DE1798080C2

DE1798080C2 - Elektronisch gesteuertes Durchflußmeß- und Dosiergerät

Info

Publication number: DE1798080C2
Application number: DE1798080A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 4050 Moenchengladbach Holzem
Original assignee: Pierburg Luftfahrtgerate Union GmbH
Current assignee: Pierburg Luftfahrtgerate Union GmbH
Priority date: 1968-08-19
Filing date: 1968-08-19
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2015863A1; GB1252183A; US3633420A; DE1798080B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchflußmeßüiid Dosiergerät zur stetigen Sofortmessung bzw. Doiierung mit einem Verdrängerzähler, dem ein Druckdifferenz-Aufnehmer zugeordnet ist, der einen mit dem Verdrängerzähler verbundenen Motor in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaßseite des Verdrängerzählers steuert.

Es ist bekannt, zur Mengenmessung flüssiger und gasförmiger Medien Flüssigkeitsmotoren der Verurangerbauart zu benutzen, die in die das zu messende Medium führende Leitung eingebaut werden und deren Drehzahl dann ein Maß für den Durchfluß darstellt. Insbesondere wird diese Methode dann benutzt, wenn infolge kleiner Reynoldszahlen die Verwendung von strömungsmechanischen Durchflußmeßverfahren Schwierigkeiten macht, wie z. B. bei Duichflußmengen von weniger als 10 Liter pro Stunde.

Bei den bisher bekannten derartigen Meßverfahren wird die Antriebsenergie zur Überwindung des Reibung.imomentes im Meßmotor dem Strömungsmedium entzogen. Die Drehzahl des Meßmotors ist dabei mit begrenzter Genauigkeit ein Maß für den Durchfluß. Der Energicentzug aus dem Strömungsmedium verursacht jedoch eine Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaßseite des Motors, welcher oft einen nicht zu vernachlässigenden Spaltverlust ergibt, so daß der eigentlich proportionale Zusammenhang zwischen Drehzahl des Meßmotors und der Durchflußmenge, insbesondere bei sehr kleinen Flüssigkeitsmengen, nicht mehr gegeben ist. Außerdem ist es bei einer Vielzahl von Meßaufgaben nicht möglich, gewisse Druckdifferenzen in der Meßstrecke zu überschreiten, so daß der Anwendung von Meßmotoren der Verdrängerbauart bei de" bekannten Geräten Grenzen gesetzt cind.

Um nach dieser Methode dennoch eine möglichst stetige und ausreichend genaue Messung durchführen zu können, sind verschiedene Geräte entwickelt worden, bei denen man den Verdrängerzähler mit einem Hilfsantrieb versehen hat, der hydraulisch-mechanisch so geregelt wird, daß die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaßseite des Verdrängerzählers möglichst gleich Null wird. Dadurch soll erreicht werden, daß die einen Meßfehler verursachenden Spaltverluste reduziert und zudem keinerlei Zusatzwiderstände in der Leitung verursacht werden.

Nach diesem Prinzip der hydrauüsch-mechanischen Regelung des Hilfsantriebs arbeitet beispielsweise das Gerät gemäß der deutschen Patentschrift 534 746, das zwei im Meßraum umlaufende Fliigelkolben aufweist, deren Drehzahl durch einen mittels eines Differentialmanometers eingestellten Regler so geregelt wird, daß der Druckunterschied des Mediums vor und hkiter der Meßvorrichtung im wesentlichen Null wird. Abgesehen von der Notwendigkeit des Hilfskreislaufs mit eigenem Pumpenaggregat besteht der Nachteil dieses Meßgeräts darin, daß der im Hauptstrom vorgesehene, als Flügelkolben ausgebildete Verdrängerzähler eine ungleichför-. mige Drehzahl-Durchflußcharakteristik besitzt, wodurch sich während des Betriebs der Differentialdruck pulsierend ändert, was wiederum zu einer ungleichmäßigen Steuerung des Hilfskreislaufs führt.

Bei einem weiteren bekannten Gerät gemäß der deutschen Patentschrift 1 147 767 wird der Druck vor und hinter dem Zähler dadurch auf gleichem Wert gehalten, daß eine Meßkammer mit beweglichen Trennwänden infolge eines Druckgefälles mit einer bestimmten Menge eines Mediums kontinuierlich gefüllt und entleert wird. Hierbei ist ein vom Flüssigkeitsstrom angetriebener Flüssigkeitsmotor mit einem unmittelbar dahinter angeordneten volumetrischen Zähler form- und kraftseblüssig verbunden, wobei durch eine Umgehungsleitung über ein in Abhängigkeit vom jeweiligen Differenzdruck arbeitendes Ventil gesteuert so viel Flüssigkeit aus der Zuleitung vor dem Motor in den Raum vor dem Zähler nachfließen kann, daß ein Druckausgleich in den Räumen vor und hinter dem Zähler stattfindet. Auch diese bekannten Meßgeräte sind zur genauen Durchflußmessung auf Grund der hydraulisch-mechanischen Drehzahlregelung des Zählers in ihrem Aufbau zu aufwendig und für Sofortmessungen ungeeignet, da einerseits die hydraulische Induktivität, d. h. die Auswirkung der Massenträgheit der zu messenden Flüssigkeit bei instationärer Strömung einen unerwünscht großen Wert annimmt und andererseits die hier verwendeten Ovalradzähler nur bis herab zu einer Nennanschlußweite von 10 mm gefertigt werden und somit bei kleinen Mengen eine für die stetige Sofortmessung zu niedrige Drehzahl besitzen und daher ungenaue Meßergebnisse liefern. Ein unerwünschtes Pulsieren der Strömung und somit der Druckdifferenz ist hierbei ebenfalls nicht zu vermeiden.

