DE2166959B2

DE2166959B2 - Flowmeter correction circuit for fluid esp. gas measurements - has output pulses fed to frequency divider and counter and to set input of bistable flip flop

Info

Publication number: DE2166959B2
Application number: DE19712166959
Authority: DE
Inventors: Copland George V; Zimmermann Carl W
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1971-10-29
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2166959A1

Abstract

The flowmeter correction circuit for measurements on fluids provides automatic compensation for variables such as temp. and pressure so that a true volumetric reading is obtained. Output pulses from the pipeline flowmeter are fed to a frequency divider and counter and to the set input of a bistable flip-flop. At each input pulse, the bistable provides a pulse to open gates connected on the outputs of a temp. sensor, pressure transducer and fixed frequency oscillator. The bistable is reset by the gated and divided output of the temp. sensor. The gated and divided outputs of the pressure sensor and fixed oscillator are passed to a subtraction circuit whose output drives a counter which displays the corrected fluid vol. measurement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der hinsichtlich einer veränderlichen Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge eines in einer Rohrleitung Strömenden Mediums, mit einem Strömungsmesser, der tür 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, einer Torschaltung für den Durchlaß der Impulse des Meßfühlers, die von jedem Impuls der ersten Impulsfolge für eine definierte Zeit geöffnet wird und mit einem Zähler zum Zählen der am Ausgang der Torschaltung anstehenden Impulse.The invention relates to a device for measuring the variable with regard to a variable state corrected flow rate of a medium flowing in a pipeline, with a flow meter, the for generating a first pulse sequence with a pulse rate proportional to the flow of the medium is arranged, a sensor adapted to generate a second pulse train having one of said The state variable-dependent pulse rate is set up, which is large compared to the pulse rate of the first pulse train, a gate circuit for the passage of the impulses of the sensor which are generated by each impulse of the first impulse train is opened for a defined time and with a counter for counting the output of the gate circuit upcoming impulses.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt durch die DT-OS 06 116. Die Häufigkeit, mit welcher die Torschaltung geöffnet wird, ist proportional der von dem Strömungsmesser gemessenen Volumenströmung. Diese Volumenströmung wird hinsichtlich einer Zustandsgröße des Mediums, z. B. des Druckes, korrigiert, indem durch die Torschaltung jedesmal ein Impulszug von dem Meßfüh- m> ler durchgelassen wird, so daß die resultierende Impulsrate, die in einem Zähler aufsummiert wird, proportional der Volumenströmung und proportional der Meßfühler-Impulsrate, also eine Funktion der Zustandsgröße ist. ^(λ^Such a device is known from DT-OS 06 116. The frequency with which the gate circuit is opened is proportional to the volume flow measured by the flow meter. This volume flow is determined in terms of a state variable of the medium, e.g. B. the pressure, corrected by each time a pulse train from the measuring sensor is allowed through the gate circuit, so that the resulting pulse rate, which is summed up in a counter, proportional to the volume flow and proportional to the sensor pulse rate, so a function is the state variable. ^(λ ^

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 ko'.rigiert ist. Die gewünschte Proportionalität zwischen Druck und Os/.illarfrequenz ist jedoch nicht ohne weiteres herstellbar.The pulse rate or pulse frequency of the oscillator often does not depend in such a way on the said State variable from the fact that the output pulse rate is proportional to that with regard to this state variable corrected flow rate is. For example, if the flowing medium is a gas, then it would be desirable to be proportional to the frequency of the oscillator to make the pressure of the gas, so that the flow rate is corrected with respect to the pressure. However, the desired proportionality between pressure and os / .illary frequency is not straightforward manufacturable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art so ausz'ibilden, daß eine unmittelbare Anzeige der hinsichtlich der Zuslandsgröße korrigierten Durchflußmenge auch bei einem Nullversatz der Frequenz-Ansprechcharateristik des Meßfühlers erfolgt.The invention is based on the object of developing a device of the type defined at the outset in such a way that that an immediate display of the flow rate corrected with regard to the overseas size also with a zero offset of the frequency response characteristic of the sensor takes place.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadu. ch gelöst, daß zum Ausgleich eines Nullversatzes der Frequenz-Ansprechchrakleristik des Meßfühlers ein Oszillator zur Erzeugung einer dritten Impulsfolge und ein Substrahierer vorgesehen sind, dessen einer Eingang von Impulsen der /weiten und dessen anderer Eingang von Impulsen der dritten Impulsfolge beaufschlagt ist.According to the invention, this task is achieved. I solved, that to compensate for a zero offset of the frequency response chrakleristik of the sensor, an oscillator for generating a third pulse train and a subtracter are provided, one input of pulses of the / wide and the other input of pulses the third pulse train is applied.

