zugleich rotiertes Magnetfeld aufgrund der mit dem magneten rotierenden Pole. Er ist weiterhin Teil der mit dem Messwerk bewegten Masse. In the prior art mentioned above, it is known to measure the rotation of a displacement element or impeller in that the mechanical sensor component, which is rotated when the fluid flows through the measuring mechanism in the measuring chamber, has at least one magnet. Such a magnet can be arranged in/on the shaft that carries a displacement element or the impeller or in the displacement element or impeller itself the magnet rotating pole. It is still part of the mass moved with the measuring mechanism.
Mit einer außerhalb der Messkammer angeordneten elektrischen Sensorkomponente steht die mechanische Sensorkomponente des Standes der Technik, insbesondere also der wenigstens eine Magnet, insoweit in magnetischer Wechselwirkung, als dass das rotierende Magnetfeld an der elektrischen Sensorkomponente ein Messsignal erzeugt, z.B. in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke am Ort der elektrischen Sensorkomponente. With an electrical sensor component arranged outside of the measuring chamber, the mechanical sensor component of the prior art, in particular the at least one magnet, interacts magnetically to the extent that the rotating magnetic field on the electrical Sensor component generates a measurement signal, for example depending on the magnetic field strength at the location of the electrical sensor component.
Allgemein, insbesondere somit auch gültig für die Erfindung, liegt eine magnetische Wechselwirkung der mechanischen Sensorkomponente mit der elektrischen Sensorkomponente z.B. dahingehend vor, dass durch die Rotation wenigstens eines Elementes der mechanischen Sensorkomponente das Messsignal eines Elements der elektrischen Sensorkomponente geändert wird durch Änderung des am Ort des genannten Elementes der elektrischen Sensorkomponente vorliegenden Magnetfeldes. In general, and in particular therefore also valid for the invention, there is a magnetic interaction of the mechanical sensor component with the electrical sensor component, e.g. to the effect that the rotation of at least one element of the mechanical sensor component changes the measurement signal of an element of the electrical sensor component by changing the at the location of the mentioned element of the electrical sensor component present magnetic field.
Eine elektrische Sensorkomponente umfasst z.B. einen Hall-Effekt-Sensor oder einen Sensor nach dem GMR- (Giant Magneto Resistance) oder TMR- (Tunnel Magneto Resistance) oder AMR- (Anisotrope Magneto Resistive) oder EMR- (Extraordinary Magneto Resistance) oder CMR- (Collosale Magneto Resistive) oder GMI- (Giant Magnetic Inductance) Prinzip, oder wie z.B. in der letztgenannten Publikation genannt, einfach eine Spule oder ist als solches Element ausgebildet. An electrical sensor component includes, for example, a Hall Effect sensor or a GMR (Giant Magneto Resistance) or TMR (Tunnel Magneto Resistance) or AMR (Anisotropic Magneto Resistive) or EMR (Extraordinary Magneto Resistance) or CMR type sensor (Colossal Magneto Resistive) or GMI (Giant Magnetic Inductance) principle, or as mentioned in the latter publication, simply a coil or is designed as such an element.
Der Sensor erzeugt bei den genannten Dokumenten des Standes der Technik ein elektrisches Signal, das abhängig ist von der Rotationswinkelstellung des Magneten, bzw. des von ihm erzeugten Magnetfeldes zum Sensor. Das von einem Magnetfeldsensor erzeugte Signal kann im Stand der Technik und auch bei der Erfindung weiter ausgewertet werden, um eine Information über den Volumenstrom oder das geförderte Volumen zu bilden. Ein gemessenes Signal kann z.B. ein mit der Rotation des Messwerks sich stetig änderndes Spannungsoder Stromsignal sein, z.B. dass sich mit der Rotation sinusförmig ändert. Das Signal kann auch durch Spannung- oder Strompulse ausgebildet sein, insbesondere in der Art, dass pro Gesamtumdrehung des Messwerks und/oder wenigstens eines Elementes einer mechanischen Sensorkomponente eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen erzeugt wird. Es kann auch vorgesehen sein, zwischen den vorgenannten Signalformen zu wandeln, also eines der genannten Signale aus einem anderen zu bilden, z.B. Pulse aus einem Sinus-Signal zu bilden. Alle vorgenannten Sensoren, und grundsätzlich jegliche Sensoren, die eine magnetische Wechselwirkung ermöglichen, sowie die genannten Vorgehensweisen können auch bei der Erfindung eingesetzt werden. In the prior art documents mentioned, the sensor generates an electrical signal which is dependent on the rotational angle position of the magnet or the magnetic field generated by it in relation to the sensor. The signal generated by a magnetic field sensor can be further evaluated in the prior art and also in the invention in order to form information about the volume flow or the volume conveyed. A measured signal can be, for example, a voltage or current signal that constantly changes with the rotation of the measuring mechanism, for example that changes sinusoidally with the rotation. The signal can also be formed by voltage or current pulses, in particular such that a predetermined number of pulses is generated per total revolution of the measuring mechanism and/or at least one element of a mechanical sensor component. It can also be provided to convert between the aforementioned signal forms, ie one of the aforementioned Forming signals from another, e.g. forming pulses from a sine signal. All of the sensors mentioned above, and in principle any sensors that enable magnetic interaction, as well as the procedures mentioned can also be used in the invention.
Problematisch bei dieser Art der magnetischen Wechselwirkung ist es, dass der das zu messende Magnetfeld erzeugende Magnet in der Messkammer angeordnet und damit medienberührt ist, was bei korrosiven Medien oder magnetische Partikel fördernden Fluiden nachteilig ist. The problem with this type of magnetic interaction is that the magnet generating the magnetic field to be measured is arranged in the measuring chamber and is therefore in contact with the medium, which is disadvantageous in the case of corrosive media or fluids conveying magnetic particles.
Wie erwähnt ist im genannten Stand der Technik der Magnet Teil der vom Messwerk zu bewegenden Masse und erhöht damit auch die Trägheit des Messwerkes und beeinflusst somit das Anlaufverhalten. As mentioned, in the prior art mentioned, the magnet is part of the mass to be moved by the measuring mechanism and thus also increases the inertia of the measuring mechanism and thus influences the starting behavior.
Weiterhin erzeugt die magnetische Wechselwirkung des Magneten, bzw. dessen rotiertem Magnetfeld mit dem Sensor oder mit um die Messkammer herumliegenden metallischen Elementen ein auf das Messwerk wirkendes Bremsmoment, insbesondere durch Wirbelströme, was eine präzise Volumenmessung erschwert, oder zumindest als Störgröße berücksichtigt werden muss. Dieser Bremseffekt ist umso größer je weiter der rotierende Magnet radial von der Rotationsachse entfernt ist. Furthermore, the magnetic interaction of the magnet or its rotating magnetic field with the sensor or with metallic elements lying around the measuring chamber generates a braking torque acting on the measuring mechanism, in particular due to eddy currents, which makes precise volume measurement more difficult, or at least must be taken into account as a disturbance variable. This braking effect is greater the further the rotating magnet is radially removed from the axis of rotation.
Ebenso ist es als nachteilig zu bewerten, dass typische Serienstreuungen in der Fertigung von Magneten zu Inhomogenitäten im rotierten Magnetfeld führen, was die Auswertung des erzeugten Signals erschwert. It is also considered to be disadvantageous that typical series deviations in the production of magnets lead to inhomogeneities in the rotated magnetic field, which makes it difficult to evaluate the generated signal.
Besonders in Anwendungen, in denen es auf eine hochpräzise Messung auch sehr kleiner Volumina ankommt, sind die Vorrichtungen der eingangs genannten Art mit am Messwerk angeordneten Magneten zur Erzeugung eines rotierten Magnetfeldes somit als nachteilig anzusehen. Ein weiterer Nachteil ist auch darin zu sehen, dass mit den Vorrichtungen des benannten Standes der Technik mit nur einem Magnetfeldsensor in der elektrischen Sensorkomponente nicht die Drehrichtung des Messwerkes und damit auch nicht die Fließrichtung des Fluids durch die Vorrichtung erfasst werden kann. Particularly in applications in which high-precision measurement of even very small volumes is important, the devices of the type mentioned at the beginning with magnets arranged on the measuring mechanism for generating a rotating magnetic field are therefore to be regarded as disadvantageous. A further disadvantage can be seen in the fact that the devices of the named prior art with only one magnetic field sensor in the electrical sensor component cannot detect the direction of rotation of the measuring mechanism and thus also not the direction of flow of the fluid through the device.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Wirkung von Bremsmomenten auf das Messwerk vermieden oder zumindest reduziert werden kann, insbesondere somit die Anordnung von durch den Fluidfluss rotierten, das zu messende Magnetfeld erzeugenden Magneten am Messwerk zu vermeiden. Es ist weiterhin eine Aufgabe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren die Fließrichtung des Fluids durch die Vorrichtung erkennen zu können. It is therefore an object of the invention to provide a device and a method with which the effect of braking torques on the measuring mechanism can be avoided or at least reduced, in particular the arrangement of magnets rotated by the fluid flow and generating the magnetic field to be measured on the measuring mechanism avoid. It is also an object of the device according to the invention and the method to be able to identify the flow direction of the fluid through the device.
Diese Aufgabe wird in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die wenigstens eine mechanische Sensorkomponente eine um eine Rotationsachse rotierbare Welle umfasst, die von dem Messwerk bei dessen Rotation angetrieben wird und die in einem in der Messkammer liegenden Wellenbereich ein magnetisierbares Material umfasst, vorzugsweise zumindest in diesem Wellenbereich aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet ist, und der wenigstens eine magnetisierbares Material umfassende Wellenbereich mit wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei elektrischen Sensorkomponenten wechselwirkend ist, wobei jede elektrische Sensorkomponente durch einen Magnetfeldsensor ausgebildet ist, und jeder Magnetfeldsensor zu dem mit ihm wechselwirkenden Wellenbereich in einer Abstandsrichtung beabstandet außerhalb der Messkammer angeordnet ist, und den Magnetfeldsensoren wenigstens ein außerhalb der Messkammer liegender ortsfester Permanentmagnet zugeordnet ist, vorzugsweise der in der Abstandsrichtung betrachtet einen jeweiligen Magnetfeldsensor überdeckend angeordnet ist, wobei mit dem wenigstens einen Permanentmagneten am jeweiligen Ort der Magnetfeldsensoren ein Magnetfeld erzeugbar ist, wobei jeder der Magnetfeldsensoren betrachtet in der Abstandsrichtung auf dem magnetisierbaren Material, insbesondere auf der Oberfläche des mit ihm wechselwirkenden Wellenbereichs einen Teilflächenbereich des magnetisierbaren Material / der Oberfläche überdeckt, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor variabel ist. This object is achieved in a device of the type mentioned at the outset in that the at least one mechanical sensor component comprises a shaft which can be rotated about an axis of rotation, which is driven by the measuring mechanism during its rotation and which comprises a magnetizable material in a shaft region located in the measuring chamber, is preferably formed from a magnetizable material at least in this shaft region, and the shaft region comprising at least one magnetizable material interacts with at least two, preferably exactly two, electrical sensor components, each electrical sensor component being formed by a magnetic field sensor, and each magnetic field sensor to the one interacting with it Shaft region is arranged spaced apart in a distance direction outside of the measuring chamber, and the magnetic field sensors is assigned at least one stationary permanent magnet lying outside of the measuring chamber, preferably the one in the Distance direction considered a respective magnetic field sensor is arranged overlapping, with the at least one permanent magnet at the respective location of the magnetic field sensors, a magnetic field can be generated, each of the magnetic field sensors viewed in the distance direction on the magnetizable Material, in particular on the surface of the shaft area interacting with it, covers a partial surface area of the magnetizable material/the surface, which is variable depending on the rotational position of the shaft at a distance from the respective magnetic field sensor.
Die vorgenannte Abstandsrichtung ist die Richtung, in der ein jeweiliger Magnetfeldsensor zu dem magnetisierbaren Material, mit dem dem er wechselwirkt, beabstandet ist. Der überdeckte Teilflächenbereich ist die in dieser Richtung betrachtete Projektion des Magnetfeldsensors auf dem magnetisierbaren Material. Die Abstandsrichtung ist gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungen vorzugsweise eine Richtung parallel zur Erstreckung der Rotationsachse der Welle mit dem wechselwirkenden Wellenbereich, also axial zur Rotationsachse oder senkrecht zur Erstreckung der Rotationsachse der Welle mit dem wechselwirkenden Wellenbereich, also radial zur Rotationsachse. The aforesaid spacing direction is the direction in which a respective magnetic field sensor is spaced from the magnetizable material with which it interacts. The covered partial area is the projection of the magnetic field sensor on the magnetizable material viewed in this direction. According to the embodiments described below, the direction of spacing is preferably a direction parallel to the extension of the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area, i.e. axially to the axis of rotation or perpendicular to the extension of the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area, i.e. radially to the axis of rotation.
Im eingangs genannten Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass durch die Rotation wenigstens einer als mechanische Sensorkomponente verwendeten Welle der Abstand zwischen jedem von wenigstens zwei jeweils als elektrische Sensorkomponente verwendeten Magnetfeldsensoren, der jeweils vom Magnetfeld wenigstens eines den Magnetfeldsensoren zugeordneten Permanentmagneten durchsetzt wird, und einem magnetisierbares Material umfassenden Wellenbereich geändert wird, und hierbei mit jedem Magnetfeldsensor eine sich mit der Rotationsposition der wenigstens einen Welle mit der Abstandsänderung lokal ändernde Feldstärke, insbesondere richtungsspezifische Feldstärkekomponente, des am Ort des jeweiligen Magnetfeldsensors wirkenden Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Rotationsposition messtechnisch erfasst wird. In the method mentioned at the outset, the object is achieved in that the rotation of at least one shaft used as a mechanical sensor component increases the distance between each of at least two magnetic field sensors used as electrical sensor components, which is penetrated by the magnetic field of at least one permanent magnet assigned to the magnetic field sensors, and one shaft area comprising magnetizable material is changed, and in this case a field strength that changes locally with the rotational position of the at least one shaft with the change in distance, in particular direction-specific field strength components, of the magnetic field acting at the location of the respective magnetic field sensor as a function of the rotational position is measured using each magnetic field sensor.
Sofern in der Erfindungsbeschreibung eine axiale Richtung in Bezug genommen wird, handelt es sich um eine Richtung parallel zur Erstreckung der Rotationsachse der wenigstens einen Welle, insbesondere wobei die Rotationsachsen von ggfs. zwei vorhandenen Wellen mit einem Abstand zueinander parallel liegen. Sofern in der Erfindungsbeschreibung eine radiale Richtung in Bezug genommen wird, handelt es sich zumindest um eine Richtung in einer Ebene senkrecht zur Erstreckung der Rotationsachse der wenigstens einen Welle, insbesondere wobei ein Richtungsvektor dieser radialen Richtung die Rotationsachse einer in Bezug genommenen Welle schneidet. If an axial direction is referred to in the description of the invention, it is a direction parallel to the extension of the axis of rotation of the at least one shaft, in particular the axes of rotation of possibly two existing shafts at a distance lie parallel to each other. If a radial direction is referred to in the description of the invention, it is at least a direction in a plane perpendicular to the extension of the axis of rotation of the at least one shaft, in particular with a directional vector of this radial direction intersecting the axis of rotation of a shaft referred to.
