Claims (6)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Gasmengendurchfluss-Messgerät bestehend aus einem in einem Zylinder (2) mit Motorkraft (4) verschiebbaren Kolben (3) mit einem Füllventil (11) und einer Ausstosslei-tung (14) mit Dosierventil (12), dadurch gekennzeichnet,1. Gas flow rate measuring device consisting of a piston (3) which can be displaced in a cylinder (2) with engine power (4) and has a filling valve (11) and a discharge line (14) with a metering valve (12), characterized in that
dass der Zylinder (2) mit dem Kolben (3) in einen Behälter (1) eingebaut ist, wobei der Zylinder (2) aus dem Behälter (1) über das Füllventil (11) gefüllt werden kann und über ein Druckdifferenz-Messgerät (10) mit elektrischem Ausgangssignal den bei Gasentnahme aus dem Dosierventil (12) bei geschlossenem Füllventil (11) entstehenden Differenzdruck mit Hilfe eines Schaltverstärkers (9) durch motorisches Verschieben des Kolbens (3) wieder aufhebt.that the cylinder (2) with the piston (3) is built into a container (1), whereby the cylinder (2) can be filled from the container (1) via the filling valve (11) and via a pressure difference measuring device (10 ) with an electrical output signal, cancels the differential pressure that occurs when gas is withdrawn from the metering valve (12) with the filling valve (11) closed with the aid of a switching amplifier (9) by motor-driven displacement of the piston (3).
2. Gasmengendurchfluss-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange ein Zählwerk betätigt, das die Volumenänderung des Zylinders (2) anzeigt.2. Gas flow meter according to claim 1, characterized in that the piston rod actuates a counter which indicates the change in volume of the cylinder (2).
3. Gasmengendurchfluss-Messgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) evakuierbar ist.3. Gas flow meter according to claims 1 and 2, characterized in that the container (1) can be evacuated.
4. Gasmengendurchfluss-Messgerät nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (1) über einen Gaseinlass (5) mit Hilfe eines Dosierventils (6) eines Druckreglers (7) und einer Vakuumpumpe (8) ein konstanter Gasdruck einstellbar ist.4. Gas flow meter according to claims 1-3, characterized in that a constant gas pressure can be set in the container (1) via a gas inlet (5) with the aid of a metering valve (6), a pressure regulator (7) and a vacuum pump (8). .
5. Gasmengendurchfluss-Messgerät nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange des Kolbens (3) durch eine Zwischenkammer (13) in die atmosphärische Umgebung austritt und der Gaseinlass in den Behälter (1) durch diese Zwischenkammer über das Dosierventil (6) erfolgt, wobei die Kolbenstange in beiden Wänden der Zwischenkammer verschiebbar abgedichtet ist.5. Gas flow meter according to claims 1-4, characterized in that the piston rod of the piston (3) exits through an intermediate chamber (13) into the atmospheric environment and the gas inlet into the container (1) through this intermediate chamber via the metering valve ( 6) with the piston rod slidably sealed in both walls of the intermediate chamber.
6. Gasmengendurchfluss-Messgerät nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Zwischenkammer (13) grösser oder gleich dem Umgebungsdruck ist.6. Gas flow meter according to claims 1-5, characterized in that the pressure in the intermediate chamber (13) is greater than or equal to the ambient pressure.
