专利名称：用于测量介质的容积和/或流速的流量探测器和方法
技术领域：
本发明涉及一种流量探测器，包括一测量室，在其中可输入和再排出一介质，要测量该介质的容积和/或流速，还包括在该测量室内设置的可自由旋转地支承的各测量装置元件、至少一个用以测定磁场和/或磁场变化的传感器以及一转换装置，该转换装置被供给所述传感器的输出信号。
本发明还涉及一种利用一流量探测器测量一介质的容积和/或流速的方法，该流量探测器具有一测量室与在其中设置的可自由旋转地支承的各测量装置元件和至少一个用以测量磁场和/或磁场变化的传感器。
背景技术：
流量探测器也称为容积传感器。它们通常构成为排挤计数器。对此实例是齿轮传感器、螺杆计数器、椭圆齿轮计数器、环形活塞计数器或测量涡轮或齿轮定量泵。它们用于测量容积、流量或流速，借助于它们一介质、在这里即一流体通过测量仪表。该流体可以是液体、糊剂或气体。
在流量探测器中在狭窄的意义上实际上经常并不涉及测量仪表，因为评价电子系统并不是仪表的部分，而是处在外部的。但仍然经常采用术语流量测量仪表并且人们也谈及测量室和测量装置元件等。经常也将流量探测器称为容积传感器、流量传感器、流量测量仪表和其他的形式。
容积传感器或流量探测器只探测流量或一流过的容积并且向该评价装置或评价电子系统发送一信号，由其首先将信号变成一测量值。以下采用术语“流量探测器”。通过采用全称避免与在装置中规定的构件的混淆，这些构件在狭窄的意义上是探测器或传感器。
通常大多数流量探测器或容积传感器共同的是，它们探测一旋转的齿轮的运动。在齿轮传感器中例如可自由旋转地支承两个相互啮合的齿轮。将一介质(通常为一流体，例如一液体或一气体)供给两齿轮，而且供给到它们相互啮合的区域。介质因此进入各交替地形成于两齿轮的各齿槽中的室内。随后流动的介质导致，将处于齿轮的各室中的量从进入侧输向排出侧并经由轮齿的运动接着使各齿轮旋转。两齿轮的旋转此时是反向的。在包围各齿轮的壳体中设置一磁铁，其形成一磁场。各旋转的齿轮影响该磁场。可以通过一个或多个相应的传感器探测磁场的变化。
在这种情况下齿轮的在传感器的下方转过的每一轮齿导致一可探测的脉冲。由这样的脉冲的数目现在可以推论出，齿轮已旋转了多大角度，或者齿轮在一确定的时间间隔中总共已完成了多少转。由这些数据接着可以推断出流过流量探测器的流体或其他的介质的量，或还可以确定流体的输送量速度。当然在调节技术上可以在相反方向在一调节电路中为待输送的介质量或还为流速预定一确定的额定值，然后相应地调节流量探测器连同一泵。
这样的装置长期以来在市场上是很有成效的和例如由DE 25 54466 C3是已知的。对流量探测器特别要求，其也可以尽可能精确地测量待输送的介质的小的输送量，或可以尽可能精确地说明输送速度。极小的可测量的待输送的介质量包括这样的量，其相当于齿轮转过在齿轮的两轮齿之间的角度。这相当于在齿轮旋转时在两计数的脉冲之间的容积。该容积然后还决定在较大量时测量的误差。其也称为“齿槽容积”。它也是一流量探测器的结构尺寸用的数据。
如果例如输送了具有九个这样的脉冲的量，则测量仪表不可能说明关于在第一脉冲以前和在第九脉冲以后有多少该齿槽容积或最小容积的分量流过测量仪表。因此“九个脉冲”的数值是指一输送的量，其容积为该最小容积的稍大于八个与几乎十个脉冲之间的容积。在小的输送量或很慢的输送速度时和同样在快速变化的输送速度时这是一很大的测量精度问题。
该问题也是已知的并且例如在US-PS 4 641 522中为此建议，将传感器设置成使可用于测量两齿轮的运动。EP 0 741 279 B1提供一类似的建议，EP 0 642 001 A2甚至于建议，成圆形设置一整圈的传感器，以便可以进行尽可能多的测量。
全部这些建议的目的是，通过增多测量或测量可能性的数目降低关心的介质在两脉冲之间待输送的最小容积并由此改善测量精度。全部这些设置的缺点是很大的装置耗费，该耗费由多个附加的传感器和为此需要的多个供电线引起。
