DD149572A5

DD149572A5 - Stroemungsmengenmessvorrichtung

Info

Publication number: DD149572A5
Application number: DD80219718A
Authority: DD
Inventors: Gyoergy Bucsky; Zoltan Kiss; Ivan Matyas; Jozsef Pazmany; Gyula Selyem; Lajos Tatrai
Original assignee: Magyar Tudomanyos Akademia
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-03-17
Publication date: 1981-07-15
Also published as: HU183092B; US4335618A; FR2452087B1; DE3010175A1; FR2452087A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stroemungsmengenmeszvorrichtung bei der im Stroemungsweg ein Rotameter mit einem Schwimmer und einem diesen aufnehmenden durchsichtigen Rotameterrohr angeordnet ist. Um die Meszgenauigkeit zu erhoehen, den Anschlusz an eine elektrische Anzeigeeinheit ohne Beeintraechtigung der visuellen Ablesbarkeit und den Anschlusz einer Durchfluszmengen-Regelstufe zu ermoeglichen, ist erfindungsgemaesz an der aeuszeren Wandung des Rotameterrohres 12 eine linienfoermige Lichtquelle 10 angeordnet,die den den Schwimmer aufnehmenden Bereich des Rotameterrohres linienfoermig beleuchtet. Auf der gegenueberliegenden Seite des Rotameterrohres befinden sich Lichtfuehler 11, die entsprechend der Lage des Schwimmers beleuchtet oder nicht beleuchtet werden. Die Lichtfuehlerausgaenge liegen ueber Verstaerker 3 an einem Inverter 4, dessen Ausgangssignalkombinationen an eine logische Schaltung 5 gelangen, deren Ausgangssignalkombinationen die Lage des Schwimmers kennzeichnen. Sie koennen einer Anzeigeeinheit 6 und einem Digital-Analog-Wandler 7 mit nachfolgender Regeleinheit 8 zugefuehrt werden.

Description

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Strömungsmengenmeßvorrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung;;

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmengenmeßvorrichtung, bei der im Strömungsweg des Mediums ein Rotameter angeordnet ist, das im Innenraum seines Rotameterrohres mit durchsichtiger Wandung einen aus lichtundurchlässigem Material bestehenden Schwimmer aufweist, dessen jeweilige Lage der jeweiligen Menge des strömenden Mediums proportional ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Die Messung der Menge von strömenden Gasen oder Flüssig- . keiten, die Erfassung der gemessenen Werte und die Regelung bzw. Konstanthaltung der Menge von strömenden Medien stellt sowohl für Laboratorien als auch für die Industrielle Praxis ein immer größer werdendes Problem dar.

Bei der Messung der Menge von strömenden Gasen und Flüssigkeiten werden die sogenannten Rotationsströmungsmesser bzw. Rotameter in großem Umfang verwendet. Diese Vorrichtungen lassen sich einfach, kostensparend und ohne Schwierigkeiten einsetzen und bedienen. Ein bedeutender Nachteil liegt jedoch darin, daß die gemessene Menge nur optisch dargestellt werden kann. Die sich aus den oft unterschiedlichen Druckwerten des strömenden Mediums ergebenden Mengenveränderungen können nur durch manuelle Eingriffe ausgeglichen werden, und auch die Erfassung der Meßwerte ist geräte- " technisch unmöglich. Die Messung eines Vorganges kann deshalb nur unter ständiger Überwachung erfolgen. Die Ablesung des Rotameters mit Hilfe eines Instrumentes wird auch dadurch kompliziert, daß die Lage des rotierenden Schwimmers des Rotameters während der Messung nicht stabil ist, da er vielmehr Schwingungen mit geringen Amplituden ausführt. Die axiale Abmessung des Schwimmers ist größer, im allgemeinen erheblich größer als die die Meßgenauigkeit bestimmende.:Skalenteilung, die das Ausmaß der vom Schwimmer ausgeführten Schwingungen nur unwesentlich übertreffen.

Innerhalb der verhältnismäßig langen Meßstrecke des Rotameterrohres kann eine genaue Lagebestimmung erforderlich sein, was sich bei der Ausführung der Messung mit Hilfe eines Meßgerätes noch erschwerend auswirkt.

