DE2232544A1 - Schaltungsanordnung zur bestimmung der gesamtdurchflussmenge - Google Patents
Schaltungsanordnung zur bestimmung der gesamtdurchflussmengeInfo
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Description
Deutsche ITT Industries GmbH G.L. Schlatter
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Mo/Ra
29. Juni 1972
2232-54
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT'BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
Schaltungsanordnung zur. Bestimmung der .Gesamtdurchflussmenge
Die Priorität der Anmeldung Nr. 160 750 vom 8. Juli 1971 in
den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Gesamtdurchflussmenge einer in einer Rohrleitung
fliessenden Flüssigkeit mittels einer darin angeordneten Blende durch Umwandlung des über der Blende auftretenden
Differenzdrucks in ein erstes elektrisches Analogon mittels zweier in einer Widerstandsbrückenschaltung angeordneter Dehnmesstreifen,
ferner durch Umwandlung der Dichte der Flüssigkeit in ein zweites elektrisches Analogon mittels eines Vibrationsdensitometers,
durch elektrische Multiplikation der beiden Analoga zu einem dritten Analogon und durch anschliessende
elektrische .Quadratwurzelbildung aus dem dritten Analogon.
209884/0259
G-L. Schlatter 6
Bisher war es allgemein üblich, den statischen Druck mit dem
über einer Blende auftretenden Differenzdruck zu multiplizieren, um die Flussrate zu erhalten, vgl. die US-Patentschrift
3 5 32 869. Bei der Ermittlung der Ges-amtdurchflussmenge aus dem
Differenzdruck und der Dichte tritt eine Quadratwurzel auf. Einige quadratwurzelbildende Anordnungen sind aus dem Stand
der Technik bekannt, vgl. beispielsweise die US-Patentschriften 3 016 197, 3 096 434 und 3 484 593. Diese Anordnungen sind
jedoch sehr aufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die geschilderten und andere Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden.
Dies wird nach der Erfindung auf die im Patentanspruch 1 angegebene Weise erreicht.
Die Erfindung sowie deren Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen
werden nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den teilweise geschnittenen Aufriss eines Teils des Systems nach der Erfindung,
Fig. 2 zeigt die schematische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Differenzdruckmessers,
Fig. 3 und 4 zeigen Schaltbilder der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung und
Fig. 5 zeigt eine Gruppe von Kurven, die beim Betrieb der Schaltungsanordnung nach der Erfindung entstehen.
In Fig. 1 ist innerhalb der Rohrleitung 12 eine Platte 10 mit
einer Öffnung 11 gezeigt. Der Differenzdruckmesser 13 ist
20*'M 84/0259 _ _
G-. L. Schlatter 6
mittels der Zuleitungen 14 und 15 über die Öffnung 11 geschaltet. Der Dichteinesser 16 ist über die Zuleitung 17 an
die Rohrleitung 12 angeschlossen. Der Differenzdruckmesser ist von üblicher Art, im Bedarfsfalle beispielsweise identisch
mit dem aus der US-Patentschrift 3 343 420 bekannten.
Der Differenzdruckmesser 13 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, den
Antrieb 18 enthalten, der eine Kraft auf das freie Ende 19 des überstehenden Balkens 19 einwirken lässt, um ihn abzulenken.
Der Balken 20 ist am Ende 21 befestigt, während zwischen den beiden Enden 19 und 21 auf jeder Seite die Dehnmesstreifen 22
und 23 angebracht sind. Wenn der Antrieb 18 eine Kraft in Richtung
des Pfeiles 24 einwirken lässt, wird daher der Dehnmessstreifen 22 auf Zug und der Dehnmesstreifen 23 auf Druck beansprucht.
Die Dehnmesstreifen 22 und 23 liegen, wie in Fig. 3 gezeigt, in einer Brückenschaltung.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 kann als Analog-Multiplizierschaltung
betrachtet .werden. Sie multipliziert ein dem Differenzdruck
direkt proportionales erstes elektrisches Analogon mit einem der Dichte direkt proportionalen zweiten elektrischen
Analogon. Das Dichteanalogon wird vom Dichtemesser 16 der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 über die Klemme 26 zugeführt.
Das Ausgangsprodukt nach Fig. 3 wird in Form eines analogen Stromes als drittes elektrisches Analogon an der Ausgangsklemme
27 abgenommen. Der Dichtemesser 16 kann üblicher Art sein, jedoch ist er vorzugsweise derart aufgebaut, wie in der
eigenen älteren Anmeldung P 21 41 397.8 beschrieben.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält eine Anzahl von Teilschaltungen. Eine dieser Teilschaltungen ist die Eingangsschaltung
28, die einen veränderbaren Widerstand 29 enthält,
20938AV0258 - 4 -
G.L. Schlatter 6
der den Messbereich der an die Eingangsklemme 26 angelegten
und der Dichte analogen Spannung einzustellen gestattet. Über die Widerstahdswicklung 31 und den Schleifer 32 des Potentiometers
30 kann der Nullpunkt der an die Eingangsklemme 26 angelegten und der Dichte analogen Spannung eingestellt werden.