当然必须同时注意，在某些情况下和按照具体的现实的要求也必须对较热的流动的液体或气体进行测量，必须为装置的紧密性付出高的费用，因为也可能涉及有毒的易燃的或昂贵的流体或气体并且流体和气体也完全可以是腐蚀性的介质。这在某些情况下全部显著使相应的装置复杂化和提高其价格。
在机械方面同样力求在其中采用尽可能小的齿轮。不过其在这种情况下具有缺点，即利用这样的测量仪表不能有意义地处理大的量或快速流动的流体、特别是气体。
发明内容
本发明的目的是，建议一种为流量探测器的实用的解法，借此利用较少的装置费用就可改善测量精度。
该目的通过一种流量探测器来达到，其包括一测量室，在该测量室中可输入和再排出一介质，要测量该介质的容积和/或流速，还包括在该测量室内设置的可自由旋转支承的各测量装置元件、至少一个用以测定磁场和/或磁场变化的传感器以及一转换装置，供给其所述传感器的输出信号；其特征在于，所述传感器发送一输送信号并供给转换装置，该输出信号在每次通过其中一个测量装置元件的一单轮齿和一所属的齿槽时在一最小值与一最大值之间周期性地波动并且根据轮齿相对于传感器的位置具有一可再现的中间值，并且将转换装置构成使其由传感器的输出信号形成自己的将中间值转化为可计数的值的输出信号，可计数的值代表在两轮齿之间输送的容积的分容积。
由此令人惊喜地达到目的。虽然现有技术仍从可以只规定一个传感器出发，在其下方正好转过一个轮齿，但按照本发明信号变成多个构造并且重新评价该构造。亦即在传感器通过轮齿时不仅发送一“最大值”或数字信号，而且发送一在一最大值与一最小值之间周期性波动的信号。对此一正弦信号是特别适用的，因为其实际上也可以通过相应的磁场传感器来形成并且能够实现特别精确的和同时简单的应用。
在这方面这种传感器在测试中已证明是适用的，即它们使用巨磁阻。在其他的方面已研究，利用使用巨磁阻的效应的传感器，位置的更精确的分辨率是可能的。DE 296 12 946 U1建议一种包括一齿轮的铁磁的探测元件，其中一GMR传感器其是一种使用巨磁阻的传感器，在端面设置在一齿轮之前。于是至少理论上按该公开文本一相对于一轮齿或一齿槽的传感器位置也应该是可识别的。
NVE Corporation，Eden Pririe，Minnesota，USA(美国明尼苏达州伊甸园NVE有限公司)于2003年4月的“GMR Sensors Data Book(GMR传感器数据手册)”以类似的形式说明了这种可能性。虽然说明了GMR传感器的有关的特性但仍未考虑到在流量探测器中的实现。在流量探测器中的要求完全不同于在通用的齿轮传感器中的要求。在齿轮的径向外面、亦即相对一轮齿在端面的设置由于空间原因已经不是可行的，特别是通常两个齿轮也必定相互啮合。在测量室的区域内的压力可以处于60MPa至80MPa(600巴至800巴)。待测量的流体在某些情况下是腐蚀性的和/或导电的液体或也是具有强烈变化的并也还很高的或很低的温度的流体。因此在流量探测器的领域的技术人员始终采用尽可能不敏感的认为安全和可靠的传感器。因此如上所述始终通过尽可能多的已知的适合设置的传感器的布置实现一较高的分辨率，相互比较它们的测量值或使它们相互重合，以便由相应的是非参数接着取得关于输送的全部的测量容积的数量的说明。
但利用本发明的解法没有若干或许多传感器的这样的复杂的设置就可以取得一很精确的测量。按照本发明正弦信号因此按一全正弦波变化，同时一轮齿在运动中占有前行轮齿的位置。以此正弦波的每一值与正弦波的相应的梯度一起能够明确地确定轮齿在一确定的时刻精确地处于哪里。一180°的正弦波因此相当于一半的齿槽容积的输送量；一45°的正弦波相当于八分之一的齿槽容积的流量。
对于本发明很有利的是，使用不仅一个传感器，而是至少两个传感器。特别已证明适用的是，所述至少两个传感器安装在一测量装置元件上，特别是因此安装在同一齿轮上。至少两个传感器在一齿轮上的设置还具有优点，即在各齿轮的转向转变过程避免各齿轮彼此间的间隙一起进入信号接收。两传感器优选彼此保持一间距地测量同一测量装置元件、亦即同一齿轮的运动。该间距在应用正弦波时选择成使在同一齿轮旋转时其中一个传感器正好输出一正弦波，同时另一个生产一余弦波。如果此时探测同一轮齿，则这因此相当于两传感器相互位错振荡的90°(从电学方面看)，这意义相同于四分之一齿距的相对位错。
