DE3225100A1 - Messgeraet zur messung geringer fluessigkeits-volumenstroeme - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung geringer Flüssigkeits-Volumenströme, insbesondere Leckströme, mit einem Meßrohr und elektrischen oder elektro-optischen Mitteln zur Bestimmung der in dem Meßrohr befindlichen Flüssigkeitssäule.

Zur Durchflußmessung von Flüssigkeiten sind die verschiedensten Methoden bekannt, welche sich insbesondere jedoch auf die Messung von relativ großen Volumina beziehen. Als Durchfluß wird dabei die Stoffmenge bezeichnet, die in der Zeiteinheit durch eine Rohrleitung oder durch einen Kanal strömt. Hierbei wird entweder der Volumenstrom oder auch der Massenstrom gemessen. Den Durchfluß erhält man aus dem Produkt von Stromgeschwindigkeit und Stromquerschnitt. Hierzu ist es erforderlich, die mittlere Geschwindigkeit über den Stromquerschnitt zu erlassen. Die wichtigsten Geräte bzw. Verfahren zur Messung der Stromgeschwindigkeit sind:

1. der hydrometische Meßflügel zur Wasser- und Flüssigkeitsströmungsmessung;

2» der induktive Durchflußmesser, dessen Meßprinzip nur für leitfähige Flüssigkeiten geeignet ist;

3. das Druckdifferenzverfahren, welches zu unterteilen ist in das Staudruckverfahren und das Drossel verfahren.

Auch für die Messung äußerst geringer Volumina sind Verfahren bekannt, beispielsweise solche, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten und bei denen der Durchfluß mittelbar oder unmittelbar erfaßt wird. Die mittelbar arbeitenden Geräte wirken entweder nach dem Zylinder-Verdrängungsprinzip in intermittierender Weise oder mit Hilfe eines Zahnradmotors kontinuierlich. Im ersten Fall entspricht der Kolbenweg des Meßzylinders dem Flüssigkeitsvolumen und die Kolbengeschwindigkeit dem Volumen pro Zeitein-

Bei kontinuierlich laufenden Zahnradmotoren entspricht die Drehgeschwindigkeit oder auch Winkelgeschwindigkeit dem Volumen pro Zeiteinheit und die Anzahl der Umdrehungen dem durchgeströmten Flüssigkeitsvolumen. Mit beiden ansich bekannten Verfahren lassen sich noch Durchflüsse von einigen Kubikzentimetern pro Minute erfassen. Diese Verfahren lassen sich jedoch aus prinzipiellen Gründen nicht für beliebig kleine zu messende Volumina reduzieren, so daß auch keine Durchflüsse von einigen Kubikmillimetern pro Minute erfaßt werden können.

Neben der technischen Schwierigkeit der Verkleinerung, welche die Geräte erheblich verteuert, treten insbesondere bei den Meßzylindern Entlüftungsprobleme auf, und zwar um so häufiger, je öfter ein Prüfling, der in der Regel mit Luft gefüllt ist, an das System angeschlossen wird.

Zur Umschaltung des Meßkolbens sind Ventile und Rohrleitungssysteme erforderlich, welche in äußerst kleinen und nicht handelsüblichen Nenngrößen ausgelegt sein müssen. Größere Ventile bilden darüberhinaus Luftsäcke, die infolge des langsam strömenden Mediums sich nicht ohne weiteres beseitigen lassen. Ferner besteht ein weiterer Nachteil darin, daß sich die erforderliche Zeit zum Entlüften mit der Anzahl der beteiligten Komponenten am System erhöht.

Ferner ist ein Meßverfahren bekannt, bei dem der Durchfluß der zu messenen Volumina unmittelbar von zwei Lichtschranken erfaßt wird, die an einem senkrechten Glaszylinder angeordnet sind. Der Meniskus, der im Glaszylinder aufsteigenden Flüssigkeitssäule löst über die Lichtschranken in den entsprechenden Empfängern zur Auswertung die erforderlichen Signale aus. Der Durchmesser des Glaszylinders, der Abstand der Lichtschranken und

die gemessene Zeit zum Durchlaufen der beiden Lichtschranken, werden entsprechend ausgewertet und ergeben den zu messenden Flüssigkeitsvolumenstrom.

