DE4336444C1 - Durchflußsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußsensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Messen von Strömungsgeschwindigkeiten in Rohrleitungen ist z. B. zur Überwachung von Kühl- und Schmierkreisläufen oder zur Kontrolle flüssiger Medien in der erdölverarbeitenden- und chemischen Industrie, der Getränkeindustrie und in Forschung und Entwicklung von großer Bedeutung.

Ein Sensor der gattungsgemäßen Art ist aus P. Profos, Handbuch der Industrieellen Meßtechnik, Vulkan-Verlag, Essen (1974), S. 427, und aus der DE 37 12 023 A1 bekannt. Insbesondere ist aus der DD-PS 1 49 571 ein gattungsgemäßer Sensor bekannt.

Des weiteren ist aus der JP 63-70121 (A). In: Pat. Abstr. of Japan, Sect. P. (1988), Vol. 12, Nr. 295 (P-743) ein Sensor der gattungsgemäßen Art bekannt, der außerdem Mittel zur Druckmessung aufweist.

Bei allen 4 Sensoren muß die Membrane der Druckdifferenz zwischen dem Rohrinnern und der Umgebung standhalten. Bei großen Druckdifferenzen muß diese demnach entsprechend dick sein. Dementsprechend groß ist der notwendige Staudruck an der Stauscheibe und entsprechend klein die Auslenkung des Hebelsystems gegen die Rückstellkraft der nicht mehr vernachlässigbaren Feder­ wirkung einer solchen Rillmembranscheibe. Diese verminderte Ansprechempfindlichkeit führt besonders bei kleinen Strömungs­ geschwindigkeiten zu Problemen.

In der DE 93 12 642 U1 ist ein Durchflußsensor beschrieben, bei welchem der Sensorinnenraum zur Bedämpfung des Hebelsystems mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchflußsensor der e. g. Art so auszugestalten, daß auch bei hohen Drücken kleine Strö­ mungsgeschwindigkeiten erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensors.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, daß es durch die Entlastung der Membrane möglich ist, diese wesentlich dünner zu gestalten und dadurch die Meß­ empfindlichkeit zu erhöhen. Durch diese Bauweise ist es darüber hinaus möglich, gleichzeitig Drucksensoren im gleichen Gehäuse unterzubringen, da über die Rillmembranscheibe der Rohrinnendruck verlustfrei auf die Flüssigkeit im Inneren des Sensors übertragen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt die

Fig. 1 den Schnitt durch einen schematischen Sensor und die

Fig. 2 ein Hebelsystem 3, bei welchem die Schaltzunge 17 ein Teil der Feder ist.

Das erste Ausführungsbeispiel liefert ein der Strömung proportionales Ausgangssignal, es entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Sensor. Das Gehäuse 1 bildet zusammen mit der Rillmembranscheibe 2 einen hermetisch dichten Raum, welcher mit einer Flüssigkeit 20 gefüllt ist. An der Rillmembranscheibe 2 ist das Hebelsystem 3 befestigt.

Der Strömungsdruck in einem Rohr 12, welches das Medium, dessen Strömungsgeschwindigkeit erfaßt werden soll, enthält, wird durch einen Staukörper 5 erfaßt und kippt in Abhängigkeit des Staudruckes über einen biegesteifen Hebel 4 das Zentrum einer sehr dünnen Rillmembranscheibe 2. Dieses Zentrum ist somit der Drehpunkt des Hebelsystems 3. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rillmembranscheibe 2 ist ein Federelement bzw. eine Feder 6 befestigt, die an ihrem anderen Ende sich in einem, mit einem Gehäuse 1 verbundenen, als Parallelführung ausgebildeten Widerlager 9, in Richtung der Auslenkung der Rillmembranscheibe 2 bewegen kann. Dadurch bleibt der wirksame Hebelarm der Feder 6 bei der durch Druck- und Temperaturschwankungen bedingten Auslenkung der Rillmembranscheibe 2 erhalten. Das Gehäuse 1 kann entweder aus einem Teil oder, wie hier dargestellt, aus zwei Teilen, welche über eine Dichtung 10 miteinander verbunden sind, bestehen. Das Gehäuse 1 bildet zusammen mit der Rillmembranscheibe 2 einen hermetisch dichten Raum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das Gehäuse 1 sitzt in einer seitlichen Bohrung am Rohr 12 und wird über eine Dichtung 11 am Rohr gehalten. Zwischen Medium im Rohr 12 und der Rillmembranscheibe ist ein Membranschutz 18 dargestellt, welcher die dünne empfindliche Rillmembranscheibe 2 mechanische Einwirkung schützt. Im einfachsten Fall ist die seitliche Bohrung im Rohr 12 ein Sackloch, wobei die Stirnseite des Sackloches den Membranschutz 18 darstellt mit einer zentralen Öffnung, die einerseits die ungehinderte Bewegung des biegesteifen Hebels zuläßt und andererseits die Strömungs­ verhältnisse im Rohr möglichst wenig stört.

