DE29924146U1 - Device for measuring a fluid mass flow - Google Patents

Description

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BeschreibungDescription Vorrichtung zum Messen eines FluidmassendurchflussesDevice for measuring a fluid mass flow Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Bypaß für eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 11.The invention relates to a bypass for a device for measuring a fluid mass flow according to claim 1, as well as a device for measuring a fluid mass flow according to claim 11.

Derartige Vorrichtungen zum Messen eines Fluidmassendurchflusses haben einen breiten Anwendungsbereich. Sie eignen sich aufgrund ihrer hoch präzisen Messung des Fluidmassendurchflusses, insbesondere eines Gasmassendurchflusses, beispielsweise für den Einsatz in der Halbleiterherstellung, Glasherstellung, Umwelttechnik, Lebensmitteltechnik, Lasertechnik, aber auch für den Einsatz in der Automobilindustrie.Such devices for measuring a fluid mass flow have a wide range of applications. Due to their highly precise measurement of the fluid mass flow, in particular a gas mass flow, they are suitable for use in semiconductor production, glass production, environmental technology, food technology, laser technology, but also for use in the automotive industry.

Stand der TechnikState of the art

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift mit der Nummer DE 3723256 Al ist eine Vorrichtung zum Messen und Regeln eines Gasmassenflusses bekannt, die aufweist einen Gaseingangskanal, einen Gasausgangskanal, einen Sensorkanal mit einem Sensor zum Erfassen des Gasmassendurchflusses eines ersten Gasteilstroms, wobei der Sensorkanal zwischen dem Gaseingangskanal und dem Gasausgangskanal angeordnet ist, und einen Bypaßkanal mit einer Bypaßeinrichtung zum Einstellen der Größe eines zweiten Gasteilstroms, wobei der Bypaßkanal parallel zum Sensorkanal zwischen dem Gaseingangskanal und dem Gasausgangskanal angeordnet ist. DabeiFrom the German laid-open specification with the number DE 3723256 A1, a device for measuring and regulating a gas mass flow is known, which has a gas inlet channel, a gas outlet channel, a sensor channel with a sensor for detecting the gas mass flow of a first gas partial flow, wherein the sensor channel is arranged between the gas inlet channel and the gas outlet channel, and a bypass channel with a bypass device for adjusting the size of a second gas partial flow, wherein the bypass channel is arranged parallel to the sensor channel between the gas inlet channel and the gas outlet channel.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01

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weist die Bypaßeinrichtung eine zylinderförmige Bypaßsackbohrung mit Gleitsitz auf, in die ein Bypaßzylinder einführbar ist. Der Gleitsitz ist derart ausgebildet, daß der erste Teilstrom (Hauptstrom) des Gases laminar über die Mantelfläche des Bypaßzylinders fließt, wobei der zweite Teilstrom über eine Eingangsmündung des Sensorkanals abzweigt, durch den Sensorkanal läuft, und durch die Ausgangsmündung des Sensorkanals wieder zum Hauptstrom stößt. Zwischen den beiden Kannälen, dem Sensorkanal und dem Bypaßkanal, und dem Gasausgangskanal ist ein Kanal für ein Regelventil zum Begrenzen des Gasstroms durch die Vorrichtung zum Messen und Regeln eines Gasmassenflusses vorgesehen. the bypass device has a cylindrical bypass blind bore with a sliding seat into which a bypass cylinder can be inserted. The sliding seat is designed in such a way that the first partial flow (main flow) of the gas flows laminarly over the jacket surface of the bypass cylinder, with the second partial flow branching off via an inlet opening of the sensor channel, running through the sensor channel, and rejoining the main flow through the outlet opening of the sensor channel. Between the two channels, the sensor channel and the bypass channel, and the gas outlet channel, a channel is provided for a control valve for limiting the gas flow through the device for measuring and regulating a gas mass flow.

Als nachteilig bei der oben beschriebenen Vorrichtung stellt sich heraus, daß die Laminarität des Bypaßstroms bzw. Bypaßdurchflusses nur schwer zu erreichen ist, was jedoch für eine präzise Bestimmung des Gasmassendurchflusses notwendig ist. Des weiteren stellt sich als nachteilig heraus, daß zum Einstellen eines bestimmten Meßbereichs der Vorrichtung, d.h. bei der Eichung der Vorrichtung, der durch die Bypaßeinrichtung fließende Massendurchfluß jedesmal durch Auswechseln bzw. Einsetzen eines bestimmten Bypaßzylinders derart variiert werden muß, um eine be-5 stimmte für den Sensor optimale Durchflußmenge in den Sensorkanal zu leiten. Eine vorgeschlagene unrunde Ausbildung des Bypaßzylinders, um eine bestimmte Regelung des zweiten Teilstroms (Bypaßstrom) mit einem Bypaßzylinder zu erreichen, läßt neben seiner technisch komplizierten Realisierung nur einen sehr kleinen Regelungsbereich der Durchflußmenge zu, damit die Laminarität im Bypaßstrom erhalten bleibt. Somit bleibt bei der Eichung weiter ein Auswechseln der Bypaßzylinder notwendig, was zeitaufwendig ist und eine erhebliche Lagerhaltung von Bypaßzylindern erfordert.A disadvantage of the device described above is that the laminarity of the bypass flow or bypass throughflow is difficult to achieve, which is necessary for a precise determination of the gas mass flow. Another disadvantage is that in order to set a specific measuring range of the device, i.e. when calibrating the device, the mass flow flowing through the bypass device has to be varied each time by replacing or inserting a specific bypass cylinder in order to direct a specific flow rate that is optimal for the sensor into the sensor channel. A proposed non-circular design of the bypass cylinder in order to achieve a specific control of the second partial flow (bypass flow) with a bypass cylinder, in addition to its technically complicated implementation, only allows a very small control range of the flow rate so that the laminarity in the bypass flow is maintained. This means that the bypass cylinders still have to be replaced during calibration, which is time-consuming and requires a considerable amount of bypass cylinders to be kept in stock.

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... ■ Abzweigung aus£P-<^1077^6.[File.ANM\GA3302B1.doc W97] Description, 02.10.01
... ■ Branch from£P-<^1077^6.

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Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses zu schaffen, mit der eine zum Stand der Technik verbesserte Laminarität des Bypaßdurchflusses möglich ist.It is therefore the object of the present invention to provide a device for measuring a fluid mass flow, with which an improved laminarity of the bypass flow compared to the prior art is possible.

Diese Aufgabe wird durch einen Bypaß für eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bypasses bzw. der Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by a bypass for a device for measuring a fluid mass flow according to claim 1, as well as a device for measuring a fluid mass flow according to claim 11. Advantageous embodiments of the bypass or the device for measuring a fluid mass flow are the subject of the subclaims.

Eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses beinhaltet dabei einen Fluideingangskanal; einen Fluidausgangskanal; einen Sensorkanal mit einem Sensor zum Erfassen des Fluidmassendurchflusses eines ersten Fluidteilstroms, wobei der Sensorkanal zwischen dem Fluideingangskanal und dem Fluidausgangskanal angeordnet ist; und einen einem Bypaßkanal mit einem Bypaß zum Einstellen der Größe eines zweiten Fluidteilstroms, wobei der Bypaßkanal parallel zum Sensorkanal zwischen dem Fluideingangskanal und dem Fluidausgangskanal angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfaßt dabei der Bypaß einen Fluideingang; einen Fluidausgang; einen Fluideinstellraum, der zwischen dem Fluideingang und dem Fluidausgang ausgebildet ist; ein eine laminare Strömung bereitstellendes Einstellmedium, das in dem Fluideinstellraum angeordnet ist, daß das Einstellmedium eine Agglomeration einer Vielzahl einzelner Elemente ist, wobei das Fluid durch Zwischenräume von benachbarten Elementen strömt.A device for measuring a fluid mass flow includes a fluid inlet channel; a fluid outlet channel; a sensor channel with a sensor for detecting the fluid mass flow of a first fluid partial flow, the sensor channel being arranged between the fluid inlet channel and the fluid outlet channel; and a bypass channel with a bypass for adjusting the size of a second fluid partial flow, the bypass channel being arranged parallel to the sensor channel between the fluid inlet channel and the fluid outlet channel. According to the invention, the bypass includes a fluid inlet; a fluid outlet; a fluid adjustment space formed between the fluid inlet and the fluid outlet; an adjustment medium providing a laminar flow, which is arranged in the fluid adjustment space, the adjustment medium being an agglomeration of a plurality of individual elements, the fluid flowing through gaps between adjacent elements.

