DE1966331C3

DE1966331C3 -

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Publication number: DE1966331C3
Application number: DE19691966331
Authority: DE
Inventors: George V. Copland; Carl W. Zimmerman
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1968-02-09
Filing date: 1969-02-07
Publication date: 1975-12-18
Also published as: JPS5228377B1; NL6901994A; DE1966331A1; DE1966331B2; CA944861A; DE1906116C3; DE1906116A1; DE1906116B2; GB1267441A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Durchflusses eines strömenden Mediums mit Korrektur der Durchflußmenge nach mindestens einem Parameter des Mediums mittels elektrischer Signale, von denen eines eine der Durchflußmenge entsprechende erste Impulsfolge ist und ein anderes einem veränderlichen Parameter des Mediums zugeordnet ist, wobei beide Signale in einer Torschaltung so zusammengesetzt werden, daß entsprechend einem periodisch gesteuerten Öffnungsverhältnis der Torschaltung eine Folge von Impulspaketen erzeugt wird, die der korrigierten Durchflußmenge entspricht.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (GBPS 8 30 449) wird die Messung einer Flüssigkeitsströmung hinsichtlich der Dichte der Flüssigkeit korrigiert, um den Massedurchsatz zu erhalten. Mittel? eines in der Flüssigkeitsleitung angeordneten Flügelrades, dessen Umdrehungen mittels eines induktiver Gebers abgetastet werden, wird eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz dem Volumenstrom der Flüssigkeit proportional ist. Diese Impulsfolge wird übei eine Torschaltung auf einen Zähler gegeben. Die Torschaltung wird von einem Oszillator mit festet Frequenz aber veränderbarem Tastverhältnis periodisch aufgesteuert. Das Tastverhältnis des Oszillators wird von einem Dichtemesser in Abhängigkeil von der Dichte der Flüssigkeit gesteuert. Auf diese Weise werden von der Impulsfolge des induktiver

Gebers Impulspakete durch die Torschaltung zu dem Zähler durchgelassen. Jedes dieser Impulspakeie enthält eine Anzahl von Impulsen, die proportional der j_mp_Ulsfrequenz, also dem Volumensirom, und der Länge der Aufsteuerintervalle und damit der Dichte (j_er Flüssigkeit ist. Der Zähler summiert die Impulse der Impulspakete auf, bildet also das Zeitintegral des Produktes von Volumenstrom und Dichte, welches «leich dem Massendurchsatz ist.

Eine ärmliche Vorrichtung zeigt die US-PS 3176 514.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird das Tastverhältnis des die Torschaltung steuernden Oszillators in Abhängigkeit von einer mit der Dichte oder einer zu kompensierenden Zustandsgröße stetig veränderliehen Spannung gesteuert. Die Schaltung kann daher nicht, was wünschenswert ist, mit üblichen Digitalbauteilen aufgebaut werden.

Es ist weiterhin ein Flüssigkeitszähler für Zapfvorrichtungen bekannt, der sowohl die abgegebene Flüssigkeitsmenge als auch den digital einstellbaren Preis der abgegebenen Flüssigkeitsmenge digital anzeigt und dessen Schaltung vollständig mit Digitalbausteinen aufgebaut ist. Dabei werden Impulse, die von einem Strömungsmesser geliefert werden und deren Frequenz dem Volumenstrom der gezapften Flüssigkeit proportional ist, über Torschaltungen auf Zähler gegeben. Die Torschaltungen werden von einem Oszillator über je einen einstellbaren Frequenzteiler periodisch mit fester Frequenz für vorgegebene Inter- 3« valle durchgesteuert, deren Länge jeweils von der Einstellung des betreffenden Frequenzteilers abhängt. Es kann so durch die Einstellung der Frequenzteiler eine Eichung der Anzeige erfolgen, so daß an den Zählern unmittelbar die abgegebene Flüssigkeits- 3; menge, z. B. in Litern, und deren Preis, z. B. in DM, angezeigt wird.

