DE2313131A1 - Einrichtung zur durchflussmessung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Durchflußmessung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere von Anästhesiegasen kleiner Geschwindigkeit in Rohren und Leitungen, bei der die Drehung eines vom Strömungsmedium angetriebenen Rotationselementes angezeigt und oder ansgewertet wird.
• Bei den bekannten Einricht ngen zur Durchflußmessung der genannten Art setzen die Rotationselemente dem Strömmungsmedium einen erheblichen und in vielen Fällen sehr störenden Widerstand engegen, da sie zur Erfassung der Drehzahl und damit der Gasgeschwindigkeit direkt mit einem Newwerk verbunden sind, So ist es beispielsweise möglich. die Drehzahl der Rotationselemente mit einem mechanischen Drehzahlnesser zt erfassen oder das Ausgangssignal einer angeschlossenen Wirbelstrombremse auszuwerten.
• Die mechanische Verbindung zwischen Rotationselement und Meßwerk sowie der zwangsläufig vorgegebene hohe Strömungswiderstand stellen erhebliche Nachteile der bekannten Einrichtungen dar. Einerseits ist eine hohe Meßgenauigkeit nur schwer zu erreichen und andererseits eignet sich die Einrichtung keineswegs für die Durchflußmessung bei kleiner Strömungsgeschwindigkeit und Dicht des Strömungsmediums.
• Auch sind die bekannten Einrichtungen infolge der direkten Verbindting zwischen Rotationselement und Meßwerk relativ groß und eignen sich nicht für den Einsatz bei kleinen Durchflußöffnungen. Da zum Antrieb der Meßwerke erhebliche Kräfte bzw. Drehmomente erfordr Lich sind, müssen die Angriffsflächen des Rotationselemenls groß ausgebildet sein, was sich auf die Einbaumaße sowie den unvermeidbaren Strömungs widerstand äußerst ungünstig auswirkt. Ferner rgibt sich bei derartigen. Einrichtungen ein relativ großes Trägheitsmoment so daß insbesondere kleine und schnelle I>urchflußänderungen bei pulsierenden Strömungsmedien nicht erfaßt werden können.
• Insbesondere bei Anästhesie- und Beatmungsgeräten ist eine genaue Erfassung des Strömungsdurchastzes allch bei kleinen Gasgeschwindigkeiten und -dichten sowie bei stark pulsierenden Gasströmen erforderlicll.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zllr Durchflußmessung der genannten Art, die auch bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten und Dichten sowie bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen eine exakte Messung ermöglicht. Dabei sollen der dem Strömungsmedium entgegengesetzte Widerstand und des Trägkeitsinoinent der vom Strömungsmedium angetriebenen Elemente gering sein. Ferner ist es erforderlich, da die in den Strömungskanal eingesetzten Teile der Meßeinrichtung klein, kompakt und unkompliziert ausgebildet sind.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen und Flilssigkeiten, insbesondere von Anästhesiegasen kleiner Geschwindigkeit in Rohren und Leitungen, bei dem die Drehung eines vom Strömungsmedium angetriebenen Rotationselementes angezeigt und/oder ausgewertet wird, dadurch erzielt, daß ein leicht gängiges und völlig frei drehendes Rotationselement geringen Trägheitsmomentes an seinem IJmfang eine oder mehrere Markierungen trägt daß die Markierungen bei jedem Passieren eines berührungslos arbeitenden Drehzahlmessers ein Signal hervorrufen, und daß die Signale zur Anzeige gebracht und/oder weiterverarbeitet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung können die Markierungen optisch magnetisch oder mit einer strahlenden Kernsubstanz aitsgebildet sein, wobei der Drehzahlmesser den Vorbeigang der Markierungen fotoelektrisch, elektromagnetisch oder mit Hilfe eines Zählrohres abtastet.
• Vorzugsweise stellt das Rotationselement ein Flügelrad dar, bei dem ein oder mehrere Flügel mit Markierungen versehen sind.
• Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das angetriebene Rotationselement der neuen Einrichtung zur Durchflußmessung völlig frei drehbar angeordnet ist und nicht mit einem Meßwerk in Verbindung steht. Daher kann das Rotstionselement sehr leicht und klein ausgebildet sein, wodurch der dem Strömungsmedium entgegengesetzte Widerstand praktisch vernachlässigt werden kann. Das Rotationselement weist nur ein äußerst geringes Trägkeitsmornent auf, so daß es auch bei sehr niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten und Dichten, sowie bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen eines beispielsweise pulsierenden Gasstromes sofort reagiert. Wegen des geringen Trägheitsmoment es werden ferner ein Nachlaufen des Rotationselementes und damit eine Fehlanzeige bei plötzlich unter.
• brochenem Gasstrom vermieden. Da außer dem Rotationselement und seiner Lagerung keinerlei andere Teile der Einrichtung zur Durchflußmessung im Durchflußkanal angeordnet sein miesen, kann die Einrichtung auch an sehr engen tind schwer zugEnglichen Stellen einer Gesamtapparatvir vorgesehen sein. Es ist lediglich notwendig, daß ein den Verbeigang des Markierungen erfassender Drehzahlmesser beispielsweise in optischer oder magnetischer reichweite der Markierungen außerhalb der Durchflußleitung angeordnet ist. Die nezw Einricht ng dur Durchflußmessung eignet sich in hervorragender Weise für sehr empfindliche und genane Messungen. Darüber hinaus ist die äußerst einfahc und preiswert aufgebaut, und eine Wartung ist praktisch überflüssig, da an mechanischen Teilen lediglich ein unbelastetes Rotationselement in Drehung versetzt wird.