Die vom Messwerk angetriebene wenigstens eine Welle, deren Wellenbereich magnetisch wechselwirkend ist, kann vorzugsweise eine Welle sein, die direkt ein durch den Fluidfluß rotiertes und mit dem Fluid in Kontakt stehendes Element des Messwerks trägt, z.B. ein Verdrängerelement, wie beispielsweise ein Zahnrad oder auch ein Flügelrad. In diesem Fall ist diese Welle vom Messwerk direkt angetrieben. Es kann auch ein indirekter Antrieb vorgesehen sein. The at least one shaft driven by the measuring mechanism, the shaft area of which interacts magnetically, can preferably be a shaft that directly carries an element of the measuring mechanism that is rotated by the fluid flow and is in contact with the fluid, e.g. a displacement element, such as a gear wheel or a impeller. In this case, this shaft is driven directly by the measuring mechanism. An indirect drive can also be provided.
Anders als beim genannten Stand der Technik beruht das Vermessen der Rotationswinkelposition des Messwerks bzw. zumindest einer Welle oder beider Wellen im Messwerk nicht auf der Messung an einem mit dem Messwerk rotierten Magnetfeld. In contrast to the prior art mentioned, the measurement of the rotational angle position of the measuring mechanism or at least one shaft or both shafts in the measuring mechanism is not based on the measurement of a magnetic field rotating with the measuring mechanism.
Vielmehr wird bei der Erfindung mit wenigstens einem im Gehäuse außerhalb der Messkammer ortsfest angeordneten Permanentmagneten ein Magnetfeld, insbesondere bei mehreren Permanentmagneten ein resultierendes Magnetfeld am Ort der wenigstens zwei Magnetfeldsensoren erzeugt, dass zumindest insoweit als statisch, bzw. trotz Rotation des Messwerkes ruhend angesehen werden kann, als dass die Lage der Pole des erzeugten Magnetfeldes durch die Messwerkrotation nicht geändert wird, insbesondere da die Pole in dem wenigstens einen Permanentmagneten liegen und dieser in der Vorrichtung auch bei einer Rotation des Messwerkes in Ruhe bleibt. Rather, in the case of the invention, at least one permanent magnet arranged in a stationary manner in the housing outside the measuring chamber generates a magnetic field, in particular with several permanent magnets, a resulting magnetic field is generated at the location of the at least two magnetic field sensors, so that at least to this extent it can be regarded as static or stationary despite the rotation of the measuring mechanism , than that the position of the poles of the generated magnetic field is not changed by the rotation of the measuring mechanism, especially since the poles are in the at least one permanent magnet and this remains in the device even when the measuring mechanism rotates.
Weiterhin ist der wenigstens eine Permanentmagnet bei der Erfindung nicht Teil des Messwerkes und trägt somit zu dessen zu bewegender Masse nicht bei. Das erfindungsgemäße Messwerk kann somit mit weniger Massenträgheit ausgebildet werden, als es im Stand der Technik der Fall ist. Dadurch kann ein leichteres Anlaufen des Messwerkes, insbesondere bei kleinen Volumenströmen erzielt werden. Furthermore, the at least one permanent magnet in the invention is not part of the measuring mechanism and therefore does not contribute to its mass to be moved. The measuring mechanism according to the invention can thus be designed with less mass inertia than is the case in the prior art. This can make it easier Start-up of the measuring mechanism can be achieved, especially with small volume flows.
Da das zu vermessende Magnetfeld selbst nicht mit dem Messwerk mitrotiert, sind Bremsmomente, die auf das Messwerk wirken können, gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert, wenn nicht gar vollständig eliminiert. Since the magnetic field to be measured does not rotate with the measuring mechanism, braking torques that can act on the measuring mechanism are significantly reduced compared to the prior art, if not completely eliminated.
Das Messprinzip und die magnetische Wechselwirkung bei der Erfindung beruhen darauf, dass das am Ort der wenigstens zwei Magnetfeldsensoren mit dem wenigstens einen Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld, wenngleich es nicht mit der Rotation des Messwerkes rotiert, so doch durch die Rotation des Messwerkes und die dadurch bewirkte Rotation des wenigstens einen magnetisierbaren Wellenbereichs beeinflußt wird und diese Beeinflussung von dem jeweiligen Magnetfeldsensor messtechnisch erfasst wird. Es kann so mit jedem der wenigstens zwei Magnetfeldsensoren ein von der Beeinflussung abhängiges elektrisches Signal gebildet werden, welches von der Rotationswinkelposition des einen oder des jeweiligen wechselwirkenden Wellenbereichs abhängt, da sich die Beeinflussung mit dieser Winkelposition der Welle, bzw. des Wellenbereichs ändert. The measuring principle and the magnetic interaction in the invention are based on the fact that the magnetic field generated at the location of the at least two magnetic field sensors with the at least one permanent magnet, although it does not rotate with the rotation of the measuring mechanism, does so due to the rotation of the measuring mechanism and the resulting rotation of the at least one magnetizable shaft area is influenced and this influence is measured by the respective magnetic field sensor. With each of the at least two magnetic field sensors, an electrical signal dependent on the influence can be formed, which depends on the rotational angular position of one or the respective interacting wave area, since the influence changes with this angular position of the shaft or the wave area.
Eine Beeinflussung kann sich erfindungsgemäß z.B. dadurch ergeben, dass durch die Magnetisierbarkeit des wenigstens einen Wellenbereichs aufgrund des in diesem Bereich vorgesehenen magnetisierbaren Materials, insbesondere welches dem jeweiligen Magnetfeldsensor, mit dem es wechselwirkt, ggfs. den wenigstens zwei oder genau zwei Magnetfeldsensoren getrennt durch eine Messkammerwandung gegenüberliegt, und durch die mit der Rotation sich ergebende Abstandsänderung des magnetisierbaren Materials, insbesondere der Oberfläche des wechselwirkenden Wellenbereichs zu dem jeweiligen Magnetfeldsensor eine Änderung des von dem wenigstens einen Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes am Ort des Magnetfeldsensors ergibt, insbesondere dadurch, dass das magnetisierbare Material des Wellenbereichs je nach Rotationswinkelposition mehr oder weniger weit in das erzeugte Magnetfeld eindringt, vorzugsweise dadurch, dass die Oberfläche des wechselwirkenden Wellenbereichs, insbesondere der darauf liegende, vom Magnetfeldsensor (in der Projektion) überdeckte Teilflächenbereich, mehr oder weniger weit vom dem wenigstens einen das Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten entfernt ist, also sich die Entfernung mit der Rotation ändert. According to the invention, an influence can result, for example, from the fact that the magnetizability of the at least one shaft region due to the magnetizable material provided in this region, in particular which of the respective magnetic field sensor with which it interacts, if necessary the at least two or exactly two magnetic field sensors separated by a measuring chamber wall opposite, and due to the change in distance of the magnetizable material resulting from the rotation, in particular the surface of the interacting shaft area to the respective magnetic field sensor, there is a change in the magnetic field generated by the at least one permanent magnet at the location of the magnetic field sensor, in particular due to the fact that the magnetizable material of the Shaft range depending on the rotation angle position more or less penetrates far into the generated magnetic field, preferably because the surface of the interacting wave area, in particular the partial surface area lying on it and covered by the magnetic field sensor (in the projection), is more or less far away from the at least one permanent magnet that generates the magnetic field, i.e. the Distance changes with rotation.
Um eine Magnetisierbarkeit des wenigstens einen Wellenbereichs zu erzeugen, kann es zum Beispiel vorgesehen sein, dass der Wellenbereich, vorzugsweise zumindest dessen Oberfläche, auf der die Magnetfeldsensorprojektion liegt, bevorzugt vollständig, insbesondere vollständig über den Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse, aus einem magnetisierbaren Material ausgeführt ist. Es kann auch die gesamte Welle aus einem magnetisierbaren Material ausgeführt sein. In order to generate magnetizability of the at least one shaft region, it can be provided, for example, that the shaft region, preferably at least its surface, on which the magnetic field sensor projection lies, is made of a magnetizable material, preferably completely, in particular completely over the cross section perpendicular to the axis of rotation . The entire shaft can also be made of a magnetizable material.
Die Erfindung kann aber auch vorsehen, dass der Wellenbereich, insbesondere dessen Oberfläche nur bereichsweise aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet ist. Z.B. kann magnetisierbares Material in einem radialen Abstand zur Rotationsachse und in Umfangsrichtung betrachtet über volle 360 Grad ersteckt, also ringförmig, oder auch nur bereichsweise an oder in nicht magnetisierbarem Material der Welle bzw. des Wellenbereichs angeordnet sein, z.B. in nicht magnetisierbares Material des Wellenbereichs oder dessen Oberfläche eingebettet sein. However, the invention can also provide for the shaft area, in particular its surface, to be made of a magnetizable material only in some areas. For example, magnetizable material can be arranged at a radial distance from the axis of rotation and viewed in the circumferential direction over a full 360 degrees, i.e. annularly, or only in certain areas on or in non-magnetizable material of the shaft or the shaft area, e.g. in non-magnetizable material of the shaft area or embedded in its surface.
Die Welle kann somit, insbesondere bis auf den wechselwirkenden Wellenbereich, der mit wenigstens einem Magnetfeldsensor magnetisch wechselwirkt, auch aus einem nicht magnetisierbaren Material ausgebildet sein, z.B. einer Keramik. Die Wellenoberfläche kann damit auch gleichzeitig eine der Lagerflächen eines Gleitlagers bilden, welches die jeweilige Welle mit einem wechselwirkenden Wellenbereich lagert. The shaft can thus also be made of a non-magnetizable material, e.g. a ceramic, in particular with the exception of the interacting shaft region, which interacts magnetically with at least one magnetic field sensor. The surface of the shaft can thus also simultaneously form one of the bearing surfaces of a sliding bearing, which supports the respective shaft with an interacting shaft area.
Als magnetisierbares Material kann vorzugsweise ein weichmagnetisches Material gewählt werden, z.B. ein Stahl, vorzugsweise ein magnetisierbarer Edelstahl. Als weichmagnetisches Material kann grundsätzlich ein Metall eingesetzt werden, z.B. massiv, als gebundenes Pulver, Blech, kristallines oder amorphes Band. Ebenso können keramische ferritische Materialien eingesetzt werden. Die metallischen Materialien umfassen vorzugsweise ferromagnetische Metallen wie z.B. Eisen oder Cobalt oder Nickel, vorzugsweise als kristalline Legierung, amorphe Legierungen oder nanokristalline Legierung. Keramische Materialien umfassen vorzugsweise Ferrite auf Basis von Metalloxiden z.B. aus Mangan-Zink (MnZn) oder Nickel-Zink. A soft-magnetic material can preferably be selected as the magnetizable material, eg a steel, preferably a magnetizable high-grade steel. In principle, a metal can be used as the soft-magnetic material, e.g solid, bound powder, sheet, crystalline or amorphous ribbon. Ceramic ferritic materials can also be used. The metallic materials preferably include ferromagnetic metals such as iron or cobalt or nickel, preferably in the form of crystalline alloys, amorphous alloys or nanocrystalline alloys. Ceramic materials preferably include ferrites based on metal oxides, for example made of manganese-zinc (MnZn) or nickel-zinc.
Unter einem magnetisierbaren Material im Sinne der Erfindung wird ein solches Material verstanden, welches nicht selbst magnetisch ist, insbesondere also zumindest ursprünglich bei Abwesenheit des Magnetfeldes des wenigstens einen genannten Permanentmagneten nicht selbst ein Magnetfeld erzeugt. Sofern das magnetisierbare Material eine Remanenz haben sollte, ist diese für das Messprinzip bei der Erfindung unbeachtlich, da das Material aufgrund der ständigen Anwesenheit des wenigstens einen Permanentmagneten in der Vorrichtung ständig magnetisiert bleibt und bei der Rotation die magnetischen Momente im Material immer bzgl. des vom Permanentmagneten erzeugten Feldes ausgerichtet bleiben, die magnetischen Momente im Material also nicht mit der Rotation des Wellenbereichs mitrotieren. Vorzugsweise hat somit das magnetisierbare Material in der Vorrichtung unter der Wirkung des wenigstens einen anwesenden Permanentmagneten keine eigene, von dem wenigstens einen Permanentmagneten unabhängige Magnetisierung, die sich dem Magnetfeld des wenigstens einen Permanentmagneten überlagern würde. A magnetizable material within the meaning of the invention is understood to mean a material that is not itself magnetic, in particular that does not itself generate a magnetic field at least originally in the absence of the magnetic field of the at least one permanent magnet mentioned. If the magnetizable material should have a remanence, this is irrelevant for the measuring principle in the invention, since the material remains constantly magnetized due to the constant presence of the at least one permanent magnet in the device and during rotation the magnetic moments in the material are always with respect to the Permanent magnets generated field remain aligned, so the magnetic moments in the material do not rotate with the rotation of the shaft area. Under the effect of the at least one permanent magnet present, the magnetizable material in the device preferably does not have its own magnetization independent of the at least one permanent magnet, which would be superimposed on the magnetic field of the at least one permanent magnet.
Die Änderung des Magnetfeldes kann z.B. in einer möglichen Ausführung darin bestehen, dass die Feldstärke hinsichtlich ihres absoluten Betrages am Ort des jeweiligen Magnetfeldsensors geändert wird, z.B. durch winkelabhängige Bündelung oder Entbündelung der Feldlinien und/oder dass die Richtung des magnetischen Feldes abstandsabhängig variiert wird. Z.B. führen weichmagnetische Materialen zu einer Konzentrierung der Feldlinien und so zu einer Verstärkung des sie dursetzenden Magnetfeldes. Die Beeinflussung des Magnetfeldes am Ort eines jeden der verwendeten wenigstens zwei Magnetfeldsensoren kann z.B. allgemein so verstanden werden, dass das Magnetfeld am Ort des jeweiligen Magnetfeldsensors rotationswinkelabhängig verzerrt wird, insbesondere wobei unter einer Verzerrung eine Richtungsänderung der Magnetfeldlinien, somit des Magnetfeldvektors und/oder auch eine Änderung der absoluten Magnetfeldstärke in allen oder nur einer Richtungskomponente verstanden werden kann. In one possible embodiment, the change in the magnetic field can consist, for example, in that the field strength is changed in terms of its absolute amount at the location of the respective magnetic field sensor, e.g. by angle-dependent bundling or unbundling of the field lines and/or that the direction of the magnetic field is varied depending on the distance. For example, soft-magnetic materials lead to a concentration of the field lines and thus to an increase in the magnetic field passing through them. The influencing of the magnetic field at the location of each of the at least two magnetic field sensors used can be understood, for example, in general in such a way that the magnetic field at the location of the respective magnetic field sensor is distorted as a function of the rotation angle, in particular with a distortion meaning a change in direction of the magnetic field lines, thus the magnetic field vector and/or also a Change in the absolute magnetic field strength can be understood in all or only one directional component.
