DD290478A5 - DEVICE FOR MEASURING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Durchfluszmengen von Gasen oder Fluessigkeiten, welche hauptsaechlich auf den Gebieten der Hydraulik und Pneumatik angewendet wird. Durch einen einfachen konstruktiven Aufbau kann eine durch die Reaktionskraft der Stroemung hervorgerufene Durchbiegung der Membran mesztechnisch erfaszt werden. Erfindungsgemaesz enthaelt ein Gehaeuseunterteil einen Einstroemstutzen mit einer in seinem oberen Teil angeordneten Duese und eine Membran ist durch eine Schikane zwischen einem Gehaeuseoberteil und dem Gehaeuseunterteil gespannt, welches mit einer Bohrung versehen ist, die in einem Abstroemstutzen endet, und ueber eine Ringnut, welche Bohrungen aufweist, mit dem Innenraum des Gehaeuseoberteils verbunden ist und dasz im Gehaeuseoberteil ein Aufnehmer eines faseroptischen Abstandsmeszsystems angeordnet ist.{Durchfluszmessung; Vorrichtung; Gase; Fluessigkeiten; Membran; Duese; Schikane; Aufnehmer eines faseroptischen Abstandsmeszsystems; Einstroemstutzen; Abstroemstutzen}The invention relates to a device for measuring the flow rates of gases or liquids, which is mainly applied in the fields of hydraulics and pneumatics. Due to a simple structural design, a deflection of the membrane caused by the reaction force of the flow can be detected mesztechnisch. According to the present invention, a housing base includes a single nozzle with a duese located in its upper part, and a diaphragm is tensioned by a baffle between a housing upper and the housing base provided with a bore terminating in a breather and an annular groove having bores , is connected to the interior of the housing upper part and dasz in the housing upper part, a sensor of a fiber optic Abstandmeszsystems is arranged {Durchfluszmessung; Device; gases; Liquids; Membrane; Jet; Chicane; Transducer of a fiber optic distance measuring system; Einstroemstutzen; outlet neck}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten mit einer elastischenThe invention relates to a device for measuring the flow rates of gases or liquids with an elastic

Membran.Membrane.

Die Anwendung erfolgt hauptsächlich als Meßeinrichtung mit elektrischem, analogem Ausgang für kleinere Volumenströme aufThe application is mainly as a measuring device with electrical, analog output for smaller volume flows

den Gebieten der Hydraulik und Pneumatik.the fields of hydraulics and pneumatics.

In der Medizintechnik kann sie auf dem Gebiet Narkose- und Beatmungstechnik eingesetzt werden.In medical technology, it can be used in the field of anesthesia and respiratory technology. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Einrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten sind nach verschiedenen Prinzipien bekannt. SoMeans for measuring the flow rates of gases or liquids are known according to various principles. So

werden beispielsweise in Rohrleitungen Blenden eingebaut. Vor und hinter der Blende wird jeweils üer Druck gemessen. InFor example, panels are installed in piping. In front of and behind the aperture the pressure is measured. In

Verbindung mit der resultierenden Druckdifferenz kann die durchfließende Menge ermittelt werden. Auch die Verwendung vonConnection with the resulting pressure difference, the amount flowing through can be determined. Also the use of Venturirohren zur gezielten Einschnürung eines Flüssigkeits- oder Gasstromes ist zu diesem Zweck bekannt.Venturi tubes for targeted constriction of a liquid or gas flow is known for this purpose. Die genannten Einrichtungen sind aber aufwendig und lassen eine Messung nur in relativ kleinenThe said facilities are complex and leave a measurement only in relatively small Mengenschwankungsbereichen zu.Quantity fluctuation ranges too. Es ist weiterhin bekannt, die Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten in Kanälen mit Hilfe von Schwebekörpern zuIt is also known to increase the flow rates of gases or liquids in channels by means of floating bodies

messen, die frei schwebend gegenüber einer Skala mit entsprechender Kalibrierung dann die Menge anzeigen. Das dynamischemeasure floating freely against a scale with appropriate calibration then display the quantity. The dynamic

