DE19643256A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses oder der Geschwindigkeit von strömenden oder bewegten Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindig­ keit oder des Durchflusses von strömenden oder bewegten Medien gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Messen von Geschwindigkeiten oder der Durchflußmenge von Medien wie Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen, ist von großer technischer Bedeutung, wobei vor allem auf die Anwendung in den bedeutsamen Industriezweigen wie Energietechnik, Chemie, Bergbau, Wasserwirtschaft, Landtechnik und Nahrungs­ mittelindustrie beispielhaft hingewiesen sei. Wie aus dem Fachbuch von Otto Fiedler: Strömungs- und Durchflußmeßtechnik, München und Wien, Oldenbourg Verlag, 1992 bekannt, gelangen bisher Korrelationsverfahren zur Messung von Geschwindigkeiten und Durchflüssen unter Auswertung von Sensorsignalen in­ folge von außen eingebrachten oder im Medium als natürliche Inhomogenitäten vorhandenen Markierungen zum Einsatz. Die bekannten Korrelationsverfahren erfordern zwei Sensoren und zu ihrer Realisierung einen vergleichsweise hohen meßtechnischen und/oder apparativen Aufwand. Mittels der beiden Sensoren wird die Mediumsbewegung entsprechend statistischen und/oder zeitlichen Schwankungen der Mediumseigenschaften erfaßt und der insbesondere elektronischen Signalverarbeitung zugeführt. Die Meßstrecke zwischen den beiden Sensoren muß exakt definiert sein und diesbezügliche Änderungen, beispielsweise infolge von Temperatureinflüssen, können die Meßgenauigkeit nicht unerheblich beeinflus­ sen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das elektronische Meßverfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine einfache und wirtschaftliche Messung von Durchflüssen oder Geschwindigkeiten realisiert werden kann. Dies gilt gleichermaßen für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ferner soll das Verfahren universell einsetzbar sein und es soll die Möglichkeit einer eingriffsfreien Messung gegeben sein. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll problemlos an die unterschiedlichen Einsatzbedingungen oder Sensortypen anpaßbar sein, wobei eine Beeinflussung des strömenden Mediums vermieden werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren und ebenso die Vorrichtung zur Durchführung desselben erfordern nur einen einzigen Sensor und ermöglicht eine erheblich vereinfachte Signalverarbeitung. Unabhängig von der Art des Mediums und unab­ hängig vom Typ des Sensors wird der universelle Einsatz gewährleistet. Der Einsatz ist in strömenden Medien, wie Flüssigkeiten oder Gasen, ebenso möglich wie bei festen oder formgebundenen Medien, wie Walzgut, Blechen, Bahnen aus Stoff oder Papier. Nicht nur Inhomogenitäten des Mediums, beispielsweise infol­ ge von Temperaturänderungen, sondern auch künstliche Inhomogenitäten und/oder Markierungen im Medium werden problemlos und sicher erfaßt und ausgewertet. Das Sensorsignal wird zunächst differenziert, wobei die Differenzie­ rung sowohl analog in einem Differenzierer als auch digitalisiert, insbesondere mittels Prozessors oder programmgesteuert, erfolgen kann. In zweckmäßiger Weise kann in Abhängigkeit vom strömenden Medium die Differenzierung beein­ flußt werden. Die erfindungsgemäße Lösung macht sich die Eigenschaft zunutze, daß jeder Körper, somit auch das feste oder flüssige oder gasförmige Medium, natürliche oder auch künstliche von außen eingebrachte Inhomogenitäten auf­ weist. Bewegt sich der Körper relativ zu einem auf natürliche und/oder künstliche Inhomogenitäten ansprechenden Sensor, so entsteht ein zeitlich, statistisch schwankendes elektrisches Signal, in welchen die einzelnen Signalveränderungen mit zunehmender Geschwindigkeit des Mediums anwachsende Flankensteilheiten aufweisen. Die nach der Differenzierung erhaltenen Einzelsignale werden un­ abhängig von ihrem Vorzeichen erfaßt und einer Mittelwertsbildung unterworfen. Zweckmäßig werden die Einzelsignale des Differenzierers gleichgerichtet, so daß bei negativen Flanken des Sensorsignals ebenso wie bei positiven Flanken des Signals ein insgesamt positives Signal erreicht wird. Ferner kann der Betrag der Signale des Differenzierers der Mittelwertbildung zugeführt werden.

Besondere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 den Verlauf des Sensorsignals,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in welchem beispielhaft das Sensorsignal s dargestellt ist. Entsprechend der Bewegung des Mediums werden gemäß dem Sensorsignal die statistischen, zeitlichen Schwankungen der Mediumseigenschaften erfaßt, wobei das Sensorsignal als elektrisches Signal der weiteren Signalauswertung zugeführt wird. Die Änderungsgeschwindigkeit des Signalverlaufes ist abhängig von der Mediumsgeschwindigkeit, wobei mit zunehmender Geschwindigkeit die Flankensteilheiten der Signaländerungen größer werden.

In dem Blockschaltbild gemäß Fig. 2 ist mit einem Pfeil 1 die Bewegung eines Mediums angedeutet und das mittels des Sensors 2 erfaßte Signal s wird auf einen Differenzierer 4 gegeben. Mittels des Differenzierers 4 wird die Signal­ änderung δs zu δt bestimmt. Die Signale des Differenzierers 4 werden auf ein Funktionsglied 6 gegeben, welches vorzugsweise als Gleichrichter ausgebildet ist. Das Funktionsglied 6 ist erforderlich, um bei abfallenden bzw. negativen Flanken des Sensorsignales s ein positives Signal zu erhalten. Die zeitliche Änderung δs nach δt wird somit erfindungsgemäß unabhängig vom Vorzeichen erfaßt, wobei in analoger Schaltungstechnik zweckmäßig ein Gleichrichter zum Einsatz gelangt. Nach dem Funktionsglied 6 erfolgt gemäß der Einheit 8 eine Mittelwertsbildung, um so der Tatsache Rechnung zu tragen, daß dem Sensorsignal statistische Vor­ gänge zugrunde liegen. Am Ausgang 10 der Einheit 8 steht dann der Meßwert an.

Die anhand von Fig. 2 zur Durchführung des Verfahrens erläuterte Vorrichtung kann in analoger Technik ebenso wie in digitaler Technik ausgeführt werden. Ferner können die Zeitabschnitte δt des Differenzierers, in Abhängigkeit des strömenden Mediums, vorgegeben werden. Sind beispielsweise künstliche Inho­ mogenitäten durch gepulste bzw. getaktete Veränderungen der Temperatur vor­ gegeben, so kann problemlos eine Abstimmung mit dem Differenzierer vorge­ nommen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit oder des Durchflusses von strömenden oder bewegten Medien, wobei die Mediumsbewegung entsprechend statistischen, zeitlichen Schwankungen der Mediumseigenschaften erfaßt wird und ein korrespondierendes Signal eines Sensors bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal differenziert wird und eine vorzeichenunabhängige Mittel­ wertsbildung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzie­ rung, insbesondere die Zeitabschnitte δt, in Abhängigkeit des strömenden Mediums vorgebbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffe­ renzierte Sensorsignal gleichgerichtet und abschließend gemittelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (2) ein Differenzierer (4) und ein Funktionsglied (6) nachgeschaltet sind, welches die Signale des Differenzierers (4) unabhängig von ihrem Vorzeichen erfaßt, wobei dem Funktionsglied (6) eine Einheit (8) zur Mittelwertbildung nachgeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktions­ glied (6) als Gleichrichter ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung des Sensorsignals s analog erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung des Sensorsignals s digital erfolgt.