Die gerätetechnische Strömungsmessung mit Rotametern kann bekanntlich auf mehreren Wegen verwirklicht werden. Die betreffenden Meßgeräte bilden zusammen mit dem Rotameter eine fest zusammengebaute, nicht unterteilbare Meßeinheit. Daraus folgt, daß derart ausgebildete Meßgeräte an vorhandene, funktionsbereite Rotameter bereits nicht mehr ohne weiteres angeschlossen werden können, sondern vielmehr nur über einen Ferngeber, der Meßsignale lediglich mit beschränkter Genauigkeit abgibt, sowie einen Endschalter an

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weitere Einheiten angeschlossen werden können. Bei den zuletzt genannten Geräten ist die freie Bewegung des Schwimmers des Rotameters durch eine mechanisch betätigte Vorrichtung bzw. das megnetische o'der elektrische Feld begrenzt, was zu einer wesentlichen Erhöhung des Meßfehlers des Rotameters führt. Das Rotameterrohr wird in der Mehrzahl der Fälle von einer Induktions- oder elektromagnetischen Wicklung oder einer anderen, der technischen Lösung entsprechenden Vorrichtung umgeben, wodurch eine visuelle Ablesemöglichkeit ausgeschlossen ist. Die hier angeführten Fehler und Mangel treten bei den bekannten Lösungen im allgemeinen nicht getrennt voneinander auf, sie wirken vielmehr zusammen.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die nach Anschluß an ein Rotameter eine genaue Strömungsmengenmessung ermöglicht und gleichzeitig die visuelle Ablesbarkeit des Rotameters nicht beeinträchtigt, die in einem breiten Umfang einsetzbar ist und als Heßsignalgeber zur Strömungsmengenregelung Verwendet werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Bei der Erfindung wird von einer Vorrichtung ausgegangen, bei der im Strömungsweg des Mediums ein Rotameter vorgesehen ist, das einen im Innenraum eines Rotarneterrohres mit durchsichtiger Wandung angeordneten lichtundurchlässigen Schwimmer aufweist, dessen Lage der Menge des strömenden Fluidums proportional ist.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung des Rotarneterrohres mit einer linienförmigen Lichtquelle verbunden ist, mit deren Licht eine

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Strecke des Rotameterrohres, die länger als der Schwimmer ist, linienartig beleuchtet wird, wobei an der äußeren Wandung des Rotarneterrohres der linienartigen Lichtquelle diametral entgegengesetzt mehrere Lichtfühler vorgesehen sind, deren Empfindungsrichtung rechtwinklig zur Achse des Rotameters verläuft und die in Abständen, die einer bestimmten axialen Skalenteilung entsprechen, angeordnet sind. Die Skalenteilungslänge ist kürzer als die axiale Abmessung des Schwimmers. Die Lichtfühler sind mit einer logischen Schaltung verbunden, die anhand diskreter, von den Lichtfühlern gelieferten Signalkombinationen eine der , Lage des Schwimmers im Rotameter entsprechende Signalkombination erzeugt.

Bei einer zv/eckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung sind die Halterungen der linienartigen Lichtquelle und der Lichtfühler durch einen elastischen Bügel miteinander verbunden, der die Halterungen an die äußere Wandung des Rotameterrohres preßt. Mit Hilfe des elastischen Bügels läßt sich der aus der Lichtquelle und den Lichtfühlern bestehende optische Lagefühler längs des Rotameterrohres frei verstellen, so daß die Meßstrecke innerhalb eines weiten Meßbereiches verschoben werden kann. Diese Lösung ermöglicht es, die Länge des optischen Lagefühlers wesentlich kürzer als den Gesamtmeßbereich des Rotameterrohres zu halten. Da der optische Lagefühler mit einem einfachen Handgriff am Rotameterrohr befestigt werden kann, wird eine Bedienungsvereinfachung erreicht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die linienförmige Lichtquelle aus mehreren diskreten Lichtquellen und einer vor diesen angeordneten Zylinderoptik, deren Achse parallel zur Achse des Rotameterrohres verläuft, wobei die Lichtfühler aus Phototranssistoren mit vorgesetzten optischen Linsen bestehen.