Solche Systeme müssen jedoch vor jeder Messung einwandfrei entlüftet sein, bevor die Messung beginnen kann, da Lufteinschlüsse das Ergebnis in erheblichem Maße verfälschen. Die Entlüftung vollzieht sich in der Regel derart, daß vor der Messung eine gewisse Zeit gewartet wird, damit die Luft aus dem System ausperlen kann, unterschreiten jedoch wegen der zu messenden geringen Volumina die Rohrsysteme und Glaszylinder bestimmte Größen, so bleiben die störenden Luftblasen in dem Rohr- und Meßsystem eingeschlossen, so daß eine exakte Messung nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zu schaffen, mit dessen Hilfe äußerst geringe Flüssigkeits-Volumenströme, insbesondere Leckströme in genauer und zuverlässiger Weise gemessen werden können. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe das Meßsystem schnell und ausreichend entlüftet werden kann, wobei sich unmittelbar nach der Entlüftung die Messung anschließt, und die Entlüftung und der Meßvorgang sowohl von Hand als auch automatisch durchgeführt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei dem eingangs aufgeführten Meßgerät das vorzugsweise senkrecht angeordnete und nach unten offene Meßrohr an seinem oberen Ende eine Flüssigkeitseinlaßbohrung und dieser vorzugsweise in gleicher Höhe gegenüberliegend eine I.uit e ί η I aßbohrung aufweist, wobei das Meßrohr mit einem solchen inneren Durchmesser versehen ist, daß die Flüssigkeitssäule von den auftretenden Adhäsionskräften gehalten wird und der t,uf t ei n1 rißbohrung ein Ventil vorgeschaltet ist, welches vorzugsweise als Absperrventil mit Drosselwirkung in der Offenstellung ausgebildet

Gemäß der Erfindung besteht das Meßrohr in vorteilhafter Weise aus einem Glaszylinder, so daß bei Verwendung einer optischen Meßvorrichtung diese in jeder Höhe des Glaszylinders angeordnet werden kann.

Dem Meßrohr sind mindestens eine Lichtschranke mit Sender und Empfänger zugeordnet, wobei der Lichtstrahl der Lichtschranke in Relation zur Höhe des Meßrohres veränderbar angeordnet ist.

Dem Ventil für die Zuführung der Entlüftungsluft ist ein Zeitglied zugeordnet, derart, daß beim Schließen des Ventils das Zeitglied auslösbar ist.

In einer anderen Ausführungsfortn der Erfindung ist der Empfänger auf das Zeitglied einwirkbar ausgebildet, derart, daß beim Passieren der Lichtschranke durch den Meniskus der Flüssigkeitssäule im Empfänger ein Signal zur Beaufschlagung des Zeitgliedes erzeugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, das Zeitglied mit einer fest vorgegebenen Zeit programmierbar auszubilden, derart, daß nach Auslösung des Zeitgliedes und Ablauf der vorgegebenen Zeit eine Signalgabe erfolgt. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, vorgegebene Grenzwerte zu signalisieren, so daß damit zulässige oder unzulässige Leckströme einwandfrei erkannt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Zeitglied von einer Lichtschranke auslösbar und von einer in einem definierten Abstand befindlichen zweiten Lichtschranke in seinem Zeitablauf unterbrechbar ausgebildet.

In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Meßrohr zur Messung von Flüssigkeiten mit dielektrischen Eigenschaften als elektrischer Kondensator ausgebildet und die Flüssigkeitssäule ist durch Messung der Kapazität oder der Kapazitätsänderung bestimmbar.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Prüfstandes für hydraulische Geräte unter Verwendung des Meßgerätes nach der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung des Meßgerätes während einer Entlüftungsphase und

Figur 3 eine schematische Darstellung des Meßgerätes während der Meßphase.

