DE3212821C2 - Device for differential flow measurement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Differenzflußmessen. Die Aufgabe, einen Differenzfluß zu messen, tritt z.B. dann auf, wenn einem Verbraucher mehr Flüssigkeit zugeführt wird, als er verbraucht und wenn eine direkte Messung am Verbraucher selbst nicht möglich ist. Die Differenz gibt dann den Nutzverbrauch an. Als Beispiel hierfür kann der Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen dienen. Um nun Zu- und Abfluß mit demselben Meßwertgeber zu messen, wird dieser periodisch durch geeignete Mittel in den Zu- und Abfluß geschaltet.The invention relates to a device for measuring differential flow. The task of measuring a differential flow occurs, for example, when a consumer is supplied with more liquid than it consumes and when a direct measurement on the consumer itself is not possible. The difference then indicates the useful consumption. The fuel consumption of motor vehicles can serve as an example of this. In order to measure the inflow and outflow with the same transducer, it is periodically switched into the inflow and outflow by suitable means.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Differenz von in einen Verbraucher zufließenden und wieder abfließenden Flüssigkeiten, d. h. daß dem Verbraucher mehr Flüssigkeit zugeführt wird als er verbraucht. Ein derartiger Verbraucher ist beispielsweise der Kraftfahrzeugmotor, der meistens mit Übcrstromvergaser oder mit Kraftstoffeinspritzung arbeilet. In beiden Fällen wird von der Kraftstoffpumpe wesentlich mehr Kraftstoff befördert als vom Motor verbraucht wird; die überschüssige Menge fließt wieder in den Vorratstank zurück.The invention relates to a device for measuring the difference between flows into a consumer and fluids flowing off again, d. H. that the consumer is supplied with more liquid than he consumed. Such a consumer is, for example, the motor vehicle engine, which usually has an overcurrent carburetor or works with fuel injection. In both cases, the fuel pump becomes essential transports more fuel than is consumed by the engine; the excess flows back into return the storage tank.

Es kann aber nicht nur bei Kraftfahrzeugmotoren sondern auch bei anderen Anwendungen interessant sein, den Nutzfluß, d. h. die Differenz zwischen zu- und abfließender Flüssigkeit zu erfassen. In vielen Fällen, so auch beim Kraftfahrzeugmotor, ist eine direkte Messung des Verbrauches nicht möglich, so daß man aus Zu- und Abfluß den Verbrauch ermitteln muß. Nun ist es an sich nicht schwierig, mittels zweier Meßwertgeber Zu- und Abfluß zu erfassen und daraus die Differenz zu bilden. Um aber zu exakten Werten zu kommen, müßten beide Meßgeräte praktisch identisch sein und identisch arbeiten, eine Forderung, die sich mit tragbarem technischen Aufwand nicht erfüllen läßt Es treten also in der Praxis bei beiden Meßwertgebern unterschiedliche, systematische Abweichungen auf, die um so störender sind, je kleiner der Nutzfluß bezüglich dem Zu- und dem Abfluß ist, da dann diese Abweichungen in die Größenordnung des Differenzflusses kommen können und die Bestimmung des Nutzflusses zu einer untragbaren Verfälschung des tatsächlichen Verbrauchs führen ■kann.However, it can be of interest not only in motor vehicle engines but also in other applications be, the useful flow, d. H. to detect the difference between the inflowing and outflowing liquid. In many cases, like that also with the motor vehicle engine, is a direct measurement of the consumption is not possible, so that one has to determine the consumption from the inflow and outflow. Now it's on It is not difficult to determine the inflow and outflow by means of two measuring transducers and from this the difference form. In order to get exact values, however, both measuring devices would have to be practically identical and identical work, a requirement that cannot be met with affordable technical effort In practice, the two transducers show different, systematic deviations, which are all the more disruptive are, the smaller the useful flow is with respect to the inflow and outflow, since then these deviations in the The order of magnitude of the differential flow can come and the determination of the useful flow to an intolerable one Falsification of the actual consumption.