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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Bypasses ist der Stroinungswiderstand für das durch den Bypaß strömende Fluid durch Veränderung der geometrischen Form des Einstellmediums einstellbar.
5According to an advantageous embodiment of the bypass, the flow resistance for the fluid flowing through the bypass is adjustable by changing the geometric shape of the adjustment medium.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bypasses ist ferner eine Einstelleinrichtung zur Veränderung der geometrischen Form des Einstellmediums vorgesehen. Diese kann beispielsweise ein von der Außenseite des Bypasses in den Einstellraum sich erstreckendes Verstellglied aufweisen, das von der Außenseite des Bypasses manuell oder mittels einer elektrisch betriebenen Einrichtung, wie beispielsweise einem Elektromotor, betätigt wird. Es ist ferner denkbar, daß die Einstelleinrichtung eine elektrisch betriebene Einrichtung, wie beispielsweise einen Elektromotor oder einen Piezoaktor aufweist, die im Einstellraum angeordnet ist und ein im Einstellraum bewegbares und dort angeordnetes Verstellglied betätigt.According to a further advantageous embodiment of the bypass, an adjustment device is also provided for changing the geometric shape of the adjustment medium. This can, for example, have an adjustment element extending from the outside of the bypass into the adjustment space, which is actuated from the outside of the bypass manually or by means of an electrically operated device, such as an electric motor. It is also conceivable that the adjustment device has an electrically operated device, such as an electric motor or a piezo actuator, which is arranged in the adjustment space and actuates an adjustment element which is movable in the adjustment space and arranged there.

0 Zur Veränderung der Form des Einstellmediums auf eine derartige Weise, daß ein Vergrößern bzw. Verkleinern des Strömungswiderstands des Bypasses erreicht wird (eine derartige Veränderung kann auch im wesentlichen reversibel erfolgen) , ist es vorteilhaft, wenn die Einstelleinrichtung eine Stange aufweist, die sich eintretend an einer der Seiten des Fluideingangs oder Fluidausgangs in Richtung der anderen der Seiten des Fluideingangs oder Fluidausgangs erstreckt und in Richtung seiner Achse bewegbar ist. Hierbei kann der Einstellraum beispielsweise als Zylinder ausgebildet sein, deren jeweilige Grundflächen den Fluideingang bzw. Fluidausgang darstellen. Die Stange, sofern sie als gerade angenommen wird, erstreckt sich dann entlang der Zylinderachse. Zur besseren Lagerung der Stange kann diese auch durch eine Grundfläche in den Einstellraum eintreten und aus diesem durch die andere Grundfläche wieder austreten .0 In order to change the shape of the adjustment medium in such a way that the flow resistance of the bypass is increased or reduced (such a change can also be essentially reversible), it is advantageous if the adjustment device has a rod which, entering on one of the sides of the fluid inlet or fluid outlet, extends towards the other of the sides of the fluid inlet or fluid outlet and is movable in the direction of its axis. In this case, the adjustment space can be designed, for example, as a cylinder, the respective base areas of which represent the fluid inlet or fluid outlet. The rod, assuming it is straight, then extends along the cylinder axis. For better storage of the rod, it can also enter the adjustment space through one base area and exit again through the other base area.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
, Abzweigung aus EP-99107768:6
Gamperl Gastechnik, Hallbergmoos.[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01
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Gamperl Gastechnik, Hallbergmoos.

Zur besseren Wechselwirkung mit dem Einstellmedium bzw. zum leichteren Durchführen einer Veränderung dessen Form weist der in dem Einstellraum angeordnete Abschnitt der Stange an seinem Endabschnitt eine Preßplatte auf, die derart angeordnet ist, daß sie sich radial von der Stangenachse weg erstreckt. Im Falle eines zylindrischen Einstellraums ist es vorteilhaft, eine kreisförmige Scheibe zu verwenden, die an einer zentralen Ausnehmung bzw. einem zentralen Loch mit der Stange befestigt ist. Da es möglich ist, die Preßplatte derart zu dimensionieren, daß der Randabschnitt an der bzw. den Seitenflächen des Einstellraums anliegt, ist es ferner vorteilhaft, die Preßplatte mit Durchgangslöchern zu versehen, um unabhängig von der Preßplattenabmessung einen angemessenen Fluiddurchfluß sicherzustellen.For better interaction with the adjustment medium or to make it easier to change its shape, the section of the rod arranged in the adjustment space has a pressure plate at its end section, which is arranged such that it extends radially away from the rod axis. In the case of a cylindrical adjustment space, it is advantageous to use a circular disk which is attached to the rod at a central recess or hole. Since it is possible to dimension the pressure plate such that the edge section rests against the side surface(s) of the adjustment space, it is also advantageous to provide the pressure plate with through holes in order to ensure an appropriate fluid flow regardless of the pressure plate dimension.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bypasses kann das Einstellmedium nun zwischen der Seite des Fluideingangs oder Fluidausgangs, d.h. der Seite, an der die Stange eintritt, und der Preßplatte angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, das Einstellmedium zwischen der anderen der Seite des Fluideingangs oder Fluidausgangs, d.h. der Seite, an der die Stange nicht in den Einstellraum eintritt, und der Preßplatte anzuordnen.According to a further advantageous embodiment of the bypass, the adjustment medium can now be arranged between the side of the fluid inlet or fluid outlet, i.e. the side on which the rod enters, and the press plate. However, it is also possible to arrange the adjustment medium between the other side of the fluid inlet or fluid outlet, i.e. the side on which the rod does not enter the adjustment space, and the press plate.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bypasses weist das Einstellmedium einen fasrigen Stoff, wie beispielsweise Stahlwolle bzw. Edelstahlwolle auf. Es ist auch denkbar Plastikwolle zu verwenden. Der fasrige Stoff ist dabei als eine Agglomeration bzw. als lockere Anhäufung von Fasern derart angeordnet, daß bei deren Veränderung ihrer geometrischen Form aufgrund einer Bewegung der Stange eine bestimmte Dichte von ihr und somit des Strömungs-Widerstands einstellbar ist. Bezüglich der Edelstahlwolle kann dabei feine (30g), mittelfeine (40g) oder grobe (50g)According to a further advantageous embodiment of the bypass, the adjustment medium comprises a fibrous material, such as steel wool or stainless steel wool. It is also conceivable to use plastic wool. The fibrous material is arranged as an agglomeration or as a loose accumulation of fibers in such a way that when their geometric shape changes due to a movement of the rod, a certain density of the fibers and thus the flow resistance can be adjusted. With regard to the stainless steel wool, fine (30g), medium-fine (40g) or coarse (50g)