Es erfolgt bei dieser Anordnung somit eine Multiplikation des Volumenstromsignals mit einem festen Volumen- oder Preiseichfaktor. Es geht nicht um die 4> Korrektur eines solchen Volumenstromsignals nach Maßgabe einer gemessenen, veränderlichen Zustandsgröße.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zu,- Messung des Massestromes eines Gases bekannt, bei welcher der Volumenstrom entsprechend den GasgeseLzcn nach Maßgabe von Druck und Temperatur auf Normalbedingungen korrigiert wird (GB-PS 10 86 628). Zu diesem Zweck liefert ein Strömungsmesser mit einer in der Gasströmung angeordneten Turbine uinc Impulsfolge, deren Frequenz dem Volumenstrom proportional ist. Jeder dieser Impulse setzt eine bistabile Kippschaltung. Durch Setzen der Kippschaltung wird ein Kondensator exponentiell entladen. Die Kondensatorspannung wird mit einer durch einen Temperaturfühler gelieferten, von der Gastemperatur abhängigen Referenzspannung verglichen, und bei Erreichen dieser Referenzspannung wird die bistabile Kippschaltung zurückgesetzt. Es ist dann bei geeigneter Auslegung die Schaltzeit der bistabilen Kippschaltung näherungsweise umgekehrt proportional der absoluten Temperatur des Gases. Die bislabile Kippschaltung steuert einen Impulshöhenmodulator, der von einer druckproportionalcn Spannung gcstcuert ist und Rechieckimpulsc mit der dem Volumenstrom proportionalen Frequenz liefert, deren Höhe proportional dem Druck und deren Breite pronortional dem Kehrwert der Temperatur des Gases ist. Diese Impulse werden einem Drehspulinstrument zugeführt, das den mittleren elektrischen Strom anzeigt, dessen Ausschlag also proportional Volumenstrom mal Druck dividiert durch absolute Temperatur ist.

Diese bekannte Vorrichtung arbeitet zwar mit einer Impulsfolge als Volumenstromsignal. Die Berücksichtigung von Druck und Temperatur erfolgt jedoch durch die Impulsformung analog. Es erfolgt dementsprechend auch eine analoge Anzeige, und zwar des Massestromes (Masse pro Zeiteinheit). Es ist nicht möglich, diesen Massestrom mittels eines Digitalzählers zu integrieren, um die durchgeflossene Gesamtmasse zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs definierten Art das als digital aufzusummierende Impulsfolge erscheinende Druckmittelstromsignal mit einem Faktor zu korrigieren, der dem Kehrwert eines gemessenen Parameters proportional ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Impulse der der Durchflußmenge entsprechenden ersten Impulse das Tor jeweils zu Beginn eines Zeitintervalls öffnen, das bei Erreichen ■5 einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen einer zweiten Impulsfolge endet, deren Frequenz einem Parameter des Mediums zugeordnet ist und um mehrere Größenordnungen höher ist als die Frequenz der ersten Impulsfolge, und daß von einem Oszillator eine |o dritte Impulsfolge erzeugt wird, deren Impulse das Tor durchlaufen und von einem Zähler summiert werden.

Es werden nach der Erfindung dem Zähler über ein Tor iinpulspakete von einem schwingenden Oszilis lator (dritte Impulsfolge) zugeführt. Die Frequenz, mit welcher diese Impulspaketc erscheinen, ist proportional der Durchflußmenge, da jeder Impuls der ersten Impulsfolge das Tor öffnet. Das Tor wird wieder gesperrt, wenn eine vorgegebene Anzahl von Im-4" pulsen der zweiten Impulsfolge erschienen ist. Die ölfnungsdauer des Tores ist daher jeweils umgekehrt proportional zur Frequenz der zweiten Impulsfolge und damit zu dem besagten Parameter.

Es erscheinen also Impulspakete, deren jedes eint Zahl von Impulsen umgekehrt proportional zu dem Parameter aufweist. Die Anzahl der pro Zeiteinheit erscheinenden Impulspakete ist proportional der Durchflußmenge, so daß die Anzahl der pro Zeiteinheit erscheinenden Impulse proportional zu der Durchflußmenge dividiert durch den besagten Parameter ist. Diese Impulse werden von einem Zähler aufsummiert, so daß eine Integration der korrigierten Durchflußmenge erfolgt. Die Frequenz der dritten Folge elektrischer Impulse kann eine feste Frequenz sein, sie kann aber auch von einer zweiten veränderlichen Betriebsgröße abhängen, mit welcher die Messung des Durchflusses kompensiert werden soll. Um beispielsweise als Durchflußmenge einen Volumenstrom auf Normalbcdingungen »umzurechnen«, kann fin die Frequenz der zweiten Impulsfolge von der Temperatur und die Frequenz der von dem Oszillator erzeugten Impulse von dem Druck des Mediums abhängen.

Wenn das strömende Medium eine Öl-Wasscrfi.i Emulsion ist. ist deren Dielektrizitätskonstante auch eine Funktion der Temperatur des Öls. Dies ist insbesondere von Bedeutung beim Messen von durch eine Vcrkaufs-Pipclinc strömenden raffinierten Roh-

31, wenn dessen prozentualer Anteil in der Emulsion verhältnismäßig groß ist.

Vorzugsweise hängt daher die Frequenz der zweiten Impulsfolge von zwei veränderlichen Betriebsgrößen des strömenden Mediums und die Frequenz der vom Oszillator erzeugten Impulse in der gleichen Weise von einer der beiden Betriebsgrößen des Mediums ab, wie die zweite Impulsfolge von der erwähnten veränderlichen Betriebsgröße abhängt, wodurch diese veränderliche Betriebsgröße als Variable beim Summieren des inkrementell^! mathematischen Produktes eliminiert wird.

