DE2222160A1

DE2222160A1 - Verfahren zum vergroessern des aufloesungsvermoegens eines stroemungsmessinstrumentes

Info

Publication number: DE2222160A1
Application number: DE19722222160
Authority: DE
Inventors: Karl Bertil Hellstroem
Original assignee: LKB Produkter AB
Current assignee: Pfizer Health AB
Priority date: 1971-05-05
Filing date: 1972-05-05
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1365823A; FR2135304B1; SE364113B; DE2222160C3; DE2222160B2; FR2135304A1; US3815414A

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Lied! 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22

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LKD-Produkter AB. S-I61 2 5 BROMMA 1. Schweden

Verfahren zum Vergrößern den AuiT-ösunffnvermögena eines S trönrungsmeßinatrT·' t

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsmeßverfahren, bei dem der ein Strömungsmeßinstrument durchlaufende'. Flüssigkeitsstrom in Abschnitte von genau bestimmtem Volumen unterteilt wird und die Anzahl der Abschnitte ein Maß für die das Instrument durchströmende Flüssigkeit ist, wobei jeder durchströmende Abschnitt ein Anzeigesignal erzeugt.

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In Laboratorien, in der chemischen Industrie usw. ist es häufig erforderlich, das Flüssigkeitsvolumen kleiner Flüsaigkeitsströme, die eine geringe Geschwindigkeit aufweisen, · mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Messungen können beispielsweise auf die Weise durchgeführt werden, daß der Flüssigkeitsstrom durch ein Rohr geleitet wird, in das In den Flüssigkeitsstrom mittels einer Gaspumpe Gasblasen ein-" gegeben werden. Diese Pumpe wird sodann von einem Gasflüssigkeitsdetektor gesteuert, der im Hinblick auf die Gaspumpe stromabwärts, und zwar in einem genau bestimmten Abstand hierzu, angeordnet ist und die Anwesenheit von Gas oder Flüssigkeit im Rohr anzeigen kann. Dieser Detektor betätigt die Pumpe derart, daß diese Jedesmal dann in den Flüssigkeitsstrom der Röhre eine neue Gasblase eingibt, wenn der Detektor eine Gasblase erfaßt bzw. feststellt. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Zählwerk auf, das die Anzahl der in^!den Flüssigkeitsstrom eingegebenen Gasblasen zählt; stattdessen kann auch eine Uhr vorgesehen sein, die das Zeitintervall zwischen den Gasblasen mißt. Das im Zählwerk erhaltene EJrgebnis ist dann ein Maß für das Strömungsvolumen des Flüssigkeitsstroms, während das angezeigte Zeitintervall die Geschwindigkeit der Strömung angibt. Der Vorteil solch einer Vorrichtung liegt darin, daß das erhaltene Ergebnis nicht nur unabhängig von der Geschwindigkeit der Strömung ist, sondern auch von der Viskosität, Oberflächenspannung und spezifischen Dichte des Strömungsmittels bzw. Fluids.

Weiterhin werden die verschiedenen einzelnen Abschnitte der Strömung nicht miteinander vermischt. Dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung weist weiterhin eine sehr hohe Meßgenauigkeit auf, wenn der Durchmesser des Rohres klein ist und der Abstand zwischen den Gasblasen ganz genau bestimmt wurde. Es konnte daher die Meßgenauigkeit eines nach diesem Prinzip arbeitenden Instrumentes, das beispielsweise In der schwedischen Patentanmeldung 10 857/68 beschrieben ist, auf. über 1