Dies erschließt weiterhin die Möglichkeit, dass als Magnetfeldsensoren verschiedene Typen, bzw. Sensoren mit verschiedenen Messprinzipien eingesetzt werden können. Insbesondere kann es vorgesehen sein, einen jeweiligen Magnetfeldsensor so auszuwählen, dass dieser geeignet ist, die Feldstärke am Ort des Sensors, bzw. dessen sensitiven Bereiches hinsichtlich zumindest wenigstens einer vorbestimmten Feldrichtung zu erfassen. Geeignet sind z.B. typische Sensoren, die auf dem Hall-Effekt beruhen oder auch Sensoren des GMR-, TMR-, AMR-, EMR-, CMR- oder GMI-Messprinzips, die jeweils in Fachkreisen als bekannt anzusehen sind. Die Erfindung hat somit den Vorteil auf eine Vielzahl kommerziell erhältlicher Sensoren zurückgreifen zu können. Geeignete Sensoren sind z.B. vom Typ TMR4018 der Firma MultiDimension Technology. This further opens up the possibility that different types or sensors with different measuring principles can be used as magnetic field sensors. In particular, it can be provided that a respective magnetic field sensor is selected such that it is suitable for detecting the field strength at the location of the sensor or its sensitive area with regard to at least one predetermined field direction. For example, typical sensors based on the Hall effect or also sensors of the GMR, TMR, AMR, EMR, CMR or GMI measuring principle, which are to be regarded as known in specialist circles, are suitable. The invention thus has the advantage of being able to use a large number of commercially available sensors. Suitable sensors are, for example, of the TMR4018 type from MultiDimension Technology.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist der Einsatz von wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei Magnetfeldsensoren als jeweilige elektrische Sensorkomponente, insbesondere in der Überdeckung von Teilflächenbereichen des magnetisierbaren Materials, insbesondere der Oberfläche des wenigstens einen wechselwirkenden Wellenbereichs. Jeder Magnetfeldsensor erzeugt jeweils ein elektrisches Signal in Abhängigkeit der Beeinflussung des Magnetfeldes bei der Rotation, insbesondere in Abhängigkeit von der Stärke zumindest von einer vorbestimmten Richtungskomponente des Magnetfelds am Ort des Magnetfeldsensors. Die zu dem jeweiligen Magnetfeldsensor weisende Oberfläche, bzw. in der Abstandsrichtung dem Magnetfeldsensor gegenüberliegende Oberfläche der rotierbaren Welle in dem wechselwirkenden Bereich ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich bzgl. jedes der eingesetzten Magnetfeldsensoren der Abstand, insbesondere je nach Ausgestaltung der Erfindung betrachtet parallel oder senkrecht zur Rotationsachse der Welle, zwischen dem vom jeweiligen Magnetfeldsensor in der Abstandsrichtung auf der Oberfläche überdeckten Teilflächenbereich und dem Magnetfeldsensor mit der Rotationswinkelposition der Welle ändert, vorzugsweise, wobei zu jedem Zeitpunkt bzw. an jeder möglichen Rotationswinkelstellung des wechselwirkenden Wellenbereichs oder der wechselwirkenden Wellenbereiche der Abstand bei zumindest zwei der verwendeten, insbesondere bei allen verwendeten Magnetfeldsensoren unterschiedlich ist. A further essential aspect of the invention is the use of at least two, preferably exactly two, magnetic field sensors as respective electrical sensor components, in particular in the covering of partial surface areas of the magnetizable material, in particular the surface of the at least one interacting wave area. Each magnetic field sensor generates an electrical signal depending on the influence on the magnetic field during rotation, in particular depending on the strength of at least one predetermined directional component of the magnetic field at the location of the magnetic field sensor. The surface of the rotatable shaft that faces the respective magnetic field sensor, or the surface of the rotatable shaft that is opposite the magnetic field sensor in the distance direction in the interacting area, is preferably designed in such a way that with respect to each of the magnetic field sensors used, the distance is parallel or perpendicular, in particular depending on the configuration of the invention to the axis of rotation of the shaft, between the partial surface area covered by the respective magnetic field sensor in the distance direction on the surface and the magnetic field sensor with the rotational angular position of the shaft, preferably, with the distance at any point in time or at any possible rotational angle position of the interacting shaft area or the interacting shaft areas at least two of the magnetic field sensors used, in particular all of them used, are different.
Damit ergibt es sich, dass bei jeder möglichen Rotationswinkelstellung der einen wechselwirkenden Welle oder der beiden wechselwirkenden Wellen bzw. der jeweiligen Wellenbereiche mit den wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei Magnetfeldsensoren unterschiedliche Signale gemessen werden und bei einer fortwährenden Rotation der wenigstens einen Welle die Signalverläufe der Signale von zwei verschiedenen Magnetfeldsensoren zueinander unterschiedlich, vorzugsweise phasenverschoben sind. This results in different signals being measured for each possible angular position of rotation of the one interacting shaft or the two interacting shafts or the respective shaft regions with the at least two, preferably exactly two, magnetic field sensors, and with continuous rotation of the at least one shaft, the signal curves of the signals of two different magnetic field sensors are different from each other, preferably phase-shifted.
Die Phasenverschiebung ergibt sich z.B. um den Winkel, um den die Magnetfeldsensoren um die Rotationsachse der Welle herum beabstandet sind, sofern die genannten Magnetfeldsensoren mit demselben Wellenbereich wechselwirken. Allgemein kann sich die Phasenverschiebung um denjenigen Winkel ergeben, um den die vektoriell betrachteten Abstandsrichtungen zwei verschiedener Magnetfeldsensoren bzgl. derselben Referenzposition bei dem jeweils wechselwirkenden Wellenbereich, zueinander beabstandet sind, insbesondere sofern bei Wechselwirkung mit zwei verschiedenen Wellenbereichen diese Wellenbereiche bzgl. ihrer geometrischen oder topologischen Ausgestaltung um die jeweilige Rotationsachse herum identisch ausgebildet sind. Anhand der Signaldifferenzen, vorzugsweise anhand der Phasenverschiebung, insbesondere deren Vorzeichen, kann auf die Drehrichtung der Welle und somit auf die Richtung des Fluidflusses in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschlossen werden. Aus dem bereits anhand nur eines der Signale festgestellten Rotationswinkel kann, insbesondere bei Einsatz wenigstens eines Verdrängerelements, vorzugsweise von zwei Verdrängerelementen, anhand des definierten Fluidvolumens, das pro Winkeleinheit, bzw. pro bestimmten Rotationswinkel durch die Vorrichtung fließen kann, auf das durchflossene Volumen oder den Volumenstrom geschlossen werden. The phase shift results, for example, from the angle by which the magnetic field sensors are spaced apart around the axis of rotation of the shaft, provided the magnetic field sensors mentioned interact with the same shaft range. In general, the phase shift can result from that angle by which the vectorially considered distance directions of two different magnetic field sensors with regard to the same reference position in the respective interacting wave range are spaced apart from one another, in particular if these wave ranges interact with two different wave ranges with regard to their geometric or topological configuration are designed identically around the respective axis of rotation. The direction of rotation of the shaft and thus the direction of the fluid flow in the device according to the invention can be inferred from the signal differences, preferably from the phase shift, in particular its sign. From the angle of rotation already determined using only one of the signals, particularly when using at least one displacement element, preferably two displacement elements, using the defined volume of fluid that can flow through the device per angle unit or per specific angle of rotation, the volume flowed through or the volume flow are closed.
Die Erfindung kann in einer möglichen Ausführung vorsehen, dass der wechselwirkende Wellenbereich einer Welle durch das axiale Wellenende der Welle gebildet ist und ein jeweiliger Magnetfeldsensor in der Richtung der axialen Wellenerstreckung zu dem magnetisierbaren Material des mit ihm wechselwirkenden Wellenendes beabstandet außerhalb der Messkammer angeordnet ist und in axialer Richtung betrachtet auf dem magnetisierbaren Material des Wellenendes, insbesondere auf der axialen Stirnfläche des Wellenendes einen Teilflächenbereich der gesamten Fläche überdeckt, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor variabel ist. Die eingangs genannte Abstandsrichtung ist in dieser Ausführung der Erfindung axial, bzw. parallel zur Rotationsachse der Welle mit dem wechselwirkenden Wellenbereich. In one possible embodiment, the invention can provide that the interacting shaft region of a shaft is formed by the axial shaft end of the shaft and a respective magnetic field sensor is arranged in the direction of the axial shaft extension at a distance from the magnetizable material of the shaft end interacting with it outside the measuring chamber and in viewed from the axial direction on the magnetizable material of the shaft end, in particular on the axial end face of the shaft end, covers a partial surface area of the entire surface, which is variable depending on the rotational position of the shaft at a distance from the respective magnetic field sensor. In this embodiment of the invention, the initially mentioned distance direction is axial, or parallel to the axis of rotation of the shaft with the interacting shaft area.
Eine Beeinflussung des Magnetfeldes am Ort des wechselwirkenden Magnetfeldsensors ergibt sich in diesem Fall durch die Rotation der dem Magnetfeldsensor axial gegenüberliegenden Fläche des magnetisierbaren Materials, die mit dem genannten Teilflächenbereich auf der axialen Stirnfläche des Wellenendes übereinstimmen kann, sofern das magnetisierbare Material in der Stirnfläche angeordnet ist, vorzugsweise die gesamte Stirnfläche des Wellenendes aus magnetisierbarem Material ausgebildet ist. Eine jeweilige Welle hat immer zwei Wellenenden. Das wechselwirkende Wellenende von den zwei Wellenenden ist vorzugsweise immer dasjenige, welches von beiden Wellenenden näher zum Magnetfeldsensor angeordnet ist, insbesondere also deren axiale Stirnfläche dem Magnetfeldsensor zugewandt ist. In this case, the magnetic field at the location of the interacting magnetic field sensor is influenced by the rotation of the surface of the magnetizable material axially opposite the magnetic field sensor, which can coincide with the partial surface area mentioned on the axial end face of the shaft end, provided that the magnetizable material is arranged in the end face , Preferably the entire end face of the shaft end is made of magnetizable material. A respective shaft always has two shaft ends. The interacting shaft end of the two shaft ends is preferably always the one which is arranged closer to the magnetic field sensor of the two shaft ends, ie in particular whose axial end face faces the magnetic field sensor.
Die Erfindung kann auch eine alternative Ausbildung des wechselwirkenden Wellenbereiches vorsehen, bei welcher dieser durch einen sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse der Welle erstreckenden Bereich gebildet ist, in dem das magnetisierbare Material um die Rotationsachse ungleichmäßig verteilt ist. In diesem Fall überdeckt ein jeweiliger Magnetfeldsensor in radialer Richtung zur Rotationsachse betrachtet auf dem magnetisierbaren Material des Wellenbereichs, insbesondere auf der radialen Mantelfläche des Wellenbereichs einen Teilflächenbereich, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor variabel ist. In dieser Ausführung ist die eingangs genannte Abstandsrichtung somit radial zur Rotationsachse der Welle mit dem wechselwirkenden Bereich. The invention can also provide an alternative design of the interacting shaft area, in which this is formed by an area extending in the circumferential direction around the axis of rotation of the shaft, in which the magnetizable material is unevenly distributed around the axis of rotation. In this case, a respective magnetic field sensor, viewed in the radial direction to the axis of rotation, covers a partial surface area on the magnetizable material of the shaft area, in particular on the radial lateral surface of the shaft area, which is variable depending on the rotational position of the shaft at a distance from the respective magnetic field sensor. In this embodiment, the distance direction mentioned at the outset is therefore radial to the axis of rotation of the shaft with the interacting area.
Ein jeweiliger Magnetfeldsensor, insbesondere dessen Mitte, liegt dabei vorzugsweise radial beabstandet zur Rotationsachse an einer axialen Position relativ zur Rotationsachse, welche auch der axialen Position des wechselwirkenden Wellenbereiches, insbesondere dessen Mitte, auf der Welle entspricht. A respective magnetic field sensor, in particular its center, is preferably radially spaced from the axis of rotation at an axial position relative to the axis of rotation, which also corresponds to the axial position of the interacting shaft region, in particular its center, on the shaft.
Vorzugsweise kann das magnetisierbare Material an oder in dem wechselwirkenden Wellenbereich einen zur Rotationsachse exzentrischen Ring bilden. Dieser kann gebildet sein aus einer Scheibe aus magnetisierbarem Material, die eine zum Scheibenmittelpunkt exzentrische Bohrung aufweist, die von der Welle durchsetzt ist. Es ergibt sich so die ungleichmäßige Verteilung um die Rotationsachse durch die Exzentrizität des Ringes zu dieser, insbesondere so dass der Scheibenmittelpunkt um die Rotationsachse rotiert. Das Material kann auch in der Art eines Nocken um die Rotationsachse verteilt angeordnet sein. The magnetizable material can preferably form a ring eccentric to the axis of rotation on or in the interacting shaft area. This can be formed from a disk made of magnetizable material, which has a bore that is eccentric to the center of the disk and through which the shaft passes. This results in the uneven distribution around the axis of rotation due to the eccentricity of the ring to this, in particular so that the center of the disk rotates around the axis of rotation. The material can also be distributed around the axis of rotation in the manner of a cam.
In dieser genannten Ausführung können auf einer einzigen Welle, insbesondere die eine von zwei Wellen im Meßwerk ist, auch zwei wechselwirkende Wellenbereiche vorgesehen sein, die axial direkt ohne Abstand nebeneinander liegen oder auch axial beabstandet sind. In this embodiment, two interacting shaft areas can be provided on a single shaft, in particular one of two shafts in the measuring mechanism, which are axially directly next to each other without a distance or are also axially spaced.
Die Erfindung kann ein Messwerk mit nur einer rotierenden Welle aufweisen, z.B. bei Messwerken mit einem Flügelrad oder auch bei Vorrichtungen mit nur einem rotierten Verdrängerelement. Die Vorrichtung kann ebenso im Messwerk zwei in Eingriff stehende Verdrängerelemente aufweisen, insbesondere zwei Zahnräder oder zwei Schraubenspindeln. In diesem Fall hat das Messwerk der Vorrichtung zwei bei einem Fluidfluss rotierende Wellen, insbesondere nämlich die jeweilige Welle, welche eines der beiden Verdrängerelemente trägt. The invention can have a measuring mechanism with only one rotating shaft, e.g. in measuring mechanisms with an impeller or also in devices with only one rotating displacement element. The device can also have two engaging displacement elements in the measuring mechanism, in particular two gear wheels or two screw spindles. In this case, the measuring unit of the device has two shafts that rotate when a fluid flows, specifically the respective shaft that carries one of the two displacement elements.
Die Erfindung kann in einer möglichen bevorzugten ersten Ausführung vorsehen, dass die wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Magnetfeldsensoren mit demselben Wellenbereich einer Welle, insbesondere dem Wellenbereich einer einzigen Welle oder nur dem Wellenbereich einer von zwei Wellen wechselwirkend sind, insbesondere so, dass sich mit der Rotation eine variierende Beeinflussung der Messwerte der Magnetfeldsensoren ergibt. In a possible preferred first embodiment, the invention can provide that the at least two, in particular exactly two, magnetic field sensors interact with the same wave range of a wave, in particular the wave range of a single wave or only the wave range of one of two waves, in particular in such a way that with the Rotation results in a varying influence on the measured values of the magnetic field sensors.
In einer Vorrichtung dieser ersten Ausführung mit zwei Wellen rotiert zwar die andere Welle auch, hat aber vorzugsweise keine oder bei der Rotation eine immer gleiche Wechselwirkung mit den Magnetfeldsensoren, vorzugsweise die keine mit der Rotation variierende Messwertänderung bewirkt. Eine Beeinflussung der Magnetfeldsensoren in Abhängigkeit der Rotation ergibt sich somit nur hinsichtlich des Wellenbereichs einer der beiden Wellen. In a device of this first embodiment with two shafts, the other shaft also rotates, but preferably has no interaction with the magnetic field sensors, or during the rotation it always has the same interaction, preferably not causing any measured value change that varies with the rotation. An influencing of the magnetic field sensors as a function of the rotation therefore only occurs with regard to the shaft range of one of the two shafts.
In dieser ersten Ausführungsform kann es z.B. vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Magnetfeldsensoren, die mit demselben Wellenbereich wechselwirkend sind, in jeweils verschiedener radialer Richtung beabstandet zur Rotationsachse dieser Welle außerhalb der Messkammer angeordnet sind und von den Magnetfeldsensoren jeweils ein anderer Teilflächenbereich auf der Oberfläche des einen Wellenbereichs überdeckt ist. In this first embodiment, it can be provided, for example, that the at least two, in particular exactly two magnetic field sensors with interact in the same shaft area, are arranged in a different radial direction at a distance from the axis of rotation of this shaft outside the measuring chamber and a different partial surface area on the surface of one shaft area is covered by the magnetic field sensors.
