DE2904144A1 - Fluid or gas flowmeter with piston position sensor - uses medium egress control slot and differential pressure transducer - Google Patents

Fluid or gas flowmeter with piston position sensor - uses medium egress control slot and differential pressure transducer

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DE2904144A1 DE19792904144 DE2904144A DE2904144A1 DE 2904144 A1 DE2904144 A1 DE 2904144A1 DE 19792904144 DE19792904144 DE 19792904144 DE 2904144 A DE2904144 A DE 2904144A DE 2904144 A1 DE2904144 A1 DE 2904144A1
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Abstract

A fluid or gas flowmeter having a piston in a cylinder with a spring opposing the medium pressure can use a contactless inductive piston position sensor (20). It has a high long-term constancy and produces a noise immune analogue electrical signal. A Teflon (RTM) piston coating of a few microns thickness reduces frictional hysteresis effects. The effective cross-section of a control slot (14) allowing agrees of the medium is varied by a piston (7) control edge (10). The piston position sensor consists of a fixed coil (21) with a coaxial magnetic core (23) connected to the piston and projecting inside the coil. Pressure lines connected to fittings (2, 3) downstream and upstream of the control slot (14) lead to a differential pressure sensor. Each line is connected to one of two membrance cells inside the sensor. The meter is partic. suitable for small, rapidly-changing flow rates.

Description

Durchflußmesser für strömungsfähige MedienFlow meter for flowable media

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für strömungsfähige (flüssige oder gasförmige) Medien, mit einem Behälter mit zylindrischer Bohrung und einem in der Bohrung axial verschiebbaren, gegen den Druck des Mediums durch eine Feder abgestützten Kolben.The invention relates to a flow meter for flowable (liquid or gaseous) media, with a container with a cylindrical bore and a axially displaceable in the bore against the pressure of the medium by a spring supported piston.

Eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung eines Durchflußmessers dieser Art ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung ein mit einer Auslaßöffnung für das abströmende Medium versehener Steuerschlitz vorgesehen ist, dessen wirksamer Durchlaßquerschnitt durch eine am Kolben angeordnete Steuerkante veränderbar ist. Zweckmäßig kann mit dem Kolben ein berührungslos arbeitender, induktiver Stellungsgeber gekuppelt sein Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind.A structurally very simple design of a flow meter this Type arises if, according to the invention, one with an outlet opening for the outflow Medium provided control slot is provided, the effective passage cross-section can be changed by a control edge arranged on the piston. Appropriately can with A contactless, inductive position transmitter must be coupled to the piston Advantageous refinements result from the subclaims in conjunction with the embodiments described below, which are shown in the drawing are.

Der in Figur 1 in seinem axialen Längsschnitt dargestellte Durchflußmesser 1 ist für Flüssigkeiten oder Gase bestimmt und eignet sich besonders für kleine Flüssigkeitsmengen und für die Messung sich schnell ändernder Durchflüsse. Er hat einen Einlaßstutzen 2 und einen Auslaßstutzen 3, die durch eine rohrförmige, zu diesen gleichachsige Behälterwand verbunden sind. In der Bohrung 6 der Behälterwand 5 ist ein Kolben 7 längsverschiebbar geführt, der an seiner Mantelfläche eine zylindrische Ringnut 8 aufweist, die in ihrer axialen Ausdehnung gegen den vom Einlaßstutzen 2 abgekehrten Endabschnitt 9 hin durch eine Ringschulter 10 begrenzt ist.The flow meter shown in Figure 1 in its axial longitudinal section 1 is intended for liquids or gases and is particularly suitable for small ones Liquid quantities and for measuring rapidly changing flow rates. He has an inlet port 2 and an outlet port 3, which through a tubular, to these coaxial container wall are connected. In the bore 6 of the container wall 5, a piston 7 is guided in a longitudinally displaceable manner, which has a cylindrical surface on its outer surface Has annular groove 8, which in its axial extent against that of the inlet port 2 facing away end section 9 is limited by an annular shoulder 10.

Der Kolben 7 enthält eine zentrale Sacklochbohrung 11, in welcher eine als Schraubenwickelfeder ausgebildete Druckfeder 12 aufgenommen ist. Im Bereich des oberen Endabschnittes 9 des Kolbens 7 befindet sich in der Behälterwand 5 ein Steuerschlitz 14, hinter welchem ein Umgehungskanal 15 über eine Querbohrung 16 zum Auslaßstutzen 3 führt.The piston 7 contains a central blind hole 11 in which a compression spring 12 designed as a helical coil spring is received. In the area of the upper end section 9 of the piston 7 is located in the container wall 5 Control slot 14, behind which a bypass channel 15 via a transverse bore 16 leads to the outlet port 3.

