DE2142956A1

DE2142956A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der durchsatzmenge eines volumetrischen messgeraets

Info

Publication number: DE2142956A1
Application number: DE2142956A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Klockemann; Frank Wurzbacher
Original assignee: Deutsche BP AG
Current assignee: Deutsche BP AG
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4832563A; GB1403081A; US3819305A; DE2142956C3; FR2150831A1; DE2142956B2; FR2150831B1

Description

DR₁-ING-RICHARDGLAWe · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÖNCHEN HAMBURG MÜNCHEN

2U2956

8 MÖNCHEN 26 2 HAMBURG

POSTFACH 37 WAITZSTR.

LIEBHERRSTR. 20 TEL (MII) 89 2255 TEL. (0811) 22 65 43

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		D/KG
BETRIFFT:		P 61^5/71

HAMBURG

BP Benzin und Petroleum Aktiengesellschaft 2 Hamburg 1 , Steinstraße 7

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Durchsatzmenge eines volumetrisehen Meßgeräts

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Durchsatzmenge eines volumetrisehen Meßgeräts fUr Flüssigkeiten oder Gase, dessen Verdränger sich mit konstanter Amplitude und mit einer der jeweiligen Durchsatzmenge entsprechenden Zahl von Arbeitsspielen je Zeiteinheit bewegt, sowie auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.

Der Meßfehler bekannter Meßvorrichtungen dieser Art ist der Durchsatzmenge nicht proportional. Infolge der Lässigkeitsverluste ist er im unteren Teil des

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Meßbereichs überproportional groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen der Meßfehler dem Durchsatz weitgehend proportional ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Meßgerät mit konstanter Frequenz angetrieben ist und sein Antrieb periodisch ein- und ausgeschaltet wird.

Während bei den bekannten volumetrisehen Meßgeräten mit variablem Durchsatz die Frequenz proportional dem Durchsatz ist, arbeitet das erfindungsgemäße Meßgerät mit ständig gleicher Arbeitsfrequenz, wobei es aber unterhalb des Maximaldurchsatzes mehr oder weniger oft und/oder lange ausgeschaltet wird. Die Häufigkeit der Ausschaltperioden und das Verhältnis ihrer Dauer zu der der Arbeitsperioden bestimmt den Durchsatz. Der Meßfehler ist bei der stets gleichen Arbeitsfrequenz konstant und damit vom Volumenstrom unabhängig.

Vorzugsweise folgt den Arbeitsperioden, die alle eine gleiche Zahl von Arbeitsspielen umfassen, eine Unterbrechung von variabler Länge, was den Vorteil hat, daß stets der gleiche Meßfehler auf die gleiche Zahl von Arbeitsspielen entfällt, und zwar unabhängig davon, ob die Meßcharakteristik der ersten und der

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folgenden Arbeitsspiele einer Arbeitsperiode gleich ist. Die jeweils in einer Arbeitsperiode zusammengefaßte Zahl von Arbeitsspielen ist dabei ohne Bedeutung. Sie ist in Extremfall gleich Eins. Dabei folgt also jedem Arbeitsspiel eine Ausschaltperiode. Die Steuereinrichtungen sind in diesem Fall zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie eine Folge von mit fester Frequenz eingehender Steuerimpulse erzeugen, die die Arbeitsspiele in der Weise steuern, daß aufeinanderfolgende Impulse aufeinanderfolgende Vorgänge eines Arbeitsspiels auslösen. Nach Beendigung einer Arbeitsperiode wird jeweils eine größere oder kleinere Zahl von Impulsen unterdrückt. Stattdessen ist es auch möglich, daß die Steuereinrichtungen eine in ihrer Frequenz dem gewünschten Durchsatz proportionale Folge von Steuersignalen aussenden, von denen jedes eine Arbeitsperiode bzw. ein Arbeitsspiel konstanter Länge und konstanter Arbeitsfrequenz auslöst. Während es also normalerweise für vorteilhafter gilt, bei gleicher Dauer der Arbeitsperioden die Dauer der Unterbrechungen zu variieren, besteht daneben aber auch die Möglichkeit, die Dauer der Arbeitsperioden zu variieren, wobei die Dauer der Unterbrechungen konstant ist oder gleichfalls in entsprechendem Sinne variiert werden kann. Dabei ist zur Vermeidung störender Stöße und Vibrationen die Dauer