Aus der USA.-Patentschrift 1 837 333 ist ebenfalls eine Drehzahlregelung mittels eines Antriebs bekannt, der in Abhängigkeit des im By-pass gemessenen Differenzdruckes gesteuert wird. Die Druckdifferenz-Meßstelle besteht dabei aus einer durch Schwerkraft beeinflußten Tauchglocke, die auf Grund ihrer Wirkungsweise eine Proportional-Meßstelle darstellt. Abgesehen davon, daß eine mit einer Tauchglocke

so ausgerüstete Meßstelle den erheblichen Nachteil besitzt, daß das Gerät nur in ausgerichteter Lage in gewünschter Weise funktioniert und bei Erschütterungen Fehlsignale abgibt, und darüber hinaus nur Gase gemessen werden können, lassen sich mit diesem bekannten Gerät Schlupf- oder Leckverluste nicht vermeiden, da sich die Tauchglocke bei fehlendem Einfluß von außen in einer bestimmten Ruhelage befindet, in der Gewicht gleich Auftrieb ist, so daß jede Abweichung von dieser Ruhelage gemäß dem Prinzip

des Tauchglockenmanometers eine Ungleichheit zwischen Gewicht und Auftrieb bedeutet. Daraus folgt das zwangläufige Vorhandensein einer bleibenden Druckdifferenz, damit die Auslenkung der Glocke aufrechterhalten bleibt, die für eine bestimmte Ventil-Öffnung und somit für eine bestimmte, erforderliche Drehzahl der Pumpe bzw. des Messers benötigt wird. Ein Gerät der eingangs genannten Art ist schließlich aus der iaoanischen Zeitschrift »Automation«.

V₀I. 9, Nr. 6, S. 11 und S. 18 bis 22, bekannt. Auch bei diesem Gerät ist im By-pass zur Steuerung eine Membran vorgesehen, mit der die Druckdifferenz über der Zahnradpumpe erfaßt werden soii. Sämtliche nach dem Membranprinzip arbeitenden Geräte leiden jedoch unter der für das Regel verhalten nachteiligen Biegesteifigkeit der Membranen. Darüber hinaus bedingt die erforderliche Befestigung der Membran, beispielsweise eine Aufhängung an Federn, eine zusätzliche Begrenzung der Membranbcwegung. Bei dem bekannten Gerät ist die Membran schließlich mit einem ferromagnetischen Stab zwecks induktiver Abtastung des Membranhiibes verbunden, wodurch sich weitere Nachteile ergeben. Da die Druckdifferenz an der Membran mit der Drehzahl is steigen muß, cig'ht sich eine proportionale Regelabweichung, so daß die Druckdifferenz nicht über den ganzen Meßbereich des Gerätes auf Null gehalten werden kann. Der Meßbereich wird daher stark eingeengt. Weiterhin führ* die Verbindung eines ferro- ao magnetischen Stabes mit der Membran wegen der erheblich unterschiedlichen Dichte gegenüber der zu messenden Flüssigkeit dazu, daß der Druckdifferenzsensor bei dem bekannten Gerat auf mechanische Erschütterungen von außen Her ansprechen und falsehe Rcgclsignale liefern kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Behebung der Nachteile der bekannten Durchflußmeßgciäte eine sowohl zum Messen als auch zum Dosieren geeignete Einrichtung zu schaffen, die auch bei sehr kleinen Durchflußmrngcn und über gcringsic Zcitabständc eine genaue Sof> !messung lv\v. Dosierung zulaßt. Diese Aufgabe wird crfindungsgc-"läß dadurch gelöst, daß der b;,-ckH;if.:renz-Aufnehmcr aus einem in finer iirn R< <um vor und den Raum Jiii.lti uem Vcrdrüngerzahler miteinai^H"r verbindenden Umgehungsleitung eingebauten integrierenden Meßwertgeber besteht. Diese Lösung ist in di.n Anwendiingsfällcn vorzugsweise einzusetzen, bei denen eine exlrem kurze Einstellzeit Jes Durchflußmeßgerates nicht erforderlich ist.