但也有可能探测两邻接的轮齿或两其他的彼此远离的轮齿，因为各齿轮配备对称的和均匀分布的轮齿并因此一轮齿的运动与同一齿轮上的其他的轮齿的运动始终同步地发生。在这里对于布置亦即具体的结构的要求可以在整个的圆周上加以考虑。
当然其中优选的是，两传感器在相对一轮齿的同一位置时发送同一输出信号。这在上述的一正弦信号和一余弦信号的实例中是偏移90°的情况。由这样的信号可以同样自动地不考虑信号的梯度立即和明确地考虑各轮齿的位置，因此形成一精分度。如果人们再加上两传感器测量值的位置或其他的组合，则还可以更明确地确定精确的轮齿位置和涉及的测量装置元件的转向和从而介质的流过方向。
这样例如也可以按照加法定理将两正弦信号或两余弦信号相加并接着将结果供给比较器。由此产生一特别高的分辨率。在该实施形式中的方法导致一很高的变换频率并且按照采用的比较器的数量导致一高的分辨率。
由于评价装置通过相加提供可很好识别的信号，可很精确地确定各轮齿的一角位置的配位。
由此也产生，当正弦信号或余弦信号是可再现的并且具有相等的电平时，这具有特别的优点。由此一内插法将是可特别好地实现的。
因此特别有利的是，正弦信号或余弦信号具有很精确的正弦形变化。该变化越精确符合数学的正弦曲线则可越精确地识别轮齿的角位置。
其中当正弦形变化也可以不受温度或现实的流通状态影响时，具有特别的优点。
在现有技术中这是不可能的。微分探测器中的每一磁敏元件产生不同高度的电压并且产生的信号不可能保持在一相等的电平上。此外它们在期望的意义上没有正弦形变化。
此外按照本发明优选的是，作为转换装置使用一前置放大器。一前置放大器的应用终归是合理的，以便将由传感器发送的、在某些情况下很小的信号转化为可由一评价电子系统更好地转化的信号，当评价电子系统远离各传感器一定的距离时尤其如此。
前置放大器或转换装置在这里优选配备成使它们可以发送三个输出信号。其中这些输出信号中的两个相互总是偏移一半的脉冲宽度。这意味着，被供给脉冲的评价电子系统可以精确地配位并且很少受干扰地利用简单的计数器可以推断出齿轮或测量装置元件的原来的位置。
优选当一轮齿相对于传感器继续转过一全齿距时，第三输出信号同时产生一个脉冲。该也可以称为接地信号的第三信号可以用于同步或也可以用于流量或容积的粗略的测定。
在一本发明的方法中该目的这样达到，即传感器发送一个输出信号并供给到转换装置，该输出信号在每次通过其中一个测量装置元件的一单轮齿时在一最小值与一最大值之间周期性波动并根据轮齿相对于传感器的位置具有一可再现的中间值，并且转换装置由传感器的输出信号形成自己的将中间值转化为可计数的值的输出信号。
该方法利用以上关于流量探测器所述的优点构成一种极好的问题解法。
本发明的实际的应用情况例如是对具有小的或大的直径的液压缸的位移测量，并且例如是根据对泵、液压马达、摆动传动装置等的压力、温度或其他的测量参数的特性曲线制定方法。
本发明不仅可用于齿轮传感器中，而且可用于其他的流量探测器中。术语“轮齿”在该申请中因此也包括可比拟的元件，例如在一螺杆计数器中的螺旋形环绕的凸筋等。
以下借助附图更详细地说明本发明的几个实施例。其中图1本发明的流量探测器的透视示意图包括示意的评价装置；图2说明物理参数“容积”的分辨率的示意图；图3更详细说明物理参数“流速”的分辨率的示意图；图4示出在一实施例中不同的测量的和评价的曲线的示意图；图5一类似的测量值在不同的分辨率时的表现的示意图；图6关于测量值在改变流速时的表现的示意图；图7一在换向阀中一过零点的测量的示意图；以及图8一换向阀上的测量结构的示意图。
具体实施例方式