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jeder Bin- und Ausschaltperiode im Vergleich mit der normalen Betriebsdauer möglichst klein. Die Antriebsfrequenz soll hingegen groß im Vergleich mit der Ein- und Ausschaltfrequenz sein, damit etwaige Abweichungen der Meßcharakteristik in den ersten Arbeitsspielen jeder Arbeitsperiode sich möglichst wenig auswirken. Aus demselben Grund soll auch die Antriebsfrequenz wesentlich unter der kritischen Frequenz liegen, d.h. so weit,daß sich der im konstanten Betrieb einstellende Schwingungszustand möglichst wenig von den Bedingungen in den ersten Arbeitsspielen jeder Arbeitsperiode unterscheidet.

Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Prinzip einer ventilgesteuerten Membranpumpe aufgebaut. Die erwünschten hohen Arbeitsfrequenzen lassen sich damit auf besonders einfache Weise und mit geringen schwingenden Massen ausführen.

Dabei wird zweckmäßigerweise eine Bauart gewählt, bei der die Membran mit dem Antrieb verbunden ist. Die Ventile können als Rückschlagventile ausgeführt sein. Vorteilhafter ist es aber, wenn auch die Ventile oder wenigstens ein Ventil syehron mit der Membran zwangsgesteuert sind.

Stattdessen kann bei Zwangssteuerung der Ventile oder wenigstens eines Ventils auf den unmittelbaren Antrieb

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der Membran verzichtet werden. Xn einem solchen Fall wählt man zweckmäßigerweise eine so kräftige Druckdifferenz des zu messenden Mediums am Meßgerät, daß eine stets gleiche, bestimmte Auslenkung der Membran in jedem Arbeitsspiel gewährleistet ist. Im Prinzip ist es dabei gleichgültig, ob dabei nur ein Arbeitsraum auf einer Seite der Auf der anderen Seite federbeaufschlagten Membran verwendet wird oder ob beiderseits der Membran abwechselnd funktionierende Arbeitsräume vorgesehen sind, die in der zwangsgesteuerten Antriebsfrequenz beaufschlagt werden.

oder Die Arbeitsfrequenz kann mechanisch/meist besser elektronisch gesteuert werden. Das gleiche gilt für die Häufigkeit und die Länge der Ausschaltperioden.

In jedem Fall kann die Messung durch Zählung der Arbeitstakte erfolgen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein für

die Zwecke der Erfindung geeignetes Meßgerät,

Fig. 2 ein die Arbeitsfolge veranscnlichendes Diagramm und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung für Zapfsäulen.

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Pig« 1 zeigt ein volumetrisch.es Meßgerät in der Art einer Membranpumpe mit einem Gehäuseoberteil ΐ, einem Gehäuseunterteil 2, einer dazwischen eingespannten Membrane 3ι die in der Mitte mit einem Teller k verbunden ist, der mit einer Betätigungsstange 5 fest verbunden ist. Xm Gehäuseunterteil sind ein Eintritt skanal 6 und ein Austrittskanal 7 dargestellt, die mit nicht dargestellten Zuführungs- bzw. Abführungsleitungen in Verbindung stehen und je ein Steuerventil 8 bzw. 9 zur Verbindung mit dem unterhalb der Membran 3 gelegenen Arbeitsraum 10 aufweisen. Die Anordnung ist insoweit bekannt. Auch die Antriebseinrichtungen für die Membran und für die Ventile können herkömmlicher Art sein. Besonders vorteilhaft ist es Jedoch, für den Antrieb Hubmagneten 37» 38, 39 zu verwenden, die doppeltwirkend sein oder gegen eine Feder arbeiten können. Sie haben den Vorteil leichter elektronischer Steuerbarkeit.

