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Verfaren und Vorrichtung zum Durchführen einer Temperatur-Korrektur
bei der Volumen durchflußmessung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Durchführen einer Temperatur-Korrektur bei der Volumendurchflußmessung, wobei das
in. der Zeiteinheit durchfließende Volumen als Folgefrequenz von abgegebenen Impulsen
dargestellt wird.
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Durchflußmessgeräte messen im allgemeinen den Volumendurchfluß durch
eine Rohrleitung. Häufig werden solche Geber verwendet, die als Meßsignal eine Folge
elektrischer Impulse ausgeben. Jeder Ausga.ngsimpuls stellt dann eine definier,
Volumeneinheit dar, wobei die Impulsfolgefrequenz dem Volumendurchfluß, z.B. Liter
pro Sekunde und die Summe der abgegebenen Impulse den insgesamt durchgeflossenen
Volumen, z.B.
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Liter, proportional ist.
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Das Volumen ist jedoch als Zeichnungseinheit für Stoffmengen technisch
ungeeignet, da es seinen Wert mit der Temperatur stark verändert.
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So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem die dem Volumen
VT proportionale Impulsmenge JT ein Tor passiert, dessen Öffnungszeit dem Wert 1
- α . # T proportional ist. Mit diesem Verfahren können jedoch nur negative
# T-Werte Korrigiert werden. Außerdem ist die Genauigkeit beschränkt und stark abhängig
vom Verhältnis der Impulsperiodendauer zur Toröffnungszeit.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die dem Volumendurchfluß
proportionale Impulsfrequenz in einen proportionalen Gleichstrom umgewandlet, der
in einer Brücke mit dem Faktor α . # T multipliziert wird. Die dem Produkt
proportionale Gleichspannung wird in eine proportionale Frequenz umgesetzt, die
entsprechend dem Vorzeichen von # T zur Impulsfrequenz addiert, bzw.
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von dieser subtrahiert wird. Dieses Verfahren stellt nur eine Näherungslösung
dar und besitzt deshalb nur in einem engen 3ereich α . # T ausreichende Genauigkeit
und ist darüberhinaus bezüglich der elektrischen Schaltung bzw.
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Geräte außerordentlich aufwendig.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
vorzuschlagen, mit dem das in der Zeiteinheit durchfließende Volumen eines Mediums
bei einer bestirnten Temperatur in einen einer bestimmten Bezugstemperatur entsprechenden
Volumendurchfluß bzw. in die etsprechende Mengeneinheit umgeformt wird.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst,
daß jeder ankommende Abtastimpuls eine Impulsgruppe freigibt, die jeweils aus einer
dem Reziprokwert des Ausdehnungskoeffizienten entsprechenden Impulszahl besteht,
daß die Impulse aller Impulsgruppen als fortlaufende Impulsfolge abgezählt werden
und daß jeweils nach Ablauf einer Teilimpulsmenge, die dem um den Wert einer Temperaturdifferenz
korrigierten Reziprokwert des Ausdehnungsfaktors entspricht, ein Ausgangsimpuls
abgegeben wird.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens,
wobei zur Volumendurchflußmessung ein induktiver Tastkopf, mechanischer Impulsgeber
od.dgl.
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vorgesehen ist, besteht darin, daß an den Impulseingang eine Kippschaltung
angeschlossen ist, die mit einem UND-Gatter verbunden ist, das die von einem Multivibrator
auf einen Zähler abgegebene dem reziproken Wert des Ausdehnungskoeffizienten des
Mediums proportional Impulszahl steuert, und daß der Eingang des Zählers mit einem
weiteren Zähler verbunden ist, dessen analog umgewandelte Impulszahl in einem Differenzverstärker
mit einem der aus der Summe aus dem reziproken Wert des Ausdehungskoeffizienten
und der Differenz zwischen Bezugs- und Isttemperatur bestehenden Spannungswert vergleichbar
ist, wobei bei einem Spannungsausgleich an diesem Verstärker ein dem Bezugsvolumen
entsprechender Impuls abgegeben wird.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung geht man so vor, daß zur
Schaltung der Kippschaltung die in einem Digital/Analog-Wandler umgewandelte Impulszahl
des Zählers in einem Differenzverstärker mit dem dem reziproken Wert des Ausdehnungskoeffizienten
proportionalen einstellbaren Spannungswert verglichen wird, wobei bei Spannungsgleichheit
ein nachgeschalteter Schmitt-Trigger umschaltet, dessen Ausgangsspannungssprung
in einer nachfolgenden monostabilen Kippschaltung einen Impuls auslöst,
der
die Kippschaltung zurücksetzt und das UND-Gatter schließt. Dabei ist es vorteilhaft,
daß der detn reziproken Wert des Ausdehnungskoeffizienten des Mediums entsprechende
Spannungswert an einem Regelwiderstand einstellbar ist.