Die weiteren Teilschaltungen sind eine Pegelverschiebeschaltung 33, ein Spannung-in-Strom-Wandler 34, eine erste und eine zweite
Konstantstromquelle 35 bzw. 36 sowie eine Ausgangsschaltung
Zwischen der Eingangsklemme 26 und dem Potential Vl liegt der
Widerstand 38. Der Widerstand 29 liegt zwischen der Eingangsklemme 26 und dem Verbindungspunkt 39, von dem der Widerstand
40 zum Schleifer 32 führt. Die Wide.rstandswicklung 31 liegt einerseits am Schaltungsnullpunkt und andererseits über den
Widerstand 41 am Potential Vl. Der Plus-Eingang 43 des Differenzverstärkers 42 ist am Potential Vl und der Minus-Eingang
am Verbindungspunkt 39 angeschlossen.
Die Pegelverschiebeschaltung 33 weist die Eingangsleitung 45
mit den auf ihr liegenden Verbindungspunkten 46, 47 und 48 auf. Der Widerstand 49 führt vom Minus-Eingang 44 des Differenzverstärkers
42 zum Verbindungspunkt 48, während der Ausgang des Differenzverstärker über die Anoden-Kathoden-Strecke der
Diode 50 am Verbindungspunkt 4 7 liegt.
Die Eingangsschaltung 28 enthält den Transistor 51, dessen Basis 54 über die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 55 mit dem
Ausgang des Differenzverstärkers 42 verbunden ist, dessen Kollektor
52 über den Widerstand 56 am Schaltungsnullpunkt und dessen Emitter 53 am Verbindungspunkt 46 liegt. Die Pegelverschiebeschaltung
33 enthält ferner den Differenzverstärker 57,
0^84/02 59 --5 -
22325U
G.L. Schlatter 6
dessen Plus-Eingang 58 am Potential Vl und dessen Minus-Eingang 59 am Verbindungspunkt 60 liegt. Der veränderbare Widerstand
61 und der Widerstand 62 führen in Serie von der Eingangsleitung 45 zum Verbindungspunkt 60, während der Widerstand
6 3 zwischen dem Verbindungspunkt 60 und dem Schaltungsnullpunkt angeordnet ist.
Ferner enthält die Pegelverschiebeschaltung 33 die Transistoren 64 und 65, die die Kollektoren 66 bzw. 69, die Emitter 67
bzw. 70 und Basen 68 bzw. 71 aufweisen. Der Widerstand 72 führt vom Verbindungspunkt 73 zum Potential Vl, während der
Ausgang des Differenzverstärker 57 über die Anoden-Kathoden-Strecke
der Diode 74 am Verbindungspunkt 73 liegt. Der Emitter 67 ist am Verbindungspunkt 76 angeschlossen, von dem der Widerstand
75 zum Potential Vl führt, während der Kollektor 66 zum AusgangsVerbindungspunkt 77 führt.
Die Brückenschaltung 25 weist die Brückeneckpunkte 78, 79, 80
und 81 auf. Zwischen den Brückeneckpunkten 78 und 79 liegt der Widerstand 82, während zwischen den Brückeneckpunkten 78 und
der Widerstand 83 liegt. Die Verbindungspunkte 77 und 84 sind am Brückeneckpunkt 79 angeschlossen.
Der Differenzverstärker 57 weist den Rückkopplungswiderstand
auf, der zwischen die Verbindungspunkte 60 und 77 geschaltet ist, während der Widerstand 86 zwischen den Verbindungspunkten
76 und 84 liegt.
Die Basis 71 liegt am Verbindungspunkt 87 und der Emitter 70 am Verbindungspunkt 88. Der Widerstand 89 liegt zwischen den Verbindungspunkten
87 und 88," während der Widerstand 90 vom Verbindungspunkt 88 zum Potential V4 führt.
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— f\ —
2232b44
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Der Spannung-in-Strom-Wandler 34 enthält den Differenzverstärker
91, dessen Plus-Eingang 92 am Potential Vl und dessen Minus-Eingang 93 am Verbindungspunkt 94 liegt, der seinerseits
zum Verbindungspunkt 95 führt, der wiederum über den Widerstand 96 am Verbindungspunkt 46 angeschlossen ist. Der Spannungin-Strom-Wandler 34 enthält ferner die Verbindungspunkte 97,
98, 99 und den Transistor 100, dessen Basis 103 am Verbindungspunkt 97, dessen Kollektor 101 am Verbindungspunkt 99 und dessen
Emitter 102. am Verbindungspunkt 95 angeschlossen ist. Zwischen den Verbindungspunkten 97 und 98 liegt der Widerstand 104, während
der Widerstand 105 zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 91 und dem Verbindungspunkt 98 angeordnet ist.
