CH427345A - Einrichtung zur Umformung einer Kraft in eine Frequenz, insbesondere für Durchflussmessungen - Google Patents

Description

  



  Einrichtung zur Umformung einer Kraft in eine Frequenz, insbesondere für   DurchfluBmessungen   
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umformung einer z. B. vom Messwerk   einer Zustands-    grösse, wie Druck, Temperatur, Wichte usw., ausge  übten    Kraft in eine Frequenz. Insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, ist eine solche Einrichtung für    Durchfluss-oder Strömungsmesser geeignet, bei denen    zwischen der Durchflussmenge und dem z. B. an einer Messblende gemessenen Differenzdruck ein qua  dratischer Zusammenhang    besteht.

   Durch die   Er-      findung    wird bezweckt, einen vorzugsweise für    Durchflussmessungen bestimmten Kraft-Frequenz-    Umformer zu schaffen, bei dem ein quadratischer Zusammenhang zwischen der von dem Messwerk oder dergleichen   abgegebenen    Kraft und der Frequenz besteht, in welche diese Kraft umgewandelt wird. Es ist dann bei einem Durchflussmesser der Durchfluss proportional der Frequenz, so dass die gemessenen Werte auf verhältnismässig einfache Weise, z. B. über die Zeit, integriert oder auf einem Zählwerk summiert werden können.



   Die Erfindung besteht darin, dass die umzuformende Kraft an einem eingespannten, durch Anre  gungsmittel    in Schwingungen versetzbaren Organ, z. B. einer Saite, angreift, dessen sich proportional zur Wurzel aus seiner Spannung ändernde Frequenz an einem Mess-oder Registriergerät zur Anzeige gebracht wird. Diese Anzeige kann über die Zeit integriert werden. Da die gemessene Frequenz der Saite oder dergleichen dem Durchfluss proportional ist, kann der Durchfluss auf diese Weise unmittelbar angezeigt, aufgezeichnet und gezählt werden. Entsprechend können auch andere Zustandsgrössen gemessen werden, bei denen entsprechende Zusammenhänge vorliegen bzw. konstruiert werden können.



   Ferner ist es möglich, die Frequenz des   schwin-    genden Systems auch durch zwei oder mehr   Binfluss-    grössen zu ändern. Dadurch können auf einfache Weise gegebenenfalls Korrekturen von   Messergeb-    nissen bzw. Messungen vorgenommen werden. Dies ist gerade bei   Durchflussmessuagem wertvoll,    bei denen der Durchfluss nicht nur vom Differenzdruck an der   Messblende    oder dergleichen, sondern auch vom Druck, von der Temperatur und vom spezifischen Gewicht usw. des strömenden Mediums abhängig ist.



   Da die Auswertung relativ hoher Frequenzen mit geringen Amplituden, wie sie bei einer gespannten Saite auftreten können, unter Umständen schwierig ist, kann man die Eigenfrequenz der Saite bzw. die Frequenz des schwingenden Systems auf   verhältnis-    mässig einfahce Weise dadurch herabsetzen, dass die Saite oder das sonstige schwingende Organ mit einer zusätzlichen Masse verbunden wird.



   In der Zeichnung ist die Erfindung in   verschiede-      nen    Ausführungsformen beispielsweise und rein schematisch veranschaulicht.



   Fig. 1 zeigt einen Kraft-Frequenz-Umformer für   Durchflussmessungen    mit   Differenzdnuckmesswerk,    schwingender Saite und elektrischer   Schwingungsan-      regung.   



   Fig. 2 zeigt in abgebrochender Darstellung die Verbindung einer Drehpendelmasse mit einer Saite.



   Fig. 3 zeigt in abgebrochener Darstellung die Verbindung einer   Drehpendelmasse mit    einer Saite.



   Fig. 4 zeigt in abgebrochener Darstellung eine mit Versteifungen versehene Saite.



   Fig. 5 zeigt einen Kraft-Frequenz-Umformer mit    einem Temperaturmesswerk und einem Kniehebel      mit zusätzlichem Drehpendel    als   schwingendes    Organ.



   Fig. 6 zeigt wiederum einen Kraft-Frequenz Umformer für   Durchflussmessungen    mit einem Diffe   renzdruckmesswerk    und einem zusätzlichen Druck  messwerk zur Frequsnzbeeinflussung, und   
Fig. 7 zeigt schliesslich in   abgebrochener Dar-    stellung ein mit einer Saite oder einem Kniehebel verbundenes Drehpendel mit   veränderlichem Träg-    heitsmoment.



