DE1966934A1

DE1966934A1 - Measurement of flow rate corrected relative to variable of state - involves flowmeter to generate pulse train with rate proportional to flow

Info

Publication number: DE1966934A1
Application number: DE19691966934
Authority: DE
Inventors: George V Copland; Carl W Zimmermann
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1969-02-07
Filing date: 1969-02-07
Publication date: 1975-08-21

Abstract

The apparatus includes a measuring sensor used to generate a second pulse train with a rate dependent on the variable of state. This rate is greater than the rate of the first pulse train. A gate circuit for pulses from the measuring sensor is opened for a definite time by each pulse in the first pulse train. To balance a zero displacement of the frequency response characteristic of the measuring sensor, an oscillator generates a third pulse train. A subtracting circuit receives at one input pulses of the second train and at the other input pulses of the third train.

Description

Patentanwälte DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGASTPatent attorneys DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 P.O. Box 11 o3 86 Telephone (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patent application Halliburton Company, Duncan, Oklahoma, USA

Vorrichtung zum Messen der hinsichtlicri einer veränderlichen Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge Device for measuring the flow rate corrected with regard to a variable state variable

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der hinsichtlich einer veränderlichen Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums, enthaltend einen Strömungsmesser, der zur Erzeugung einer ersten Impulsfolge mit einer der Strömung des Mediums proportionalen Impulsrate eingerichtet ist, einem Meßfühler, der zur Erzeugung einer zweiten Impulsfolge mit einer von der besagten Zustandsgröße abhängigen Impulsrate eingerichtet ist, die groß gegen die Impulsrate der ersten Impulsfolge ist, und eine Torschaltung für Impulse von dem Meßfühler, die von jedem Impuls der ersten Impulsfolge für eine definierte Zeit geöffnet wird.The invention relates to a device for measuring the with respect to flow rate of a medium flowing in a pipeline, corrected for a variable state variable, Containing a flow meter which is used to generate a first pulse sequence with one proportional to the flow of the medium Pulse rate is set up, a sensor which is adapted to generate a second pulse train with one of said State variable-dependent pulse rate is set up, which is large compared to the pulse rate of the first pulse train, and a Gate circuit for pulses from the sensor, which is opened for a defined time by each pulse of the first pulse train will.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt durch die DT-PS 1 9o6 116. Die Häufigkeit, mit welcher die Torschaltung geöffnet wird, ist proportional der von dem Strömungsmesser gemessenen Volumen-Such a device is known from DT-PS 1 906 116. The frequency with which the gate circuit is opened is proportional to the volume measured by the flow meter.

— 2 —- 2 -

509834/0001509834/0001

Strömung. Diese Volumenströmung wird hinsichtlich einer Zustandsgröße des Mediums, z.B. des Druckes, korrigiert, indem durch die Torschaltung jedesmal ein Impulszug von dem Meßfühler durchgelassen wird, so daß die resultierende Impulsrate, die in einem Zähler aufsummiert wird, proportional der Volumenströmung und proportional der Meßfühler-Impulsrate, also einer Funktion der Zustandsgröße ist.Flow. This volume flow becomes with regard to a state variable of the medium, e.g. the pressure, is corrected by the gate circuit each time a pulse train from the sensor is allowed to pass, so that the resulting pulse rate, which is summed up in a counter, is proportional to the volume flow and is proportional to the sensor pulse rate, i.e. a function of the state variable.

