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Ringkolbenzähler mit induktiver oder kapazitiver Meßwertübertragung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ringkolbenzähler mit induktiver
Meßwertübertragung. Bekannte Meßvorrichtungen für fließende Medien der üblichen
Bauart weisen eine Meßkammer auf, die ein messendes Bauteil enthält, das sich dreht
oder schwingt und über geeignete Getriebe oder andere mechanische Vorrichtungen
eine Skalenanzeige antreibt, von der die Gesamtmenge des fließenden Mediums, der
Flüssigkeit oder des Gases abgelesen werden kann, die durch die Meßvorrichtung hindurchgetreten
ist. Das messende Bauteil wird gewöhnlich durch die Einwirkung des durch die Meßvorrichtung
hindurchtretenden fließenden Mediums bewegt. In einer Flüssigkeitsmeßvorrichtung
kann das messende Bauteil ein sich drehender Kolben oder Taumelscheibe sein oder
ein sich hin- und herbewegender Kolben, der das Volumen der durch Meßkammer hindurchtretenden
Flüssigkeit mißt.
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Andererseits kann auch ein Propeller oder Schraubenrad vorgesehen
sein, das sich proportional zu dem Flüssigkeitsfluß dreht. In einer Gasmeßvorrichtung
kann das Abmessen vermittels Balgen oder vermittels eines Propellers in einem Gehäuse
bewirkt werden.
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In den meisten Fällen muß die dem messenden Bauteil durch die Flüssigkeit
vermittelte Geschwindigkeit mechanisch auf irgendeine Anzeigevorrichtung übertragen
werden, die normalerweise in einem Gehäuse getrennt von der Flüssigkeit untergebracht
ist.
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Somit ist es notwendig, daß ein rotierendes Bauteil durch eine Abdichtungsbuchse
hindurchtritt, die als abdichtendes Bauteil zwischen der die Flüssigkeit enthaltenden
Kammer und dem Gehäuse für die Anzeigevorrichtung wirkt. Dieser abdichtende Verschluß
und die Üb ertragungs vorrichtung nehmen einen gewissen Anteil der Energie auf,
wenn die Meßvorrichtung angetrieben wird. Hierdurch wird die Genauigkeit des messenden
Bauteils insbesondere bei langsamem Fluß nachteilig beeinflußt. Es ergibt sich ebenfalls,
daß bei einer derartigen Meßvorrichtung der mechanischen Bauart ein Ablesen des
durch die Meßvorrichtung hindurchtretenden Volumens nur direkt am Ort ausgeführt
werden kann, d. h. benachbart zu der Meßvorrichtung innerhalb einer Entfernung,
die durch die mechanischen Antriebe begrenzt ist. Es sind Fernanzeigevorrichtungen
bekannt, die mit dem Anzeigemechanismus verbunden sind und zu den abgemessenen Anzeigen
proportionale Impulse übertragen. Derartige Vorrichtungen werden jedoch von einer
Stelle aus angetrieben, die sich langsamer bewegt als das messende Bauteil und können
somit nicht ausreichende Impulse liefern, um leicht geringfügige Zunahmen des Volumens
abzumessen.
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Es ist auch schon eine Meßvorrichtung bekanntgeworden, die als Ringkolbenzähler
ausgebildet ist.
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Hier ist ein Ringkolben aus magnetischem Werkstoff vorgesehen, der
beim Umlauf ein Spulensystem durch Schneiden der magnetischen Kraftlinien beeinflußt.
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Diese bekannte Ausführungsform hat den Nachteil, daß sich die Impulsamplitude
mit der Rotationsgeschwindigkeit des Ringkolbens ändert, so daß bei sehr langsamen
Strömungen und einer geringen Umlaufgeschwindigkeit des Ringkolbens überhaupt keine
Spannung in den Spulen induziert wird. Dieser bekannte Ringkolbenzähler kann daher
bei langsam fließenden Medien keine oder zumindest ungenaue Meßergebnisse erzielen.
