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Durchflußmeßgerät
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BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät mit einem
Meßteil zur Lieferung eines Ausgangssignales in Abhängigkeit des Durchflusses und
einem mit dem Meßteil gekoppelten Zählwerksteil zum Umwandeln des Ausgangssignales
des Meßteiles in einen von diesem abhängigen Meßwert.
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Derartige Durchflußmeßgeräte sind insbesondere als Wassermesser bekannt.
Sie dienen dazu, den momentanen Volumenstrom des durchfließenden Mediums und/oder
das innerhalb einer vorgegebenen Zeit oder insgesamt durchgeflossene Volumen zu
messen und anzuzeigen. Das Meßteil weist dabei üblicherweise ein im Fluidstrom angeordnetes
drehbares Teil wie beispielsweise ein Flügelrad oder eine Turbine auf, dessen Drehzahl
vom durchfließenden Volumenstrom abhängt. Diese Abhängigkeit kann jedoch aufgrund
von Fertigungstoleranzen oder auch je nach durchfließendem Medium, dessen Viskosität
oder Temperatur variieren. Aus diesem Grund ist im Meßteil herkömmlicher Durchfiußmeßgeräte
üblicherweise ein das Flügelrad bzw. die Turbine umgehender Bypaß vorgesehen, dessen
Querschnitt zum Kalibrieren des Durchflußmeßgerätes beispielsweise mittels einer
Regulierungsschraube einstellbar ist.
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Zur Messung des momentanen Durchflusses bzw. Volumenstromes eines
Fluids ist es bekannt, Schwebekörper-Durchflußmeßgeräte
zu verwenden.
Diese Durchflußmeßgeräte haben den Nachteil, daß sich ihre Kalibrierkurve im Laufe
der Zeit infolge Verschmutzung und auch bei temperaturbedingten Viskositätsänderungen
des Mediums ändert. Diese Nachteile sind insbesondere dann gravierend, wenn beispielsweise
der Durchfluß von zur Heizung von Werkzeugmaschinenteilen oder Formen verwendeten
Wärmeträgermedien bestimmt werden soll, da diese sehr leicht verschmutzen und deren
Viskosität auch stark temperaturabhängig ist.
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Durchflußmeßgeräte der eingangs beschriebenen Art sind ferner zum
Zweck der Messung eines durchgeflossenen Fluidvolumens bekannt. Das Meßteil weist
dabei üblicherweise einen Rotor auf, dessen Umdrehungszahl vom durchgeflossenen
Mediumvolumen abhängt. Diese Abhängigkeit kann jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen
oder auch je nach durchfließendem Medium, dessen Viskosität oder Temperatur variieren.
Aus diesem Grund ist im Meßteil herkömmlicher Durchflußmeßgeräte üblicherweise ein
den Rotor umgehender Bypaß vorgesehen, dessen Querschnitt zum Kalibrieren des Durchflußmeßgerätes
beispielsweise mittels einer Regulierungsschraube einstellbar ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Durchfluß meßgerät
zu schaffen. Insbesondere soll eine genaue Messung und Anzeige des momentanen Durchflusses
insbesondere von Wärmeträgermedien und eine Kalibrierung ermöglicht werden, ohne
daß ein Bypaß bzw. eine Regulierungsschraube vorgesehen ist.
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Diese Autgabe wird durch ein Durchflußmeßgerät der eingangs beschriebenen
Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet ist,
daß das Zählwerksteil derart ausgebildet ist, daß die Abt-ngigkeit des Meßwertes
vom Ausgangssignal des Meßteiles einstellbar ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Von
den Figuren zeigen: Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes; Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer
im erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerät vorgesehene Schaltung; und Fig. J eine weitere
Ausführungsform einer im erfindungsgemäßen Durchtlußmeßgerät vorgesehenen Schaltung.
