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Gyroskopischer Massenströmungsmesser Die Erfindung besieht sich auf
gyroakopiaöhe Maaaenströmungsmesser, insbesondere auf solche der oszillierenoen
en oder Wechselstromart, und befasst sich im einzelnen mit einer Einrichtung zum
Eichen oder Überprüfend es Arbeitens derartiger Strömungsmesser während des Gebranches.
Massenströmungsmesser der gyroskopisohen Art weisen @ine gebogene Fluidumleitung
üblicherweise in
Sohleifenform auf, mit der Einlass- und Auslass-Leitertdoke
verbunden sind. Die gebogene Leitung ist oder wird um eine Antriebsachse angetrieben,
und das in der Leitung strdmande Fluidum erzeugt gyroskopische Kräftepaare um die
Drehmomentachse. Die gyroskopischen Kräftepaare ändern sich mit der Geschwindigkeit
der Massenströmung des Fludums, und eine aufnehmervorrichtung, die auf diese Kräftepaare
anspricht, erzeugt einen mit der Fluidumsströmung sich ändernden ausgang. Die gebogene
Leitung kann ständig um die Antriebsachse rotieren oder um diese Achse hin- und
herschwingen. Im letzteren Fall ist der Ausgang ein Weoheelsignal, deesaa Amplitude
mit der Fluidumaströmung sioh ändert.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich im besonderen mit der zuletzt
genannten Art eines Strömungsmessers. Die allgemeine Theorie und Beispiele für geeignete
Bauarten sind in dem USA-Patent Nr. 2 865 201 dargestellt und beschrieben. Bei der
Herstellung wird ein Massenströmungsmeereer im allgemeinen in Funktion der Geschwindigkeit
der Fluidumsströmung geeicht. Perner kann durch Integration des Geschwindigkeitsausgangs
Liber einen bestimmten Zeitraum die gesamte Masse deS durch das Instrument während
diesel Zeitraumes hindurchfliessenden Fluidums erhalten werden.
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In seinem Gebraut, ist ein Massenströmungsmesser oft in
einer
Rohrleitung angeordnet und wird über längere zeiträume benutzt. Nach bestimmter
Benutzungsdauer ist es häufig erwünsche, das Arbeiten des Strömuingsmessers zu überprüfen,
um sicher zu gehen, dass er in der richtigen Weise arbeitet. Zwar kann das Instrument
aus der Rohrleitung entfernt werden, zu einem Eichlaborato@@@m gebracht und unter
genauen Strömungsbedingunge n geprüft werden.
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Doch ist dieser Vorgang mühsam und teuer, und ausserdem wird der Strömungsmesser
während dieser Prü@@@zeit ausser betrieb gesptzt.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit % eckmässigen Einrichtungen,
um die Arbeitsweise von Massenströmungsmessern zu prUBen, olive dass es erforderlich.
väre, diese Massenströmungsmesser aus der jeweiligen Rchrleitung zu entfernen. Auf
diese Weise ist auchedne tatsächliche Nach eichung des Strömungsmessers möglich.
Auch kenn die Erfindung einfach zur Bestimmung der richtigen Funktion des Instrumentes
benutzt werden.
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Gemmas der Erfindung wird eine Leitungsschleifenanordnung verwendet,
deren Masse in Bezug auf die Antriebs- und Drehmomentachse etwas aus dem Gleichgewicht
gebracht ist.
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Dieser Gleichgewichtsfehler oder diese Ungleichheit kann durch vorsätzliches
Hinzufügen eine@ @ inen Nasse hervorgerut'en werden oder kann auch ei@@ darch die
@bliche Herstellung
bedingte Ungleichheit sein, Die nicht auageglichene
lichene Masse erzeugt ein Wechseldrehmoment um die Drehmomentachse, das in quadratur
ze dem Wechseldrehmomen ! ; entsprechend der Änderungen der Massenströmung steht.
Demgamäss sind die entsprechenden Wechselstromansgangssignale der Aufhehmer in Quadratur
zueibanöer. leshalb wird eine phasenempfindliche Vorrichtung verwendet, die im wesentlichen
nur auf die @uadraturkomponente während der Prüfperiode anspricht. durch geeignete
Anordnung von Stromkreisen kann das uadratursignal da@@ verwendet werden, die Arbeitsweise
von im wesentlichen allen Teilen des Gerutea, die normalerweise zur Erzengung einer
Anzeige der Massenströmung benutzt werden, zu überprüfen.
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Wie in der deutschen patentanmeldung, amtl.Aktenzeichen R 28 547
IX/42, ausgeführt ist, kann ein in Phase mit dem Massenströmungssignal stehender
Synchrondetektor vorgesehen sein, um änssere Signalkomponenten in dem Aufnehmerausgangssignal
zu eliminieren, die die Genauigkeit der Messung der Maasenströmung herabsetzen würden.
Wenn en solcher Synchrondetektor während des normalen Betriebes verwendet wird,
so kann eine dadurch emacht werden, dass die Phae cmr Synchrondetekticn um 90° geändert
wird, so dass nunmehr ein Ausgnagssignal oder eine Anzeige entsprechend dem im r.
it dern Massehausgleichsfehler stehenden @@@@@tursignal erzengt
PUr
ein bestimmtes Instrument kann die Grosse des von dem Massenausgleichsfehler herrührenden
Signals wahrend der Produktion bestimmt werden und kann auf dem AnzeigegerAt gegebenenfalls
markiert oder sonstwie festgehalten werden.