Ein Durchflußmesser dieser Art ist beispielsweise in der DE-OS 29 05 304 beschrieben; auch hier besteht der wesentliche Nachteil darin, daß der Durchflußmesser wegen der Verwendung von zwei Meßwertgebern, die fest in der Zufluß- bzw. Abflußleitung angeordnet sind, für viele Anwendungsfälle zu ungenau ist.A flow meter of this type is described, for example, in DE-OS 29 05 304; here too there is major disadvantage is that the flow meter because of the use of two transducers, the are fixed in the inflow or outflow line, is too imprecise for many applications.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile bei den bekannten Einrichtungen einen Differenzflußmesser zu schaffen, der insbesondere auch bei kleinen Durchflußgeschwindigkeiten eine hohe Genauigkeit gewährleistet.The invention is now based on the object while avoiding the disadvantages of the known devices To create a differential flow meter that is particularly useful even at low flow rates ensures high accuracy.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.The solution to the problem arises from claim 1.

Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, den Meßwertgeber periodisch zwischen Zufluß- und Abflußleitung umzuschalten, so daß Zu- und Abfluß mit ein und demselben Meßwertgeber gemessen werden. Die Forderung nach vollständiger Identität ist somit erfüllt und wird damit erkauft, daß die Meßwerte für Zu- und Abfluß zeitlich versetzt gebildet werden. Die Lösung mit einem Meßwertgeber setzt allerdings voraus, daß während einer Umschaltperiode im hydraulischen System ein etwa quasistationärer Zustand herrscht, d. h. daß sich die Verbrauchermenge nicht viel ändert, was bei Kraftfahrzeugmotoren meist der Fall ist, und daßThe principle of the invention is therefore to periodically place the transducer between the inflow and outflow lines switch over so that inflow and outflow are measured with one and the same transducer. the The requirement for complete identity is thus fulfilled and is bought at the cost of the measured values for additional and Drain can be formed staggered in time. The solution with a transducer assumes, however, that During a switchover period the hydraulic system is in an approximately quasi-steady state, d. H. that the amount of consumers does not change much, which is usually the case with motor vehicle engines, and that

so der Meßwertgeber den Umschaltungen folgen kann.so the transducer can follow the switchover.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man auch zwei Meßwertgeber verwenden, von denen je einer in die Zufluß- und einer in die Abflußleitung geschaltet ist und die mit geeigneten Umschaltvorrichtungen bezüglich Zu- und Abfluß periodisch miteinander vertauscht werden, wobei die Umschaltvorrichtungen so ausgebildet sind, daß sich die Flußrichtung in den Meßwertgebern und dem Verbraucher nicht ändert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung. Es zeigtAccording to a further development of the invention, two transducers can also be used, one of which is connected to the inflow and one in the outflow line and which are periodically interchanged with suitable switching devices with regard to inflow and outflow, the switching devices being designed so that the direction of flow in the transducers and the consumer does not change.
Further features of the invention emerge from the subclaims and the following description of the figures. It shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Meßwertgeber,Fig. 1 shows an embodiment of the invention with a Transducer,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Meßwertgebern.Fig. 2 shows an embodiment of the invention with two transducers.

F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Meßwertgeber. Das System besteht aus dem Verbraucher 1, dem Meßwertgeber 2 und den UmschaltventilenF i g. 1 shows a first embodiment with a transducer. The system consists of the consumer 1, the transducer 2 and the switching valves

3 und 4. Die zu messende Flüssigkeit strömt von dem Zufluß Z durch den Meßwertgeber 2 und den Verbraucher 1 zu dem Abfluß A in der nachfolgend beschriebenen Weise.3 and 4. The liquid to be measured flows from the inflow Z through the transducer 2 and the consumer 1 to the outflow A in the manner described below.

Die Umschaltventile 2 und 4 können zwei Stellungen s einnehmen, wie durch die ausgezogenen und die gestrichelten Drehschieber 5 bzw. 6 dargestellt ist.The switching valves 2 and 4 can occupy two positions s, as indicated by the solid lines and the dashed lines Rotary valve 5 and 6 is shown.

