DE2142956B2

DE2142956B2 - Steuereinrichtung für eine Verdrängerpumpe oder Verdrängungsmisskammer

Info

Publication number: DE2142956B2
Application number: DE2142956A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz 2070 Ahrensburg Klockemann; Frank 2071 Hoisbuettel Wurzbacher
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1974-03-28
Also published as: US3819305A; FR2150831A1; JPS4832563A; DE2142956C3; DE2142956A1; FR2150831B1; GB1403081A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Verdrängerpumpe oder Verdrängungsmeßkammer zum Dosieren von Flüssigkeiten und Gasen mit veränderbarem Verhältnis zwischen Arbeits- und Stillstandsperioden.

Das Prinzip, die Durchsatzmenge einer Verdrängungspumpe für Dosierzwecke durch Verändern des Verhältnisses zwischen Arbeits- und Stillstandszeiten zu beeinflussen, ist in IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation IECI-17, 1970, S. 178, erwähnt. Hier dient es dazu, eine Zusatzflüssigkeit zu einem Primärflüssigkeitsstrom hinzuzudosieren, wobei die pumpenleistungssteuernden Impulse von einem den Primärflüssigkeitsstrom messenden Meßgerät mit zur Durchflußmenge proportionaler Frequenz erzeugt werden. Da dies bei einem sehr geringen Primärflüssigkeitsstrom zu entsprechend diskontinuierlichen, von langen Pausen unterbrochenen Dosierungsschüben der Zusatzflüssigkeit führt, wird beim Stand der Technik das Prinzip der Veränderung des Verhältnisses zwischen Arbeits- und Stillstandszeiten zugunsten der Veränderung des Arbeitshubes einer im übrigen kontinuierlich laufenden Verdrängungspumpe aufgegeben,

Demgegenüber liegt der Erfindung eine andere Aufgabe zugrunde. Sie geht davon aus, daß bei üblichen volumetrische!! Meßgeräten, insbesondere bei Kolbenpumpen, der Meßfehler der Durchsatzmenge nicht proportional ist. Infolge der Lässigkeitsverluste ist er im unteren Teil des Meßbereiches überproportional groß. Bei Verwendung einer Membranpumpe lassen sich zwar Lässigkeitsverluste vermeiden, jedoch können hier Meßfehler auftreten, wenn die Membran nicht mit konstanter Arbeitsgeschwindigkeit, sondern wie üblich, mit entsprechend im Durchsatz variabler Arbeitsfrequenz und damit mit veränderlkhem dynamischen Verhalten betrieben wird. Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugründe, eine Steuereinrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der der Meßfehler besonders klein und dem Durchsatz weitgehend proportional ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Impulsgeber mit konstanter Frequenz erzeugte Steuerimpulse an einer Membranpumpe oder Membranmeßkammer Arbeitshübc mit immer gleichem Arbeitstakt und gleichem Hubvolu-

men auslösen und daß durch einen Impulsunterdrükker periodisch nach jeweils einer ersten Anzahl von Steuerimpulsen eine zweite Anzahl von Steuerimpulsen unterdrückbar ist, wobei die erste und/oder zweite Anzahl willkürlich veränderbar ist.

Hierdurch wird beim Betrieb einer Membranpumpe, also unter Ausschließung von Lässigkeitsverlusten, erreicht, daß die Pumpe unabhängig von der Steuerung mit immer gleicher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Ventile und der Membran und mit immer gleichem Hub arbeitet. Der bei jedem einzelnen Verdrängungshub auftretende Meßfehler bleibt deshalb unabhängig von der Häufigkeit des Anspiechens immer der gleiche, und der gesamte Meßfehler ergibt sich gleich dem MeCvehler des Ein-

zelhubes multipliziert mit der Zahl der Hübe, d. h., er ist streng proportional dem Durchsatz. Vom Steuerungsprinzip her besteht der wesentliche Unterschied zu dem eingangs genannten Stand der Technik darin, daß bei diesem die Frequenz der Steuerimpulse geändert wird, während erfindungsgemäß bei gleicher Frequenz der Impulse nur der Anteil der für die Steuerung tatsächlich genutzten Impulse verändert wird. Für die von der Steuerung unabhängige Frcquenz der Steuerimpulse kann dabei ein der Arbeitscharakteristik der Membranpumpe oder -meßkammer angepaßter optimaler Wert gewählt werden.