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vergrößert werden. Ea hat sich jedoch ein Nachteil dahingehend gezeigt j daß selbst wenn die Meßgenauigkeit auf' einen sehr hohen Wert gebracht werden kann, d.h. das Flüssigkeitsvolumen zwischen zwei Gasblasen ganz genau bestimmt werden kann, dennoch die Auflösung bzw. das Auflösungsvermögen des Instrumentes nicht um ein entspi'echendes Ausmaß gesteigert ■ werden kann, d.h. der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blasen kann nicht beliebig verkleinert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, mittels dem das Auflösungevermögen eines Strömungsmeßinstrumentes der oben beschriebenen Art vergrößert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ' Flüssigkeit durch eine in Reiho mit dem Strömungsmeßinstrument geschaltete Regeleinrichtung geleitet und diese. Regeleinrichtung von einem Steuersignal gesteuert wird, das eine höhere Auflösung als das Anzeigesignal aufweist und ebenfalls eine Anzeigeeinrichtung steuert, die vom Anzeigesignal überwacht wird, so daß bei Erzeugung eines Anzeigesignals ein der Anzahl voller Abschnitte entsprechender Meßwert angezeigt wird und außerdem durch das Steuersignal in den Intervallen zwischen zwei Anzeigesignalen Bruchteile der durchströmenden Abschnitte angegeben werden.

Vorteile, weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeich nung. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch einen Strömungsmesser der oben beschriebenen Art;

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

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Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in der Anwendung bei einer automatischen Titrationsvorrichtung.

Die aus Fig. 1 ersichtliche an sich bekannte Vorrichtung weist ein Kapillarrohr K auf, durch das Flüssigkeit in Pfeil-, richtung strömt. Das Kapillarrohr K ist mit einem Detektor D versehen, mittels dem festgestellt werden kann, ob sich in der Kapillare K am Detektor D Gas oder Flüssigkeit befindet} weiterhin ist eine Pumpe E vorgesehen, von der aus in den Flüssigkeitsstrom Gasblasen G eingegeben werden können. Die Pumpe E wird von dem Detektor derart gesteuert, daß sie in den Flüssigkeitsstrom eine neue Gasblase G eingibt, wenn am Detektor D eine Gasblase G vorbeiströmt. Der Detektor D steuert außerdem ein Zählwerk R, das daher die Anzahl der am Detektor D vorbeiströmenden Gasblasen G anzeigt. Wenn das Rohrvolumen zwischen der Pumpe E und dem Detektor D ganz genau bestimmt ist,bildet die durch das Zählwerk R angezeigte Anzahl ein Maß für die Strömung, die den Detektor D passiert hat. Das FlUssigkeitsvolumen zwischen zwei Gasblasen G kann daher mit äußerst großer Genauigkeit bestimmt werden, die etwa in der Größenordnung von 1 ul liegt, wogegen das Volumen seinerseits nicht auf ein entsprechend geringes Ausmaß verringert werden kann. Es ist daher die Meßgenauigkeit dieses Strömungsmeßinstrumentes sehr viel höher als dessen Auflösungsvermögen.

Bei der aus Fig. 2 ersichtlichen Vorrichtung, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, ist der anhand Fig. 1 beschriebene Strömungsmesser V mit einem Zählwerk R1 versehen, das, wie anhand Fig. 1 beschrieben, durch den Strömungsmesser V betätigt wird. Es ist weiterhin eine Regeleinrichtung P vorgesehen, mittels der der Flüssigkeitsstrom durch den Strömungsmesser V gesteuert wird. Die Regeleinrichtung P kann aus einer gesteuerten Pumpe oder aus einem Ventil bestehen. Sie wird von einem Steuersignaleingang I gesteuert und