In Anwendungsfällen, bei duie*· c* in besonderer Weise auf eine möglichst kuüe Einstellzeit des Durchflußmeßgerätes ankommt, stellt es im Hinblick auf die erst mit dem inttgricr^ndcn Meßwertgeber ermöglichte driftfreie Regelung eine gleichwertige Lösung der der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dar. wenn der Druckdifferenzaufnehmer sowohl eine Proportional-Meßstclle als auch einen integrierenden Meßwertgeber besitzt, die in einer den Raum vor und den Raum hinter dem Yerdrängerzähler miteinander verbindenden Umgehungsleitung hydraulisch in Reihe angeordnet sind.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zur integralen Druckdiffcrcnzmessung in der Umgehungsleitung einen frei beweglichen Kolben anzuordnen, der das gleiche spezifische Gewicht besitzt wie die zu messende Flüssigkeil, wodurch erreicht wird, daß sich dieser Kolben schon bei sehr kleinen Druckdifferenzen in Richtung der Längsachse der Umgehungsleitung vcschicbt. Zur proportionalen Druckdifferenzmessung ist ebenfalls in der Umgehungsleitung ein über ein Federelement mii dem Gehäuse des Geräts verbundener Staukörper vorgesehen.

In Anbetracht der kleinen Abmessungen der vorzugsweise zum Einsatz gelangenden Zahnradpumpe hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Zahnradpumpe und den Druckdifferenzaufnehmer mit integrierendem Meßwertgeber und gegebenenfalls Proportional-Meßstelle als Baueinheit zu gestalten. Diese Maßnahme wirkt sich nicht zuletzt vorteilhaft auf die Meßgenauigkeit aus, da hierdurch die Länge der Umgehungsleitung sehr kurz gehalten werden kann, wodurch die hydraulische Induktivität in sehr niedrigen Grenzen gehalten wird.

Eine nahezu trägheitslose Regelung der Zahnradpumpendrehzahi wird durch die elektronische Steuerung des mit der Zahnradpumpe verbundenen Motors erreicht. Die dafür notwendigen Signale können von zwei fotoelektrischcn Bauelementen geliefert werden, die von einer Lichtquelle bestrahlt werden und von denen je einer dem Kolben bzw. dem Staukörper derart zugeordnet ist, daß auf Grund der in Abhängigkeit von der Druckdifferenz erfolgenden Bewegung des Kolbens bzw. des Staukörpers sich der Besiraliluii^&vvcil der fotoelektrischen Bauelemente und somit deren Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Druckdifferenzänderung ändern. Dazu kann sowohl zwischen dem Kolben und dem ihm zugeordneten fotoclektrischen Bauelement als auch zwischen dem Staukörper und dem diesem zugeordneten fotoelektrischen Bauelement je eine Lichtblcnde vorgesehen sein. Als fotoelektrischc Bauelemente sind Fotowiderstände besonders vorteilhaft. Durch geeignete Bemessung der wirksamen Längen der dem Kolben und dem Staukörper zugeordneten Lichtblenden sowie durch entsprechende Wahl der Fotowiderständc kann das Proportional- und Inlcgralvcrhaltcn der Druckdifferenzrcgelung den jeweils gegebenen Erfordernissen angepaßt werden.

Für viele im Rahmen der vorliegenden Erfindune auftretende regeltechnischc Erfordernisse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die dem Staukörper zugeordnete Blende mit einer kleineren wirksamen öffnungslängc /u versehen als die dem Kolben zugeordnete, so daß der Staukörper trotz etwa gleich schneller Bewegung wie der Kolben bei Änderung der Betriebsverhältnisse zur Aussteuerung seiner Blende eine kürzere Zeit benötigt als der Kolben.

Während der eiern Staukörper zugeordnete Fotowiderstand ein der Druckdifferenz proportionales Signal liefert, wird von dem dem Kolben zugeordneten Fotowiderstand ein dem Zeitintegral der Druckdifferenz proportionales Signal abgegeben. Von dem zuletzt genannten Signal bzw. von der Summe der beiden Signale kann das von einem dem mit der Zahnradpumpe verbundenen Motor zugeordneten Drehzahlgeber erzeugte Signal subtrahiert werden und das derart gebildete Signal über einen Verstärker dem Motor zugeführt werden, dessen Drehzahl dadurch dahingehend reguliert wird, daß die Druckdifferenz gleich Null wird.

Durch Anwendung von Fotowiderständen läßt sich der elektronische Steuerteil des Meßgeräts sehr einfach gestalten, da hierbei nur Gleichstrom benötigt wird.