Die Gate-Elektrode 109 des Feldeffekttransistors 106 liegt am Verbindungspunkt 98, während dessen Drain-Elektrode 107 am
Verbindungspunkt 99 und dessen Source-Elektrode 108 am Verbindungspunkt 97 angeschlossen ist. Der Widerstand 110 liegt
zwischen dem Brückeneckpunkt 81 und dem Verbindungspunkt 99.
Die Ausgangsschaltung 37 enthält einen ersten und einen zweiten
Differenzverstärker 111 bzw. 112, deren Plus-Eingänge 113 bzw. 117 zu den Verbindungspunkten 115 bzw. 119 und deren Minus-Eingänge
114 bzw. 118 zu den Verbindungspunkten 116 bzw. 120 führen. Ein erster weiterer Widerstand 121 liegt zwischen den
Verbindungspunkten 80 und 115, während ein zweiter weiterer Widerstand 122 zwischen den Verbindungspunkten 73 und 119 liegt.
Der Kondensator 123 liegt zwischen den Verbindungspunkten 115 und 119.
Die Ausgangsschaltung 37 enthält ferner die Verbindungspunkte 124 und 12 5, an deren ersteren der Ausgang des Differenzverstärkers
111 angeschlossen ist. Ein dritter und ein sechster weiterer Widerstand 126 bzw. 127 liegt zwischen den Verbindungspunkten
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116 und 124 bzw. 124 und 125, während ein fünfter weiterer Widerstand 128 zwischen den Verbindungspunkten 120 und 125
liegt. Die Ausgangsschaltung 37 enthält ferner ein erstes Potentiometer 129 mit der Widerstandswicklung 130 und dem
Schleifer 131r wobei die Widerstandswicklung 130 zwischen den
Verbindungspunkten 116 und 120 liegt. Ein siebter weiterer Widerstand 132 und die Widerstandswicklung 133 des Potentiometers
134 mit dem Schleifer 135 liegen in der angegebenen Reihenfolge zwischen den Verbindungspunkten 116 und 120.
Die Ausgangsschaltung 37 enthält schliesslich den p-Kanal-Feldeffekttransistor
^136, dessen Drain-Elektrode 137 am Verbindungspunkt 125 liegt, dessen Gate-Elektrode 139 über einen
vierten weiteren Widerstand 140 mit dem Ausgang des zweiten DifferenzVerstärkers 112 verbunden ist und dessen Source-Elektrode
138 über den Widerstand 141 an der Ausgangsklemme 27 angeschlossen ist.
Die erste Konstantstromquelle 35 enthält den Differenzverstärker 142, dessen Plus-Eingang 143 am Potential Vl. und dessen
Minus-Eingang 144 am Verbindungspunkt 145 angeschlossen ist, von dem der Widerstand 146 zum Verbindungspunkt 46 führt. Ferner
enthält die erste Konstantstromquelle 35 den Feldeffekttransistor 147 t dessen Gate-Elektrode 150 über den Widerstand 151
am Ausgang des DifferenzVerstärkers 142 liegt, während dessen
Drain-Elektrode 148 am Schleifer 135 des Potentiometers 134 und dessen Source-Elektrode 149 am Verbindungspunkt 145 angeschlossen
ist.
Die zweite Konstantstromquelle 36 enthält den Differenzverstärker 152, dessen Plus-Eingang 153 am Potential Vl und dessen
Minus-Eingang 154 am Verbindungspunkt 155 liegt, der über den Widerstand 156 am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist. Die
2 0 f- 3 8 A / 0 2 5 9 fl
— ο —
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Konstantstromquelle 36 enthält ferner den Feldeffekttransistor 157, dessen Gate-Elektrode 160 über den Widerstand 161 am
Ausgang des Differenzverstärkers 152 angeschlossen ist, während dessen Drain-Anschluss 158 am Schleifer 131 des ersten Potentiometers
130 und dessen Source-Anschluss 159 am Verbindungspunkt 155 liegt.
Die in Fig. 3 angegebene Schaltung stellt eine analoge Multiplizierschaltung
dar, die bei Betrieb eine Multiplikation aus zwei Gründen erreicht. Zum einen ist die Ausgangsgrösse der Brückenschaltung
25 direkt proportional dem Differenzdruck, falls das Dichteprodukt unerwünscht ist. Abgesehen davon macht der Spannung-in-Strom-Wandler
34 den Strom durch"den Widerstand 110 direkt proportional der Dichte. Das bedeutet, dass der gesamte
Brückenstrom immer direkt proportional der Dichte ist. Deshalb ist die Differenz zwischen den Spannungen der Brückeneckpunkte
78 und 80 direkt proportional dem Produkt aus dem Differenzdruck und der Dichta,
Die Pegelverschiebeschaltung 33 liefert nur an den Brückeneckpunkt
79 eine Spannung,· die proportional der Summe einer ersten, der Dichte direkt proportionalen Spannung und einer zweiten,
konstanten Spannung ist. Die Pegelverschiebeschaltung 33 bewirkt, dass die Spannung am Brückeneckpunkt 78 konstant und
unabhängig von Differenzdruck und Dichte gehalten wird. Der Hauptzweck der Pegelverschiebeschaltung 33 besteht darin,
alle durch Nichtlinearität hervorgerufenen Differenzen zwischen den Verstärkern 111 und 112 zu korrigieren, d. h. dass
die Korrektion der Verbesserung der Gleichtaktunterdrückung dient.