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Eine weitere erfindungsgemäße Bauform besteht darin, daß beiD Schließen
des UND-Gatters der erste Zähler zurückgestellt wird.
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Nach einem weiteren Vorschlag der rfindung geht man so vor, daß der
der Bezugstemperatur entsprechende Spannungswert an einem Regelwiderstand einstellbar
ist, wobei dieser Wert in einem Differenzverstärker tnit der Isttemperatur vergleichbar
ist und dieser Spannungswert in einem weiteren Differenzverstärker mit dem dem reziproken
Wert des Ausdehnungskoeffizienten entsprechenden Spannungswert verglichen wird.
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Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der dem Bezugsvolumen
entsprechende Impuls durch ei von einem Schmitt-Trigger geschaltete monostabile
Kippschaltung ausgelöst wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
haben den Vorteil, daß ier mit einfachen Mitteln eine Möglichkeit geschaffen wird,
ein bei einer bestimmten Temperatur durchgeflossenes Volumen eines Mediums auf das
auf eine Bezugstemperatur bezogene Volumen umzuformen, wobei die Umformung mit einfachen
Mitteln und der höchsten Genauigkeit durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung können auf den verschiedensten technischen
Gebieten eingesetzt werden, und zwar
überall dort, wo eine Volumendurchflußmessung
erfolgt, wie beispielsweise beim Füllen von Tankschiffen u.dgl. 1' an Raffinierien,
wo beim Füllen verschiedene Temperaturen auftreten können und daher das Volumen
auf eine , entsprechende Bezugstemperatur umgerechnet werden müßte.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergben sich aus der folgenden 3eschreibung
eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.
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In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines
Schaltbildes dargestellt.
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Die Vorrichtung arbeitet dabei nach der Gleichung:
wobei mit J0 die dem Volumendurchfluß proportionale Impulsmenge bei einer bestimmten
Bezugstemperatur, mit J? die dem Volumendurchfluß proportionale Impulsmenge bei
der herrschenden Temperatur bzw. Ist-Temperatur des Mediums, mit 1/α der reziproke
Ausdehnungskoeffizient -des Mediums und mita 2 die Differenz aus Ist- und Bezugstamperatur
bezeichnet sind.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist in zwei Funktionseinheiten
1, 2 gegliedert, wobei die Einheit 1
die Multiplikation der Abtastimpulse
J mit dem Faktor 1/α durchführt, während die weitere Einheit 2 die Summe i/
T' A T sowie die Division des Produktes JT . 1/α mit der Summe 1/α #
# T durchführt.
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An den Impulseingang 25 ist ein Impulsverstärker 3 angeschlossen,
wobei die am Impulseingang 25 ankommenden Impulse von einem den Volumendurchfluß
messenden Meßgerät abgegeben werden, Bei einem derartigen Meßgerät kann es sich
beispielsweise um einen induktiven Tastkopf, einem mechanischen Impulsgeber oder
einem fotoelektrischen Impulsgeber mit Hell-Dunkelscheibe handeln. An den Verstärker
3 ist eine bistabile Kippschaltung 4 angeschlossen, deren Ausgang mit einem UND-Gatter
5 verbunden ist, an das ein Multivibrator 6 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gatters
5 ist mit dem Eingang eines Zählers 7 verbunden, der die von dem Multivibrator ankommenden
Signale zählt, die in einem anschließenden Digital? Analog/Wandler 8 fortlaufend
in ein analoges Spannungssignal gewandelt werden. Diese Spannung gelangt auf den
Eingang eines Differenzverstärkers ?o, dessen zweiter Eingang über eine Leitung
26 mit dem Schieber eines Schiebewiderstandes 9 verbunden ist, an dem ein Spannungswert
eingestellt ist; der den Faktor 1/α proportional ist. An den Ausgang des Differenzverstärkers
10 schließen sich ein Schmitt-Trigger 11 und eine monostabile Kippschaltung 12 an,
deren Ausgang mit dem zweiten Eingang der Kippschaltung 4 verbunden ist.