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Abweichungen, die hiervon wahrend des Gebrauches eintreten, können
dann ohne weiteree festgestellt werden. Bei einer geeigneten Anordnung im Stromkreis
des Massenströmungsmeasers kann nun der Strbmungsmesser wieder maohgestellt werden,
dass sich der vorbestinmte Wert des Prüfsignals ergibt. Gegebenenfalls kann auch
ein Servo-System verwendet werden, um die Eichung periodisch zu korrigieren.
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In der ZeichnungaindAuaf&&ügbeispielwderBrfindo dargestellt.
Es zeigen) ; ;-Fig.leinenWeohaeletroMueMtrBmunßameaaer,be dem die Erfindung verwendet
werden kann, Fig.2 eine Ansicht von links auf den Strömungsmesser gamäaa Fig. 1,
Fig.3 eine erklärende, zeichnerische Darstellung der auftretenden Verhältnigses,
Fig.4 ein Blockdiagramn zur darstellung der gesamten Einrichtung gemäse der Erfindung,
Fig.5 ein schematisches Stronkreisdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig.6 ein Blockdiagramm eines autom@tischen Eichsys@@@@@,
Fig. 6a
eine weitere Ausführungsform die in der Anordnung gemäss Fig. 6 verwendet werden
kann.
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In den Fig.1 und 2 ist ein Wechselstrommassenstrozmmgamesser dargestellt,
dessen Bauaxt ähnlich derjenigen ist, wie sie in dem vorerwahnten USA-Patent Nr.
2 865 201 und der deutschen Patentanmeldung amtl. Az. R 28 547 IX/42 C enthalten
ist. Die gebogene Fluidumleitung hat die Pora einer Schleife 10, die bei 11 und
12 nach innen gebogen ist, uu Einlass-und Auslassfluidumleitungastiicke zu sehaffen,
die sich zur Mitte der Schleife eratrecken und dann über flexible Mittel, wie beispielsweise
Balge 13, 13, mit Leitungsstücken 14, 14' verbunden sind, durch die *. zu messende
Flüssigkeitsströnung fliesst. Ein hohles Glied 15 ist mit seinen Enden 16, 16' mit
der Schleife worboad und bildet einen Teil der Schleifenkonatruktion.
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Leitungsstücke 17, 17' von kleinerem querschnitt dienen 144 z Torsionsfedern
sur Erseugung einer Rückstellkraft, @@e die Schleife 10 in die neutrale dargestellte
Lage zurückzubewegen versucht. Die Aches des Gliedes 15 ist gMMBthaontMhae<M9dietindemvorliegendenBeispiel
taktMitCtel<MeMW!Nmen.
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@@@ Glied 15 ist mit senkreehten Gliedern 18, 18' verbun-@@@ und an
den Enden von 18, 18' sind Ausgangs-Anfnehmer @@, 19' angeschlossen. Mit dem unteren
Teil des Aufnehmers
19 ist eine Welle 21 verbunden, die drehbar
in Lagern 22, 22' des Gehäuses 23 gelagert ist und hin- und herschwingen kann. Die
Achse der Welle 21 ist die antriebsachse. Die Schleifenanordnung wird nun om die
Antrisbsa@@se dixch einen Motor 24 über eine Exzenterkurve 25 hin@ und @@@@ geschwenkt,
die gegen eine mit der Welle 21 durch ein@@ Ring 27 verbundens Stange 26 anliegt.
Eine @@@ 28 @@@ Mit ihrem einen Ende an der stange 26 une mi@ ihr@@ @ere@ Ende mit
einem stationären Träger 29 so verbunden, dass die Stange 26 in Berührung mit der
Kurve gei @@@@ wird@ Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Pu@@@, an dem die
Feder 28 am Träger 29 befestigt ist, als oberhalb der Stange liegend eingezeichnet,
jedoch ist dieser in der praxis gewöhnlich in Hohe der Stange angeordnet.
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Mit der Welle des Motors 24 ist über einen Ring 31 ein Bezugssignalgetnerator
verl) unden, der hier t ein Zweiphasengenerator 30 dargestellt ist. Da die Frequenz
und Phase der liin-und Herbewegung der Antriebswelle 21 in Beau, auf die Drehung
der.'elle des puni-ors 24 festliegt, so sind auch die Frequenzen und die Phasen
der Auz gss mule des Generators 30 im wesentlichen in Besung auf die Oszillation
der Schleife um die Antriebsachse festgelegt.
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Die Aufnehmer 19, 19' sind in diesem Beispiel vom sogenannten "Geschwindigkeitstyp".
duie einzelnen Aufnehmer haben
ein mit dem Glied 18 bzw. 18'verbundenes
GehCuse.
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In diesem Gehäuse ist ein magnetischer Kern angeordnet, und eine mit
diesem Kern zusammenwirkende auf dem Spulenträger 34 angeordnete Spule ist mit der
Schleifenleitung 10 verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar die Gehäuse
der Aufnehmer 19, 19' um die Antriebsachse oszillieren, dans site jedoch in Bezug
auf die Drehmomentachse fest sind. Infolgedessen erzeugt eine Bewegung der Schleife
10 um die Drehmomentachse eine entsprechende Bewegung der Spulen in den betreffenden
Magnetfeldern, und es werden damit entsprechende Auagangsspannungen erzeugt. Die
Amplitude der Schwingung um die e Antriebsachse ist gewöhnlich sehr klein und in
vielen Pallen kann es ausreiohend sein, die Gehäuse der Abnehmer 19, 19' so anzuordnen,
dass sie in Bezug auf das Gehäuse 23 feststehend sind.
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Zwar werden Aufnehmer vom Geschwindigkeitstyp bevorzugt verwendet,
doch können gegebenenfalls auch andere Arten, wie WegaufneYmer, verwendet werden.
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Die im einzelnen dargestellte Konstruktion und die Anordnung der Schleife
und der Träger und die Antriebsart können in weiten Grenzen von der gezeigten Bauart
abweichen. üblicherweise sind die Trägerglieder nit der Schleifenleitung starr sc
verbunden, dass sie sich um die Drchmomentachse drehen. Diese Glieder bilden dann
zusarmen
mit der Schleife die Schleifenleitungsanordnung. Die dargestellte
Anordnung ist verhältnismassig einfach zu verstehen und genügt, um die Grundtatsachen
der Arbeits weise der erfindungsgemässen Anordnung zu erklären.
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Die Spulen der beiden Aufnehmer 19, 19' sind in Reihe und addierend
in Bezug auf die Bewegung der Schleife um die Drehmomentachse (die Achse des Gliedes
15) angeschlossen.
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Hierdurch wird die Eliminierung von bestimmten Arten von äusseren
Signalen unterstützt, wie dies in der vorerwähndet @n deutschen Anmeldung antl.Az.
R 28 547 IX/42 c beschrieben zist. loch kann auch gegebenenfalls ein einzelner Aufnehmer
verwendet werden. vers Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Masse der Schleiie
etwas in Bezug auf die Antriebs- und Drehmomentachsen aus dem Gleichgewicht gebracht.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine kleine Masse der Schleife, beispielsweise
ein kurzes Ringstück, wie bei 35 in Fig. l gestrichelt dargestellt ist, angebracht
wird. In vielen Fällen kann auch eine bereits vorhandene Ungleichheit bei der üblichen
Herstellung ausreichen. In vielen Fällen, und zwar entsprechend der Feinfühligkeit
des Instruments, ist nur ein kleiuer Gleichgewichtsfehler erforderlich. Gegebenenfalls
kann eine zusatzliche Verstarkung des dem Massengleich-@ entsprechenden Signals
vorgesehen sein.
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In Fig. 3 stellt der Kreis 10' die Schleifenleitung dar, und eine
kleine Masse m ist im ersten Quadranten dargestellt. Es wird angenommen, dass die
Schleife eine neutrale Lage in der XY-Ebene einnimmt. Die Y-Achse entspricht der
Antriebsach3e, die X-Achse der Drehmomentachs@ und die Schleife wird um einen kleinen
Winkel @ um die Antriebsachse hin-und herbewegt.
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Die Schleife hat einen Radius Runddurukeli:\.h' der Masse m und der
X-Achse ist mit @ @@ich@@ Als Ergebnis der üin- und Herbewegung um die Antri@bsands@
wird eine Kraft FZ auf die Masse ausgeübt, :, me : i. @@@ diese Masse in der Z-Richtung
beschleunigt. Diese Kraft ist gleich m. a, wo a die beschleunigung der Masse in
der Z-Riohtung bedeute z, Dae Hin- und Herschwingen bder Oszillieren der Schleife
um die antriebsachse kann wie folgt ausge@ dekt werden.
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# #o jf=cosLJt() Hier bedeutet #o den maximalen Winkelausschlag um
die Y-Achee, Jistgleich27f,%'ofdierquc der Winkelschwingung bedeutet, und t b@dentet
die Zeiz, FUr kleine vinkelschwingungen, wie sie üblicherrjise in Lassenströmungsmessern
dieser Art verwendet werden, kann die Beschleunigung a wie folgt ausgedrückt werden;
a'--jBpRcoaecoae)t(2)
##t (2) Multiplikation von Gleichung (2) mit m ergibt F@.
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Dus von der Masse m herrührende Auagangsdrehmoment ist gleich der
Kraft F multipliziert mit dem Abstand zwischen der Masse) uid der Ausgangsdrehmomentachaz
@, Damit kann das Ausgangsdrehmoment Tx wie folgt bere@@et werden: Tx = Fz R sin
# (3) #2#c m R2 sin # cos # cos #t (4) = K1#2 cos #t (5) Es sei darauf hingewiesen,
dass Gleichung (4) eine Anzahl von Faktoren aufweist, die Konstruktionskonstanten
sind.
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Diese sind in Gleichtung (5) mit K. 1 bezeichnet.
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Die Bewegung der Sclsleife um die Drehmomentachoe wird durch die
onsfedern 17, 17' in Fig.1 behindert. Bei einer erheblich umterhalb der natärlichen
Resonanzfrequenz der Schleife 10 um die Drehmomentachse liegenden Antriebsfrequenz
(vergleiche hierzu das vorgenannte USA-Patent Nr. 2 865 201) wird die Winkelschwingung
der Schleife als T dividiert durch die Federkonstante ausgedruckt.
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Lit Hilfe eines Geschwindigkeitsaufnehmers kann die Ausgangsspannung
dadurch erhalten werden, dass der Ausdruck für die Abweichung differenziert viird.
Dies ergibt : V@ = @11 #3 sin @t (6)
wo Vu der Spannungsausgang
der Aufnehmer 19, 19' entspreohend der nicht ausgeglichenen Masse m und der Ausdru,
t die Federkonstante K1 und eine von der Aufnehmerempfindlichkeit abhängige Konstante
einschliesst.
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Das AufnehuerausgangNBignal entsprechend der Massenstromungsgesohwindigkeit
kann von der Erklärung und den Gleichungen des vorerwähnten USA-Patentes 2 865 201
und der deutschen Patentanmeldung amtl. Az. R 28 547 IX/42c abgeleitet werden. PUr
die um die Antriebaaohse enteprechend der Gleichung (l) vorliegende Oszillation
kann das entepreohend der Massenströmun entstehende und mit tu bezeichnete Drehmoment
wie folgt ausgedrückt werden: Tf-&iS2TfB?sin<t(?) gdt HieristkeineKenatMe,gdieErdbesoReonigaNa
W das Gewicht des Fluidums, das durch irgend einen Querschnitt der Schleift fliesst,
und die anderen Konstanten sind wie oben definiet. Wenn die Konstruktionskonstanten
als K2 bezeichnet werden, so wird Gleichung (7) Tf K2 # dW/dt sin#t (8) Der entsprechende
Spannungsausgang eines Geschwindigkeitsabnehmers Vf wird dattnt Vf = K'2 #2 dW/dt
cos#t (9)
Es. sei darauf hingewiesen, daaa die Drehmomentsleichungen
(5) und (8) Kosinus- und Sinus-Funktionen von #t aufweisen. Damit ist das Wechaeldrehmoment,
das von der unausgeglichenerf Masse m herrührt in Phasenquadratur mit dem von der
Massenströmung herrührenden Drehmoment und folglich sind die entsprechenden Ausgangssignale
des Abnehmers ebenfalls in Phaaenquadratur. Bei Verwendung von Geschwindigkeitsaufnehmern
sind die Gleichungen (6) und (9) anwendbar, und es ergibt sioh, dass die eine Gleichung
eine Sinus-Funktion und die andere eine Kosinue-Funktion von Wt ist, woduroh wiederum
die Phasenquadratur angezeigt wird.
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Durch Veruendung eines eine richtige phasenanordnunß aufweisenden
Synchrondetektors kann das durch die nicht ausgeglicllene luxasse erzeugte Signal
getrennt werden und al Prüfung für das Arbeiten des Massenströmungsmessers verwendet
werden. Wie in der vorerwähnten deutschen Patentanmeldung autel. Az. R 28 547 Ii/42
c dargelegt, ist es erwünscht, einen in Bezug auf das Massenströmungssignal die
richtige Phasenlage aufweisenden Synchrondetektor zum Erhalt der Massenströmungsge@chwindigkeit
zu verwenden, so dass äussere Fehlerquellen ausgeschaltet werden, Wenn daher beim
normalenArbeiteneinSynohrondetektorv@r< wendet wird, so kann des Prüfsignal
sinfach dadurch erhalten werden, dass die Bezugsphase des Detektors geändert
wird.
Das Prüfsignal kann dann als eine Prüfung für praktisch alle Komponenten dea Masaenstromungsmesserp
benützt werden, die in die Anzeige der Massenströmung eingehen.
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Aue Gleichung (4) ergibt sich, dass das vonh der unausgeglichenen
Masse herrührende Drelmoment die e Funkiti@@ sin # cos # miteinschliesst. Damit
wird das Drehmoment Tx null, wenn die nicht ausgeglichene Masse m entweder auf der
X- oder auf der Y-Achse ist. Für irgend eine andere Stellung wird das Drehmoment
endlich und kann so fü Überprüfzwecke verwendet werden. Es ergibt sich ein Maximum
am 45°-Punkt oder bei ähnlichen Punkten der anderen Quadranten. Infolge der Art
diesels ergibt sich, dass beim Vorhandensein der unausgeglichenen liesse m im eraten
oder dritten quadranten ein Drehmoment einer bestimmten Richtung erhalten wird,
während bei Anwesenheit der nioht ausgeglichenen Masse im zweiten 'vnd viertel Quadranten
die Polarität umgekehrt ist.
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Dies entspricht einer zeitlichen Phasenverschiebung von uns und kann
ohne weiteres in der Einzelkonstruktion , : x Mtapreohend berücksichtigt werden.
Wenn die Schleifenanordnung dies gestattet, kdante die zusätzliche Masse auch an
einem Punkt ausserhalb der Schleife selbst angebracht werden, sofern nur die sich
ergebende Ungleichheit sowchl in Bezug auf die Antriebs- als such die Dreh-@@@entsachse
wirksam ist.
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In Fig. 4 stellt der Aufnehmer 41 einen oder mehrere Aufnahmer dar,
die auf die Bewegung der Schleife auf die Drehmomentachse anuprechen. Die ausgangssignale
des Aufnehmers 41 gehen durch die Verarbeitungsstromkreise 42 hinduroh, die e einen
Synchrondetektor einschliessen.
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Dabei kann einfach ein Verstärker- und Detektorstromreis vorgesehen
sein, um ein Signal in der Leitung 43 en S sprechend der Masaenströmung zu erseugen,
oder es kdnnen auch zusatzliche Stromkreise, wie. beispielsweise Integratoren, vorhanden
sein, wie sie in der vorerwähnten deutschen Patentanmeldung R 28 547 IX/42 o beschrieben
sind.
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Die Massenströmungsausgangsleistung der leitung 43 kann einem Mtesinstrument
44 oder einer sonstigen esseinrichtung zugeführt werden, um die Massenströmung anzusaigne
Wenn der Synchrondetektor in den Stromkreisen 42 beim üblichen Arbeiten verwendet
wird, so wird ein Bezugs-Signal in richtiger Phasenlage über die Leitung 45 und
den 8*1ter 46 dem Stromkrieis 42 zugeführt. Der Leitung 47 wird ferner ein weiteres
Bezugssignal zugeführt, das in Quadratur zu der in der Leitung 45 vorhanden ist.
Wenn der Schalter 48 geschlossen wird, so wird das quadraturbezugssignal dem Synchrondetektor
zugeführt, und das Messinstrument 44 zeigt dann das Signal entsprechend der unausgeglichenen
Masee der Schleifenleitungsanordnung ans
Um das Ungehalten vomi
normalen Zustand auf den Prüfzustand ode @ megekehrt zu erleichtern, sind in der
Zeichnung die Schalter 46 und 48 miteinander verbunden.
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Wenn nun zum Zeitpunkt der Herstellung eine Markinrung auf das Messinstrument
44 während der Eichung des Instruments angebracht wird, so zeigt die Prüfugn die
Abweichung vom richtigen Arbeiten an. Rine erhebliche Abweichung zeißt im m allgemeinen,
dass Irgendeine Komponente versagt hat oder seine Merkmale radikal geändert hat.
Wenn die Umstände dies erlauben, kann jedoch das Prüfsignal dazu verwendet werden,
um das Instrument wieder zu justieren.
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Beispielsweise kann eine @@rstärkungskontrolle in denn Stromkreis
42 vorgesehen sein, um Änderungen in der Verstärkung, in der Aufnehmerempfindlichkeit
usw. zu korrigieren.
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Obg1cich e3 nun erwünscht ist, ein@@ Synchrondetektor sowchl für
das normale Arbeiten als auch für die Prüfung zu verwenden, so ist es doch klar,
dass ein solcher auch nur während der Prüfung benützt werden könnte.
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In Fig.5 ist eine Anordnung dargestell@@ mit deren Hilfe durch der
Frequenzam-pli-u. ,. beschriebenis'u.K'.'.'essI':of)'.:''..u'oi".in.ei' b es c hrieb
Frequenz der'."anern-'.f.''c'..-'; Fi@equenz de@ @@@@@@@ ungen un die @@@@@ @@
Messfehlern
führen, da im allgemeinen die Abnehmerausgangsleistung eine Frequenz oder einen
#-Ausdruck in irgend einer Potenz enthält. Beispielsweise enthält die Gleichung
(9) einen Frequenzamplitudenfaktor #2, dei dem also der Exponent 2 ist.
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In der bevorzugten Anordnung der vorerwähnten deutschen Anmeldung
wird das Aufnehmerausgangssignal einer solch ausreichenden Zahl von Integrierungen
unterworfen, dass der Frequenzamplitudenfaktor im wesentlichen eliminiert wird.
Wie ebenfalls in dieser deutschen Anmeldung beschrieben ist, kann auch ein Wechselstrombezugssignal
verwendet werden, das die gleiche Frequenz wie die Antriebsfrequenz hat und durch
Durchführung von Infinltssimaloperationen (d. h. Integrationen und Differentiationen)
i. n Bezug auf das Aufnehmerausgangssignal oder beide kann mit einer nachfolgenden
algebraischen Operation (Multiplikation oder Division), die Antriebsfrequenzabhängigkeit
im wesentlichen eleminiert werden.
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Die vorliegende Erfidnung kann mit Massenströmungsmessern verwendet
werden, die irgendeines dieser Verfahren zum El/minieren des Frequenzamplitudenfaktors
benützen.
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In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Verfahren zum Integrieren des Aufnehmersignals
verwendet.
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Der Ausgang der Aufnehmer 19, 19' wird einem Intergrationsverstärker
51 zugefahrt. Bei Verwendung von Geschwindigkeitsaufnehmern, deren Ausgang Gleicht
(9) entspricht, wird der #2-Ausdruck in zwei Integrationsstufen bei 51 eltminiert.
Der Ausgang des Integrationsverstärkers wird dann über einen isolierenden Transformator
52 dem Synohrondetektor 53 zugeführt.
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Von einer Wicklung 54 des Zweiphasengenerators 30 @@@@@ sich eine
Bezugsphase für den Synchrondetektor und dises wird über den Schalter 55 einer Relaisbetätigungsspul
56 zugeführt. Synchron mit dem Bezugssignal von der Wicklung 54 bewegen sich zwei
Schaltarme 57 und 58s Relais aus den ausgezogenen magen di-e Lagen. Damit wird synchron
mit dem Bezugssignal der de@ Ieitungen 59, 59' zugeführte Ausgang des Transformat@@,
52 umgekehrt. Durch R-C-Integratoren 61 und 61'vrd.b. aufgenommene Signal geglättet.
Der Gleichstromausgang der Leitungen 62 andert sich. j.'.iseinerGrossemite plitude
der kphasengleichen oder in umgekehrter Paasen luge atgeordneten (180° Phasenverschiebung)
@orp@ent@@ des aufgedrackten Gleichstromsignals, und die Polurität kehrt sich mit
einer Phasenumkehrung um.
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Die Arbeitsweise eines Synchrondetektors, wie er bei 5. dargestellt
ist ist bekannt und braucht nicht näher
beschrieben en werden.
Auch andere Typen von derartigen Detektoren sind bakannt und können ebenfalls verwendet
werden. Bei bestimmten Typen wird ein Kimutator verwendet, wie er in der vorerwähnten
deutschen Anmeldung beschrieben ist. In diesem Fall kann ein einzelner Kimutator
dutch einen Motor 24 angetrieben werden, wobei vorkehrungen fUr Veränderung seiner
phase getroffen sein können oder es können auch zwei Kimutatoren bei 90° abwechselnd
in den Stromkre in einer Art eingeschaltet worden, die analog der Anordnung der
Fig. 5 ist usw. Zusammen ni-'j zwei integrationstromkreisen, die gegen Masse isoliert
sind, wird der Transformator 52 so verwendet, das der Gleichstromausgang der Leitungen
62 schwimmend ist. In dieser Ausführungsform ist ein schwimmender Ausgang fUr die
nachfolgende Instrumentierung notwendig, doch kann gegebenenfakls der Synchrondetektor
so abgewandelt werden, dans ein mit einem einzigen Ende versehener Ausgang vorgesehen
ist.
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Die Phase der Wicklung 54 wird so ausgewählt, dass sie der Phase der
Massenströmungssignals im Ausgang des Transformatore 52 entspricht, so dass der
Detektor 53 eine colobe Phawenanordnung hat, d ase dieses Signal weitergegeben wird
und das Quadratursignal ausgeschlossen wird. Wenn die Strömungsmesseranwendung geprüft
werden soll, so wird der Schalter 55 in seine gestrichelte Lage
bwegt.
Die Wicklung 63 des Zweiphasengenerators ergibt nun einen Ausgang, der in Quadratur
mit dem Ausgang der Wicklung 54 steht. Entepreohend wird also die Phase der Betätigung
des Relaie 56 um 90°so verschoben, dass sie nun in Phase mit dem quadratursignal
im Ausgang des Transformatora 52 ist, ta8 mit der unausgeglichenen Masse übereinstimmt.
Unter diesen Bedingungen entspricht der Gleiohstromauagang in den Leitungen 62 dam
Pr =-oder Eiohsignal und kann einem Messinstroment oder sonst einer Lesseinrichtung
wie oben beeohrieben zugeführt werden.
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Falls der Veretärker 51 eine Verstärkesteuerung hat, kann die Veratärkung
eolange eingestellt werden, bis das Prüfsignal den vorgeschriebenen Wert hat.
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In Fig. 6 ist ein System dargestellt, bei dem der Massenströmungsmesser
automatisch nach periodischen Intervallen nachgeeicht werden kann. Die Ausgangssignale
der Abnehmer 19, 19' werden einem Verstärker 71 zugeführt, der so angeordnet ist,
dasa seine Verstärkung durch einen Servomotor 72 über eine mechanische Verbindung
73 gesteuert werden kann. Beispielsweise kann ein mit einer Motorwelle angetriebenes
Potentiometer verwendet werden. Gegebenenfalle kann der Verstärker 71 ein Linearverstärker
sein, doch ist se vorteilhaft, wie in Fig.5 dargestellt, einen Integrationsverstärker
zu benutzen. Die Ausgangsleistung des Verstärkers 71 wird dem Synohrondetektor 76
zugeführt.
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Zwar kann dieser ähnlich demjenigen sein, wie er bei 53 in Fig. 5
dargestellt iat, doch iat hier die Darstellung so, dass ein mit einem einzigen Ende
versehener Ausgang in der Leitung 77 vorgesehen wird, wobei eine Ausgangsflemme,
wie bei 78 dargestellt, an Masse liegt.
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Der Zweiphasengenerator 30 ergibt eine normale Arbeitsphasenbezugsspannung
an seiner Wicklung 54 und eine Quadratureichphasenspannung an seiner dicklms 63.
Auch der Sohaltarm 55 arbeitet wie vorbeschrieben, um die beiden Phasen abwechselnd
dem Synchrondetektor 76 zuzuführen.
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Ferner ist noch eine Zeitsteuervorriohtung 79 vorgesehen, um nach
bestimten Zeitintervallen eine Verschiebung von den normalen Arbeitslagen in die
Eichlagen vorzunehmen. Diese Intervalle können ausreichend kurz und nicht so häufig
sien, so dass die normale Verwendung nicht erheblich beeinträchtigt wird. Die Zeitsteuervorrichtung
betätigt ein Relais 80, wodurch der Schalter 55 in die gestriohelte Lage liber eins
mechanische Verbindung 81 bewegt wird und wodurch die Sichbezugsphase dem Synohrondetektor
zugeführt wird. Der Sohalter 84 ist mit dem Schalter 55 über die Verbindung 81 verbunden.
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Während der Eichung wird der Ausgang des Synchrondetek .. tors 76
liber die Leitung 83 und den Sohalter 84 (gestrichelte Lage) dem Eingang 85 eines
Differentialverstärkers 86
zuge£Whrt. Dem anderen Eingang des Differentialverstärkers
wird eine Gleicnatroir. bczugaspannmig über die Leitung 87 zugefuhrt. Der Verstärker
86 kann von bekanntor Pan art sein und gibt einen Ausgang an dieLeitung63f3-i. der
Differenz zwischen den Gleichstromhöhen in den Eingangsleitungen 85 und 87 npricht..DieserAag"/ir-?
einem Servo-Verstärker 89 zugeführt, und der Ansg@@@ des letzteren wird über die
Leitung 9@ verwend @@ @@@ einen umkehrbarenGloichsbcom-Ser/t''j!;'.''2sub:bLj.'...'
Wenn das Ausgangssignal in der Leitung 83 während @@@ E3.ahge,nex;rorbes.rnm°:1r~c;ic:,zsa;L::ur:.sv:,
eutspr3.ch-ta;oex'g.bi;s3c3..;,tta;zt,.'~,:~°;cn::wi:ax-';...r~ Eiohungeinervorbestimmb.T.Gleiügtrobasuuhb.'.G
geändert. Wenn jedoch das Ausgangssignal in der @@@ @@@ 83 entweder grösser oder
@@einer als die @leinabstron@@@@@ höhe ist, so ändert der Servo-Motor 72 di@ Ver@@ärkang
des Verstärkers 71, um so die Differenz auf null oder mi@ destens ungefähr auf null
su reduzieren. Die Gleich@trom@ bezugshöhe in der Leitung 87 kann zum Zeitpuk@ del
Hor stellung so bestimmt werden, dass, wenn ler Ausg@@@ @@@ der Eichang der Gleichatrcnbezuhohseitpri;.
der Aujgung während des normalen Arbei@@@@@ entsp@@@@ der Instrumenteichung ist.
Durch Einstellen dez Ve@ des Verstärkers71umdiesenZustandjhrnddesA..'. tens aufrechtuerhalten,
wird also die richtig@ @@@ @@@
zu jedem Zeitpunkt gewährleistet.
Wahrend des normalen Arbeitens, wobei der Relaiaschalter 84 in seiner ausgezogenen
Lage ist, wird die Eingangsleitung 85 des Differentialverstärkers über die Verbindung
92 mit dem Gleichstrombezugdpotentialder Leitung 87 verbunden. Damit erif, gibt
sich kein Ausgang am Differentialverstärker während des normalen Betriebs, und eine
früher vorgenommen@ Einstellung der Verstärkungssteuerung wird nicht gestört.
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Es ergibt sich aus den Gleichungen (5) und (8) F das£ die von der
unausgeglichenen Masse und der Flüssigkeitsströmung oder Fluidumastrcmung herrährenden
Drehmomente Frequenzamplitudenfaktoree mit unterachiedlichen Exponenten, nämlich
#2 und # enthalten. Bei einem bestimmten Typ eines Abnehmers haben dahor die Frequenzamplitudenfaktoren
der entsprechenden Signale unterschiedliche Exponenten. Bei Vervendung eines Geechvindigkeitsabnehmers
zeigt die Gleichung (6), dass das Sichsignal einen #3 Ausdruck enthält, während
die Gleichung (9) zeigt, dass das Fluidumsströmungssignal einen #2 Ausdruck enthält.
v/enn daher die beiden Signale gloichmaosig verarbeitet werden, so unterscheiden
sie sich lamer durch einen Faktor #. Wenn beispielsweise der VerstErker 51 (Fig.5)
oder 71 (Fig.6) für eine Doppelintegration vorgesehen ist, so werden die Exponenten
der einzeinen Signale um
den Betrag zwei reduziert. der #2 Ausdurck
in Gleichung (9) wird dann #0 (=1), und der Frequenzamplitudenfaktor ist eliminiert.
Der CO 3 Ausdruck in der Gleichung (6) wird jedoch nun auf # reduziert, so dass
eins Frequenzabhängigkeit noch vorhanden isu. Damit ändert sich das Eichsignal in
seitler Amplitude, wenn die Antriebsfrequenz sich ich ändert, während dies aut das
Massenströmungsaignal nicht zutrifft. t Vielfach wi. rd die Frequenz eines übertragenen
Wechselstromes ziemlich konstant gehalten, und bei Verwendung eines synchronen Antriebsmotors
24 kann die Antriebsfrequenz so constant seinS dass sich das Eichaignal infolge
dieses Faktors nicht wesentlich ändert. Wenn jedoch die Antriebsfrequenz nicht ausreichend
konstant gehalten wird, so kann der Frequenzamplitudenfaktor des Eichsignals durch
eine geeignete Verarbeitung vollständig el@-miniert werden. Dies kann bei den Anordnungen
nach Fig. 5 und 6 beispielsweise dadurch erreicht werden, dass noch eine zusatzliche
Integrationsstufe für das der Massenungleichneit entsprechende Quadratursignal vorgesehen
wird.
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Fig. 6 (a) zeigt eine Abwanllung der Fig.6. bei der dies erreicht
wirdo Anstatt die Ausgangsleistung des Verstärkers 71 unmittelbar dem Syachrondetektor
76 zuzuführen, sind zwei Schalterr 74 und 75 vorgeschen, die durch das Relais 8C
über eine mechanlsche Ver@@@@@ 81 miseinan@er
verbunden sind. Wahrend
des normalen Arbeitens sind die Schalter 74, 75 in ihren angezogenen Stellungen,
und der Ausgang des Verstärkers wird unmittelbar wie oben bs@ schrleben dem detektor
zugeführt. Während den Eichiutervallen werden jedoch die Schalter 74, 75 in ihre
gestrichelten Stellungen bewegt, wodurch die Stufe 85 in Kaskade mit dem Verstärker
71 eingeschaltet wird.
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Wenn die Stufe 82 eine einfache Integrationsstufe ist, ,. o wird
die Quadratursignalkomponente, die von den Aufnehmern 19, 19' kommt, gegenüber der
Massenströmangssignalkomponente ainmal mehr integriert. Mit einer Doppalintegration
bei 71 werden dann die Frequenzamplitudenfaktoren in n beiden Signalkomponenten
e@@miniert. Der Integrator 82 kann eine Einbeitsverstärkung bei der Schleifen-@@wingunsfrequenz
oder auch eine andere geeignete Verstärkung haben.
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Durch eine eiazelne antegrationsstufe wird eine 90° @erschiebung des
d@@ Detektor 76 zugeführten Quadratursignals berbeigefünrt Damit ist es nicht mehr
nhotwendig, dia Bezungsphase dea 3ynohrondetektora 76 zu ändern. Damit Kann der
Schalter 55 der Fig.6 weggelassen werden, und die Ausgangsleistung der Bezugswicklung
54 des Generators 30 kann sowohl für die Fluidumsströmung als auch die Eichung verwendet
werden.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kann die zusatzliche
Integrationsstufe benätzt werden, und es können Escha, l@er vorgesehe@ sein. um
die zusätzliche Stufe in Kaskade mit dem Integrationsverstärker 51 während des Prüfintervalls
zu verbinden.
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Wenxz eine zusätzliche Integration nich@ erforderlich ist, kann die
Einheit82aoau'ilegtneindasseine90 Phasenverschiebung der Antriebsfrequenz eintritt
und wänrend des Prüfens anstatt @er Anderung der Bezungsphas@ des Synchrondetektors
eingefübrt wird Ganz allgemein sei darauf hingewiesen, dass @ie Phase des Synchrondetektors
relativ zu den zugelieferten Signalkomponenten wichtig ist, und die relative Phase
kann um 90° dadurch geändert werden, dass antweder die Phase der Signalkomp : .
ten oder die @ezugsphase des Detektors geändert wird Im allgemeinen wird es vorgezogen,
die Bezugsphase @@ ändern und keine 90° Phaseiverschiebung auf der Signal bahn einzuführen(sofernk?ineIntegrationerüncb.:)
da ein Phasenverschiebungstromkreis möglicher@e@se frequenzempfindlich ist, und
im allgemeinen ist die @@@ rung der Bezugsphase einfaeher und @eniger aufwendig.
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Die vorerwähnte deutsche Anmeldung beschreibt auch ande@@ Anordnungen
unter VerwendungeinerBezugsapannungnm El@minieren eines Frequenzamplitudenfaktors
in dem
Massentrömungssignal. Die vorliegende Erfindung kann auch
in solchen Anordnungen verwendet werden, Es ist bekannt, dass Stromkreise zweckmässig
so entworfen und ausgelegt werden können, dass sie einen Ausgang entsprechend dem
Fluidumsströmungssignal während der norma@ on Arbeitens ergeben und @d ferner einen
Ausgang entsprechend dem von der nicht ausgeglicheren Masse her@ühzenden Quadratursignal
während der Prüf- oder Eichope@@@@@@ @rgeben.
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In den Ausführunbeispieler, wie sie in der vorerwährten deutschen
Anmeldung beschrieben sind, kann die Phase des . zugaaignalgeneratorafürPrüfswecke;'au?<:r-;vorder,
eine 90° Phasenverschiebung kann auf der Signalabahn eingeführt. werden, eine zusätzliche
Integrationsstufe oder Differentiationsstufe kann in die Massenströmungssignalbahn
oder die Bezugssignalbahn nerden usw.
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Es sei darauf hingewiesen, dass ein Überprüfen der Arbeitsweise des
strömungsmessere auch dam bewerkstelligt werden kann, wenn Fluidum drch die Schleifenleitung
fliesat. Infolge der @uadraturbeziehung zwischen den Signalkomponenten der Fluidumsströmung
und dem Massenaus-@ vsrhutet der Synchrondetektorm, dass die '.. uadraturkomponente
die Messung der Fluidumsatrömung während des normalen Arbeitens beeinflusst und
vorhätet
cerner, dass die Fluidumsetromung einen Einfluss auf das
FrUfsignal MährenddesPrufens'hatSelbstverständlich wird die Fluidumsströmung während
der Prüfung nicht gemessen, doch können die Prüfintervalle so kurz und verhältnismässig
selten eingefüft werden, dass dieser Faktor keine Rolle spfelt. Gegebenenfalls kann
auch die Fluidumsströmung während der Prüfoperation unterbunden werdenO