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Das in Fig. 1 dargestellte Durchflußmeßgerät 1 weist ein Meßteil 2
und ein am Meßteil 2 befestigtes Zählwerksteil 3 auf. Im Meßteil 2 ist ein sich
von einem Einlaß 4 zu einem Auslaß 5 erstreckender Kanal 6 vorgesehen, in dem ein
Flügelrad 7 um eine Flügelradachse 8 derart drehbar angeordnet ist, daß es durch
vom Einlaß 4 zum Auslaß 5 durch den Kanal 6 strömenden Medium in Richtung des Pfeiles
9 in Drehung versetzt wird.
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Die Drehbewegung der Flügelradachse 8 wird über eine Magnetkupplur,g
10 auf eine Welle 11 übertragen, die koaxial zur
Flügelradachse
8 im Zählwerksteil 3 angeordnet und vom Flügelrad durch eine Druckplatte 12 getrennt
ist, die den vom durchströmenden Fluid benetzten Naßraum begrenzt. Die Welle 11
ist mit einem Drehzahlaurnehmer 13 verbunden, der eine an der Welle zentrisch befestigte
Intervallscheibe 14 und eine mit dieser zusammenwirkende Lichtschranke 15 aufweist.
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Die lntervailscheibe 14 ist als runde Scheibe ausgebildet, die über
ihren Umfang in gleichen Abständen verteilt 20 radial angeordnete Schlitze 16 bzw.
Zähne 17 aufweist. Es kann jedoch auch jede andere geeignete Zahl von Zähnen verwendet
werden. Die Lichtschranke 15 ist in einem solchen Abstand von der Welle 11 angeordnet,
daß sie die Schlitze 16 bzw.
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Zähne 17 bei einer Umlaufbewegung der Welle 11 abtastet. Sie wirkt
als Impulsgeber, der bei jedem erfaßten Schlitz 16 bzw. Zahn 17 ein Ausgangssignal
an eine im folgenden beschriebene Wandlerschaltung 18 abgibt.
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Eine erste Ausführungsform dieser Wandlerschaltung 18 ist in Fig.
2 dargestellt. Das Ausgangssignal des Impulsgebers bzw.
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der Lichtschranke 15 wird einem Impulsformer 19 zum Formen eines zur
digitalen Weiterverarbeitung geeigneten Signal es zugeführt. Der Ausgang des Impulsformers
19 ist mit dem Zähleingang 20 eines Zählers 21 verbunden, der einen Rücksetzeingang
22 und einen mit einem Speicher 23 verbundenen Ausgang 24 aufweist. Der Speicher
23 weist einen weiteren Eingang 25 zum Anlegen eines Ubernahmesignales und einen
mit einer vorzugsweise vierstelligen Anzeige 26 verbundenen Ausgang auf.
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Der RUcksetzeingang 22 des Zählers 21 ist mit dem Ausgang eines Torzeitzählers
26 verbunden, dessen Eingang mit einem Frequenzgenerator 27 verbunden ist, dessen
Ausgangsfrequenz
einstellbar ist. Dazu ist der Frequenzgenerator
27 beim Ausführungsbeispie nach Fig. 2 als Multivibrator 28 ausgebildet, dessen
Schwingungsfrequenz über einen einstellbaren Widerstand bzw. Potentiometer 29 veränderbar
ist. Selbstverständlich kann die Einstellung der Schwingungsfrequenz auch über ein
anderes einstellbares Bauteil eines Multivibrators bzw. Schwingkreises, beispielsweise
eine einstellbare Kapazität oder Induktivität, erfolgen.
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Der Ausgang des Impulsformers 19 und des Multivibrators 28 ist ferner
jeweils mit einem Eingang eines Komparators 30 verbunden, dessen Ausgang mit einer
Signalanzeige 31, beispielsweise einer Leuchtdiode, verbunden ist. Ferner ist zwischen
dem Ausgang des Torzeitzählers 26 und dem Übernahmeeingang 25 des Speichers 23 ein
Differenzierglied 32 vorgesehen.
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Im Betrieb wird die Intervallscheibe 14 durch die Rotation des Flügelrades
7 über die Magnetkupplung 10 in Drehung versetzt, wobei ihre Drehzahl der des Flügel
rades entspricht.