Die erste Betriebsgröße kann dann die Dielektrizitätskonstante des strömenden Mediums sein, und die Frequenz der dritten Folge elektrischer Impulse kann von der Temperatur und auch von der Dielektrizitätskonstante des strömenden Mediums in der gleichen Weise wie die Frequenz der zweiten Folge elektrischer Impulse von der Dielektrizitätskonstante des Mediums abhängen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erlindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Durchflußmessers mit dem Setzanschluß eines Flip-Flop-Schaltcrs und der Ausgang eines Meßumformers mit dem Rücksclzanschluß eines Flip-Flop-Schalters über ein Tor verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgangsanschluß des Flip-Flop-Schalters angeschlossen ist, so daß der Flip-Flop-Schalter nach Setzen durch einen Impuls des Durchflußmessers geöffnet und nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen des Meßumformers wieder geschlossen wird, und daß mit dem Ausgangsanschluß des Flip-Flop-Schalters ein zweites Tor verbunden ist, das während der der vorbestimmten Anzahl von Impulsen des Meßumformers entsprechenden, variablen Öffnungszeit Impulse eines Oszillators zu einem Zähler durchläßt.

Die Schaltung einer solchen Vorrichtung kann mit rein logischen Bauteilen aufgebaut werden.

Die Erfindung soll im einzelnen an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der volumetrischen Durchflußgeschwindigkeit und der Frequenzempfindlichkeit des Durchflußmessers,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung des absoluten Drucks zur Frequenzempfindlichkeit eines Druckmeßumformers, durch den die Darstellung oder Wiedergabe der volumetrischen Gasdurchlaufgeschwindigkeit modifiziert wird,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes der Vorrichtung zur Erzeugung eines inkrementellen mathematischen Multiplikationsproduktes mit einer reziproken Funktion,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangssignalfrequenz des Meßumformers und einer vom Meßumformer gemessenen veränderlichen Betriebsgröße des strömenden Mediums, und zwar als reziproke Abhängigkeit der Frequenz von der gemessenen Betriebsgröße,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Spannungen an verschiedenen Punkten im Blockschaltbild nach F i g. 3 und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Blockschallbildes eines Reinöl-Analysators mit hohem Auflösungsvermögen, der die Temperatureinflüsse auf die Dielektrizitätskonstante des Öls in der tti-Wnsscr-Emulsion kompensiert.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Erdölquellen, bei denen ein kompensierter Gasdurchtlußmesser geschaffen wird, durch den Druckschwankungen rasch korrigiert werden. Die Meßeinrichtung wird zweckmäßig in die Gasdurchflußrohrleilung eines Flüssiggasschciders am Bohrlochkopf eingebaut. Die crfindungsgcrnäßc Einrichtung kann auch in einem Reinölanalysalor mit hohem Auflösungsvermögen zum Kompensieren deir Temperalureinflüsse auf die

ίο Dielektrizitätskonstante des Öls in einer Öl-Wasser-Emulsion verwendet werden.

In Einrichtungen dieser Art kann die Frequenzempfindlichkeit des Durchflußmessers gemäß der in F i g. 1 gezeigten graphischen Darstellung variieren, in der die Frequenz des Durchttußmessers längs der V-Achse und die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit V längs der X-Achse aufgetragen ist, wobei die Frequenz /, die durch die Lagerreibung bedingte Ausgangskonstante ist.

Das l-requenzanspiechvermögen bzw. die Frequenzempfindlichkeit des druckempfindlichen Meßumformers in einem mit Gas arbeitenden System kann nach der Darstellung von Fig. 2 variieren, in der die Frequenz des Meßumformers gegenüber dem absoluten Druck aufgetragen ist.

Wenn gemäß F i g. 4 die Frequenzempfindlichkeitskurve des Meßumformers im reziproken Verhältnis mit dem Zustand oder der Betriebsgröße des strömenden Mediums variiert, für die die Kompensierune durchgeführt werden soll, muß eine in Fig. 3 beispielsweise veranschaulichte Einrichtung verwendet werden, bei der die reziprok variierende Funktion in Abhängigkeit von der gewünschten Kompensation zu- oder abnehmen kann. Diese Schaltung kann auch benutzt werden, wenn die Zahl der gespeicherten Impulse sich im umgekehrten Verhältnis zur Betriebsgröße des strömenden Mediums verändert, die direkt abhängig ist von der Frequenzempfindlichkeitskurve des auf den Betriebszustand ansprechenden Mcßumformers. Auch hier kann die Frcqucnzempfindliehkeitskurvc des Meßumformers je nach der gewünschten Kompensation i;_n(_Xv'eder von zunehmender oder abnehmender Bcsch; _t._nheit sein.