Das in den Elnlastutzen 2 einströmende, durch den Pfeil 17 angedeutete Medium gelangt über Bohrungen 18 in die Ringnut 8 und drückt den Kolben 7 entgegen der Kraft der Feder 12 soweit in Strömungsrichtung gegen den Auslaßstutzen 3, daß die als Steuerkante dienende Schult erfläche 10 den notwendigen Durchgangsquerschnitt am Steuerschlitz 14 freigibt. Durch Absteuerung der Durchflußmenge am Steuerschlitz 14 entsteht eine Druckdifferenz über dem Steuerkolben, welche durch die Federkraft der Feder 12 ausgewogen wird. Die Stellung des Kolbens ist daher ein Maß für die den Durchflußmesser durchströmende Flüssigkeits- oder Gasmenge.The flowing into the Elnlastutzen 2, indicated by the arrow 17 medium passes through holes 18 in the annular groove 8 and pushes the piston 7 against the force of the spring 12 so far in the direction of flow against the outlet 3 that serving as the control edge shoulder 10 the necessary Passage cross-section at the control slot 14 releases. By reducing the flow rate at the control slot 14, a pressure difference arises above the control piston, which is balanced by the spring force of the spring 12. The position of the piston is therefore a measure of the amount of liquid or gas flowing through the flow meter.

Die jeweilige Stellung des Kolbens 7 wird durch einen berührungslos arbeitenden, induktiven Weggeber 20 in ein elektrisch auswertbares Signal übertragen. Der Weggeber 20 enthält eine zur Behälterwand 5 konzentrische Spule 21, in deren Bohrung 22 ein Anker 23 aus magnetisch leitendem Werkstoff, der am Kolben 7 sitzt, abhängig vom Verstellweg und damit von der durchströmenden Flüssigkeitsmenge mehr oder weniger tief eingreift, so daß die wirksame Induktivität der Spule 21 am größten wird, wenn der Anker 23 vollständig in die Spule 21 bei der auftretenden maximalen Durchflußmenge eintaucht.The respective position of the piston 7 is made contactless by a working, inductive displacement transducer 20 transferred into an electrically evaluable signal. The transducer 20 contains a to the container wall 5 concentric coil 21, in which Bore 22 an armature 23 made of magnetically conductive material, which sits on the piston 7, depending on the adjustment path and thus more on the amount of liquid flowing through or engages less deeply, so that the effective inductance of the coil 21 is greatest when the armature 23 is fully inserted into the coil 21 at the maximum occurring Flow rate immersed.

In den Figuren 2 und 3 sind verschiedene Kennlinien für den Durchflußmesser nach Figur 1 dargestellt. Mit s ist der Weg des Kolbens 7 bezeichnet. Die Kennlinie 25 gilt für eine Druckfeder 12 mit weicher Kennung. Beim Einsatz einer härteren Feder entsteht die Kennlinie 26 nach Figur 2.In Figures 2 and 3 are different characteristics for the flow meter shown in FIG. The path of the piston 7 is denoted by s. The characteristic 25 applies to a compression spring 12 with a soft identifier. In use one A harder spring produces the characteristic curve 26 according to FIG. 2.

Der Flüssigkeitsdurchflußmesser nach Figur 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle des dort vorgesehenen Weggebers 20 ein Differenzdrucksensor 30 vorgesehen ist, der mit einer ersten Druckleitung 31 an dem Einlaßstutzen 2 und mit einer zweiten Druckleitung 32 an dem Auslaßstutzen 3 angeschlossen ist. Mit der ersten Leitung 31 ist der Innenraum einer Druckdose 33 verbunden, die zwei miteinander an ihrem Umfang druckdicht verschlossene Membranen 34 und 35 hat. Die obere Membran 34 ist mit einem Gehäuse 36 in ihrem Zentrum verbunden. An der anderen Membran 35 ist in deren Zentrum mit einer zwischenliegenden Scheibe 37 ein Balken 38 verbunden, welcher an zwei stabförmigen Stegen 39 eine Traverse 40 trägt.The liquid flow meter of Figure 4 differs from that of Figure 1 essentially only in that instead of that provided there Displacement sensor 20, a differential pressure sensor 30 is provided, which is connected to a first pressure line 31 at the inlet connection 2 and with a second pressure line 32 at the outlet connection 3 is connected. With the first line 31 is the interior of a pressurized can 33 connected, the two membranes which are closed pressure-tight on their circumference 34 and 35 has. The upper diaphragm 34 is connected to a housing 36 in its center. On the other membrane 35 is in its center with an intermediate disc 37 a beam 38 is connected, which on two rod-shaped webs 39 a traverse 40 carries.