Das fotoelektrische Regelprinzip eignet sich insbesondere bei Verwendung einer Zahnradpumpe zur Erlangung einer maximalen Drehzahlstabilität, die eine Voraussetzung für hohe Meßgenauigkeit und kleine Einstellzciten ist. Bekanntlich besitzen Zahnradpumpen abgesehen von einer geringen Restwenigkeit eine sehr gleichförmige Fördercharakteristik, die durch Auftragen des geförderten Volumens über dem Drchwinkel darstellbar ist. Da

bis zu kleinsten Radabmessungen noch wirtschaftlich Das Gehäuse der in Füg. 1 dargestellten Bauein-

und genau herstellbar sind, und dadurch bei klein- heit besteht im wesentlichen aus drei Teilen, von de-

stcn Durchflußmengen noch relativ hohe Drehzahlen nen das Bodenteil 10 die das zu messende Medium

aufweisen, kann auch bei kurzen Meßintervallen für führenden Leitungen 11 sowie die Zahnradpumpe 12

digitale Drehzahl-(Durchfluß-)Messung eine genü- 5 aufnimmt. In unmittelbarer Nähe der Ein- und Aus-

gend hohe Impulszahl erreicht werden. Die digitale laßseite der Zahnradpumpe ist vertikal zur Strö-

Messung ist bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät mungsrichtung je eine Bohrung 13 und 14 zur Ab-

deshalb vorteilhaft, da hiermit die durch das Verfah- nähme des statischen Drucks vorgesehen. Jede der

ren eingeprägte Meßgenauigkeit von besser als beiden Bohrungen steht mit einem Schenkel einer

±0 5 % im gesamten Meßbereich ausgenutzt werden io U-förmigen Umgehungsleitung 15 in Verbindung, die

^_11n' zur Minimalisierung der hydraulischen Induktivität

Beispielsweise liefert unter Anwendung des erfin- möglichst kurz gehalten ist. Da die Bohrungen 13

dungsgemäßen Meßverfahrens eine ausgeführte Mi- und 14 in unmittelbarer Nähe der Zahnradpumpe

■iatur-Zahnradpumpe mit einem Fördervolumen von vorgesehen sind, wird nur die Druckdifferenz an den

20 mm³ pro Umdrehung bei Verwendung eines Un- 15 Zahnrädern, nicht aber der zusätzliche Druckabfall

lersetzungsgetriebes von 1:5 zwischen Motor- und in der Leitung von der Messung erfaßt. Die beiden

Pumpenwellc und einer auf die Mptorwelle aufgesetz- Schenkel der Umgehungsleitung werden durch zwei

ten Impulsgeberscheibe von 120 Impulsen pro Um- im Mittelteil 16 des Gehäuses gehalterte, parallel

drehung eine spezifische Impulszahl von 30 Impulsen zueinander angeordnete, transparente Rohre 17 und

Bro mm·¹ Beträgt nun die zu messende Durchfluß- " 18 gebildet, zwischen denen sich eine Lichtquelle 19

menge 20 mm» pro Sekunde, so ergibt sich eine Im- befindec. Jedem Rohr liegt auf der der Lichtquelle

Pulsfrequenz von 600 Impulsen pro Sekunde Bei abgekehrten Seite eine Blende 20 bzw. 21 an. Zur

einer Meßgenauigkeit von besser als + 0,5 % wären Messung des Zeitintegrals der Druckdifferenz ist im

mindestens 200 Impulse beispielsweise auf einem Rohr 17 ein in Richtung der Rohrachse frei bewegli-

Frequenzzähler abzulesen. Bei der vorhandenen Im- 25 eher, nicht transparenter Kolben 22 vorgesehen, des-

pulsfrequenz von 600 Impulsen pro Sekunde kann sen spezifisches Gewicht gleich dem der zu messen-

ilso die Zähldauer bzw. die Zählfolge in der Größen- den Flüssigkeit gewählt ist. Bei Lageänderung des

Ordnung von Vs Sekunde liegen. Während dieser Kolbens 22 wird somit die Bestrahlung eines hinter

Zähldauer hat die Zahnradpumpe nur etwa ein Drit- der Blende 21 angeordneten Fotowiderstandes 23

tel Umdrehung zurückgelegt. Mine genaue Messung 30 verändert. Durch die erfindungsgemäße Konstruk-

währcnd einer derartig kurzen Drehphase ist nur bei tion wird der Kolben 22 schon bei sehr kleinen

einer genügend gleichförmigen Fördercharakteristik. Druckdifferenzen von etwa 0,02 mm WS verschoben,

wie sie Zahnradpumpen aufweisen, möglich, wobei wobei auf Grund der übereinstimmenden spezifi-

Zahnräder mit mehr als 10 Zähnen vorgesehen wer- sehen Gewichte die Verschiebung des Kolbens gleich

den sollten ³⁵ der Verschiebung der Flüssigkeit im Rohr 17 ist.