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Sehr günstig läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung von strömenden Medien einsetzen, indem z.B. die Ausgänge der logischen Schaltung mit einem Digital-Analog-Wandler verbunden werden, der der Lage des Schwimmers proportionale analoge Spannungssignale erzeugt, die dem Meßsignaleingang einer Strömungsregelungseinheit zugeführt werden, wobei der Ausgang der Regelungseinheit ein Eingriffsorgan, z.B. ein Regelventil steuert, das die Strömungsverhältnisse des mit dem Rotameter gemessenen strömenden Mediums beeinflußt.

Ausführungsbeispiel;

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels .anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1: das Rotameterrohr in vergrößerter Darstellung mit angesetztem optischen Lagefühler,

Fig. 2: eine Draufsicht auf Pig. 1,

Pig. 3: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Pig. 1 zeigt den optischen Lagefühler 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vergrößerter Darstellung in Prontansicht. Er ist an das Rotameterrohr angepaßt und besteht aus einer linienförmig Licht emittierenden Lichtquelle und mehreren parallel zur linienförmigen Lichtquelle angeordneten Lichtfühlern 11. Aus Pig. 2 ist ersichtlich, daß die Lichtfühler 11 in bezug auf die Lichtquelle 10 auf der anderen Seite des Rotameterrohres 12, also diametral zu der Lichtquelle angeordnet sind. Die Halterungen 13;14 sind mit einem Bügel 15 aus elastischem Material miteinander verbunden. Die Gerade, die die Mittelachsen

der Halterungen 13 und 14 miteinander verbindet, schneidet den Mittelpunkt des Rotarneterrohres 12 nicht, wodurch die Preßkraft des Bügels 15 die gesamte Vorrichtung auf dem Rotarneterrohr 12 festhält. Bei dieser Ausführungsform läßt sich der optische Lagefühler 1 auf dem Rotameterrohr

12 mit einem einzigen Handgriff befestigen und längs der Achse desselben frei verstellen. Der optische Lagefühler 1 umfaßt das Rotameterrohr 12 nicht völlig, so daß die Skalenstriche 16 auch bei aufgesetztem optischem Lagefühler 1 (wie in Pig. 1 gezeigt) abgelesen werden können.

Die Lichtquelle 10 besteht aus mehreren, in der Halterung

13 untereinander angeordneten Leuchtelementen, z*-B. Glühlampen, und einer das Licht dieser Leuchtelemente in eine Linie konzentrierenden Zylinderoptik 17. Die Zylinderoptik 17 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Sie wird z.B. bei optischen Lochbandablesern zur Beleuchtung der empfindlichen Zone verwendet.

Die Lichtfühler 13 sind in bestimmten, gleichen Abständen in der Halterung 14 untereinander angeordnet, wobei sie auf einer gedruckten Leiterplatte 18 parallel zueinander gehaltert sind. Die Lichtfühler 11 sind zweckmäßigerv/eise als Phototransistoren ausgebildet, an deren vorderer lichtempfindlicher Oberfläche eine optische Linse vorgesehen ist. Ein derartiger Lichtfühler ist z.B. der Phototransistor BPY S1/1K der Siemens & Halske AG. Die Lichtfühler 11 sind dicht übereinander angeordnet. Bei Einsatz des Phototransistors BPY S1/1K beträgt der Abstand zwischen den benachbarten Phototransistoren z.B. etwa 2,5 mm. Nachdem die Lichtfühler 11 eingelegt wurden, wird der Innenraum der Halterung 14 zweckmäßig mit durchsichtigem Kunstharz vergossen.

— 7 «.

Es wird darauf hingewiesen, daß die axiale Länge der Hal~ terung 14, die im wesentlichen mit der Länge der Zylinderoptik 17 übereinstimmt, größer ist als die Höhe des Schwimmers 19 des Rotameters.