Figur 1 zeigt das Meßgerät 1 in Verbindung mit einem Prüfstand 2. Dabei ist das Meßgerät 1 über eine Leitung 7 mit einem 3/2 Wegeventil 4 verbunden, welches seinerseits über den Anschluß T mit dem Prüfling 3 strömungsmäßig verbunden ist. Der Prüfling 3 kann beispielsweise ein zu prüfendes Steuergerät sein. Mit diesem Prüfling ist über den Anschluß A der Verbraucher 6 verbunden, während die Druckversorgung zur Prüfund des Prüflings über die Leitung P erfolgt. Üblicherweise werden bei der-artigen Untersuchungen vor der Leckageprüfung Funktionstests absolviert, bei denen von der Druckversorgung vom Anschluß P aus die Anschlüsse A und T mit verschiedenen Durchflüssen und Drücken beaufschlagt werden. Hierdurch werden die angeschlossenen Leitungen entlüftet, was insbesondere für die Leitung vom Anschluß T zum 3/2 Wegeventil 4 wichtig ist, da über diese Leitung das Meßgerät zur Prüfung der Leckage verbunden ist.

Bevor auf die Durchführung der Leckageprüfung näher eingegangen

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wird, soll anhand der Figur 2 das Meßgerät nach der Erfindung näher beschrieben werden. Das Meßgerät 1 weist ein nach unten offenes Meßrohr 9 auf, das bei der hier dargestellten Ausführungsform aus Glas besteht. Das Meßrohr 9 ist vorzugsweise senkrecht angeordnet, es kann jedoch auch jede andere Lage einnehmen, wobei jedoch die senkrechte Anordnung die vorteilhafteste ist. An seinem oberen Ende befindet sich eine Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 und in gleicher Höhe gegenüberliegend eine Lufteinlaßbohrung 11. Diese Zuordnung der verschiedenen Einlaßbohrungen lassen sich selbstverständlich auch abwandeln, wobei beispielsweise zwischen der Flüssigkeitseinlaßbohrung und der Lufteinlaßbohrung ein Winkel bestehen kann, der jedoch zweckmäßigerweise größer als 90 Grad sein sollte. Als vorteilhafteste Ausführungsform hat sich eine gegenüberliegende Zuordnung ergeben. Das Meßrohr 9 ist mit einem derartigen inneren Durchmesser d versehen, das die Flüssigkeitssäule 5 von den auftretenden Adhäsionskräften gehalten wird. Bei der Verwendung von Hydrauliköl als zu messende Flüssigkeit liegt der Durchmesser d in der Größenordnung von 1,5 mm.

Der Lufteinlaßbohrung 11 ist ein Absperrventil 10 vorgeschaltet, welches in der Offen-Stellung eine definierte Drosselwirkung hat. Der Luftstrom ist derarig dimensioniert,daß die durch die Einlaßbohrung 8 eindringende und zu messende Flüssigkeit erst beim Eintritt i den Glaszylinder 9 erfaßt und nach unten mitgerissen wird. Die Druck Verhältnisse zwischen der Spülluft und der eintretenden Flüssigkeit sind daher so gewählt,daß die Spülluft nicht in die Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 eindringen kann; Von einem Sender 13, beispielsweise einer Infrarotlichtquelle wird ein Lichtstrahl 15 durch das Meßrohr 9 geworfen und von dem Empfänger 14 aufgenommen. Wird der Lichtstrahl durch den Meniskus 12 der Flüssigkeitssäule 5 unterbrochen, so wird im Empfänger 14 ein entsprechendes Signal erzeugt, das einer nicht näher dargestellten Elektronik zur Auswertung zur Verfügung steht. Der Lichtstrahl 15 bzw. die Licht-

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schranke ist von der Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 in einem definierten Abstand a angeordnet. Dieser Abstand läßt sich zweckmäßigerweise verändern.

Mit dem Ventil 10 zur Steuerung der Spülluft ist ein nicht näher dargestelltes Zeitglied gekoppelt, derart, daß beim Schließen des Ventils 10 das Zeitglied auslösbar ist. Der Empfänger 14 ist auf das Zeitglied einwirkbar, so daß durch den Meniskus 12 der Flüssigkeitssäule 5 beim Passieren der Lichtschranke im Empfänger 14 ein Signal zur Beaufschlagung des Zeitgliedes erzeugt wird.