• Insbesondere bei Beatmungs- und Anästhesiegeräten können die vom Drehzahlmesser erhaltenen Signale durckt oder indirekt zur Anzeige gebracht oder weiterverarbeitet werden. Auch ist es möglich, das erhaltene Sirnal von Hand oder automatisch zu korrigieren und beispielsweise den gleichzeitig gemessend Gasdruck als Maß für die Gasdichte und somit als Korrekturglied bei der Errechnung der Durchflußmenge aus der Drehzahl des Rotationselementes zu berücksichtigen. Die korrigierten oder unkorrigierten Signale können ferner in geeignete analoge oder digitale Signale weiterverarbeitet werden, die zur Steuerting anderer Einrichtungen und beispielsweise zur Regelung einer den Gasstrom erze:igenden Pumpe benutzt werden.
• Die Erfindivng wird nachstehend an Hand eines in einer Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• In einer Einrichtung 10 zur Durchflußmessung ist ein Rotationselement in Form eines Flügelrades 12 angeordnet, dessen Drehachse 14 in Ilichtung des Gasstromes ausgerichtet ist.
• Die Drehachse 14 ist beidseitig auf Lagerungen 16 abgestützt, die ihrerseits in geeigneter Weise mit dem umgebenden Leitungsteil 18 verbunden sind. Dieses Leitungsteil 18 weist Flansche 20 auf, die ihrerseits mit entsprechenden Flanschen der Anschlußleitungen 22 beidseitig verbunden werden. Im vorliegenden Ausführttnr,sbeispiel kann somit die Einrichtung 10 jeweils zwischen zwei Anschlußleitungen 22 eingesetzt sein.
• Das Flügelrad 12 weist an seinem imfang eine optische Markierung auf, die von einer in @nem Drehzahlmesser 24 angeordneten Lichtquelle über ein Fenster 26 im Leitungsteil 18 angestrahlt wird. Der von der Markierung reflektierte Teil des Lichtes gelangt in den Drehzablmesser 24 zurück und wird dort von einem Fotoelement empfangen. Dadurch entstehen bei Rotation des Flügelrades 12 im Drehzahlmesser 24 Impulsserien, deren lolgefrequenz von der Drehzahl abhängt.
• Statt einer fotoelektrischen bzw. optoelektrischen Abtastung der Markierung leder der arkierungen können selbstverständlich anch andere Mittel wie magnetische Markierungen oder solche mit strahlender Kernsubstanz vorgesehen sein, die von entsprech@@ anders a sgebildeten Drehzahlmessern erfaßt werden. Es ist lediglich wesentlich, daß die Bestimmung der Drehzahl des Rotationselementes 12 berührungslos und von eiper Stella aus erfolgt, die auferhalb des Durchflußkanals des Strömungsmedi ms 1 st.
• Bei geeigneter Ausbild mg des @ügel@ des 12 wird dieses bei Umkehr der Strömungsrichtung ebenfalls in seiner Rotationsrichtung umgekehrt. Die Erfassung dieser Richt ngsumkehr kann in vielen Fällen von großer Bede tang sein, wobei eine Messung beispielsweise leicht dad rch möglich ist, daß in Umfangs richtung der Rotationselemente zwei hinterei ander liegende Empfangselemente in Drehzahlmesser 24 für die Signale der Markierungen vorgesehen sind, so daß bei einem VOrbeigang jeder Markierung kurz naheinander zwei Signale entsehen, wobei die auf die beiden Empfangselemente verteilten Signale ein Maß für die Drehrichtung darstellal. Eine derartige I)rehrichtungsabhängigkeit ist beispielsweise dann notwendig, wenn die in einer Richtung der Anschlußleitungen 22 transportiste Gasmenge bestimmt werden soll. In diesem Fall werden die aus dem Drehzahlmesser 24 erhaltenen richtungsabhängigen Signale beispielsweise bei einer Integration und somit Bestimmung eines Zeitvolumens entsprechend ihrem Verzeichen berücksichtigt.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Signale des Drehzahlmessers 24 einem Steuergerät 28 zugeführt. in dem sie in geeigneter Analog- oder Digitalwerte für die Anzeige oder Weiterverarbeitung umgewandelt werden. Dabei kann am Steuergerät 28 eine weitere I'arameterI>erücksichtung vorgenommen werden, indem beispielsweise der Gasdruck oder die Gasdichte sowie eine bestimmte Meß- und Integrationszeit eingestellt wird. Dabei kann die Jnstellung von Hand oder auch automatisch erfolgen, wie es im Ausführungsbeispiel bezüglich der Erfassung des Gasdrucks init einem Druckfühler 30 der Fall ist. Im letztgenannten Iall dient der Gasdruck als Korrekturgröße für die Durchflußmengenbestimmung.
• Während die korrigierten oder ivukorrigierten Signale des Steuergerätes 2P einerseits auf einem Anzeigegerät 32 dargestellt werden können, ist es ferner möglich, diese einem Regelkreis 34 zuzuführen, der seiner its die Geschwindigkeit des Strömungsmediums beeinflußt. Auch können hierdurch weitere Steuerfunktionen übernommen werden, die in einer bestimmten Abhängigkeit zur Durchflußgeschwiindigkeit oder -menge stehen müssen.
• Die n e Finrichtung zur Durchflußmessung ist äußerst einfach sowie unkompliziert avifgebaut, da sich im Strömungskanal lediglich ein frei drehendes Flügelrad befindet. Da dieses keinerlei Meßwerk andeiben iiß, kann es entsprechend leicht und Keinflächig ausgebildet sein, so daß dem Strömungsmedium praktisch kein spürbarer Widerstand entgegengesetzt wird.
• Die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit wird berührungslos und von außen vorgenommen, so daß das eigentliche Meßwerk in Form eines Drehzahlmessers keinen negativen Einfluß auf die Meßgenauigkeit, -empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit ausübt. Bei Eingabe bestimmter Korrekturgrößen kann neben der Strömungsgeschwindigkeit sowie eines Gasvolumens auch eine exakte Erfassung einer Gasmenge in einer bestimmten Zeit st dann erfolgen, wenn es sich um stark pulsierende oder sogar die Strömungsrichtung umkehrende Strömungsmedien handelt. Die berührunglos erhaltenen Meßsignale können in einfacher Eise lektrisch weiterverarbeitet und zur Anzeige, I.ei0eriing oder Begelung verwendet werden.
• A n s p r ü c h e :