Im folgenden wird auf die Pig. 3 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild bzw. Punktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist. Das Rotarneterrohr und der damit verbundene optische La;gefühler 1 ist nur Bchematisch dargestellt. Die Ausgänge der Lichtfühler 11 sind mit den Eingängen eines MeßVerstärkers 3 verbunden, wobei das Ausmaß der Belichtung der Lichtfühler 11 nach entsprechender Verstärkung und Signalumformung durch ein Signal dargestellt wird, das am Ausgang mit einer der Nummern a ... η der Lichtfühler 11 entsprechenden Zahl auf das erforderliche Niveau verstärkt wird. Die Ausgänge des Meßverstärkers 3 sind an einen Inverter 4-angeschlossen, der für einen jeden Lichtfühler 11 zwei Ausgänge besitzt. Die beiden zusammengehörigen Ausgänge eines jeden Lichtfühlers sind mit Da bis Dn und Da bis On bezeichnet. Die Ausgänge Da bis D sind negierte Ausgänge. Wird ein Lichtfühler 11 von der Lichtquelle 10 belichtet, tritt am zugehörigen Ausgang D der logische Pegel "1" und am negierten Ausgang D der Pegel "0" auf.

Die Ausgänge des Inverters 4 sind mit einer logischen Schaltung.5 verbunden. Diese logische Schaltung 5 ist aus einer.Kombinationsschaltung aufgebaut, die in Übereinstimmung mit den möglichen Verschiebungen des Schwimmers des Rotameterrohres 12 ausgebildet ist. In einer beliebigen diskreten Lage des Schwimmers 19, bei der der Schwimmer 19 oben oder unten den Weg mindestens zu einem der Iiichtfühler 11 freilaßt und mindestens einen verdeckt, bedeutet dies, daß der Schwimmer 19 sich im Meßbereich befindet. Die logische Schaltung 5 ist dabei derart aufgebaut, das innerhalb des Meßbereiches in einer jeden diskreten Stellung des Schwimmers 19 an ihrem Ausgang der

Zahlenwert der diskreten Stellung in kodierter Form ausgegeben wird. Die einzelnen diskreten Stellungen bestimmen im wesentlichen innerhalb der den Abständen der benachbarten Lichtfühler 11 entsprechenden Meßungenauigkeit die Lage des Schwimmers.

Es ist offensichtlich, daß in den Fällen, bei denen der Schwimmer 19 während der Messung Schwingungen mit einer Amplitude ausführt, die kleiner als der Teilungsabstand sind, diese die einwandfreie Funktion der logischen Schaltung 5 nicht beeinflussen. Die hier angegebene Kombination von logischen Bedingungen, die der obigen Funktion entspricht, läßt sich auf mehrere Art aufstellen, ihre konkrete Ausführungsform ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die die momentane Stellung des Schwimmers 19 in kodierter Form darstellenden Ausgangssignale der logischen Schaltung 5 gelangen an die Anzeigeeinheit 6. In dieser sind Dekodierer 6a und Digitalanzeiger 6b untergebracht, die in einem angegebenen Fall den Zahlenwert und das Vorzeichen der Stellung des Schwimmers 19 anzeigen. Die Nullstellung des Schwimmers kann sich z.B. in der Mitte des Meßbereiches befinden. In dem in Fig. 3 dargestellten Fall befindet sich der Schwimmer 19 in Position "-18".

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können die Ausgänge der logischen Schaltung 5 an die Eingänge eines Digital-Analog-Wandlers 7 angeschlossen werden,, der anhand des die Stellung des Schwimmers 19 anzeigenden kodierten Digitalsignals ein analoges Spannungssignal erzeugt, das ebenfalls die Stellung des Schwimmers 19 kennzeichnet. Wenn dieses Signal dem Eingang einer Regelungseinheit 8 zugeführt wird, kann es zur Regelung der durchfließenden Menge des strömenden Mediums ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe des Ausgangssignals der Regelungs-

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einheit 8 über ein Eingriffsorgan 9, z.B. ein Regelventil, die'Menge des strömenden Mediums so verändert, daß die Stellung des Schwimmers 19 konstant bleibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Messung der Menge des strömenden Mediums, die Erfassung der gemessenen Werte und bei Bedarf auch die Regelung der Menge des strömenden Mediums. Der zweckentsprechend aufgebaute optische Lagefühler 1 ermöglicht es, die "Vorrichtung mit einem gebräuchlichen und bereits vorhandenen Rotarneter beliebigen Typs und beliebiger Abmessung au verhindern, ohne irgendwelche Bauelemente des Rotameters demontieren zu müssen oder die visuelle Ablesbarkeit des Rotameters zu beeinträchtigen.

