DE2849122C2

DE2849122C2 - Vorrichtung zum Messen der Durchflußrate oder der Menge eines Gases

Info

Publication number: DE2849122C2
Application number: DE19782849122
Authority: DE
Inventors: Werner Haunold; Robert 6000 Frankfurt Reimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2849122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußrate oder der Menge eines Gases, bei der ein in dem Gasstrom befindliches, einseitig eingespanntes Teil durch das strömende Gas in Schwingungen versetzt wird, die eine Funktion der Durchflußrate sind.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US-PS 09 520 bekannt. Diese Vorrichtung beruht auf dem Prinzip der Kamann'schen Wirbel, wobei das Schwingungsteil einen wirbelerzeugendeh Strömungswiderstand trägt und durch das Ablösen der kamann'schen Wirbel in Schwingungen versetzt wird. Die Schwingung erfolgt dabei senkrecht zur Strömungsrichtung.

Dieser Kamann-Wirbelmesser ist in erster Linie ein Strömungsgeschwindigkeitsgeber, der punktuell an der Stelle, wo sich der wirbelerzeugende Gegenstand befindet, mit der Strömungsgeschwindigkeit verknüpft ist. Es wird dabei die Abhängigkeit der Frequenz von der Strömungsgeschwindigkeit gemessen.

Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in einem Gasprobennahmegerät, wird eine integrale Meßgröße benötigt, also das Integral über der Strömungsrate. Für diesen Verwendungszweck, bei dem sehr genaue Luftmengen auch bei geringen Raten benötigt werden, ist die bekannte Verrichtung nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auch bei geringen Durchsatzraten sehr genaue Gesamtmengen gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Meßgehäuse eine Metallzunge einseitig so eingespannt und vom Gasstrom so beaufschlagt ist, daß sie zu Schwingungen konstanter Frequenz anregbar ist, deren Amplitude eine Funktion der Durchflußrate ist. Durch die Verwendung einer Metallzunge als Strömungsmeßwertgeber wird eine besonders einfache Vorrichtung geschaffen, deren Mcßsignal sehr gut linear ist und sich besonders in einem Gasprobennahmegerät bewährt mit dem vorgegebene, bemessene Luftmengen der Atmosphäre entnommen werden.

Die bisherigen Gasprobennahmegeräte arbeiten nach dem thermischen Anemometer-Prinzip. Dieses Meßverfahren ist wesentlich träger und läßt sich damit nicht zur Bestimmung von Kleinstmengen verwenden. Außerdem sind diese Geräte viel komplizierter aufgebaut, so daß sie nicht überall verwendet werden können.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Meßwert (Schwingungsamplitude) akustisch abgenommen wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch ein Mikrophon.

Bei dieser Meßwertebnahme braucht die die Metallzunge aufnehmende Hülse nicht besonders gelagert werden, sondern kann fest eingespannt sein.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird der Meßwert (Schwingungsamplitude) mechanisch abgenommen. Hier ist die die Metallzunge aufnehmende Hülse so gelagert, daß die Schwingungen der Hülse piezoelektrisch abgenommen werden können. Wie bereits oben ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft in einem Gasprobennahmegerät verwendet werden, mit dem vorgegebene, bemessene Luftmengen der Atmosphäre entnommen werden. Ein derartiges Gasprobennahmegerät besteht aus einer Pumpe, die vor oder hinter einem Filter angeordnet ist, das so imprägniert ist, daß es selektiv die gewünschten Luftbestandteile festhält, der Meßvorrichtung sowie einem Verstärker, einem Gleichrichter, einem Spannungsfrequenzwandler und einem Vorwahlzähler (Integrator), die das Meßsignal weiterverarbeiten, wobei die zu messende Luftmenge durch einen Vorwahlschalter einstellbar ist, der mit dem Pumpenmotor und dem Vorwahlzähler verbunden ist.

Derartige Geräte werden bei luftchemischen Untersuchungen verwendet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben die Gasprobennahmegeräte eine sehr kurze Ansprechzeit. Trotz ihrer Einfachheit und Robustheit gewährleistet das erfindungsgemäße Meßprinzip eine hohe Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Maßaufbaues vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig.3 eine schematische Darstellung des Meßaufbaues nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein in den Fig. 1 und 3 schematisch dargestelltes Gasprobennahmegerät dient zur Messung definierter Gasvolumen, wie sie insbesondere bei luftchemischen Untersuchungen benötigt werden.

Durch einen Sondenanschluß 1 wird das zu messende Gas von einer Pumpe 2 zu einem Drosselventil 3 bzw. zu einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 4 gepumpt (Fig. 1).