An den Ausgangsstutzen 3 ist über die zweite Leitung 32 eine Druckdose 41 angeschlossen, deren obere Membran 42 in ihrem Zentrum ebenso wie die untere Druckdose 33 mit dem Gehäuse 36 fest verbunden ist. Die andere freibewegliche Membran 43 der oberen Druckdose 41 baucht sich umso stärker gegen die Traverse 40 aus, je höher der Druck p2 im Auslaßstutzen ist. Die freie Membran 35 baucht sich ebenfalls nach unten umso stärker aus, je höher der Druck pl im Einlaßstutzen 2 ist. Bei dieser Ausbauchung bewegt sich der Balken 38 zusammen mit der Traverse 40 nach unten. Der jeweilige Abstand zwischen der Membran 43 und der Traverse 40 ist demgemäß von der Größe der Druckdifferenz J p = pl - p2 abhängig.A pressure cell is connected to the outlet connection 3 via the second line 32 41 connected, the upper membrane 42 in its center as well as the lower one Pressure cell 33 is firmly connected to the housing 36. The other freely moving membrane 43 of the upper pressure cell 41 bulges more strongly against the cross member 40, the more the pressure p2 in the outlet connection is higher. The free membrane 35 also bulges downward, the stronger the higher the pressure pl in the inlet port 2. At this Bulge, the beam 38 moves together with the cross member 40 downwards. Of the respective distance between the membrane 43 and the cross member 40 is accordingly of the Size of the pressure difference J p = pl - p2 dependent.

Zur Messung dieses Abstandes ist eine aus der DE-OS 24 31 630 bekannte optoelektronische Einrichtung vorgesehen, welche eine mit ihren nicht dargestellten Lichtstrahlen gegen die untere Membran 43 gerichtete Lichtquelle 45, beispielsweise eine Leuchtdiode und ferner ein lichtempfindliches Empfängerelement 46 sowie ein licht empfindliches Regelelement 47 und außerdem eine Verstärkerschaltung 48 enthält, die mit diesen Bauelementen über Leitungen 49 verbunden ist. Das lichtempfindliche Regelelement 47 dient in bekannter Weise dazu, die Intensität der Lichtquelle 45 derart nachzuregeln, daß an dem lichtempfindlichen Empfängerelement 47 ein konstanter Fotostrom fließt, obwonl sich die Remission an der Membran 43 umso stärker vermindert, je größer der Abstand dieser Membran gegenüber der Lichtquelle bei größer werdendem Druckunterschied wird.To measure this distance is known from DE-OS 24 31 630 optoelectronic device is provided, which one with its not shown Light source 45 directed against the lower membrane 43, for example a light emitting diode and also a light-sensitive receiver element 46 and a light-sensitive control element 47 and also contains an amplifier circuit 48, which is connected to these components via lines 49. The light sensitive Control element 47 is used in a known manner to control the intensity of light source 45 readjusted in such a way that at the light-sensitive receiver element 47 a constant Photocurrent flows, although the remission at the membrane 43 is all the more reduced, the greater the distance between this membrane and the light source as it becomes larger Pressure difference becomes.

In Figur 3 sind verschiedene Kennlinien für den Differenzdruckgeber nach Figur 4 wiedergegeben. Der Verlauf dieser Kennlinien kann durch einfache mechanische und/oder elektrische Stelleinrichtungen so beeinflußt werden, daß nach der Linie 51 sich eine annähernd lineare Kennlinie oder nach der Linie 52 eine Kennlinie mit logarithmischer Abhängigkeit ergibt.In Figure 3 are different characteristics for the differential pressure transducer reproduced according to FIG. The course of these characteristics can be determined by simple mechanical and / or electrical control devices are influenced so that after the line 51 has an approximately linear characteristic curve or, following line 52, a characteristic curve with logarithmic dependence results.