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Bei dieser Drehung tastet die Lichtschranke 15 die an ihr vorbeilaufenden
Schlitze 16 bzw. Zähne 17 ab und liefert bei jedem Schlitz 16 bzw. Zahn 17 ein Signal
an den Impulsformer 19, der dieses in ein für die digitale Weiterverarbeitung geeignetes
Rechtecksignal umwandelt. Diese Signale werden im Zähler 21 bis zu dem Zeitpunkt
gezählt, an dem am Eingang 22 ein Rücksetzsignal R anliegt. Dieses Rücksetzsignal
6 bewirkt ein Rücksetzen des Zählers 21 auf den Ausgangswert, beispielsweise Null,
und eine Ubernahme des Inhaltes des Zählers 21 vor dem Rücksetzen in den Speicher
23 durch das dem Eingang 25 des Speichers 23 über das Differenzierglied 32 zugeführte
Ubernahmesignal. Der Speicherinhalt wird daraufhin in der Anzeige 26 angezeigt.
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Damit ist zunächst eine Anzeige des momentanen Durchflusses 3 direkt
in einer geeigneten Einheit, beispielsweise m /h, ohne eine besondere Verarbeitungsschaltung
wie beispielsweise eine Digital-Multiplikationsschaltung, bei geeigneter Wahl der
Torzeit zwischen zwei Rücksetzsignalen möglich. Soll beispielsweise bei einem Durchflußmeßgerät
mit einem Meßumfang von 300 bis 3.600 l/h der momentane Durchfluß direkt in dieser
Einheit angezeigt werden, dann wird beispielsweise ein Meßteil, bei dem das Flügelrad
8 30 Umdrehungen pro Liter durchführt, und eine Invervallscheibe mit 20 Schlitzen
verwendet. Damit ergibt sich eine Frequenz des Eingangssignales des Zählers 21 von
50 bis 600 Hz für den oben genannten Meßbereich. Wird nun eine Torzeit von 6 Sekunden
zwischen zwei Rücksetzsignalen R gewählt, dann ist der in den Speicher 23 übernommene
Zählerstand unmittelbar vor jedem Rücksetzsignal bei einem Durchfluß von 300 l/h
genau der Wert 300 und bei einem Durchfluß von 3.600 l/h genau der Wert 3.600. Dieser
Wert kann also direkt auf der Anzeige 26 angezeigt werden. Selbstverständlich ist
auch jede andere Wahl der Torzeit möglich. Es kommt lediglich darauf an, Flügelrad
7, Intervallscheibe 14 und Torzeit so aufeinander abzustimmen, daß das Verhältnis
des Zahlenwertes des Volumenstromes in einer gewünschten anzuzeigenden Einheit zu
dem in einer Ausgangseinheit durch das Produkt aus Flügelradcharakteristik in U/1,
Schlitzzahl der Intervallscheibe 14 und Torzeit zwischen zwei Rücksetzsignalen R
gebildet ist.
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Aufgrund dieses Zusammenhanges von Flügelradcharakteristik, Intervallscheibe
und Torzeit ist es möglich, Anderungen der Flügelradcharakteristik aufgrund von
Fertigungstoleranzen oder unterschiedlicher Fluid-Viskositäten durch Anderungen
der Torzeit auszugleichen und damit das Durchflußmeßgerät 1
zu
kalibrieren. Betrachtet man beispielsweise den Fall, daß das Flügelrad fertigungsbedingt
statt 30 Umdrehungen pro Liter nur 29 U/1 durchführt, dann ist eine direkte Anzeige
in l/h dann möglich, wenn die Torzeit von 6 sec. auf 6,276 sec. erhöht wird. Es
ist also erforderlich, die Torzeit stufenlos einstellbar zu machen.
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Zu diesem Zweck dient der einstellbare Frequenzgenerator 27 mit dem
Torzeitzähler 26. Eine Ausgangsfrequenz des Prequenzgenerators 27 wird vom Multivibrator
28 geliefert und ist durch Einstellen des variablen Widerstandes bzw. Ptentiometers
29 stufenlos veränderbar. Der Torzeitzähler 26 ist so ausgebildet, daß er die vom
Frequenzgenerator 27 gelieferten Signale zählt und nach einem vorbestimmten Zählerstand
das RUcksetzsignal abgibt. Der Zählerstand wird so gewählt, daß bei einer voreingestellten
Frequenz des Frequenzgenerators 27 das Rücksetzsignal alle 6 Sekunden erfolgt. Damit
ist es möglich, durch Andern der Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators 27 die
Torzeit zwischen zwei Rücksetzsignalen R stufenlos zu verändern.
