DE1231914B - Elektrische Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln des Verhaeltnisses der Durchflussmengen von zwei durch je eine Leitung fliessenden Stroemungsmitteln - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIf

Deutsche Kl.: 42 e-23/35

Nummer: 1231914

Aktenzeichen: S 86491IX b/42 e

Anmeldetag: 1. August 1963

Auslegetag: 5. Januar 1967

Es ist eine elektrische Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln des Verhältnisses der Durchflußmengen von zwei durch je eine Leitung fließenden Strömungsmitteln, ζ. Β. Flüssigkeiten, bekannt, bei der in die beiden Leitungen Durchflußmesser eingeschaltet sind, deren periodische Ausgangssignale, die in der Frequenz den Durchflußgeschwindigkeiten der Strömungsmittel proprotional sind, zwei angeschlossene Schaltrelais steuern, durch die zwei Hilfskondensatoren im Schaltrhythmus des jeweiligen Relais über jeweils eine konstante Gleichspannung aufgeladen und nachfolgend in einen gemeinsamen Speicherkondensator entladen werden, der mit einer die Durchströmgeschwindigkeit von mindestens dem einen Strömungsmittel regelnden Einrichtung in Verbindung steht, die durch die an dem Speicherkondensator auftretende Spannung gesteuert wird.

Derartige Schaltungsanordnungen werden häufig in Ölraffinerien verwendet, wo es vielfach, z. B. für die Herstellung von Benzingemischen, erforderlich ist, große Mengen von Flüssigkeiten in einem vorbestimmten Verhältnis zu mischen. Hierbei kann die Mischung derart erfolgen, daß die Bestandteile mit Hilfe des Leitungssystems im gewünschten Verhältnis vereinigt werden, wonach das erzeugte Gemisch unmittelbar abgegeben oder einer weiteren Behandlung unterzogen wird, ohne daß eine Zwischenlagerung in einem Mischbehälter erforderlich ist. Auf diese Weise läßt sich ein schneller Arbeitsablauf erzielen, und außerdem ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen.

Da bei der oben angegebenen Schaltungsanordnung die in die beiden Leitungen eingeschalteten Durchflußmesserden Durchflußgeschwindigkeiten der Strömungsmittel proportionale Ausgangssignale liefern, ergibt sich für das Gemisch ein konstantes Volumenverhältnis der Bestandteile, wenn man Beeinflussungen durch Temperaturunterschiede unberücksichtigt läßt. In der Praxis erweist es sich jedoch häufig als notwendig, dieses Volumenverhältnis zu korrigieren, um zu erreichen, daß das erhaltene Gemisch bestimmten Anforderungen entspricht. Beispielsweise kann es erwünscht sein, daß die Viskosität oder die Dampfspannung oder die elektrische Leitfähigkeit des Gemisches einen bestimmtenWert erhält. Ferner kann es erwünscht sein, daß die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in dem herzustellenden Gemisch einen bestimmten Wert annimmt. Weiterhin kann es sich z. B. als erforderlich erweisen, ein Gemisch herzustellen, bei dem ein konstantes Massenverhältnis zwischen den Bestandteilen gegeben ist.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung ist bereits versucht worden, den Regelvorgang in Abhängigkeit Elektrische Schaltungsanordnung zum
automatischen Regeln des Verhältnisses der
Durchflußmengen von zwei durch je eine
Leitung fließenden Strömungsmitteln

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Albertus Cornells Hendrikus Borsboom,

Hendrikus Johannes Nihof, Amsterdam

(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 3. August 1962 (281721)

von den Temperaturen der Strömungsmittel zu beeinflussen. Dies wird dadurch erreicht, daß man jeden der Hilfskondensatoren über eine Schaltung auflädt, welche die zugehörige Gleichspannungsquelle sowie zwei Widerstände enthält, die in Reihe geschaltet sind, von denen der eine Widerstand einen konstanten Wert besitzt und der andere Widerstand temperaturempfindlich ist, wobei die temperaturempfindlichen Widerstände beider Schaltungen in den Strömungsmittelströmen angeordnet werden.