   Bei der zur   Durohflussmess. ung dienenden Ein-      richtung gemäss Fig. l wird der    an einer Messblende 1 entstehende Differenzdruck durch ein   Differenizdmck-    messwerk 2 in n eine Kraft umgewandelt, die. an dem linken Hebelarm eines doppelarmigen Hebels 3 angreift. An dem. anderen Hebelarm ist das eine Ende einer Saite 4 befestigt, deren anderes Ende ortsfest eingespannt ist. Der Hebel 3 ist um einen Drehpunkt 5 kippbar. Die Saite 4 wird über den Hebel 3 durch die Kraft des   Differenzdruckmesswerkes. angespannt.   



  Durch Verschieben des   Hebeldrehpunktes    5 kann das Verhältnis der Kraft des   Messwerkes    2 zur Spannung der Saite 4   vaniiert    werden, wodurch der Messbereich des Gerätes verändert werden kann. Da die Frequenz der Saite 4 proportional der Wurzel aus der Saitenspannung ist, wird sie auch proportional dem Durchfluss sein.



   Die Anregung der Saite 4 zu   Schwingungen ge-    schieht beispielsweise durch eine Einrichtung, die im   wesentlichen aus einem Wegmesselement    6, einem Verstärker 7 und einem Antriebselement 8 gebildet ist. Als   Wegmesselement    6 kann z. B. ein kapazitiver oder induktiver Geber dienen. Das Antriebselement 8 kann z. B. aus einem Elektromagneten bestehen.



  Der Verstärker 7 hat die Aufgabe, zwischen dem   Wegelement    6 und dem   Antriebselem & nt    8   eine ent-    sprechende Phasenverschiebung zu erzeugen. Durch an sich bekannte zusätzliche Schaltungen wird dafür gesorgt, dass der Ausgang des Verstärkers 7 kurzzeitige Impulse, wie z. B. Rechteckimpulse, oder ein sinusförmiges Wechselfeld liefert. Diese Impulse wirken beim Nulldurchgang auf das schwingende Organ.



  Die am Ausgang des Verstärkers 7 auftretenden Impulse, z. B. die Rechteckimpulse, können entweder direkt oder über einen Frequenzteiler, an einem   Zähl-    werk 9 summiert werden. Durch an sich bekannte elektrische, elektromagnetische, elektromechanische, mechanische oder pneumatische Mittel kann ferner zweckmässigerweise die Amplitude des schwingenden Organs geregelt werden. Beispielsweise   kann dies da-    durch geschehen, dass beim Überschreiten einer be  stimmten,    mit dem   Wogmesselement    6 gemessenen Amplitude'die Verstärkung des Verstärkers 7   her-    abgesetzt oder zeitweise ganz ausgesetzt wird.



   Wie bereits erwähnt, kann z. B. bei   einer Ein-    richtung gemäss Fig.   l'dite    Saite 4 relativ hohe Frequenzen aufweisen. Um   eine niedmgere Frequenz    zu erhalten, die für manche Fälle vorteilhafter ist, kann die Saite 4 mit mindestens einer zusätzlichen   schwingbaren Masse verbunden werden. Bei    der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist zu diesem Zweck aine zusätzliche Masse 10 unmittelbar an der Saite    angebracht. Die zur Anregung der Saite dienendem    Mittel, z. B. solche, wie in Fig. 1 verwendet, sind zwecks Vereinfachung der Darstellung in den Fig. 2 bis 7 fortgelassen worden.



   Bei der Einrichtung gemäss Fig. 3 ist die   zu-      sätzliche    Masse nicht unmittelbar an der Saite selbst angebracht, sondern sie ist in einem Lager 11 in Form einer Drehpendelmasse 12 drehbar gelagert und über ein hebelartiges Zwischenglied 13 fest mit der Saite 14 verbunden. Mit Hilfe einer solchen Anordnung kann man sehr niedrige Frequenzen erzielen.



  Die Anordnung wirkt nach Art eines physischen Pendels, dessen. Richtgrösse von der eingespannten Saite 14 gebildet wird. Die Ausbildung der zusätzlichen Masse als   Drehpendel hat weiterhin den      Vor-    teil, dass das Gerät weitgehend   lageunempfindlich    ist.



   Wenn die Frequenz der Saite 14 bzw. des physi   schen Pendels dem Durchfluss unmittelbar propor-    tional sein soll, muss einem Durchfluss Null auch die Frequenz Null entsprechen. Da die   Eigensteifig-    keit der Saite 14   jadoch    nicht unendlich klein ist, können in der Nähe der Frequenz Null   Ungenauig-    keiten auftreten, wodurch sich die Saite unter Umständen verwerfen kann. Dieser Mangel kann durch die Anbringung einer Zugfeder 15 beseitigt werden, wie aus Fig. 3 schematisch ersichtlich ist.