Bei dieser Schaltus., werden mit reziproker Multiplikalion auch Impulsiolgen erzeugt, wobei die genaue Zahl der Impulse abhängig ist von dem Betriebszustand des strömenden Mediums, durch das der Ausgang des Durchflußmessers verändert werden soll, und die Anzahl der Impulsfolgen in Beziehung steht zur Durchflußmenge.

In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 ist der Meßumformer 10 ein Oszillator mit einer temperaturcmpfindlichcn Sonde und der Durchflußmesser 16 ein Gasmesser herkömmlicher Bauart, der in Reihe mit dem Meßumformer 10 in einer von einem Medium durchflossenen Rohrleitung 12 liegt.

Das elektrische Ausgangssignal des Oszillators, der hier als Teil des Meßumformers 10 anzusehen ist, wird nach dem Formen in einem herkömmlichen Impulsformcr (nicht dargestellt) an die Eingangsklcmme C von Tor 14 gegeben. Diese Impulse werden selektiv in Übereinstimmung mit dem Durchschalten von Tor 14 durch den Ausgang eines Flip-Flop-Schaltcrs 20 durchgcschaltct und in einem Frequcnztciler 22 gespeichert, der die auf die Eingangsklemmc D gegebenen Impulse teilt, nach dem Empfang einer genau vorher bestimmten Anzahl von Eingangsimpulsen einen einzigen Ausgangsimpuls er-

zeugt, der an die Rückstcll-Eingangs-Klemme E des Flip-Flop-Schalters 20 gegeben wird. Ein Spannungsausgangssignal vom Durchllußmcsscr 16 wird einem Impulsformer 18 zugeführt und gelangt von diesem zu einem Frequenzteiler 24 und einem Zähler 26. der eine auf den Gesamtnuß bezogene Angabe liefert. Die Schaltung des Impulsformers 18 ist von herkömmlicher Bauart und so ausgebildet, daß ein steiler Wellcnkopfauslöseimpuls geschaffen wird, der geeignet ist, den Frequenzteiler 24 und den Flip-Flop-Schalter 20 in Betrieb zu setzen. Ein Ausgangsspannunespegel an der eingestellten Ausgangsklemme F des Flip-Flop-Schalters 20 bleibt so lange bestehen. bis ein Impuls vom Frequenzteiler 22 her auf der rückgestellten Eingangsklemmc empfangen wird. Der Ausgangsimpuls vom Flip-Flop-Schalter 20 wird zum Öffnen der Tore 14 und 28 verwendet.

Die maximale Dauer des Flip-Flop-Ausgangsimpulses muß unter der Mindestzeit zwischen den unter maximaler Strömungsgeschwindigkeit vom Durchflußmesscr 16 kommenden aufeinanderfolgenden Impulsen liegen, so daß kein Diirchflußmesscrimpuls ausgelassen wird. Andererseits muß der Impuls jedoch eine Dauer haben, die relativ zu den Frequenzen sowohl des Signals vom Meßumformer 10 als auch der Frequenz eircs Oszillators 30 genügend lang bemessen wird, um den Durchgang einer ausreichend großen Anzahl von Impulsen vom Oszillator 30 zum Frequenzteiler 32 zu ermöglichen, so daß die gewünschte Genauigkeit erzielt wird.

Die eigentliche Dauer Λ der Ausgangsimpulsc vom Flip-Flop-Schalter 20, die die Tore 14 und 28 öffnen, hangt von der Frequenz des Ausgangssignals vom Meßumformer 10 ab und wird nach dem Empfang einer feststehenden Anzahl von vom Meßumformer kommenden Ausgangsimpulsen bestimmt. Da diese Impulsrate im Bereich von 0.8 bis 1 MHz variieren kann, würde beispielshalber eine geeignete Durchschallzcitspannc 200 Impulse umfassen. Die Frequenz des Signals des Oszillators 30 könnte in der Größenordnung von 1 MHz liegen. Somit wird die genaue Anzahl der das Tor 28 für jede Tordurchlaßschallperiode durchlaufenden Impulse durch die genaue Dauer Λ der Toröffnungsperiode bestimmt, wobei die Dauer variabel ist, da sie zur Frequenz des Ausgangssignals vom Meßumformer in reziproker Beziehung steht. Die Ausgangsimpulsc vom Frequenzteiler 32 sind ein Teil der an die Klemme H gegebenen Impulse und werden im Zähler 34 gesammelt.