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Den gleichen Nachteil weist eine weitere bekannte Ausführungsform
auf. Diese stellt einen Flügelradzähler dar, an dem ein mit mehreren Schaufeln ausgestattetes
Flügelrad aus magnetischem Material mit einem unmagnetischen Zylindergehäuse angeordnet
ist. Außerhalb des Gehäuses ist ein permanenter Elektromagnet angeordnet, dessen
beide Pole zu in die Wandung der Hülse eingreifenden Polstücken geführt sind. Die
Polstücke sind mit elektrischen Wicklungen versehen. Der Abstand der Polstücke entspricht
dem Winkelabstand zweier benachbarter Flügel. Bei Drehung des Flügelrades erfolgt
bei jedesmaligem
Vorbeigang zweier Flügei an den Polstücken ein
Schneiden der elektromagnetischen Kraftlinien, wodurch in den Spulen der Polstücke
ein Induktionsstoß erzielt wird, der die Grundlage der Spannung bildet. Bei dieser
Impulserzeugung ändert sich ebenso wie bei dem vorbeschriebenen bekannten Ringkolben
die Impulsamplitude mit der Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades, wodurch bei
langsamer Strömungsgeschwindigkeit praktisch keine Spannung in den Spulen induziert
wird und somit eine einwandfreie Messung bei langsam fließenden Medien nicht gewährleistet
ist.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und erreicht
ist dies erfindungsgemäß dadurch, daß außerhalb und benachbart der Kammer zwei mit
Spulen ausgestattete Meßvorrichtungen vorgesehen sind, bei denen die eine Spule
mit einer Wechselstromquelle verbunden ist und die andere Spule über einen Verstärker
mit einer Zählvorrichtung verbunden ist und daß der Ringkolben einen Einsatz aus
magnetischem Werkstoff besitzt, der eine Verstärkung der magnetischen Ankopplung
zwischen den Spulen in seiner dichtesten Stellung zu den Spulen bewirkt. Bei dem
erfindungsgemäßen Ringkolbenzähler erfolgt keine Induzierung einer Spannung, vielmehr
dient die in den Ringkolben eingesetzte Weicheisenplatte dazu, die von den beiden
Spulen gebildete induktive Einheit periodisch mit der Frequenz der Umdrehungszahl
des Drehkolbens zusammenzukoppeln. Die Weicheiseneinlage des Ringkolbens dient als
Magnetbrücke und übermittelt Impulse an eine beliebig weit entfernte Zählvorrichtung,
wobei die Impulsamplitude unabhängig von der Geschwindigkeit des Ringkolbens gleich
groß bleibt, so daß eine einwandfreie Zählung auch kleinster, mit geringer Geschwindigkeit
geförderter Mengen gewährleistet ist.
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Der erfindungsgemäße Ringkolbenzähler kann auch mit kapazitiver Meßwertübertragung
arbeiten. Diese Ausführungsform kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß außerhalb
und benachbart der Kammer zwei in ihrer Kapazität durch die Bewegung des Ringkolbens
veränderbare Kondensatorplatten angebracht sind und die Meßkammer wenigstens in
der Plattennähe aus isolierendem Material besteht und daß die KondensatorpIatten
mit einer auf die Kapazitätsänderungen ansprechenden Meßvorrichtung verbunden sind,
die einem Zählwerk für jede Folge der Kapazitätsänderung einen Impuls vermittelt.
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Ein weiteres Merkmal dieses mit Kondensatorplatten ausgestatteten
Zählers besteht erfindungsgemäß darin, daß der Ringkolben aus einem Material besteht,
das eine von dem zu messenden Medium stark abweichende Dielektrizitätskonstante
aufweist oder mit einem Einsatz aus einem solchen Material ausgestattet ist.
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Erfindungsgemäß können zwei oder mehrere Meßvorrichtungspaare um
die Kammer herum angeordnet sein.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform unter Anwendung der magnetischen Ankopplung; F i g. 2 ist eine schematische
Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Anwendung einer
kapazitiven Ankopplung.
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Die gezeigte Drehmeßvorrichtung weist eine nicht magnetische Meßkammer
1 und einen Drehkolben 2
in der letzteren auf, in den eine Weicheisenplatte 3 eingesetzt
ist. Die Platte 3 kann durch ein kleines Bündel von Weicheisendräliten ersetzt werden.