Durch die entsprechende Auswahl der optischen Eigenschaften der Lichtfühler 11 und der Lichtstärke der Lichtquelle 10 können die Messungen auch bei nur teilweise durchsichtigen Medien durchgeführt werden.

Aus der konstruktiven Anordnung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Versetzung des Schwimmers des Rotameters nicht verhindert. Da sie außerdem keine mechanischen beweglichen Bauteile enthält, ist die Gefahr von Betriebsstörungen nur gering, außerdem ist eine Wartung praktisch überflüssig.

Der Sicherheit halber sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung keinesfalls auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims

Erfindungsanspruch:

1« Ströraungsmengenmeßvorrichtung mit einem im Strömungsweg des Mediums angeordneten Rotameters, das einen im Innenraum eines Rotarneterrohres mit durchsichtiger Wandung angeordneten Lichtundurchlässigen Schwimmer aufweist, dessen Lage der Menge des strömenden Mediums proportional ist, gekennzeichnet dadurch, daß mit der äußeren Wandung des Rotameterrohres (12) eine linienförmige Lichtquelle (10) in Verbindung steht, mit deren Licht eine Strecke des Rotameterrohres (12), die grosser als die des Schwimmers (19) ist, linienartig beleuchtet wird, daß an der äußeren Wandung des Rotameterrohres (12) der linienartigen Lichtquelle (10) diametral gegenüber mehrere Lichtfühler (11) vorgesehen sind, deren Empfindungsrichtung rechtwinklig zur Achse des Rotameters gerichtet ist, daß die Lichtfühler (11) in bestimmten, der Skalenteilung des Rotameters entsprechenden Abständen voneinander angeordnet sind, wobei die Skalenteilungslänge kleiner als die axiale Abmessung des Schwimmers (19) ist, und daß die Lichtfühler (11) an eine logische Schaltung (5) angeschlossen sind, die anhand der von den Lichtfühlern (11) gelieferten diskreten Signalkombinationen eine die Lage des Schwimmers (19) im Rotameter darstellende Signalkombination erzeugt.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterungen (13;14) der Lichtquelle (10) und der Lichtfühler (11) durch einen elastischen Bügel (15) miteinander verbunden sind, der diese Halterungen (13;14) gegen die Außenwand des Rotameterrohres (12) drückt.

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3· Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die linienförmige Lichtquelle (10) aus mehreren diskreten Lichtquellen und einer vor diesen angeordneten Zylinderoptik (17) besteht, deren Achse parallel zur Achse des Rotameterrohres (12) verläuft, und daß die Lichtfühler (11) aus mit optischen Linsen versehenen Phototransistoren aufgebaut sind.
4. Vorrichtung nach Punkt 3> gekennzeichnet dadurch, daß in der Höhe des Schwimmers (19) des Rotameters zumindest fünf Lichtfühler (11) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit einem jeden Lichtfühler (11) ein Verstärker (3) und ein Inverter (4) in Verbindung steht, der zwei Ausgänge aufweist, die das Ausmaß der Beleuchtung des Lichtfühlers (11) mit dem logischen Pegel "o" oder "1" anzeigt.
6. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die logische Schaltung (5) die diskrete Stellung des Schwimmers (19) mit kodierten digitalen Signalkombinationen anzeigende Ausgänge aufweist.
7. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die kodierten Ausgänge der logischen Schaltung (5) mit einer Anzeigeeinheit (6) in Verbindung stehen, in der für jeden Ausgang ein Dekodierer (6a) und eine Digitalanzeige (6b) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgänge der logischen Schaltung (5) mit einem Digital-Analog-Wandler (7) verbunden sind, der der Stellung des Schwimmers (19) proportional analoge Spannungssignale erzeugt, die dem Meßsignaleingang

einer Strömungsregelungseinheit (8) zugeführt v/erden, wobei der Ausgang der Strömungsregelungseinheit (8) ein die Strömungsverhältnisse des mit dem Rotameter gemessenen strömenden Medius "beeinflussendes Singriffsorgan (9) steuert.

Hierzu % Seiten Zeichnungen

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