Die Impulsrate oder Impulsfrequenz des Oszillators hängt häufig nicht in der Weise von der besagten Zustandsgröße ab, daß die Ausgangsimpulsrate proportional der hinsichtlich auf dieser Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge wird. Wenn beispielsweise das strömende Medium ein Gas ist, dann wäre es wünschenswert, die Frequenz des Oszillators proportional dem Druck des Gases zu machen, so daß die Durchflußmenge hinsichtlich des Drucks korrigiert ist. Die gewünschte Proportionalität zwischen Druck und Oszillatorfrequenz ist jedoch nicht ohne weiteres herstellbar.The pulse rate or pulse frequency of the oscillator often does not depend on the said state variable in such a way that the Output pulse rate is proportional to the flow rate corrected for this state variable. For example, if If the flowing medium is a gas, then it would be desirable to make the frequency of the oscillator proportional to the pressure of the To make gas so that the flow rate is corrected for pressure. The desired proportionality between However, pressure and oscillator frequency cannot be easily established.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art so auszubilden, daß eine unmittelbare Anzeige der hinsichtlich der Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge auch bei einem Nullversatz der Frequenz-Ansprechcharakteristik des Meßfühlers erfolgt.The invention is based on the object of designing a device of the type defined at the outset so that an immediate Display of the corrected flow rate with regard to the state variable, even with a zero offset of the frequency response characteristic of the probe takes place.

Erfindunggemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Ausgleich eines Nullversatzes der Frequenz-Ansprechcharakteristik des Meßfühlers ein Oszillator zur Erzeugung einer dritten Impulsfolge und ein Subtrahierer vorgesehen sind, dessen einer Eingang von Impulsen der zweiten und dessen anderer Eingang von Impulsen der dritten Impulsfolge beaufschlagt ist.According to the invention, this object is achieved in that to compensate for a zero offset of the frequency response characteristic of the sensor, an oscillator for generating a third pulse train and a subtracter are provided, one input of which is acted upon by pulses of the second and the other input of pulses of the third pulse train is.

509834/0001509834/0001

Der Subtrahierer kann dabei ein vorwärts- und rückwärtszählender Zähler sein. Es kann auch eine Schaltung vorgesehen sein, bei der jeweils an einem Eingang erscheinender Impuls den nächsten Impuls an dem anderen Eingang blockiert, wobei der Ausgang dieser Schaltung einen einfachen vorwärtszählenden Zähler beaufschlagt. Es kann durch die erfindungsgemäße Schaltung die Charakteristik der gezählten Ausgangsimpulsrate in ihrer Abhängigkeit von der besagten weiteren Zustandsgröße so verschoben werden, daß die gezählten Impulse der auch hinsichtlich der weiteren Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge unmittelbar entsprechen.The subtracter can count up and down Be counter. A circuit can also be provided in which the pulse appearing at one input is the next pulse blocked at the other input, the output of this circuit being a simple up-counting Counter applied. The circuit according to the invention enables the characteristics of the counted output pulse rate are shifted in their dependence on the said further state variable so that the counted pulses of the correspond directly to the corrected flow rate with regard to the further state variable.

Es kann dabei die Ausgangs-Impulsfolge des Subtrahierers auf die Torschaltung gegeben werden, die dann aus einem Tor bestehen kann. Die Impulsrate dieser Ausgangs-Impulsfolge kann aber u.U. sehr klein werden, so daß während jeder Öffnungsperiode der Torschaltung nicht genügend viele Impulse durchgelassen werden, um eine hinreichende Genauigkeit der Anzeige zu gewährleisten. Es ist daher vorteilhaft, daß die Torschaltung ein erstes und ein zweites Tor enthält, deren Ausgänge mit dem einen bzw. dem anderen Eingang des Subtrahierers - ggf. über Frequenzteiler - verbunden sind und daß der Meßfühler an dem ersten und der Oszillator an dem zweiten Tor liegt.It can use the output pulse train of the subtracter the gate circuit can be given, which can then consist of a gate. The pulse rate of this output pulse train can but may be very small, so that not enough pulses are allowed through during each opening period of the gate circuit to ensure sufficient accuracy of the display. It is therefore advantageous that the gate circuit contains a first and a second gate, the outputs of which connect to one or the other input of the subtractor - possibly via frequency divider - are connected and that the sensor is connected to the first port and the oscillator to the second port.