图1中示出一流量探测器的数据的评价的基本原理。在一壳体内具有一测量室(两者均未示出)。在该测量室内在图的左边可看到一第一测量装置元件30，特别是一第一齿轮。该第一测量装置元件30或第一齿轮可绕一垂直轴31自由旋转并且在外面具有许多轮齿32，各轮齿在这里在图中总体上只用其包络曲线表达。该第一测量装置元件30与一在相当大程度上相同构成的第二测量装置元件40、亦即特别是一第二齿轮相啮合。后者可绕一轴41自由旋转，该轴平行于轴31。第二齿轮或第二测量装置元件40具有许多轮齿42，这些轮齿在这里也只用一包络曲线表达。
两测量装置元件30和40的各轮齿32和42在两齿轮或测量装置元件之间的中心区域内相互啮合。因此两测量装置元件30、40反向旋转。
如果将一介质，特别是亦即一流体送入相互啮合的轮齿32、42的前面或后面的区域内，则该介质使两齿轮或测量装置元件30、40处于刚才所述的反向的旋转并且在另一侧从啮合区域中又流出。在这里为了说明省略向测量室的输送和从其中的排出。介质或流体F可以不从两测量装置元件30、40的旁边流过，在啮合的区域内没有进入由相互啮合的轮齿32、42之间的齿槽形成的空隙、没有因排挤而向流过的方向推动轮齿32、42并从而并不引起旋转。由于由相互啮合的轮齿形成的容积由轮齿和齿槽以及测量装置元件的尺寸精确地预定并被排挤，所以由两齿轮的回转数理论上可以精确地推断通过啮合的区域排挤多少容积或多少容积流量。
在两测量装置元件或齿轮之间的啮合的区域对于介质总是形成一阻塞。介质的容积从进入侧到排出侧在各齿轮的外部区域内输送。在啮合的区域内该容积向排出侧排挤并从而再次放出(排挤原理)。
在壳体内绕测量室设置两个传感器51、52。由于图中省略了测量室和壳体，所以直接在第二测量装置元件40的上方在第二测量装置元件40的轮齿42的上方准确地表达两传感器51、52。传感器51、52当然不随测量装置元件40一起旋转，而固定设置在测量室的壁中。
两传感器51和52彼此具有一90°角度的间距。该90°角度不该理解为在几何上关于齿轮或第二测量装置元件40，而是针对一单轮齿42在它下面转过的运动。由于在该区域内建立了一磁场，此时通过转过的轮齿42改变磁场。为此将各轮齿和整个的测量装置元件40构成铁磁的。
由于各个轮齿42相互是相同的，当一单轮齿在两传感器51、52之一个的下方转过直到随后转动的齿又精确地处于其前行轮齿的位置时产生一正弦曲线并且磁场以此重新采取其原来的形式。
第二传感器现在因此相对于该变化偏移90°。这意味着，第二传感器相对于第一传感器51位错这一角度的四分之一，其分摊到一具体的轮齿上。如果作为实例采用例如一具有十二个轮齿的齿轮，则这些轮齿的每一个分摊测量元件40的圆周的30°(12×30°＝360°)，在这种情况下两传感器51和52在第二测量装置元件40的圆周上彼此相距该角度的四分之一，亦即7.5°。
由于各轮齿42在第二测量装置元件40中的设置是对称的，在两传感器51与52之间也可以存在一37.5°的角间距，因为在这种情况下由于周期性的特性也可以存在450°的角位错，亦即相对一单轮齿与90°意义相同。
两传感器51和52向一前置放大器70发送其输出信号。该前置放大器由供给它的各信号产生三个输出信号71、72和73，它们还要在以下更详细地讨论。这些输出信号71、72和73接着供给一外部的电子系统80以便进一步处理。
两相互偏移90°的传感器51和52由于通过磁场改变引起的磁场波动的周期性产生一正弦信号和一余弦信号。前置放大器70现在可以在两个通道上由正弦信号和余弦信号产生数字信号71和72。其中在前置放大器70中设有预编程序的内插因子用于待确定的流体下的测量容积的分辨率。
此外作为第三信号73产生一接地信号。该接地信号总是相当于一完全的正弦波振荡，亦即一轮齿的运动达到使随后的轮齿精确地转到其位置。
信号71、72和73接着发送给外部的评价电子系统80以便进一步处理。评价电子系统80接着可以由各信号的当前的频率与时间相关算出流量或流量速度。此时评价电子系统80可以借助于一数字计数器简单地计数供给它的各个脉冲并由计数器读数接着算出关心的流体的经处理的容积。