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ist so ausgebildet, daß sie dem Strömungsmesser V «ine durch das Steuersignal bestimmte Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit zuführen kann. Das Steuersignal wird außerdem über eine Kopplungsschaltung SF zu einem Triggereingang S eines «weiten Zählwerks 2 geleitet. Die Kopplungeschaltung SF dient der Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz, die dem durch die Regeleinrichtung P strömenden Flüssigkeitsstrom entspricht, wobei diese Regeleinrichtung P, wie schon erwähnt, aus einer Pumpe bestehen kann und der hierdurch strömende Flüssigkeitsstrom vom Steuersignal abhängt. Wenn das Steuersignal beispielsweise durch ein Analogsignal gebildet wird, dessen Amplitude die Leistung der Pumpe P bestimmt, besteht die Kopplungsschaltung SF aus einem Konverter, der die Amplitude in eine Pulsfrequenz umwandelt und Trigger- bzw. Auslöseimpulse mit einer der Amplitude entsprechenden Frequenz erzeugt» Wenn " das Steuersignal dagegen aus einer Tmpulsreihe gebildet wird, deren Impulse einen in der Pumpe P vorgesehenen Schrittmotor steuern, kann die Kopplungsschaltung SF stattdessen aus einem Pulsfrequenzkonverter bestehen. Wenn die Ausbildung derart getroffen ist, daß der Strömungsmesser V, wenn 100 ,λ*1 hindurchgelaufen sind (d.h. es werden mit dem dieser Menge entsprechenden Zeitabstand Gasblasen eingegeben), ein Ausgangssignal liefert und das Zählwerk R2 zwei Digitalstellungen aufweist, so kann die Kopplungsschaltung SF derart eingestellt sein, daß sie für jeden vom Strömungsmesser V kommenden Impuls 100 Triggerimpulse für das Zählwerk R2 erzeugt. Das Auflösungsvermögen der Vorrichtung liegt dann bei 1 -ul. Um zu verhindern, daß sich aufgrund einer fehlerhaften Einstellung der Kopplungsschaltung SF im Zählwerk R2 ein sich addierender Fehler ergibt, wird dieses Zählwerk R2 durch die vom Strömungsmesser V kommenden Ausgangsimpulse Jedes Mal auf Null zurückgestellt, und zwar über einen Nulleinstellungseingang N. Wenn sich in dem Augenblick, in dem der Impuls vom Strömungsmesser V ankommt, der vom Zählwerk R2 angezeigte Wert von 0 unterscheidet, sollte die Ein*teilung der Kopplungsschaltung

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SF geändert werden. Dies kann entweder manuell oder automatisch durchgeführt werden, und zwar dadurch, da/3 in dem Augenblick, in dem der Impuls vom Strömungsmesser V ankommt, der vom Zählwerk R2 angezeigte Wert dazu verwendet wird, um die Einstellung der Kopplungsschaltung SP zu ändern« Dies tat durch die unterbrochen ausgezogenen Linien in Pig. 2 angedeutet. Dadurch, daß das vom Strömungsmesser V kommende Signal, das eine hohe Meßgenauigkeit aufweist, zur Änderung der Einstellung des Zählwerkes R2 und der Kopplungsschaltung SP verwendet wird, ist es möglich, eine hohe Auflösung zu erhalten, ohne daß eine Langzeitstabilität oder große Genauigkeit der Regeleinrichtung P erforderlich ist. Die Kopplungsschaltung §P kann selbstverständlich auch zwischen den Steuersignaleingang I und die Regeleinrichtung P geschaltet werden.

Bei der aus Pig. 3 ersichtlichen Darstellung ist die Vorrichtung gemäß Pig. 2 in einem automatischen Tibratlonssystem verwendet. Dieses weist zusätzlich zur aua Pig. 2 ersichtlichen Einheit einen Behälter B1 auf, aus dem heraus die Flüssigkeit durch die Pumpe oder das Ventil P und durch den Strömungsmesser V zu einem zweiten Behälter B2 läuft, der di· bei der Titration verwendete zweite Flüssigkeit enthält. Die Färb« des Inhaltes des Behälters B2 wird mittels eine« Detektor· D und einer Lampe L festgestellt, wobei der Detektor ein Analogsignal mit einer Amplitude erzeugt, das angibt, tint wieviel mehr zur Durchführung bzw, Beendigung der Titration noch Flüssigkeit hinzuzufügen ist. Die Kopplung·schaltung S? besteht daher aua einem Konverter, der eine Amplitude in eine Pulsfrequenz umwandelt, wobei der Konverter gemäß der oben beschriebenen Art und Weise eingestellt worden ist. Die Pumpe oder das Ventil P wird duroh das Ausgangssignal de« Detektors D gesteuert, und.zwar Über eine Signalumwandlungeeehaltune C, deren Ausbildung von derjenigen der Pumpe oder de· Ventil« P abhängt. Wenn die Regeleinrichtung P au« einer von einem Schrittmotor angetriebenen Pumpe besteht, let di· l