In der ausgezogenen Stellung der Drehschieber 5 und 6 gelangt die Flüssigkeit vom Zufluß Zuber das VentL' 3 zu dem Meßwertgeber 2 und von dort über das Ventil 4 zu dem Verbraucher 1, von dem sie über das Ventil 3 und das Ventil 4 zu dem Abfluß A fließt Nach einer vorgegebenen Durchlaufzeit werden die Drehschieber 5 und 6 in die gestrichelte Stellung geschaltet Damit fließt dann die Flüssigkeit von dem Zufluß Z über die Ventile 3 und 4 zu dem Verbraucher 1 und von dort über das Ventil 3 zu dem Meßwertgeber 2 und weiter über das Ventil 4 zum Abfluß A. Der Meßwertgeber 2 ist also in dieser Phase in den Abfluß eingeschaltet Durch die Pfeilen-Paare 7 und 8 ist angedeutet, daß sich die Flußrichtung in dem Meßwertgeber 2 und dem Verbraucher 1 nicht ändertIn the extended position of the rotary valve 5 and 6, the liquid from the inflow Zuber the VentL '3 to the transducer 2 and from there via the valve 4 to the consumer 1, from which it is via the valve 3 and valve 4 to the outlet A. flows After a predetermined throughput time, the rotary slide valves 5 and 6 are switched to the dashed position Valve 4 to the drain A. The transducer 2 is switched on in this phase in the drain. The pairs of arrows 7 and 8 indicate that the flow direction in the transducer 2 and the consumer 1 does not change

Als Meßwertgeber kann beispielsweise ein Ringkolben-Durchflußmesser verwendet werden, wie er in der Patentschrift 28 55 292 beschrieben ist Durch geeignete Sensoren wird der Umlauf des Ringkolbens in elektrische Impulse umgesetzt Zur Bildung der Differenz kann man dann z. B. einen Vor-Rückwärts-Zähler verwenden, dessen Zählrichtung synchron mit dem Drehschieber umzuschalten ist Da die Auswertung der Meßergebnisse nicht Gegenstand des Schutzbegehrens ist und der Fachmann geeignete Mittel einsetzen kann, ist sie auch nicht beschrieben, sondern lediglich durch den Block 9 angedeutetAn annular piston flow meter, for example, can be used as the transducer can be used as described in Patent Specification 28 55 292. By appropriate Sensors convert the rotation of the ring piston into electrical impulses to form the difference one then z. B. use an up / down counter, whose counting direction is to be switched synchronously with the rotary slide valve. The evaluation of the measurement results is not the subject of the protection request and the expert can use suitable means, it is not described, but merely indicated by block 9

F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der zwei Meßwertgeber IO und 11 verwendet werden. Man kann daher jeweils gleichzeitig den Zu- und den Abfluß erfassen.F i g. 2 shows a further development of the invention in which two transducers IO and 11 are used. You can therefore record the inflow and the outflow at the same time.

In der ausgezogen gezeichneten Stellung der Schieber 5 und 6 liegt der Meßwertgeber 10 in der Zuflußleitung und der Meßwertgeber 11 in der Abflußleitung. Nach Umschalten der Schieber 5 und 6 in die gestrichelte Stellung sind die beiden Meßwertgeber 10 und 11 bezüglich Zu- und Abfluß vertauscht.In the position of the slide 5 and 6 shown in solid lines, the transducer 10 is located in the inflow line and the transducer 11 in the drain line. After switching the slide 5 and 6 to the dashed line In position, the two transducers 10 and 11 are interchanged with respect to inflow and outflow.

Wie im ersten Beispiel wird auch hier die Differenzbildung aus den Meßwerten ein und desselben Meßwertgebers vorgenommen.As in the first example, the difference is formed from the measured values from one and the same transducer performed.