Verhalten dieser Meßeinrichtung ist bedingt durch die Trägheit d6s Schwebekörpers schlecht und ein elektrischesBehavior of this measuring device is due to the inertia d6s float and a bad electrical Ausgangssignal ist nur mit hohem Aufwand zu gewinnen.Output signal can only be won with great effort. Es sind weiterhin Meßeinrichtungen bekannt, die turbinenartige, sich drehende Teile aufweisen. Derartige Geräte sindThere are also known measuring devices which have turbine-like, rotating parts. Such devices are

aufwendig, teuer und weisen ebenfalls ein schlechtes dynamisches Verhalten auf (Bohfig, K. W., Technische Durchflußmessung unter besonderer Berücksichtigung neuartiger Verfahren, Vulkan-Verlag, Essen 1986).consuming, expensive and also have a poor dynamic behavior (Bohfig, K.W., Technical flow measurement with special consideration novel methods, Vulkan-Verlag, Essen 1986).

Ein physikalisches Prinzip wird in der DE-OS 3426361 genutzt. Die Erfindung beinhaltet einen Durchflußmesser mit einerA physical principle is used in DE-OS 3426361. The invention includes a flow meter with a

senkrecht zur Strömungsrichtung angeordneten Meßblende, welche als elastische Membran mit einer beweglichen Öffnung ausgebildet und mit einem die Bewegung der elastischen Membran dedektierenden Meßfühler versehen ist. Die Meßblende ist dabei mit einem Drosselelement versehen, wodurch der funktionell Zusammenhang zwischen der Bewegung der Öffnung der elastischen Membran und dem Medienstrom linearisiert wird.arranged perpendicular to the flow direction measuring orifice, which is designed as an elastic membrane with a movable opening and is provided with a the movement of the elastic membrane dedektierenden sensor. The orifice plate is provided with a throttle element, whereby the functionally relationship between the movement of the opening of the elastic membrane and the media flow is linearized.

Nachteilig an dieser Lösung ist der komplizierte Aufbau und ein aufwendiges Meßsystem zur Bewegungsanalyse der Membran.A disadvantage of this solution is the complicated structure and a complex measuring system for motion analysis of the membrane. Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Verrichtung zum N essen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten zu schaffen, die einen einfachen konstruktiven Aufbau und eine hohe Auflösung gewährleistet.It is the object of the invention, a performing for N eat the flow of gases or liquids to create, which ensures a simple design and a high resolution.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten zu entwickeln, diu die durch die Reaktionskraft der Strömung hervorgerufene Durchbiegung der Membran meßtechnisch erfaßt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Gehäuseunterteil einen Einströmstutzen mit einer in seinem oberen Teil angeordneten Düse enthält. Des weiteren ist eine Membran durch eine Schikane zwischen einem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil gespannt, welches mit einer Bohrung versehen ist, die in einem Abströmstutzen endet. Das Gthäuseunterteil ist über eine Ringnut, welche Bohrungen aufweist, mit dem Innenraum des Gehäuseoberteils verbunden, !m Gehäuoeoberteil ist ein Aufnehmer einer faseroptischen Abstandsmessung angeordnetThe object of the invention is to develop a device for measuring the flow rates of gases or liquids, diu detects the measurement caused by the reaction force of the flow deflection of the membrane by measurement. According to the invention the object is achieved in that a lower housing part includes a Einströmstutzen with a nozzle disposed in its upper part. Furthermore, a membrane is stretched by a chicane between an upper housing part and the lower housing part, which is provided with a bore which ends in a discharge nozzle. The Gthäuseunterteil is connected via an annular groove, which has holes connected to the interior of the housing top, in the housing upper part is arranged a receptacle of a fiber optic distance measurement

Es ist zweckmäßig, daß das Membranmaterial aus einer dünnen Folie einer hochpolymeren Verbindung besteht. It is expedient that the membrane material consists of a thin film of a high polymer compound.