Der erste und der zweite Differenzverstärker 111 bzw. 112 subtrahieren die an den Brückeneckpunkten 80 und 78 auftretenden
Spannungen voneinander. Die Ausgangsgrösse an der Aus-
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gangsklemme 27 ist ein analoger Strom. Somit ist der gesamte
durch den Widerstand 127 fliessende Strom der Ausgangsstrom der Klemme 27. Der erste Differenzverstärker 111 liefert
eine Ausgangsgrösse, die die Spannung des Minus-Eingangs
114 im wesentlichen gleich der des Plus-Eingangs 113 macht. Das gleiche gilt für den zweiten Differenzverstärker 112, wobei
die Rückkopplung durch den dritten und den fünften Widerstand 126 bzw. 128 bewirkt wird. Der Feldeffekttransistor
dient lediglich zur Detektion der Ausgangsspannung des zweiten
Differenzverstärkers 112, ohne daraus Strom zu entnehmen.
Die erste Konstantstromquelle 35 dient der Kompensation der Tatsache, dass die beiden Dehnmesstreifen 22 und 23 für die
Brückenschaltung 25 in allen ihren elektrischen Eigenschaften identisch nicht erhältlich sind.
Die zweite Konstantstromquelle 36 kompensiert die Nullpunktdrift,
die Offsetspannung und die Nullstellung der Differenzverstärker 111 und 112.
Bildet man die Quadratwurzel des an der Ausgangsklemme 27 zur Verfügung stehenden analogen Stromes, so ist diese Quadratwurzel
direkt proportional der Flussrate. Diese Quadratwurzel wird mittels der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 gebildet, während
der gesamte Durchfluss mittels des Zählers 162 registriert wird.
Die Ausgangsklemme 27 nach Fig. 3 ist mit der Eingangsklemme 163 nach Fig. 4 verbunden. In Fig. 4 sind ein Strom-in-Spannung-Wandler
164, ein erster Inverter 165 sowie erste, zweite und dritte Integrierschaltungen 167 bzw. 166 bzw. 168 gezeigt. Hierbei
enthält der Strom-in-Spannung-Wandler 164 den Differenzverstärker 169, dessen Plus-Eingang 170 am Potential Vl und
dessen Minus-Eingang 171 am Verbindungspunkt 172 angeschlossen
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~10~ 22325U
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ist, der über den Widerstand 173 mit der Eingangskleinme 16 3
verbunden ist. Die Verbindungspunkte 174, 175 und 176 liegen
am Ausgang des Differenzverstärkers 169, wobei zwischen den
Verbindungspunkten 172 und 174 der Widerstand 177 angeordnet ist.
Das Flipflop 178 steuert den Zähler 162 sowie über den Widerstand 180 und den als Diode geschalteten Transistor 181 einen
fünften elektronischen Schalter 179, welche beiden Bauelemente in Serie zwischen die Verbindungspunkte 182 und 183 geschaltet
sind. Der Emitter 184 des Transistors 181 ist am Widerstand 180 und dessen Kollektor 185 am Verbindungspunkt 183 angeschlossen.
Der fünfte elektronische Schalter 179 enthält auch den Transistor 186, dessen Kollektor 187 am Verbindungspunkt 188 und
dessen Emitter 189 am Potential V3 angeschlossen ist, von dem der Widerstand 190 zum Verbindungspunkt 183 führt, der auch
mit der Basis des Transistors 186 verbunden ist. Der Widerstand 191 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 188 und dem
Schaltungsnullpunkt. Die Verbindungspunkte 192, 193 und 194 sind am Verbindungspunkt 188 angeschlossen.
Der Plus-Eingang 195 und der Minus-Eingang 196 des ersten Inverters
165 sind am Potential Vl bzw. am Verbindungspunkt 197 angeschlossen, von dem der Widerstand 198 zum Verbindungspunkt
174 führt. Der erste Inverter 165, der den Differenzverstärker 199 enthält, weist den Rückkopplungswiderstand 200 auf.
