DE1473065A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des gewichtsmaessigen Verbrauchs eines in einer Leitung fliessenden Stroemungsmittels - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des gewichtsmässigen Verbrauchs eines in einer Leitung fliessen-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Verbrauchs von Strömungsmitteln, insbesondere eine Vorrichtung zum Messen der eine Leitung während einer bestimmten Zeitspanne durchsetzenden Gesamtgewichtamenge eines in dieser Leitung fliessenden Strömungsttittels von veränderbarer Dichte.

Es sind zahlreiche Vorrichtungen zum Messen des momentanen oder des Gesamtdurchsatzes von Strömungsmitteln in einer Leitung bekannt. Diese Vorrichtungen geben alle, ob es sich nun um volumetrische Zähler oder entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels anzeigende Zähler handelt, ausschliesslich den durchgeflossenen Volumen proportionale Informationen.

Bei bestimmten Anwendungen ist die Information nach Volumen unzureichend und ist eine Messung des gewichtsmässigen Ver-

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brauchs erforderlich. So ist bei flüssigen Brennstaffen die verfügbare Energie mehr eine Punktion ihres Gewichtes als ihres Volumens, so dass Dichteveränderungen beim Pliessen ' des Strömungsmittels die Angaben, die man mit Hilfe der Messungen des volumenmässigen Verbrauchs ermitteln kann, verfälschen.

Diese Ungenauigkeit ist bei der Messung des Brennstoffver-™ brauche und insbesondere an Bord von Flugzeugen besonders schwerwiegend. Die verschiedenen Brennstoffarten haben nämlich unterschiedliche Dichten, so dass die pro Volumeneinheit verfügbare Energie entsprechend der verwendeten Brennstoff art ziemlich veränderbar ist, während die Energie je Gewichtseinheit im wesentlichen konstant ist.

Die Leistungen der Plugzeuge sind also viel mehr von dem Gewicht des an Bord genommenen Brennstoffs abhängig als von \ seinem Volumen.

Man hat für die Verbrauchszähler an Bord von Plugzeugen vorgeschlagen, entsprechend den verwendeten Brennstoffarten an dem Zähler eine Korrektur vorzunehmen, jedoch berücksichtigt diese zum Zeitpunkt des Tankens vorgenommene Korrektur nicht die üblichen durchschnittlichen physikalischen Eigenschaften des an Bord genommenen Brennstoffs sowie ebenfalls nicht die während eines Pluges- auftretenden Dichteveränderungen, insbesondere diejenigen, die aus den immer erheblicher werden-

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den Temperaturunterschieden herrühren, denen die heutigen Plugzeuge in steigendem Masse ausgesetzt sind»

Diese letztgenannten Dichteveränderungen während des Fluges verfälschen die Abschätzung der nach einer bestimmten Flugzeit an Bord des Flugzeuges verbleibenden Brennstoffmenge, so dass es wünschenswert ist, an den Verbrauchsmessungen eine ständige automatische Dichtekorrektur vorzunehmen.

Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Gesamtgewichts der während einer bestimmten Zeitspanne eine leitung durchfliessenden Strömungsmittelmenge zum Gegenstand.

Das Verfahren naoh der Erfindung besteht darin, dass man das Ergebnis einer volumetrisohen Verbrauchsmessung mit dem Ergebnis einer automatischen Dichtemessung fortwährend in der Weise kombiniert, dass man ein den zu ermittelnden gewichts- oder maesemässigen Verbrauch ausdrückendes Gesamtergebnis erhält»

Eine Vorrichtung gemäss der Erfindung enthält Mittel zum Messen des die Leitung durchsetzenden Strömungsmittels, Mittel eum automatisohen Messen der momentanen Dichte des in der Leitung .flieseenden Strömungsmittel, wobei Mittel zur fortwährenden Ermittlung des Produktes aus den das durchgeflossene Volumen bzw· die Dichte des Strömungsmittele

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ausdrüokenden Informationen sowie Mittel vorgesehen sind, die die auf diese Weise erhaltene Gesamtinfonuation abnehmen·

Gremäee einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ver wendet man als Mittel zum Messen des durchgeflossenen Volumens ein im Inneren der Leitung unter .Einwirkung der Strömung des Strömungsmittels frei drehbares Flügelrad, das an mindestens einem Teil seines Aueeenumfange ein oder mehrere 'diamagnetische oder paramagnetisohe Elemente oder ein magne tisches Element enthält, das bei jeder Umdrehung des Flügelrades den elektrischen Zustand eines oder mehrerer feststehender Umfangakreise ändert· Dieββ Änderung erzeugt an . den Anschlüssen dieser Kreise ein Signal, beispielsweise einen Impuls, eine Modulation und/oder eine Phasenverschiebung usw., daa nach seiner Verstärkung an eine Zählvorrieh-' tung angelegt wird, die so eingerichtet let, da«· da« Auegangeorgan dieser Vorrichtung ein· der AnMhI der •»•gesandten Signale, d.h· den durchgeflogenen Strumuagsmlttslrolumen, proportionale Energie abnimmt·

Xm allgemeinen let ·· cweokmäseif, wenn diese· AusgengsorfMi, wie bei Zählern Üblioh ist, ein drehbar·· meehanieches 0r««n iet» 4····η Umdrehunfesahl dem durehgefloeeenen Itsuaiiaf·" ■ittelvolumen proportional iet, Jedooh kann, ohne 4a·· aaa . 4«4ur*h 4en Bereich der Xrfindunf rerlleet, 41· rolumetrieim· Information elektrieeher Iatür bleib·« «at ·Α·«Αΐ1···βιι4 «·- mi·· 4«a Verfahre» aaoh der lrfindun« alt *U«r 41· Oiaht· 4·· verbrauchten fltrÖBtungeaittel· angebenden sweiten Införma-

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tion von ebenfalls- elektrischer Natur kombiniert werdeno Somit kann die zweite Information beispielsweise den Koeffizienten einer auf die volumetrische Information ausgeübten Verstärkung regeln.

Als Mittel zur fortwährenden Messung der Dichte des Strömungsmittels verwendet man ein elektrisches System in Form einer kapazitiven Brücke, wobei das Dielektrikum der veränderbaren Kapazität aus dem in der Leitung fliessenden Strömungsmittel gebildet wird. Nach den Lehrsätzen von Maxwell und Lorentz ist nämlich bekannt, dass die dielektrische Konstante eines Strömungsmxttels eine Punktion seiner Dichte ist. Die Messung erfolgt mittels einer üblichen kapazitiven Brücke mit vorzugsweise automatischer Herbeiführung des Abgleiche, bei der die Stellung eines auf den Wert der Impedanz mindestens eines der Arme der Brücke einwirkenden beweglichen Regelorgans von einem dem in der Messdiagonale der Brücke fliessenden Gleichgewichtsabweichungsstrom zugeordneten Motor gesteuert wird.

Die Stellung dieses Regelorgans drückt den Wert der Dichte des fliessenden Strömungsmittels aus, jedoch kann man selbstverständlich, besonders in dem Falle, da die volumetrische Information elektrischer Natur ist, eine Information über die Dichte des Strömungsmittel verwenden, die gleichfalls elektrischer Natur ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, bei

der die beiden Informationen durch die Verstellungen mechani-■ '*'

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scher Organe, beispielsweise eines drehbaren Organs für die volumetrische Information und eines Organs, das zum Ausdrücken der DichteVeränderungen eine Verschiebebewegung ausführen kann, ausgedrückt werden, ordnet man die beiden vorerwähnten Organe einander zu zwecks Bildung eines Systems zur Bewegungsübertragung mit veränderbarem Übertragungsverhältnis, dessen Endelement dem Produkt aus Volumen- und Dichtemessung proportionale Verstellungen ausführt.

Man kann beispielsweise einen mittels Kegel und Rolle oder mittels Scheibe und Rolle oder mittels Riemens und Riemenscheibe veränderbaren Durchmessers usw, durch Reibung wirkenden Wandler verwenden, bei dem die Eingangswelle mit einer der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels in der Leitung proportionalen Drehzahl umläuft (volumetrische Information), während das Regelelement für das Übertragungsverhältnis dem momentanen Wert der g emessenen Dichte zugeordnet ist, so dass die Ausgangswelle während eines bestimmten Zeitabschnittes eine dem Produkt aus zwei Rechengrössen, d»h. dem Gewicht des in diesem Zeitabschnitt durchgeflossenen Strömungsmittels, proportionale Umdrehungezahl ausführt.

Die Ausgangswelle des Wandlers kann unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Getriebes einen Zeiger mitnehmen, der sich vor einer Skala verstellt, an der der Gesamtverbrauch (gewichtsmässig) abgelesen werden kann. Es lässt sich jede beliebige andere bekannte Zählvorrichtung, beispielsweise ein Zähler mit umspringenden Ziffern, verwenden.

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Bei den häufigsten Anwendungen, insbesondere zur Messung des masse- oder gewiohtsmäseigen Verbrauchs an Bord eines Flugzeuges, ist es zweckmässig, wenn sich der Verbrauch in einer gewissen Entfernung Von der Stelle, an der die Messungen vorgenommen werden, ablesen lässt, wobei man dann jede beliebige übliche elektromagnetisohe Fernanzeigevorrichtung verwenden kann, die beispielsweise durch bei jeder Umdrehung der Ausgangewelle des vorstehend erörterten Wandlers ausge- λ sandte elektrische Impulse gesteuert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten, beispielsweise jedoch nicht beschränkend eine Aueführungeform der Erfindung darstellenden einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert«

Sie dargeetellti Vorrichtung wird zweckmässigerweise zur Bestimmung dee Brennetoffmaeseverbrauohs an Bord eines Flug-

< zeuges verwendet· In einer Brennstoffzuführleitung 1 ist ein frei drehbares Flügelrad 2 angeordnet, das unter Einwirkung dee Durohfluesea eines bestimmten Brennstoffvolumenβ eine bestimmte Anseiil Umdrehungen aueführt·

Ua das flügelrad herum ist eine aus einer Weoheelstroaquelle gespeiet· feststehende Ringepule 3 sowie eine Aufnahmespule 5 angeordnet, in die eine elektromotorische Kraft von gleioher Frequenz wie der Lauf des Flügelrades indueiert wird, die jedoch in ihrer Spannung entsprechend der SrehfrequenE dts

Flügelrades moduliert ist und einer Phasenverschiebung unter- BAD ORIGINAL

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liegt, die 8ioh mit der gleichen Frequenz periodisch verändert, wobei die Modulation und die Phasenverschiebung durch einen der Flügel des Flügelrades hervorgerufen werden, der eine andere magnetische Permeabilität als die anderen Flügel aufweist.

Diese induzierte elektromotorische Kraft bildet das die Drehzahl des Flügelrades, d.h. das die Leitung durohfliesaende Brennstoffvolumen, ausdrückende Signal. Dieses Signal wird an einen Verstärker 6 üblicher Bauart angelegt, dann auf einen Wechselstrommotor 7 übertragen, dessen Erregerwicklung mit Wechselstrom der gleichen Frequenz wie der der Spule 3 gespeist wird, so dass abwechselnde Perioden (Überlagerungen) des Motors 7 erzeugt werden,- die mit Hilfe eines in einer Richtung wirkenden mechanischen Verbindungssysteme 6, beispielsweise eines Systems mit Klinke und Sohaltrad, in eine Drehbewegung einer Welle 9 umgewandelt werden, deren Umdrehungszahl dem durehgeflossenen Brennstoffvolumen proportional ist«

Die fortwährende Meeeung der Dichte de« Brennetoffee erfolgt mittel* einer kapaeitiven Sonde, die aue in den Brennstoff eingetauchten Kondeneetorplatten beetent, vebti der Brennstoff die funktion einee Dielektrikums hat. Bei Brennetoffen * für Antriebevorriohtungen beträft da· die dielektrieohe Konstante K «it der Diente d in Beziehung setsende Verhältnis beiepielsweiee K - 0,785 +. 1,667 d, eo da«· Jeder Diohtever- ■-

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änderung eine proportionale Veränderung der Kapazität des Kondensators 10 entspricht.

Die Messung erfolgt mittels einer üblichen Brückenschaltung, die über ihre Anschlüsse 12-13 mit Wechselstrom gespeist wird. Da die durch die Temperaturunterschiede hervorgerufenen Brennstoffdichteveränderungen ziemlich langsam vor sioh gehen, kann man sioh damit begnügen, den Abgleich der Brücke periodisch von Hand, beispielsweise duroh Betätigung des an einem in zwei der Arme der Brücke eingeschalteten Potentiometer 16-17 angeordneten Läufers 15» herbeizuführen» Die Stellung des Läufers 15 drückt also die Dichte des Brennstoffs unmittelbar aus.

Zur Vermeidung einer periodischen Eegelung des Geräts und zweoks Erzielung einer ständigen Korrektur der Dichteveränderungen (also eines genaueren Ergebnisses als der Mengenverbrauoh) ist es jedoch zweckmässiger, eine Brücke mit aunomatiseher Herbeiführung des Abgleiohs zu verwenden, bei dar der an der Messdiagonale H-15 abgenommene Crleichgevichtsabweiohungsstrom nach seiner Verstärkung einen Hilfe- »•tor 18, beispielsweise einen Zweiphasenmotor speist, dessen Erregerwicklung durch den die Brücke speisenden Wechselstrom mit feststehender oder unveränderbarer Phase gespeist wird und der das die Veränderungen der Dichte nach Q-rösse und Vorzeiohen ausdrückende verstärkte Signal mit veränderbarer Amplitude und Phase aufnimmt. Dieser Motor nimmt mit Hilfe einer beliebigen mechanischen Verbindung den Läufer 15 in ■...:. ^. *,:...'; 908808/OE6S »» OHO»"·

die zum Wiederherstellen des Abgleiche der Brücke gewollten Richtung mit, bis das Signal aufgehoben wird, so dass ein stationärer Betriebszustand .des Motors erreicht wird. Auch bei dieser Vorrichtung zur automatischen Herbeiführung des Abgleiche steht die Stellung des Läufers 15 des Abgleichpotentiometers in unmittelbarer Beziehung zu der Dichte des Brennstoffs, die somit gewünschtenfalls unmittelbar abgelesen werden kann»

Nach dem Merkmal der Erfindung sind die den Brennetoffver- ; brauch volumenmässig ausdrückende Umlaufbewegung der Welle und die die DichteVeränderungen desselben Brennetoffe ausdrückenden Verschiebungen des Läufers 15 der Messbrücke in der Weise kombiniert, dass am Ausgang der Vorrichtung das Mass des gewichts- oder massemäsaigen Verbrauchs unmittelbar abgenommen werden kann.

Diese Kombination kann, ohne dass man dadurch den Bereich der Erfindung verlässt, in verschiedenartiger Weise, insbesondere mechanisch oder elektrisch, hergestellt werden» da sie auf die Multiplikation von zwei Rechengrössen, d.h. auf das Einschalten eines Übertragung8systems mit veränderbaren Übertragungsverhältnis zwischen diesen beiden Reehengrössen, hinauskommt, wobei diese Übertragung sowohl mechanischer als auch elektrischer oder bei Verwendung eines Systems «it veränderbarer Verstärkung sogar elektronischer Art seift kann·

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In der Figur der Zeichnung ist eine einfache mechanische Aueführungeart dargestellt. Auf der Welle 9» deren Umdrehungszahl das Volujien des durchgeflossenen Brennstoffs ausdrückt, wird eine konisohe !Trommel 19 angeordnet, gegen die eine Reibrolle 20 frei drehbar anliegt, deren Lage auf der Mantellinie des Kegels 19 Jedoch an die Stellung des Läufers 15 des Abgleichpotentiometers der Brücke, beispielsweise mittels einer Stange 21, oder an die Stellung jedes beliebigen, sich mit dem Läufer gleichlaufend rerstellenden Organs gebunden ist. Somit kann man die Längsverstellungen der Rolle 20 beispielsweise mittels einer üblichen Verbindung nach Art einer Schraube mit Mutter der Drehbe^ gung der Welle des Motors 18 zuordnen·

Die Rolle 20 treibt mittels Reibung eine zweite konische Trommel 22 φι, so dass die Einheit 19-20-22 einen kontinuierlich arbeitenden (etufeniosen) Drehzahlwandler bildet, dessen Übertragungeverhältnis.durch die Diohte des Brennstoffe fest- I gelegt ist, wobei auf Grund der geeigneten Wahl des Winkels an der Spitze der Kegel die Umdrehungszahl der.Trommel 22 den massemäeslgen Brennstoffverbrauch auedrüokt.

Die Trommel 22 kann einen beliebigen üblichen Zähler betätigen. Sofern.die Verbrauchean«eigen auf eine beetimmte Entfernung 4er Vorrichtung Übertragen werden sollen, kann nan beispielsweise eine Vorrichtung der in der Zeiohnung sohenatlBoh dargestellten Bauart verwenden, bei der ein »it der Trommel 22 verbundener Hocken oder Daumen 23 bei jeder Um-

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drehung der Trommel, also bei jedem Durchfluss eines bestimmten und stets gleichen Brennstoffgewichtes, einen Kontakt 24 sehliesst, der die vorübergehende Erregung eines Heiais 25-26 erzeugt, das über eine Leitung 27 einem (nicht dargestellten) unmittelbar in Brennstoffgewichtseinheiten geeichten Impulszähler beliebiger Bauart ,aufeinanderfolgende Signale zuführt.

In der Praxis können die der Deutlichkeit halber gesondert beschriebenen und dargestellten Einheiten in einem auch die Verstärker enthaltenden Gehäuse mit geringem Raumbedarf untergebracht werden.

Patentansprüche t

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Claims (8)

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Messen der eine Leitung während einer bestimmten Zeitspanne durchfüiessenden Gewientsmenge eines in dieser Leitung geführten Strömungsmittels von veränderbarer Dichte, dadurch gekennzeichnet, dass man das Volumen des während dieser Zeitspanne durchgeflossenen Strömungsmittels misst, die Dichte des Strömungsmittels durch Messen seiner dielektrischen Konstante fortwährend bestimmt und die gleichzeitige Kombination der die beiden Messungen ausdrückenden Informationen vornimmt, so dass man eine das Gewicht des durchgeflossenen Strömungsmittels ausdrückende Gesamtinformation erhält,

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh Mittel zum Messen des Volumens des die Leitung durchsetzenden Strömungsmittels, Mittel zum automatischen Messen der momentanen Diohte des in der Leitung fliessenden Strömungsmittels, wobei Mittel zur fortwährenden Ermittlung des Produktes aus den das durchgeflossene

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Volumen bzw. die Dichte des Strömungsmittels ausdrückenden Informationen sowie Mittel vorgesehen sind, die., die auf diese Weise erhaltene .Gesamtinformation abnehmen und in Gewichtseinheiten ablesbar machen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen des durchgeflossenen Volumens mindestens ein in der Leitung (1) angeordnetes Flügelrad (2),. von dem mindestens ein Flügel einen anderen Koeffizienten magnetischer Permeabilität als die anderen Flügel aufweist, mindestens einen in der Nähe des Flügelrades (2) angeordneten feststehenden elektrischen Kreis und ein Anzeigesystem enthalten, das auf die durch die Drehbewegung des Flügelrades verursachten periodischen Veränderungen des elektrischen Zustandes des Kreises anspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruoh 3» dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende elektrische Kreis aus in der Nähe des Flügelrades (2) angebrachtenlestetehenden Spulen besteht und eine von einem Wechselstrom durchflossene Induktions-Umfangswicklung (3) sowie eine konzentrische Aufnahme-.wicklung (5) enthält, an deren Anschlüssen ein amplituden-,und phasenmoduliertes Signal mit einer der Drehzahl des Flügelrades (2) proportionalen Frequenz abnehmbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Dichte des Ströaungsmittels mindestens eine in das als Dielektrikum dienende Ströiaungs-

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mittel eingetauchtes kapazitives Aufnahmeorgan enthalten, die in eine kapazitive Messbrücke eingeschaltet ist, so dass die Stellung des Regelorgans (15) des Elements zum Herbeiführen des Abgleiche der Brücke die dielektrische Konstante und folglich die Dichte des fliessenden Strömungsmittels wiedergibt«

6, Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Messbrücke eine Vorrichtung zum automatischen Herbeiführen des Abgleiche mit einem Motor (18) enthält, dessen Drehbewegung dem Gleichgewiohtsabweichungsstrom der Messbrücke zugeordnet ist und der die Verstellungen eines Läufers (15) einer in mindestens einen Arm der Messbrücke eihgeschalteten Regelimpedanz in Sichtung der Rückkehr in die Abgleichstellung steuert*

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die durchgeflossenen Volumen wiedergebende Informationssystem die Eingangswelle (19) eines stufenlosen, mittels Reibwirkung arbeitenden Drehzahlwandlers (19-29-22) antreibt, dessen Regelorgan (20,21) für das Übertragungsverhältnis den Verstellungen des Läufers (15) zugeordnet iat, wobei der Drehzahlwandler so eingerichtet iet, dass die Umdrehungszahl der Ausgangewelle (22) dee Drehsahlwandlers dem durchgeflossenen Strömungsmittelgewioht pro-

. portional ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (22) des mittels Reibwirkung arbeitenden Drehzahlwandlers (19-20-22) bei jeder Umdrehung der Welle einen elektrischen. Kontakt (24) schliesst, der ein Signal erzeugt, das auf einen Leistungszähler fernübertragen wird, wobei die Anzahl der Signale proportional dem Gewicht des durchgeflossenen Strömungsmittels ist.

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