由正弦信号与余弦信号的关系可以识别精确的位置并从而识别一单轮齿42的精确的角位置。不同于在现有技术中，由此不仅轮齿的数目是确定的，而且中间位置也是确定的。因此为了通过内插方式的分辨率也可以考虑一轮齿未完全转到下一位置的情况。
为了表明在脉冲的数目与物理参数的分辨率之间存在何种关系，图2中表示一曲线图用以分辨待测量的介质、特别是一流体的物理参数“容积”。
其中从左向右表示时间(t)，从下向上曲线图分成三部分。最上面的三分之一表示随着时间的推移转送的以毫升为单位(ml)的容积V。中间的三分之一表示在一只少数可能的脉冲时的表现而最下面的三分之一表示在一较大数目的脉冲时的表现。
一用于一流量探测器的分辨率的量度是所谓K因子。该K因子确定每输送一升的待测量的介质的脉冲数目。每升待测量的介质的脉冲数越大，分辨率也越高。如果由K因子构成倒数，则立即得到流量探测器的测量容积Vm。因此由K因子导出测量容积Vm并且与其完全一样地构成一用于分辨物理参数“容积”的量度。
如果人们取例如中间的三分之一并根据在那里实际的250个脉冲/升的K因子Kg的数字，则人们对于测量容积Vmg仍得到相当于4ml或4cm3/脉冲的0.004升/脉冲。该容积的分量则不再是可测定的。
基本上这自然同样适用于具有一50000个脉冲/升的K因子Kh的高分辨率中。但在这种情况下测量容积Vmh作为倒数是相当于0.02ml/脉冲或0.02cm3/脉冲的0.00002升/脉冲。在这里不再可测定更小的分量，但对此得到毕竟0.02cm3/脉冲的精度。
如由图2易于得出的，在由测量的脉冲数目的粗的分辨率中不可能说明在仍测定的第四脉冲与不再出现的第五脉冲之间流过的量究竟精确地位于哪里，而在下面的三分之一中在高分辨率中存在远更精细的类似的精度并且误差只还在于，是否流过的容积量位于更接近第20个仍发生的脉冲处或第21个不再发生的脉冲处。
仔细地考察涉及第4个或第5个或第20个或第21个脉冲沿。每一脉冲具有一上升沿和一下降沿。但这在两实例的相对比例上相互间没有变化。
类似的情况自然也适用于流量的测定，因此适用于图3中示出的可比拟的图。在那里向右表示时间(t)，两下面的三分之一表示在低的或高的频率时粗的分辨率或高的分辨率而最上面的三分之一表示一在这里假定为恒定的流量。
在一例如Q＝1l/min的流量时流量探测器以粗的分辨率提供一4.2Hz的频率(相当于Q/Vmg)，而在高的分辨率时产生一833.3Hz的频率(V/Vnh)。如果在两种情况下频率改变0.5Hz，因此这在粗的分辨率时相当于11.9％的变化而在高的分辨率时相当于0.0006％的变化。这意味着，利用高的分辨率比在粗的分辨率时可显著更精确地测量流量变化是可能的。
在图3中自然应考虑到，通常关心的流量并不正好是恒定的。对于行家来说需要立即清楚的是，正是在一变化的流量的情况下能够实现较大数目的信号或脉冲并接着也实现发生的流量变化的远更动态的测定和更快速的识别和处理。
对此图4中现在示出一具体的实施例，例如利用一图1中的流量探测器借助于正弦函数和余弦函数的详细的研究，一显著改善的分辨率成为可能的。图4中从一相对于一传统的方案16倍的可分辨率出发。第二测量装置元件40的一轮齿42向前行轮齿的位置的运动，其至此相当于输送一测量容积，现在以16个单个的分容积是可分辨的。
其中在图4中从左向右表示待测量的介质的输送的容积。由于以升或毫升或立方米的其他的部分为单位的容积取决于流量探测器的尺寸，将轮齿的运动表达为用于刻度尺的单位，其中一轮齿精确地到其前行轮齿的位置的运动假定一360°的值。这通过测量容积Vm的各区域数据在x轴的下方再次附加地说明。如已结合图1讨论的，这自然只相当于整个齿轮的一转的一部分，其取决于轮齿的总数。
轮齿42在传感器51和52下方通过的运动，如上所述产生一传感器51的正弦信号和一第二传感器52的余弦信号。前置放大器70现在能够建立该两信号的相互关系。不象以前那样只确定一个脉冲，前置放大器现在确定，正弦信号是否是正的或是负的，它是否是上升或是下降；余弦信号是否是正的或是负的或其是否是上升或是下降。还可以在正弦波动和余弦波动内或由它们的梯度考虑规定的值的超过和低于。