Der zu dosierende Volumenstrom wird in konstante und mit immer gleicher Geschwindigkeit abgegebene Volumina aufgeteilt, die sehr einfach gezählt werden können.

Für die Steuerung mit Impulsen besonders vorteilhaft ist es, wenn die Membran mit einem durch die Steuerimpulse gesteuerten Hubmagneten verbunden ist. Es ist aber auch möglich, die Membran ohne eigenen Antrieb auszubilden, wobei der Antrieb durch die unter Fremddruck zugeführte Flüssigkeit erfolgt. In diesem Fall kann die Steuerung der Arbeitshübe durch Steuerung mindestens eines der der Membran vor- und nachgeschalteten Ventile erfolgen. Man wählt dabei zweckmäßigerweise eine so kräftige Druckdifferenz des Mediums, daß eine stets gleiche, bestimmte Auslenkung der Membran bei jedem Arbeitstakt gewährleistet ist. Es kann eine

Membranpumpe oder eine -meßktimmer mit nur einem Arbeitsraum mit federbeaufschlagter Membran "'-¹^'¹' ^{mit zwc}' ^wechselnd beaufschlagter. Arheitsrliuinen beiderseits der Membran verwendet

riäl.i einer bevorzugten Ausführungsfarm der ^₁₁₁₁₁JuHJ, sind aufeinanderfolgende Steuerimpulse der Steuerung der Ventile bzw. der Membran zuiK't. Die bei jedem Arbeitshub gleichbleibende ac und Geschwindigkeit der einzelnen Bewe- m ..Auiüänge der Ventile und der Membran läßt ' auf diese Weise besonders einfach und exakt

ein.

Dir crlindungsgemäße Steuereinrichtung läßt sich auch mil besonderem Vorteil zum Dosieren von zwei odei- '■·■■ 'hr zu mischenden Fördermedien ausnutzen. Eine lv\orzvüte Ausführungsform der Steuereinrich_tun„ ,ni Steuern von zwei Verdrängerpumpen oder Verdi^'eungsmeßkammer zum Dosieren von zwei plus-' ';eiten oder Gasen in einstellbarem Verhältnis au jst üa'kuch gekennzeichnet, daß dem Impulsuntcrdrüc¹ ■" ein die ankommenden Impulse in cinste'lban-m ""verhältnis auf zwei Aus«än»e ve-teilendes Scha'vlcment nachgeschaltet ist. ^ ^

Di- Frfindune wird im fönenden unter Bezu«- _n,_hn,- auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin

Fi:;. 1 einen Längsschnitt durch ein für die 7we ■!■· der Erfindung geeignetes Meßgerät,

F.'.. ^ ein die Arbeitsfolge veranschaulichendes ηί'ΠΓηΊπ und

Vi » λ ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtunu für / infsHulen "

fT-' I¹ZCiKt ein volumetrisches Meßgerät in der Art einer Membranpumpe mit einem Gehäuseober-ί i einem Gehäuseunterteil 2. einer dazwischen c ucsnannten Membran 3, die in der Mitte mit eiüem Teller 4 verbunden ist, der mit einer Betätiounnsstange 5 fest verbunden ist. Tm Gehäuseunterteil "sind ein Eintrittskanal 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 doppeltwirSs in oder gege,, eine Feder arbeiten können.

Sie haben den Vorteil leichter elektronischer Steuersie nuDcn u

D-ί¹'Diagramm der F ig. 2 veranschaulicht ein Ve?fahren zt?S"uerung einl Pumpe gemäß F i g. 1, und zwar handelt es sich dabei um ein Verfahren, bei 5 zweite Impuls 12 lost die Ansaugbewegung der Membrane aus, d. Ii. sie bewegt sich aus ihrer unteren Ruhestellung in die obere (Fig. I)· Impuls veranlaßt das Schließen des Einlaßventi s. Impuls <* löst das öffnen des Aulaßventils und die Ausschubbewegung der Membrane aus. Bei Impuls '^{3 N}\" das Außlaßventil geschlossen. Damit ist Jas Arbeitsspiel beendet. Es folgt bis zum nächsten Arbeitsspiel eine Unterbrechung 19, deren Länge in Abhängigkeit von der gewünschten Durchsatzmenge variabel ist. Wenn für die Erzeugung der Impulse ein stanaig deichbleibend laufender Taktgeber vorgesehen ist, wird der Zwischenraum in der Weise erzeugt, daß eine bestimmte Zahl dieser Tmpulse ausgc.assen wird. Auf diese Weise ist zwar nur eine stutige Kegelune der Durchsatzmenge möglich, die Grolie dieser Stufen kann jedoch beliebig klein gemacht weraen wenn die mit Il bis 15 bezeichneten Impulse nicni unmittelbar aufeinanderfolgende impulse sind, son dem \on einer Folge wesentlich schneller eingehender Impuise ausgewählt sind. So konner' beispleisweise die Impulse 11 bis 15 jew-.is die 10., -U., . usw. Impulse einer Impulsfolge sen, die zennmai

