DE2904144A1

DE2904144A1 - Durchflussmesser fuer stroemungsfaehige medien

Info

Publication number: DE2904144A1
Application number: DE19792904144
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Handtmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-02-03
Filing date: 1979-02-03
Publication date: 1980-08-14

Description

Durchflußmesser für strömungsfähige Medien
Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für strömungsfähige (flüssige oder gasförmige) Medien, mit einem Behälter mit zylindrischer Bohrung und einem in der Bohrung axial verschiebbaren, gegen den Druck des Mediums durch eine Feder abgestützten Kolben.
Eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung eines Durchflußmessers dieser Art ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung ein mit einer Auslaßöffnung für das abströmende Medium versehener Steuerschlitz vorgesehen ist, dessen wirksamer Durchlaßquerschnitt durch eine am Kolben angeordnete Steuerkante veränderbar ist. Zweckmäßig kann mit dem Kolben ein berührungslos arbeitender, induktiver Stellungsgeber gekuppelt sein Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Der in Figur 1 in seinem axialen Längsschnitt dargestellte Durchflußmesser 1 ist für Flüssigkeiten oder Gase bestimmt und eignet sich besonders für kleine Flüssigkeitsmengen und für die Messung sich schnell ändernder Durchflüsse. Er hat einen Einlaßstutzen 2 und einen Auslaßstutzen 3, die durch eine rohrförmige, zu diesen gleichachsige Behälterwand verbunden sind. In der Bohrung 6 der Behälterwand 5 ist ein Kolben 7 längsverschiebbar geführt, der an seiner Mantelfläche eine zylindrische Ringnut 8 aufweist, die in ihrer axialen Ausdehnung gegen den vom Einlaßstutzen 2 abgekehrten Endabschnitt 9 hin durch eine Ringschulter 10 begrenzt ist.
Der Kolben 7 enthält eine zentrale Sacklochbohrung 11, in welcher eine als Schraubenwickelfeder ausgebildete Druckfeder 12 aufgenommen ist. Im Bereich des oberen Endabschnittes 9 des Kolbens 7 befindet sich in der Behälterwand 5 ein Steuerschlitz 14, hinter welchem ein Umgehungskanal 15 über eine Querbohrung 16 zum Auslaßstutzen 3 führt.
Das in den Elnlastutzen 2 einströmende, durch den Pfeil 17 angedeutete Medium gelangt über Bohrungen 18 in die Ringnut 8 und drückt den Kolben 7 entgegen der Kraft der Feder 12 soweit in Strömungsrichtung gegen den Auslaßstutzen 3, daß die als Steuerkante dienende Schult erfläche 10 den notwendigen Durchgangsquerschnitt am Steuerschlitz 14 freigibt. Durch Absteuerung der Durchflußmenge am Steuerschlitz 14 entsteht eine Druckdifferenz über dem Steuerkolben, welche durch die Federkraft der Feder 12 ausgewogen wird. Die Stellung des Kolbens ist daher ein Maß für die den Durchflußmesser durchströmende Flüssigkeits- oder Gasmenge.
Die jeweilige Stellung des Kolbens 7 wird durch einen berührungslos arbeitenden, induktiven Weggeber 20 in ein elektrisch auswertbares Signal übertragen. Der Weggeber 20 enthält eine zur Behälterwand 5 konzentrische Spule 21, in deren Bohrung 22 ein Anker 23 aus magnetisch leitendem Werkstoff, der am Kolben 7 sitzt, abhängig vom Verstellweg und damit von der durchströmenden Flüssigkeitsmenge mehr oder weniger tief eingreift, so daß die wirksame Induktivität der Spule 21 am größten wird, wenn der Anker 23 vollständig in die Spule 21 bei der auftretenden maximalen Durchflußmenge eintaucht.
In den Figuren 2 und 3 sind verschiedene Kennlinien für den Durchflußmesser nach Figur 1 dargestellt. Mit s ist der Weg des Kolbens 7 bezeichnet. Die Kennlinie 25 gilt für eine Druckfeder 12 mit weicher Kennung. Beim Einsatz einer härteren Feder entsteht die Kennlinie 26 nach Figur 2.
Der Flüssigkeitsdurchflußmesser nach Figur 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle des dort vorgesehenen Weggebers 20 ein Differenzdrucksensor 30 vorgesehen ist, der mit einer ersten Druckleitung 31 an dem Einlaßstutzen 2 und mit einer zweiten Druckleitung 32 an dem Auslaßstutzen 3 angeschlossen ist. Mit der ersten Leitung 31 ist der Innenraum einer Druckdose 33 verbunden, die zwei miteinander an ihrem Umfang druckdicht verschlossene Membranen 34 und 35 hat. Die obere Membran 34 ist mit einem Gehäuse 36 in ihrem Zentrum verbunden. An der anderen Membran 35 ist in deren Zentrum mit einer zwischenliegenden Scheibe 37 ein Balken 38 verbunden, welcher an zwei stabförmigen Stegen 39 eine Traverse 40 trägt.