Die Winkelbeabstandung zwischen zwei Magnetfeldsensoren um die Rotationsachse dieser einen Welle betrachtet in der Rotationsrichtung definiert dabei die Größe der Phasenverschiebung der Messsignale dieser beiden Magnetfeldsensoren zueinander. Da alle Magnetfeldsensoren mit demselben Wellenbereich wechselwirken, haben die Messwerte der Sensoren vorzugsweise einen formgleichen, insbesondere bis auf eine Skalierung gleichen Verlauf und bevorzugt einen identischen Verlauf. The angular spacing between two magnetic field sensors around the axis of rotation of this one shaft viewed in the direction of rotation defines the size of the phase shift of the measurement signals of these two magnetic field sensors relative to one another. Since all magnetic field sensors interact with the same wave range, the measured values of the sensors preferably have the same shape, in particular the same curve apart from a scaling, and preferably an identical curve.
Die Erfindung kann in einer möglichen zweiten Ausführung bei einer Vorrichtung mit zwei Wellen / zwei Verdrängerelementen auch vorsehen, dass von den wenigsten zwei Magnetfeldsensoren eine erste Magnetfeldsensorgruppe mit dem Wellenbereich der einen Welle und eine zweite Magnetfeldsensorgruppe mit dem Wellenbereich der anderen Welle magnetisch wechselwirkt. Die jeweiligen Gruppen umfassen dabei jeweils wenigstens einen Magnetfeldsensor, insbesondere jeweils genau einen, wenn die Gesamtanzahl aller Magnetfeldsensoren gleich zwei ist. In a possible second embodiment of a device with two shafts/two displacement elements, the invention can also provide that of the at least two magnetic field sensors, a first magnetic field sensor group interacts magnetically with the shaft area of one shaft and a second magnetic field sensor group interacts magnetically with the shaft area of the other shaft. The respective groups each include at least one magnetic field sensor, in particular exactly one each when the total number of all magnetic field sensors is two.
Bei der zweiten Ausführung können in der Vorrichtung somit z.B. genau zwei Magnetfeldsensoren eingesetzt sein. Hier kann es vorgesehen sein, dass die Magnetfeldsensoren in unterschiedlicher radialer Richtung von der Rotationsachse der Welle des jeweils wechselwirkenden Wellenbereichs radial beabstandet sind, insbesondere wobei die Wellenbereiche beider Wellen, insbesondere hinsichtlich der Stirnflächen- oder Mantelflächengeometrie oder -topologie, identisch ausgebildet sind. Vorzugsweise kann die erste und auch zweite Ausführung sowohl bei einer Wechselwirkung mit magnetisierbarem Material in/an einem Stirnflächenbereich des Wellenendes als auch am / im Mantelflächenbereich der Welle vorgesehen sein. In the second embodiment, exactly two magnetic field sensors can be used in the device. Provision can be made here for the magnetic field sensors to be spaced radially in different radial directions from the axis of rotation of the shaft of the respective interacting shaft region, in particular with the shaft regions of both shafts being of identical design, in particular with regard to the geometry or topology of the end faces or lateral surfaces. The first and also the second embodiment can preferably be provided both in the case of an interaction with magnetizable material in/on an end face area of the shaft end and on/in the lateral surface area of the shaft.
Eine dritte Ausführung kann vorsehen, dass von den wenigstens zwei Magnetfeldsensoren eine erste Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit einem ersten Wellenbereich einer Welle, insbesondere einer von zwei Wellen und eine zweite Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit einem zweiten Wellenbereich derselben Welle wechselwirkend ist. A third embodiment can provide that of the at least two magnetic field sensors, a first magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with a first shaft range of a shaft, in particular one of two shafts, and a second magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with a second shaft range of the same wave is interactive.
Vorzugsweise ist diese Ausführung vorgesehn, wenn die jeweiligen Wellenbereiche solche sind, in denen das magnetisierbare Material um die Roatationsachse der einen Welle ungleichmäßig verteilt angeordnet ist, vorzugsweise die Wechselwirkung mit dem magnetisierbaren Material in / an der Mantelfläche der Welle in dem jeweiligen Wellenbereich stattfindet. Unter der Mantelfläche wird dabei allgemein die Fläche verstanden, die sich mit einem radialen Abstand, insbesondere hier variierenden radialen Abstand, in Umfangsrichtung um die Rotationsachse ergibt. This design is preferably provided if the respective shaft regions are such in which the magnetizable material is arranged unevenly distributed around the axis of rotation of one shaft, preferably the interaction with the magnetizable material takes place in / on the lateral surface of the shaft in the respective shaft region. The lateral surface is generally understood to be the surface that results with a radial distance, in particular a radial distance that varies here, in the circumferential direction around the axis of rotation.
In einer bevorzugten Weiterbildung der zweiten Ausführung sind die Wellenbereiche, insbesondere Wellenenden / die Stirnflächen bzw. die Mantelflächen in ihrer bevorzugt identischen Geometrie / Topologie jeweils bzgl. einer Spiegelebene, welche die Rotationsachse umfasst, spiegelsymmetrisch ausgeführt. Ausgehend von einer Referenzposition, in welcher die beiden Spiegelebenen parallel liegen, ergibt es sich, dass durch die radiale Beabstandung der Magnetfeldsensoren in verschiedenen radialen Richtungen, die Magnetfeldsensoren zueinander phasenverschobene Signale erzeugen, insbesondere das Signal eines zweiten Magnetfeldsensors zum Signal eines ersten Magnetfeldsensors um einen Winkel phasenverschoben ist, der dem Winkelabstand beider Richtungsvektoren betrachtet in der Drehrichtung der zweiten Welle entspricht, deren Wellenbereich mit dem zweiten Sensor wechselwirkt. In a preferred development of the second embodiment, the shaft areas, in particular the shaft ends/the end faces or the lateral surfaces, in their preferably identical geometry/topology, are designed mirror-symmetrically in each case with respect to a mirror plane that includes the axis of rotation. Starting from a reference position in which the two mirror planes are parallel, it follows that due to the radial spacing of the magnetic field sensors in different radial directions, the magnetic field sensors generate signals that are phase-shifted with respect to one another, in particular the signal of a second magnetic field sensor relative to the signal of a first magnetic field sensor by an angle is phase-shifted, which is considered the angular distance of both directional vectors in the direction of rotation of the corresponds to the second wave whose wave range interacts with the second sensor.
Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Wellenbereiche beider Wellen hinsichtlich der Oberflächengeometrie /-topologie identisch, insbesondere mit der zuvor genannten Spiegelsymmetrie, ausgebildet und mit einer Winkeldifferenz ihrer Rotationsstellungen, insbesondere Winkeldifferenz der Ausrichtung ihrer Spiegelebenen in einer Referenzposition relativ zueinander orientiert sind, insbesondere wobei die Magnetfeldsensoren in gleicher oder entgegengesetzter radialer Richtung von der Rotationsachse der Welle des jeweils wechselwirkenden Wellenbereichs radial beabstandet sind. In diesem Fall ergibt sich die Phasenverschiebung gemäß der Winkeldifferenz bei den Wellenbereichen und das Vorzeichen der Phasenverschiebung in Abhängigkeit von den Richtungen der Beabstandung der Magnetfeldsensoren zu den Wellen / Rotationsachsen. Alternatively, it can also be provided that the shaft regions of both shafts are identical in terms of surface geometry/topology, in particular with the aforementioned mirror symmetry, and are oriented relative to one another with an angular difference in their rotational positions, in particular an angular difference in the alignment of their mirror planes in a reference position wherein the magnetic field sensors are radially spaced in the same or opposite radial direction from the axis of rotation of the shaft of the respectively interacting shaft region. In this case, the phase shift results according to the angular difference in the shaft areas and the sign of the phase shift depends on the directions of the spacing of the magnetic field sensors from the shafts/rotational axes.
Als weitere Alternative können die Wellenbereiche auch unterschiedlich geometrisch geformt sein. In diesem Fall ergibt sich ein jeweils charakteristischer Signalverlauf der Signale der Magnetfeldsensoren bzw. auch ein charakteristischer Signalverlauf der Differenz von Signalen zweier Magnetfeldsensoren. As a further alternative, the corrugated areas can also have different geometric shapes. In this case, there is a characteristic signal curve of the signals from the magnetic field sensors or also a characteristic signal curve of the difference in signals from two magnetic field sensors.
Um mit der Rotation der Welle unterschiedliche Abstände des magnetisierbaren Materials im / am Wellenende, insbesondere an/in der Wellenstirnfläche zum jeweiligen Magnetfeldsensor zu realisieren, können verschiedene Ausbildungen des Wellenendes vorgesehen sein. Dies wird allgemein schon dadurch erreicht, dass die mit dem Magnetfeld wechselwirkende axiale Stirnfläche des Wellenendes über ihren gesamten Durchmesser betrachtet nicht, zumindest nicht ausschließlich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse orientiert ist, insbesondere, sofern das magnetisierbare Material in / an oder zumindest angrenzend an die Stirnfläche angeordnet ist, vorzugsweise die Stirnfläche aus magnetisierbarem Material über den gesamten Stirnflächenquerschnitt ausgebildet ist. Vorzugsweise ist ein wechselwirkender Wellenbereich, insbesondere das Wellenende, z.B. dessen axiale zu den Magnetfeldsensoren weisende Stirnfläche, oder um die Rotationsachse ungleichmäßig Verteilung von magnetisierbarem Material so ausgebildet, dass sich bezogen auf eine vollständige Umdrehung der Welle um 360 Grad keine zwei gleichen Messwertpaarungen bei den wenigstens zwei Magnetfeldsensoren ergeben. Dabei soll der Begriff der Paarung nicht auf eine Anzahl von zwei Messwerten beschränkend verstanden werden, sofern mehr als zwei Magnetfeldsensoren eingesetzt sind. Hierdurch wird erzielt, dass aus den aufgenommenen Messwerten auf eine jeweils vorliegende absolute Rotationswinkelposition geschlossen werden kann, da die Position für jede mögliche Messwerte-Paarung eindeutig ist. In order to realize different distances of the magnetizable material in/on the shaft end, in particular on/in the end face of the shaft, to the respective magnetic field sensor with the rotation of the shaft, different configurations of the shaft end can be provided. This is generally achieved by the fact that the axial end face of the shaft end interacting with the magnetic field is not, at least not exclusively, oriented in a plane perpendicular to the axis of rotation, viewed over its entire diameter, in particular if the magnetizable material is in / on or at least adjacent to the Face is arranged, preferably the face of magnetizable material is formed over the entire cross-section of the face. Preferably, an interacting shaft area, in particular the shaft end, e.g two magnetic field sensors result. The term pairing should not be understood as being limited to a number of two measured values if more than two magnetic field sensors are used. In this way, it is possible to conclude from the measured values recorded a particular existing absolute rotational angle position, since the position is unambiguous for every possible pair of measured values.
Wie zu den vorherigen Ausführungen beispielhaft genannt, kann allgemein ein wechselwirkender Wellenbereich, z.B. eine Stirnfläche oder Mantelfläche so ausgebildet sein, dass er/sie um eine Spiegelebene, welche die Rotationsachse dieser Welle umfasst, spiegelsymmetrisch ist. As exemplified in the previous statements, an interacting shaft area, e.g.
In einer bevorzugten Ausführung kann es die Erfindung vorsehen, dass bei wechselwirkendem Wellenende die axiale Stirnfläche des Wellenendes als insgesamt in einer einzigen Ebene plane Fläche ausgebildet ist, wobei die Ebene nicht senkrecht zur Rotationsachse der Welle orientiert ist, vorzugsweise in einem Winkel von 10 bis 80 Grad, bevorzugt 30 bis 60 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkel von 45 Grad zur Rotationsachse orientiert ist. Diese Ausführung ist insoweit besonders bevorzugt, weil sich durch die Rotation ein sinusförmiger Signalverlauf des vom jeweiligen Magnetfeldsensor erzeugten Signales generieren lässt, insbesondere dessen weitere Auswertung hinsichtlich der zum Signal korrelierten Winkelstellung besonders einfach ist. Besonders diese Ausführung ist geeignet, auf die absolute Rotationswinkelposition zu schließen. Diese Ausführung weist auch die genannte Spiegelsymmetrie auf. In a preferred embodiment, the invention can provide that with an interacting shaft end, the axial end face of the shaft end is designed as a flat surface overall in a single plane, with the plane not being oriented perpendicularly to the axis of rotation of the shaft, preferably at an angle of 10 to 80 degrees, preferably 30 to 60 degrees, particularly preferably oriented at an angle of 45 degrees to the axis of rotation. This embodiment is particularly preferred because the rotation can generate a sinusoidal signal curve of the signal generated by the respective magnetic field sensor, and its further evaluation with regard to the angular position correlated to the signal is particularly simple. This version in particular is suitable for inferring the absolute rotational angle position. This embodiment also has the mirror symmetry mentioned.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die axiale Stirnfläche des Wellenendes als gestufte Fläche ausgebildet ist mit wenigstens zwei Stufen von in axialer Richtung unterschiedlichen Höhen, vorzugsweise wobei sich jede Stufe um die Rotationsachse über einen Winkelbereich von 360 Grad/n mit n = Anzahl der Stufen erstreckt. Hierdurch kann ein sich mit der Winkeländerung stufenweise änderndes Signal an jedem Magnetfeldsensor erzeugt werden. Vorzugsweise kann jede Stufenänderung einem bestimmten festen Winkelbetrag der Rotation zugeordnet sein. But it can also be provided that the axial end face of the shaft end is designed as a stepped surface with at least two steps in the axial Direction of different heights, preferably with each stage extending around the axis of rotation over an angular range of 360 degrees / n with n = number of stages. As a result, a signal that changes step by step with the change in angle can be generated at each magnetic field sensor. Each step change can preferably be associated with a specific fixed angular amount of rotation.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die axiale Stirnfläche des Wellenendes, insbesondere betrachtet im Querschnitt parallel zur Rotationsachse, in einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse stetig oder in Stufen gekrümmt ist und in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung keine Krümmung aufweist, oder dass die axiale Stirnfläche, insbesondere betrachtet im Querschnitt parallel zur Rotationsachse, wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei plane Teilflächen mit unterschiedlichem Winkel ungleich 90 Grad zur Rotationsachse aufweist. Die Winkel beider Teilflächen zur Rotationsachse können im Betrag gleich sein und sich nur im Vorzeichen unterscheiden. Die Ausführung kann die genannte Spiegelsymmetrie aufweisen, muss sie aber nicht zwingend. It can also be provided that the axial end face of the shaft end, in particular when viewed in cross section parallel to the axis of rotation, is curved continuously or in steps in a first direction perpendicular to the axis of rotation and has no curvature in a second direction perpendicular to the first, or that the axial end face, in particular viewed in cross section parallel to the axis of rotation, has at least two, preferably exactly two, planar sub-areas with different angles not equal to 90 degrees to the axis of rotation. The angles of both partial surfaces to the axis of rotation can be the same in amount and differ only in the sign. The design can have the mirror symmetry mentioned, but it does not have to be.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Welle wenigstens einen sich durch die gesamte Welle, vorzugsweise in axialer Richtung hindurch erstreckenden Kanal aufweist, mit dem Messkammerbereiche an beiden Wellenenden fluidisch verbunden sind. Dies hat zum einen den Vorteil, dass durch die Ausführung als Hohlwelle Material und somit bewegte Masse am Messwerk eingespart wird und zum anderen auch, dass zwei an beiden Wellenenden der Welle angeordnete fluidgefüllte Toträume der Vorrichtung durch den Kanal fluidisch verbunden sind, insbesondere wodurch ein Druckausgleich zwischen diesen Toträumen erzielt werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das die Welle antreibende Verdrängerelement, bzw. die Welle gleitgelagert ausgeführt ist, da mit dieser Ausführung sodann eine axiale Verschiebung der Welle durch Druckdifferenzen vermieden werden kann. Die Erfindung kann vorsehen, sofern zwei in Eingriff stehende, z.B. kämmende Verdrängerelemente vorgesehen sind, dass die Wellen beider Verdrängerelemente hohl, insbesondere mit jeweils mit einem sich vollständig durch die Welle hindurch erstreckenden Kanal ausgeführt sind. In a preferred development of the invention, it can be provided that the at least one shaft has at least one channel that extends through the entire shaft, preferably in the axial direction, with which the measuring chamber areas at both shaft ends are fluidically connected. This has the advantage, on the one hand, that the design as a hollow shaft saves material and thus moving mass on the measuring mechanism and, on the other hand, that two fluid-filled dead spaces of the device arranged at both ends of the shaft are fluidically connected by the channel, in particular resulting in pressure equalization can be achieved between these dead spaces. This is particularly advantageous if the displacement element driving the shaft or the shaft is designed with sliding bearings, since with this design an axial displacement of the shaft due to pressure differences can then be avoided. The invention can provide, if two engaging, eg meshing displacement elements are provided, that the shafts of both displacement elements are hollow, in particular each with a channel extending completely through the shaft.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei dieser Ausführung einer Welle mit Kanal jeder Magnetfeldsensor, insbesondere zumindest dessen das Magnetfeld sensierender Bereich, sofern dieser mit dem Wellenden wechselwirkt, nicht, vorzugsweise auch nicht bereichsweise den Kanalquerschnitt überdeckt. Somit liegt die axiale Projektion zumindest des sensitiven Bereiches des jeweiligen Magnetfeldsensors vollständig auf dem Material der Wellenstirnfläche, insbesondere die in der axialen Projektion betrachtet ringförmig ist. Furthermore, it can be provided that in this design of a shaft with a channel, each magnetic field sensor, in particular at least its area sensing the magnetic field, if it interacts with the shaft end, does not, preferably not in some areas, cover the channel cross section. Thus, the axial projection of at least the sensitive area of the respective magnetic field sensor lies completely on the material of the end face of the shaft, which in particular is ring-shaped when viewed in the axial projection.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei Magnetfeldsensoren, insbesondere die genau zwei Magnetfeldsensoren, die mit demselben Wellenbereich wechselwirken, bezüglich der Rotationsachse der Welle in einem Winkelabstand von 90 Grad zueinander und in einen vorbestimmten, vorzugsweise identischen radialen Abstand zur Rotationsachse angeordnet sind. So können um 90 Grad phasenverschobene Signale von den Magnetfeldsensoren erzeugt werden, was weiterhin besonders vorteilhaft ist, wenn das erzeugte Signal sinusförmig verläuft. Allgemein können die Magnetfeldsensoren um die Rotationsachse herum jeden gewünschten Winkelabstand ungleich 0 Grad aufweisen um eine Phasenverschiebung mit diesem Winkelabstand zu erzielen. It is preferably provided that the at least two magnetic field sensors, in particular the exactly two magnetic field sensors that interact with the same shaft region, are arranged at an angular distance of 90 degrees from one another with respect to the axis of rotation of the shaft and at a predetermined, preferably identical, radial distance from the axis of rotation. In this way, signals that are phase-shifted by 90 degrees can be generated by the magnetic field sensors, which is also particularly advantageous if the signal generated is sinusoidal. In general, the magnetic field sensors can have any desired angular spacing other than 0 degrees around the axis of rotation in order to achieve a phase shift with this angular spacing.