Es wird dann die Differenzbildung erst hinter der Torschaltung vorgenommen, so daß jeder von der Torschaltung durchgelassene Impulszug eine hinreichende Anzahl von Impulsen enthält.The difference is then only formed after the gate circuit, so that everyone let through by the gate circuit Pulse train contains a sufficient number of pulses.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:The invention is based on an exemplary embodiment below explained in more detail with reference to the accompanying drawings:

Fig. 1 zeigt die gewünschte Abhängigkeit der AusgangsfrequenzFig. 1 shows the desired dependence of the output frequency

bzw. Impulsrate f von dem Druck ρ eines in der ¹ Rohrleitung strömenden Gases.or pulse rate f from the pressure ρ of a gas flowing ^{in the 1 pipe.}

509834/0001 - 4 -509834/0001 - 4 -

Fig. 2 veranschaulicht die nach der Erfindung vorgenommene Korrektur der Anzeige undFig. 2 illustrates the correction made according to the invention of the display and

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.3 shows a block diagram of a device according to the invention.

Wenn man annimmt, daß das strömende Medium ein Gas ist, welches hinsichtlich seines Druckes korrigiert werden soll, dann sollte die gezählte Ausgangsfrequenz oder Impulsrate proportional dem Druck ρ des Gases sein, also der in Fig. 1 dargestellten Charakteristik folgen, also durch den Koordinatenursprung laufen und keine Nullversetzung aufweisen. Wenn der Oszillator 3o jedoch keine solche Kennlinie liefert, dann kann gemäß Fig. 2 die gewünschte Kennlinie dadurch erreicht werden, daß ein zweiter Oszillator 31 vorgesehen ist, dessen Frequenz gleich der dem Druck ρ = 0 entsprechenden Frequenz des Oszillators 3o ist. Die beiden Oszillatoren können auf einen Subtrahierer 33 (Fig. 2) geschaltet werden, der beispielsweise ein vorwärts- und rückwärtszählender Zähler sein kann oder aber auch eine Schaltung, bei welcher ein Impuls an einem Eingang den nächstfolgenden Impuls an dem anderen Eingang blockiert. Die Impulsrate am Ausgang einer solchen Schaltung oder die in einem vorwärts- und rückwärtszählenden Zähler gezählte Impulsrate entspricht der Differenz der Impulsraten der Signale der Oszillatoren 3o und 31.Assuming that the flowing medium is a gas, which should be corrected for its pressure, then the counted output frequency or pulse rate should be proportional to the Be the pressure ρ of the gas, that is, follow the characteristic shown in FIG. 1, that is, through the origin of the coordinates run and have no zero offset. However, if the oscillator 3o does not provide such a characteristic, then according to FIG Fig. 2, the desired characteristic can be achieved in that a second oscillator 31 is provided, the frequency is equal to the frequency of the oscillator 3o corresponding to the pressure ρ = 0. The two oscillators can work on one Subtracter 33 (Fig. 2) are switched, which can be, for example, an up- and down-counting counter or else also a circuit in which a pulse at one input blocks the next pulse at the other input. The pulse rate at the output of such a circuit or that counted in an up and down counter The pulse rate corresponds to the difference between the pulse rates of the signals from the oscillators 3o and 31.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in einer Rohrleitung 12 ein Meßfühler 1o vorgesehen, der auf eine Meßgröße, beispielsweise die Temperatur eines durch die Leitung 12 strömenden Gases anspricht. Ein Strömungsmesser 16 liefert Impulse mit einer der Strömung des strömenden Mediums proportionalen, relativ geringen Impulsrate in einem Punkt A. Die Ausgangsimpulse des Strömungsmessers können über einen Impulsformer 18In the embodiment according to FIG. 3, there is 12 in a pipeline a sensor 1o is provided which is based on a measured variable, for example the temperature of a gas flowing through line 12 is responsive. A flow meter 16 also supplies pulses a relatively low pulse rate proportional to the flow of the flowing medium at a point A. The output pulses of the flow meter can be via a pulse shaper 18