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lungeschaltung als Konverter ausgebildet, der eine Amplitude in eine Pulsfrequenz umwandelt. Venn dagegen die Regeleinrichtung P beispielsweise aus einem Digitalventil besteht, das in"zwei Stellungen verbracht werden kann, ist die Signalumwandlungsschaltung C vorzugsweise aus einem Impulsbreitenmodulator gebildet, d.h. äuä einer Vorrichtung, die Impulse mit einer bestimmten Frequenz erzeugt, wobei die Impulsdauer von der Amplitude des vom Detektor D kommenden Signals bestimmt wird. Venn daher das Detektorsignal bei Beginn der Titration einen bestimmten Anfangswert aufweist und nach Abschluß der Titration auf Null abgefallen ist, kann das Ventil P im AnfangeStadium der Titration beispielsweise kontinuierlich offengehalten werden, daraufhin mit Intervallen von allmählich abnehmender Länge geöffnet und schließlich dauernd geschlossen werden, wenn die Titration abgeschlossen ist. Falls die Einstellung der Kopplungsschaltung SF richtig war, wird dann das Fltissigkeitsvolumen, das für die Titration erforderlich war, in den Zählwerken Rl, R2 angezeigt.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3 kann selbstverständlich, auch zu Verdünnungszweckeη verwendet werden, indem beispielsweise die gewünschte Flüssigkeitsmenge in einem Speicher im Zählwerk gespeichert und das Steuersignal unterbrochen wird, wenn das Zählwerk einen mit diesem gespeicherten Wert identischen Wert anzeigt.

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Claims

Pa t ent ans prüehe

Verfahren zum Vergrößern des Auflösungsvermögens eines Strömungsmeßinstrumentes, bei dem der Flüssigkeitsstrom in Abschnitte von genau bestimmtem Volumen unterteilt wird und die Anzahl der Abschnitte ein Maß für die das Instrument durchströmende Flüssigkeit ist, wobei jeder durchströmende Abschnitt ein Anzeigesignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß. die Flüssigkeit durch eine' in Reihe mit dem Strömungsmeßinstrument (V) geschaltete Regeleinrichtung (p) geleitet und diese Regeleinrichtung von einem Steuersignal gesteuert wird, das eine höhere Auflösung als das Anzeigesignal besitzt und ebenfalls eine Anzeigeeinrichtung (Rl, R2) steuert, die vom Anzeigesignal überwacht wird, so daß bei Erzeugung eines Anzeigesignals ein der Anzahl voller Abschnitte entsprechender Meßwert angezeigt wird und außerdem durch das Steuersignal in den Intervallen zwischen zwei Anzeigesignalen Bruchteile ' der durchströmenden Abschnitte angegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Anzahl voller Abschnitte entsprechende Meßwert dadurch erhalten wird, daß die Anzeigeeinrichtung (R1, R2) bei Ankunft jedes der Anzeigesignale von ihrem augenblicklich vorliegenden, vom Steuersignal stammenden Wert auf einen Wert eingestellt wird, der der Anzahl derjenigen vollständigen Abschnitte entspricht, die das'Strömungsmeßinstrument (v) durchlaufen haben.
3. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einstellung der Anzeigeeinrichtung (R1, R2) auch die durch das Steuersignal erfolgende Steuerung der Anzeigeeinrichtung geregelt wirdο

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