Allgemein kann es vorgesehen sein, insbesondere, wenn die Magnetfeldsensoren mit verschiedenen Wellenbereichen, z.B. Wellenenden Zusammenwirken, dass die Richtungsvektoren der Richtungen der radialen Beabstandung der wenigstens zwei Magnetfeldsensoren von der Rotationsachse der Welle des mit ihnen jeweils wechselwirkenden Wellenbereichs bzgl. einer identischen Referenzwinkelposition bei beiden Wellenbereichen in einem Winkel a, von z.B. 90 Grad, zueinander angeordnet sind, um eine Phasenverschiebung der Signale von a Grad zueinander zu erzeugen. Die jeweilige Referenzwinkelposition kann z.B. an dem Ort beider Wellenbereiches liegen, der einen festgelegten, z.B. jeweils den geringsten Abstand zum Magnetfeldsensor hat, insbesondre sofern beide Wellenbereiche bzgl. Geometrie / Topologie identisch sind. In general, it can be provided, in particular if the magnetic field sensors interact with different shaft areas, e.g are arranged at an angle a, for example 90 degrees, to one another in order to produce a phase shift of the signals of a degrees to one another. The respective reference angular position can, for example, at the Location of both wave ranges are that has a fixed, for example, respectively the smallest distance to the magnetic field sensor, insbesondre both wave ranges with respect. Geometry / topology are identical.
In der Ausführung der Wechselwirkung mit nur einem Wellenbereich oder mehreren Wellenbereichen an verschiedenen Wellen ist besonders bevorzugt die Anordnung aller Magnetfeldsensoren in derselben Ebene vorgesehen, vorzugsweise einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der wenigstens einen Welle. In the execution of the interaction with only one wave area or several wave areas on different waves, the arrangement of all magnetic field sensors in the same plane is particularly preferred, preferably a plane perpendicular to the axis of rotation of the at least one shaft.
Bei einer Ausführung der Wechselwirkung mit verschiedenen Wellenbereichen an derselben Welle ist vorzugsweise die Anordnung der Magnetfeldsensoren so, dass diese in demselben radialen Abstand und in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet sind. In an embodiment of the interaction with different shaft regions on the same shaft, the arrangement of the magnetic field sensors is preferably such that they are arranged at the same radial distance and one behind the other in the axial direction.
Die Erfindung sieht es zur Erzeugung des zumindest im Wesentlichen statischen Magnetfeldes und nur lokal beeinflussten Magnetfeldes vor, dass wenigstens ein Permanentmagnet eingesetzt wird, insbesondere genau ein Permanentmagnet. In order to generate the at least essentially static magnetic field and only locally influenced magnetic field, the invention provides that at least one permanent magnet is used, in particular precisely one permanent magnet.
Dieser kann so angeordnet sein, dass er beide bzw. alle Magnetfeldsensoren gleichzeitig, bei Betrachtung in der jeweils vorliegenden Abstandsrichtung, z.B. in Richtung oder senkrecht zur Rotationsachse der wenigstens einen Welle, zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig überdeckt, die Sensoren also innerhalb der in Abstandsrichtung betrachteten Projektion des Permanentmagneten liegen, vorzugsweise bei axialer Abstandsrichtung der Permanentmagnet aber nicht von der Rotationsachse der Welle geschnitten wird, also vollständig radial außerhalb von dieser liegt, zumindest bzgl. der Rotationsachse derjenigen Welle mit dem wechselwirkenden Wellenende. This can be arranged in such a way that it covers both or all magnetic field sensors at the same time, when viewed in the respective distance direction, e.g. in the direction or perpendicular to the axis of rotation of the at least one shaft, at least in regions, in particular completely, the sensors within the considered in the distance direction Projection of the permanent magnet are, but preferably in the axial direction of spacing of the permanent magnet is not intersected by the axis of rotation of the shaft, so is completely radially outside of this, at least with respect to the axis of rotation of that shaft with the interacting shaft end.
Ein solcher einziger Permanentmagnet kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass dessen Pole in der Richtung der Beabstandung der Magnetfeldsensoren beabstandet sind. Vorzugsweise ist jeder von genau zwei Magnetfeldsensoren von einem der beiden Pole überdeckt, insbesondere betrachtet in der eingangs genannten, zur jeweiligen Erfindungsausführung vorliegenden Abstandsrichtung. Insbesondere wird dadurch erzielt, dass die Feldliniendichte am Sensorort jeweils besonders hoch ist. Such a single permanent magnet can preferably be formed such that its poles are spaced apart in the direction of spacing of the magnetic field sensors. Preferably, each of exactly two magnetic field sensors is covered by one of the two poles, as viewed in particular in FIG mentioned distance direction present for the respective embodiment of the invention. What is achieved in particular is that the field line density at the sensor location is particularly high in each case.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass jedem Magnetfeldsensor ein eigener Permanentmagnet zugeordnet ist. In diesem Fall kann vorzugsweise jeder Permanentmagnet im obigen Sinne den zugeordneten Magnetfeldsensor überdecken, also jeder Magnetfeldsensor liegt vorzugsweise innerhalb der axialen Projektion des ihm zugeordneten Permanentmagneten, insbesondere betrachtet in der eingangs genannten, zur jeweiligen Erfindungsausführung vorliegenden Abstandsrichtung. Vorzugsweise kann ein geometrischer Mittelpunkt eines jeweiligen Permanentmagneten in der Abstandsrichtung fluchtend, insbesondere also axial oder radial fluchtend zum sensitiven Bereich, insbesondere dem Mittelpunkt des sensitiven Bereichs, des zugeordneten Magnetfeldsensors angeordnet sein. The invention can also provide that each magnetic field sensor is assigned its own permanent magnet. In this case, each permanent magnet can preferably cover the assigned magnetic field sensor in the above sense, i.e. each magnetic field sensor is preferably within the axial projection of the permanent magnet assigned to it, particularly viewed in the distance direction mentioned at the beginning and present for the respective embodiment of the invention. Preferably, a geometric center of a respective permanent magnet can be aligned in the distance direction, in particular axially or radially aligned with the sensitive area, in particular the center of the sensitive area, of the associated magnetic field sensor.
Bei einer solchen Ausführung mit jedem Magnetfeldsensor jeweils zugeordneten Permanentmagneten kann die Erfindung vorsehen, dass die, insbesondere in Rotationsrichtung oder in axialer Richtung nebeneinanderliegenden, verschiedenen Permanentmagnete alternierend polarisiert sind, insbesondere jeweils relativ zur Rotationsachse axial oder radial polarisiert sind, insbesondere also die Pole jedes Magneten in Richtung der Rotationsachse der Welle oder radial beabstandet sind. In such an embodiment with permanent magnets assigned to each magnetic field sensor, the invention can provide that the different permanent magnets, in particular in the direction of rotation or in the axial direction, are polarized alternately, in particular are polarized axially or radially relative to the axis of rotation, i.e. in particular the poles of each magnet are spaced in the direction of the axis of rotation of the shaft or radially.
Vorzugsweise wird keiner der Permanentmagnete von einer Rotationsachse gekreuzt, was sich in dieser bevorzugten Anordnung bei einer Wechselwirkung mit einem Wellenende schon dadurch ergeben kann, wenn vorzugsweise die (radialen) Querschnitte der Magnete kleiner sind als die 2-fache radiale Beabstandung der Magnetfeldsensoren zur (jeweiligen) Rotationsachse. Preferably, none of the permanent magnets is crossed by an axis of rotation, which can result in this preferred arrangement in the event of an interaction with a shaft end if the (radial) cross sections of the magnets are preferably smaller than twice the radial spacing of the magnetic field sensors from the (respective) ) axis of rotation.
Insbesondere bei genau zwei Magnetfeldsensoren und zwei jeweils zugeordneten Permanentmagneten ergänzen sich die Magneten zu einem geschlossenen magnetischen Kreis, in welchem auch die Sensoren liegen und verstärken einander. In particular, with exactly two magnetic field sensors and two associated permanent magnets, the magnets complement each other to form a closed one magnetic circuit, in which the sensors are also located and reinforce each other.
Die vorgenannten Ausführungen sind besonders bevorzugt gewählt, wenn alle Magnetfeldsensoren mit demselben Wellenbereich, vorzugsweise demselben Wellenende Zusammenwirken. The above-mentioned versions are particularly preferred if all magnetic field sensors interact with the same shaft range, preferably the same shaft end.
Wenigstens einer der Magnetfeldsensoren, insbesondere alle Magnetfeldsensoren und der jeweils zugeordnete Permanentmagnet können vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer den oder die Magnetfeldsensoren tragenden Platine angeordnet sein, vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer den oder die Magnetfeldsensoren und den jeweils zugeordneten Permanentmagneten tragenden Platine angeordnet sein. Hierdurch kann der jeweilige Magnetfeldsensor besonders nah an einen der Pole des zugeordneten Permanentmagneten angeordnet werden, insbesondere beabstandet nur durch die Platinendicke. Der zugeordnete Permanentmagnet kann für alle oder einige mehrere Magnetfeldsensoren derselbe sein, insbesondere kann der zugeordnete Magnet auch für jeden Magnetfeldsensor ein anderer sein. At least one of the magnetic field sensors, in particular all magnetic field sensors and the associated permanent magnet can preferably be arranged on opposite sides of a circuit board carrying the magnetic field sensor(s), preferably on opposite sides of a circuit board carrying the magnetic field sensor(s) and the respectively assigned permanent magnet. As a result, the respective magnetic field sensor can be arranged particularly close to one of the poles of the associated permanent magnet, in particular spaced apart only by the thickness of the circuit board. The assigned permanent magnet can be the same for all or several magnetic field sensors, in particular the assigned magnet can also be different for each magnetic field sensor.
Die Erfindung kann vorzugsweise weiterhin vorsehen, dass der wenigstens eine wechselwirkende Wellenbereich und wenigstens ein Magnetfeldsensor, vorzugsweise die wenigstens zwei Magnetfeldsensoren beidseits eines nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Verschlußelementes angeordnet sind, mit dem die Messkammer verschlossen ist. Dieses Verschlußelement kann z.B. durch Schweißen, Löten oder Kleben oder Verschrauben dicht mit der Messkammer verbunden sein, vorzugsweise eine Öffnung verschließen, durch die hindurch die Messkammer zumindest mit der Welle bestückt werden kann, deren Ende mit einem oder mehreren Magnetfeldsensoren wechselwirkt. The invention can preferably also provide that the at least one interacting wave area and at least one magnetic field sensor, preferably the at least two magnetic field sensors, are arranged on both sides of a non-magnetic and non-magnetizable closure element with which the measuring chamber is closed. This closure element can be tightly connected to the measuring chamber, e.g. by welding, soldering, gluing or screwing, preferably closing an opening through which the measuring chamber can be fitted with at least the shaft, the end of which interacts with one or more magnetic field sensors.
Eine solches Verschlußelement kann eine Platte oder auch ein Topf oder eine Tauchhülse sein, der/die in das Fluid in der Messkammer eintaucht und in sich den wenigstens einen Magnetfeldsensor, insbesondere auch den zugeordneten Permanentmagneten aufnimmt. Such a closure element can be a plate or else a pot or an immersion sleeve which is immersed in the fluid in the measuring chamber and in itself accommodates the at least one magnetic field sensor, in particular also the associated permanent magnet.
Eine bevorzugte Ausführung sieht es vor, dass das Messwerk zwei in Eingriff miteinander stehende Verdrängerelemente aufweist, die jeweils um eine eigene Rotationsachse drehbar sind, wobei beide Rotationsachsen mit einem Abstand parallel liegen und wobei um die Rotationsachse jedes der Verdrängerelemente eine von Verdrängerelement angetriebene Welle angeordnet ist, insbesondere die Welle das Verdrängerelement direkt trägt, und wenigstens eine der Wellen einen magnetisch wechselwirkenden Wellenbereich, z.B. ein Wellenende aufweist. A preferred embodiment provides that the measuring mechanism has two displacer elements which are in engagement with one another and which can each be rotated about their own axis of rotation, with both axes of rotation being parallel at a distance and with a shaft driven by the displacer element being arranged around the axis of rotation of each of the displacer elements , in particular the shaft carries the displacement element directly, and at least one of the shafts has a magnetically interacting shaft area, e.g. a shaft end.