图4也示出结果。虽然在最上面的三分之一中示出传感器51和52的两输出曲线作为在最大值Uss与-Uss之间的正弦波或余弦波振荡，但在其下面人们可看到前置放大器70的三个输出曲线71、72和73，亦即从上向下首先是数字通道A，然后以类似的形式的通道B和最后在下方是相当于输送信号73的接地信号Z。如人们看到的，由此一达22.5°，亦即达测量容积Vm的1/16的精调是可能的。
如果要求，还要细的再分是可能的，则取决于分解正弦和余弦信号的内插因子。
前置放大器应该具有多个输出级，它们具有用于三个通道71、72和73的快速传导推进器，例如包括一用于导线的具有75Ω(欧)的波阻抗匹配。输出级可以具有推挽式输出级包括用于约300mA 24V(伏)的高的推进器功率的配置。其由于高的要求应该抗过热时的短路并且也应该具有抗有错误匹配的导线的“回波”的各个出口。通过无导线终端而利用一波阻抗实现具有24V信号的数据传送。一错误匹配的导线终端可能引起回波，如果在发送侧也没有匹配，回波可以重复来回进行。在快速的脉冲序列的情况下传送可能受这些回波的干扰。
因此在前置放大器70与评价电子系统80的长的连接导线的情况下以及在一要求的高分辨率的情况下应该采用具有一约40至150Ω的波阻抗的导线并且一相应的终端阻抗连接于评价电子系统。通过传送导线和终端波阻抗的优化的匹配可以达到最大达150至200m的导线长度。
优选还可以通过一大的输出波幅和一结合的波匹配改进抗干扰性。如果将信号经由光电耦合器导向接收侧，则人们另外还得到发送侧与接收侧之间的电流的分离并且按这种方式同样可以避免电位差。
回行的信号的回波在前置放大器的终端级中通过一结合的波阻抗匹配阻止。通过这样的匹配另外还提高抗干扰性。
利用本发明的流量探测器为应用开辟了众多附加的可能性。可达到的高分辨率并从而大量关于容积流量的信息得出不仅流量本身而且输送的容积的改进的和更精确的评价。
这样现在将是可能的，稍微更精确地测量具有一较高粘度的介质。在介质的较高粘度的情况下在流量探测器中产生一较高的压力降。为减小该压力降，通常安装比真正需要更大的结构形式的流量探测器。这产生的结果是，流量探测器只在下面的测量区域内操作，亦即正如讨论过的提供特别不精确的信号。但通过本发明的方案即使在这样的情况下也可以明显提高分辨率，从而现在即使具有较高粘度的介质在其输送过程也可以较精确地加以描述。
如果将流量探测器用作为定量装置，在这里远更精确的定量也是可能的。根据调准的分辨率的程度可计算比在现有技术中可能的多很多的脉冲。通过这样的较高的分辨率现在可以显著更好地和更精确地计算容积并从而更准确地结束定量过程和填注。当待定量的容积很少时，则这特别完全适用。
评价电子系统80从由前置放大器70发送的信号的频率中算出流速。通用的频率测量方法，它们在这里也可以用于本发明的流量探测器中，例如是选通时间测定和脉冲宽度测量方法。
在按照本发明可达到的高分辨率的情况下流量探测器的前置放大器提供一可很好评价的较高的频率。这在按选通时间方法实现频率的评价时是特别有利的。甚至在短的选通时间(Torzeit)和低的流量时也仍还可以以小数点后多位测量流量。另一优点是短的测量循环时间，其首先通过高的分辨率是可能的。因此在较短的时间间隔内可以达到一所谓测量值的更新。
如果按照脉冲宽度测量方法测量频率，则流量可以由许多单个脉冲形成。这导致测量值在许多脉冲上的积分。流量波动经如此过滤地处理并且算出的测量值不再会波动。
在按照本发明的高分辨率的情况下由于高的频率可以快速和精确很多地测定流量变化。因此评价得到多很多的瞬态流量状态的信息。这产生的结果是，比利用传统的装置可以显著更动态地实施测定。这尤其在小的波动和流量变化时和在低流速的范围内测定时起作用。
利用发送的高频率也可以显著更好和更精确从事数字调节，因为评价电子系统80早已可以立即识别出流速的小的变化并从而可立即控制干扰。