Bezeichnet man mit Φ\ο den jeweiligen Meßwert des Meßwertgebers 10 und entsprechend mit <P_U den Meßwert des Meßwertgebers 11 und gibt mit dem zusätzlichen Index Zbzw. A an, ob die Meßwertgeber in die Zu- bzw. Abflußleitung geschaltet sind,dann ergibt sich:One designates with Φ \ ο the respective measured value of the transducer 10 and correspondingly with <P _U the measured value of the transducer 11 and gives with the additional index Zbzw. A indicates whether the transducers are connected to the inflow or outflow line, then the result is:

Φ\οζ — Φ\\λ - Φν«0· Halbperiode)
Φ\\ζ— Φ™* - Φν/2(2. Halbperiode)
und für die ganze Umschaltperiode Φ \ οζ - Φ \\ λ - Φν «0 · half period)
Φ \\ ζ— Φ ™ * - Φν / 2 (2nd half period)
and for the entire switching period

(01OZ - Φ\οα) + (Φ\\ζ — Φ\\α) = Φν (01OZ - Φ \ οα) + (Φ \\ ζ - Φ \\ α) = Φν

gebnis ausgemittelt Wenn also der eine MeCwertgeber einen positiven Anzeigefehler und der andere einen gleichgroßen negativen Fehler aufweist, ergibt die Differenz der Fehler Null.Result averaged If one measuring value transmitter has a positive display error and the other one has negative errors of the same size, the difference between the errors is zero.

In der schematischen Darstellung sind als Umschalter Drehschieber angenommen, weil sich damit die Strömungsverhältnisse am sinnfälligsten darstellen und erklären lassen. Der Umschalter läßt sich natürlich auch als translatorischer Doppelschieber oder mit entsprechend betätigten Ventilen realisieren. Der Antrieb des Umschalters ist intermittierend ausgebildet, wobei die Umschaltung möglichst rasch erfolgt Dabei ist es unerheblich, ob der Antrieb mechanisch, elektrisch oder hydraulisch istIn the schematic representation are as toggle switches Rotary valve assumed because it is the most obvious way of representing and explaining the flow conditions permit. The changeover switch can of course also be used as a translational double slide or with a corresponding one realized actuated valves. The drive of the switch is designed to be intermittent, the Switching takes place as quickly as possible. It is irrelevant whether the drive is mechanical, electrical or hydraulic is

Praktische Versuche mit einem Drehschieber, der von einem Getriebemotor mit ca. 20 Umdrehungen pro Minute über ein Malteserkreuz angetrieben wurde und zwei Ringkolbendurchflußmesser periodisch umschaltete, haben die Richtigkeit dieser Überlegungen voll und ganz bestätigt Dabei spielte es keine Rolle, daß beim Umschalten erhebliche Druckschwankungen in der Zu- und Abflußleitung eintraten.Practical experiments with a rotary valve that is driven by a gear motor with approx. 20 revolutions per minute was driven by a Maltese cross and periodically switched over two rotary piston flow meters, have fully confirmed the correctness of these considerations. It did not matter that the Switching significant pressure fluctuations occurred in the inflow and outflow lines.

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wobei 0/vder Nutzfluß istwhere 0 / v is the useful flow