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von Gasströmen in der Vakuumtechnik nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Gasströme der Grössenordnung > 1 mbar • 1/s werden mit Schwebekörperdurchflussmessgeräten gemessen. Für kleinere Gasströme verwendet man heute oft thermo-elektrische Durchflussmesser, die aus der durch den Gasstrom transportierten Wärmemenge den Gasdurchfluss ermitteln. Diese Geräte sind in ihrem Messbereich nach unten beschränkt durch den kleinsten nachweisbaren Wärmestrom. Die kleinsten messbaren Gasströme liegen bei 1 • 10-2 mbar 1/s. Weiterhin sind Messgeräte bekannt, die ein Labyrinth sehr enger Kanäle aufweisen, in denen unterhalb eines bestimmten Druckes Molekularströmung herrscht. Durch genaue Druckdifferenzmessung zwischen Eingang und Ausgang dieser Kanäle kann man bei bekanntem Strömungswi-derstand die Gasdurchflussmenge berechnen. Die untere Messgrenze dieser Geräte liegt bei 2 • 10-4 mbar 1/s. Alle diese Geräte haben den Nachteil, dass ihre Anzeige von der Gasart abhängig ist und dass sie kalibriert werden müssen. Bei Verschmutzung der Messgeräte können erhebliche Fehler auftreten, die der Benutzer nicht einfach erkennen kann.The invention relates to a device for measuring gas flows in vacuum technology according to the preamble of claim 1. Gas flows of the order of magnitude > 1 mbar • 1/s are measured with variable area flow meters. For smaller gas flows, thermoelectric flow meters are often used today, which determine the gas flow from the amount of heat transported by the gas flow. These devices are limited in their measuring range by the smallest detectable heat flow. The smallest measurable gas flows are 1 • 10-2 mbar 1/s. Furthermore, measuring devices are known which have a labyrinth of very narrow channels in which molecular flow prevails below a certain pressure. By precisely measuring the difference in pressure between the inlet and outlet of these channels, the gas flow rate can be calculated if the flow resistance is known. The lower measuring limit of these devices is 2 • 10-4 mbar 1/s. All these devices have the disadvantage that their display depends on the type of gas and that they have to be calibrated. If the measuring devices are dirty, significant errors can occur that the user cannot easily identify.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasmengendurchflussmessgerät zu schaffen, das denThe present invention has for its object to provide a gas flow meter that
Gasdurchfluss aus den elementaren Werten Druck, Volumenänderung und Zeit misst, so dass keine Kalibrierung erforderlich ist. Ausserdem sollen noch kleinere als die oben angegebenen Gasströme gemessen werden können.Measures gas flow from the elementary values of pressure, volume change and time, so no calibration is required. In addition, even smaller gas flows than those specified above should be able to be measured.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Anordnung, wie im Anspruch 1 beschrieben.The object is achieved by an arrangement as described in claim 1.
Die Gasdurchflussmenge Q wird ermittelt durch Messung des Druckes P im Behälter 1, der gleich dem Druck im Zylinder 2 ist, und der Volumenänderung A V im Zylinder 2, die durch Verschieben des Kolbens während der Zeit À t verursacht wird bei geschlossenem Ventil 11 nach der FormelThe gas flow rate Q is determined by measuring the pressure P in container 1, which is equal to the pressure in cylinder 2, and the volume change A V in cylinder 2, which is caused by displacement of the piston during the time À t with valve 11 closed using the formula
Der Vorteil der Erfindung gegenüber den zur Zeit bekannten Geräten ist die Durchflussmengenmessung mit Hilfe elementar messbarer Grössen, wie Druck, Zeit, Volumen, wobei die Volumenanzeige vorteilhaft nach Anspruch 2 erfolgt. Eventuelle Undichtigkeiten zwischen Kolben und Zylinder spielen keine Rolle, da zwischen Innen- und Aussen-raum des Kolbens keine Druckdifferenz > 0,3 mbar auftritt. Durch Wahl des Zylinderinhaltes von 0,0011 kann bei Entleerung des Zylindervolumens in 1000 s bei Atmosphärendruck eine untere Messgrenze von 1 • 10~3 mbar 1/s erreicht werden. Die untere Messgrenze sinkt auf 5 • 10~5 mbar • 1/s, wenn der Druck 15 nach Anspruch 4 auf 50 mbar gesenkt wird.The advantage of the invention over the currently known devices is the flow rate measurement with the aid of elementary measurable variables such as pressure, time, volume, with the volume display advantageously taking place according to claim 2 . Any leaks between the piston and cylinder are irrelevant, since there is no pressure difference > 0.3 mbar between the interior and exterior of the piston. By choosing a cylinder capacity of 0.0011, a lower measurement limit of 1 • 10~3 mbar 1/s can be achieved when the cylinder volume is emptied in 1000 s at atmospheric pressure. The lower measurement limit drops to 5 • 10 -5 mbar • 1/s when the pressure 15 is reduced to 50 mbar according to claim 4 .