schneller ist. als es in dem Diagramm der F . g zum Ausdruck kommt. Ist nun die Einrichtung zur dc Stimmung des Zwischenraums 19 so eingerichtet flau eine beliebige Zahl dieser schnellen Impulse ausgelassen werden kann, so ist eine sehr feine Regelung

möglich. . , .

Es ist offensichtlich, daß dieses Prinzip auch mit einer größeren Zahl von Arbeitsspielen je Aroeitsperiode möglich ist, wobei zwischen jeweils zwei αγ-beitsperioden ein regelbarer Zwischenraum hegt.

Ferner dürfte offensichtlich sein, daß eine entsprechende Regelung auch in der Weise möglich ,st daß statt des arbeitsfreien Zwischenraums oder zusatz lieh zu diesem die Länge der Arbeitspenode d, h. die Zahl unmittelbar aufeinanderfolgender Arbeitsspiele,

verstellbar ist. w;rwrw_Pk_P so

Die Frequenzen werden ^^e(*maß.gerwe,se so

hoch gewählt, daß sich die "^"'"Α^^

Förderung im Rahmen der geg ^

nicht nachteilig auswirkt, gegebenenfalls

eiern Schwingungstechniker bekenn e^n^

zur Vcrgle.chmaß.gung des Fo£crs:roms und zu Vermeidung unangenehmer Schwingungen vorlese

hen werden. TnnWsnulen

Im Beispiel der Ireibstoffmessung an Tanksaulen

bei denen die Fördermenge zwischen etwa12 undI Litern pro Minute rege^r sem ™^ß, * ™ ™" Meßgeräte mit einem Kammervulumen von tinigen Kubikzentimetern, beispielsweise von 2 bis 50 cm wählen. Eine bevorzugte Größenordnung; liegt zw,-sehen etwa 10 und 30, ^^^^S kann auch mehrerei

de^SiSS^ S;X ^SaSr

auf eine Meßeinrichtung gegeben werden, wenn lediglich der Durchfluß eines Mediums bestimmt werden soll. In dem dargestellten Beispiel ist jedoch vorausgesetzt, daß zwei Medien im bestimmten Verhältnis zueinander bemessen werden sollen, beispiels weise zwei Kraftstoffqualitäten. In diesem Fall wird in dem Schaltungselement 28 das Mischungsverhältnis eingestellt. 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. 34 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, 38 und 39 besonders vorteilhaft, wenn auch nicht unbedingt erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für eine Verdrängerpumpe oder Verdrängungskammer zum Dosieren von Flüssigkeiten und Gasen mit veränderbarem Verhältnis zwischen Arbeits- und Stillstandsperioden, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Impulsgeber (25) mit konstanter Frequenz erzeugte Steuerimpulse (Il bis 15) an einer Membranpumpe (29 oder 30) oder Membranmeßkammer Arbeitshübe mit immer gleichem Arbeitstakt und gleichem Hubvolumen auslösen und daß durch einen Impulsunterdrücker (27) periodisch nach jeweils einer ersten Anzahl von Steuerimpulsen eine zweite Anzahl von Steuerimpulsen unterdrückbar ist, wobei die erste und/ oder zweite Anzahl willkürlich veränderbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, cL_3 die Membran (3) mit einem durch die Steuerimpulse gesteuerten Hubmagneten (37) verbunden ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Ventile (8, 9) durch die Steuerimpulse gesteuert ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Steuerimpulse (11 bis 15) der Steuerung der Ventile (Impulse 11, 13, !4, 15) bzw. der Membran (Impulse 12,13) zugeordnet sind.

5. Steuereinrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3 zum Steuern von zwei Verdrängerpumpen oder Verdrängung:,."neßkammern zum Dosieren von zwei Flüssigkeiten oder Gasen in einstellbarem Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulsunterdrücker (27) ein die ankommenden Impulse in einstellbarem Verhältnis auf zwei Ausgänge verteilendes Schaltelement (28) nachgeschaltet ist.