Die in Fi g. 5 dargestellten Wellenformen treten an den mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichneten Anschlüssen der Fig. 3 auf. Das Ausgangssignal vom Durchflußmesser 16 wird direkt erzeugt oder geformt und besitzt somit eine im wesentlichen Rcchtcckwcllcnform A, wobei die Frequenz vom Durchfluß abhängt. Die inkremental Integrationszeit i, bis L, wird durch aufeinanderfolgende negative Rückflanken jedes positiven Impulses der Wellenform A bestimmt. Der Ausgangsinipuls des Impulsformers 18 am Anschluß B der Fig. 3 ist als Wellenform B dargestellt und wird zum Auslösen des bistabilen Kippschalters oder Flip-Flop-Schaltcrs 20 verwendet, um die Tore 14 und 28 für die Impulse C und G zu öffnen. Die Öffnungszeit hat eine Dauer Λ und ist in F i g. 5 als Linienzug F dargestellt.

Das Ausgangssignal des Meßumformers 10 ist als Kurve C dargestellt und wird dem Eingang C des Tores 14 in F i g. 3 zugeführt. Wenn ein Durchschaltimpuls mit Wellenform F auftritt, werden die Impulse der Kurve C vom Tor 14 zum Ausgangsanschluß D durchgelassen, was in der Kurvenform D dargestellt ist. Die Anzahl der aufgetragenen Impulse, die erfordcrlich sind, um einen Ausgangsirnpuls vom Frequenzteiler 22 zu erwirken, ist durch den Teilungsfaklor S- des Frequenzteilers 22 bestimmt.

Das Ausgangssignal A des Durchflußmessers 16 kann eine Folge von Impulsen sein, deren Folgefre-

lu quenz vom Durchfluß durch die Rohrleitung 12 abhängt. Um eine hinreichende Genauigkeit zu erzielen, muß die Ausgangsfrequenz des Meßumformers 10 verhältnismäßig groß in bezug auf die Frequenz der Aiisgangsimpulse des Durehfiußmessers 16 sein. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß entweder der Meßumformer 10 und der Durchflußmesser 16 entsprechend ausgelegt werden oder zwischen den Durchfiußmesser 16 und den Flip-Flop-Schalter 20 ein (nicht gezeigter) geeigneter Frequenzteiler geschaltet wird. Das Ausgangssignal C des Meßumformers 10, das dem Tor 14 in Fig. 3 zugeführt wird, ist eine Folge von Impulsen mit einer Frequenz, die von einer Betriebsgröße des durch die Rohrleitung 12 strömenden Mediums abhängt. In dem Augenblick, in dem

*5 das Tor 14 durchgeschaltet, d. h. geöffnet wird, wird eine Folge von Impulsen, z. B. zweihundert Impulse, zum Frequenzteiler 22 durchgelassen, bevor der Flip-Flop-Schalter 20 geschlossen wird. Dieser bleibt so lange in diesem Zustand geschlossen, bis er bei Erhalt eines Durchflußimpulses vom Durchflußmesser 16 wieder geöffnet wird.

Der Oszillator 30 erzeugt eine Folge von Impulsen konstanter Frequenz, wie es durch die Kurve G in F i g. 5 dargestellt ist. Diese Impulse G werden dem Eingangsanschluß des Tors 28 zugeführt, das die ihm zugeführten Impulse nur so lange zum Frequenzteiler 32 durchläßt, wie es vom Ausgangssignal F des Flip-Flop-Schalters 20 geöffnet ist. Aus Gründen der Genauigkeit ist es zweckmäßig, wenn das Tor in jeder

4» Öffnungszeit Λ mindestens zehn, vorzugsweise aber einige zwanzig oder einige hundert Impulse H durchläßt. Ein Ausgangssignal B des Impulsformers 18 öffnet also den Flip-Flop-Schalter 20, der seinerseits die Tore 14 und 28 öffnet. Daraufhin läßt das Tor 14 eine Folge von Ausgangsimpulsen C des Meßumformers 10 so lange zum Frequenzteiler 22 durch, bis eine vorbestimmte Anzahl erreicht ist, und in diesem Augenblick schließt der Ausgangsimpuls E des Frequenzteilers 22 den Flip-Flop-Schalter 20. Dadurct werden die Tore 14 und 28 wieder geschlossen, bis der Flip-Flop-Schalter 20 von dem nächsten Durchflußirnpuls B des Impulsformers 18 wieder geöffne wird.

Während der Zeit Λ zwischen dem Öffnen des Flip Flop-Schallcrs 20 durch einen Ausgangsimpuls B da Impulsformers 18 und der Ansammlung einer genügenden Anzahl von Ausgangsimpulsen D des Meß Umformers 10 im Frequenzteiler 22, was ein Schlie ßcn des Flip-Flop-Schalters 20 zur Folge hat, wire die Ausgangsfrcquenz S des Oszillators 30 über da; Tor 28 dem Frequenzteiler 32 zugeführt.