Das Diagramm der Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpe gemäß Fig. 1 ,und zwar handelt es sich dabei um ein Verfahren, bei dem jeweils einer gleichen Zahl von Arbeitsspielen eine

von
Unterbrechung/variabler Dauer folgt, wobei in diesem Beispiel die Zahl der aufeinander folgenden Arbeitsspiele Eins ist. Der Ablauf des Arbeitsspiels wird durch eine Anzahl mit gleichem Abstand voneinander

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eingehender Impulse bestimmt, die jeweils aufeinanderfolgende Vorgänge des Arbeitsspiels auslösen. Diese Impulse sind bei 11 bis 15 auf der Zeitachse markiert. Die darüber aufgetragenen Kurven stellen bei 16 den Weg des Einlassventils, bei 17 den Weg des Auslassventils und bei 18 den Weg der Membrane dar. Bei Beginn des Arbeitsspiels löst der Impuls 11 das Öffnen des Einlassventils aus. Der zweite Impuls 12 löst die Ansaugbewegung der Membrane aus, d.h. sie bewegt sich aus ihrer unteren Ruhestellung in die obere (Fig. 1). Impuls 13 veranlasst das Schließen des Einlassventils. Impuls ik löst das Öffnen des Auslassventils und die AusSchubbewegung der Membrane aus. Bei Impuls 15 wird das Auslaesven- ' til geschlossen. Damit ist das Arbeltsspiel beendet. Es folgt bie zum nächsten Arbeitsspiel eine Unterbrechung 19» deren Länge in Abhängigkeit von der gewünschten Durchsatzmenge variabel ist. Wenn für die Erzeugung der Impulse ein ständig gleichbleibend laufender Taktgeber vorgesehen 1st, wird der Zwischenraum in der Weise erzeugt, daß eine best 1mm te Zahl dieser Impulse ausgelassen wird. Auf diese Weise ist zwar nur eine stufige Regelung der Durch-βatzmenge möglich, die Größe dieser Stufen kann jedoch beliebig klein gemacht werden, wenn die mit 11 bis 15 bezeichneten Impulse nicht unmittelbar auf-

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einanderfolgende Impulse sind sondern von einer Folge wesentlich, schneller eingehender Impulse ausgewählt sind. So können beispielsweise die Impulse 11 bis 15 jeweils die 10., 20., 30. etc. Impulse einer Impulsfolge sein, die «ehnmal schneller ist als es in dem Diagramm der Fig. 2 zum Ausdruck kommt. Ist nun die Einrichtung zur Bestimmung des Zwischenraums so eingerichtet, daß eine beliebige Zahl dieser dchnellen Impulse ausgelassen werden kann, so ist eine sehr feine Regelung möglich.

Bs ist offensichtlich, daß dieses Prinzip auch mit einer größeren Zahl von Arbeitsspielen je Arbeitsperiode möglich ist, wobei zwischen jeweils zwei Arbeitsperioden ein regelbarer Zwischenraum liegt.

Ferner dürfte offensichtlich sein, daß eine entsprechende Regelung auch in der Weise möglich ist, daß statt des arbeitsfreien Zwischenraums oder zusätzlich zu diesem die Länge der Arbeitsperiode, d.h. die Zahl unmittelbar aufeinanderfolgender Arbeitsspiele verstellbar ist.

Die Frequenzen werden zweckmäßigerweise so hoch gewählt, daß sich die Unkontinuierlichkeit der Förderung im Rahmen der gegebenen Verhältnisse nicht nachteilig auswirkt. Gegebenenfalls müssen dem Schwingungstechniker bekannte Einrichtungen zur Vergleichmässigung de« Förderstroms und zur

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Vermeidung unangenehmer Schwingungen vorgesehen werden.