Es kann durch die erfindungsgemäße Schaltung die Charakteristik der gezählten Ausgangsimpulsrate in ihrer Abhängigkeit von der besagten ZustandsgröSe so verschoben werden, daß die gezählten Impulse der hinsichtlich der Zustandsgröße korrigierten Durchflußmenge unmittelbar entsprechen.The circuit according to the invention enables the characteristics of the counted output pulse rate in their dependence on the said state variable are shifted so that the counted pulses of the correspond directly to the corrected flow rate with regard to the state variable.

Es ist vorteilhaft, wenn die Torschaltung ein erstes und ein zweites Tor enthält, deren Ausgänge mit dem einen bzw. dem anderen Eingang des Substrahierers — ggf. über Frequenzteiler — verbunden sind und daß der Meßfühler an dem ersten und der Oszillator an dem zweiten Tor liegt.It is advantageous if the gate circuit is a first and a second gate, the outputs of which with one or the other input of the subtractor - possibly via frequency divider - are connected and that the sensor on the first and the oscillator on the second gate lies.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutertThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings explained

Fig. 1 zeij.t die gewünschte Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz bzw. Impulsrate /'von dem Druck ρ eines in der Rohrleitung strömenden Gases,Fig. 1 shows the desired dependence of the output frequency or pulse rate / 'on the pressure ρ of a gas flowing in the pipeline,

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

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung.F i g. 3 shows a block diagram of a device.

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 Koordinantenursprung laufen und keine Nullversetzung aufweisen. Wenn der Meßfühler 30 jedoch keine solche Kennlinie liefert, dann kann gemäß Fig.2 die gewünschte Kennlinie dadurch erreicht werden, daß ein Oszillator 31 vorgesehen ist, dessen Frequenz gleich der dem Druck p=0 entsprechenden Frequenz der Meßfühlers 30 ist. Die beiden Impulsfolgen können auf einen Subtrahierer 33 (F i g. 2) gegeben werden, der beispielsveise 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 an den Eingängen.Assuming that the flowing medium is a gas which corrects for its pressure then the counted output frequency or pulse rate should be proportional to the pressure ρ of the gas be, so follow the characteristics shown in Fig. 1, so run through the coordinate origin and have no zero offset. If, however, the sensor 30 does not provide such a characteristic, then according to Figure 2, the desired characteristic can be achieved in that an oscillator 31 is provided, the frequency of which is equal to the frequency of the sensor 30 corresponding to the pressure p = 0. The two Pulse trains can be applied to a subtracter 33 (FIG. 2) which, for example, has a forward and a can be a down-counting counter or a circuit in which a pulse is sent to a Input blocks the next pulse at the other input. The pulse rate at the output of a such a circuit or the pulse rate counted in an up and down counter the difference in the pulse rates of the signals at the inputs.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 wird von einer bekannten Vorrichtung ausgegangen, bei der nach zwei Zustandsgrößen korrigiert wird und die ÖffnungsdauerIn the embodiment according to FIG. 3 is based on a known device in which after two State variables is corrected and the opening period

der eingangs genannten Torschaltung zur Korrektur nach der zweiten Zustandsgröße von dieser zweiten Größe abhängt. In einer Rohrleitung 12 ist ein Meßfühler IO vorgesehen, der auf die zweite Meßgröße, beispielsweise die Temperatur eines durch die Leitung 12 strömenden Gases anspricht. Ein Strömungsmesser 16 liefert eine erste Impulsfolge mit einer der Strömung des stromenden Mediums proportionalen, relativ geringen Impulsraie in einem Punkt A. Die Ausgangsimpulse des Strömungsmessers können einen Impulsformer 18 sowie eine Schaltung 36 zur Reibungskompensation geleitet werden und erscheinen in einem Punkt B. Die im Punkt Perscheinenden Impulse werden einmal über einen zur Eichung dienenden Frequenzteiler 24 auf einen Zähler 26 gegeben, der die unkorrigicrte Durchflußmenge anzeigt.the gate circuit mentioned at the beginning for the correction according to the second state variable depends on this second variable. A measuring sensor IO is provided in a pipeline 12, which sensor responds to the second measured variable, for example the temperature of a gas flowing through the line 12. A flow meter 16 supplies a first pulse train with a relatively low pulse range proportional to the flow of the flowing medium at a point A. The output pulses of the flow meter can be passed to a pulse shaper 18 and a circuit 36 for friction compensation and appear at a point B. Pending pulses are given once via a frequency divider 24 used for calibration to a counter 26 which shows the uncorrected flow rate.

Der Punkt S ist außerdem mit dem Setzeingang einer bistabilen Kippschaltung 20 verbunden. Die bistabile Kippschaltung 20 wird somit von jedem Impuls vom Strömungsmesser 16 gesetzt. Im gesetzten Zustand öffnet die bistabile Kippschaltung 20 drei Tore 14, 28 und 50.The point S is also connected to the set input of a bistable multivibrator 20. The bistable Toggle switch 20 is thus set by each pulse from flow meter 16. In the set state the bistable flip-flop 20 opens three gates 14, 28 and 50.

Der Meßfühler 10 liefert im Punkt Ceinc 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 L der bistabilen Kippschaltung 20 verbunden. Wenn also die bistabile Kippschaltung 20 durch einen Impuls vom Strömungsmesser 16 gesetzt wird, wird das Tor 14 aufgesteuert, und es werden Impulse von dem Meßfühler 10 auf den Frequenzteiler 22 gegeben. Nach einer durch den Aufbau des Frequenzteilers 22 bestimmten, definierten Anzahl von Impulsen erscheint ein Impuls am Rücksetzeingang £ der bistabilen Kippschaltung 20. wodurch die bistabile Kippschaltung 20 wieder zurückgesetzt und das Tor 14 gesperrt wird. Die Öffnungsdauer des Tores 14 und damit der Tore 28 und 50 ist somit umgekehrt proportional der Ausgangsfrequenz des Meßfühlers 10.The sensor 10 delivers a pulse train at point Ceinc with a pulse rate proportional to the temperature of the flowing medium. This pulse sequence is at the input of the gate 14. The output D of the gate 14 is connected to the reset input L of the bistable multivibrator 20 via a frequency divider 22. If the bistable multivibrator 20 is set by a pulse from the flow meter 16, the gate 14 is opened, and pulses from the sensor 10 are sent to the frequency divider 22. After a defined number of pulses determined by the structure of the frequency divider 22, a pulse appears at the reset input £ of the flip-flop 20, whereby the flip-flop 20 is reset and the gate 14 is blocked. The opening time of the gate 14 and thus the gates 28 and 50 is thus inversely proportional to the output frequency of the sensor 10.