Die Öffnungszeit Λ, während der das Tor 28 ge öffnet ist. ist somit

Λ =

wobei

δ die Öffnungszeit des Flip-Flop-Schalters 20, S₅ der Teilungsfaktor des Frequenzteilers 22 und

/ die Impulsfrequenz des Meßumformers 10 ist.

Der Teilungsfaktor S. muß so gewählt sein, daß die Öffnungszeit des Tors 28 stets kleiner ist als die Zeit zwischen dem Eintreffen zweier aufeinanderfolgender Durchflußausgangsimpulse B des Impulsformers 18.

Die Anzahl Λ' der Ausgangsimpulse des Oszillators 30, die in dieser Zeit über das Tor 28 zum Frequenzteiler 32 durchgelassen werden, ist

N =

/o

(2)

wobei /₀ die Frequenz des Oszillators 30 ist.

Die Anzahl der im Frequenzteiler 32 angesammelten Impulse ist daher gleich dem Teilungsfaktor S. des Frequenzteilers 22 multipliziert mit der Frequenz /„ des Oszillators-30 und dividiert durch die Frequenz / der Ausgangsimpulse des Meßumformers 10.

Die gleiche Beziehung gilt, wenn die Ausgangsfrequenz des Meßumformers 10 direkt von der Betriebsgröße des strömenden Mediums abhängt, aber statt einer Multiplikation eine Division erforderlich ist, um die gewünschte Kompensation zu erzielen.

Bei Beschreibung der F i g. 3 wurde die Frequenz des Oszillators 30 als konstant angegeben. Aus Gleichung (2) ergibt sich jedoch, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators 30 auch in Abhängigkeit von irgendeinem anderen Parameter oder einer physikalischen Größe, z. B. dem Druck des durch die Rohrleitung i2 strömenden Mediums, veränderbar sein kann, zu welchem Zweck in F i g. 3 eine Drucksonde 35 dargestellt ist.

Durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 können also Schwankungen zweier verschiedener Betriebsgrößen des strömenden Mediums, dessen Durchfluß vom Durchflußmesser 16 gemessen wird, kompensiert werden. Bei der einen Betriebsgröße ändert sich die Ausgangsfrequenz des Meßumformers reziprok in Abhängigkeit von einem veränderlichen Betriebszustand und bei der anderen direkt in Abhängigkeil von einem zweiten Betriebszustand. Bei einer Gasdurchflußeinrichtung kann der Meßumformer 10 temperaturempfindlich und der Oszillator 30 druckempfindlich sein.

Das in Fig. 6 dargestellte Ausfiihrungsbeispicl kann auch zur Temperaturkompensation einer Reinöldurchfiußmeßeinrichtung, wie sie oben beschrieben ist, angepaßt sein. Die Temperaturkompensation ist besonders beim Messen des Durchflusses von raffiniertem Öl durch eine Vcrkaufspipeline wichtig, weil dort ein hohes Auflösungsvermögen erforderlich ist. In einem derartigen Fall schwankt der Wassergehalt der Emulsion zwischen 0 und 3¹Vo, und man will den Ölgehalt auf mindestens 0.1" n von dem gesamten Flüssigkeitsvolumen der Emulsion genau erfassen.

Nach Fig. 6 ist eine kapazitive Sonde 51 koaxial in einer Rohrleitung 53 in an sich bekannter Weise auf einem Stützelement 55 angeordnet. Die Sonde 51 bildet einen Teil eines Meßumformers 56, der einen Oszillator enthält, dessen Ausgangssignalfrequenz /' sich mit der Dielektrizitätskonstanten der Emulsion ändert, die zwischen der Sonde 51 und der die andere Elektrode des Kondensators bildenden Innenwandung der Rohrleitung 53 strömt.

Da die Dielektrizitätskonstante der Emulsion, wie

erwähnt, vom Öl-Wasser-Verhällnis der Emulsion abhängig ist, hängt die Aus^angssignalfrequenz /' des

Meßumformers 56 ebenfall.; vom Reinölgehalt der

Flüssigkeit ab.

Die Dielektrizitätskonstante des Öls ändert sich jedoch auch mit der Temperatur. Wenn sich die Tcmperatur des Öls ändert, ändert sich auch die Ausgangssignalfrequenz /' des Meßumformers, was als Änderung des Öl-Wasser-Verhältnisses aufgefaßt wird, obwohl sich dieses Verhältnis nicht geändert hat. Diese Temperalurabhängigkeit der Dielektrizi-

tätskonstanten des Öls kann sich also als Meßfehler auswirken und soll daher kompensiert werden, wozu die erfindungsgemäße Einrichtung dient.

Demzufolge ist ein zweiter temperaturabhängiger Meßumformer 58 in der Rohrleitung 53 angeordnet.