Das erhndungsgemäße Durchflußmeßgerät läßt d.h. gleich dem Zeitintegral einer Funktion der

sich in einfacher Weise durch Umkehr seiner Wir- Druckdifferenz. Somit bleibt der Kolben erst bei

kungsweiso /ur genauen Dosierung benutzen. Ia die- einer Druckdifferenz von weniger als 0,02 mm WS,

scm Fall wird die gewünschte Dosierungsmenge also bei einer praktisch vernachlässigbaren Druckdif-

durch eine voreegebene Drehzahl der Zahnradpumpe 40 ferenz in Ruhe. Oberhalb des Kolbens ist ein in das

erreicht während durch den Steuerteil die Druckdif- Rohr 17 hineinragender Anschlag 24 vorgesehen, der

ferenz an der Zahnradpumpe durch Verstellen eines den Kolbenweg so weit begrenzt, daß dieser bei

vor oder hinter der Zahnradpumpe angeordneten einem eventuell auftretenden Druckstoß von der Ein-

Drosselorgai..- avf dem Wert Null gehalten wird, wo- laßseite der Pumpe her nicht in einer Richtung an

bei der Drehzahlgeber durch eine Stabilisierungsein- 45 der Blende 21 vorbeiwandert, so daß diese zunächst

richtung ersetzt wird die ein dem Stellweg des Dros- abgedeckt, dann aber wieder für die Bestrahlung frei-

selorgans proportionales GIcichspannungssignal lie- gegeben wird, wodurch eine unerwünschte Wirkungs-

fert Über einen Verstärker wird hierbei das Drossel- umkehr eintreten würde,

organ betätigt. ^{Das die} Verbindung zwischen den beiden Rohren

An Stelle des Drosselorgans kann auch eine zu- 5° 17 und 18 herstellende Stück der Umgehungsleitung

sätzlichc Pumpe in der Leitung vorgesehen werden. ist in den Deckel 25 des Gehäuses eingearbeitet. Die

die von dem nunmehr von der Zahnradpumpe gelö- für die proportionale Regelung benötigte Erfassung

sten Motor in dem Maße angetrieben wird, daß die der Druckdifferenz als Regelgröße geschieht mittel-

Druckdifferenz an der Zahnradpumpe gleich Null bar über die Messung der Strömungsgeschwindigkeit

_Wj_r(j 55 innerhalb der Umgehungsleitung durch einen Stau-

An Hand der Zeichnungen, in denen eine bevor- körper 26, der über ein Federelement 27 am Gehäuzugtc Ausführungsform des erfindungsgemäßen scdcckel 25 befestigt ist und sich im Rohr 18 befin-Durchflußmcß- bzw. Dosiergeräts dargestellt ist. det. Die durch auftretende Druckdifferenz hcrvorgcwird die Erfindung näher erläutert. In den Zeichnun- rufene Strömung lenkt den Staukörper 26 in Achsgen zeigt ^6o richtung des Rohres 18 so weit aus, daß die Fcder-

F i g. 1 die als Baueinheit gestaltete Zahnrad- kraft gleich der Staukraft wird. Da auf Grund der ge-

pumpe mit proportionaler Meßstellc und integrieren- ringen wirksamen Länge der Blendenöffnung der

dem Meßwertgeber, Staukörper 26 zur Aussteuerung der Blende 20 bei

Fig. 2 das Blockschema der erfindungsgemäßen gegebener Federhärte nun sehr kurze Wege zurückle-

Meßvorrichtung, ⁶5 S^{en mu}^· ^l"^{lt sc}»on bei kleinen Geschwindigkeiten

Fig. 3 das Schaltschema der für das crfindungsge- in der Umgehungsleitung eine Reaktion ein, so daß

mäße Durchflußmeßgerät vorgesehenen clcktroni- die hydraulische Induktivität keinen nachteiligen

sehen Steuerung. Einfluß auf die Steuerung ausübt.

Da keine Berührung zwischen Staukörper und wobei das Signal α den Motor zu größerer Drehzah

Rohr 18 erfolgen kann, arbeitet der Staukörper hy- veranlaßt. Auf keinen Fall darf sich die Drehzah

steresefrei. Beiderseits des Staukörpers in Bewe- nun so weit erhöhen, daß sich die Richtung de

gungsrichtung sind Anschläge 28 und 29 vorgesehen, Spaltströmung umkehrt. Dies ist dadurch gewährlei

die sowohl das Federelement 27 bei eventuell auftre- 5 stet, daß der proportionale Teil des Druckdifferenz

tenden Druckstößen vor Überlastung schützen, als aufnehmers die Überschußleistung zur Beschleuni

auch eine unerwünschte Wirkungsumkehr verhin- gung des Motors schon kurz vor Erreichen de:

dem, die bei einem völligen Vorbeiwandern des Druckausgleichs reduziert. Das entsprechende gil

Staukörpers an der Blende 20 eintritt. Auf Grund der auch bei von der Strömung verursachter Verzöge

bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gewähl- io rung der Pumpendrehzahl.

ten wesentlich kleineren wirksamen Länge der öff- Der proportionale Teil stellt also ein geeignetes

nung von Blende 20 gegenüber der der Blende 21 be- Mittel zur Drehzahlstabilisierung dar. Da aber das

nötigt der Staukörper 26 trotz etwa gleich großer Ge- Signal c direkt von der Drehzahl abhängt, das Ein-

schwindigkeit wie der Kolben 22 eine wesentlich kür- gangssignal d zum Verstärker jedoch stets positiv

zere Zeit zur Aussteuerung der ihm zugeordneten 15 sein soll, muß das Signal α mit der Drehzahl ebenfalls