Aus dieser Beziehung geht in der Tat hervor, daß die Differenzbildung jeweils in demselben Meßwertgeber erfolgt, so daß auch keine Fehler durch unterschiedliche b5 Meßwertgeber auftreten können. Außerdem wird der Mittelwert aus der Anzeige Beider Meßwertgeber gebildet, d. h. etwaige relative Fehler werden im Meßer-Hierzu 1 Blatt ZeichnungenFrom this relationship it can in fact be seen that the difference is formed in the same transducer takes place so that no errors can occur due to different b5 transducers. In addition, the Average value formed from the display of both transducers, i.e. H. any relative errors are included in the knife-for-purpose 1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zum Messen der in einem Verbraucher verbrauchten Flüssigkeit, bei der die durch einen Meßwertgeber fließende Flüssigkeitsmenge elektrisch gemessen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (2, 10,11) mittels eines hydraulischen Doppelumschalters (3, 4) periodisch derart in den Zufluß und den Abfluß des Verbrauchers (8) umschaltbar ist, daß trotz Umschaltung des Meßwertgebers zwischen Zu- und Abfluß die Flußrichtung in dem Meßwertgeber und dem Verbraucher gleich bleibt, und daß die Differenz jeweils zweier aufeinanderfolgender Messungen erfaßbar ist1. Device for measuring the liquid consumed in a consumer, in which the by a Measuring transducer flowing amount of liquid is electrically measured and evaluated, thereby characterized in that the transducer (2, 10, 11) by means of a hydraulic double switch (3, 4) can be switched periodically in such a way into the inflow and outflow of the consumer (8) is that despite switching the transducer between inflow and outflow, the direction of flow in the transducer and the consumer remains the same, and that the difference between two consecutive Measurements is detectable 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Weiche aus zwei synchron umschaltbaren Zweiwegventilen (3,4) besteht, die so ausgebildet und so in die Verbindungsleitungen zwischen Verbraucher und Meßwertgeber geschaltet sind, daß in deren erster Stellung der Zufluß über das erste Ventil (3), den Meßwertgeber (2), das zweite Ventil (4) zum Verbraucher (8) und der Abfluß vom Verbraucher (8) über das erste Ventil (3) und das zweite Ventil (4) erfolgt, und daß in deren zweiter Stellung der Zufluß über das erste (3) und das zweite Ventil (4) zum Verbraucher (8) und der Abfluß vom Verbraucher (8) über das erste Ventil (3), den Meßwertgeber (2) und das zweite Ventil (4) erfolgt.2. Device according to claim 1, characterized in that that the hydraulic separator consists of two synchronously switchable two-way valves (3, 4), which are designed in this way and connected in the connecting lines between the consumer and the transducer are that in the first position of the inflow through the first valve (3), the transducer (2), the second valve (4) to consumer (8) and the drain from consumer (8) via the first valve (3) and the second valve (4) takes place, and that in the second position of the inflow via the first (3) and the second valve (4) to the consumer (8) and the drain from the consumer (8) via the first valve (3), the transducer (2) and the second valve (4) takes place. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Meßwertgeber (10, II), von denen je einer in den Zufluß und der andere in den Abfluß geschaltet ist, und eine hydraulische Weiche mittels der die Meßwertgeber in der Zufluß- und Abflußleitung periodisch derart miteinander vertauschbar sind, daß in den Meßwertgebern und dem Verbraucher stets die gleiche Flußrichtung herrscht.3. Device according to claim 1, characterized by two transducers (10, II), each of which one is switched into the inflow and the other into the outflow, and a hydraulic separator by means of which periodically interchangeable the transducers in the inflow and outflow lines are that in the transducers and the consumer always the same flow direction prevails. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Weiche aus zwei synchron umschaltbaren Zweiweg- (Vier) Ventilen (3,4) besteht, die so ausgebildet und so in die Verbindungsleitungen zwischen Verbraucher (8) und den Meßwertgebern (10, 11) eingeschaltet sind, daß in deren erster Stellung der Zufluß über das erste Ventil (3), den ersten Meßwertgeber (10), das zweite Ventil (4) zu dem Verbraucher (8) und der Abfluß von dem Verbraucher (8) über das erste Ventil (3), den zweiten Meßwertgeber (11) und das zweite Ventil (4) erfolgt, und daß in deren zweiter Stellung der Zufluß über das erste Ventil (4), den zweiten Meßwertgeber (11), das zweite Ventil (4), zum Verbraucher (8) und der Abfluß vom Verbraucher (8) über das erste Ventil (3), den ersten Meßwertgeber (10) und das zweite Ventil (4) erfolgt.4. Device according to claim 3, characterized in that the hydraulic switch consists of two synchronously switchable two-way (four) valves (3, 4), which are so designed and so in the connecting lines between consumer (8) and the transducers (10, 11) are switched on that in the first position of which is the inflow via the first valve (3), the first transducer (10), the second Valve (4) to the consumer (8) and the outflow from the consumer (8) via the first valve (3), the second transducer (11) and the second valve (4) takes place, and that in the second position of the Inflow via the first valve (4), the second transducer (11), the second valve (4) to the consumer (8) and the outflow from the consumer (8) via the first valve (3), the first transducer (10) and the second valve (4) takes place.