Die Erfindung kann - wie zuvor erwähnt - auch vorsehen, dass bei Verwendung von zwei Verdrängerelementen im Messwerk jedes Verdrängerelement seine ihm zugeordnete Welle in Rotation versetzt und jede dieser beiden Wellen einen Wellenbereich aufweist, der mit wenigstens einem von wenigstens zwei Magnetfeldsensoren magnetisch wechselwirkt, vorzugsweise mit genau einem von genau zwei Magnetfeldsensoren wechselwirkt. As mentioned above, the invention can also provide that when two displacement elements are used in the measuring mechanism, each displacement element causes its assigned shaft to rotate and each of these two shafts has a shaft area that interacts magnetically with at least one of at least two magnetic field sensors, preferably with exactly one of exactly two magnetic field sensors interacts.
In diesem Fall ist die Anordnung vorzugsweise so gewählt, dass die Magnetfeldsensoren, wie eingangs beschrieben, zueinander phasenverschobene Signale erzeugen bei der Rotation der beiden synchron rotierenden Wellen. In this case, the arrangement is preferably chosen such that the magnetic field sensors, as described above, generate signals that are phase-shifted with respect to one another during the rotation of the two synchronously rotating shafts.
Diese verschiedenen Anordnungen mit nur einem oder zwei wechselwirkenden Wellenbereichen ermöglichen Bauraumanforderungen flexibel zu berücksichtigen. These different configurations with only one or two interacting shaft areas make it possible to flexibly consider installation space requirements.
Besonders bevorzugt sind die Verdrängerelemente als miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet, können aber auch als Ovalräder oder Schraubenspindeln ausgebildet sein. Grundsätzlich ist auch eine Ausführung der Vorrichtung als Flügelradzähler möglich, in welcher das Flügelrad die eine Welle mit dem magnetisch wechselwirkenden Wellenende antreibt. The displacement elements are particularly preferably designed as gear wheels that mesh with one another, but can also be designed as oval wheels or screw spindles. In principle, an embodiment of the device as an impeller meter is also possible, in which the impeller drives one shaft with the magnetically interacting shaft end.
Bevorzugte Ausführungen werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Die Figur 1 verdeutlicht zunächst schematisch das Arbeitsprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens basierend auf einem Messwerk mit Verdrängerelementen. Preferred embodiments are explained below with reference to the figures. FIG. 1 first of all schematically illustrates the working principle of a device according to the invention and the method based on a measuring mechanism with displacement elements.
Gemäß Figur 1 sind die beiden Verdrängerelemente als Zahnräder 1a und 1 b ausgebildet. Diese sind miteinander kämmend in Eingriff, jeweils auf einer Welle 2a bzw. 2b angeordnet und befinden sich in einer Messkammer 3, in der auch die Wellen 2a, 2b drehbar um ihre jeweiligen Rotationsachsen gelagert sind. According to FIG. 1, the two displacement elements are designed as gear wheels 1a and 1b. These are in meshing engagement with one another, are each arranged on a shaft 2a or 2b and are located in a measuring chamber 3, in which the shafts 2a, 2b are also mounted so as to be rotatable about their respective axes of rotation.
Die Messkammer 3 weist einen Fluideingang 3a und einen Fluidausgang 3b auf, die durch die Verdrängerelemente 1 a und 1 b getrennt sind. The measuring chamber 3 has a fluid inlet 3a and a fluid outlet 3b, which are separated by the displacement elements 1a and 1b.
Zwischen jedem der Verdrängerelemente 1 a und 1 b sowie der radial darum herum liegenden Messkammerwand 3c und den hier nicht gezeigten axial über und unter den Verdrängerelementen liegenden Messkammerwänden werden in Umfangsrichtung um jedes Verdrängerelement mehrere Verdrängerräume 1c gebildet, hier konkret durch jeden Zahnzwischenraum 1 c. Bei der Strömungsrichtung gemäß der Pfeile am Ein- und Ausgang erfolgt eine Rotation der Verdrängerelemente 2a, 2b gemäß der dort durch Pfeile gezeigten Drehrichtungen. Es wird somit in jedem Verdrängerraum mit einem bestimmten und bekannten Volumen Vic das Fluid vom Eingang zu Ausgang transportiert. Between each of the displacement elements 1 a and 1 b as well as the measuring chamber wall 3c radially surrounding it and the measuring chamber walls lying axially above and below the displacement elements (not shown here), several displacement spaces 1c are formed in the circumferential direction around each displacement element, here specifically by each tooth gap 1c. With the direction of flow according to the arrows at the inlet and outlet, the displacement elements 2a, 2b rotate according to the directions of rotation shown there by arrows. The fluid is thus transported from the inlet to the outlet in each displacement chamber with a specific and known volume Vi c .
Zwischen den kämmenden Verdrängerelementen 1 a, 1 b wird weiterhin jeweils zwischen einem Zahn z.B. des Verdrängerelementes 1 a und einen Zahnzwischenraum z.B. des Verdrängerelementes 1 b eine Kavität 1d gebildet, die ebenso ein bestimmtes, im Verfahren bekanntes Volumen Vid aufweist. In dieser mit jedem neuen Eingriff neu gebildeten Kavität 1d wird Fluid vom Ausgang zum Eingang zurückgeführt. Es ergibt sich somit mit jeder Rotation um einen Winkel, welcher dem Winkelabstand zwischen benachbarten Zähnen entspricht ein gefördertes Volumen von V = 2xVic - Vid. Bei anstehender Druckdifferenz zwischen Fluideingang 3a und -ausgang 3b wird somit das Fluid 4 unter Rotation der Verdrängerelemente 1a, 1 b durch die Vorrichtung hindurchgefördert. Dabei setzt das strömende Fluid 4 das Messwerk in Rotation. Über wenigstens eine der mitrotierten Wellen 2a oder 2b wird die Rotation messtechnisch erfasst, so dass die Menge des Fluids anhand des bekannten Volumens V und des bei der Rotation überstrichenen Winkels, welcher gemessen wird, ermittelt werden kann. Between the meshing displacement elements 1a, 1b, a cavity 1d is also formed between a tooth, for example, of the displacement element 1a and an interdental space, for example, of the displacement element 1b, which also has a specific volume Vid known in the method. In this cavity 1d, which is newly formed with each new intervention, fluid is returned from the outlet to the inlet. With each rotation through an angle, which corresponds to the angular distance between adjacent teeth, a conveyed volume of V = 2xVi c - Vid results. When there is a pressure difference between the fluid inlet 3a and fluid outlet 3b, the fluid 4 is thus conveyed through the device while the displacement elements 1a, 1b rotate. The flowing fluid 4 sets the measuring mechanism in rotation. The rotation is measured via at least one of the co-rotating shafts 2a or 2b, so that the quantity of the fluid can be determined using the known volume V and the angle covered during the rotation, which is measured.
Die Figur 2 zeigt in einer technisch konkretisierteren Form eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art in einer zur Figur 1 um 90 Grad verkippten Schnittebene. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 5 auf, hier mit einem Gehäuseunterteil 5a und einem Gehäuseoberteil 5b sowie einem Gehäuseaufsatz 5c. Im Gehäuse 5 ist zwischen Unterteil 5a und Oberteil 5b die Messkammer 3 ausgebildet mit Fluideingang 3a und Fluidausgang 3b, sowie den Verdrängerelementen 1a, 1 b, von denen in Figur 2 nur eines zu erkennen ist. Die Messkammer 3 ist vom Fluid durchströmt. In dem Gehäuseaufsatz ist der „trockene“ Teil der Vorrichtung untergebracht, insbesondere die Magnetfeldsensoren 6 und der wenigstens eine Permanentmagnet 7, die hier von einer gemeinsamen Platine 8 auf sich gegenüberliegenden Seiten der Platine 8 getragen werden. Dieser Gehäuseaufsatz 5c bildet somit eine Sensorabdeckung der Vorrichtung. FIG. 2 shows a device of the type according to the invention in a technically more concrete form in a sectional plane tilted by 90 degrees to FIG. The device has a housing 5, here with a lower housing part 5a and an upper housing part 5b and a housing attachment 5c. The measuring chamber 3 is formed in the housing 5 between the lower part 5a and the upper part 5b, with a fluid inlet 3a and a fluid outlet 3b, as well as the displacement elements 1a, 1b, only one of which can be seen in FIG. The fluid flows through the measuring chamber 3 . The “dry” part of the device is accommodated in the housing attachment, in particular the magnetic field sensors 6 and the at least one permanent magnet 7, which are carried here by a common circuit board 8 on opposite sides of the circuit board 8. This housing attachment 5c thus forms a sensor cover for the device.
Die Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung in wiederum anderer Schnittebene der Vorrichtung. In dieser Ausführung ist eine magnetische Wechselwirkung des Wellenbereiches am Wellenende 2c nur einer der beiden Wellen, nämlich der Welle 2a vorgesehen. FIG. 3 shows a preferred embodiment of the device in yet another section plane of the device. In this embodiment, a magnetic interaction of the shaft area at the shaft end 2c is only provided for one of the two shafts, namely the shaft 2a.
Erkennbar ist hier, dass die hier linke Welle 2a des Verdrängerelementes 1a ein freies, hier oberes Wellenende 2c aufweist, insbesondere das hier jenseits beider Wellenlager angeordnet ist. Diese Wellenende 2c bildet in der Vorrichtung die (hier einzige) mechanische Sensorkomponente, die mit zwei elektrischen Sensorkomponenten 6 in magnetischer Wechselwirkung steht. Dabei umfasst jede elektrische Sensorkomponente einen Magnetfeldsensor 6, der jeweils an der Unterseite der Platine 8 angeordnet ist, welche zum Wellenende 2c weist. Auf der vom Wellenende 2c abgewandten Seite der Platine 8 weist diese Vorrichtung für jeden Magnetfeldsensor 6 einen zugeordneten Permanentmagneten 7 auf, der in axialer Richtung der Rotationsachsen der Wellen 2a, 2b den jeweils zugeordneten Magnetfeldsensor überdeckt. It can be seen here that the shaft 2a on the left here of the displacement element 1a has a free, here upper shaft end 2c, in particular which is arranged here beyond the two shaft bearings. In the device, this shaft end 2c forms the (single here) mechanical sensor component, which interacts magnetically with two electrical sensor components 6 . Each electrical sensor component includes a magnetic field sensor 6, each at the Underside of the circuit board 8 is arranged, which points to the shaft end 2c. On the side of circuit board 8 facing away from shaft end 2c, this device has an associated permanent magnet 7 for each magnetic field sensor 6, which covers the associated magnetic field sensor in the axial direction of the axes of rotation of shafts 2a, 2b.
Die Abstandsrichtung, also die Richtung der Beabstandung von Magnetfeldsensor zum wechselwirkenden Wellenbereich, hier dem Wellenende 2c ist axial bzgl. der Rotationsachse 2d. The direction of the distance, ie the direction of the distance from the magnetic field sensor to the interacting shaft area, here the shaft end 2c, is axial with respect to the axis of rotation 2d.
Im Abstandsbereich zwischen dem wechselwirkenden Wellenende 2c und den Magnetfeldsensoren 6 ist die Messkammer 3 durch ein Verschlußelement 3c verschlossen, das vorzugsweise nicht magnetisierbar ist. In the distance between the interacting shaft end 2c and the magnetic field sensors 6, the measuring chamber 3 is closed by a closure element 3c, which is preferably not magnetizable.
Die Figur 4 zeigt eine axiale Ansicht der Anordnung, aus der erkennbar ist, dass die Magneten 7 die Sensoren 6 in der Projektion vollständig überdecken und dass die Sensoren 6 und Magneten 7 jeweils zur Rotationsachse 2d der Welle 2a radial beabstandet sind. Der radiale Abstand ist größer als der radiale Querschnitt der Magnete 7. Zueinander haben die Sensoren 6 und Magnete 7 hier einen Winkelabstand um die Rotationsachse 2d von 90 Grad. Dadurch wird bewirkt, dass die beiden Sensoren 6 einen zueinander um 90 Grad phasenverschobenen Signalverlauf erzeugen. FIG. 4 shows an axial view of the arrangement, from which it can be seen that the magnets 7 completely cover the sensors 6 in the projection and that the sensors 6 and magnets 7 are each radially spaced from the axis of rotation 2d of the shaft 2a. The radial distance is greater than the radial cross section of the magnets 7. The sensors 6 and magnets 7 have an angular distance of 90 degrees about the axis of rotation 2d. The effect of this is that the two sensors 6 generate a signal curve that is phase-shifted by 90 degrees with respect to one another.
Die magnetische Wechselwirkung zwischen der einen mechanischen Sensorkomponente (2a, 2c) und den beiden elektrischen Sensorkomponenten 6 beruht nun darauf, dass sich die Sensoren 6 jeweils im Magnetfeld der Magnete 7 befinden und dieses Magnetfeld vermessen, also jeweils ein vom Magnetfeld abhängiges elektrisches Signal erzeugen. The magnetic interaction between the one mechanical sensor component (2a, 2c) and the two electrical sensor components 6 is based on the fact that the sensors 6 are each located in the magnetic field of the magnets 7 and measure this magnetic field, i.e. each generate an electrical signal dependent on the magnetic field.
Dieses Magnetfeld wird bei einer Rotation des Messwerks durch die Rotation des wechselwirkenden Wellenendes 2c verändert, bzw. verzerrt oder gestört. Um dies zu bewirken weist das Wellenende 2c eine axiale Stirnfläche auf, die in dieser Ausführung eine vollständig plane Ebene ausbildet, welche unter einem Winkel quer zur Rotationsachse 2d steht, also weder senkrecht noch parallel zu dieser ist. Der Winkel kann vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45 Grad liegen. This magnetic field is changed, or distorted or disturbed, by the rotation of the interacting shaft end 2c when the measuring mechanism rotates. In order to bring about this, the shaft end 2c has an axial end face which, in this embodiment, forms a completely flat plane which is at an angle transversely to the axis of rotation 2d, ie is neither perpendicular nor parallel to it. The angle may preferably range from 10 to 45 degrees.
Das Wellenende 2c bzw. zumindest die Stirnfläche umfasst ein magnetisierbares Material bzw. ist vollständig aus einem solchen ausgebildet. Die axialen Projektionen der Sensoren 6 liegen jeweils auf Teilflächenbereichen der Stirnfläche, deren Abstand zum jeweiligen Sensor 6 sich bei der Rotation der Welle 2a ändert. Durch die schräge plane Ebene der Stirnfläche weist der Teilflächenbereich unter dem einen Magnetfeldsensor 6 einen anderen Abstand zum Sensor 6 auf als der Teilflächenbereich unter dem anderen Sensor 6. In jeder Winkelstellung wird also das vom jeweiligen Sensor 6 gemessene Magnetfeld im Vergleich zum anderen Sensor 6 anders beeinflusst, d.h. beide Sensoren messen verschiedene Signale, wobei die Signale um 90 Grad phasenverschoben sind, wegen der Winkelbeabstandung der Sensoren. The shaft end 2c or at least the end face comprises a magnetizable material or is made entirely of such a material. The axial projections of the sensors 6 each lie on partial surface areas of the end face whose distance from the respective sensor 6 changes when the shaft 2a rotates. Due to the sloping plane of the end face, the partial surface area under one magnetic field sensor 6 is at a different distance from the sensor 6 than the partial surface area under the other sensor 6. In each angular position, the magnetic field measured by the respective sensor 6 is different compared to the other sensor 6 affected, i.e. both sensors measure different signals, the signals being 90 degrees out of phase due to the angular spacing of the sensors.