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 und ein Betrieb nach Anspruch 6. Dadurch wird bei eventuell vorhandenen Lecks in der Kolbenstangenabdichtung eine Verunreinigung des Messgases durch die Umgebungsluft verhindert.In this context, an embodiment of the invention according to claim 5 and an operation according to claim 6 are advantageous. In this way, contamination of the measuring gas by the ambient air is prevented if there are any leaks in the piston rod seal.
Durch Unabhängigkeit von der Gasart ist das Gerät sehr gut zum Kalibrieren anderer Durchflussmessgeräte geeignet.Being independent of the type of gas, the device is very well suited for calibrating other flow meters.
Mit Hilfe des folgenden Beispiels soll die Funktion des Gasmengendurchflussmessgerätes näher erläutert werden.The function of the gas flow meter is to be explained in more detail with the help of the following example.
Zunächst wird mit geschlossenem Dosierventil 12 und geöffnetem Dosierventil 6 und Füllventil 11 die gesamte Apparatur evakuiert. Dann wird der Kolben 3 in die untere Extremstellung gebracht. Danach lässt man das zu messende Gas durch den Gaseinlass 5 und die Zwischenkammer 13 über das Dosierventil 6 in den Behälter 1 einströmen. Mit Hilfe des Druckreglers 7 und der Vakuumpumpe 8 wird im Behälter 1 ein bestimmter Arbeitsdruck P eingestellt, der am Manometer 15 gemessen wird. Am Anschluss 14 ist der Gasverbraucher angeschlossen. Das Dosierventil 12 wird auf den erforderlichen Gasdurchsatz eingestellt. Die Messung beginnt mit Schliessen des Füllventils 11. Durch Absaugen von Gas aus dem Zylinder 2 erniedrigt sich der Druck in demselben.First, the entire apparatus is evacuated with the metering valve 12 closed and the metering valve 6 and filling valve 11 open. Then the piston 3 is brought into the lower extreme position. The gas to be measured is then allowed to flow into the container 1 through the gas inlet 5 and the intermediate chamber 13 via the metering valve 6 . With the help of the pressure regulator 7 and the vacuum pump 8, a specific working pressure P is set in the container 1, which is measured on the manometer 15. The gas consumer is connected to connection 14. The metering valve 12 is set to the required gas throughput. The measurement begins when the filling valve 11 is closed. By sucking gas out of the cylinder 2, the pressure in the same decreases.
Der Druckmesser 10 setzt über den Schaltverstärker 9 bei Entstehen einer Druckdifferenz > 0,3 mbar den Kolben 3 über den Motor 4 in Bewegung. Bei Druckausgleich am Druckmesser 10 wird der Kolben wieder angehalten. Durch Ermitteln der Kolbenverschiebung während einer Zeit A t wird die Durchflussmenge Q wie oben angegeben errechnet. Nach Ende der Messung wird das Füllventil 11 wieder geöffnet und der Kolben in die Ausgangsstellung zurückgefahren. Nach Schliessen des Füllventils 11 kann eine neue Messung beginnen.The pressure gauge 10 uses the switching amplifier 9 to set the piston 3 in motion via the motor 4 when a pressure difference of >0.3 mbar occurs. When the pressure equalizes on the pressure gauge 10, the piston is stopped again. By determining the piston displacement during a time At, the flow rate Q is calculated as above. After the end of the measurement, the filling valve 11 is opened again and the piston is returned to its starting position. After closing the filling valve 11, a new measurement can begin.
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
5555
6060
cc
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings