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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eichung von Durchflußmengenmessern,
die eine zu dem durchgeströmten Strömungsmittelvolumen proportionale Zahl von elektrischen
Impulsen liefern, mit einem Eichgefäß, dem ein erster und ein zweiter Pegeldetektor
zugeordnet ist, und einem Chronometer zur Messung der Zeit (T1) zwischen den Zeitpunkten
des Ansprechens der beiden Pegeldetektoren beim Durchgang des Flüssigkeitspegels
im Eichgefäß.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der französischen
Patentschrift 1 255 974 bekannt.
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Wenn die Eichung sehr genau sein soll, müssen Eichgefäße eingesetzt
werden, deren Volumen groß genug ist, damit der Durchflußmengenmesser eine genügend
große Anzahl von Impulsen liefert, um den relativen Fehler klein zu halten. Dieser
rührt daher, daß keine bestimmte Beziehung zwischen dem Zeitpunkt des Ansprechens
der Pegeldetektoren und der Phase der vom Durchflußmengenmesser gelieferten elektrischen
Impulsfolge besteht, so daß einerseits durch den ersten Impuls zu Beginn der Eichung
ein zu großes Volumen angezeigt wird, während andererseits die Durchflußmenge im
Zeitraum zwischen dem letzten Impuls und dem Ansprechen des zweiten Pegeldetektors
unberücksichtigt bleibt. Der dabei auftretende Mengenfehler entspricht im ungünstigsten
Fall einer Impulseinheit. Die Verwendung sehr großer Eichgefäße ist andererseits
aber störend und erfordert eine lange Eichdauer, so daß man versucht hat, mit einem
kleineren Eichgefäß auszukommen und die »Phasenfehler« getrennt zu erfassen.
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Gemäß der USA.-Patentschrift 3 092 991 geht man dabei so vor, daß
die betreffenden Zeitintervalle elektronisch gemessen werden, indem die sie begrenzenden
Impulse zum Öffnen bzw. Schließen von Gatterschaltungen verwendet werden, die den
Durchlaß von Eichimpulsen zu entsprechenden Zählern steuern. Hinsichtlich der Wirkungsweise
ist eine solche Vorrichtung nicht zu beanstanden, wohl aber hinsichtlich des erforderlichen
Aufwands an elektronischen Schaltungsmitteln.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eichvorrichtung der eingangs genannten
Art ohne umfangreiche elektrische Schaltungseinrichtungen zu schaffen, die ein Eichgefäß
von relativ- geringem Volumen aufweist und trotzdem eine sehr genaue Eichung ermöglicht,
auch bei Durchflußmengenmessern, die nur eine geringe Impulszahl pro Volumeinheit
der durchgeströmten Flüssigkeit erzeugen. Insbesondere soll kein zusätzlicher Eich-Frequenzgenerator
erforderlich sein, der hinsichtlich seiner Konstanz neue Fehler einführen könnte.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen vom ersten
Pegeldetektor gleichzeitig mit dem Chronometer eingeschalteten, am zu prüfenden
Durchflußmengenmesser angeschlossenen Impuls-Grenzwert-Zähler und ein mit dem Impuls-Grenzwert-Zähler
verbundenes zweites Chronometer zur Messung der Zeit T2, welche der Durchflußmengenmesser
zur Lieferung einer Zahl N von Impulsen braucht, die nahezu gleich dem Produkt aus
der zu erwartenden theoretischen Impulszahl Co pro Volumeinheit durchgeströmter
Flüssigkeit und dem Volumen Y des Eichgefäßes ist.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden also zwei an sich
voneinander unabhängige Zeiten gemessen: Einmal in bekannter Weise die Zeit T1,
die für die Füllung des Eichgefäßes benötigt wird,
und zum anderen die Zeit T2, die
der Durchflußmengenmesser für die Abgabe gerade derjenigen Anzahl N von Impulsen
benötigt, die dem Eichvolumen V entsprechen sollen.
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Der für bestimmte Meßbedingungen geltende Eichfaktor C läßt sich
dann in einfachster Weise ermitteln aus der Beziehung: N#T1 C =.
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V#T2 Die Messung der Zeiten T1 und T2 kann mit einer Genauigkeit
von 10-5 vorgenommen werden, während das Volumen des Eichgefäßes V mindestens mit
einer Genauigkeit von 10-4 bestimmt werden kann. Demgemäß kann der Wert C, der die
Anzahl der Signale pro Volumeinheit angibt, mit einer Genauigkeit in der Größenordnung
von 10-4 bestimmt werden, auch wenn das Volumen V relativ klein ist.
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Es versteht sich, daß man die Eichung unter verschiedenen Meßbedingungen
(Druck, Temperatur usw.) vornehmen wird, wobei der gemessene Faktor C sich in Abhängigkeit
von solchen Parametern ändern kann. Bei jedem einzelnen Meßpunkt arbeiten aber die
beiden Teile der Eichvorrichtung gleichzeitig; die kurzen Zeitüberschneidungen zu
Beginn und am Ende des Eichvorgangs lassen eine Änderung der Maßparameter nicht
erwarten, da diese sich in der Regel stetig ändern.