Die in Fig. 2 gezeigte Meßvorrichtung besteht aus einem Meßgehäuse 5 mit einem Lufteintritt 5a und einem Luftaustritt 5c.

In dem Meßgehäuse 5 ist eine Hülse 5b durch eine Gummihalterung 6 elastisch angeordnet. In der Hülse Sb

ist eine einseitig eingespannte, elastische Metallzunge 7 so angeordnet, daß sie senkrecht von der Luft angeströmt wird und eine öffnung abdeckt. Die Metallzunge 7 schwingt bei einem Luftstrom durch diese öffnung nach beiden Seiten hin und her. Die Schwingung der Metallzunge 7 wird auf die Hülse 5b übertragen und im dargestellten Aus;ührungsbeispiel von einem Meßfühler 8 abgenommen.

Die F i g. 3 zeigt die Verarbeitung dieses Meßsignals. Die von dem Meßfühler 8 erzeugte Wechselspannung wird von einem Verstärker 9, einem Gleichrichter 10 und einem Spannungs-Frequenzwandler 11 elektronisch weiterverarbeitet.

Die in der Frequenz dem Meßsignal proportionalen Impulse gelangen «om Ausgang 13 des Spannungs-Frequenzwandlers 11 zum Anschluß 13a des Vorwahlzählers 14. Dieser integriert bis zur gewünschten Gesamtmenge auf. Diese Menge läßt sich durch einen Vorwahlschalter 15 steuern und über eine Anzeige 16 kontrollieren. Der Zähler 14 ist mit einer Motorsteuerung 17 und diese mit einer Pumpe 18 elektrisch verbunden.

Das zu messende Gasvolumen wird mit dem Vorwahlschalter 15 eingestellt und über die Anzeige 16 wiedergegeben. Sobald die Anzeige 0 erreicht, schaltet der Motor automatisch ab, womit auch die Pumpe 18 ausgestellt wird.

Man erhält somit ein genau bestimmbares Gasvolumen. Das erfindungsgemäße Meßverfahren läßt sich dabei mit einer an sich bekannten, z. B. bei Musikinstrument oder sogenannten Stimmpfeifen üblichen Zungenpfeife realisieren.

Wie bereits oben ausgeführt, ist die Metallzunge 7 in dieser Zungenpfeife einseitig eingespannt und überdeckt in ihrer Ruhelage eine Strömungsöffnung. Die Metallzunge 7 wird senkrecht angeströmt, wobei die Luft durch den sich öffnenden Durchlaß zu beiden Seiten der ausgelenkten Zunge hindurchtritt. Dabei ergibt sich eine Schwingung, deren Frequenz der Eigenfrequenz der Zunge entspricht und innerhalb des Meßbereichs konstant ist. Bei entsprechender Auslegung der Metallzunge 7 wird ein hörbarer Ton erzeugt, dessen Lautstärke (Meßwert) der Schvvingungsamplitude der Metallzunge und der Durchflußrate entspricht.

Die Amplitude der Schwingungen ist also eine ausschließliche Funktion der Durchflußrate. Die das Meßsignal darstellende, veränderliche Amplitude kann sowohl akustisch als auch mechanisch abgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Durchflußrate oder der Menge eines Gases, bei der ein in dem Gasstrom befindliches, einseitig eingespanntes Teil durch das strömende Gas in Schwingungen versetzt wird, die eine Funktion der Durchflußrate sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meßgehäuse (5) eine Metallzunge (7) einseitig so eingespannt und vom Gasstrom so beaufschlagt ist, daß sie zu Schwingungen konstanter Frequenz anregbar ist, deren Amplitude eine Funktion der Durchflußrate ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert (Schwingungsamplitude) akustisch abgenommen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert (Schwingungsamplitude) mechanisch abgenommen wird.

4. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 in einem Gasprobennahmegerät zum Sammeln einer bestimmten, vorgegebenen Luftmenge, bestehend aus einer Pumpe, die vor oder hinter einem Filter angeordnet ist, das so imprägniert ist, daß es selektiv die gewünschten Luftbestandteile festhält, der Meßvorrichtung sowie einem Verstärker, einem Gleichrichter, einem Spannungs-Frequenzwandler und einem Vorwahlzähler (Integrator), die das Meßsignal weiterverarbeiten, wobei die zu messende Luftmenge durch einen Vorwahlschalter einstellbar ist, der mit dem Pumpenmotor und dem Vorwahlzähler verbunden ist.