DE2202033A1

DE2202033A1 - Verfahren zum Messen von Durchflussmengen in Rohrleitungen

Info

Publication number: DE2202033A1
Application number: DE19722202033
Authority: DE
Inventors: Copland George V; Zimmermann Carl W
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-17
Publication date: 1972-07-27
Also published as: US3699320A; GB1370742A; GB1348444A; NL7200689A; DE2202033B2; CA999678A; GB1370741A

Description

Hannover, den l4. Januar 1972

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Betr.: H 38O/g - Anmelder: HALLIüüRTON Company

Drawer 1431

Duncan, Oklahoma 73533 U. S. A.

¹¹ Verfahren zum Messen von Durchflußmengen in Rohrleitungen ·'

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Durchflusses eines in Rohrleitungen strömenden Mediums, dessen Durchflußmenge und physikalische Zustände veränderlich sind, mittels der Durchflußströmung proportionaler Impulse, die in einer Torschaltung zum Steuern der von dem Zustand des Durchflußmediums abhängigen Impulsfolgen verwendet und geeigneten Frequenzteilern und Zählvorrichtungen zugeführt werden. Die Anzahl der gespeicherten Impulse jeder Impulsfolge kann in Abhängigkeit von der Frequenzempfindlichkeitskurve eines Meßumformers variiert werden, der den Zustand des Mediums abtastet und dessen Frequenzempfindlichkeitskurve bei einer Zustandsänderung in gewünschter Weise zunehmen oder abnehmen kann.

Die Frequenzempfindlichkeitskurve des Meßumformers kann sich auch umgekehrt proportional zu dem zu kompensierenden Zustand ändern. In solchem Falle wird die Schaltung so ab-

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geändert, daß die vom Durchflußmesserimpuls eingeleitete Tordurchschaltzeitspanne eine Dauer hat, die durch die Summierung einer vorbestimmten Anzahl von Ausgangsimpulsen des zustandsempfindlichen Meßumformers bestimmt wird. Die eigentlichen, dem Akkumulatorregister zugeführten Impulse der einzelnen Impulsfolgen während dieser Zeitspanne können durch einen getrennten Oszillator mit einer Frequenz erzeugt werden, die so hoch ist, daß sich das gewünschte Auflösungsvermögen ergibt. Hierbei kann eine reziproke Funktion für die Erzeugung des inkrementeIlen, mathematischen Multiplikationsproduktes verwendet werden. Überdies kann durch Änderung der getrennten Oszillator-Frequenz in Abhängigkeit von einem weiteren Zustand des Mediums eine weitere Kompensierung der Durchflußströmung erreicht werden.

Durch Änderung der Frequenz des getrennten Oszillators in Abhängigkeit von einem zweiten Zustand des Durchflußmediums können die Wirkungen dieser zweiten Zustandsänderung in einem System eliminiert werden, in welchem der zustandsabhängige Meßumformer von zwei Zuständen abhängig ist. Dieses letztere Merkmal ist besonders wichtig beim Abmessen von raffiniertem Rohöl in einer Verkaufsrohrleitung, wenn der Ölgehalt der Emulsion sehr hoch ist, da die Dielektrizitätskonstante der Öl/Wasseremulsion auch eine Funktion der Öltemper a tür ist. Schwierigkeiten treten jedoch auf, wenn

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das Medium eine in kleinen Mengen unterbrochene Strömung durchführt und hierbei die bei Zeitteiler-Reinölanalysatoren für mietweise Aufstellung typischen Temperaturschwankungen auftreten.

Hierbei ist es für das genaue Messen des Rohöls notwendig, daß die bei verschiedenen Temperatürzuständen gemessenen Ölmengen auf eine Standardtemperatür kompensiert werden von normalerweise 15 C (60 F). Pur solchen Zweck sind Umrechnungstabellen veröffentlicht worden. Diese Umrechnungsfaktoren sind im liereich der bei Rohölförderung üblichen Gewichte und Temperaturen im wesentlichen lineare Punktionen der Temperatur.

Es ist bekannt, Durchflußmesser mit einer mechanischen Temperaturkompensationseinrichtung auszurüsten, die im allgemeinen nur langsam auf Temperaturänderungen anspricht und daher für die Messung von unterbrochenen und kleinen Durchflußmengen ungeeignet sind, wie sie typisch sind für die Zeitteiler von Reinölanalysatoren bei der Erschließung von Erdölquellen. Venn mehrere Öl/Wasserabscheider Flüssigkeit fortlaufend durch denselben Reinölanalysator abführen, werden die Impulse der volumenabhängigen Ausgangssignale abgeleitet von den entsprechenden Zählwerken. Das bei jedem

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Ausfluß des Abscheiders abgeführte FlüssigkeitsvoJumen beträgt etwa 3^0 Liter in einer riinute. Aufeinanderfolgende Abflüsse aus verschiedenen Abscheidern zu dem gleichen Reinölanalysator können Temperaturunterschied«· von etwa 17 C haben, wenn es sich tim eine Förderung aus verschiedenen produzierenden Horizonten handelt. Außerdem kann bei einem Abscheider, dem Föi «iennedium aus einem wenig produzierenden Uohrloch iugeführt wird, das Medium abgekühlt werden, während es zur Betätigung der Abwurfsteuerung angesammelt wird, so dai3 in der Volumenmessung Abweichungen in der Croßei Ordnung von mehreren Prozent des Reinölvolumens eintreten können. Ein längere Zeit konstantes Kompensationssystem kann den Temperaturschwankungen des unlerbroclienen Durchflusses nicht folgen, so daß weniger genaue Ergebnisse als ohne Kompensation erhalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine rasch ansprechende, digitale, selbsttätige Kompensation von Temperatursrhwankungen bei «!er Volumenmessung der in Rohrleitungen strömenden Medien zu ermöglichen. Die Erfindung bezweckt ferner die Ausbildung eines temperatiirabliängi gen Meßumformer-s von liohei Empfindlichkeit fur eine lineare Anzeige der Strömungsmenge eines Änderungen des physikalischen /us Landes unterworfenen Mediums.

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Gemäß der· Erfindung wird bo Lm kessem des Durch fliissos dos durch tiine Rohrleitung κ triimetidou Mediums, lessen Durclii" Lußmenge und physikalische Zustände ve rände rL Lch s ι lid mi L te La der· Durchflußmenge ptoportLonaLer LmpuLse, die! In ο Liio r Torschul tun_t; /.um Steuern der dem Zustand des Mediums proportionalen ImpuLsfoIgen verwendet und Frequenzteilern sowie Zählvorrichtunken zugeführt worden, in der Weise verfahren, daß zunächst ein erstes DlgltalsIgnal mit einem von der Strömung abhang igen Impu 1 siiJmr tragungsverhältnis, aiiseliL lußend ein zweites DigL tals igiial mit einem von dem physikalischen /,ustand des Mediums abhängigen Impulsübertragungsverhältnis, dann ein drittes Digitalsignal in L t einem vorbestimmten Impu Lsüber t ragungtiverhäl tnis und schließlich eine Reihe von Impulsen erzeugt werden, deren Anzahl abhängig ist von der Differenz zwischen der AnzanL der l'mpuLse des zweiten und dritteil Dlgi talsigna Ls während einer Zeitspanne von vorbestimmter in Abhängigkeit von einem [nipuLs des ersten Signals beginnenden Dauer.

Zweckmäßig werden die ImpuLse der Impula Vo igen während einer Aufeinanderfolge dieser Zeitspannen gesammelt. Das ZeitintervaLL wird hierbei in Abhängigkeit von einem Impuls des dritten Signa Ls beendet.

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Wt; it« ft; Einzelheiten und Mt.· rkiiuile der Erfindung soLleti anhand der Zeichnung erläuturt werden, in der n Ln AusführungshoispieL einer Einr ichtung zur Durchführung des erf indungsgemäßeu Verfuhren:» veranschuu L LcIi t ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein ULockschaLtbildj

Fig. 2 ein Zeitdiagramni zur Darstellung der

Wirkungsweise des cjchal tbi Ldes der Fig. 1;

FL{v. Ί ein Schaltbild des Meüumi'ormers der Fig. 1;

Fig. h eine graphische Darstellung der typischen Frequenzabhjingigkei t eines ParaLlo l-T-Oszillators;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Thermistors;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Temperatur des Parallel-T-Oszillators, in dessen Nebenkreis ein Thermistor geschaltet ist, in der Anwendung bei dem Meßumformer der Fig. 1, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Kompensation bei Verwendung der Schaltung der Fig. 3 als Meßumformer in Fig. 1 zur Erzeugung einer Digitalanzeige von Reinöl bei einer bestimmten Temperatur.

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I. Das allgemeiiKi System

Mit dor in Fig. 1 veranschaulichten Schaltung werden Impulsfolgen erzeugt, deren Anzahl dem I)tircliflui3 proportional ist, wobei die Anzahl der Impulse in jeder Impulsfolge einem Zustand des Mediums entspricht und das digitale Auηgangssignal eines Durchflußmessers modifiziert werden soll.

Ein Durchflußmesser 10 ist in eine Hohrleitung eingebaut, durch die das zu messende Medium strömt. Der DurchfluH-messer 10 hat eine bekannte Schaltung und Wirkungsweise, er kann als Turbinenmassendurchflußmesser oder als Verschiebungsmesser für positive Verschiebungen ausgebildet sein.

Das Ausgangssignal des Durchflußniessers 10 besteht aus einer IMhe von Impulsen, deren Frequenz oder Impulsübertragungsverhältnis abhängig ist vom Durchfluß. Diese Impulse können in einer nicht dargestellten konventionellen Zählvorrichtung als Anzeige des gesamten Durchflusses gespeichert oder vorher, wenn gewünscht, einem konventionellen Impulsformer zugeführt werden.

Das Ausgangssignal des Durchflußmessers 10 wird einem Frequenzteiler 1 ^ mit einem Teilungsfiil* tor S₁ zugeführt. Dieser Frequenzteiler 1h kann eine konventionelle Schaltung und Wir-

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kungsweise und beispieJsweise eine Anzahl von in Reihe geschalteten binären Elementen oder Kippschaltungen haben, um einen einzigen Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von der Zuführung einer bestimmten Anzahl S₁ Eingangsimpulsen zu erzeugen.

Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 1^ wird dem Eingang S einer bistabilen Kippschaltung 16 zugeführt, deren binärer Ausgang 1 unmittelbar mit dem Eingang 18 zweier paralleler UND-Tore 20 und 22 verbunden ist. Der Ausgang P.k des UND-Tores 20 ist über einen Frequenzteiler 20 mil oinem Teilungsfaktor Sr an die Rückstellklemme R der Kippschaltung 16 und über einen Frequenzteiler 28 mit einem Teilungsfaktor S_p an den Eingang eines Subtrahierers 3° angeschlossen.

Der andere Eingang 32 des UND-Tores 20 ist mit der Ausgangsklemme eines Oszillators 3k verbunden, der eine feste Frequenz oder Impulsübertragungsfrequenz f hat.

In der Rohrleitung 12 ist ein zustandsabhängiger Meßumformer 36 angeordnet, der unter dem Einfluß des durch die Leitung strömenden Mediums steht. Das Ausgangssignal des

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Meßumformers Ί6 besteht aus einer Reihe elektrischer Impulse, deren Frequenz oder Impu Lsübertraguri^s frequenz abhängig ist vom Zustand des durch die Leitung 12 strömenden Mediums und y^/xV dem anderen iiingang 'jt> des UND-Tores 22 zugeführt.wird.

Das Au s gangs signal des UND-Torns 22 wird einem zweiten Eingang des Subtrahierers 3° über einen Frequenzteiler ho mit einem TeiLungsfaktor S zugeführt. Das AusgangssignaL des Subtrahierers 'JO wird einem Zähler h'd von bekannter Llauart zugeführt.

Die Wirkung der SchaLtung der Fig. 1 kann anhand der Fig. erläutert werden. Das AusgangsSignaL des Frequenzteilers ]h hat einen zeitlichen Verlauf gemäß Kurve a. Entsprechend der steilen Vorderflanke der Impulse a wird die Kippschaltung ausgelöst, die als Ausgangsimpulse DurchschaLtsignale von einer Dauert; mit dem als Kurve b dargestellten Verlauf ergibt.

Das mit fester Frequenz vom Oszillator 3h erzeugte Ausgangssignal ist als Kurve c dargestellt und wird während der Dauer C der Durchschaltsignale b dem Eingang des UND-Tores 2O zugeführt. Dieses Signal hat den Verlauf d und wird dem Eingang des Frequenzteilers 26 zugeführt, dessen

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Teilungsfaktor S. mit I 2 angenommen ist, so daß der Frequenzteiler 26 einen AusgangsimpuLs entsprechend dem zwölften Eingangsimpuls erzeugt. Dieses Signal hat den dargestellten Verlauf e und wird der Kippschaltung 16 zugeführt, um deren Rückstellung und damit die Beendigung der Durchschaltsignale b zu bewirken.

Die bistabile Kippschaltung 16, der Oszillator "}h_t das Tor 20 und der Frequenzteiler 26 wirken als nioiios tabile^ Kippschaltung zusammen, die durch jeden Impuls des Frequenzteilers 1^ ausgelöst wird. Die vorbestimmte Dauer c dieses Impulses ist bestimmt durch die zum Akkumulieren der vorbestimmten Anzahl von festfrequenten Impulsen aus dem Oszillator "}h in den Frequenzteiler 26 notwendige Zeitspanne .

Da der Teilungsfaktor S^ des Frequenz te i Jars 26 die Anzahl der Impulse mit dem Verlauf d bestimmt, und da dieser Verlauf durch den Frequenzteiler 28 dem Subtrahierer 30 zugeleitet wird, ist die Anzahl der dem Subtrahierer zugeführ- ten Impulse strömungsabhängig, d. h. der Teilungsfaktor S^ wird bei jedem Auslösen der Kippschaltung 16 von einem Strömungsimpuls durch den Teilungsfaktor S_ dividiert.

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Das Tmpulsübertragungsverhältnis der Impulse des Ausgangssignals f atis dem Meßumformer '}b ist in Abhängigkeit vom Zustand des Mediums fortlaufond veränderlich. Das UND-Tor 22 wird während einer Zeitspanne*/ gleich zeitig mit dem Durchschalten des UND-Tores 20 gesperrt, wie oben beschrieben wurde. Die Impulse axis dem Meßumformer 36 mit dem Verlauf f passieren dadurch das UND-Tor 32 während dessen Durchschaltung. Dieses in Fig. 2 als Vorlauf g dargestellte Signal wird durch den Frequenzteiler kO dem anderen Eingang des Subtrahierers 30 zugeführt. Die Anzahl der dem Subtrahierer 30 zugeführten Impulse ist daher eine Punktion des Zustandes des Mediums. Die Differenz der strömungsabhängJLgen und zustandsabhängigen Impulse wird in dem Zähler ^42 gespeichert.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, wird die Anzahl der Impulse η in dem vom Frequenzteiler '40 gelieferten Signal durch diese Schaltung in dem Subtrahierer 30 von der Anzahl der Impulse η in dem von dem Frequenzteiler 28 gelieferten Signal subtrahiert, wodurch eine auf eine Standardtemperatur korrigierte digitale Zahl N erhalten wird.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 muß die Durchschaltdauer/ der Kippschaltung 16 groß genug sein, damit sie genügend Zyklen

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des Meßumformers 36 mit dem Impulsverlauf f enthält und dadurch den gewünschten Grad der Auflösung und Genauigkeit ermöglicht, .beispielsweise erfordert eine Auflösung von 0,1 %, daß mindestens 1.000 Zyklen innerhalb der Zeitspanne C im Verlauf b der Durchschaltsignale vorbanden sind. Diese Zeitspanne (' muß jodoch kleiner sein als der kleinste Zeitabstand T zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen des Frequenzteilers 1^ der Fig. 1. Diese Forderung kann ausgedrückt worden durch die Gleichung!

^T .

Da die Durclischaltdauer (' der Kippschaltung 10 eine Funktion des Teilungsfaktors S. des Frequenzteilers 26 dividiert durch die Frequenz f des Oszillators "}k ist, kann der Teilungsfaktor Sl berechnet werden durch:

Sj₄ = (>' *_o .

Der Teilungsfaktor S für den Frequenzteiler ^O kann hv rechnet werden durch die Gleichung:

S = S ( ^r2 ' ^f1 \ (3)

^{3 K}

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iiie rl η ist:

F eitle FrtMjiieiLis des Me Jiinn formers be L einer Temperatur t , bei weLuln.r die Anzeige dc-r Fliissißkei Lsinen^e korr i ^-i.er t werden soiL;

f_o die Frequenz des j>lDi3umfonners bei e Liier Temperatur t_M;

K der Temperaturkoeffizient der VoLumemuisdohtnmg für die FLüss ickc i t, die aus bekannten TcibeLlen berechnet worden kann;

t,, kann entweder größer oder kLelnei" sein aLs t

Die Anzahl, der Impulse η , die diMii SubtrahLerer 'JO vom Freijuenz te i. Ler ».'8 in dem Zeitintervall, t zugeführt wird, kann ausgedrückt werden durch:

», = fii_ , (M

Der Tel Lungs faktor S des Froijuenz tei Le rs L* 8 berechnet •s i cli zu :

(5)

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Die Anzahl η tier lmpiiLse, die dem Siibtrahierer 30 vom Frequenz to LLer ^O in der Sperrzeit c' zugeführt werden, ist eine Funktion der Frequenz des Meßumformers 36 und der Sperrzeit . und kann ausgedrückt werden durch:

ⁿ2 ⁼ ST '

Die Anzahl N der in dem Zahler h2 gespeicherten Impulse mit dem Verlauf gemäß Kurve a der Fi^. 2 kann ausgedrückt werden durch:

oder

N =	a (	ⁿi	-	1	n₂)	—	f >	(7)
N =	a S	k <	S		f S.. '	(Ö)

worin a die Gesamtzahl der Impulse der Kurve a und dadurch die Anzahl der SperrzeitiutervalLe J ist.

ALs UeispieL sei die Zeit zu 0,11 Sekunden, die Frequenz f des OsziLLators 3^ zu 2 MHz und die Temperatur, bei welcher die Kompensation gewünscht wird, zu 16 C (< >0 F) gewählt. Die Frequenzänderung f - f der vom Meßumformer "}6 bei einer Temperaturänderung t - t abhängigen Frequenz kann aus der Kurve der Fig. 6 mit 4,050 IIz/27°C (80°F) ermittelt werden.

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Für Reinöl mit einer Dichte von 10 APl sind die HuI-tiplikationsfaktoren 1,01^8 bei -7°C (20°F) und 0,9785 bei ^9 C (120 F). Die Konstante K kann dann aus bekannten Tabellen als Volumenkorrektioiisfaktor für den abgeleiteten Temperaturbereich wie folgt berechnet werden:

_ 1.0148 - Ο_τ

120-20 -^{J J} · ^v ^y '

Venn die Durchschaltdauer ( mit 0,1 Sejfikunden eingesetzt und dadurch Gleichung (1) ergänzt wird, berechnet sich der Te i lungs faktor S^ des Frequenzteilers 36 nach Gleichung ( 2 ) zu:

S. = (0,1) (2 χ 10⁶) = 2 χ 10⁵ (10)

Der Teilungsfaktor S des Frequenzteilers ^O berechnet sich nach Gleichung (3) vie folgt:

^S3 = 363 χ 10"⁶ < 80 ^} = ¹3»9^6 _# (11)

Der Teilungsfaktor S des Frequenzteilers 28 berechnet sich nach Gleichung (5) zu:

(I3.?fr6) (2 X1Ü³| , . .

2 = 13,9^6 + 0,1 (1i»,320) = ¹⁸¹»376 _t (12)

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Die Genauigkeit des Systems kann bei 100 Eingangsimpulsen mittels der Gleichung (8) Tür eine Temperatur von 16°C
(6O f) berechnet werden zu:

03) N^_n = (100) (2 x 10⁵) (-! " ) =

⁶ (181,376 (2x1O⁶)(13,9^6))

Für 60 C (1^0 f) zu:

OM ^Ni4o= O"o)(2xio⁵) ( 1 - ie_t37Q ) ₌ „_7füo₅o

(181,376 (2x10 )(13,9^6))
Die ermittelte Volumenänderung V beträgt dann:

v = 100 - 97.0959 = 2.90^1 , (15)

Diο Volumenvergrößerung V von 16°C bis 60°C (60°F bis 14o°f) kann zum Vergleich mit der ermittelten Volumenänderung berechnet werden zu:

V = a K (t₂ - ^) (10)

oder V = (100) (363 χ 10~⁶) (14O - üO) = 2.9OhO (17)

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II. Der MußuinFormer

In dem Schaltbild der Fig. 'J ist der Meßumformer 36 in einen Schwingungskreis 50» einen Verstärkerkreis 52» einen Spannungs-Regulierkreis lh und einen Schaltkreis 56 eingeteilt, der die Übertragung eines Potentials einer Uatterie 5 U an die Ausgangskleinme 6O mit te Ls eines Widerstandes 62 und einer Kapazität 6^f steuert.

Der Schwingungskreis 50 enthäLt eine frequenzbes timmende RC-Kombination, die als ParalLeL-T-Schaltung bekannt ist. Diese Schaltung enthält die Widerstände 66 und 68, die Kapazitäten 70, 72 und Jh und uai, Ln dein Neboiischlußkreis einen Thermistor R . Die Kapazitäten JO und 72 Liegen in Reihe und paralleL zu den in Reihe geschaLte ten Widerständen 66 und 68. Die Verbindung der Kapazitäten JO und 72 Ist mittels einer temperaturabhängigen Impedanz gegen Erde isoLiiirt, und der Thermistor R und die Verbindung der Widerstände 66 und 6h ist gegen lOrde durch den Neberischlußkotuleiisator 7'¹ isoliert. Die Verbindung der Kapazität 72 mit dom Widerstand 6M ist direkt an die iiasise Lek trode eines NPN-Transistors Q angeschlossen.

Das Ausgangssignal dos Transistors Q wird über einen Widerstand 76 in dessen Emitterkreis geleitet und über die Kapa-

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zität 78 der Basiselektrode eines NPN-Transistors Q zugeführt. Durch die Widerstände 80, 82 und 84 wird eine genügende Vorspannung ge Liefert, und das Ausgangssignal der KoLlektoreiektrode des Transistors Q wird zu der Verbindung Kapazität 70 ~ Widerstand 66 in defl frequenzbestimmenden Teil des Schwingungskreises 50 zurückgeführt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers ^r>2 wird über einen Widerstand 90 der ilasiselektrode eines NPN-Transistors Q_ zugeführt, der mit der Batterie 58 und dem in Reihe mit ihr geschalteten Widerstand 62 verbunden ist, Der Widerstand und die parallel geschaltete Kapazität 9^ sowie Zenerdiode 96 dienen dazu, die dem Schwingungskreis 50 von der Batterie 58 zugeführte Spannung zu glätten und zu regulieren, damit die durch den Ionenübergang des Transistors Q induzierte SpannungsSchwankung in der Frequenz des AusgangsSignaIs des Schwiiiguiigskreises 50 nicht reflektiert wird.

Die verschiedenen Einzelteile des Schaltkreises der Fig. h haben beispielsweise folgende Werte:

Transistoren Q - Q_/f 2N2923 Transistor Q EN 697

Widerstand 62 U)O Ohm

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Zenerdiode 96 IN 752

Widerstand 76 'lj K Ohm

Widerstand 80 180 K Olim

Widerstand 82 3,3 K Ohm

Widerstand 86 22 K Olim

Widerstand 92 270 Olim

Kapazität 78 0,22 Mikrofarad

Kapazität 9h 10 Mikrofarad

Jieim Betrieb wird das Ausgangssignal des Schwingungskreises 50 in den frequenzbestimmendcn Parallel-T-Kreis zurückgegeben. Die Frequenz dioses Ausgangs signals ist eine Funktion der Temperatur, der der Thermistor H ausgesetzt ist. Das temperaturabhängige Ausgangssignal des Schvingungskreises wird im Verstärker 52 verstärkt und dem Netzspannungskreis 56 zugeführt, um die Schwankungen im Ausgangssignal hervorzurufen, die von der Ausgangsklemme 6O als eine Keihe elektrischer Impulse abgenommen werden.

Der Teil des Netzspannungskreises 56 rechts vom Transistor Q_p kann physikalisch von dem übrigen Kreis in einer größeren Entfernung getrennt sein, wodurch die Größe des tatsächlich in der Rohrleitung angebrachten Meßumformers wesentlich verringert werden kann.

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Die normale Frequenzabhängigkeit eines Parallel-T-Schvingungskreises 5° von Änderungen der Impedanz des Nebenschlußviderstandes R ist in Fig. h veranschaulicht. Die Impedanzänderung des Thermistors R in Abhängigkeit von der Temperatur ist in Fig. 5 gezeigt. Durch einfache Kombination des temperaturabhängigen Thermistors R„, mit dem Nebenschlußzweig des Parallel-T-Schwingungskreises vird eine lineare Frequenzabhängigkeit des Meßumformers 36 der Fig. von Temperaturänderungen über einem Temperaturbereich von 66 C (15O_x F), oder mehr in Abhängigkeit von der Kompensation der nicht linearen Temperaturkennlinie des Thermistors R und der nicht linearen frequenzabhängigen Kennlinie des Parallel-T-Schwingungskreises erreicht.

Die Regelung des Temperaturbereichs, über dem eine Linearität erreicht wird, kann durch Wahl des Thermistors R und die Ausbildung des Parallel-T-Kreises ermöglicht werden, was auch durch Verwendung eines festen Widerstandes (nicht gezeigt) in Reihe mit dem Thermistor R in dessen Nebenschlußzweig erreicht werden kann.

Infolge des großen Temperaturabhängigkeitsbereichs des Temperaturkoeffizienten des Thermistors R hat der Meßumformer 36 eine hohe Empfindlichkeit. Zum Ueispiel knim

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der Temperaturkoeffizient des Widerstandes des Thermistors R bei 25 C höher als der eines typischen Platinwiderstandsthermometers sein. Hierdurch wird eine direkte Umsetzung vom Widerstand des Thermistors R zu der Frequenz ohne die übliche Anpassung des Widerstandes des Geberteils an eine analoge Gleichspannung ermöglicht, die dann zur Erregung eines spannungsabhängigen Schwingungs· kreises verwendet wird. Die Frequenz des Scüwingungskreiees selbst ist weniger empfindlich gegen Änderungen der zugeführten Erregerspannung als die in solchen Kreisen üblicherweise verwendeten spannungsgeregelten Schwingungskreise.

Der oben beschriebene temperaturabhängige Meßumformer arbeitet linear, ist billig, stabil und empfindlich und macht das System für den unterbrochenen Durchfluß kleiner Flüssig· keitsmengen mit stufenweisen Temperaturändaungen verwendbar, Die Kompensation der Nichtlinearität in dem frequenzabhängigen Parallel-T-Schwingungskreis bei Widerstandsänderungen seines Nebenschlußzweiges durch die Nichtlinearität eines Thermistors als temperaturabhängiger Widerstand ergibt eine lineare Frequenzabhängigkeit über einem weiten Temperaturbereich.

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Der lineare Temperaturbereich kann leicht durch Wahl des Thermistors und die Werte der Schaltelemente in dem Parallel-T-Schwingungskreis ermittelt werden. Die Empfindlichkeit ist infolge der Empfindlichkeit des Thermistors groß,und es wird eine schnelle Abhängigkeit erzielt, während der SchwingungskxeLs bei Änderungen der züge führt en Spannung verhältnismäßig unempfindlich ist.

Es ist auch eine unmittelbare Anpassung des Thermistorwiderstandes an die Frequenz des Schwingungskreises möglich, ohne daß der Widerstand einer analogen Spannung angepaßt weden muß, wodurch die analoge Spannung zur Regelung eines spannungsabhängigen Schwingungskreises verwendet werden kann. Der neue Meßumformer ist darüber hinaus mit einem Digitalsystem kombiniert, was die Anpassung des volumetrIschen Korrektionsfaktors an den Temperaturkoeffizienten des Mediums durch Ein stellung von binären Zählketten zur Modifikation der Teilungsfaktoren ermöglicht.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ί . (Verfahren zum Messen des Durchflusses eines in Rohrleitungen strömenden Mediums, dessen Durchflußmenge und physikalische Zustände veränderlich sind, mittels der Durchflußströmung proportionaler Impulse, dde in einer Torschaltung zum Steuern der dem Zustand des Mediums proportionalen Impulsfolgen verwendet und Frequenzteilern sowie Zählvorrichtungen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein erstes Digitalsignal mit einem von der Durchflußmenge abhängigen Impulsübertragungsverhältnis, anschließend ein zweites Digitalsignal mit einem von dem physikalischen Zustand des Mediums abhängigen Impulsübertragungsverhältnis, dann ein drittes Digitalsignal mit einem vorbestimmten Impulsübertragungsverhältnis und schließlich eine Reihe von Impulsen erzeugt werden, deren Anzahl abhängig ist von der Differenz zwischen der Anzahl der Impulse des zweiten und dritten Digitalsignals während einer Zeitspanne von vorbestimmter, in Abhängigkeit von einem Impuls des ersten Signals beginnenden Dauer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Impulsfolgen während einer Aufeinanderfolge der Zeitspannen akkumuliert werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne in Abhängigkeit von einem Impuls im dritten Signal beendet wird.
k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die nach einem Impuls des ersten Signals erzeugten Impulse im dritten Signal gezählt werden, und daß die Zeitspanne in Abhängigkeit von der Zählung einer bestimmten Anzahl von Impulsen im dritten Signal beendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Impulse in der zweiten und dritten Impulsfolge verringert und die Differenz während einer vorbestimmten Zeitspanne ermittelt,wird, die bei einem Impuls der ersten Impulsfolge beginnt.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Bestimmen der Differenz von elektrischen Impulsen aus zwei Impulsquellen, deren Frequenz vom Durchfluß und vom Zustand des Mediums abhängig ist, gekennzeichnet durch eine dritte Quelle (3^0 elektrischer Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz und einen an beide Impulsquellen (1O, 36) angeschlossenen Subtrahierer (3°) mit vorbestimmter Schaltdauer.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang des Subtrahierers (3°) über ein Gitter (22) und ein zweiter Eingang über ein zweites Gitter (20) an eine dritte Impulsquelle (3*0 angeschlossen ist, wobei beide Gitter über eine bistabiLe Kippschaltung (16) mit der ersten Impulsquelle (lO) verbunden sind und in Abhängigkeit von einem Impuls der dritten Iinptilsquelle (3*0 gesperrt werden.

b. Einrichtung nach Anspruch 7 t dadurch gekennzeichnet, daß in den Schaltkreis der zweiten Impulsquelle ein vom Zustand des Mediums abhängiger Meßumformer (36) mit einem Parallei-T-Schwingungskreis (66, 68, 70, 72) geschaltet ist, in dessen die Frequenz bestimmenden Nebonschlußzweig ein Schaltelement (ii,_p) mit einer in nichtliiiearuin Verhältnis zum Zustand stehenden Impedanz vorgesehen ist, das in einer die lineare Frequenzabhängigkeit dos Meßumformers vom Zustund dos Mediums verstärkenden Weise mi L der Nichtlinearität des Schwingungskrelses zusammenwirkt*

'). Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Zustand abhängige Element aus einem Thermistor (K ) besteht, der durch die Temperatur des Mediums beeinflußt wird.

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