Während der Öffnungsdauer des Tores 28 wird von dem Meßfühler 30 dessen Kennlinie korrigiert werden soll eine zweite Impulsfolge im Punkt C, 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 40 gegeben, dessen Ausgangsimpulse an einem Eingang eines Substranierers 42 anliegen. An diesem Eingang erscheinen somit Impulszüge mit einer vom Druck des Gases abhängigen Frequenz, von einer Länge, die entsprechend der Offnungsdauer der Tore 14, 28, 50 umgekehrt proportional der Temperatur ist und deren Häufigkeit proportional der vom Strömungsmesser 16 gemessenen Volumenströmung des Mediums ist.During the opening period of the gate 28 is of the sensor 30 whose characteristic is to be corrected a second pulse train at point C, whose Pulse rate or frequency, for example, according to a linear function of the pressure in the line 12 flowing gas depends, given via the gate 28 to a frequency divider 40, whose output pulses an input of a substation 42 are present. Pulse trains with a appear at this input frequency dependent on the pressure of the gas, of a length corresponding to the duration of the opening of the gates 14, 28, 50 is inversely proportional to the temperature and its frequency is proportional to that of the flow meter 16 measured volume flow of the medium is.

Während der gleichen Zeit wird eine dritte Impulsfolge, mit einer festen Frequenz, die von dem Oszillator 31 erzeugt wird, über das Tor 50 und einen Frequenzteiler 52 auf den anderen Eingang des Subtrahierers 42 gegeben. Der Ausgang 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 Meßfühlers 30 (unter Berücksichtigung der Frequenzteilung in den Frequenzteilern 40 und 52) entspricht. Da beide Impulszüge auf den Subtrahierer 42 gegeben werden, deren Länge und Häufigkeit synchron durch die Tore 28 und 50 und damit durch den Meßfühler 10 und den Strömungsmesser 16 bestimmt ist, kann auf diese Weise die Korrektur der Durchflußmenge mit einer Zustands· größe, z. R. dem Druck, erfolgen, die direkt proportional in die Messung eingeht.During the same time, a third pulse train, at a fixed frequency generated by the oscillator 31 via the gate 50 and a frequency divider 52 given to the other input of the subtracter 42. The output of the subtracter 42 then delivers a pulse train whose pulse rate is equal to the difference is the pulse rate of the pulse trains given to the inputs. This output pulse train is shown in a counter 54 is counted. The frequency of the oscillator 31 can then, as described, be chosen so that it the zero offset of the characteristics of the sensor 30 (taking into account the frequency division in the Frequency dividers 40 and 52). Since both pulse trains are given to the subtracter 42, their length and frequency synchronously through the gates 28 and 50 and thus through the sensor 10 and the Flow meter 16 is determined, in this way the correction of the flow rate with a state size, e.g. Usually the pressure, which is directly proportional goes into the measurement.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Palent claims:

1. A device for measuring the flow rate of a medium flowing in a pipeline, corrected for a variable Zugstand size, with a flow meter which is set up to generate a first pulse sequence with a pulse rate proportional to the flow of the medium, a sensor which is used to generate a second Pulse train is set up with a pulse rate dependent on the \ i < said state variable, which is large compared to the pulse rate of the first pulse train. a gate circuit for the passage of the impulses of the sensor, which is opened by each pulse of the first pulse train for a defined time i>, and with a counter for counting the «pulses pending in the output of the gate circuit, characterized in that to compensate for a zero offset of the frequency -Access characteristics of the measuring sensor (30) an Oszilla- zo tor (31) for generating a third pulse train with an adjustable fixed frequency and the counter (54) 'orgeschalteter subtractor (33, 42) are provided, one input of which is from the pulses of the second and the other input of which is acted upon by the pulses of the third pulse train.

2 Device according to claim I. characterized in that the gate circuit has a first and a / v. eites gate (28 and 50), the outputs of which are connected to one or the other input of the subtracter (42) - possibly via frequency divider (40, 52) - and that the sensor (30) is connected to the first and the Oscillator (31) is on the two'en gate (28 and 50).

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