Zur Gewinnung eines elektrischen Signals als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit sind auf der Vorder- und Rückseite der Feder 6 DMS 8 befestigt, die in einer hier nicht dar­ gestellten Halbbrückenschaltung ein temperaturkompensiertes, der Biegung der Feder 6 proportionales Ausgangssignal liefern. Zu­ sätzlich kann, wie hier dargestellt, ein Drucksensor 14 im Gehäuse und ein Temperatursensor 13 im Staukörper 5 untergebracht sein.

Die Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform des Hebelsystems 3. Die Feder 6 ist hierbei dreiteilig, wobei zwei Teile so gehaltert sind wie in Fig. 1, während der andere Teil frei beweglich ist und als Schaltzunge dient. Die Schaltzunge ist die Verlängerung des biegesteifen Hebels 4 über den Drehpunkt in der Membranebene hinaus und wirkt zusammen mit einem am Gehäuse befestigten Schaltkontakt als Schalter. Durch die Wahl des Abstandes von Schaltzunge und Schaltkontakt kann die Ansprechschwelle des Sensors auf eine Mindestströmung eingestellt werden. Teil 16 ist ein Ausgleichsgewicht um die Gewichts­ momente des Hebelsystems bezüglich des Drehpunktes auszugleichen. Dies ist nur bei nicht senkrechten Einbau des Sensors von Bedeutung.

Bezugszeichenliste

 1 Gehäuse
 2 Rillmembranscheibe
 3 Hebelsystem
 4 biegesteifer Hebel
 5 Staukörper
 6 Feder
 7 Führungsteil
 8 Dehnungsmeßstreifen (DMS)
 9 Widerlager
10 Dichtung
11 Dichtung
12 Rohr
13 Temperatursensor
14 Drucksensor
15 Ausgleichsgewicht
17 Schaltzunge
18 Membranschutz
19 Flüssigkeit

Claims (6)

1. Durchflußsensor für ein strömendes Medium, bestehend aus

• a) einer Rillmembranscheibe,
• b) einem Hebelsystem, welches aus einem biegesteifen Hebel (4), welcher einen Staukörper trägt und einem Federelement, an dem Dehnungsmeßstreifen als Mittel zum Erfassen des Strömungsdrucks befestigt sind, besteht,
• c) und einem hermetisch verschlossenen Raum, welcher von einem Gehäuse und der Rillmembranscheibe gebildet wird und welcher die Mittel zum Erfassen des Strömungsdruckes enthält,

gekennzeichnet durch

• d) eine Flüssigkeit (19), welche diesen hermetisch ver­ schlossenen Raum vollständig ausfüllt und
• e) das Hebelsystem (3), mit Drehpunkt in der Ebene der Rillmembranscheibe, wobei der biegesteife Hebel (4) an der dem Medium zugewandten Seite der Rillmembranscheibe (2) und das Federelement (6) mit dem einen Ende an der anderen Seite der Rillmembranscheibe (2) derart befestigt ist, daß Hebel (4) und Federelement (6) im unbelasteten Zustand eine gerade Linie bilden.

2. Durchflußsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Federelementes (6) ein Führungsteil (7) trägt, welches sich in einem als Parallelführung ausge­ bildeten Widerlager (9) am Gehäuse in Auslenkungsrichtung der Rillmembranscheibe (2) bewegen kann, wodurch ein wirksamer Hebelarm der Feder (6) bei der durch Druck- und Temperatur­ schwankungen bedingten Auslenkung der Rillmembranscheibe (2) erhalten bleibt.

3. Durchflußsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rillmembranscheibe (2) auf der Seite des Federelementes (7) ein Ausgleichsgewicht (16) trägt, welches die Momente des Staukörpers (5) und des Hebelsystems (3) kompensiert.

4. Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltzunge (17) als Teil des Hebel­ systems (3) an der dem Medium abgewandten Seite der Rill­ membranscheibe (2) befestigt ist, welche mit einem am Gehäuse (1) befestigten Schaltkontakt zusammenwirkt.

5. Durchflußsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (17) Teil des Federelementes (6) ist.