Eine ähnliche Korrektur läßt sich bei der bekannten Schaltungsanordnung ferner dadurch erzielen, daß die Größe der Kapazität der beiden Hilfskondensatoren in Abhängigkeit von der Temperatur der Strömungsmittelströme geändert wird oder daß das Verhältnis zwischen den Größen der Speisespannungen für die beiden Hilfskondensatoren in Abhängigkeit von den Strömungsmitteltemperaturen variiert wird.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß bei der bekannten Schaltungsanordnung die Beeinflussung des Regelvorganges in Abhängigkeit von der Temperatur der Strömungsmittel in der Praxis nicht mit der ausreichenden Genauigkeit durchgeführt werden kann. Darüber hinaus hat die bekannte Schaltungsanord-

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nungden weiteren Nachteil, daß es ohne die Anwendung gesehen, an deren eine Brückendiagonale der zusätzkomplizierter Schaltungsmaßnahmen nicht möglich liehe Hilfskondensator zum Aufladen über das ihm ist, daß sich die Spannung des Speicherkondensators zugeordnete zusätzliche Schaltrelais anschaltbar ist und damit das Volumenverhältnis zwischen den und bei welcher jeder der vier Zweige mindestens einen beiden durch die Leitungen fließenden Strömungs- 5 vorzugsweise variablen Widerstand enthält und außermitteln auch noch in Abhängigkeit von anderen dem in zwei einander benachbarten Zweigen zwei Eigenschaften dieser Strömungsmittel als nur in Ab- temperaturempfindlicheWiderstände eingeschaltet sind, hängigkeit von der Temperatur ändert. die beide in den von den Strömungsmitteln durch-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die strömten Leitungen angeordnet sind, wobei die die bekannte elektrische Schaltungsanordnung so zu ver- io Brücke speisende Gleichspannungsquelle an die andere bessern, daß der Regelvorgang einmal mit einer für die Brückendiagonale angeschlossen ist.
Praxis ausreichenden Genauigkeit beeinflußt werden Wenn der Speicherkondensator in Serie zu einer kann und außerdem die an dem Speicherkondensator Parallelverbindung von zwei Zweigen liegt, von denen auftretende Spannung mit einfachsten Schaltungs- jeder eine Serienschaltung aus einem der Hilfsmitteln nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur 15 kondensatoren und einem Schaltrelais umfaßt, mit dem der Strömungsmittel, sondern noch durch weitere der jeweilige Hilfskondensator mit der in Frage Eigenschaften dieser Strömungsmittel verändert wer- kommenden Frequenz geladen und entladen wird, den kann. wird zweckmäßigerweise jeder der zusätzlichen Hilfs-

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch kondensatoren mit dem zugehörigen zusätzlichen

gelöst, daß zum zusätzlichen Steuern ein oder mehrere 20 Schaltrelais in einem getrennten Stromkreis mit jeweils

zusätzliche Hilf skondensatoren vorgesehen sind, von einer Gleichspannungsquelle zusammengeschaltet, der-

denen jeder periodisch über ein zusätzliches Schalt- art, daß der zusätzliche Hilfskondensator bei der

relais, das von den periodischen Ausgangssignalen des Ladestellung des Schaltrelais zur Gleichspannungs-

einen oder des anderen Durchflußmessers gesteuert quelle und bei der Entladestellung des Schaltrelais

wird, aufgeladen und nachfolgend in den Speicher- 35 zum Speicherkondensator parallel geschaltet ist.

kondensator entladen wird, und daß zum Aufladen Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanord-

jedes zusätzlichen Hilfskondensators eine gesonderte nung kann auch dazu dienen, das Mengenverhältnis

Gleichspannungsquelle dient, deren abgegebene Span- von Strömungsmitteln zu regeln, die durch mehr als

nung von jeweils einer physikalischen und/oder zwei Leitungen hindurchfließen, wobei diese Strö-

chemischen Eigenschaft der Strömungsmittel abhängt. 30 mungsmittel dann paarweise vereinigt werden. Wenn

Zum Verändern des Verhältnisses zwischen den z. B. das Mengenverhältnis von über drei Leitungen I, Durchflußmengen ist die eine der beiden zum Auf- II und III zugeführten miteinander gemischten laden der Hilf skondensatoren vorgesehenen konstanten Strömungsmitteln konstant gehalten werden soll, Gleichspannungen vorzugsweise mit Hilfe eines Po- kann man die durch die Leitungen I und II strömenden tentiometers in der Größe voreinstellbar, wobei die 35 Mengen sowie die über die Leitungen I und III zu-Steuerung des oder der zusätzlichen Schaltrelais über geführten Mengen regeln. Man kann aber auch die den Durchflußmesser erfolgt, der das Schaltrelais Menge von zwei Bestandteilen in Beziehung zur Gesteuert, das dem mit der nicht einstellbaren Spannung samtmenge des Gemisches oder die Menge von zwei aufgeladenen Hilfskondensator zugeordnet ist. Durch Bestandteilen in Beziehung zu einem dritten Bestanddiese Steuerung des oder der zusätzlichen Schalt- 4° teil des Gesamtgemisches regeln,
relais wird der Vorteil erreicht, daß der Strom, der Die Erfindung wird im folgenden an Hand scheperiodisch von dem oder den zusätzlichen Hilfs- matischer Zeichnungen an mehreren Ausführungskondensatoren zu dem Speicherkondensator fließt, beispielen näher erläutert.