Der erste Inverter 165 bzw. der Strom-in-Spannung-Wandler 164
ist mit der ersten bzw. zweiten Integratxonsschaltung 167 bzw. 166 über einen ersten bzw. zweiten elektronischen Schalter
201 bzw. 202 verbunden. Der erste elektronische Schalter 201
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enthält den Feldeffekttransistor 203. Die erste Integrationsschaltung 167 enthält den Differenzverstärker 207, dessen
Rlus-Eingang 208 am Potential Vl und dessen Minus-Eingang 209
am Verbindungspunkt 210 liegt, von dem der Widerstand 211 zur Source-Elektrode 205 des Feldeffekttransistors 203 und
der Widerstand 212 zum Potential V5 führt.
Am Ausgang des Differenzverstärkers 199 ist die Drain-Elektrode 204 des Feldeffekttransistors 203 angeschlossen und ebenso
der Widerstand 213, der zum Verbindungspunkt 214 führt, an dem wiederum die Gate-Elektrode'206 des Feldeffekttransistors
203 angeschlossen ist. Die Diode 215 liegt mit ihrer Kathode am Verbindungspunkt 214 und mit ihrer Anode am Verbindungspunkt 194.
Der zweite elektronische Schalter· 202 enthält in gleicher Weise den Feldeffekttransistor 216, dessen Drain-Elektrode 217
am Verbindungspunkt 176 liegt, von wo der Widerstand 220 zum Verbindungspunkt 221 führt. Die Gate-Elektrode 219 des Feldeffekttransistors
216 liegt ebenfalls am Verbindungspunkt 221, an dem auch die Anode der Diode 222 angeschlossen ist, während
deren Kathode am Verbindungspunkt 194 liegt.
Die zweite Integrationsschaltung 166 enthält den Differenzverstärker
223, dessen Plus-Eingang 224 am Potential Vl und dessen Minus-Eingang 225 am Verbindungspunkt 226 liegt. Der Widerstand
227 liegt zwischen der Source-Elektrode 218 des Feldeffekttransistors
216 und dem Verbindungspunkt 226, von dem der Widerstand
228 ζμπι Potential V5 führt und der am Verbindungspunkt 229
liegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 232 liegt am Verbi'ndungspunkt
230, von dem der Kondensator 231 zum Verbindungspunkt 229 führt.
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Der ersten bzw. zweiten Integrationsschaltung 167 bzw. 166 ist ein erster und ein zweiter elektronischer Rückstellschalter
233 bzw. 232 zugeordnet. Der zweite elektronische Rückstellschalter 232 enthält den Feldeffekttransistor 234,
dessen Drain-Elektrode 2 35 am Verbindungspunkt 2 38 liegt, der seinerseits am Verbindungspunkt 230 angeschlossen ist. Die
Source-Elektrode 236 des Feldeffekttransistors 234 liegt am Verbindungspunkt 229. Der Widerstand 239 liegt zwischen den Verbindungspunkten
241 und 240, von welch letzterem die Kathoden-Anoden-Strecke der Diode 242 zum Verbindungspunkt 193 führt.
Zwischen den Verbindungspunkten 241 und 244 liegt der Widerstand 243. ',
Der erste elektronische Rückstellschalter 233 enthält den Kondensator
245, der zwischen den Verbindungspunkten 247 und liegt, welch letzterer am Verbindungspunkt 210 angeschlossen
ist. Der Verbindungspunkt 247 liegt sowohl am Ausgang des Differenzverstärkers 207 als auch am Verbindüngspunkt 248.
Der erste elektronische Rückstellschalter 233 enthält ferner den Feldeffekttransistor 249, dessen Drain-Elektrode 250 am
Verbindungspunkt 248, dessen Source-Elektrode 241 am Verbindungspunkt 246 und dessen Gate-Elektrode 252 am Verbindungspunkt 254 liegt, von dem der Widerstand 253 zum Verbindungspunkt 255 führt. Der Widerstand 256 ist zwischen den Verbindungspunkten 255 und 257 angeordnet. Der Verbindungspunkt 248 liegt
am Verbindungspunkt 255 und ebenso der Verbindungspunkt 238 am Verbindungspunkt 241. Die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode
258 führt vom Verbindungspunkt 254 zum Verbindungspunkt 193.
Die Ausgänge der ersten und der zweiten Integrationsschaltung
167 bzw. 166 werden in der Schaltung abwechselnd benutzt. Zu diesem Zweck sind zusätzlich ein dritter und ein vierter elek-
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G.L. Schlatter 6
tronischer Schalter 260 bzw. 259 vorgesehen, von denen der vierte den Feldeffekttransistor 261 enthalt, dessen Drain-Elektrode
262 am Verbindungspunkt 2 38 liegt, dessen Source-Elektrode 26 3 zum Verbindungspunkt 265 führt und dessen Gate-Elektrode
264 am Verbindungspunkt 244 angeschlossen ist. Die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 266 führt vom Verbindungspunkt 244 zum Verbindungspunkt 192.