Das zu messende Medium trifft als Prallströmung auf eine senkrecht zur Strömungsachse angeordnete Membran. Die MembranThe medium to be measured hits as an impact flow on a membrane arranged perpendicular to the flow axis. The membrane

besteht aus elastischem Material und biegt sich infolge der durch die Strömung ausgeübten Kraft durch. Die Durchbiegung derIt is made of elastic material and bends due to the force exerted by the flow. The deflection of the

Membran wird meßtechnisch erfaßt und ist ein Maß für die Durchflußmenge des Mediums. Die Messung derMembrane is detected by measurement and is a measure of the flow rate of the medium. The measurement of Membrandurchfggung erfolgt als Messung des Abstandes des Membranzentrums und eines festen Gehäusepunktes mittelsMembrane penetration takes place as a measurement of the distance of the membrane center and a fixed housing point by means of

eines faseroptischen Systems.a fiber optic system.

Um eine Verfälschung des Meßergebnisses durch einen Absolutdruck auf der Abströmseite zu verhindern, wird die AbströmseiteIn order to prevent a falsification of the measurement result by an absolute pressure on the downstream side, the downstream side

über ein Kanalsystem mit der nicht von der Prallströmung beaufschlagten Membranseite verbunden. Damit ist einconnected via a channel system with the not impacted by the impingement membrane side. This is one

Druckausgleich hergestellt.Pressure equalization produced. Die Durchbiegung der Membran ist neben der Durchflußmenge und der Dichte des zu messenden Mediums abhängig von:The deflection of the membrane, in addition to the flow rate and the density of the medium to be measured depends on:

- Düsendurchmesser- nozzle diameter

- Abstand Düse-Membran- Distance nozzle membrane

- Membrandurchmesser- Diameter of the membrane

- Membrandicke- membrane thickness

- Elastizitätsmodul der Membran- Elastic modulus of the membrane

Durch die Variabilität von Membranmaterial, Düsendurchmesser und Abstand von der Membran ist eine Anpassung an die verschiedenen Meßaufgaben hinsichtlich des Meßbereiches und des Mediums gewährleistet.Due to the variability of membrane material, nozzle diameter and distance from the membrane, an adaptation to the different measuring tasks with regard to the measuring range and the medium is ensured.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Wie aus der dazugehörigen Zeichnung ersichtlich, ist die Einströmseite in die Vorrichtung als ein Einströmstutzen 1 ausgebildet, an dessen der Membran 2 zugewandten Seite eine Querschnittsänderung in Form einer Düse 3 angeordnet ist. Aus der Düse 3 tritt das zu messende Medium in Form eines Freistrahles aus und trifft auf die senkrecht zur Düsenachse angeordnete Membran 2. Eine Schikane 4 sorgt für ein Spannen der Membran 2 beim Zusammenbau der Gehäuseteile. Die Membran 2 besteht aus einem elastischen hochpolymeren Material und ist zwischen einem Gehäuseoberteil 5 und einem Gehäuseunterteil 6 fest eingespannt. Das zu messende Medium strömt nach der Umlenkung an der Membran 2 über einen Ausströmstutzen 7 aus der Vorrichtung. Die durch die Prallströmung auf die Membran 2 ausgeübte Kraft bewirkt ein Durchbiegen der Membran 2. Dadurch verkleinert sich der Abstand zwischen der Membran 2 und einem Aufnehmer der faseroptischen Abstandsmessung 8. Das faseroptische Meßsystem liefert ein analoges elektrisches Ausgangssignal, welches zur Ermittlung der Durchflußmenge benutzt wird. Um eine Verfälschung der Meßergebnisse durch den Absolutdruck auf der Abströmseite zu verhindern, wurde das Gehäuseunterteil 6 mit einer Bohrung 9 versehen, welche in dem Abströmstutzen 7 endet. In dem Gehäuseteil befindet sich auf demselben Radius wie die Bohrung 9 eine Ringnut 10. Durch mehrere Bohrungen 11 steht die Ringnut 10 mit dem Innenraum des Gehäuseoberteils 5 in Verbindung und es erfolgt somit ein Druckausgleich. Vorteilhaft bei dieser Erfindung ist, daß die geringe Membranmasse eine kleine Trägheit der Membran bei schnellen Durchsatzänderungen bedingt. In Kombination mit einem nahezu trägheitslosen faseroptischen Abstandsmeßsystem wird somit ein sehr gutes dynamisches Verhalten bei einfachem konstruktivem Aufbau erreicht.The solution according to the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. As can be seen from the accompanying drawing, the inflow side is formed in the device as an inflow 1, on whose side facing the membrane 2 a cross-sectional change in the form of a nozzle 3 is arranged. From the nozzle 3, the medium to be measured emerges in the form of a free jet and impinges on the membrane 2 arranged perpendicular to the nozzle axis. A chicane 4 ensures a tensioning of the membrane 2 during assembly of the housing parts. The membrane 2 consists of an elastic high polymer material and is firmly clamped between an upper housing part 5 and a lower housing part 6. The medium to be measured flows after the deflection of the membrane 2 via a discharge port 7 from the device. The force exerted on the membrane 2 by the impact flow causes the membrane 2 to deflect. This reduces the distance between the membrane 2 and a sensor of the fiber optic distance measurement 8. The fiber optic measurement system supplies an analog electrical output signal which is used to determine the flow rate , In order to prevent a falsification of the measurement results by the absolute pressure on the downstream side, the lower housing part 6 was provided with a bore 9, which ends in the outflow 7. In the housing part is located on the same radius as the bore 9 an annular groove 10. Through a plurality of holes 11, the annular groove 10 is in communication with the interior of the housing upper part 5 and thus there is a pressure compensation. An advantage of this invention is that the low membrane mass causes a small inertia of the membrane with rapid throughput changes. In combination with a nearly inertia-free fiber optic distance measuring system, a very good dynamic behavior is thus achieved with a simple structural design.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten mit einer elastischen Membran, gekennzeichnet dadurch, daß ein Gehäuseunterteil (6) einen Einströmstutzen (1) mit einer in seinem oberen Teil angeordneten Düse (3) enthält, daß die Membran (2) durch eine Schikane (4) zwischen einem Gehäuseoberteil (5) und dem Gehäuseunterteil (6) gespannt ist, welches mit einer Bohrung (9) versehen ist, die in einem Abströmstutzen (7) endet, und über eine Ringnut (10), welche Bohrungen (11) aufweist, mit dem Innenraum des Gehäuseoberteils (5) verbunden ist und daß im Gehäuseoberteil (5) ein Aufnehmer eines faseroptischen Abstandsmeßsystems (8) angeordnet ist.1. An apparatus for measuring the flow rates of gases or liquids with an elastic membrane, characterized in that a housing lower part (6) comprises an inflow (1) arranged in its upper part nozzle (3) that the membrane (2) a baffle (4) between an upper housing part (5) and the lower housing part (6) is tensioned, which is provided with a bore (9) which terminates in a discharge nozzle (7), and via an annular groove (10) which holes ( 11), is connected to the interior of the upper housing part (5) and that in the upper housing part (5) a sensor of a fiber-optic distance measuring system (8) is arranged. 2. Vorrichtung zum Messen der Durchflußmengen von Gasen oder Flüssigkeiten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Membranmaterial eine dünne Folie einer hochpolymeren Verbindung ist.2. A device for measuring the flow rates of gases or liquids according to claim 1, characterized in that the membrane material is a thin film of a high polymer compound.