Das Zeitglied ist ferner derartig ausgebildet, daß es mit einer fest vorgegebenen Zeit programmiert werden kann, so daß nach Auslösung des Zeitgliedes und Ablauf der vorgegebenen Zeit eine Signalgabe erfolgt. Hierdurch ist es möglich, eine zulässige Leckage zu signalisieren, so daß aufgrund des Standes des Meniskus unmittelbar festgestellt werden kann, ob dieser zulässige Wert unter- oder überschritten wird.

Für die Durchführung der Leckageprüfung wird der Druckanschluß ρ

(siehe hierzu Figur 1) in der Regel auf den Anschluß A zum Verbraucher 6 geschaltet. Damit läßt sich die infolge der Druckbeaufschlagung am Anschluß A auftretende Leckage messen. Zur Durchführung dieser Messung wird das 3/2-Wegeventil 4 entsprechend umgeschaltet, so daß der Anschluß T mit dem Meßgerät 1 verbunden ist. Das Ventil 4 nimmt dann eine Schaltstellung ein, die in Figur 2 wiedergegeben ist. Die durch die Leitung 7 strömende Flüssigkeit gelangt durch die Flussigkeitseinlaßbohrunq 8 in das Meßrohr 9 und kann nach unten auslaufen, wobei die Flüssigkeitssäule in dem Meßrohr 9 wegen der Adhäsionswirkung nicht abreißt. Durch Öffnung des Ventils 10 wird in die Lufteinlaßbohrung 11 unter einem dosierten Druck Spülluft eingeblasen, so daß die in dem Meßrohr

9 eintretende bzw. vorhandene Flüssigkeit vom Luftstrom erfaßt und aus dem Meßzylinder nach unten ausgeblasen wird. Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist der Luftstrom derartig dosiert, daß die durch die Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 eintretende Flüssigkeit erst im Meßrohr 9 erfaßt und mitgerissen wird. Durch diese Dosierung kann die Spülluft nicht in die Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 eindringen und die Flüssigkeit zurückdrücken.

Dieser Spülvorgang wird solange durchgeführt, bis die Lufteinschlüsse aus der Rohrleitung 7 und der Flüssigkeitseinlaßbohrung beseitigt sind. Die hierfür erforderliche Zeit läßt sich empierisch ermitteln und daher für die nachfolgenden Messungen vorgeben.

Nach Beseitigung der Lufteinschlüsse in den Flüssigkeitszuführungen wird das Ventil 10 geschlossen, wodurch gleichzeitig das Zeitglied beispielsweise ein Vorwahl-Zeitrelais aktiviert wird. Unmittelbar nach dem Schließen des Ventils 10 bildet sich im Meßzylinder 9 eine je nach der Größe der Leckage mehr oder weniger schnell nach unten fließende Flüssigkeitssäule mit einem gewölbton Oberflächenspiegel bzw. Meniskus 12. Erreicht der Meniskus 12 der Flüssigkeitssäule 5 die Lichtschranke 15, welche sich im Abstand a von der Flüssigkeitseinlaßbohrung 8 befindet, so wird durch die erfolgende Unterbrechung des Lichtstrahles 15 im Empfänger 14 ein Signal erzeugt, welches in Verbindung mit der abgelaufenen Zeit in einer nicht näher dargestellten Elektronik zur Auswertung verwendet wird. Auf diese Weise ist die Bestimmung des Volumens pro Zeiteinheit möglich. Durch die Verwendung eines Vorwahlzeitrelais läßt sich auch ermitteln, ob sich dieses Flüssigkeitsvolumen vor Ablauf der vorgewählten Zeit aufgebaut hat. Dies würde die Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes bedeuten, so daß sich der für die automatische Prüfung interessante Wert ermitteln läßt.

Die Art der Lichtschranken wird vorteilhaft entsprechend der Farbe bzw. Transparenz der zu messenden Flüssigkeit ausgewählt.

Vorteilhaft ist es GaAs-Lichtschranken mit infrarotem Licht zu verwenden, da diese äußerst störunanfällig gegen Außenlicht sind. Bei Verwendung solcher Lichtschranken empfiehlt es sich, die zu messende Flüssigkeit blau einzufärben, so daß dadurch die Infrarotstrahlung am besten absorbiert wird.