In gleicher Weise enthält der dritte elektronische Schalter 260 den Feldeffekttransistor 267, dessen Drain-Elektrode 26 8
am Verbindungspunkt 248 liegt, dessen Source-Elektrode 269 zum Verbindungspunkt 265 führt und dessen Gate-Elektrode 270
am Verbindungspunkt 257 angeschlossen ist. Die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 271 führt vom Verbindungspunkt 192 zum
Verbindungspunkt 257.
Die dritte Integrationsschaltung 168 enthält den Differenzverstärker
272, dessen Plus-Eingang 273 am Potential Vl und dessen Minus-Eingang 274 am Verbindungspunkt 275 angeschlossen ist.
Die dritte Integrationsschaltung 168 enthält ferner die Verbindungspunkte 276, 277 und 278. Der Widerstand 279 liegt
zwischen den Verbindungspunkten 265 und 275, während der Widerstand 280 vom Potential V5 zum Verbindungspunkt 276 führt,
der seinerseits über den Kondensator 281 am Verbindungspunkt 277 angeschlossen ist.
Ferner ist ein erster und ein zweiter Schwellwertdetektor bzw. 283 vorgesehen. Dabei enthält der erste den Differenzverstärker
284, dessen Plus-Eingang 285 am Potential V2 und dessen Minus-Eingang 286 am Verbindungspunkt 278 liegt. Der zweite
Schwellwertdetektor 283 enthält den Differenzverstärker 287, dessen Minus-Eingang 289 am Verbindungspunkt 278 angeschlossen
ist» Für diesen Schwellwertdetektor ist die Vorspannungsschal-
209 8 84/0259 -14-
G.L. Schlatter 6
tung 290 vorgesehen r die den Widerstand 291 und das Potentiometer
292 mit der Widerstandswicklung 293 und dem Schleifer 294 enthält. Der Widerstand 291 und die Widerstandswicklung
29 3 führen in der angegebenen Reihenfolge vom Potential V2 zum Potential Vl. Der Schleifer 294 ist mit dem Plus-Eingang
288 des Differenzverstärkers 2 87 verbunden.
Ein zweiter Inverter 295 ist am Ausgang des Differenzverstärkers 287 angeschlossen. Das Flipflop 178 wird durch die
beiden UND-Schaltungen 296 und 297 gesetzt, wobei der eine Eingang der UND-Schaltung 296 vom Ausgang des Differenzverstärkers
284 und der andere Eingang vom "Null"-Ausgang des Flipflops 178 stammt. Die UND-Schaltung 297 erhält ihren einen
Eingang vom Ausgang des zweiten Inverters 295 und ihren anderen Eingang vom "Eins"-Ausgang des Flipflops 178.
Der Ausgang der UND-Schaltung 296 dient als "Eins"-Eingang
des Flipflops 178, während der Ausgang der UND-Schaltung 297 als dessen "Null"-Eingang dient. Der "Eins"-Ausgang des Flipflops 178 löst die beschriebenen Sehaltfunktionen aus und gibt
seine Impulse an den Zähler 162 weiter, dessen Eingang entweder mit dem "Eins"- oder mit dem "Null"-Ausgang des Flipflops
verbunden werden kann.
Die in Fig. 5 gezeigte Kurve A entspricht dem Potentialverlauf am Ausgang der zweiten Integrationsschaltung 166 nach
Fig. 4. Dieses Potential tritt am Ausgang des Differenzverstärkers
223 auf. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers
207 ist mit B, das Potential des Verbindungspunktes 26 5 mit C und die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 272 mit
D bezeichnet.
Die Aufgabe des ersten Inverters 165 nach Fig. 4 ist es, zu
2 0 H a 8 Λ / 0 2 5 9 - 15 -
G.L. Schlatter
gewährleisten, dass der zeitlich veränderliche Teil der
Kurve B nach Fig. 5 eine negative Steigung aufweist, die direkt proportional am Ausgangsstrom an der Klemme 27 nach
Fig. 3 ist. Das Fehlen eines Inverters bei der zweiten Integrationsschaltung 166 gewährleistet, dass der zeitlich veränderliche
Teil der Kurve A positive Steigung aufweist.
Die geschilderten Sehaltfunktionen kombinieren lediglich
die an- bzw. abfallenden Teile der Kurven A und B zur Kurve C. Durch Integration entsteht aus der Kurve C die Kurve D, die
somit am Ausgang der dritten Integrationsschaltung 168 auftritt.
Der erste Schwellwertdetektor 282 dient zur Erzeugung eines hochliegenden Ausgangssignals unmittelbar vor oder im Augenblick
der positiven Spitzenwerte der Kurve D. Der zweite Schwellwertdetektor 283 gibt ein niedrigliegendes Ausgangs-
signal wenig oberhalb oder zum Zeitpunkt der negativen Spitzenwerte
der Kurve D ab. Die niedrigliegende Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 287 wird dann in eine hochliegende
Ausgangsspannung im zweiten Inverter 295 umgewandelt.