   Da eine solche Feder bereits bei geringsten Abweichungen von dem labilen Gleichgewichtszustand eins   Winkel-    grösse hervorruft, die in Richtung einer zunehmenden Winkelabweichung wirkt, wird die Frequenz Null bei einerendlich grossen Spannung der Saite 14 erreicht, so dass der durch eine zu geringe Spannung der Saite 14 verursachte   Ubelstand    nicht mehr auftreten kann. Die gleiche Wirkung könnte im übrigen auch durch ein Gewicht erzielt werden, welches so angebracht ist, dass der Massenschwerpunkt über dem Drehpunkt der Masse liegt.



   Bei der in Fig. 4   veranschaulichten Ausführungs-    form wird ein undefiniertes Verwerfen der Saite bei extrem   niedrigan    Spannungen derselben dadurch vermieden, dass die Saite mit   Versteifungen 15o    versehen ist.   Ansbelle    einer eingespannten Saite kann erfindungsgemäss auch ein anderes   schwingendes    Organ verwendet werden. Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise in Fig. 5 schematisch   veranschau-    licht. Hier ist die Saite durch einen Kniehebel ersetzt, der aus den Schenkeln 16 und 17 besteht, welche die gleiche oder verschiedene Länge haben können.

   An n den mittleren Gelenkpunkt des Kniehebels 16, 17 ist eine drehpendelartig gelagerte Masse 18 zur   Herab-    setzung der   Etgsnfrequenz    des   schwingendon    Systems angelenkt. Die Anbringung einer negativen Feder ist bei dieser Anordnung nicht   erfonderlich,    da die Gelenke des Kniehebels keine Richtkraft besitzen, so dass auch in, der Nähe der Fequenz Null einwandfrei gemessen werden kann. Bei   der Ausfühmingsform ge-      mäss    Fig. 5 handelt es sich beispielsweise um eine Temperaturmessung, bei der die von einem Tempe  raturmesswerk    19 ausgeübte Kraft in eine Frequenz umgewandelt wird. 



   Die Gelenke einer   Kniehabelanordnung gemäss   
Fig. 5 können praktisch nicht ganz reibungsfrei arbeiten, was unter Umständen störend wirken kann.



   Dieser Nachteil ist bei der   Ausfühpungsform gemäss    Fig. 6 dadurch beseitigt, dass   die Gelenks des einge-    spannten Kniehebels durch Federblätter 20, 21 und
22 ersetzt sdnd, die z. B. als Einfachfedern,   Kreuz-    federn oder dergleichen. ausgebildet sein können.



   Bei dem   für Durchflussmessungen bestmimten    Gerät gemäss Fig. 6 wird die Eigenfrequenz des Sy  stems zunächst oinmal    durch Veränderung der von dem Differenzdruckmesswerk 23 ausgeübten Kraft variiert. Es kann aber auch eine Änderung der Eigenfrequenz des   Systems durch eine weitere Einfluss-    grösse erfolgen. Zu diesem Zweck ist gemäss Fig. 6 der Angriffspunkt 24 des Hebels 27 an der drehbar gelagerten Masse 26 verschiebbar angeordnet. Die Verstellung des Angriffspunktes 24 kann z. B. durch ein   Druckmesswerk    28 vorgenommen werden, dessen   federgefesselter Mstallbalg    z. B.   an die Leitung ange-    schlossen ist, deren Durchflussmenge gemessen werden soll. Auf diese Weise erhält man eine druckkorrigierte Durchflussmessung.

   Anstelle eines Druck  messwerkes oder zusätzlich    zu demselben könnten auch   Messwerke    für beliebige andere Zustandsgrössen, wie Temperatur, Wichte oder dergleichen, zur Korrektur der Durchflussmessung vorgesehen werden.



   Bei Verwendung eines Drehpendels oder sonsti  en    physischen Pendels kann eine Änderung der Eigenfrequenz des schwingenden Systems auch durch Veränderung des Trägheitsmoments der Pendelmasse in Abhängigkeit von einer weiteren Zustandsgrösse erzielt werden. Gemäss Fig. 7 ist das Drehpendel zu diesem Zweck mit radial verschiebbar gelagerten   Schwungmassen    oder Gewichten 29 und 30 versehen. Die Verschiebung der Gewichte kann z. B. in Abhängigkeit von einem statischen Druck vorgenommen werden, der in das Innere eines zwischen den   fodergefesseltan    Gewichten angeordneten Metallbalges eingeführt wird.