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, Abzweigung aus EP-99107768.6
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Edelstahlwolle verwendet werden. Des weiteren ist es denkbar als Einstellmedium eine Vielzahl von unabhängig voneinander bewegbaren gerundeten Körpern, vorzugsweise Kügelchen oder Ellipsoiden, zu verwenden, deren Durchmesser bzw. Abmessungen klein relativ zu der Abmessung des Einstellraums ist. Die Körper bzw. Kügelchen können dabei beispielsweise aus einem Metall wie Edelstahl oder auch aus Kunststoff gefertigt sein und können alle den gleichen Durchmesser aufweisen. Durch ein Aneinanderpressen bzw. Zusammenpressen der Kügelchen, beispielsweise durch die oben genannte Preßplatte, zu einer dichten Kugelpackung, wird somit ein großer Strömungswiderstand eingestellt, der durch Wegnahme des Anpreßdrucks, wobei sich die Kugeln entweder aufgrund der Schwerkraft oder einer elastischen Deformation wieder auseinander bewegen, wieder verringert werden kann. Zum Festmachen bzw. Fixieren der Kügelchen ist es in dem Falle, daß diese zumindest teilweise ferromagnetische Anteile aufweisen, auch möglich, einen Magneten vorzusehen, der innerhalb des Bypasses, beispielsweise in der oben erwähnten Stange, oder auch außerhalb in der Nähe des Bypasses angeordnet wird.Stainless steel wool can be used. Furthermore, it is conceivable to use a large number of independently movable rounded bodies, preferably balls or ellipsoids, as the adjustment medium, the diameter or dimensions of which are small relative to the dimensions of the adjustment space. The bodies or balls can be made of a metal such as stainless steel or plastic, for example, and can all have the same diameter. By pressing the balls together, for example using the above-mentioned pressing plate, to form a dense ball pack, a large flow resistance is set, which can be reduced again by removing the contact pressure, whereby the balls move apart again either due to gravity or elastic deformation. To fasten or fix the balls, in the event that they have at least partially ferromagnetic components, it is also possible to provide a magnet that is arranged inside the bypass, for example in the above-mentioned rod, or outside near the bypass.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Einstellmediums kann dies eine Kombination des fasrigen Stoffes und der gerundeten Körper aufweisen, wobei diese insbesondere eine zusammengesetzte Struktur aus entlang der Stange angeordneten Abschnitten aufweist, bei der zumindest ein Abschnitt aus der Edelstahlwolle und zumindest ein Abschnitt aus der Vielzahl von unabhängig voneinander bewegbaren Körpern bzw. Kügelchen besteht.According to an advantageous embodiment of the adjustment medium, this can comprise a combination of the fibrous material and the rounded bodies, wherein this in particular comprises a composite structure of sections arranged along the rod, in which at least one section consists of the stainless steel wool and at least one section consists of the plurality of independently movable bodies or beads.

Sowohl die Wolle als auch die gerundeten Körper habenBoth the wool and the rounded bodies have

die Eigenschaft, daß sie für das durch den Bypaß strömende Fluid einen langen zu durchströmenden Weg bereitstellen, durch den eine im wesentlichen laminare Strömung im Bypaßthe property that they provide a long path for the fluid flowing through the bypass, through which a substantially laminar flow in the bypass

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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gewährleistet wird. Diese Eigenschaft ist für eine Messung mit hoher Präzision erforderlich.This property is necessary for high precision measurement.

Wird die Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses ferner zur Regelung des durch die Vorrichtung hindurch tretenden Massendurchflusses verwendet, so kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Steuerventil in dem Fluideingangskanal bzw. Fluidausgangskanal vorgesehen sein. Vor allein bei einer manuellen Regelung ist es dann vorteilhaft, ferner eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals, beispielsweise eines Spannungswerts, vorzusehen, mit dessen Hilfe es ermöglicht wird, das Steuerventil, beispielsweise in der Form eines handbetriebenes Ventil bzw. Handventil oder elektrisch betriebenen Ventils, derart zu steuern, daß ein Sollmassendurchflußwert durch die Vorrichtung einstellbar ist.If the device for measuring a fluid mass flow is also used to regulate the mass flow passing through the device, then according to an advantageous embodiment of the invention a control valve can be provided in the fluid inlet channel or fluid outlet channel. Especially in the case of manual control, it is then advantageous to also provide a display device for displaying a sensor signal output by the sensor, for example a voltage value, with the aid of which it is possible to control the control valve, for example in the form of a hand-operated valve or manual valve or electrically operated valve, in such a way that a target mass flow value can be set by the device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner möglich, die Regelung des durch die Vorrichtung hindurch tretenden Massendurchflusses zu automatiseren. Hierzu ist ferner eine Regeleinrichtung, beispielsweise in Form eines Regelschaltkreises, vorgesehen, die zum einen mit dem Sensor zum Empfangen des Sensorsignals und zum anderen mit dem Steuerventil, vorzugsweise mit dem elektrisch betriebenen Steuerventil, zum Steuern der erforderlichen Steuerventilöffnung und damit des gewünschten Massendurchflusses bzw. Sollmassendurchflusses verbunden ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is also possible to automate the control of the mass flow passing through the device. For this purpose, a control device is also provided, for example in the form of a control circuit, which is connected on the one hand to the sensor for receiving the sensor signal and on the other hand to the control valve, preferably to the electrically operated control valve, for controlling the required control valve opening and thus the desired mass flow or target mass flow.

Die Vorrichtung zum Messen eines. Fluidmassendurch-The device for measuring a fluid mass flow

flusses ist vorzugsweise zur Verwendung für Gase ausgelegt, sie läßt sich jedoch bei einer entsprechenden Anpassung des Sensors auch zum Messen und Regeln eines Massendurchflusses von Flüssigkeiten verwenden.The flow sensor is preferably designed for use with gases, but can also be used to measure and control mass flow of liquids if the sensor is adapted accordingly.

[File:ANM\GA33Ö2B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01[File:ANM\GA33Ö2B1.docW97] Description, 02.10.01

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
5Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing.
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Es zeigen:Show it:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen eines Gasmassendurchflusses gemäß der vorliegenden Erfindung;Figure 1 is a block diagram of a device for measuring a gas mass flow according to the present invention;

Figuren 2a und 2b eine schematische Seitenschnittansieht einer realen Anordnung der Vorrichtung zum Messen eines Gasmassendurchflusses gemäß der vorliegenden Erfindung; Figures 2a and 2b show a schematic side sectional view of a real arrangement of the device for measuring a gas mass flow according to the present invention;

Figur 3 eine schematische Seitenschnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses;
20Figure 3 is a schematic side sectional view of a first preferred embodiment of a bypass according to the invention;
20

Figur 4 eine schematische Vorderansicht einer Preßplatte zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Bypaß;Figure 4 is a schematic front view of a press plate for use in a bypass according to the invention;

Figuren 5a und 5b eine schematische Seitenansicht eines zwischen der Preßplatte und einer Bypaßgehäusewand angeordneten Einstellmediums gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figures 5a and 5b show a schematic side view of an adjustment medium arranged between the pressure plate and a bypass housing wall according to the first embodiment of the present invention;

Figur 6 eine schematische Seitenschnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses; undFigure 6 is a schematic side sectional view of a second preferred embodiment of a bypass according to the invention; and

Figur 7 eine schematische Seitenschnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses.Figure 7 is a schematic side sectional view of a third preferred embodiment of a bypass according to the invention.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
, Abzweigung aus EP-99107768.6[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01
, branch from EP-99107768.6

Vorrichtung zum Messen und Regeln eines GasmassendurchflussesDevice for measuring and controlling a gas mass flow

Figur.1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen eines Massendurchflusses gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung wird vorzugsweise zum Messen und Regeln eines Gasmassendurchflusses verwendet, sie kann jedoch auch bei entsprechender Anpassung, vor allem des Sensors, zum Messen und Regeln eines Flüssigkeitsmassendurchflusses eingesetzt werden. Hier, wie in den folgenden Figuren, werden gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen bezeichnet .Figure 1 shows a block diagram of a device for measuring a mass flow according to the present invention. This device is preferably used for measuring and controlling a gas mass flow, but it can also be used for measuring and controlling a liquid mass flow with appropriate adaptation, especially of the sensor. Here, as in the following figures, the same parts are designated with the same reference numerals.