图5示出本发明如何可用于数字的流量值向一模拟的测量值的转换中。向右表示时间(t)和向上表示容积(毫升)或电流(毫安)。在图解本身中大的台阶Sg表示在不多的脉冲时通过数字值的转换形成的分辨率。两倾斜延伸的直线中的下面的直线Gg则表示在一这样的粗的分辨率时的一平均值。
小的台阶Sh表示如何一高的分辨率产生的结果。其中在两种情况下一步阶是一测量值变化。在高的分辨率时具有上面的倾斜直线Gh的平均值不同于在粗的分辨率时的平均值，从而实际上一在粗的分辨率时的错误的值在高的分辨率时被纠正。
因此产生很大的优点，即利用一具有大的字节数的D/A转换器可在小很多的单个步阶中分辨一模拟的测量值。通过高分辨率现在可以精细很多地并在小的分级中模拟地表达模拟的测量值。此外模拟的输出也将是很动态的，因为在各个步阶之间的间距仍只是很小的并从而可以快速和动态地跟踪产生模拟测量值的测量值变化。
该实际很多的测量值在波动的或变化的流速的情况下仍可较清楚地表现出来，如图6所示。
如果同样利用一F/U转换器将流速转换为一模拟的测量值，则在高的分辨率时可以以较小的波动Rh很动态地发送模拟值，甚至下至较低的频率范围内也是如此，可以快很多地测出流量变化，从而人们可以用快速的yt描绘仪描绘和记录动态过程。模拟的调节精确和精细得多地操作，因为调节可以快很多地对一流量变化(频率变化)作出反应。因此在控制一干扰时不再产生大的过调量，因为调节可以早已对额定值的偏差作出反应。
如果由高的频率可以决定F/U转换器，其优选是一低通滤波器，那么现在配备较小的和快速的滤波器。这样将信号转换的延迟减至最小并且还只以很小的时间延迟实现测量值转换。通过高的数字输入频率滤波器级现在不必再使数字信号象现有技术中那样强地平滑，因为信号出现于短的时间间隔内。这意味着，现在按照本发明模拟的测量值还只具有一小的波动Rh，如图6很明显示出的。粗的分辨率的具有在图6中大波动Rg的曲线Kg几乎不正确地识别出出现于测定中的波动，而具有小的波动Rh的高分辨率可清晰明确地识别出图解中可看出的驼峰，如在曲线Kh上看到的。
图7中示出一本发明的流量探测器的另一种应用的可能性。向右表示一阀的活塞位移K，向上表示(正的或负的)流量。朝左边可看出向一正的容积流量Q+的第一流动方向，右边可看出向一负的容积流量Q-的第二反向的流动方向。如果按传统在阀上测量一介质的流量，则至今经常出现的问题是，利用至今的流量探测器不再能精确地测量在过零点N的很小的介质容积流量。原因在于测量在过零点的低的容积流量所利用的粗的分级。因此在过零点时活塞位移的数据也是不精确的。
但利用本发明的测量探测器，一显著较高的、例如16倍的流量分辨率是可能的。
图8中示出两不同的换向阀的所属的测量结构实例。上图中涉及一4/3换向阀包括一位移传感器(Wegaufnehmer)90和一流量探测器10，下图中涉及一4/2换向阀包括一位移传感器90和一流量探测器10。控制活塞的位移通过位移传感器10测量，而同时通过流量探测器10测量当时所属的容积流量。将两测量值相互对应校准并表示于图7中。并于是得出那里的变化。在图7放大表示的过零点的图中可易于看出，按照本发明的显著较高的流量的分辨率在反向接通中现在允许关于控制活塞的活塞位移并从而关于阀的控制边缘的影响的显著更精确的说明。
由于实际原因在一如图8中为此考虑的方案的结构中应该将流量探测器尽可能靠近阀安装。较长的连接管道在测量容积流量时导致延迟效应。此外推荐，用刚性的管连接而不用软管实现阀与流量探测器之间的连接管道，以便可以使流量探测器可以不延迟地测量容积流量并与位移测定同时完成测量结果。
附图标记清单10 流量探测器30 第一测量装置元件，特别是第一齿轮31 第一测量装置元件30的轴32 第一测量装置元件30的轮齿40 第二测量装置元件，特别是第二齿轮41 第二测量装置元件40的轴42 第二测量装置元件40的轮齿51 第一传感器52 第二传感器70 前置放大器71 第一输出信号72 第二输出信号73 第三输出信号80 评价装置90 位移传感器Gg具有粗的分辨率的直线Gh具有高的分辨率的直线K 有粗的分辨率的曲线Kh具有高的分辨率的曲线Rg具有粗的分辨率的波动Rh具有高的分辨率的波动Sg具有粗的分辨率的台阶Sh具有高的分辨率的台阶