Der Aufbau der Flüssigkeitssäule in dem Meßrohr 9 ist in Figur

3 dargestellt. Das Ventil 10 ist dabei geschlossen und das Ventil

4 ist zum Prüfling 3 offen.

In einer nicht näher dargestellten Abwandlung der Erfindung ist ein Zeitglied von einer Lichtschranke auslösbar und wird von einer in einem definierten Abstand befindlichen zweiten Lichtschranke in seinem Zeitablauf unterbrochen, sobald der Meniskus der Flüssigkeitssäule die Lichtschranke passiert. Der Abstand der beiden Lichtschranken läßt sich zweckmäßigerweise verändern.

In einer noch anderen und ebenfalls nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Meßrohr zur Messung von Flüssigkeiten mit dielektrischen Eigenschaften dls elektrischer'Kondensator ausgebildet. Zu den Flüssigkeiten mit dielektrischen Eigenschaften zählen beispielsweise auch Hydrauliköle. Die Flüssigkeitssäule wird in diesem Ausführungsbeispiel durch Messung der Kapazität oder der Kapazitätsänderung bestimmt.

Mit Hilfe der Erfindung können äußerst geringe Flüssigkeitsmengen, welche beispielsweise als Leckageströme auftreten, gemessen werden. Die Messung mit Hilfe des Meßgerätes nach der Erfindung ist dabei äußer 55 t. genau und die Meßwerte lassen s i rh jederzeit reproduzieren .

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1, Meßgerät zur Messung geringer Flüssigkeits-Volumenströme, insbesondere Leckströme, mit einem Meßrohr und elektrischen oder elektro-optischen Mitteln zur Bestimmung der in dem Meßrohr befindlichen Flüssigkeitssäule, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise senkrecht angeordnete und nach unten offene Meßrohr (9) an seinem oberen Ende eine Flüssigkeitseinlaßbohrung (8) und dieser vorzugsweise in gleicher Höhe gegenüberliegend eine Lufteinlaßbohrung (11) aufweist, wobei das Meßrohr (9) mit einem solchen inneren Durchmesser d versehen ist, daß die Flüssigkeitssäule (5) von den auftretenden Adhäsionskräften gehalten wird, und daß der Lufteinlaßbohrung (11) ein Ventil (10) vorgeschaltet ist, welches vorzugsweise als Absperrventil mit Drosselwirkung in der Offen-Stellung ausgebildet ist.
2. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (9) aus einem Glaszylinder besteht.
3. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßrohr (9) mindestens eine Lichtschranke mit Sender (13) und Empfänger (14) zugeordnet sind, wobei der Lichtstrahl (15) der Lichtschranke in Relation zur Höhe des Meßrohres (9) veränderbar angeordnet ist.
4. 4. Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (10) ein Zeitglied zugeordnet ist, derart, daß beim Schließen des Ventils (10) das Zeitglied auslösbar ist.
5. 5. Meßgerät n<ich Aru-sprui'h 4, d <i d u r ν h q r k t» η η zeichne t, daß der Empianger (14) auf das Zeitglied einwirkbar ausgebildet ist, derart, daß beim Passieren der Lcihtschranke durch den Meniskus (12) der Flüssigkeitssäule (5) im Empfänger (14) ein Signal zur Beaufschlagung des Zeitgliedes erzeugt wird.
6. 6.Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied mit einer fest vorgegebenen Zeit programmierbar ausgebildet ist, derart, daß nach Auslösung des Zeitgliedes und Ablauf der vorgegebenen Zeit vom Empfänger eine Signalgabe erfolgt, sofern der Meniskus (12) die Lichtschranke erreicht.
7. 7.Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied von einer Lichtschranke auslösbar und von einer in einem definierten Abstand befindlichen zweiten Lichtschranke in seinem Zeitablauf unterbrechbar ausgebildet ist.
8. 8.Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr zur Messung von Flüssigkeiten mit dielektrischen Eigenschaften als elektrischer Kondensator ausgebildet ist und die Flüssigkeitssäule durch Messung der Kapazität oder Kapazitätsänderung bestimmbar ist.