- 5 509834/0001 - 5 509834/0001

sowie eine Schaltung 36 zur Rexbungskompensation geleitet werden und erscheinen in einem Punkt B. Die im Punkt B erscheinenden Impulse werden einmal über einen zur Eichung dienenden Frequenzteiler 24 auf einen Zähler 26 gegeben, der die unkorrigierte Durchflußmenge anzeigt.and a circuit 36 for exercise compensation and appear in a point B. The impulses appearing in point B are used once for calibration Serving frequency divider 24 given to a counter 26 which indicates the uncorrected flow rate.

Der Punkt B ist außerdem mit dem Setzeingang einer bistabilen Kippschaltung 2o verbunden. Die bistabile Kippschaltung 2o wird somit von jedem Impuls vom Strömungsmesser 16 gesetzt. Im gesetzten Zustand öffnet die bistabile Kippschaltung 2o drei Tore 14, 28 und 5o.The point B is also connected to the set input of a bistable flip-flop circuit 2o. The bistable flip-flop 2o is thus set by each pulse from the flow meter 16. In the set state, the bistable flip-flop opens 2o three Gates 14, 28 and 5o.

Der Meßfühler 1o liefert im Punkt C eine Impulsfolge mit einer der Temperatur des strömenden Mediums proportionalen Impulsrate. Diese Impulsfolge liegt an dem Eingang des Tores 14. Der Ausgang D des Tores 14 ist über einen Frequenzteiler 22 mit dem Rücksetzeingang E der bistabilen Kippschaltung 2o verbunden. Wenn also die bistabile Kippschaltung 2o durch einen Impuls vom Strömungsmesser 16 gesetzt wird, wird das Tor 14 aufgesteuert und es werden Impulse von dem Meßfühler 1o auf den Frequenzteiler 22 gegeben. Nach einer durch den Aufbau des Frequenzteilers 22 bestimmten, definierten Anzahl von Impulsen erscheint ein Impuls am Rücksetzeingang E der bistabilen Kippschaltung 2o, wodurch die bistabile Kippschaltung 2ο wieder zurückgesetzt und das Tor 14 gesperrt wird. Die Öffnungsdauer des Tores 14 und damit der Tore 28 und 5o ist somit umgekehrt proportional der Ausgangsfrequenz des Meßfühlers 1o.The sensor 1o delivers at point C a pulse train with a the pulse rate proportional to the temperature of the flowing medium. This pulse train is at the entrance of the gate 14. The Output D of the gate 14 is via a frequency divider 22 with the Reset input E of the bistable flip-flop 2o connected. So if the bistable flip-flop 2o by a pulse from The flow meter 16 is set, the gate 14 is opened and there are pulses from the sensor 1o to the frequency divider 22 given. After a defined number of pulses determined by the structure of the frequency divider 22 a pulse appears at the reset input E of the bistable multivibrator 2o, whereby the bistable toggle switch 2ο is reset and the gate 14 is blocked. The opening time of the gate 14 and thus the gates 28 and 5o is thus inversely proportional to the output frequency of the sensor 1o.

Während der Öffnungsdauer des Tores 28 wird von dem Oszillator 3o eine zweite Impulsfolge im Punkt G, deren Impulsrate oder Frequenz beispielsweise nach einer linearen Funktion von dem Druck des in der Leitung 12 strömenden Gases abhängt, über das Tor 28 auf einen Frequenzteiler 4o gegeben, dessen Ausgangsimpulse an einem Eingang eines Subtrahierers 42 anliegen. AnDuring the opening period of the gate 28, the oscillator 3o a second pulse train at point G, the pulse rate or frequency of which, for example, according to a linear function of the Pressure of the gas flowing in the line 12 depends, given via the gate 28 to a frequency divider 4o, the output pulses of which are present at an input of a subtracter 42. At