Vorab sei bemerkt, daß in Figur 1 die dicken durchgezogenen Linien 10,12,14,16 zwischen den jeweiligen Einrichtungen Gasleitungen bzw. Gaskanäle darstellen, wohingegen die dünnen durchgezogenen Verbindungslinien 22,32,42 elektrische Verbindungen kennzeichnen. Von rechts nach links betrachtet, weist die Vorrichtung 1 zum Messen und Regeln eines Gasmassendurchflusses eine Gaseingangsleitung 10 auf, die ein in diesem Fall elektrisches Regelventil 18 umfaßt. Diese Gaseingangsleitung 10 geht an einem ersten Verzweigungspunkt über in eine Bypaßleitung 14 und eine Sensorleitung 16, wobei diese Leitungen 14 und 16 an einem zweiten Verzweigungspunkt wieder zusammenlaufen und in eine Gasausgangsleitung 12 münden. In der Bypaßleitung 16 ist ein Bypaß 50, der unten näher erläutert werden wird, mit der Funktion einer variierbaren Drosseleinrichtung angeordnet. Die Sensorleitung 16 beinhaltet einen Sensor 20, der über die elektrische Leitung 22 ein zu dem durch die Sensorleitung 16 strömenden Gasmassendurchfluß proportionales Sensorsignal an eine Regeleinrichtung 40 ausgibt. Die Regeleinrichtung 40, die eine intelligente Elektronik mit einer intelligenten elektrischen Schaltung aufweist, verarbeitet das Sensorsignal und gibt es über eine Leitung 32 an eineFirst of all, it should be noted that in Figure 1 the thick solid lines 10, 12, 14, 16 between the respective devices represent gas lines or gas channels, whereas the thin solid connecting lines 22, 32, 42 indicate electrical connections. Viewed from right to left, the device 1 for measuring and regulating a gas mass flow has a gas inlet line 10, which in this case comprises an electrical control valve 18. This gas inlet line 10 merges into a bypass line 14 and a sensor line 16 at a first branching point, with these lines 14 and 16 converging again at a second branching point and opening into a gas outlet line 12. A bypass 50, which will be explained in more detail below, is arranged in the bypass line 16 and functions as a variable throttle device. The sensor line 16 contains a sensor 20, which outputs a sensor signal proportional to the gas mass flow through the sensor line 16 to a control device 40 via the electrical line 22. The control device 40, which has intelligent electronics with an intelligent electrical circuit, processes the sensor signal and outputs it via a line 32 to a

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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Anzeigeeinrichtung 30 aus bzw. stellt es zur Weiterverarbeitung bereit.Display device 30 or makes it available for further processing.

Der Vorrichtung 1 liegt das allgemeine Funktionsprinzip zugrunde/ daß aus einem durch das Bypaßsystem 14,50 zu messenden und regelnden Hauptstrom bzw. Gasmassendurchfluß (erster Teilstrom durch die Bypaßleitung) ein zu diesem proportionaler exakt definierter Teilstrom (zweiter Teilstrom durch die Sensorleitung) über die Sensorleitung 16 mit dem Sensor 20 geleitet wird. Das von dem Sensor 20, der unten näher erläutert werden wird, ausgegebene Signal wird in der Regeleinrichtung 40 mit einem entsprechenden vorher festgelegten Sollwert verglichen, wobei die Regeleinrichtung in dem Fall, in dem keine Übereinstimmung mit dem Sollwert vorliegt, das Steuerventil 18, das hier elektrisch betrieben ist, derart ansteuert, um den Gasmassendurchfluß durch die Gaseingansgleitung entsprechend zur Differenz zwischen dem aktuellen Sensorsignal und dem Sollwert zu vergrößern bzw. zu verkleinern.The device 1 is based on the general functional principle that from a main flow or gas mass flow (first partial flow through the bypass line) to be measured and regulated by the bypass system 14,50, a precisely defined partial flow (second partial flow through the sensor line) proportional to this is passed via the sensor line 16 to the sensor 20. The signal emitted by the sensor 20, which will be explained in more detail below, is compared in the control device 40 with a corresponding previously defined setpoint value, wherein in the case where there is no agreement with the setpoint value, the control device controls the control valve 18, which is electrically operated here, in such a way as to increase or decrease the gas mass flow through the gas inlet line in accordance with the difference between the current sensor signal and the setpoint value.

Es sei ferner auf die Figuren 2a und 2b verwiesen, in denen eine reale Anordnung der Vorrichtung 1 zum Messen und Regeln bzw. deren Komponenten dargestellt ist. Hierbei strömt Gas über eine Gaseingangsleitung 10 und ein Steuerventil 18 in einen ersten Gasraum 11, der durch eine Trennwand bzw. Trenneinrichtung 15 von einem zweiten Gasraum 13, der in eine Gasausgangsleitung 12 mündet, getrennt ist. Eine Verbindung zwischen dem ersten 11 und zweiten 13 Gasraum besteht somit zum einen durch einen in einem Bypaßkanal angeordneten Bypaß 50 und zum anderen durch einen nicht dargestellten Sensorkanal mit Sensor 20. In dieser Anordnung sind sowohl der Sensor 20, sowie eine Anzeigeeinrichtung 30 im Gehäuse der Regeleinrichtung 40 integriert. Die Regelung des Gasmassendurchflusses durch die Vorrichtung 1 kann gemäß Figur 2a unter Berücksichtigung der Anzeige der Anzeigeeinrichtung 30 manuell mittels BetätigenReference is also made to Figures 2a and 2b, which show a real arrangement of the device 1 for measuring and regulating or its components. Gas flows through a gas inlet line 10 and a control valve 18 into a first gas chamber 11, which is separated by a partition or separating device 15 from a second gas chamber 13, which opens into a gas outlet line 12. A connection between the first 11 and second 13 gas chambers is thus made on the one hand by a bypass 50 arranged in a bypass channel and on the other hand by a sensor channel (not shown) with sensor 20. In this arrangement, both the sensor 20 and a display device 30 are integrated in the housing of the control device 40. The gas mass flow through the device 1 can be regulated manually by actuating the display of the display device 30 according to Figure 2a.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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des Handventils 18 erfolgen. Es ist jedoch auch eine automatisierte Regelung möglich, indem die Regeleinrichtung 40 das von dem Sensor 20 ausgegebene Signal verarbeitet und das elektrisch betriebene Steuerventil 18 zur Einstellung des durch die Vorrichtung 1 strömenden Gasmassendurchflusses auf einen vorbestimmten Sollwert betätigt, wie es in Figur 2b gezeigt ist.of the manual valve 18. However, automated control is also possible in that the control device 40 processes the signal output by the sensor 20 and actuates the electrically operated control valve 18 to adjust the gas mass flow rate flowing through the device 1 to a predetermined setpoint value, as shown in Figure 2b.

Sensor und ElektronikSensor and electronics

Ein in der Vorrichtung 1 beispielsweise zu verwendendes Funktionsprinzip des Sensors 16, 20 läßt sich wie folgt erklären. Der Temperaturanstieg in einem Gas ist eine Funktion der zugeführten Wärmemenge, des Massendurchflusses und der physikalischen Eigenschaften des Gases. Der Sensor 16,20 besteht hierbei im wesentlichen aus der Sensorleitung 16 in der Form eines Kapillarröhrchens 16, um welches zwei beheizte Widerstandsthermometer gewickelt sind. Jedes der Thermometer ist Bestandteil einer Meßbrücke. Der durch den Strömungsleiter im Hauptfluß abgelenkte, proportionale Gasfluß transportiert Wärme in Flußrichtung und bewirkt damit einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Thermometern. Die hieraus resultierende Verstimmung der Meßbrücke (Wheatstone) ist das Maß für den Massenfluß.A functional principle of the sensor 16, 20 to be used in the device 1, for example, can be explained as follows. The temperature rise in a gas is a function of the amount of heat supplied, the mass flow and the physical properties of the gas. The sensor 16, 20 essentially consists of the sensor line 16 in the form of a capillary tube 16 around which two heated resistance thermometers are wound. Each of the thermometers is part of a measuring bridge. The proportional gas flow deflected by the flow conductor in the main flow transports heat in the direction of flow and thus causes a temperature difference between the two thermometers. The resulting detuning of the measuring bridge (Wheatstone) is the measure of the mass flow.

Da das Sensorsignal sich lediglich im mV-Bereich bewegt und auch nicht linear ist, muß es entsprechend aufbereitet werden. Dies geschieht mit Hilfe der Elektronik in der Regeleinrichtung 40. Die in der Brückenschaltung integrierte Temperaturkompensation gleicht betriebsbedingte Schwankungen der Gas- und Umgebunstemperaturen weitgehend aus. Die Ansteuerung des Steuerventils 18 wird über einen Differenzverstärker vorgenommen, der den vorgegebene SoIlwert mit dem jeweils anstehenden Istwert vergleicht.Since the sensor signal only moves in the mV range and is not linear, it must be processed accordingly. This is done with the help of the electronics in the control device 40. The temperature compensation integrated in the bridge circuit largely compensates for operational fluctuations in the gas and ambient temperatures. The control valve 18 is controlled via a differential amplifier, which compares the specified setpoint with the actual value present at the time.