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In der Einheit 2 ist zunächst ein weiterer Zahler 14 vorgesehen, dessen
Eingang mit dem Eingang des Zählers 7 Ueber eine Leitung 13 verbunden ist. An den
Zähler 14 schließt sich wieder ein Digital/4nalog-Wandler 15 an, der mit einem Differenzverstärker
16, einen Schmitt-Trigger 21 sowie einer monostabilen Kippschaltung 22 verbunden
ist, deren Ausgang zum Impulsausgang 23 geführt ist. Am Impulsausgang 23 werden
die dem Volumen bei einer bestimmten Bezugstemperatur proportionalen Impulse abgegeben,
An den zweiten Eingang des Differenzverstärkers 16 ist ein weiterer Differenzverstärker
19 mit seinem .usgang angeschlossen, -dessen Eingänge einmal über eine Leitung 28
mit der Leitung 26 sowie einem weiteren Differenzverstärker 18 verbunden sind. An
die Eingänge des Differenzverstärkers 18 wird einmal ein der Ist-Temperatur entsprechender
Spannungswert und ein an einem Regelwiderstand 17 abgreifbarer der Bezugstemperatur
entsprechender Spannungswert eingegeben.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nachfolgend
erläutert werden: Ein am Inpulseingang 25 ankommender Impuls wird in dem Verstärker
3 verstärkt und schaltet die bistabile Kippschaltung 4 auf "ein". Dadurch öffnet
das UED-Gatter 5, so daß die von dem Multivibrator 6 ankommenden Signale auf den
Eingang des Zählers 7 gelangen können und dort gezählt werden. Diese Signale werden
in dem anschließenden Digital/Aniog-Wandler 8 fortlaufend in ein analoges Spannungssignal
gewandelt,
das in dem nachfolgenden Differenzverstärker rnit den
deti Wert 1/oC proportionalen Spannungswert verglichen wird. Sobald die Differenzsspannung
in dem Differenzverstärker 10 Null ist, schaltet der Schmitt-Trigger 11 um und löst
in der monostabilen Kippschaltung einen kurzen Impuls aus, der die Kippschaltung
4 zurücksetzt und somit das UND-Gatter 5 wieder schließt. Die Umschaltflanke setzt
gleichzeitig über die an der Verbindungsleitung 27 angeschlossene Leitung 29 den
Zähler 7 auf Null z uck.
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Mit dem nächsten einlaufenden Impuls JT wiederholt sich dieser Schaltzyklus.
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Gleichzeitig gelangen die Impulse des Multivibrators über die Verbindungsleitung
1, auf den weiteren Zähler 14 und werden dort i dem nachfolgenden Digital/Analog-Wandler
15 fortlaufend in ein analoge Spannungssignal gewandelt. Dieses Spannungssignal
gelangt auf den Differenzverstärker 16.
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In dem ersten Differenzverstärker 18 der Einheit 2 wird zunächst die
Ist-Temperatur mit der Bezugstemperatur verglichen, wobei am Ausgang des Differenzverstärkers
18 die Temperaturdifferenz # # T gebildet wird. Diese Temperaturdifferenz gelangt
in den weiteren Differenzverstärker 19, wo dieser Spannungswert mit dem Faktur 1/α
proportionalen Spannungswert verglichen wird, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers
19 ein Spannungswert gegeben ist, der der Summe 1/α + A T proportional ist.
Diese
Spannung wird mit der von dem Digital/Analog-Wandler 15 ankommenden
Spannung im Differenzverstärker 16 verglichen, wobei bei Gleichheit der beiden Spannungssignale
der Schmitt-Trigger 21 umschaltet und damit in der Eippschaltung 22 ein Impuls ausgelöst
wird, der als Impuls J0 auf den Ausgang 25 läuft und über die Leitung 24 den Zähler
14 auf Null setzt. Somit erscheint am Ausgang 23 immer dann ein Impuls, wenn im
Zähler 14 gerade die Impulsmenge 1/C + # T eingelaufen ist.