Im Beispiel der Treibstoffmessung an Tanksäulen, bei denen die Fördermenge zwischen etwa 2 und 60 Litern pro Minute regelbar sein muß, ka&n man Meßgeräte mit einem Kammervolumen von einigen Kubikzentimetern,

beispielsweise von 2 bis 50 cm wählen* Bin» bevorzugte Größenordnung liegt zwischen etwa 10 und 30,

insbesondere bei 20 cm . Man kann auch mehrere Kammern einander parallel schalten. Durch Zu- bzw. Abschalten einzelner Kammern hat man dann eine weitere Regelmöglichkeit. Aus der Kammergröße und aus der Zahl der parallelgeschalteten Kammern sowie der geforderten Durchsatzmenge ergibt sich die Impulsfrequenz ·

Anhand der Fig· 3 wird eine Meßeinrichtung für eine Zapfsäule beschrieben· Ein mechanischer oder elektronischer Impulsgeber 25 erzeugt eine konstante Folge von Steuerimpulsen, Der nach den jeweiligen Erfordernissen einstellbare Durchflussgeber 26 bestimmt in Block 27 d£e Zahl der jeweils zwischen zwei Arbeitsperioden zu unterdrückenden Impulse· Die verbleibenden Steuerimpulse können unmittelbar auf eine Meßeinrichtung gegeben werden, wenn lediglich der Durchfluß eines Mediums bestimmt werden soll. In dem dargestellten Beispiel ist jedoch

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vorausgesetzt) daß zwei Medien im bestimmten Verhältnis zueinander bemessen werden sollen, beispielsweise zwei Kraftstoffqualitäten» Xn diesem

Fall wird in dem Schaltungselement 28 das Mischungsein

verhältnis bargesteilt. Die Zahl der wirksamen Impulse wird entsprechend diesem Mischungsverhältnis aufgeteilt auf die Meßeinrichtungen 29 und 30. Gegebenenfalls könnten die Impulse vorher in den Schaltungen 31 bzw. 32 verstärkt und auch hinsichtlich der unterschiedlichen Funktionen» die sie innerhalb eines Arbeitsspiels zu veranlassen haben, gesondert werden»

Die Zahl der Arbeitsspiele bzw* der wirksamen Steuerimpulse wird über Zähler 33 bzw. Jh in Form von Zählimpulsen in einen Rechner 35 mit Volumen- und Preisanzeige der EinzelVolumina und ihrer Summe gegeben«

Im Zusammenhang mit der elektronischen Steuerung der Meßeinrichtung ist der in Fig. 1 angedeutete Antrieb der Membran und der Ventile mittels Hubmagneten 37» 3$ ναιύ. 39 besonders vorteilhaft, wenn auch. nicht unbedingt erforderlich·

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Claims

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Patentansprüche

)/Verfahren zum Regeln der Durchsatzmenge eines volumetrisehen Meßgeräts für Flüssigkeiten oder Gase, dessen Verdränger sich mit konstanter Amplitude und BdLt einer der jeweiligen Durchsatzmenge entsprechenden Zahl von Arbeitsspielen je Zeiteinheit bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß es mit konstanter Frequenz angetrieben ist und s«m Antrieb periodisch ein- und ausgeschaltet wird·
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer gleichen Zahl von Arbeitsspielen eine Unterbrechung von variabler Dauer folgt.
3) Verfahren nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß je einem Arbeitsspiel eine Unterbrechung folgt.
k) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsspiel durch eine Folge mit fester Frequenz eingehender Steuerimpulse gesteuert ist und die Unterbrechungen durch Unterdrückung einer einstellbaren Zahl dieser Impulse hervorgerufen sind.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer jeder Bin- und Aussohaltperiode klein ist im Vergleich mit normalen, Betriebsdauer·

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6) Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß das volumetrische Meßgerät nach dem Prinzip einer Membranpumpe aufgebaut ist.
7) Vorrichtung nach Anspruch 6, d durch gekennzeichnet,

ει

daß die Membran (3) mit dem Antrieb (37) verbunden ist.
8) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß auch wenigstens eins der Ventile (8, 9) gesteuert ist·
9) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Ventile oder ein Ventil gesteuert sind.
10) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9t gekennzeichnet durch elektronische Steuerung der Arbeitsfrequenz und der Ausschaltperioden.

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