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BypaßBypass

In den folgenden Figuren 3 bis 7 werden bevorzugte Ausführungsformen des in der oben dargestellten Vorrichtung 1 zum Messen und Regeln eines Gasmassendurchflusses verwendeten erfindungsgemäßen Bypasses erläutert. Auch hier gilt wieder, daß in jeweiligen Figuren, gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
10In the following figures 3 to 7, preferred embodiments of the bypass according to the invention used in the device 1 shown above for measuring and regulating a gas mass flow are explained. Here again, the same parts are designated with the same reference numerals in the respective figures.
10

Erste AusführungsformFirst embodiment

Es sei zuerst auf Figur 3 verwiesen, in der eine schematische Seitenschnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses dargestellt ist. Ein Bypaß 50, der die Funktion einer einstellbaren Drosseleinrichtung hat, was ein wichtiger Aspekt bei der unten beschriebenen Eichung der Vorrichtung 1 ist, weist ein Gehäuse 50 auf, das einen Einstellraum 54 umgibt. Der Bypaß ist dabei derart dargestellt, daß Gas von rechts an einer Gaseintrittsseite 58 durch einen Gaseingang 58 in den Einstellraum 54 strömt, und an einer Gasaustrittsseite 59 durch einen Gasausgang 59 wieder austritt. Zu diesem Zweck sind an der Gaseintrittsseite 58, die bei einem beispielsweise zylindrischen Gehäuse 52 die erste rechte Grundfläche 58 darstellt, und an der Gasaustrittsseite 59, die bei einem beispielsweise zylindrischen Gehäuse 52 die entsprechende zweite linke Grundfläche 59 darstellt, Durchgangslöcher vorgesehen, die in der Abbildung nicht dargestellt sind. In dem Einstellraum 54 ist ein Einstellmediuiri 70 in Form von Edelstahlwolle untergebracht, die zwischen der austrittsseitigen Bypaßgehäusewand 59 und einer Preßplatte 60 angeordnet ist. Diese Preßplatte 60 kann mittels einer von links in den Einstellraum sich erstreckenden Stange 56, die einen Teil einer Einstelleinrichtung dar-Reference is first made to Figure 3, which shows a schematic side sectional view of a first preferred embodiment of a bypass according to the invention. A bypass 50, which has the function of an adjustable throttle device, which is an important aspect in the calibration of the device 1 described below, has a housing 50 which surrounds an adjustment space 54. The bypass is shown in such a way that gas flows from the right on a gas inlet side 58 through a gas inlet 58 into the adjustment space 54, and exits again on a gas outlet side 59 through a gas outlet 59. For this purpose, through holes are provided on the gas inlet side 58, which in the case of a cylindrical housing 52, for example, represents the first right base surface 58, and on the gas outlet side 59, which in the case of a cylindrical housing 52, for example, represents the corresponding second left base surface 59, which are not shown in the figure. In the adjustment chamber 54, an adjustment medium 70 in the form of stainless steel wool is accommodated, which is arranged between the outlet-side bypass housing wall 59 and a pressure plate 60. This pressure plate 60 can be moved by means of a rod 56 extending from the left into the adjustment chamber, which represents part of an adjustment device.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
|aiftEP-.93107iQ8.Q[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01
|aiftEP-.93107iQ8.Q

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stellt, in axialer Richtung der Stange, d.h. gemäß Figur 3 nach links und rechts verschoben werden. Hierzu sei auf die Figuren 5a und 5b verwiesen, in denen ein derartiges Verschieben der Stange 56 bzw. der Preßplatte 60 anhand einer Seitenansicht dargestellt ist. Ein Verschieben der Stange 56 kann zum einen manuell geschehen, wobei es dann vorteilhaft ist, die Einstelleinrichtung mit einer nicht dargestellten Arretiereinrichtung zu versehen, um die Position der Stange 56 zu fixieren. Es ist aber auch möglich die Stange 56 mit einer nicht dargestellten elektrisch betriebenen Einrichtung, wie beispielsweise einem Elektromotor, zu bewegen., in the axial direction of the rod, i.e. to the left and right according to Figure 3. In this regard, reference is made to Figures 5a and 5b, in which such a displacement of the rod 56 or the pressing plate 60 is shown using a side view. The rod 56 can be moved manually, in which case it is advantageous to provide the adjustment device with a locking device (not shown) in order to fix the position of the rod 56. However, it is also possible to move the rod 56 with an electrically operated device (not shown), such as an electric motor.

In Figur 5a befindet sich die Stange 56 bzw. die Preßplatte 60 in einer Ausgangsstellung, in der die Edelstahlwolle 70 sich in einem quasi "entspannten" bzw. nicht mit Druck beaufschlagten Zustand befindet. Ein in den Bypaß einströmendes Gas kann hierbei relativ ungehindert durch die locker angeordneten Edelstahlfasern 70 bzw. Maschen 70 0 strömen, was in einem geringen Strömungswiderstand des Bypasses 50 resultiert. Wird hingegen die Stange 56 mit der Preßplatte 60 nach links verschoben, so wird die Edelstahlwolle 70 zwischen der Bypaßgehäusewand 52 und der Preßplatte 6 0 zusammengedrückt. Aufgrund der nun dichten Anordnung der Edelstahlfasern 70 ist es für das Gas nun schwer, durch die Faserzwischenräume zu strömen, was in einem großen Strömungswiderstand des Bypasses 50 resultiert. Durch eine entsprechende Stangenposition bzw. Preßplattenposition relativ zum Bypaßgehäuse 52 kann somit der Strömungswiderstand variiert werden. Trotz des quasi elastischen Verhaltens der Edelstahlwolle 70 ist es vorteilhaft diese an der Preßplatte 60 zu befestigen, um beim Verschieben der Stange 56 nach rechts wieder einen "entspannten" Zustand der Edelstahlwolle 70 mit großen Gaszwischenräumen zu erreichen.In Figure 5a, the rod 56 or the pressing plate 60 is in a starting position in which the stainless steel wool 70 is in a quasi "relaxed" or non-pressurized state. A gas flowing into the bypass can flow relatively unhindered through the loosely arranged stainless steel fibers 70 or meshes 70 0 , which results in a low flow resistance of the bypass 50. If, on the other hand, the rod 56 with the pressing plate 60 is moved to the left, the stainless steel wool 70 is compressed between the bypass housing wall 52 and the pressing plate 6 0. Due to the now dense arrangement of the stainless steel fibers 70, it is now difficult for the gas to flow through the fiber gaps, which results in a high flow resistance of the bypass 50. The flow resistance can thus be varied by an appropriate rod position or pressing plate position relative to the bypass housing 52. Despite the quasi-elastic behavior of the stainless steel wool 70, it is advantageous to fasten it to the press plate 60 in order to achieve a "relaxed" state of the stainless steel wool 70 with large gas gaps when the rod 56 is moved to the right.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01

, Abzweigung aus EP-99107768.6 . . . .., branch from EP-99107768.6 . . . ..