Die Feldeffekttransistoren 203, 216, 234, 249 und 267 dienen als die erwähnten elektronischen Schalter. Somit ist die Impedanz
zwischen der Source- und der Drain-Elektrode praktisch unendlich, wenn der Schalter geöffnet ist, und praktisch
gleich null, wenn er geschlossen ist. Die Feldeffekttransistoren 203 und 216 sind von entgegengesetztem Leitungstyp.
Daher ist für dasselbe Signal am Verbindungspunkt 294 der eine geschlossen und der andere geöffnet und umgekehrt. Das
gleiche gilt für die Transistoren 234 und 249 und auch für die Transistoren 261 und 267. Dadurch wird die Tatsache berücksichtigt,
dass die Kurve A dort horizontal verläuft, wo die Kurvenform B dies nicht tut und umgekehrt.
209384/0259 _l6_
G.L. Schlatter
Die Feldeffekttransistoren 234 und 249 sind Rückstelltransistoren,
die die entsprechenden Kondensatoren 231 und 245 kurzschliessen, wenn diese entladen werden sollen. Der Feldeffekttransistor
261 legt abwechselnd nur den ansteigenden Teil des Ausgangs der zweiten Integrationsschaltung 166 an
den Verbindungspunkt 265. In gleicher Weise wählt der Feldeffekttransistor
26 7 nur den abfallenden Teil der Ausgangsspannung der Kurve B aus und schaltet diesen zum Verbindungspunkt
265 durch.
Im Betriebsfall wird das Flipflop 178 in den "Eins"-Zustand gesetzt, wenn der erste Schwellwertdetektor 2 82 einen Gipfel
der Kurve D feststellt. Dadurch sind für das nächste nachfolgende Intervall die Feldeffekttransistoren 216, 249 und
geöffnet, während die Feldeffekttransistoren 203, 234 und 26 7 geschlossen sind. Während dieses Intervalls wird der Kondensator
231 entladen, und der Ausgang des Differenzverstärkers 223 ist niedrig. Somit integriert die erste Integrationsschaltung 167 in negativer Richtung, und der negative Sägezahn
wird durch die erste Integrationsschaltung 16 7 an den Verbindungspunkt 265 gelegt. Die dritte Integrationsschaltung
168 integriert dann, bis der zweite Schwellwertdetektor ein Minimum feststellt, und bringt dann das Flipflop 178 in
den "Null"-Zustand. Während dieses Intervalls geschieht dann das Umgekehrte wie im vorigen Fall, d. h. die Feldeffekttransistoren
216, 249 und 261 sind geschlossen, während die Feldeffekttransistoren 203, 234 und 267 geöffnet sind.
Wenn daher der Strom durch die Eingangsklemme 163 nach Fig. 4 direkt proportional zum Produkt aus Dichte und Differenzdruck
ist, so ist die am Ausgang des Flipflops 178 erzeugte Pulsfrequenz direktor proportional zur Flussrate in
der Rohrleitung 12. Der Zähler 162 zählt somit den Gesamtdurchfluss und kann, falls gewünscht, auf diese Art'geeicht
werden.
209884/0259
Claims (1)
- G.L. Schlätter 6PATENTANSPRÜCHESchaltungsanordnung zur Bestimmung der Gesamtdurchflussmenge einer in einer Rohrleitung fliessenden Flüssigkeit mittels einer darin angeordneten Blende durch Umwandlung des über der Blende auftretenden Differenzdrucks in ein erstes elektrisches Analogon mittels zweier in einer Widerstandsbrückenschaltung angeordneter Dehnmesstreifen, ferner durch Umwandlung der Dichte der Flüssigkeit in ein zweites, elektrisches Analogon mittels eines Vibrationsdensitometers, durch elektrische Multiplikation der beiden Analogazu einem dritten Analogon und durch anschliessende elektrische Quadratwurzelbildung aus dem dritten Analogon-, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnmesstreifen (22, 23) in benachbarten Brückenzweigen angeordnet sind und die bei- · den anderen Brückenzweige mit je einem Widerstand (82, 83) bestückt sind, dass zwischen einem (79; 81) der beiden einen Widerstand und einen Dehnmesstreifen verbindenden Brückeneckpunkte (79, 81) und dem Schaltungsnullpunkt eine Pegelverschiebeschaltung (33) angeordnet ist, die diesem Brückeneckpunkt ein vom Schaltungsnullpunkt unterschiedliches positives Potential zuführt, dass zwischen dem Schaltungsnullpunkt und dem anderen (81; 79) der beiden Brückeneckpunkte (79, 81) ein Spannung-in-Strom-Wandler (34) angeordnet ist, dem über eine Eingangsschaltung (28) das Dichte-Analogon zugeführt ist und der den durch diesen Brückeneckpunkt fliessenden Strom direkt proporti.onal der Amplitude des Dichteanalogons macht, dass zwischen dem die beiden Widerstände miteinander verbindenden Brückeneckpunkt (78) und dem die beiden Dehnmesstreifen miteinander verbindenden Brückeneckpunkt (80) eine