   Da das Trägheitsmoment der drehbar gelagerten Masse von dem abstand der   Schwungmassen    29 und 30 vom Drehpunkt abhängt, wird auch auf diese Weise eine Änderung der Frequenz des schwingenden Systems in Abhängigkeit von   einer Zustandagrösse ermöglicht.   



   Wie die vorstehend   beschriebenen iund    in der Zeichnung schematisch veranschaulichten   Ausfüh-      rungsbeispiele    zeigen, kann der wesentliche Erfin  dungsgedanke    auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Somit beschränkt sich die Erfindung auch nicht auf diese Ausführungsbeispiele, sondern sie umfasst alle Variante im Rahmen des wersentlichen Erfindungsgemdankens. Beispielsweise kann die Rege   lung oder Begrenzung der Amplitude des schwingen-    den Systems auch auf pneumatischem   Wege    erfolgen, z. B. durch pneumatische Bremsung eines   berüh-    rungsfrei durch einen Druckluftstrahl angetriebenen physischen Pendes, insbesondere   eines Drehpendels.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Umformung einer Kraft in eine Frequenz, insbesondere für Durchflussmessungen, da durch gekennzeichnet, dass die umzuformende Kraft an einem eingespannten, durch Anregungsmittel in Schwingungen versetzbbaren Organ angreift, dessen sich proportional zur Wurzel aus seiner Spannung ändernde Frequenz an einem Mess- oder Registriergerät zur Anzeige. gebracht wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die umzuformende Kraft über einen Hebel (3) an dem einen Ende einer Saite (4, 14) angreift, deren anderes Ende an einem Festpunkt eingespannt ist.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch oder Unter- anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das tuber- setzungsverhältnis der Kraftübertragung willkürlich, z. B. durch Verschiebung des Drehpunktes (5) des Kraftübertragungshebels (3), veränderlich ist.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saite (4) mit Versteif mngen (15a) versehen ist.

   4.. Einrichtung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass das schwin gendre Organ von einem Kniehebel (16, 17) gebildet ist.

   5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebelgelenke aus Feiderblättern (20, 21, 22) bestehen.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Saite oder das sonstige schwin- gende Organ zwecks Herabsetzung der Eigenfrequenz mit einer zusätzlichen Masse verbunden ist.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Masse aus einem unmittelbar an der Saite (4) angebrachten Massekörper (10) besteht.

   8. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Masse aus einem mit der Saite (14) oder mit dem Kniehelbel (16, 17) durch ein Zwischenglied (13) verbundenen Pendel, vorzugsweise einem Drehpendel (12), besteht.

   9. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingende System, z. B. das drehpendel (12), mit einer Zugfeder (15) ver bunden ist.

   10. Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz des schwin- genden Systems durch Änderung des Übersetzungs- verhältaisses zweischen der Saite bzw. dem Kniebebel und der zusätzlichen Pendelmasse (26) variierbar ist.

   11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Angriffspunkt (24) des Zwischengliedes (27) an der Pendelmasse (26) verschieb- bar ist.

   12. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Eigenfrcquenz des schwingenden Systems durch Veränderung des wirksamen Trägheitsmoments einer Schwing-oder Pendelmasse bewirkt wird.

   13. Einrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der schwingenden Saite oder dem Kniehebel verbundene Drehpendel mit radial verschiebbaren Schwungmassen (29, 30) versehen ist.

   14. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch 'gekennzeichnet, dass die Frequenz des schwingenden Systems zusätzlich durch mindestens eine weitere Einflussgrösse veränderlich ist.

   15. Einnichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Einflussgrösse auf die mit der Saite oder. dem Kniehebel verbundene Pendelmasse zwecks Verstellung des Übersetzungsverhältnisses oder zwecks Änderung des Trägheits moments der Masse einwinkt.

   16. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anregung der Saite ader des sonstigen schwingenden Organs elektrischen, elektromagnetische, elektromechanische oder mechanische und pneumatische'Mittel vorgesehen sind.

   17. Einrichtung nach Unteranspruch 16, dadurch gakennzeichaet, dass die Mittel zur Anregung der Saite aus. einem Wegmesselement (6), einem Verstärker (7) und einem Antriebselement (8) bestehen.

   18. Einrichtung mach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung oder Begrenzung der Amplitude des schwingenden Systems elektrische, elektromagnetische, elektromechanische oder me- chanische und pneumatische Mittel vorgesehen sind.

   19. Einrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung oder Begrenzung der Amplitude des scwingenden Systems durch pneumatische Bremsung eines berührungsfrei durch einen Druckluftstrahl angetriebenen physikalischen Pendels, insbesondere eines Drehpendels, erfolgt.