- 6 509 834/0001- 6 509 834/0001

diesem Eingang erscheinen somit Impulszüge mit einer vom Druck des Gases abhängigen Frequenz, von einer Länge, die entsprechend der Öffnungsdauer der Tore 14, 28, 5o umgekehrt proportional der Temperatur ist und deren Häufigkeit proportional der vom Strömungsmesser 16 gemessenen Volumenströmung des Mediums ist.impulse trains appear at this input with a pressure of the gas dependent frequency, of a length which is inversely proportional to the opening time of the gates 14, 28, 5o the temperature and the frequency of which is proportional to the volume flow of the medium measured by the flow meter 16.

Während der gleichen Zeit wird eine dritte Impulsfolge, mit einer festen Frequenz, die von dem Oszillator 31 erzeugt wird, über das Tor 5o und einen Frequenzteiler 52 auf den anderen Eingang des Subtrahierers 42 gegeben. DerAusgang des Subtrahierers 42 liefert dann eine Impulsfolge, deren Impulsrate gleich der Differenz der Impulsraten der auf die Eingänge gegebenen Impulsfolgen ist. Diese Ausgangs-Impulsfolge wird in einem Zähler 54 gezählt. Die Frequenz des Oszillators 31 kann dann, wie geschildert, so gewählt sein, daß sie dem Nullversatz der Charakteristik des Oszillators 3o (unter Berücksichtigung der Frequenzteilung in den Frequenzteilern 4o und 52) entspricht. Da von beiden Oszillatoren 3o und 31 Impulszüge auf den Subtrahierer 42 gegeben werden, deren Länge und Häufigkeit synchron durch die Tore 28 und 5o und damit durch den Meßfühler 1o und den Strömungsmesser 16 bestimmt ist, kann auf diese Weise die Korrektur der Durchflußmenge mit einer Zustandsgröße, zum Beispiel dem Druck, erfolgen, die direkt proportional in die Messung eingeht.During the same time, a third pulse train, with a fixed frequency, generated by the oscillator 31, given via the gate 5o and a frequency divider 52 to the other input of the subtracter 42. The output of the subtracter 42 then delivers a pulse train, the pulse rate of which is equal to the difference between the pulse rates given to the inputs Pulse trains is. This output pulse sequence is counted in a counter 54. The frequency of the oscillator 31 can then as described, be chosen so that they match the zero offset of the characteristics of the oscillator 3o (taking into account the Frequency division in the frequency dividers 4o and 52). Since from both oscillators 3o and 31 pulse trains on the Subtracters 42 are given, their length and frequency synchronously through the gates 28 and 5o and thus through the sensor 1o and the flow meter 16 is determined, in this way the correction of the flow rate with a state variable for example the pressure, which is directly proportional to the measurement.

509834/0001509834/0001

Claims

Device for measuring the flow rate of an in a pipeline of flowing medium, containing a flow meter which is used to generate a first pulse train is set up with a pulse rate proportional to the flow of the medium, a sensor which is used for Generating a second pulse sequence with a pulse rate dependent on said state variable is set up which is large against the pulse rate of the first pulse train, and a gate circuit for pulses from the sensor, which is opened by each pulse of the first pulse train for a defined time, characterized in that an oscillator to compensate for a zero offset of the frequency response characteristic of the sensor (3o) (31) for generating a third pulse train and a subtracter (33, 42) are provided, one of which Input of pulses of the second and its other input of pulses of the third pulse train acted upon is.

Device according to claim 1, characterized in that the gate circuit contains a first and a second gate ((28 and 5o), the outputs of which with one or the other Input of the subtracter (42) - possibly via frequency divider (4o, 52) - are connected and that the sensor (3o) the first and the oscillator (31) is at the second gate (28 and 5o).

509834/0001