Teilschaltung angeordnet ist,9 884/02G.L. Schlatter 6die als Ausgangssignal das dritte Analogon erzeugt, dessen Amplitude direkt proportional der Potentialdifferenz dieser beiden Brückeneckpunkte ist, dass das dritte Analogon als Eingangsgrösse einem Strom-in-Spannung-Wandler (16 4) zugeführt ist, dessen Ausgang einerseits" über einen ersten Inverter (165) und einen ersten elektronischen Schalter (201) eine erste Integrationsschaltung (167) sowie andererseits über einen zweiten elektronischen Schalter (216) eine zweite Integrationsschaltung (166) steuert, dass der ersten Integrationsschaltung ein erster elektronischer Rückstellschalter (233) und der zweiten Integrationsschaltung ein zweiter elektronischer Rückstellschalter (232) zugeordnet ist, dass der Ausgang der ersten Integrationsschaltung über einen dritten elektronischen Schalter (260) und der Ausgang der zweiten Integrationsschaltung über einen vierten elektronischen Schalter (259) mit dem Eingang einer dritten Integrationsschäl'-tung (168) verbunden ist, dass der Ausgang der dritten Integrationsschaltung mit einem ersten (282) und mit einem zweiten (283) Schwellwertdetektor verbunden ist, dass der Ausgang des ersten Schwellwertdetektors den ersten Eingang einer ersten UND-Schaltung (296) und der Ausgang des zweiten Schwellwertdetektors über einen zweiten Integrator (295) den ersten Eingang einer zweiten UND-Schaltung (297) bildet, dass der jeweilige Ausgcing der UND-Schaltungen mit je einem Eingang eines Flipflops (178) verbunden ist und der jeweils zugehörige Ausgang des Flipflops am jeweiligen zweiten Eingang der zugehörigen UND-Schaltung liegt, dass der der ersten UND-Schaltung zugehörige Ausgang des Flipflops über einen fünften elektronischen Schalter (179) den ersten bis vierten elektronischen Schalter (201/ 202/ 259, 260) sowie die beiden elektronischen Rückstellschalter (232, 233) Öffnet oder schliesst und' dass einer der beiden20 9 884/0259- 19 -G.L. Schlatter 6Ausgänge des Flipflops einen Zähler (162) speist.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das dritte Analogon erzeugende Teilschaltung einen ersten (111) und einen zweiten (112) Differenzverstärker enthält, ferner einen ersten weiteren Widerstand (121) , der zwischen dem Plus-Eingang (113) des ersten Differenzverstärkers und dem die beiden Dehnmesstreifen verbindenden Brückeneckpunkt (80) liegt, ferner einen zweiten weiteren Widerstand (122), der zwischen dem Plus-Eingang (117) des zweiten Differenzverstärkers und dem die beiden Widerstände verbindenden Brückeneckpunkt (78) liegt, ferner einen zwischen den beiden Plus-Eingängen liegenden Kondensator (123), ferner einen zwischen dem Minus-Eingang (114) und dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers liegenden dritten weiteren Widerstand (126), ferner einen vier-ten weiteren Widerstand (140), der über die Gate-Drain-Strecke eines p-Kanal-Feldeffekttransistors (136) und über einen fünften weiteren Widerstand (128) zwischen dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers und dessen Minus-Eingang (120) angeordnet ist, ferner einen zwischen dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers und der Drain-Elektrode (137) des p-Kanal-Feldeffekttransistors liegenden sechsten weiteren Widerstand (127), ferner ein die Minus-Eingänge der beiden Differenzverstärker über seine Widerstandswicklung (130) verbindendes erstes Potentiometer (129), ferner ein zweites Potentiometer (134), dessen Widerstandswicklung (133) mit dem Minus-Eingang des zweiten DifferenzVerstärkers und über einen siebten weiteren Widerstand (132) mit dem Minus-Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist, ferner eine zwischen dem Schleifer (135) des zweiten Potentiometers und der Eingangsschaltung (28) angeordnete erste Konstantstromguelle (35) und schliesslich eine zwischen dem- 20 209 3 84/0259G.L. Schlatter 6Schleifer (131) des ersten Potentiometers angeordnete
zweite Konstantetromquelie (36).3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelverschiebeschaltung (33) von der Eingangsschaltung (28) gespeist ist und dem Brückeneckpunkt (79, 81) ein aus einem konstanten Anteil und einem dem Dichteanalogon direkt proportionalen Anteil bestehendes Potential zuführt.209884/0259
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