vom Verhältnis zwischen den Größen der beiden zum F i g. 1 zeigt eine gemäß der Erfindung ausgebildete

Aufladen der beiden Hilfskondensatoren vorgesehenen 45 Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln des

konstanten Gleichspannungen unabhängig ist. Dies Durchflußmengenverhältnisses von zwei durch zwei

bedeutet, daß das Verhältnis zwischen den beiden Leitungen fließenden Strömungsmitteln;

konstanten Gleichspannungen geändert werden kann, F i g. 2 zeigt eine der F i g. 1 entsprechende Schal-

ohne daß es erforderlich ist, auch die Größe der tungsanordnung, bei der jedoch im Vergleich zur

Spannung zu ändern, die von der dem jeweiligen 5° F i g. 1 die andere der zum Aufladen der beiden

zusätzlichen Hilfskondensator zugeordneten geson- Hilfskondensatoren dienenden konstanten Gleich-

derten Gleichspannungsquelle abgegeben wird. spannungen in der Größe veränderbar ist und außerdem

Alternativ dazu kann die Steuerung des oder der das zusätzliche Schaltrelais von den periodischen zusätzlichen Schaltrelais über denjenigen Durchfluß- Ausgangssignalen des anderen Durchflußmessers gemesser erfolgen, der das Schaltrelais steuert, das dem 55 steuert wird;

mit der einstellbaren Spannung aufgeladenen Hilfs- F i g. 3 zeigt eine zweckmäßige Anschaltung der kondensator zugeordnet ist. Hierbei ist es jedoch zusätzlichen Hilfskondensatoren an den Speichererforderlich, daß die den jeweiligen zusätzlichen Hilfs- kondensator, wenn eine größere Zahl von zusätzlichen kondensator aufladende Gleichspannung proportional Hilfskondensatoren vorgesehen ist, während
zu der einstellbaren konstanten Gleichspannung ge- 60 F i g. 4 einen Teil einer weiteren Ausführungsform ändert wird, die zum Aufladen des einen Hilfskonden- der neuen Schaltungsanordnung zeigt, die insbesonsators vorgesehen ist. dere zum Regeln des Gewichtsverhältnisses zwischen

Wenn die durch die beiden Leitungen fließenden den beiden Strömungsmittelströmen geeignet ist.

Strömungsmittel unter Verwendung nur eines einzigen Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 werden die

zusätzlichen Hilfskondensators in einem konstanten 65 Durchsatzmengen der beiden Strömungsmittel mit

Gewichtsverhältnis trotz sich ändernder Strömungs- Hilfe von Durchflußmessern Fa und Fb gemessen,

mitteltemperaturen abgegeben werden sollen, ist deren Ausgangssignale periodische Größen mit der

zweckmäßigerweise eine Wheatstonsche Brücke vor- Frequenz /a bzw. fs sind. Diese Signale steuern vor-

zugsweise nach vorheriger Frequenzumwandlung die Schaltrelais Oa bzw. Ob, mittels deren periodisch je ein Hilfskondensator Ca bzw. Cb geladen und entladen wird. Der Kondensator Ca wird dabei mit Hilfe einer konstanten Gleichspannung Ea aufgeladen, während der Kondensator Cb mit einer konstanten, jedoch verstellbaren Gleichspannung Eb aufgeladen wird. Beide Hilfskondensatoren entladen sich in einen Speicherkondensator C. Diesem Kondensator wird ein Signal entnommen, mittels dessen die Durchsatzgeschwindigkeit des Strömungsmittels in der Leitung A geregelt wird. Die Gleichspannungen Ea und Eb werden beide gemäß F i g. 1 durch eine gemeinsame Gleichspannungsquelle E₁ erzeugt, die mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen R₁ und ,R₁P verbunden ist. Bei dem Widerstand R₁P handelt es sich um ein Potentiometer. Durch Variieren der Spannung Eb ist es möglich, verschiedene Werte des Verhältnisses zwischen den Strömungsmittelmengen einzustellen. ao

Gemäß der Erfindung ist ein zusätzlicher Hilfskondensator Cb vorgesehen, der mit HiKe eines zusätzlichen Schaltrelais Oe periodisch aufgeladen wird; dieses Schaltrelais wird durch das Signal mit der Frequenz /a gesteuert, und der Kondensator wird mit einer Gleichspannung E₂ aufgeladen, die sich nach einer oder mehreren physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Strömungsmittel richtet. Danach wird der Kondensator Ce in den Speicherkondensator C entladen.