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Figur 4 ist eine Vorderansicht einer kreisförmigen Preßplatte 60, die vorteilhafterweise in einem zylinderförmigen Bypaßgehäuse 52 verwendet wird. In der Mitte der Preßplatte 60 ist dabei eine Zentralausnehmung 64 zur Befestigung mit der Stange 56 vorgesehen, wobei um diese Ausnehmung 64 herum Durchgangslöcher 62 zum Durchlassen von Gas angeordnet sind.Figure 4 is a front view of a circular pressing plate 60 which is advantageously used in a cylindrical bypass housing 52. In the middle of the pressing plate 60 there is a central recess 64 for fastening to the rod 56, with through holes 62 for the passage of gas being arranged around this recess 64.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Es sei nun auf Figur 6 verwiesen, in der eine schematische Seitenschnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses dargestellt ist. Als Unterschied zur ersten Ausführungsform wird hier das Einstellmedium 80 von unabhängig voneinander beweglichen kleinen Körpern 80, in diesem Fall Kügelchen, gebildet. Der Durchmesser dieser Kügelchen ist dabei vorteilhafterweise klein (im Bereich von 0,5 bis 2 mm) relativ zu der Abmessung des Einstellraums (zylindrisch mit einer Länge im Bereich von 10 bis 150 mm und einem Durchmesser von 5 bis 100 nun) , so daß sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Richtung eine Vielzahl von Kugelebenen bzw. Kügelschichten angeordnet werden können. Die Kügelchen können dabei aus Metall, wie beispielsweise Edelstahl, oder auch aus Kunststoff ausgebildet sein und alle den gleichen Durchmesser aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, Kügelchen mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden. In Figur 6 ist ein Zustand gezeigt, bei dem die Kügelchen 80 durch Aneinanderpressen mittels der Preßplatte 60 und der Gehäusewand 52 eine dichte Kugelpackung einnehmen, wodurch ein maximal erreichbarer Strömungswiderstand eingestellt ist. Durch Wegnahme des Anpreßdrucks, d.h. durch Verschieben der Stange 56 bzw. der Preßplatte 60 nach rechts können sich die Kügelchen aufgrund der Schwerkraft wieder ausein-Reference is now made to Figure 6, which shows a schematic side sectional view of a second preferred embodiment of a bypass according to the invention. In contrast to the first embodiment, the adjustment medium 80 is formed here by small bodies 80 that can move independently of one another, in this case beads. The diameter of these beads is advantageously small (in the range of 0.5 to 2 mm) relative to the dimensions of the adjustment space (cylindrical with a length in the range of 10 to 150 mm and a diameter of 5 to 100 mm), so that a large number of spherical planes or layers of beads can be arranged in both the horizontal and vertical directions. The beads can be made of metal, such as stainless steel, or of plastic, and all have the same diameter. However, it is also conceivable to use beads with different diameters. Figure 6 shows a state in which the beads 80 are pressed together by means of the pressing plate 60 and the housing wall 52 to form a dense ball packing, whereby the maximum achievable flow resistance is set. By removing the contact pressure, ie by moving the rod 56 or the pressing plate 60 to the right, the beads can spread out again due to gravity.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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ander bewegen bzw. nach unten fallen, was insbesondere in den oberen Ebenen den Strömungswiderstand verringert.move in different directions or fall downwards, which reduces the flow resistance, especially in the upper levels.

Werden elastisch deformierbare Kügelchen aus Kunststoff verwendet, so können diese bei einem nach links Bewegen der Stange 56 bzw. der Preßplatte 60 nicht nur aneinander ge-. preßt, sondern auch zusammen gepreßt werden, so daß eine zusätzliche Erhöhung des Strömungswiderstands durch Verkleinerung der Kugelzwischenräume und somit ein weiterer "Freiheitsgrad" bezüglich der Variierbarkeit des Strömungswiderstands des Bypasses erreicht wird.If elastically deformable plastic balls are used, they can not only be pressed against one another when the rod 56 or the pressing plate 60 is moved to the left, but can also be pressed together, so that an additional increase in the flow resistance is achieved by reducing the spaces between the balls and thus a further "degree of freedom" with regard to the variability of the flow resistance of the bypass.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Es sei auf Figur 7 verwiesen, in der eine schematische Seitenschnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses dargestellt ist. Als Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform wird hier das Einstellmedium 70,80 in Form einer zusammengesetzten Struktur entlang der Stange 56 angeordneter Abschnitte verwendet, wobei von links nach rechts gesehen, sich die Abfolge der Abschnitte wie folgt darstellt: Vielzahl von unabhängig voneinander bewegbaren Kügelchen 80, Edelstahlwolle 70, Kügelchen 80, Edelstahlwolle 70.Reference is made to Figure 7, which shows a schematic side sectional view of a third preferred embodiment of a bypass according to the invention. In contrast to the first and second embodiments, the adjustment medium 70, 80 is used here in the form of a composite structure of sections arranged along the rod 56, the sequence of sections being as follows from left to right: a plurality of independently movable beads 80, stainless steel wool 70, beads 80, stainless steel wool 70.

Allen drei Ausführungsformen ist die Eigenschaft gemeinsam, daß sie für das durch den Bypaß 50 strömende Gas einen langen zu durchströmenden Weg bereitstellen (durch viele Maschen bei dem fasrigen Stoff bzw. viele kleine, vorteilhafterweise gerundete Körper), durch den eine im wesentlichen laminare Strömung im Bypaß 50 gewährleistet wird. Diese Eigenschaft ist für eine Messung eines Gasmassendurchflusses mit hoher Präzision erforderlich. Besonders in der dritten Ausführungsform werden lange zu durchströmenden Wege durch das Vorsehen aneinander gepreßterAll three embodiments have the property in common that they provide a long path for the gas flowing through the bypass 50 (through many meshes in the fibrous material or many small, advantageously rounded bodies), which ensures a substantially laminar flow in the bypass 50. This property is necessary for measuring a gas mass flow with high precision. In the third embodiment in particular, long paths to be flowed through are provided by the provision of pressed together

[File.-ANM\GA3302B1.doc W97] Beschreibung, 02.10.01[File.-ANM\GA3302B1.doc W97] Description, 02.10.01

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.16-.16-

Kugelpackungen 80 entweder durch Beaufschlagen mit Druck durch die Preßplatte 60 oder durch die quasi elastische Druckwirkung der Edelstahlwolleabschnitte 70 bei jeder der Stangenposition bzw. Preßplattenposition erreicht. Entsprechende Vorteile ergeben sich auch bei den folgenden drei Ausführungsformen.Ball packings 80 are achieved either by applying pressure through the press plate 60 or by the quasi-elastic pressure effect of the stainless steel wool sections 70 at each of the rod positions or press plate positions. Corresponding advantages also arise with the following three embodiments.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Gemäß einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bypasses ist nur ein fasriger Stoff, wie Edelstahlwolle, im Bypaß angeordnet, ohne eine Einstelleinrichtung bzw. ein Verstellglied vorzusehen. Der Strömungswiderstand des Bypasses kann wie in der ersten Ausführungsform in Abhängigkeit von der Art (Faserstärke usw.) und der Menge der Edelstahlwolle eingestellt werden. Um beispielsweise bei einer geringen Beschickung von Edelstahlwolle im Bypaß eine Bewegung von dieser zu verhindern, wird vorteilhafter eine Fixiereinrichtung vorgesehen, die wie in Figur 3 von einer Stange 56 mit einer Preßplatte 60 gebildet werden kann. Allgemein gesagt, kann die Einstelleinrichtung der ersten drei Ausführungsformen bzw. deren Verstellglied als Fixiereinrichtung verwendet werden, wenn das Verstellglied festgehalten wird.According to a fourth embodiment of the bypass according to the invention, only a fibrous material, such as stainless steel wool, is arranged in the bypass without providing an adjusting device or an adjusting member. The flow resistance of the bypass can be adjusted as in the first embodiment depending on the type (fiber thickness, etc.) and the amount of stainless steel wool. In order to prevent movement of the stainless steel wool in the bypass, for example when there is a small amount of stainless steel wool in the bypass, a fixing device is advantageously provided, which can be formed by a rod 56 with a press plate 60 as in Figure 3. Generally speaking, the adjusting device of the first three embodiments or their adjusting member can be used as a fixing device if the adjusting member is held in place.

Fünfte AusführungsformFifth embodiment

Gemäß einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bypasses sind wie in der dritten Ausführungsform die gerundeten Körper bzw. Kügelchen 80 im Einstellraum 54 angeordnet, wie es beispielsweise in Figur 6 gezeigt ist, wobei hier vorteilhafterweise die Stange 56 bzw. Preßplatte 60 als Fixiereinrichtung dient, wenn die Körper bzw. Küglchen 80 den Einstellraum 54 nicht ganz ausfüllen. An-According to a fifth embodiment of the bypass according to the invention, as in the third embodiment, the rounded bodies or beads 80 are arranged in the adjustment space 54, as shown for example in Figure 6, wherein the rod 56 or pressure plate 60 advantageously serves as a fixing device if the bodies or beads 80 do not completely fill the adjustment space 54.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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stelle der Stange 56 kann eine Fixierung mittels eines Magneten erfolgen, sofern die Körper 80 ferromagnetische Anteile aufweisen. Der Strömungswiderstand des Bypasses kann hier wie in der zweiten Ausführungsform in Abhängigkeit der Abmessung der Körper bzw. Kügelchen 80 und deren Menge bzw. Anzahl eingestellt werden. Vorteilhafterweise lassen sich die Körper bzw. Kügelchen 80 dabei durch in dem Bypaßgehäuse 52 dafür vorgesehene, in der Figur nicht dargestellte, Löcher einfüllen, durch die Fixiereinrichtung aneinander pressen bzw. fixieren, oder bei Nichtbedarf durch die Löcher entnehmen. Somit lassen sich mit einem Bypaß durch Verändern eines Parameters, wie dem Füllgrad, mehrere verschiedene Strömungswiderstände einstellen.Instead of the rod 56, fixing can be carried out by means of a magnet, provided that the bodies 80 have ferromagnetic components. The flow resistance of the bypass can be adjusted here as in the second embodiment depending on the dimensions of the bodies or beads 80 and their quantity or number. The bodies or beads 80 can advantageously be filled through holes provided for this purpose in the bypass housing 52 (not shown in the figure), pressed together or fixed by the fixing device, or removed through the holes when not required. Thus, several different flow resistances can be set with a bypass by changing a parameter, such as the degree of filling.