Blende als der Kolben 22, so daß dadurch entspre- anwachsen. Es ergibt sich somit eine dem Signalu

chend den hier vorliegenden regeltechnischen Erfor- entsprechende, restliche Druckdifferenz, die uner-

dernissen der proportionale Eingriff im richtigen wünscht ist. Durch eine zusätzliche selbsttätige Trim-

Zeitverhältnis zum integralen Eingriff steht. mung, die durch den integralen Anteil des Druck-

Sollten mit der Meßflüssigkeit Luftblasen in den 20 differenzgebers vorgenommen wird, verschwindet

Druckdifferenzaufnehmer gelangt sein, was sich in diese restliche Druckdifferenz, indem Signali) alle

unruhigem Verhalten der Regelung, d. h. der Dreh- stationären Anteile von Signal α mit übernimmt. Die

zahl äußert, so kann das System einfach durch kurz- Ansprechgeschwindigkeit des integralen Teils muß

zeitiges Abschalten der Speisespannung oder der wesentlich kleiner sein, als die des proportionalen

Lichtquelle 19 entlüftet werden. In diesem Fall bleibt 25 Teils, damit während der Übergangsphase von

die Zahnradpumpe 12 stehen, und der gegenüber dem Druckdifferenz und Drehzahl stets der stabilisierende

Auslaßdruck höhere Einlaßdruck treibt die Luftbla- Einfluß des Signals α überwiegt. Dies wird wie bereits

sen durch den Ringspalt zwischen dem Kolben 22 beschrieben durch die unterschiedlichen wirksamen

und dem Rohr 17 sowie an dem Staukörper 26 vor- Längen der Blendenöffnungen erreicht,

bei zur Auslaßseite der Zahnradpumpe. 30 Auf Grund der steigenden Stromdurchlässigkeit

Die für die elektronische Steuerung der Zahnrad- der Fotowiderstände bei steigender Bestrahlung ist es

pumpendrehzahl notwendigen Signale werden den besonders vorteilhaft, die Fotowiderstände 23 und 30

beiden Fotowiderständen 23 und 30 über die An- gemäß F i g.3 als Basisspannungsteiler zu schalten.

Schlüsse X, Y bzw. Y. Z entnommen. Dabei ist der Widerstand 23 über den gegcngekop-

Wie aus F i g. 2 in Verbindung mit F1 g. 1 hervor- 35 pelten Tachogenerator (Drehzahlgeber) N mit Basis geht, liefert der Druckdifferenzaufnehmer D ein der und Emitter eines als Vorstufe vor den Verstärker V Druckdifferenz proportionales Signal α und ein dem geschalteten n-p-n-Transistors verbunden, da infolge Zeitintegral der Druckdifferenz proportionales Si- des größeren Querschnitts der Blende 21 der Fotognal b. Von der Summe beider Signale a + b wird widerstand 23 wesentlich niederohmiger werden das Signal c subtrahiert, das von einem dem mit der 40 kann als der Widerstand 30. Infolge der integralen Zahnradpumpe 12 fest verbundenen Motor M zu- Aussteuerung von Widerstand 23 können außerdem geordneten Drehzahlgeber N geliefert wird, und der Abweichungen der Speisespannung und Positionsfeh-Drehzahl des Motors M bzw. der Zahnradpumpe 12 ler des Staukörpers 26 sowie Temperaturdrift am proportional ist. Das so entstandene Signal d wird im Verstärker weitgehend ausgeglichen werden, so daß Verstärker V zur Antrieb: leistung e für den Motor M 45 sowohl der Verstärker als auch das erforderliche verstärkt. Netzgerät sehr einfach ausgeführt sind. Dadurch, daß

Unter der Annahme, daß die Signale α f ft für ge- der Kolben 22 auf Grund der erfindungsgemäßen

wisse Zeit konstant sind, ändert sich das Signal d nur Ausgestaltung sich bis zu einer verschwindend klei-

bei Änderung des Signals c. Würde beispielsweise die nen Druckdifferenz verstellt, werden auch eventuell

Drehzahl des Motors infolge einer Störgröße, etwa 50 eintretende Schwankungen der Lichtstärke wirkungs-

einer gesunkenen Speisespannung oder eines ange- voll kompensiert.