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Falls das Produkt Co V (mit CO als dem theoretischen Faktor C) ganzzahlig
ist, - wird man den Grenzwert-Zähler auf dieses Produkt voreinstellen; andernfalls
wählt man die nächstgelegene ganze Zahl.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Eichung völlig automatisch
ablaufen; die Ermittlung des »wahren« Faktors C kann ebenfalls automatisch mittels
eines - keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildenden - Rechners erfolgen.
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Die Vorrichtung ist einfach aufgebaut, erfordert kein ausgebildetes
Bedienungspersonal und besteht hinsichtlich der elektronischen Ausrüstung (Grenzwert-Zähler,
Chronometer) aus handelsüblichen Geräten.
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Eine etwaige Änderung der Meßbedingungen während des Meßvorgangs beeinflußt
beide Teile der Vorrichtung im gleichen Sinne, so daß - im Gegensatz zu der aus
der obengenannten USA.-Patentschrift bekannten Vorrichtung - diese Fehlerquelle
ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Prüfstand für
Durchflußmengenmesser; F i g. 2 zeigt eine Reihe von an verschiedenen Stellen des
Schemas der Fig. 1 abgenommenen elektrischen Signalen.
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In F i g. 1 ist 10 eine an einen nicht dargestellten Speisebehälter
angeschlossene Leitung. In der Leitung 10 liegt eine mit einem Betätigungsorgan
14 versehene elektrische Pumpe 12. Hinter der Pumpe 12 befindet sich ein Durchflußmengenmesser
16 mit einem frei beweglichen Schraubenkörper, dessen Nabe mit einem Magneten versehen
ist. Der Durchflußmengenmesser 16 besitzt ferner eine Spule 17, in welcher die Drehung
des Magneten elektrische Signale in Form von Impulsen erzeugt. Der theoretische
Faktor des Durchflußmengenmessers 16 sei z. B. C0 = 16 Signale je Liter Flüssigkeit.
Hinter dem Durchflußmengenmesser 16 strömt die durch die Pumpe 12 in Bewegung
gesetzte
Flüssigkeit in ein lotrecht angeordnetes Eichgefäß 18. Der untere und der obere
Abschnitt des Eichgefäßes 18 werden durch zwei Einschnürungen bildende Glasrohre
20 und 22 gebildet.
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Gegenüber den Einschnürungen 20 und 22 sind zwei photoelektrische
Pegeldetektoren 24 und 26 angeordnet, welche ein elektrisches Signal liefern, sobald
die Höhe der Flüssigkeit in dem Eichgefäß 18 die Pegelmarke überschreitet, gegenüber
welcher einer der Detektoren 24 oder 26 angeordnet ist. Das zwischen den beiden
Pegelmarken enthaltene Flüssigkeitsvolumen (Eichvolumen) V sei z. B. sehr genau
10 1. Die Ausgangssignale der Detektoren 24 und 26 werden an die Eingänge von zwei
Schaltkreisen 25 bzw. 27 zur Verstärkung und Herstellung der gewünschten Form angelegt,
deren Ausgänge mit den Eingängen 28 bzw. 30 zur Steuerung der Ingangsetzung bzw.
Abstellung eines elektronischen Chronometers 32 verbunden sind. Die Spule 17 des
Durchflußmengenmessers 16 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 34 verbunden, dessen
Ausgang mit dem Eingang eines elektronischen Tors 36 verbunden ist.
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Der Eingang 37 zur Steuerung der Öffnung des Tors 36 ist mit dem Ausgang
des auf den photoelektrischen Pegeldetektor 24 folgenden Verstärkers 25 verbunden.
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Die Ausgangssignale des Tors 36 werden an den Eingang eines Impuls-Grenzwert-Zählers
38 angelegt, dessen Grenzwert N = 160 beträgt. Die Ausgangssignale des Zählers 38
werden gleichzeitig an den Eingang 40 zur Steuerung der Ingangsetzung und den Eingang
42 zur Steuerung der Abstellung eines zweiten elektronischen Chronometers 44 angelegt,
welches wie das Chronometer 32 ausgebildet ist. Ein Vorbestimmungsorgan 39 steht
der Bedienungsperson zur Bestimmung des Anfangszustandes des Zählers 38 zur Verfügung.
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Fig. 2 zeigt auf einer ersten Linie die von den Pegeldetektoren 24
und 26 gelieferten Impulse A bzw. B. Die zweite Linie zeigt die von dem Chronometer
32 angezeigte Dauer T1 zwischen den Augenblicken des Auftretens der Impulse A und
B. Die dritte Linie zeigt die von dem Durchflußmengenmesser 16 gelieferten elektrischen
Impulse. Die vierte Linie zeigt einen Impuls mit der Dauer T2, welche in dem Augenblick
des ersten, von dem Durchflußmengenmesser 16 kommenden Impulses beginnt, welcher
dem Auftreten des Impulses A folgt, und bei dem hundertsechzigsten Impuls nach diesem
Anfangsimpuls aufhört.
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Wenn man die Pumpe 12 mit einer bestimmten Drehzahl laufen läßt,
wird die in der Leitung 10 befindliche Flüssigkeit in das Eichgefäß 18 gefördert,
der Schraubenkörper des geprüften Durchflußmengenmessers dreht sich, und ein Impulszug
erscheint am Ausgang der Detektorspule 17 (dritte Linie, F i g. 2).
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Sobald die Oberfläche der Flüssigkeit in der Einschnürung 20 durch
den Pegel geht, auf welchen der Detektor 24 eingestellt ist, wird ein Impuls A geliefert.
Dieser Impuls setzt das Chronometer 32 in Gang und öffnet das Tor 36. Durch Benutzung
des Vorbestimmungsorgans 39 richtet man es so ein, daß der erste von dem Verstärker
34 und der Spule 17 kommende, auf den Impuls A folgende Impuls den Zähler 38 auf
Null zurückstellt, der dann durch einen Impuls gleichzeitig die Ingangsetzung des
zweiten Chronometers 44 bewirkt. Wenn die Oberfläche der Flüssigkeit durch den zweiten
dem Detektor 26 zugeordneten Pegel geht, wird ein Impuls B (F i g. 2)
geliefert,
welcher die Abstellung des Chronometers 32 bewirkt. Dieser zeigt dann die Zeit T1
an. Wenn 160 Impulse durch das Tor 36 gegangen sind, liefert der Zähler 38 einen
zweiten Impuls, welcher die Abstellung des Chronometers 44 bewirkt. Dieser zeigt
dann die Zeit T2 an.
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Zur Ermittlung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung
10 während des Zeitraumes A-B bildet man den Quotienten D = Via1, wobei V das Volumen
des Eichgefäßes ist. Da V bei dem Ausführungsbeispiel 101, CO 16 Impulse pro Liter
und N 160 beträgt, ist V = N/Co, d. h. T1 = N/Co D.
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Wenn mit C der wirkliche Wert für die Impulszahl pro Liter des Durchflußmengenmessers
16 bezeichnet wird, zeigt das Chronometer 44 T2 = N/C. D an. Aus den obigen Gleichungen
erhält man: T1/T2 = C/CO, was die sehr genaue Berechnung des wirklichen Wertes C
des Durchflußmengenmessers 16 ermöglicht.
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Falls N nicht genau gleich V C0 ist, arbeitet man nach der Gleichung
N#T1 C = .
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V#T2 Dies ist dann erforderlich, wenn der theoretische Wert C0 keine
ganze Zahl ist, oder wenn das Produkt V C0 keine ganze Zahl ergibt.
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Wenn die Zahl N genügend groß gewählt wird, sind die Fehler infolge
der Änderungen der Phase der von dem Durchflußmengenmesser 16 gelieferten Impulse
gegenüber der genauen Stellung des Schraubenkörpers in dem Durchflußmengenmesser
vernachlässigbar. Da ferner die beiden Zeitintervalle T1 und T2 nicht genau synchron
sind, muß die Durchflußmonge D der Flüssigkeit während der Messung während der Zeiträume
tA und tB zwischen den Zeitpunkten der Ingangsetzung bzw. der Abstellung der Chronometer
32 und 44 identisch sein. Wenn die relative Änderung der Durchflußmenge zwischen
den Zeiten tA und ts dD genannt wird, beträgt der größte begangene Fehler e = d
D/N. Der Wert N = 160 ist groß genug, um zu verhindern, daß eine Änderung von einigen
Prozent zwischen den augenblicklichen Durchflußmengen während der Zeiten tA und
ts zu irgendeinem merldichen Fehler führt. Da die Zeiten T1 und T2 von den elektronischen
Chronometern 32 und 44 mit sehr großer Genauigkeit gemessen werden können (hierfür
genügt es, daß die Chronometer mit einer Zeitbasis mit genügend hoher Frequenz versehen
sind), kann der Wert von C mit sehr großer Genauigkeit bestimmt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet also in Funktion der verschiedenen
durch die verschiedenen Drehzahlen der Pumpe 12 erzeugten Strömungsmengen der Flüssigkeit
die Eichkurve des Durchflußmengenmessers 16 zu zeichnen, d. h. die Kurve der Änderungen
des Wertes C in Funktion von den verschiedenen Durchflußmengen D = Via1.
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Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden.
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So können V und CO verschiedene Werte haben, während N gewählt werden
kann, und zwar immer möglichst gleich dem Produkt V C0. Man richtet es so ein, daß
N wenigstens größer als 100 ist, um die von den Phasenänderungen der von dem Durchflußmengenmesser
gelieferten Signale und den zeitlichen Verschiebungen der Dauern T1 und T2 herrührenden
Fehler genügend klein zu halten. Ferner wird bei Durchflußmengenmessern mit mehreren
Magneten
oder einem Magneten mit mehreren Polen für N ein ganzes
Vielfaches der Zahl der Polpaare oder der gleichwertigen Magnete gewählt, so daß
die Steuerimpulse zur Ingangsetzung und zur Abstellung des Chronometers 44 von dem
gleichen Magneten kommen.