Sechste AusführungsformSixth embodiment

Es sei wieder auf Figur 7 verwiesen, anhand der eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bypasses dargestellt ist, die eine Kombination der vierten und fünften Ausführungsform darstellt. Hierbei wird das Einstellmedium 70,80 in Form einer Kombination bzw. zusammengesetzten Struktur entlang der Stange 56 angeordneter Abschnitte verwendet, wobei von links nach rechts gesehen, sich die Abfolge der Abschnitte wie folgt darstellt: Viel-5 zahl von unabhängig voneinander bewegbaren Kügelchen 80, Edelstahlwolle 70, Kügelchen 80, Edelstahlwolle 70. Die. Stange 56 und die Preßplatte 60 dienen, als · Fixiereinrichtung zum Festmachen des Einstellmediums. Durch die Fixiereinrichtung wird allgemein eine Bewegung des Ein-Stellmediums verhindert und eine Laminarität hohen Grades des durch den Bypaß strömenden Fluids bzw. Gases erreicht.Reference is again made to Figure 7, which shows a sixth preferred embodiment of a bypass according to the invention, which is a combination of the fourth and fifth embodiments. In this case, the adjustment medium 70, 80 is used in the form of a combination or assembled structure of sections arranged along the rod 56, the sequence of the sections being as follows from left to right: a large number of independently movable beads 80, stainless steel wool 70, beads 80, stainless steel wool 70. The rod 56 and the pressure plate 60 serve as a fixing device for securing the adjustment medium. The fixing device generally prevents movement of the adjustment medium and achieves a high degree of laminarity of the fluid or gas flowing through the bypass.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01

Verfahren zum Eichen der VorrichtungProcedure for calibrating the device

Im folgenden soll ein zum Eichen der Vorrichtung 1 zum Messen und Regeln eines Gasmassendurchflusses verwendbares Verfahren erläutert werden, was notwendig ist, da der Sensor 20 nur in einem bestimmten Durchflußbereich optimal arbeitet bzw. nur für einen bestimmten Durchflußbereich ausgelegt ist.In the following, a method that can be used to calibrate the device 1 for measuring and controlling a gas mass flow will be explained, which is necessary because the sensor 20 only works optimally in a certain flow range or is only designed for a certain flow range.

Zuerst wird hierbei ein Strom bzw. Durchfluß Is als Sollwert festgelegt, auf den die Vorrichtung 1 hinregeln soll. Dann wird ein definierter Strom &Igr;&khgr;, der kleiner als Ig ist, in den Gaseingangskanal 10 (siehe beispielsweise Figur 1) eingeleitet. Daraufhin wird der Strömungswiderstand durch den Bypaß mittels Bewegen der Stange 56 (siehe beispielsweise Figur 3) so lange verändert, bis die Anzeige der Anzeigeeinrichtung 30 in einem unteren Bereich liegt, beispielsweise den Wert 1 in einem Bereich von 1 bis 10 annimmt. Durch Einleiten eines zweiten definierten Stroms 12/ der größer als Is ist, soll nun ein zweiter Anzeigewert in einem oberen Bereich, beispielsweise als Wert 9, festgelegt werden. Nach Festlegen bzw. Zuordnen zweier definierter Stromwerte bzw. Durchflußwerte zu zwei Anzeigewerten, können somit unter Annahme eines linearen Verhaltens zwischen Durchfluß- und Anzeigewerten beliebige eingeleitete Durchflußmengen im Bereich von &Igr;&khgr; bis I2 interpoliert und somit gemessen werden. Bei höheren bzw. komplizierten Abhängigkeiten zwischen Durchfluß- und Anzeigewerten sind entsprechend mehr Eichpunkte als bei &Igr;&khgr; und I2 notwendig.First, a current or flow rate Is is set as the target value to which the device 1 is to regulate. Then a defined current λx which is smaller than Ig is introduced into the gas inlet channel 10 (see, for example, Figure 1). The flow resistance through the bypass is then changed by moving the rod 56 (see, for example, Figure 3) until the display of the display device 30 is in a lower range, for example, assumes the value 1 in a range from 1 to 10. By introducing a second defined current 12/ which is greater than Is, a second display value is now to be set in an upper range, for example as a value 9. After setting or assigning two defined current values or flow rates to two display values, any introduced flow quantities in the range from λx to I2 can be interpolated and thus measured, assuming a linear behavior between flow and display values. For higher or more complex dependencies between flow and display values, more calibration points are required than for &Igr;&khgr; and I2.

Offenbart ist eine Vorrichtung zum Messen eines Fluid-Disclosed is a device for measuring a fluid

massendurchflusses, insbesondere Gasmassendurchflusses, mit einem Fluideingangskanal; einem Fluidausgangskanal; einem Sensorkanal mit einem Sensor zum Erfassen des Fluid-mass flow, in particular gas mass flow, with a fluid inlet channel; a fluid outlet channel; a sensor channel with a sensor for detecting the fluid

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01
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massendurchflusses eines ersten Fluidteilstroms, wobei der Sensorkanal zwischen dem Fluideingangskanal und dem Fluidausgangskanal angeordnet ist; und einem Bypaßkanal mit einem Bypaß 50 zum Einstellen der Größe eines zweiten Teil-Stroms, wobei der Bypaßkanal parallel zum Sensorkanal zwischen dem Fluideingangskanal und dem Fluidausgangskanal angeordnet ist. Der Bypaß 50 umfaßt dabei einen Fluideingang 58, einen Fluidausgang 59, einen Fluideinstellraum 54, der zwischen dem Fluideingang 58 und dem Fluidausgang 59 ausgebildet ist, ein eine laminare Strömung bereitstellendes Einstellmedium 70, das in dem Fluideinstellraum 54 angeordnet ist, wobei das Einstellmedium 7 0,80 eine Agglomeration einer Vielzahl einzelner Elemente ist, durch deren Zwischenräume das Fluid strömt. Derartige Bypässe erlauben aufgrund der Bereitstellung einer laminaren Strömung durch das Einstellmedium eine hoch präzise Bestimmung des Fluidmassendurchflusses. mass flow of a first fluid partial flow, wherein the sensor channel is arranged between the fluid inlet channel and the fluid outlet channel; and a bypass channel with a bypass 50 for adjusting the size of a second partial flow, wherein the bypass channel is arranged parallel to the sensor channel between the fluid inlet channel and the fluid outlet channel. The bypass 50 comprises a fluid inlet 58, a fluid outlet 59, a fluid adjustment chamber 54 which is formed between the fluid inlet 58 and the fluid outlet 59, an adjustment medium 70 which provides a laminar flow and which is arranged in the fluid adjustment chamber 54, wherein the adjustment medium 70 is an agglomeration of a large number of individual elements through the spaces between which the fluid flows. Such bypasses allow a highly precise determination of the fluid mass flow due to the provision of a laminar flow through the adjustment medium.