权利要求
1.流量探测器，包括一测量室，在其中可输入和再排出一介质，要测量该介质的容积和/或流速；在该测量室内设置的可自由旋转地支承的测量装置元件(30、40)；至少一个用以测量磁场和/或磁场变化的传感器(51)；一转换装置(70)，该转换装置被供给所述传感器(51、52)的输出信号；其中所述传感器(51、52)发送一输出信号并供给到转换装置(70)，该输出信号在每次通过其中一个测量装置元件(40)的一单轮齿(42)和一所属的齿槽时在一最小值与一最大值之间周期性波动并且根据轮齿(42)相对于所述传感器(51、52)的位置具有一可再现的中间值；以及其中转换装置(70)构成使该转换装置由所述传感器(51、52)的输出信号形成自己的输出信号(71、72、73)，所述自己的输出信号将中间值转化为可计数的值，所述可计数的值代表在两轮齿(42)之间输送的容积的分容积。
2.按照权利要求1所述的流量探测器，其特征在于，转换装置(70)为一前置放大器。
3.按照权利要求1或2所述的流量探测器，其特征在于，使用至少两个传感器(51、52)，它们在同一测量装置元件(40)的圆周上优选彼此相对位错一齿距的四分之一或一齿距的多倍加上一齿距的四分之一。
4.按照权利要求3所述的流量探测器，其特征在于，两传感器(51、52)在相对于一轮齿(42)的同一位置时发送同一输出信号，从而两传感器由于相对位错发送从电学上看相互位移90°的信号。
5.按照上述权利要求之一项所述的流量探测器，其特征在于，传感器(51、52)的输出信号是取决于轮齿(32、42)的运动的正弦波。
6.按照上述权利要求之一项所述的流量探测器，其特征在于，转换装置(70)发送三个输出信号(71、72、73)，其中两个输出信号(71、72)相互总是偏移一半的脉冲宽度，并且当一轮齿(42)相对于传感器(51、52)继续转过一全齿距时，第三输出信号(73)相应产生一脉冲。
7.按照上述权利要求之一项所述的流量探测器，其特征在于，至少其中一个传感器(51、52)利用巨磁阻(GMR)。
8.利用一流量探测器测定一介质的容积和/或流速的方法，该流量探测器具有一测量室与在该测量室中设置的可自由旋转地支承的各测量装置元件和至少一个用以测定磁场和/或磁场变化的传感器；其特征在于，所述传感器(51、52)发送一输出信号并供给到转换装置(70)，该输出信号在每次通过其中一个测量装置元件(40)的一单轮齿(42)和一齿槽时在一最小值与一最大值之间周期性波动并且根据轮齿(42)相对于所述传感器(51、52)的位置具有一可再现的中间值，并且转换装置(70)由所述传感器(51、52)的输出信号形成自己的将中间值转化为可计数的值的输出信号(71、72、73)。
全文摘要
本发明涉及一种流量探测器，其具有一测量室，在此可输入和再排出一介质，要测量该介质的容积和/或流速。在测量室内设置可自由旋转支承的各测量装置元件。此外设置至少一个传感器用以测定磁场和/或磁场的变化，以及一转换装置，该转换装置被供给所述传感器的输出信号。所述传感器发送输出信号并将其供给转换装置。该输出信号在每次通过其中一个测量装置元件的一单轮齿和一所属的齿槽时在一最小值与一最大值之间周期性波动。根据轮齿相对于所述传感器的位置具有一可再现的中间值。转换装置构成使其由所述传感器的输出信号形成自己的将中间值转化为可计数的值的输出信号，可计数的值代表在两轮齿之间输出的容积的分容积。
文档编号G01F3/06GK1973189SQ200580018112
公开日2007年5月30日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月4日
发明者W·埃特勒 申请人:Vse容量技术有限公司