Eine logarithmische Kennlinie der bei 52 angedeuteten Art bringt den Vorteil mit sich, daß mit ihr Mittelwertsfehler bei Pulsationen der Durchflußmenge wesentlich reduziert werden. Neben dem großen Durchflußmeßbereich, der sich beispielsweise über 1:100 erstrecken kann und die Unempfindlichkeit gegen Beschleunigungen, welche einen unmittelbaren Anbau des Durchflußmengenmessers an einer Brennkraftmaschine möglich macht, ergibt sich der besondere Vorteil bei den beschriebenen Durchfluß messern, daß sie eine hohe Langzeitkonstanz aufweisen und ein störunempfindliches, elektrisches Analogcignal liefern.A logarithmic curve of the type indicated at 52 brings the The advantage is that with her mean value error in the case of pulsations in the flow rate can be significantly reduced. In addition to the large flow measuring range, which is for example can extend over 1: 100 and the insensitivity to accelerations, which a direct attachment of the flow meter to an internal combustion engine makes possible, the special one results Advantage with the described Flow meters to ensure that they have a high long-term constancy and that they are insensitive to interference, deliver electrical analog signal.

Da keine Nittelwertsfehler auftreten können, sind Pulsationen im Durchfluß oder durch beim Anbau an eine Brennkraftmaschine entstehende Rüttelbewegunger erwünscht, da mit ihnen die durch Reibung des Kolbens in der Bohrung entstehende Hysterese erheblich herabgesetzt wird. Zur Verringerung der Hysterese kann vorteilhaft auf dr Lauffläche des Kolbens eine Teflonbeschichtung in Stärke von wenigen /um angebracht werden.Since no mean value errors can occur, there are pulsations in the flow or by shaking movements that occur when attaching to an internal combustion engine, because with them the hysteresis resulting from the friction of the piston in the bore is significantly reduced. To reduce the hysteresis can be advantageous on A Teflon coating with a thickness of a few μm is applied to the running surface of the piston will.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (7)

Ansprüche Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien3 mit einem Behälter mit zylindrischer Bohrung und einem in der Bohrung axial verschiebbaren, gegen den Druck des Mediums durch eine Feder abgestützten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Auslaßöffnung für das abströmende Medium versehener Steuerschlitz (14) vorgesehen ist, dessen wirksamer Durchlaßquerschnitt durch eine am Kolben (7) angeordnete Steuerkante (10) veränderbar ist.Claims flow meter for liquid or gaseous media3 with a container with a cylindrical bore and one axially displaceable in the bore, Piston supported against the pressure of the medium by a spring, characterized in that that a control slot provided with an outlet opening for the outflowing medium (14) is provided, the effective passage cross-section through a on the piston (7) arranged control edge (10) is variable. 2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kolben (7) ein induktiver elektrischer Stellungsgeber (20) gekuppelt ist.2. Flow meter according to claim 1, characterized in that with an inductive electrical position transmitter (20) is coupled to the piston (7). 3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsgeber (20) aus einer feststehenden Spule (21) und einem zur Spule gleichachsig angeordneten, vorzugsweise in die Spule eintauchenden Kern (23) aus magnetisch wirksamen Werkstoff besteht, der mit dem Kolben (7) verbunden ist.3. Flow meter according to claim 2, characterized in that the Position transmitter (20) made up of a stationary coil (21) and one coaxial with the coil arranged, preferably immersed in the coil core (23) made of magnetically effective Material is made, which is connected to the piston (7). 4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Steuerschlitz (14) je eine von zwei Druckleitungen (31, 32) an den Behälter (5) angeschlossen ist, die zu einem elektrischen Differenzdrucksensor (30) führen.4. Flow meter according to claim 1, characterized in that before and behind the control slot (14) each one of two pressure lines (31, 32) to the Container (5) is connected to an electrical differential pressure sensor (30) to lead. 5. Durchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder der beiden Druckleitungen (31, 32) eine geschlossene Membrandose (33, 41) verbunden ist.5. Flow meter according to claim 4, characterized in that with each of the two pressure lines (31, 32) a closed diaphragm box (33, 41) connected is. 6. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der beiden Membranen (3, 35 bzw.6. Flow meter according to claim 5, characterized in that each one of the two membranes (3, 35 or 42, 43) der Membrandosen (33, 41) mit einem gemeinsamen Träger (36) verbunden ist, und daß von den freibeweglichen Membranen (35, 43) wenigstens eine (35) mit einem elektrischen Bauelement (46, 47) besetzt ist, dessen elektrischer Wert sich in Abhängigkeit von der gegenseitigen Auslenkung der freibeweglichen Membranen ändert.42, 43) of the membrane cans (33, 41) with a common carrier (36) is connected, and that of the freely movable membranes (35, 43) at least one (35) is occupied by an electrical component (46, 47) whose electrical Value depends on the mutual deflection of the freely movable membranes changes. 7. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauelement ein optoelektrischer Sensor (45, 46, 47) vorgesehen ist.7. Flow meter according to claim 6, characterized in that as Component an optoelectronic sensor (45, 46, 47) is provided.
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