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Zusätzlich kann mittels des Komparators 30 ein Vergleich der Ausgangsfrequenzen
des Impulsformers 19 und des Frequenzgenerators 27 derart durchgeführt werden, daß
beispielsweise ein minimaler Durchfluß, der beispielsweise bei einer Verstopfung
einer Leitung auftritt, feststellbar ist. Der Komparator liefert bei Unterschreiten
des dem minimalen Durchfluß entsprechenden Yrequenzverhältnisses ein Signal an die
Signalanzeige 31. Selbstverständlich kann der Ausgang des Kompa-.ators 30 auch mit
einer anderen Signaleinrichtung oder einer Steuereinrichtung, beispielsweise zum
Offnen oder Schließen eines Ventiles, verbunden werden.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandlerschaltung
18 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 insbesondere
durch den Aufbau des Frequenzgenerators für die Torzeit. Anstelle des Frequenzgenerators
27 mit variabler Frequenz ist ein Frequenzgenerator 33 mit fester Ausgangsfrequenz,
beispielsweise ein Quarzoszillator, vorgesehen. Der Ausgang des Oszillators 33 ist
mit dem Eingang eines voreinstellbaren Zählers 34 verbunden, dessen Ausgang mit
dem Torzeitzähler 26 verbunden ist. Der voreinstellbare Zähler 34 ist so ausgebildet,
daß er die vom Oszillator 33 gelieferten Impulse von einem voreingestellten Anfangswert
N abwärts zählt und beim Erreichen des Wertes Null ein Signal an den Torzeitzähler
26 abgibt. Selbstverständlich kann der Zähler 34 auch als Aufwärtszähler ausgebildet
sein, wobei das Signal an den Torzeitzähler 26 bei Erreichen eines voreingestellten
Endwertes abgegeben wird. Der Anfangswert N kann von außen eingestellt werden. Das
Ausgangssignal des voreinstellbaren Zählers 34 besitzt damit eine Frequenz, die
direkt vom eingestellten Anfangswert N abhängt. Damit ist es möglich, durch Änderung
des Anfangswertes N die Torzeit zwischen zwei RUcksetzsignalen zu verändern und
damit das Durchflußmeßgerät zu kalibrieren. Die Ausführungsform nach Fig. 3 hat
dabei gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 den Vorteil, daß aufgrund des verwendeten
Oszillators mit fester Frequenz die Langzeitstabilität der Torzeit wesentlich erhöht
wird.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Durchflußmeßgerätes ermöglicht
also die direkte Anzeige des gemessenen Durchflusses in einer gewünschten Einheit
und die Kalibrierung des Gerätes bzw. Anpassung an verschiedene Fluide ohne die
Notwendigkeit, eine mechanische Kalibrierung vornehmen zu müssen.
Damit
ist ein derartiges Durchflußmeßgerat erfindungsgemäß insbesondere für die Messung
des momentanen Durchflusses von Wärmeträgermedien, beispielsweise Wasser oder Öl,
zur Temperierung von Werkzeugteilen oder Formen, z.B. beim Spritzgießen von Thermoplasten,
geeignet. Die Temperatur, die mit derartigen als Heiz- oder Kühlmittel eingesetzten
Wärmeträgermedien im Werkzeug erreicht werden kann, wird dabei außer von der Vorlauftemperatur
auch gerade durch diesen momentanen Durchsatz des Mediums durch das Werkzeug oder
die Form bestimmt. Die genaue reproduzierbare Anzeige des Mediumdurchsatzes ermöglicht
also eine genauere Temperierung, wodurch engere Toleranzen eingehalten und die Qualität
der Produktion erhöht werden kann.