Claims (1)

1. A u s p r ü c h e Einrichtung zur Durchflußmessung von strömenden Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere von Anästhesiegasen kleiner Geschwindigkeit in Rohren vind Leitungen, bei dem die Drehung eines vom Strömungsmedium angetriebenen Rotationselemontes angezeigt und oder ausgewertet wird, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t , daß ein leichtgängiges und völlig frei drehoudes Retationsiement (12) geringen Trägheitswiderstandes an seinem Umfang eine oder mehrere Markierungen trägt, da£' die Markierungeb bei jedem Passieren eines berührungslos arbeitenden Drehzahlmessers (24) ein Signal hervorrufen, und daß die Signale zur Anzeige gebracht und/oder weiterverarbeitet werden.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Markierungen optisch ausgebildet sind und daß der Drehzahlmesser den Vorbeigang der Markierungen photoelektrisch abtastet.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Markierungen magnetisch ausgebildet sind und daß der Drehzahlmesser den Vorbeigang der Markierungen elektromagnetisch abtastet.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t 2 daß die Markierungen eine strahlende Kern substanz enthalten und daß der Drehzahl.

   messer den Vorbei gang der Markierungen mit Hilfe eines Zähirohres abtastet.

   3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rotationselement ein Flügelrad (12) darstellt, bei dem ein oder mehrere Flügel mit arkierungen versehen sind.

   6. Einrichtung ach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vom Drehzahlmesser (24) erzeugten Signale oder Impulse einem Steuergerät (28) zugeführt und dort in geeignete Analog- oder Disitalwerte amgewandelt werden.

   7. Einricht @@ nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß am Steuergerät (28) zusätzliche Parameter wie Gasdruck oder -dichte, Meß-und Integrationszeiten und del. von Hand oder automatisch eingegeben werden.

   8. Einricht @@ nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , da@2 der Gasdr@ck mit einem Meßfübler (30) erfaßt wird und dem Ste@ergerät (28) als Korrektergröße für die Durchilußmengenbestimmung eingegeben wird.

   9. Eirrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspurüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das an dem St@@ergerät (28) erbaltene Signal einem Regelkreis (34) zugeführt wird, der seinerseits die Geschwindigkeit des Strömungsmediums beeinflußt und/oder andere Steuerfunktionen übernimmt.

   10. Einrichtung nach einem oder uehreren der vorhergehenden Ausprüche, d a d @ r c 1z Ffr e k e n n z e i c h n e t daß das Flügelrad (12) in beiden Richtungen antreibbar ist und daß der Drehzahlmesser (24) richtangsabhängige Signale erzeugt, die umgeformt und bei der Geschwindigkeitsanzeige und der Durchfl@ßmengenbestimmung bzw. bei der Reglung oder Steuerung vorzeichenrichtig berücksichtigt werden.

   11. Einrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t , daß der Drchzahlmesser (24) in wfangsrichtung des Rotationselements (12) zwei hintereinanderliegende Empfangselemente für die Signale der @arkierungen aufweist.