stiegenen Bremsmomentes der Zahnradpumpe ab- Der zur Aussteuerung des Verstärkers erfordernehmen, so würde gleichermaßen das Signal c klei- liehe Basisstrom verursacht nur eine gegenüber der ner. Die Folge wäre eine Vergrößerung des Signals d induzierten Spannung des als Drehzahlgeber N arbei- bzw. eine erhebliche Zunahme der Antriebslei- 55 tenden Gleichstromtachos vernachlässigbare zusätzstung e, so daß einer ungewollten Drehzahländerung liehe Spannungsdifferenz an den Generatorklemmen, der Zahnradpumpe sofort wirkungsvoll begegnet da der Generatorinnenwiderstand verhältnismäßig wird. Aus dem Blockschema ist ersichtlich, daß die klein ist. Aus diesem Grund kann an den Klemmen Drehzahl nur der Summe der Signale a und b propor- eine der Drehzahl proportionale Spannung gemessen tional ist, was notwendig ist, da in dem dargestellten 60 werden, die durch entsprechende Eichung der Skala Ausführungsbeispiel die Druckdifferenz die Regel- eines Voltmeters die Möglichkeit gibt, zusätzlich zur größe und die Drehzahl der Zahnradpumpe die Stell- Digitalmessung eine Analogmessung der Durchflußgröße bildet. menge vorzunehmen.

Ausgehend von einer bestimmten stabilisierten Wenn eine besonders kurze Einstellzeit des Durch-Drehzahl erfaßt der proportionale Teil des Druck- 65 flußmeßgeräts nicht erforderlich ist, kann der Druckdifferenzaufnehmers die nach Eintritt einer Störung differenzaufnehmer durch Entfernen des proportioim Aufbau begriffene Spaltströmung an der Pumpe, nalen Meßteils, bestehend aus dem Staukörper 26, die z. B. von der Einlaß- zur Auslaßseite gerichtet ist, dem Federelement 27, der Blende 20 und dem Foto-

widerstand 30, vereinfacht werden. Die Ansprechverzögerung erhöht sich dadurch zwar um ein Vielfaches, wobei sich die genaue Drehzahl erst nach mehrmaligem Überschwingen einstellt, jedoch ist dies für die genannten Anwendungsfälle ausreichend. In diesem Fall ist es besonders wichtig, die richtige Abstimmung des Kolbenspiels im Rohr 17 vorzunehmen, und zwar in Abhängigkeit von der Zähigkeit der Meßflüssigkeit, dem Zeitverhalten des elektrischen Antriebs sowie des gesamten Verstärkungsfaktors des Systems BlendeFotowiderstand-Verstärker, damit einerseits die Pumpendrehzahl nicht dauernd schwingt, und andererseits das ganze System nicht übermäßig gedämpft ist. Gegenüber einer Einstellzeit von z.B. 50ms im Falle der Proportional-Integral-Regelung, die bei bekannten vergleichbaren volumetrischen Durchflußmeßgeräten bei weitem nicht erreicht wird, ergibt sich bei ausschließlicher Intc-

gral-Regelung eine Einstellzeit von 500 ms, was füi derartige Geräte immer noch als ausgezeichnete) Wert anzusehen ist. In diesem Fall ist der Druckdifferenzaufnehmer derart zusammenzusetzen, da£

S das den Kolben 22 enthaltende Rohr 17 der auslaßseitigen Bohrung 13 zugeordnet ist. Zur Vermeidung einer Wirkungsumkehr muß hierbei gleichzeitig dei Fotowiderstand 23 an Stelle des Fotowiderstands 3t eingesetzt und die Klemmen χ und y durch einen ge·

ίο eigneten Festwiderstand verbunden werden. Dadurcl ergibt sich eine günstige Anpassung an den Vorstu fentransistor T. Außerdem wird vermieden, daß dei MotorM bei Ausfall.der Lichtquelle 19 auf volle Drehzahl beschleunigen kann.

is Obwohl in der Beschreibung der vorliegenden Er findung lediglich Fotowiderstände als Bauelement« genannt wurden, eignen sich selbstverständlich an in rer Stelle auch Fotohalbleiter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Durchflußmeßgerät zur stetigen Sofortmessung mit einem Verdrängerzähler, dem ein Druckdifferenz-Aufnehmer zugeordnet ist, dar einen mit dem Verdrängerzähler verbundenen Motor in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaßseite des Verdrängerzählers steuert, dadurch gekennzeich-io net, daß der Druckdifferenz-Aufnehmer (D) aus einem in einer den Raum vor und den Raum hinter dem Verdrängerzähier miteinander verbindenden Umgehungsleitung eingebauten integrierenden Meßwertgeber besteht.