Dieser Meßumformer 58 kann einen Oszillator enthalten, der dem Oszillator des Rcinöl-Mcßumformers 56 in jeder Hinsicht gleicht Der Meßumformer 58 kann eine kapazitive Sonde 60 enthalten, die koaxial in einer dichten zylindrischen Zelle 62 ange-

ordnet ist, die von den Wänden der Rohrleitung"53 nach innen ragt, so daß sie dieselbe Temperatur annimmt wie die durch die Rohrleitung 53 strömende Flüssigkeit. Das Innere 64 der Zelle 62 kann mit einem Öl oder mit einer anderen Substanz gefüllt

sein, die ähnliche dielektrische Eigenschaften hat. wie das Öl in der durch die Rohrleitung 53 strömenden Emulsion hat. Die Zelle 62 bildet die andere Elektrode des Kondensators und kann aus einem Material hergestellt sein, dessen Festigkeit ausreicht, die Strö-

mungskräfte der die Rohrleltuim 53 durchströmenuen Emulsion auszuhalten. Es ist wichti». daß der Abstand zwischen der Sonde 60 und dc"r Zelle 62 konstant bleibt.

Die Frequenz /" des Auseansssiiznals des Meßum-

tormers 58 hängt in derselben Welse von der Kapazität bzw. der Dielektrizitätskonstanten des Öls zwischen der Sonde 60 und der Zelle 62 ab wie die Frequenz / des Ausgangssinnais des Meßumformers 56 vom Ölgehalt in der durch die Rohrleitung 53 strö-

menden Flüssigkeitsemulsion. Ebenso wie sich die Uic ektnzitätskonsiante des Öls im Innern 64 der /■eile 62 nur mit der Temperatur ändert, ändert sich auch die Frequenz /' des Aussangssionals des Meßumformers 56 vom Ölgehalt in der durch die Rohr-

leitung 53 strömenden Emulsion.

In der Rohrlciiung 53 kann auch ein herkömmlicher Durchflußmesser 66 mit ein Flügelrad 68 tragender Lcitschaufclanordnunt; 69 sowie" eine Abtasteinrichtung 70 angeordnet sein, die die Rotation des

Flügelrades 68. wenn eine Flüssigkeit durch die KoMeitimg «>3 Mrömi, festhält. Das Auseanussicnal des Durchflußmessers66 besteht aus einer Folee elektrischer Impulse, die in einem Impulsformer^ gclormt werden können und dem Sctzcingane, 74 eines Fhp-Flops 76 zugeführt werden. Die Frequenz des Ausgangssignals des Impulsformers 72 wird in einem frequenzteiler 78 untersetzt und einer Suhlrahierschaltung 80 zugeführt.

Der binäre 1-Ausgang des Flip-Flops 76 ist mit

einem Eingang eines IJND-Tores 84 und mit einem Eingang 86 eines UND-Tores 88 verbunden. Das Ausgangssignal des Meßumformers 56 wird dem anderen Eingang 90 d_is UND-Torcs 88 und das Aus-

gangssignal des Meßumformers 58 dem anderen Eingang 92 des UND-Torcs 84 zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Torcs 84 wird in einem Frequenzteiler 96 untersetzt und dem Rücksetzeingang 98 des Flip-Flops 76 zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Tores 88 wird in einem Frequenzteiler 100 untersetzt und der Sublrahierschaltung 80 zugeführt. Das Ausgangssignal der Subtruhiersdialtung 80 wird einem herkömmlichen Impulszähler 82 zugeführt.

Die Anzahl N der vom UND-Tor 88 durchgelassenen Impulse ist eine Funktion der Durchschaltdauer und der Frequenz /' des Reinöl-Mcßumformers 56, d. h.

N =

Hierin ist

wobei .V₁₁ der Teilungsfaktor des Frequenzteilers 96 ist, dabei ist

S,

f"

Der Teilungsfaktor .V₁₁ des Frequenzteilers 96 ergibt sich aus Gleichung (5). in der /" die Frequenz

des Ausgangssignals des temperaturempfindlichen Meßumformers 58 bei Norma.emperatur der Flüssigkeitsemulsion in der Rohrleitung 53 ist.

Da die Frequenz /' des Ausgangssignals des MeIJ-umformers 56 vom Öl-Wasser-Verhältnis und der Temperatur abhängt und da das Ausgangssignal des Meßumformers 58 in derselben Weise wie das des Meßumformers 56 lediglich von der Temperatur abhängt, lassen sich die Auswirkungen der Temperatur-Schwankungen auf die Dielektrizitätskonstante des Öls in der Flüssigkeit, die durch die Rohrleitung 53 strömt, und damit aus der Anzahl der dem Frequenzteiler 100 und anschließend dem Zähler 82 zugeführten Impulse eliminieren.