Die magnetische Wechselwirkung beruht hier z.B. darauf, dass das magnetisierbare Material des Wellenendes 2c bei geringerem Abstand das Magnetfeld am Sensor 6 mehr konzentriert als bei einem größeren Abstand. Es wird somit mit den Sensoren 6 die fluktuierende Konzentrierung des Magnetfeldes am Sensorort gemessen, die durch das magnetisierbare Material am Wellenende 2c, insbesondere in der axialen Stirnfläche während der Rotation erzeugt wird. The magnetic interaction is based here, for example, on the fact that the magnetizable material of the shaft end 2c concentrates the magnetic field on the sensor 6 more at a smaller distance than at a greater distance. It is thus measured with the sensors 6, the fluctuating concentration of the magnetic field at the sensor location, which is generated by the magnetizable material at the shaft end 2c, in particular in the axial end face during rotation.
Aus der Signalhöhe des Signals jedes der Sensoren 6 kann somit auf die Winkelposition zurückgeschlossen werden, wobei aus dem Vorzeichen der Phasenverschiebung zwischen den Signalen beider Sensoren auf die Drehrichtung der Welle 2c und somit die Flußrichtung des Fluids geschlossen werden kann. Die Winkelposition kann nicht nur relativ sondern auch absolut ermittelt werden, insbesondere wenn sich bei jeder möglichen Winkelposition ein anderes Wertepaar von Messwerten beider Magnetfeldsensoren ergibt. In dieser Ausführung werden mit den Sensoren vorzugsweise jeweils sinusförmige Signale erzeugt. Es kann vorgesehen sein, zumindest eines der Signale in Pulse zu wandeln und sodann aus einer gezählten Pulsanzahl auf das durchflossene Volumen zu schließen. The angular position can thus be deduced from the signal level of the signal from each of the sensors 6, the direction of rotation of the shaft 2c and thus the direction of flow of the fluid being able to be deduced from the sign of the phase shift between the signals of both sensors. The angular position can be determined not only relatively but also absolutely, in particular if a different value pair of measured values of both magnetic field sensors results for each possible angular position. In this embodiment, sinusoidal signals are preferably generated in each case with the sensors. Provision can be made to convert at least one of the signals into pulses and then to deduce the volume that has flowed through from a counted number of pulses.
Die Figur 5 zeigt ein Detail einer alternativen Ausführung der Vorrichtung. Hier ist die Anordnung der Sensoren 6 identisch zu der Ausführung der Figuren 2, 3 und 4. Unterschiedlich ist hingegen, dass nur ein Permanentmagnet 7 verwendet wird. Dieser überdeckt zugleich beiden Sensoren 6 und ist wie bei der Figur 4 zu jedem der beiden Magneten gültig nicht von der Rotationsachse 2d durchkreuzt. Alle anderen Merkmale sind mit den Figuren 2, 3, und 4 übereinstimmend ausgeführt. FIG. 5 shows a detail of an alternative embodiment of the device. Here the arrangement of the sensors 6 is identical to the embodiment in FIGS. 2, 3 and 4. What is different, however, is that only one permanent magnet 7 is used. This also covers both sensors 6 and, as in FIG. 4, is valid for each of the two magnets and not crossed by the axis of rotation 2d. All other features are identical to those in FIGS. 2, 3 and 4.
Die Figuren 6 zeigen Ausführungsvarianten des wechselwirkenden Endes 2c der Welle 2a. Die Figur 6A verdeutlich dabei im Schnitt eine Ausführung, die bereits hinsichtlich der Stirnflächengeometrie in den Figuren 2 bis 5 implementiert ist, d.h. die axiale Stirnfläche des Wellenendes 2c ist vollständig plan ausgebildet, wobei die Ebene quer zur Rotationsachse 2d liegt, diese also unter einem Winkel ungleich 90 Grad schneidet. Figures 6 show variant embodiments of the interacting end 2c of the shaft 2a. Figure 6A shows a section of an embodiment that has already been implemented in Figures 2 to 5 with regard to the end face geometry, i.e. the axial end face of the shaft end 2c is completely flat, with the plane being transverse to the axis of rotation 2d, i.e. at an angle not equal to 90 degrees.
Zusätzlich ist visualisiert, dass die Welle 2a hohl ausgebildet ist und einen Kanal 2e aufweist, der sich vollständig durch die Welle hindurch erstreckt und sich so eignet, die Bereiche der Messkammer 3 an beiden Wellenenden durch die Welle hindurch druckausgleichend zu verbinden. Diese Ausführung ist bei den Ausführungen der Figuren 2 bis 4 und allen anderen möglichen Ausführungen einsetzbar. In addition, it is visualized that the shaft 2a is hollow and has a channel 2e that extends completely through the shaft and is thus suitable for connecting the areas of the measuring chamber 3 at both ends of the shaft through the shaft in a pressure-equalizing manner. This embodiment can be used in the embodiments of FIGS. 2 to 4 and all other possible embodiments.
Figur 6B zeigt eine Variante des Wellenendes, bei der die Stirnfläche genau zwei plane Teilflächen mit unterschiedlichem Winkel ungleich 90 Grad zur Rotationsachse 2d aufweist. Figur 6C zeigt eine Variante, bei der gegenüber Figur 6B die radial aussen liegenden Bereiche des Wellenendes 2c gekrümmt in die Wellenmantelfläche übergehen. FIG. 6B shows a variant of the shaft end in which the end face has exactly two planar partial faces with different angles not equal to 90 degrees to the axis of rotation 2d. FIG. 6C shows a variant in which, compared to FIG. 6B, the radially outer areas of the shaft end 2c merge into the shaft jacket surface in a curved manner.
Bei der Figur 6D ist die Stirnfläche in einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse, die hier in der Papierebene liegt, stetig gekrümmt und in einer zweiten, hier senkrecht zur Papierebene liegenden Richtung ohne Krümmung ausgeführt. In FIG. 6D, the end face is continuously curved in a first direction perpendicular to the axis of rotation, which lies here in the plane of the paper, and is designed without curvature in a second direction, here lying perpendicular to the plane of the paper.
Bei Figur 6E ist die Stirnfläche als gestufte Fläche ausgebildet, hier mit zwei Stufen von in axialer Richtung unterschiedlichen Höhen. In FIG. 6E, the end face is designed as a stepped surface, here with two steps of different heights in the axial direction.
Bzgl. der Figuren 6 ist allgemein anzumerken, dass diese nicht nur Schnitte darstellen, sondern Seitenansichten der Welle, d.h. der Verlauf der Stirnfläche senkrecht zur Papierebene ist in allen Ebene parallel zur Papierebene mit der gezeigten Darstellung fluchtend. Alle Ausführungen der Figuren 6 können bei den Ausführungen der Figuren 2 bis 5, sowie allen anderen möglichen Ausführungen zum Einsatz kommen. With regard to Figures 6, it should be noted in general that these do not only represent sections, but side views of the shaft, i.e. the profile of the end face perpendicular to the plane of the paper is aligned with the representation shown in all planes parallel to the plane of the paper. All versions of Figures 6 can be used in the versions of Figures 2 to 5, as well as all other possible versions.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der beide Wellen 2a und 2b jeweilige Wellenenden 2c aufweisen, die magnetisch wechselwirkende Wellenbereiche bilden. . Jedem der beiden Wellenenden 2c ist einer der beiden Magnetfeldsensoren 6 zugeordnet und jedem Magnetfeldsensor 6 ist ein eigener Permanentmagnet 7 zugeordnet, insbesondere der den Sensor 6 in axialer Richtung überdeckt. Gegenüber der Figur 3 kann die Anordnung der Magnetfeldsensoren 6 so räumlich entzerrt werden. Erkennbar ist auch, dass die Wellenenden 2c beider Wellen 2a, 2b identisch ausgebildet sind bzgl. der Geometrie bzw. Topologie. Gemäß dieser Darstellung gibt es auch eine Position, in der die Wellenende im Raum bzw. in der Vorrichtung gleich orientiert sind, was hier z.B. daran zu erkennen ist, dass die höchste Spitze des Wellenende in der Abbildung jeweils rechts liegt. Ausgehend von dieser Position drehen sich beide Wellen in entgegengesetzten Richtungen. Die Magnetfeldsensor 6 weisen bzgl. der identischen Wellenausrichtung unterschiedliche Anordnungen auf und erzeugen so einen phasenverschobenen Signalverlauf. FIG. 7 shows an embodiment variant in which both shafts 2a and 2b have respective shaft ends 2c which form magnetically interacting shaft regions. . One of the two magnetic field sensors 6 is assigned to each of the two shaft ends 2c, and each magnetic field sensor 6 is assigned its own permanent magnet 7, which in particular covers the sensor 6 in the axial direction. Compared to FIG. 3, the arrangement of the magnetic field sensors 6 can thus be spatially rectified. It can also be seen that the shaft ends 2c of both shafts 2a, 2b are identical in terms of geometry or topology. According to this representation, there is also a position in which the shaft ends are oriented the same in space or in the device, which can be seen here, for example, from the fact that the highest tip of the shaft end is on the right in the figure. Starting from this position, both shafts rotate in opposite directions. The magnetic field sensor 6 have have different configurations due to the identical shaft orientation and thus generate a phase-shifted signal curve.
Figur 8 zeigt eine weitere Alternative, bei der die Verdrängerelemente 1a, 1 b in der Messkammer 3 des Gehäuses 5 als Schraubenspindeln ausgeführt sind, die miteinander in Eingriff stehen. Die Welle 2a der beiden Wellen 2a, 2b weist zwei Wellenbereiche 2d , 2c2 auf, die jeweils mit einem anderen Magnetfeldsensor 6 wechselwirkend sind. In diesem Beispiel sind die Wellenbereiche 2d , 2c2 vor dem axialen Ende der Welle 2a um die Rotationsachse 2d herum ausgebildet. FIG. 8 shows a further alternative, in which the displacement elements 1a, 1b in the measuring chamber 3 of the housing 5 are designed as screw spindles which engage with one another. The shaft 2a of the two shafts 2a, 2b has two shaft regions 2d, 2c2, each of which interacts with a different magnetic field sensor 6. In this example, the shaft portions 2d, 2c2 are formed around the axis of rotation 2d in front of the axial end of the shaft 2a.
Jeder Wellenbereich 2d , 2c2 weist magnetisierbares Material auf, das um die Rotationsachse 2d herum ungleichmäßig verteilt ist, z.B. in Form einer exzentrisch zur Rotationsachse 2d auf der Welle 2a befestigten jeweiligen Kreisscheibe aus magnetisierbarem Material. Beide Wellenbereiche 2d , 2c2, bzw. Kreisscheiben können in ihrer jeweiligen Geometrie identisch ausgebildet sein, sind jedoch im Rotationswinkel versetzt zueinander an der Welle 2a befestigt und weisen daher in jeder Rotationswinkelposition an dem jeweiligen zum Magnetfeldsensor 6 weisenden und von diesem in der radialen Projektion überdeckten Teilflächenbereich auf der Mantelfläche einen anderen Abstand auf, was zu einer anderen Beeinflussung des Magnetfeldes am Ort des jeweiligen Magnetfeldsensors 6 führt. Erkennbar ist hier der Abstand bei der Mantelfläche des Wellenbereiches 2c2 kleiner als beim Wellenbereich 2d . Each shaft area 2d, 2c2 has magnetizable material that is unevenly distributed around the axis of rotation 2d, e.g. in the form of a respective circular disc made of magnetizable material fastened eccentrically to the axis of rotation 2d on the shaft 2a. Both shaft areas 2d, 2c2, or circular discs can be identical in their respective geometry, but are attached to the shaft 2a offset in rotation angle to one another and therefore point in each rotation angle position at the respective pointing to the magnetic field sensor 6 and covered by this in the radial projection Partial surface area on the lateral surface at a different distance, which leads to a different influence on the magnetic field at the location of the respective magnetic field sensor 6. The distance at the lateral surface of the shaft area 2c2 is smaller than in the shaft area 2d.
Jedem Magnetfeldsensor 6 ist hier ein eigener Permanentmagnet 7 zugeordnet, insbesondere der den Sensor in radialer Richtung überdeckt. Die Anordnung aus Platine 8, Permanentmagneten 7 und Magnetfeldsensoren 6 ist hier in einer Tauchhülse 3c in der Messkammer 3 angeordnet. Each magnetic field sensor 6 is assigned its own permanent magnet 7 here, in particular one that covers the sensor in the radial direction. The arrangement of circuit board 8, permanent magnets 7 and magnetic field sensors 6 is arranged in an immersion sleeve 3c in the measuring chamber 3 here.
Anders als bei den vorher gezeigten Ausführungen liegen hier die Magnetfeldsensoren 6 nicht in axialer Abstandsrichtung, sondern in radialer Abstandsrichtung bezogen auf die Rotationsachse 2d dem wechselwirkenden Wellenbereich 2d , 2c2 gegenüber, hier den Kreisscheiben bzw. allgemein den radialen Mantelflächen der Welle 2a in den beiden Wellenbereichen 2d und 2c2. In contrast to the previously shown embodiments, here the magnetic field sensors 6 are not in the axial direction of distance, but in the radial direction of distance relative to the axis of rotation 2d, the interacting one Shaft area 2d, 2c2 opposite, here the circular discs or generally the radial lateral surfaces of the shaft 2a in the two shaft areas 2d and 2c2.