2. Durchflußmeßgerät zur stetigen Soforfniessung mit einem Verdrängerzähler, dem ein Druckdifferenz-Aufnehmer zugeordnet ist, der einen mit dem Verdrängerzähler verbundenen Motor in Abhängigkeit von der Druckdifferenz ao zwischen Ein- und Auslaßseite des Verdrängerzählers steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdifferenz-Aufnehmer (D) sowohl eine Proportional-Meßstelle als auch einen integrierenden Meßwertgeber besitzt, die in einer den Raum vor und den Raum hinter dem Verdrängerzähler miteinander verbindenden Umgehungsleitung hydraulisch in Reihe angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur integralen Druckdifferenzmessung ein in der Umgehungsleitung angeordneter, frei beweglicher Kolben (22) mit der Meßflüssigkeit entsprechendem spezifischem Gewicht vorgesehen ist, der sich in Abhängigkeit der Druckdifferenz derart zwischen einer Lichtquelle und einem von dieser bestrahlten fotoelektrischen Bauelement bewegt, daß seine Bewegungen entsprechende Änderungen des Bestrahlungswertes des fotoelektrischen Bauelements hervorrufen.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur proportionalen Druckdifferenzmessung ein ebenfalls in der Umgehungsleitung angeordneter, über ein Federelcment (2Vj mit dem GehäusedecUel (25) des Geräts verbundener Staukörper (26) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Druckdifferenz derart zwischen einer Lichtquelle und einem von dieser bestrahlten fotoelektrischen Bauelement ausgelenkt wird, daß seine Auslenkungen Änderungen des Bestrahlungswertes des fotoelektrisehen Bauelements hervorrufen.

5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerzähler eine Zahnradpumpe (12) ist, die mit dem Druckdifferenzaufnehmer (D), dem integrierenden Meßwertgeber und gegebenenfalls der Proportionalmeßstelle eine Baueinheit bildet.

6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoelektrische Bauelemente Fotowiderstände verwendet werden.

7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestrahlung sowohl des dem Kolben (22) als auch des dem Staukörper (26) zugeordneten Fotowiderstandes (23 bzw. 30) ein und dieselbe Lichtquelle (19) dient.

8. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch je eine sowohl zwischen dem Kolben (22) und dem ihm zugeordneten Fotowiderstand (23) als auch zwischen dem Staukörper (26) und dem diesen zugeordnetenFctowiderstand^OiangeordneteLichtblende (21 bzw. 20), wobei durch geeignete Bemessung der wirksamen Längen der Lichtblenden (20 und 21) sowie durch entsprechende Wahl der Fotowiderstände (23 und 30) das Proportional- und Integral verhalten der Druckdifferenzregelung den jeweils gegebenen Erfordernissen angepaßt wird.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Staukörper (26) zugeordnete Lichtblende (20) eine kleinere wirksame Öffnungslänge aufweist als die dem Kolben (22) zugeordnete (21).

10. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das als Differer.z zwischen der von den Fotowiderständen (23, 30) erzeugten Spannung und der von einem dem mit der Zahnradpumpe (12) verbundenen Motor (M) zugeordneten Drehzahlgeber (N) erzeugten Spannung gebildete Steuersignal über einen Verstärker (V) dem Motor (Λί) zugeführt wird.

11. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von fotoelektrischen Bauelementen das der Basis-Emitter-Strecke eines dem Verstärker (V) zugeordneten Transistors (T) parallelgeschaltete fotoelektrische Bauelement von dem Integralteil des Druckdifferenzaufnehmers angesteuert wird.

12. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen mit der Welle des Motors (M) verbundenen, zur Drehzahlstabilisierung dem Eingangssignal des Verstärkers (F) gegengekoppelten Tachogenerator (N), dessen Klemmenspannung zur Analogmessung des Durchflusses verwendet wird.

13. Dosiergerät zur genauen Dosierung ei"cr bestimmten Durchflußmenge mit einer Zahnradpumpe und einem Druckdifferenzaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdifferenzaufnehmer (D) aus einem in einer den Raum vor und den Raum hinter der Zahnradpumpe miteinander verbindenden Umgehungsleitung eingebauten integrierenden Meßwertgeber besteht, und daß vor oder hinter der Zahnradpumpe (12) in der Leitung (11) ein vom Druckdifferenzaufnehmer (D) gesteuertes Drosselorgan angeordnet ist, durch dessen Verstellung die Druckdifferenz an der mit vorgegebener, der gewünschten Durchflußmenge entsprechender Drehzahl arbeitenden Zahnradpumpe gleich Null wird.

14. Dosiergerät zur genauen Dosierung einer bestimmten Durchflußmenge mit einer Zahnradpumpe und einem Druckdifferenzaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdifferenzaufnehmer (D) sowohl eine Proportional-Meßstelle als auch einen integrierenden Meßwertgeber besitzt, die in einer den Raum vor und den Raum hinter der Zahnradpumpe miteinander verbindenden Umgehungsleitung hydraulisch in Reihe angeordnet sind, und daß vor oder hinter der Zahnradpumpe (12) in der Leitung (11) ein vom Druckdifferenzaufnehmer (D) gesteuertes Drosselorgan angeordnet ist, durch dessen Verstellung

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die Druckdifferenz an der mit vorgegebener der gewünschten Durchflußmenge entsprechender Drehzahl arbeitenden Zahnradpumpe gleich Nuii wird.

15. Dosiergerät nach Anrpruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan durch eine zusätzlich in der Leitung angeordnete Pumpe ersetzt ist, die von einem mit einem Tachogenerator verbundenen Motor in dem Maße angetrieben wird, daß die Druckdifferenz an der Zahnradpumpe gleich Null ist.