Zwei Spulen 4 und 5, die vorzugsweise Weicheisenkerne 6 und 7 aufweisen, sind an
der Außenseite der Wand der Meßkammer 1 angeordnet. Die Spule 6 wird durch eine
Wechselstromquelle mit Energie versorgt.
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Die Spulen sind so angeordnet, daß die magnetische Ankopplung zwischen
denselben, und somit der in der Spule 7 induzierte Strom, einen kleinstmöglichen
Wert hat, es sei denn, daß der Weicheisenkern 3, der in den Rotor eingebettet ist,
zwischen denselben hindurchtritt. Sobald dies geschieht, wirkt das Kernbauteil als
magnetisches Glied zwischen den zwei Spulen, und in der Spule 7 wird ein erhöhter
Strom induziert.
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Nach der Verstärkung desselben durch bekannte elektronische oder magnetische
Vorrichtungen 8 wird derselbe angewandt, um ein elektromagnetisches Zählwerk 9 oder
ähnliche Anzeigevorrichtung anzutreiben.
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Um mehr als einen Impuls pro Umdrehung des Drehbauteiles zu erhalten
und um so die Größe der Volumenzunahme, die gemessen werden kann, zu verringern,
kann mehr als eine Spulenanordnung und Kernbauteil in der Meßkammer und dem messenden
Bauteil angeordnet werden. Eine derartige Vorrichtung könnte an jeder anderen Bauart
eines sich drehenden oder schwingenden messenden Bauteiles angeordnet werden, wobei
der gleiche weiter oben beschriebene Effekt erzielt wird.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform
ist an Stelle der magnetischen Ankopplung eine kapazitive Ankopplung angewandt,
die nur dann Anwendung finden kann, wenn die Wand der Meßkammer aus einem elektrisch
isolierenden Material gefertigt ist. In diesem Fall werden die zwei Spulen durch
zwei Leiter 11 und 12 ersetzt, die nicht miteinander in leitender Verbindung stehen.
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Diese Leiter bilden die zwei Platten eines Kondensators. Sobald das
messende Bauteil 2 der Meßvorrichtung in der Meßkammer eine derartige Lage einnimmt,
daß dasselbe die Lücke zwischen den zwei Platten 11 und 12 überbrückt, tritt eine
Veränderung der Kapazität in Vergleich zu dem Zustand ein, wenn sich das Bauteil
entfernt von den Platten befindet.
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Diese Veränderung der Kapazität kann durch bekannte entsprechende
Vorrichtungen 13 dazu angewandt werden, um ein Signal zu bilden, das es ermöglicht,
die Drehungen oder Lageveränderungen des Bauteiles in einer Zählvorrichtung 15 zu
zählen.
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Voraussetzung für die erfindungsgemäße Anordnung ist, daß das messende
Bauteil oder dasjenige Teil desselben, das benachbart zu den Platten angeordnet
wird, eine erheblich von dem zu messenden fließenden Medium abweichende Dielektrizitätskonstante
besitzt. Dies kann entweder dadurch bewirkt werden, daß das vollständige Bauteil
2 aus einem Material gefertigt wird, das eine derartige Eigenschaft aufweist, oder
indem ein Stück (wie durch die Linie bei 14 angezeigt) aus einem derartigen Material
an einer geeigneten Stelle in der Kammer 2 eingesetzt wird.
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Durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich,
die mechanischen Übertragungen vollständig in Fortfall zu bringen, gleichgültig
ob es sich um mehrere Getriebeanordnungen oder verbindende Vorrichtungen handelt,
die normalerweise dergestalt an diesen Meßvorrichtungen angebracht sind, daß dieselben
die Bewegung auf eine geeignete
Anzeigevorrichtung übertragen. Dieser
erfindungsgemäß zu erzielende Vorteil ermöglicht die Herstellung einer kompakteren
Meßvorrichtung und, wie bereits oben ausgeführt, die Herstellung einer genaueren
und empfindlicheren Meßvorrichtung insbesondere bei langsamem Fließen des fließenden
Mediums. Die Anwendung eines Wechselstromes an Stelle von Gleichstrom oder permanenten
Magneten zeigt den Vorteil, daß die Amplitude des induzierten Impulses sich nicht
mit der Geschwindigkeit des messenden Bauteiles verändert.