An den Ausgangsstutzen 3 ist über die zweite Leitung 32 eine Druckdose 41 angeschlossen, deren obere Membran 42 in ihrem Zentrum ebenso wie die untere Druckdose 33 mit dem Gehäuse 36 fest verbunden ist. Die andere freibewegliche Membran 43 der oberen Druckdose 41 baucht sich umso stärker gegen die Traverse 40 aus, je höher der Druck p2 im Auslaßstutzen ist. Die freie Membran 35 baucht sich ebenfalls nach unten umso stärker aus, je höher der Druck pl im Einlaßstutzen 2 ist. Bei dieser Ausbauchung bewegt sich der Balken 38 zusammen mit der Traverse 40 nach unten. Der jeweilige Abstand zwischen der Membran 43 und der Traverse 40 ist demgemäß von der Größe der Druckdifferenz J p = pl - p2 abhängig.
Zur Messung dieses Abstandes ist eine aus der DE-OS 24 31 630 bekannte optoelektronische Einrichtung vorgesehen, welche eine mit ihren nicht dargestellten Lichtstrahlen gegen die untere Membran 43 gerichtete Lichtquelle 45, beispielsweise eine Leuchtdiode und ferner ein lichtempfindliches Empfängerelement 46 sowie ein licht empfindliches Regelelement 47 und außerdem eine Verstärkerschaltung 48 enthält, die mit diesen Bauelementen über Leitungen 49 verbunden ist. Das lichtempfindliche Regelelement 47 dient in bekannter Weise dazu, die Intensität der Lichtquelle 45 derart nachzuregeln, daß an dem lichtempfindlichen Empfängerelement 47 ein konstanter Fotostrom fließt, obwonl sich die Remission an der Membran 43 umso stärker vermindert, je größer der Abstand dieser Membran gegenüber der Lichtquelle bei größer werdendem Druckunterschied wird.
In Figur 3 sind verschiedene Kennlinien für den Differenzdruckgeber nach Figur 4 wiedergegeben. Der Verlauf dieser Kennlinien kann durch einfache mechanische und/oder elektrische Stelleinrichtungen so beeinflußt werden, daß nach der Linie 51 sich eine annähernd lineare Kennlinie oder nach der Linie 52 eine Kennlinie mit logarithmischer Abhängigkeit ergibt.
Eine logarithmische Kennlinie der bei 52 angedeuteten Art bringt den Vorteil mit sich, daß mit ihr Mittelwertsfehler bei Pulsationen der Durchflußmenge wesentlich reduziert werden. Neben dem großen Durchflußmeßbereich, der sich beispielsweise über 1:100 erstrecken kann und die Unempfindlichkeit gegen Beschleunigungen, welche einen unmittelbaren Anbau des Durchflußmengenmessers an einer Brennkraftmaschine möglich macht, ergibt sich der besondere Vorteil bei den beschriebenen Durchfluß messern, daß sie eine hohe Langzeitkonstanz aufweisen und ein störunempfindliches, elektrisches Analogcignal liefern.
Da keine Nittelwertsfehler auftreten können, sind Pulsationen im Durchfluß oder durch beim Anbau an eine Brennkraftmaschine entstehende Rüttelbewegunger erwünscht, da mit ihnen die durch Reibung des Kolbens in der Bohrung entstehende Hysterese erheblich herabgesetzt wird. Zur Verringerung der Hysterese kann vorteilhaft auf dr Lauffläche des Kolbens eine Teflonbeschichtung in Stärke von wenigen /um angebracht werden.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien3 mit einem Behälter mit zylindrischer Bohrung und einem in der Bohrung axial verschiebbaren, gegen den Druck des Mediums durch eine Feder abgestützten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Auslaßöffnung für das abströmende Medium versehener Steuerschlitz (14) vorgesehen ist, dessen wirksamer Durchlaßquerschnitt durch eine am Kolben (7) angeordnete Steuerkante (10) veränderbar ist.
2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kolben (7) ein induktiver elektrischer Stellungsgeber (20) gekuppelt ist.
3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsgeber (20) aus einer feststehenden Spule (21) und einem zur Spule gleichachsig angeordneten, vorzugsweise in die Spule eintauchenden Kern (23) aus magnetisch wirksamen Werkstoff besteht, der mit dem Kolben (7) verbunden ist.
4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Steuerschlitz (14) je eine von zwei Druckleitungen (31, 32) an den Behälter (5) angeschlossen ist, die zu einem elektrischen Differenzdrucksensor (30) führen.
5. Durchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder der beiden Druckleitungen (31, 32) eine geschlossene Membrandose (33, 41) verbunden ist.
6. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der beiden Membranen (3, 35 bzw.

42, 43) der Membrandosen (33, 41) mit einem gemeinsamen Träger (36) verbunden ist, und daß von den freibeweglichen Membranen (35, 43) wenigstens eine (35) mit einem elektrischen Bauelement (46, 47) besetzt ist, dessen elektrischer Wert sich in Abhängigkeit von der gegenseitigen Auslenkung der freibeweglichen Membranen ändert.
7. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauelement ein optoelektrischer Sensor (45, 46, 47) vorgesehen ist.