Fine Drift läßt sich ebenfalls kompensieren, wenn die beiden Meßumformer 56 und 58 aus der gleichen Spannungsquelle gespeist werden. Dadurch ergibt sich eine Reinöl-Meßeinrichtung, die sowohl gegen Temperatur- als auch Speisespannungsschwankungen unempfindlich ist und ein Auflösungsvermögen hat wie es bisher nicht erreicht wurde. Wenn der Wasseranteil der Flüssigkeitsemulsion in der Rohrleitung 53 auf etwa 3" u begrenzt wird, ist es mit dieser Einrichtung möglich, den Wassergehalt auf mindestens 0.1 ° ι des Gesamtvolumens der Fiüssigkeitsemulsion in dei Rohrleitune 53 aufzulösen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunecn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des Durchflusses eines strömenden Mediums mit Korrektur der Durchflußmenge nach mindestens einem Parameter des Mediums mittels elektrischer Signale, von denen eines eine der Durchflußmenge entsprechende erste Impulsfolge ist und ein anderes einem veränderlichen Parameter des Mediums zugeordnet ist, wobei beide Signale in einer Torschaltung so zusammengesetzt werden, daß entsprechend einem periodisch gesteuerten Öffnungsverhältnis der Torschaltung eine Folge von Impalspaketen erzeugt wird, die der korrigierten Durchflußmenge entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der der Durchflußmenge entsprechenden ersten Impulsfolge (B) das Tor (28) jeweils zu Beginn eines Zeitintervalls (ύ) öffnen, das bei Erreichen einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen einer zweiten Impulsfolge (C) endet, deren Frequenz einem Parameter des Mediums zugeordnet ist und um mehrere Größenordnungen höher ist als die Frequenz der ersten Impulsfolge (B), und daß von einem Oszillator (30) eine dritte Impulsfolge (G) erzeugt wird, deren Impulse (H) das Tor (28) durchlaufen und von einem Zähler (34) summiert werden (F i g. 4 und 5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der dritten Folge elektrischer Impulse eine feste Frequenz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der dritten Folge elektrischer Impulse von einer zweiten veränderliehen Betriebsgröße abhängt, mit welcher die Messung des Durchflusses kompensiert werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zweiten Impulsfolge von der Temperatur und die Frequenz der von dem Oszillator (30) erzeugten Impulse von dem Druck des Mediums abhängt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zweiten Impulsfolge von zwei veränderlichen Betriebsgrößen des strömenden Mediums und die Frequenz der vom Oszillator erzeugten Impulse in der gleichen Weise von einer der beiden Betriebsgrößen des Mediums abhängig ist, wie die zweite Impulsfolge von der erwähnten einen veränderlichen Betriebsgröße abhängt, wodurch diese veränderliche Betriebsgröße als Variable beim Summieren des inkrementellcn mathematischen Produktes eliminiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betriebsgröße die Dielektrizitätskonstante des strömenden Mediums ist und die Frequenz der dritten Folge elektrischer Impulse von der Temperatur und auch von der 6» Dielektrizitätskonstante des Mediums in der gleichen Weise wie die Frequenz der /weiten Folge elektrischer Impulse von der Dielektrizitätskonstante des Strömungsmediums abhängt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Durchflußmessers (16, 66) mit dem Setzanschluß eines Flip-Flop-Schalters (20, 76) und der Ausgang eines Meßumformers (10, 58) mit dem Rücksetzanschluß eines Flip-Flop-Schalters über ein Tor (14, 84) verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgangsanschluß des Flip-Flop-Schalters (20. 76) angeschlossen ist, so daß der Flip-Flop-Schalter nach Setzen durch einen Impuls (B) des Durchflußmessers (16, 66) geöffnet und nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen (C] des Meßumformers (10, 58) wieder geschlossen wird, und daß mit dem Ausgangsanschluß des Flip-Flop-Schalters ein zweites Tor (28, 88) verbunden ist, das während der der vorbestimmten Anzahl von Impulsen (C) des Meßumformer- entsprechenden variablen Öffnungszeit (t>) Impulse (G) eines Oszillators (30, 56) zu einem Zähler (34, 82) durchläßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Setzanschluß des Flip-Fiop-Schalters (20, 76) ein Impulsformer (18. 72) vorgeschaltet ist.

9". Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß dem Rücksetzanschhiß des Flip-Flop-Schalters (20) ein Frequenzteiler (22. 96) vorgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (34, 82) ein Frequenzteiler (32, 100) vorgeschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch einen Subtrahieret (80), dem die erste Impulsfolge (B) und die dritte Impulsfolge (H) über zwei entsprechende Ein gangsanschlüs5.e zugeführt werden und von dessen Ausgangsanschluß eine unmittelbar ablesbare Darstellung des kompensierten Durchflusses abgenommen wird.