Claims

36 36
Patentansprüche Flußmessvorrichtung zur Messung des Volumenstroms eines Fluids umfassend ein Gehäuse (5a, 5b, 5c) mit einer Messkammer (3), die einen Fluideingang (3a) und einen Fluidausgang (3b) aufweist, wobei in der Messkammer (3) ein Messwerk (1a, 1 b, 2a, 2b, 2c, 6, 7) angeordnet ist, mit dem in Abhängigkeit eines zwischen Fluideingang (3a) und Fluidausgang (3b) fließenden Fluids (4) wenigstens eine in der Meßkammer (3) rotierbar gelagerte mechanische Sensorkomponente (2a, 2b, 2c) in Rotation versetzbar ist, die mit wenigstens einer elektrischen Sensorkomponente (6) außerhalb der Messkammer (3) magnetisch wechselwirkend ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. die wenigstens eine mechanische Sensorkomponente (2a, 2b, 2c) eine um eine Rotationsachse rotierbare Welle (2a, 2b) umfasst, die in einem in der Messkammer (3) liegenden Wellenbereich (2c) ein magnetisierbares Material umfasst, und b. der wenigstens eine magnetisierbares Material umfassende Wellenbereich (2c) mit wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei elektrischen Sensorkomponenten (6) wechselwirkend ist, wobei jede elektrische Sensorkomponente (6) durch einen Magnetfeldsensor (6) ausgebildet ist, und c. jeder Magnetfeldsensor (6) zu dem mit ihm wechselwirkenden Wellenbereich (2c) in einer Abstandsrichtung beabstandet außerhalb der Messkammer (3) angeordnet ist, und d. den Magnetfeldsensoren (6) wenigstens ein außerhalb der Messkammer (3) liegender ortsfester Permanentmagnet (7) zugeordnet ist, der einen jeweiligen Magnetfeldsensor (6) in der Abstandsrichtung 37 betrachtet überdeckend angeordnet ist, wobei mit dem wenigstens einen Permanentmagneten (7) am jeweiligen Ort der Magnetfeldsensoren (6) ein Magnetfeld erzeugbar ist, e. jeder der Magnetfeldsensoren (6) betrachtet in der Abstandsrichtung auf dem magnetisierbaren Material, insbesondere auf der Oberfläche des mit ihm wechselwirkenden Wellenbereichs (2c), einen Teilflächenbereich überdeckt, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle (2a, 2b) im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor (6) variabel ist. smessvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens zwei, insbesondere genau zwei Magnetfeldsensoren (6) mit demselben Wellenbereich (2c) einer Welle (2a), insbesondere dem Wellenbereich(2c) einer einzigen Welle (2a) oder dem Wellenbereich (2c) einer von zwei Wellen (2a, 2b) wechselwirkend sind und in jeweils verschiedener radialer Richtung beabstandet zur Rotationsachse (2d) dieser Welle (2a, 2b) außerhalb der Messkammer (3) angeordnet sind und von den Magnetfeldsensoren (6) jeweils ein anderer Teilflächenbereich auf der Oberfläche des einen Wellenbereichs (2c) überdeckt ist, oder b. von den wenigsten zwei Magnetfeldsensoren (6) eine erste Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit dem Wellenbereich (2c) der einen Welle (2a) und eine zweite Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit dem Wellenbereich (2c) der anderen Welle (2b) wechselwirkend ist, oder c. von den wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (6) eine erste Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit einem ersten Wellenbereich (2d ) einer Welle (2a), insbesondere einer von zwei Wellen (2a, 2b) und eine zweite Magnetfeldsensorgruppe, insbesondere mit genau einem Magnetfeldsensor, mit einem zweiten Wellenbereich (2c2) derselben Welle (2a) wechselwirkend ist. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselwirkende Wellenbereich (2c, 2d , 2c2) einer Welle (2a, 2b) a. durch das axiale Wellenende der Welle (2a, 2b) gebildet ist und ein jeweiliger Magnetfeldsensor (6) in der Richtung der axialen Wellenerstreckung zu dem magnetisierbaren Material des mit ihm wechselwirkenden Wellenendes (2c) beabstandet außerhalb der Messkammer (3) angeordnet ist und in axialer Richtung betrachtet auf dem magnetisierbaren Material des Wellenendes (2c), insbesondere auf der axialen Stirnfläche des Wellenendes (2c) einen Teilflächenbereich überdeckt, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle (2a, 2b) im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor (6) variabel ist, oder b. durch einen sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (2d) der Welle (2a, 2b) erstreckenden Bereich gebildet ist, in dem das magnetisierbare Material um die Rotationsachse ungleichmäßig verteilt ist, insbesondere das magnetisierbare Material einen zur Rotationsachse exzentrischen Ring bildet, vorzugsweise in welchem das magnetisierbare Material gleichmäßig verteilt ist, und ein jeweiliger Magnetfeldsensor in radialer Richtung zur Rotationsachse betrachtet auf dem magnetisierbaren Material des Wellenbereichs (2d , 2c2), insbesondere auf der radialen Mantelfläche des Wellenbereichs (2d , 2c2) einen Teilflächenbereich überdeckt, der in Abhängigkeit der Rotationsposition der Welle (2a, 2b) im Abstand zum jeweiligen Magnetfeldsensor (6) variabel ist. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Stirnfläche des wenigstens einen wechselwirkenden Wellenendes (2c), insbesondere aller wechselwirkenden Wellenenden (2c) a. als insgesamt in einer einzigen Ebene plane Fläche ausgebildet ist, wobei die Ebene nicht senkrecht zur Rotationsachse (2d) der Welle (2a, 2b) orientiert ist, vorzugsweise in einem Winkel von 10 bis 80 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkel von 45 Grad zur Rotationsachse (2d) orientiert ist, oder b. als gestufte Fläche ausgebildet ist mit wenigstens zwei Stufen von in axialer Richtung unterschiedlichen Höhen, vorzugsweise wobei sich jede Stufe um die Rotationsachse (2d) über einen Winkelbereich von 360 Grad/n mit n = Anzahl der Stufen erstreckt, oder c. in einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse (2d) stetig oder in Stufen gekrümmt ist und in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung keine Krümmung aufweist, oder d. wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei plane Teilflächen mit unterschiedlichem Winkel ungleich 90 Grad zur Rotationsachse (2d) aufweist. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Welle (2a, 2b) wenigstens einen sich durch die gesamte Welle (2a, 2b), vorzugsweise in axialer Richtung hindurch erstreckenden Kanal (2e) aufweist, mit dem Messkammerbereiche beidseits der Wellenenden fluidisch verbunden sind. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsvektoren der Richtungen der radialen Beabstandung der wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (6) von der Rotationsachse (2d) der Welle (2a, 2b) des mit ihnen jeweils wechselwirkenden, insbesondere einzigen, Wellenbereichs (2c, 2d , 2c2) in einem Winkel a, insbesondere a = 90 Grad, zueinander angeordnet sind. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Magnetfeldsensor (6) ein eigener Permanentmagnet (7) zugeordnet ist. Flussmessvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere in Rotationsrichtung um dieselbe Rotationsachse (2d) nebeneinanderliegenden, verschiedenen Permanentmagnete (7) alternierend polarisiert sind, insbesondere jeweils relativ zur Rotationsachse (2d) axial oder radial polarisiert sind. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (6), insbesondere alle Magnetfeldsensoren (6) und der jeweils zugeordnete Permanentmagnet (7) auf gegenüberliegenden Seiten einer den oder die Magnetfeldsensoren (6) tragenden Platine (8) angeordnet ist/sind, vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer den Magnetfeldsensor (6) und den wenigstens einen zugeordneten Permanentmagneten (7) tragenden Platine (8) angeordnet sind. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine wechselwirkende Wellenbereich (2c, 2d , 2c2) und wenigstens ein Magnetfeldsensor (6), vorzugsweise die wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (6) beidseits eines nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Verschlußelementes (3c) angeordnet sind, mit dem die Messkammer (3) verschlossen ist. Flussmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerk zwei in Eingriff miteinander stehende Verdrängerelemente (1 a, 1 b) aufweist, die jeweils um eine eigene Rotationsachse (2d) drehbar sind, wobei um die Rotationsachse (2d) jedes Verdrängerelements (1 a, 1 b) eine von Verdrängerelement (1 a, 1 b) angetriebene Welle (2a, 2b) angeordnet ist, insbesondere die Welle (2a, 2b) 41 das Verdrängerelement (1 a, 1 b) direkt trägt, und wenigstens eine der Wellen (2a, 2b) ein magnetisch wechselwirkendes Wellenende (2c) aufweist. Verfahren zur Messung des Volumenstroms eines Fluids (4) mit einer Fluidmessvorrichtung umfassend ein Gehäuse (5a, 5b, 5c) mit einer Messkammer (3), die einen Fluideingang (3a) und einen Fluidausgang (3b) aufweist, wobei in der Messkammer (3) ein Messwerk angeordnet ist, mit dem in Abhängigkeit eines zwischen Fluideingang (3a) und Fluidausgang (3b) fließenden Fluids (4) wenigstens eine in der Meßkammer (3) rotierbar gelagerte mechanische Sensorkomponente (2a, 2b, 2c) in Rotation versetzt wird, die mit wenigstens einer elektrischen Sensorkomponente (6) außerhalb der Messkammer (3) magnetisch wechselwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rotation wenigstens einer als mechanische Sensorkomponente verwendeten Welle (2a, 2b) der Abstand zwischen jedem von wenigstens zwei jeweils als elektrische Sensorkomponente verwendeten Magnetfeldsensoren (6), die jeweils vom Magnetfeld wenigstens eines den Magnetfeldsensoren (6) zugeordneten und den jeweiligen Magnetfeldsensor (6) in der Abstandsrichtung überdeckenden Permanentmagneten (7) durchsetzt wird, und einem magnetisierbares Material umfassenden Wellenbereich geändert wird, und hierbei mit jedem Magnetfeldsensor (6) eine sich mit der Rotationsposition der wenigstens einen Welle (2a, 2b) mit der Abstandsänderung lokal ändernde Feldstärke, insbesondere richtungsspezifische Feldstärkekomponente, des am Ort des jeweiligen Magnetfeldsensors (6) wirkenden Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Rotationsposition messtechnisch erfasst wird. Flow measuring device for measuring the volume flow of a fluid, comprising a housing (5a, 5b, 5c) with a measuring chamber (3) which has a fluid inlet (3a) and a fluid outlet (3b), with a measuring unit (1a , 1b, 2a, 2b, 2c, 6, 7) with which at least one mechanical sensor component ( 2a, 2b, 2c) can be set in rotation, which magnetically interacts with at least one electrical sensor component (6) outside the measuring chamber (3), characterized in that a. the at least one mechanical sensor component (2a, 2b, 2c) comprises a shaft (2a, 2b) which can be rotated about an axis of rotation and which comprises a magnetizable material in a shaft region (2c) located in the measuring chamber (3), and b. the shaft region (2c) comprising at least one magnetizable material interacts with at least two, preferably exactly two, electrical sensor components (6), each electrical sensor component (6) being formed by a magnetic field sensor (6), and c. each magnetic field sensor (6) is arranged at a distance from the wave region (2c) interacting with it in a distance direction outside the measuring chamber (3), and d. at least one stationary permanent magnet (7) located outside of the measuring chamber (3) is assigned to the magnetic field sensors (6) and has a respective magnetic field sensor (6) in the distance direction 37 is arranged overlapping, with the at least one permanent magnet (7) being able to generate a magnetic field at the respective location of the magnetic field sensors (6), e. Each of the magnetic field sensors (6) viewed in the distance direction on the magnetizable material, in particular on the surface of the shaft area (2c) interacting with it, covers a partial surface area which, depending on the rotational position of the shaft (2a, 2b), is at a distance from the respective magnetic field sensor ( 6) is variable. smeasuring device according to claim 1, characterized in that a. at least two, in particular exactly two, magnetic field sensors (6) interacting with the same shaft region (2c) of a shaft (2a), in particular the shaft region (2c) of a single shaft (2a) or the shaft region (2c) of one of two shafts (2a, 2b). and are each arranged in a different radial direction at a distance from the axis of rotation (2d) of this shaft (2a, 2b) outside the measuring chamber (3) and the magnetic field sensors (6) each cover a different partial surface area on the surface of one shaft area (2c). , or b. of the at least two magnetic field sensors (6), a first magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with the shaft area (2c) of one shaft (2a) and a second magnetic field sensor group, in particular with exactly one magnetic field sensor, with the shaft area (2c) of the other shaft (2b) is interactive, or c. of the at least two magnetic field sensors (6), a first magnetic field sensor group, in particular with precisely one magnetic field sensor, with a first shaft region (2d) of a shaft (2a), in particular one of two shafts (2a, 2b) and a second Magnetic field sensor group, in particular with precisely one magnetic field sensor, interacts with a second shaft region (2c2) of the same shaft (2a). Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the interacting shaft region (2c, 2d, 2c2) of a shaft (2a, 2b) a. is formed by the axial shaft end of the shaft (2a, 2b) and a respective magnetic field sensor (6) is arranged in the direction of the axial shaft extension at a distance from the magnetizable material of the shaft end (2c) interacting with it outside the measuring chamber (3) and in the axial viewed from the direction on which the magnetizable material of the shaft end (2c), in particular on the axial end face of the shaft end (2c), covers a partial surface area which is variable depending on the rotational position of the shaft (2a, 2b) at a distance from the respective magnetic field sensor (6), or b. is formed by an area extending in the circumferential direction around the axis of rotation (2d) of the shaft (2a, 2b), in which the magnetizable material is unevenly distributed around the axis of rotation, in particular the magnetizable material forms a ring eccentric to the axis of rotation, preferably in which the magnetizable material is evenly distributed, and a respective magnetic field sensor, viewed in the radial direction to the axis of rotation, covers a partial surface area on the magnetizable material of the shaft area (2d, 2c2), in particular on the radial lateral surface of the shaft area (2d, 2c2), which, depending on the rotational position of the Shaft (2a, 2b) at a distance from the respective magnetic field sensor (6) is variable. Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the axial end face of the at least one interacting shaft end (2c), in particular all interacting shaft ends (2c) a. is designed as a flat surface overall in a single plane, the plane not being oriented perpendicularly to the axis of rotation (2d) of the shaft (2a, 2b), preferably at an angle of 10 to 80 degrees, particularly preferably at an angle of 45 degrees, to the axis of rotation (2d) is oriented, or b. is designed as a stepped surface with at least two steps of different heights in the axial direction, preferably with each step extending around the axis of rotation (2d) over an angular range of 360 degrees/n with n=number of steps, or c. is curved continuously or in steps in a first direction perpendicular to the axis of rotation (2d) and has no curvature in a second direction perpendicular to the first direction, or d. has at least two, preferably exactly two, planar partial surfaces with different angles not equal to 90 degrees to the axis of rotation (2d). Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one shaft (2a, 2b) has at least one channel (2e) which extends through the entire shaft (2a, 2b), preferably in the axial direction, with the measuring chamber areas on both sides of the Shaft ends are fluidly connected. Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the directional vectors of the directions of the radial spacing of the at least two magnetic field sensors (6) from the axis of rotation (2d) of the shaft (2a, 2b) of the shaft region (2c , 2d, 2c2) are arranged at an angle a, in particular a=90 degrees, to one another. Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that each magnetic field sensor (6) is assigned its own permanent magnet (7). Flow measuring device according to Claim 7, characterized in that the different permanent magnets (7) which are adjacent to one another in the direction of rotation about the same axis of rotation (2d) are polarized in alternation, in particular are polarized axially or radially relative to the axis of rotation (2d). Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the magnetic field sensors (6), in particular all magnetic field sensors (6) and the respective associated permanent magnet (7) are arranged on opposite sides of a circuit board (8) carrying the magnetic field sensor or sensors (6). is/are preferably arranged on opposite sides of a circuit board (8) carrying the magnetic field sensor (6) and the at least one associated permanent magnet (7). Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one interacting shaft area (2c, 2d, 2c2) and at least one magnetic field sensor (6), preferably the at least two magnetic field sensors (6) on both sides of a non-magnetic and non-magnetizable closure element (3c) are arranged, with which the measuring chamber (3) is closed. Flow measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring mechanism has two mutually engaging displacement elements (1a, 1b) which can each be rotated about their own axis of rotation (2d), each displacement element ( 1 a, 1 b) a shaft (2a, 2b) driven by the displacement element (1 a, 1 b) is arranged, in particular the shaft (2a, 2b) 41 carries the displacement element (1a, 1b) directly, and at least one of the shafts (2a, 2b) has a magnetically interacting shaft end (2c). Method for measuring the volume flow of a fluid (4) with a fluid measuring device comprising a housing (5a, 5b, 5c) with a measuring chamber (3) which has a fluid inlet (3a) and a fluid outlet (3b), wherein in the measuring chamber (3 ) a measuring mechanism is arranged, with which at least one mechanical sensor component (2a, 2b, 2c) rotatably mounted in the measuring chamber (3) is set in rotation as a function of a fluid (4) flowing between the fluid inlet (3a) and the fluid outlet (3b), which interacts magnetically with at least one electrical sensor component (6) outside the measuring chamber (3), characterized in that the rotation of at least one shaft (2a, 2b) used as a mechanical sensor component increases the distance between each of at least two magnetic field sensors each used as an electrical sensor component (6), each of the magnetic field associated with at least one of the magnetic field sensors (6) and the respective magnetic field sensor (6) in the distance direction-covering permanent magnets (7) and a shaft area comprising magnetizable material is changed, and with each magnetic field sensor (6) a field strength that changes locally with the rotational position of the at least one shaft (2a, 2b) with the change in distance, in particular direction-specific field strength components , the magnetic field acting at the location of the respective magnetic field sensor (6) is detected by measurement as a function of the rotational position.
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