Wie in F i g. 2 gezeigt, kann bei der Schaltungsanordnung von F i g. 1 das Potentiometer R₁P auch in den den Hilfskondensator Ca speisenden Zweig eingeschaltet sein, wobei das zusätzliche Schaltrelais für den zusätzlichen Hilfskondensator Ce nunmehr durch die Frequenz fs gesteuert wird.

Wenn bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 und 2 eine größere Zahl von zusätzlichen Hilfskondensatoren verwendet werden soll, werden gemäß F i g. 3 die verschiedenen Stromkreise, die die zusätzlichen Hilfskondensatoren Ce₁, Ce₃. usw., die gesonderten Gleichspannungen E₂₁, E₂₂ usw. und die zusätzlichen Schaltrelais Ob₁, Oe₂ · ■ ■ enthalten, einander parallel geschaltet. Die zusätzlichen Schaltrelais arbeiten dabei mit einer der Frequenz /4 und fs, doch brauchen nicht sämtliche Relais durch die gleiche Frequenz gesteuert zu werden.

F i g. 4 zeigt eine einen zusätzlichen Hilfskondensator Ce speisende Schaltung, die hauptsächlich aus einer Wheatstoneschen Brücke besteht, die mit einer Gleichspannung E₃ gespeist wird und bei der jeder der vier Zweige einen variablen Widerstand A₁₁ bzw. R₁₂, bzw. R₂₂ bzw. R₂₁ enthält. Zwei einander benachbarte Zweige enthalten außerdem je einen temperaturempfindlichen Widerstand Rt₁ und Rt₂, von denen sich jeder in einem der Strömungsmittelströme befindet. Die Spannung E₂, die über der einen Brückendiagonale der Brückenschaltung abfällt, wird als Ladespannung dem zusätzlichen Hilfskondensator Ce zugeführt.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung kann bei der Schaltanordnung nach F i g. 1 verwendet werden, um automatisch zwei Flüssigkeiten in einem konstanten Gewichtsverhältnis zum Mischen abzugeben. Wenn dabei die Regelung des Flüssigkeitsstroms A derart erfolgen soll, daß die am Speicherkondensator C erscheinende Spannung bei einer vorgegebenen Temperatur T₀ jeder der beiden Strömungsmittelströme gleich Null oder im wesentlichen gleich Null ist, werden die Widerstände in den Zweigen der Brücke entsprechend verstellt. Wenn dann ein Unterschied zwischen der tatsächlichen gemessenen Temperatur einer der beiden Flüssigkeiten und T₀ vorhanden ist, tritt eine von Null verschiedene Brückenspannung E₂ auf, die zur Folge hat, daß dem Speicherkondensator C über Ce ein elektrischer Strom als Korrekturstrom zugeführt wird. Das Regelorgan, das durch die Spannung des Speicherkondensators gesteuert wird, verändert dann das Verhältnis der Durchsatzgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten, bis die Spannung des Speicherkondensators wieder gleich Null geworden ist.

Wenn die Polarität der Speisespannung E₃ für die Brücke in der richtigen Weise gewählt wird, kann man die Durchsatzmengen der Flüssigkeiten so einstellen, daß sich der Volumendurchsatz derjenigen Flüssigkeit, deren Temperatur sich erhöht hat und deren spezifisches Gewicht dadurch verringert ist, vergrößert, um so das gewünschte Massenverhältnis aufrechtzuerhalten. Durch Verstellen der Widerstände R₁₁, R₂₁, R₁₂ und R₂₂ kann dabei die richtige Korrektur für jeden Wert der Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Flüssigkeiten eingestellt werden. Geeignete Werte für die verschiedenen Spannungen, Widerstände und Kapazitäten, soweit sie für die erfindungsgemäß ausgestaltete Schaltanordnung von Bedeutung sind, sind nachstehend angegeben:

Ca =

C_E =

E₁ =

E₃ =

R₁₂ =

R22 =

R₁₁ =

10-⁸F

Cb = 3
10-⁶F
160 V
0,1E₁
Rt₀ ΡΙΟ (Rt₀ + Ri₂)
10 (R_To + R₂₂)

Hierin ist Rt₀ in Ohm der Widerstand Rt₁ oder Rt₂ bei der Temperatur T₀; Qa₀ und ρB₀ bezeichnen das spezifische Gewicht der Medien A und B bei der Temperatur T₀, während Ia und Xb den Temperaturkoeffizienten für das spezifische Gewicht der Medien A und B bezeichnen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln des Verhältnisses der Durchflußmengen von zwei durch je eine Leitung fließenden Strömungsmitteln, z. B. Flüssigkeiten, mit in den beiden Leitungen eingeschalteten Durchflußmessern, deren periodische Ausgangssignale, die in der Frequenz den Durchflußgeschwindigkeiten der Strömungsmittel proportional sind, zwei angeschlossene Schaltrelais steuern, durch die zwei Hilfskondensatoren im Schaltrhythmus des jeweiligen Relais über jeweils eine konstante Gleichspannung aufgeladen und nachfolgend in einen gemeinsamen Speicherkondensator entladen werden, der mit einer die Durchströmgeschwindigkeit von mindestens dem einen Strömungsmittel regelnden Einrichtung in Verbindung steht, die durch die an dem Speicherkondensator auftretende Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum zusätzlichen Steuern ein oder mehrere zusätzliche Hilfskondensatoren (Cb, Cb₁, Ce₂) vorgesehen sind, von denen jeder periodisch über ein zusätzliches

Schaltrelais (Oe, Oe₁, Oe₂), das von den periodischen Ausgangssignalen (Ja, /b) des einen oder des anderen Durchflußmessers (Fa oder Fb) gesteuert wird, aufgeladen und nachfolgend in den Speicherkondensator (C) entladen wird, und daß zum Aufladen jedes zusätzlichen Hilfskondensators eine gesonderte Gleichspannungsquelle (E₂, E₂₁, E₂₂) dient, deren abgegebene Spannung von jeweils einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Strömungsmittel abhängt.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die eine der beiden zum Aufladen der Hilfskondensatoren vorgesehenen konstanten Gleichspannungen (Ea, Eb) vorzugsweise mit Hilfe eines Potentiometers (,R₁P) in der Größe voreinstellbar ist und daß die Steuerung des oder der zusätzlichen Schaltrelais (Oe, Oe₁, Oe₂) über den Durchflußmesser erfolgt, der das Schaltrelais steuert, das dem mit der nicht einstellbaren Spannung aufgeladenen Hilfskondensator zugeordnet ist.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 unter Verwendung nur eines einzigen zusätzlichen Hilfskondensators, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzhilfskondensator zum Aufladen über das ihm zugeordnete zusätzliche Schaltrelais an die eine Brückendiagonale einer Wheatstoneschen Brücke anschaltbar ist, bei welcher jeder der vier Zweige mindestens einen vorzugsweise variablen Widerstand (R₁₁, R₁₂, R₂₂, R₂₁) enthält und bei welcher in zwei einander benachbarten Zweigen zwei temperaturempfindliche Widerstände (Rt₁, RT2) eingeschaltet sind, die beide in den von den Strömungsmitteln durchströmten Leitungen angeordnet sind, und daß die die Brücke speisende Gleichspannungsquelle (£3) an die andere Brückendiagonale angeschlossen ist.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3 mit einer Schaltung, in welcher der Speicherkondensator in Serie zu einer Parallelverbindung von zwei Zweigen liegt, von denen jeder eine Serienschaltung aus einem der Hilfskondensatoren und einem Schaltrelais umfaßt, mit dem der jeweilige Hilfskondensator mit der in Frage kommenden Frequenz geladen und entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zusätzlichen Hilfskondensatoren (Ce, Ce₁, Ce₂) mit dem zugehörigen zusätzlichen Schaltrelais (Oe, Oe₁, Oez) in einem getrennten Stromkreis mit jeweils einer Gleichspannungsquelle (E₂, E₂₁, E₂₂) liegt, derart, daß der zusätzliche Hilfskondensator bei der Ladestellung des Schaltrelais (Oe, Oe₁, Oe₂) zur Gleichspannungsquelle und bei der Entladestellung des Schaltrelais zum Speicherkondensator (C) parallel geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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