[File:ANM\GA3302B1.docW97] Beschreibung, 02.10.01[File:ANM\GA3302B1.docW97] Description, 02.10.01

-20--20-

BezugszeichenlisteList of reference symbols

I Vorrichtung zum Messen und Regeln 10 GaseingangsleitungI Device for measuring and regulating 10 Gas inlet line

II 1. GasraumII 1. Gas compartment

12 Gasausgangsleitung12 Gas outlet line

13 2. Gasraum13 2. Gas compartment

14 Bypaßkanal, Bypaßleitung 15 Trenneinrichtung14 Bypass channel, bypass line 15 Separator

16 Sensorkanal, Sensorleitung16 sensor channel, sensor cable

18 Steuerventil18 Control valve

20 Sensor20 Sensor

22 elektrische Signalleitung vom Sensor22 electrical signal line from the sensor

30 Anzeigeeinrichtung30 Display device

32 elektrische Verbindungsleitung zu32 electrical connection cable to

40 Regeleinrichtung mit Elektronik40 Control device with electronics

42 elektrische Verbindungsleitung zu42 electrical connection cable to

50 Bypaß50 Bypass

0 52 Bypaßgehäuse0 52 Bypass housing

54 Einstellraum54 Adjustment room

56 Stange, Einstelleinrichtung56 Rod, adjustment device

58 Gaseintrittsseite58 Gas inlet side

59 Gasaustrittsseite 60 Preßplatte59 Gas outlet side 60 Press plate

62 Durchgangslächer in62 passage holes in

64 Zentralausnehmung für64 Central recess for

70 Einstellmedium: Edelstahlwolle70 Setting medium: stainless steel wool

80 Einstellmedium: gerundete Kügelchen 3080 Setting medium: rounded beads 30

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Claims (13)

1. Bypaß für eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses, wobei der Bypaß aufweist,
einen Fluideingang (58),
einen Fluidausgang (59),
einen Fluideinstellraum (54), der zwischen dem Fluideingang (58) und dem Fluidausgang (59) ausgebildet ist,
ein eine laminare Strömung bereitstellendes Einstellmedium (70, 80), das in dem Fluideinstellraum (54) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einstellmedium (70, 80) eine Agglomeration einer Vielzahl einzelner Elemente ist, wobei das Fluid durch Zwischenräume von benachbarten Elementen strömt. 1. Bypass for a device for measuring a fluid mass flow, the bypass comprising
a fluid inlet ( 58 ),
a fluid outlet ( 59 ),
a fluid adjustment chamber ( 54 ) formed between the fluid inlet ( 58 ) and the fluid outlet ( 59 ),
a laminar flow providing adjustment medium ( 70 , 80 ) arranged in the fluid adjustment space ( 54 ), characterized in that
that the adjusting medium ( 70 , 80 ) is an agglomeration of a plurality of individual elements, the fluid flowing through gaps between adjacent elements. 2. Bypaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellmedium (70) einen fasrigen Stoff, insbesondere Stahlwolle (70) aufweist. 2. Bypass according to claim 1, characterized in that the adjusting medium ( 70 ) comprises a fibrous material, in particular steel wool ( 70 ). 3. Bypaß nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellmedium (80) gerundete geometrische Körper, insbesondere Kügelchen (80) aufweist, deren Abmessungen klein relativ zu der Abmessung des Einstellraums (54) ist. 3. Bypass according to one of claims 1 to 2, characterized in that the adjustment medium ( 80 ) has rounded geometric bodies, in particular balls ( 80 ), the dimensions of which are small relative to the dimensions of the adjustment space ( 54 ). 4. Bypaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Fixiereinrichtung (56, 60) zur Fixierung des Einstellmediums (70, 80) in dem Einstellraum (54). 4. Bypass according to one of claims 1 to 3, characterized by a fixing device ( 56 , 60 ) for fixing the adjustment medium ( 70 , 80 ) in the adjustment space ( 54 ). 5. Bypaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand für ein durch den Bypaß strömendes Fluid durch Veränderung der geometrischen Form des Einstellmediums (70, 80) einstellbar ist. 5. Bypass according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow resistance for a fluid flowing through the bypass is adjustable by changing the geometric shape of the adjusting medium ( 70 , 80 ). 6. Bypaß nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (56, 60) zur Veränderung der geometrischen Form des Einstellmediums (70, 80). 6. Bypass according to claim 5, characterized by an adjusting device ( 56 , 60 ) for changing the geometric shape of the adjusting medium ( 70 , 80 ). 7. Bypaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (56, 60) ein von der Außenseite des Bypasses in den Einstellraum (54) sich erstreckendes Verstellglied (56) aufweist. 7. Bypass according to claim 6, characterized in that the adjusting device ( 56 , 60 ) has an adjusting member ( 56 ) extending from the outside of the bypass into the adjusting space ( 54 ). 8. Bypaß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (56, 60) eine Stange (56) aufweist, die sich eintretend an einer der Seiten des Fluideingangs (58) oder Fluidausgangs (59) in Richtung der anderen der Seiten des Fluideingangs (58) oder Fluidausgangs (59) erstreckt und in Richtung seiner Achse bewegbar ist. 8. Bypass according to claim 7, characterized in that the adjusting device ( 56 , 60 ) has a rod ( 56 ) which extends from one of the sides of the fluid inlet ( 58 ) or fluid outlet ( 59 ) in the direction of the other of the sides of the fluid inlet ( 58 ) or fluid outlet ( 59 ) and is movable in the direction of its axis. 9. Bypaß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Einstellraum (54) angeordnete. Abschnitt der Stange (56) an seinem Endabschnitt eine Preßplatte (60) aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie sich radial von der Stangenachse weg erstreckt. 9. Bypass according to claim 8, characterized in that the section of the rod ( 56 ) arranged in the adjustment space ( 54 ) has at its end section a pressure plate ( 60 ) which is arranged such that it extends radially away from the rod axis. 10. Bypaß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellmedium (54) zwischen der Seite des Fluideingangs (58) oder Fluidausgangs (59), an der die Stange (56) eintritt, und der Preßplatte (60) angeordnet ist. 10. Bypass according to claim 9, characterized in that the adjusting medium ( 54 ) is arranged between the side of the fluid inlet ( 58 ) or fluid outlet ( 59 ) at which the rod ( 56 ) enters and the pressure plate ( 60 ). 11. Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses, insbesondere Gasmassendurchflusses, mit:
einem Fluideingangskanal (10);
einem Fluidausgangskanal (12);
einem Sensorkanal (16) mit einem Sensor (20) zum Erfassen des Fluidmassendurchflusses eines ersten Fluidteilstroms, wobei der Sensorkanal (16) zwischen dem Fluideingangskanal (10) und dem Fluidausgangskanal (12) angeordnet ist;
einem Bypaßkanal (14) mit einem Bypaß (50) zum Einstellen der Größe eines zweiten Fluidteilstroms, wobei der Bypaßkanal parallel zum Sensorkanal (16) zwischen dem Fluideingangskanal (10) und dem Fluidausgangskanal (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bypaßkanal (14) einen Bypaß (50) gemäß der Ansprüche 1 bis 10 aufweist. 11. Device for measuring a fluid mass flow, in particular a gas mass flow, comprising:
a fluid inlet channel ( 10 );
a fluid outlet channel ( 12 );
a sensor channel ( 16 ) with a sensor ( 20 ) for detecting the fluid mass flow of a first fluid partial flow, wherein the sensor channel ( 16 ) is arranged between the fluid inlet channel ( 10 ) and the fluid outlet channel ( 12 );
a bypass channel ( 14 ) with a bypass ( 50 ) for adjusting the size of a second fluid partial flow, wherein the bypass channel is arranged parallel to the sensor channel ( 16 ) between the fluid inlet channel ( 10 ) and the fluid outlet channel ( 12 ), characterized in that
that the bypass channel ( 14 ) has a bypass ( 50 ) according to claims 1 to 10. 12. Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (18) zum Einstellen des Fluidmassendurchflusses durch die Vorrichtung (1). 12. Device for measuring a fluid mass flow according to claim 11, characterized by a control valve ( 18 ) for adjusting the fluid mass flow through the device ( 1 ). 13. Vorrichtung zum Messen eines Fluidmassendurchflusses nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (40), die das Steuerventil (18) auf der Grundlage eines von dem Sensor (20) ausgegebenen Sensorsignals steuert. 13. Device for measuring a fluid mass flow according to claim 12, characterized by a control device ( 40 ) which controls the control valve ( 18 ) on the basis of a sensor signal output by the sensor ( 20 ).