DE19529396A1

DE19529396A1 - Flow quantity measuring device - includes stretch measuring strips arranged on elastic disk which is deformed by flow of medium and which comprises pref. two cooperating cut sections which form inner and outer lever

Info

Publication number: DE19529396A1
Application number: DE1995129396
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Sommer
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: DE19529396C2

Abstract

The device includes stretch measuring flexible strips arranged on an elastic disk (9) which is deformed by the flow of a streaming medium. The elastic disk comprises pref. two cooperating cut sections (5,6) which form an internal lever (7) and an outer lever (8). The cut sections are pref. formed as an inner cut (6) and an outer cut (5) which are U-shaped and are turned w.r.t. each other around 180 deg.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung nach Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a measuring device according to the preamble of patent claim 1.

Bekannt sind Meßvorrichtungen der gattungsgemäßen Art aus der DE-PS 32 36 392. Hierbei wird zur Messung ein in einem Meßraum befindlicher Rotor verwendet. Ein definiertes, konstantes Volumen wird in einem Meßraum eingeschlossen, vom Einlaß zum Auslaß befördert und auf diese Art und Weise der Rotor in Bewegung gebracht. Die Rotordrehung bzw. Umdrehungszahl ist die der Flußmenge proportionale Meßgröße.Measuring devices of the generic type are known from DE-PS 32 36 392. A rotor located in a measuring room is used for the measurement. On defined, constant volume is enclosed in a measuring room, from the inlet transported to the outlet and in this way the rotor is moved. The rotor rotation or number of revolutions is the measured variable proportional to the flow quantity.

Eine weitere Durchflußmeßvorrichtung zeigt die DE-OS 33 09 553. Im Inneren eines biegeelastischen Rohres ist ein biegeelastischer Streifen angeordnet. Dehnmeßstreifen auf diesem messen die Verbiegung und führen sie einer Auswerteelektronik zu.Another flow measuring device shows DE-OS 33 09 553. Inside a flexible tube is arranged a flexible strip. Strain gauges on this measure the deflection and feed it to an electronic evaluation system.

In der DE-OS 32 31 928 werden ein Verfahren und eine Meßvorrichtung beschrieben. Dabei erfolgt über einen temperaturabhängigen Widerstand im Strömungsquerschnitt die Messung der strömenden Mediummasse und über mindestens einen Dehnmeßstreifen die Ermittlung der Strömungsrichtung. Der Dehnmeßstreifen befindet sich auf einem Federkörper und ist gehäusefest eingespannt. An diesem Federkörper ist ein Staukörper befestigt. Dieser Staukörper und der durch den Staukörper überdeckte Bereich des Federkörpers werden von der Mediumströmung beaufschlagt. DE-OS 32 31 928 describes a method and a measuring device. This takes place via a temperature-dependent resistance in the flow cross section Measurement of the flowing medium mass and the at least one strain gauge Determination of the flow direction. The strain gauge is on one Spring body and is clamped to the housing. There is a bluff body on this spring body attached. This bluff body and the area covered by the bluff body Spring body are acted upon by the medium flow.

Nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist der hohe materielle Aufwand der Meßvorrichtungen.A disadvantage of the aforementioned solutions is the high material cost of the Measuring devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zur Messung der Durchflußmenge derart weiterzubilden, daß die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können, ohne dies mit einer Verringerung der Meßgenauigkeit und erhöhtem Verschleiß zu erzielen.The invention has for its object a measuring device for measuring the To further develop the flow rate in such a way that the production costs are considerably reduced can be done without reducing the measurement accuracy and increasing To achieve wear.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale. Erfindungsgemäß werden dabei die Dehnmeßstreifen direkt auf eine vom Medium beaufschlagte biegeelastisch gestaltete Platte aufgebracht. Dadurch verringert sich der notwendige Materialaufwand, da die Dehnmeßstreifen die Durchflußmessung direkt vornehmen.The object is achieved by the features characterizing in claim 1. According to the invention, the strain gauges are placed directly on one of the medium applied applied flexible plate. This reduces the necessary material expenditure, since the strain gauges directly measure the flow make.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen ausgeführt.Advantageous refinements are set out in the subclaims.

Die Biegeelastizität der Platte wird durch zwei miteinander wirkende, ineinander liegende Schnitte gestaltet. Dadurch wird eine große Angriffsfläche zur Durchflußmessung erreicht, so daß ein kleines Spiel der Schnitte zwischen den beiden Biegebalken hohe Meßgenauigkeiten bei kleinen Flußmengen, beispielsweise 0-0,1 mbar erzielt.The flexural elasticity of the plate is determined by two interacting, one in the other designed horizontal cuts. This makes a large surface area for flow measurement reached so that a little play of the cuts between the two bending beams high measuring accuracy with small flow quantities, for example 0-0.1 mbar.

Des weiteren ist der Einsatz von Keramik als Dehnmeßstreifentrageelement im Werkstoffverhalten hochgradig linear, so daß auch hierbei Ungenauigkeiten ausgeschlossen werden.Furthermore, the use of ceramic as a strain gauge support element in the material behavior highly linear, so that inaccuracies are excluded will.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die so gestaltete Meßvorrichtung als eigener Überlastschutz wirkt. Bei steigender Durchbiegung der beiden Biegebalken wird die Spaltbreite an den Schnitten vergrößert, so daß die erhöhte Flußmenge ohne Zerstörung der Meßvorrichtung fließen kann. Another advantage is that the measuring device designed in this way serves as its own overload protection works. As the bending of the two bending beams increases, the gap width becomes larger Cuts enlarged so that the increased flow rate without destroying the measuring device can flow.

Anhand eines vorzugsweisen Ausführungsbeispieles soll die erfinderische Lösung näher erläutert werden. Es zeigtBased on a preferred embodiment, the inventive solution should be closer are explained. It shows

Fig. 1 eine schematische Anordnung der Meßvorrichtung in einem Meßkanal, Fig. 1 shows a schematic arrangement of the measuring device in a measuring channel,

Fig. 2 einen in den Fig. 1 und 4 mit II gekennzeichneten Teilschnitt mit Dastellung der zur Durchflußmessung dienenden Platte, Fig. 2 shows a marked in Figs. 1 and 4 with partial section II with the Dastellung serving for flow plate

Fig. 3 die Fig. 2 mit einer Anordnung von Dehnmeßstreifen auf der Platte, Fig. 3, Fig. 2 with an arrangement of strain gauges on the disc,

Fig. 4 eine weitere Anordnungsvariante der zur Durchflußmessung dienenden Platte im Meßkanal. Fig. 4 shows another arrangement variant of the plate used for flow measurement in the measuring channel.

Fig. 1 verdeutlich ein Gehäuse 1, beispielsweise ein Abgasrohr, einer nicht dargestellten Abgasanlage. Darin befindet sich eine von einem Meßvorrichtungsgehäuse 3 umgebene Platte 4, aus Metall oder Keramik, vorzugsweise aus Al₂O₃-Keramik. Dabei wird die Platte 4 von diesem Meßvorrichtungsgehäuse 3 gehalten, welches schlüssig im Gehäuse 1 angebracht ist. Die Schlüssigkeit ist mittels einem nicht näher dargestellten Adapter realisierbar. Fig. 1 illustrates a housing 1 , for example an exhaust pipe, an exhaust system, not shown. Inside is a plate 4 surrounded by a measuring device housing 3 , made of metal or ceramic, preferably made of Al₂O₃ ceramic. The plate 4 is held by this measuring device housing 3 , which is attached in the housing 1 . The coherence can be achieved by means of an adapter, not shown.

In die in Fig. 2 dargestellte Platte 4 sind beispielsweise mittels Laser zwei miteinander wirkende, ineinanderliegende Schnitte 5, 6, vorzugsweise im µm-Bereich eingebracht, so daß die Platte 4 biegeelastisch und federnd gestaltet wird. Ein äußerer Schnitt 5 ist dabei einem inneren Schnitt 6 um 180° entgegenlaufend. Beide Schnitte 5, 6 sind im wesentlichen U-förmig in die biegeelastisch gestaltete Platte 4 eingearbeitet. Bedingt durch die Schnittform der Schnitte 5, 6 ist die biegeelastisch gestaltete Platte 4 in einen inneren 7 und äußeren 8 Biegebalken geteilt, wobei beide Biegebalken 7, 8 aber miteinander über zwei kleinere obere 9 und zwei kleine untere 10 nicht geschnittene Bereiche verbunden bleiben. In the plate 4 shown in FIG. 2, for example by means of a laser, two mutually acting, interlocking cuts 5 , 6 are introduced , preferably in the μm range, so that the plate 4 is designed to be flexible and resilient. An outer cut 5 runs counter to an inner cut 6 by 180 °. Both cuts 5 , 6 are substantially U-shaped in the flexible plate 4 . Due to the sectional shape of the cuts 5 , 6 , the flexurally elastic plate 4 is divided into an inner 7 and outer 8 bending beams, but both bending beams 7 , 8 remain connected to one another via two smaller upper 9 and two small lower 10 non-cut areas.

Fig. 3 zeigt, daß in diesen vier federnden Bereichen 9, 10 vier Dehnmeßstreifen 11 bis 14 nach bekannten hier nicht näher beschriebenen Verfahren aufgebracht sind. An den Dehnmeßstreifen 11 bis 14 befinden sich Leitungszüge 15, die ebenfalls nach bekanntem Verfahren auf die biegeelastisch gestaltete Platte 4 aufgebracht werden. Eine Kontaktierung der Dehnmeßstreifen mit angelöteten Drähten ist ebenfalls möglich. Fig. 3 shows that in these four resilient areas 9 , 10 four strain gauges 11 to 14 are applied by known methods not described here. On the strain gauges 11 to 14 there are cable runs 15 , which are also applied to the flexible plate 4 by a known method. Contacting the strain gauges with soldered wires is also possible.

Diese Meßvorrichtung arbeitet wie folgt:
Durch das Meßvorrichtungsgehäuse 3 fließt ein Medium in eine vom Pfeil 2 angedeutete Richtung. Die durch das Medium beaufschlagte biegeelastisch gestaltete Platte 4 wird derart belastet, daß das auf den inneren Biegebalken 7 wirkende Medium den inneren 7 und den äußeren 8 Biegebalken zueinander verstellt. Dies erfolgt im Verlauf des inneren 6 und äußeren 5 Schnittes. In den nicht geschnittenen Bereichen 9, 10, die die Biegebalken 7, 8 miteinander verbinden, erfolgt eine mechanische Beanspruchung, die auch auf die Dehnmeßstreifen 11 bis 14 wirkt. Dabei wird der obere des den inneren 7 mit dem äußeren 8 Biegebalken verbindende Bereich gestaucht, der untere gedehnt, d. h. die Stauchung wirkt auf die oberen Dehnmeßstreifen 11, 13 widerstandsreduzierend, die Dehnung auf die unteren Dehnmeßstreifen 12, 14 widerstandserhöhend. Bedingt durch die Verschaltung der Dehnmeßstreifen 11 bis 14 zu einer Wheatstoneschen Brücke und der damit bekannten Wirkungsweise wird ein aus der Brückenungleichheit resultierendes Signal, an einen nicht näher dargestellten Verstärker, der auf dem inneren Biegebalken 7 angebracht sein kann, gegeben. Dieses verstärkte Signal wird einer nicht näher dargestellten bekannten Regeleinrichtung aufgeschaltet. Eine Regelung des Durchflusses des strömenden Mediums erfolgt auf herkömmliche Weise.This measuring device works as follows:
A medium flows through the measuring device housing 3 in a direction indicated by the arrow 2 . The flexurally elastic plate 4 acted upon by the medium is loaded in such a way that the medium acting on the inner bending beam 7 adjusts the inner 7 and the outer 8 bending beams to one another. This takes place in the course of the inner 6 and outer 5 cuts. In the areas 9 , 10 which are not cut and which connect the bending beams 7 , 8 to one another, there is a mechanical stress which also acts on the strain gauges 11 to 14 . The upper of the area connecting the inner 7 with the outer 8 bending beam is compressed, the lower one is stretched, ie the compression acts on the upper strain gauges 11 , 13 to reduce resistance, and the stretch on the lower strain gauges 12 , 14 increases resistance. Due to the connection of the strain gauges 11 to 14 to a Wheatstone bridge and the mode of operation known therefrom, a signal resulting from the bridge inequality is given to an amplifier, not shown, which can be attached to the inner bending beam 7 . This amplified signal is applied to a known control device, not shown in detail. The flow of the flowing medium is regulated in a conventional manner.

Durch die Polarität des verstärkten Signals ist auch die Durchflußrichtung ermittelbar. Wie Fig. 4 als weitere Anordnungsvariante zeigt, wird die biegeelastisch gestaltete Platte 4 auch ohne Meßvorrichtungsgehäuse 3 direkt im Gehäuse 1 mittels bekannten Einspann- oder Befestigungsvorrichtungen 16 befestigt. Auch hierbei ist eine Schlüssigkeit zum Gehäuse 1 mittels einem nicht näher dargestellten Adapter realisierbar.The direction of flow can also be determined by the polarity of the amplified signal. As shown in FIG. 4 as a further variant of the arrangement, the flexible plate 4 is also fastened directly in the housing 1 by means of known clamping or fastening devices 16 , even without a measuring device housing 3 . Here too, a coherence with the housing 1 can be achieved by means of an adapter (not shown in more detail).

Claims

1. Measuring device for measuring the flow rate of a medium flowing in a flow cross-section by means of strain gauges ( 11 to 14 ), characterized in that the strain gauges ( 11 to 14 ) on a flexible plate ( 4 ), which is acted upon by the flowing medium ( 1 ) is applied.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the flexible plate ( 4 ) has two mutually acting, interlocking cuts ( 5 , 6 ) which create an inner bending beam ( 7 ) and an outer bending beam ( 8 ).

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the cuts ( 5 , 6 ) as inner ( 6 ) and outer ( 5 ) cut, but by 180 ° to each other, substantially U-shaped.

4. Measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that the cuts ( 5 , 6 ) have non-cut areas (9 , 10 ) through which the inner bending beam ( 7 ) and the outer bending beam ( 8 ) remain connected.

5. Measuring device according to one or more of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the strain gauges ( 11 to 14 ) each in the non-cut area ( 9 , 10 ), the inner bending beam ( 7 ) with the outer bending beam ( 8 ) connects, are arranged.

6. Measuring device according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that, by bending the inner bending beam ( 7 ) and the outer bending beam ( 8 ) on the inner cut ( 6 ) and outer cut ( 5 ) Gap width acts as its own overload protection.

7. Measuring device according to one or more of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the flexible plate ( 4 ) consists of metal or ceramic.

8. Measuring device according to claim 8, characterized in that the ceramic plate preferably consists of Al₂O₃.