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" Verfahren: zum Überwacherl von Leitfihig-
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keitsdifferenzen flüssiger Medien Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine rinrichtung zum Überwachen von Leitfähickeitsdifferenzen flüssiger Medien
und insbesondere kleinster Leitfdhigkeitsdiffererlzen, um den Beladungszustand vcn
Austauscherharzen bei Basenaustaushern automatisch zu überwachen.
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Es ist bekannt, (Testonat-Gcrät der Gebr. Heyl KG) die automatische
Überwachung, z.B. der Qualität von Brauchwasser durch Titration und nachfolgende
chemische Reaktion mit photoelektrischer Abfrage durchzuführen.
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Hierbei besteht die Gefahr einer Verschmutzung der Meßkammer, so daß
die Indikatormenge nicht überwacht werden kann. Der gesamte Meßvorgang unterliegt
mechanischem Verschleiß, und beim Ausfall der Lichtquelle, z.B. Durchbrennen des
Glühfadens, treten Fehlmessungen auf. Durch ständigen Wasserdurchfluß und Indikatorverbrauch
ergeben sich verhältnismäßig hohe Betriebskosten, so daß diese bekannte chemische
Kontrolle der Weichwasserqualität den Anforderungen der Praxis nicht in vollem Umfang
genügt.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Leitfähigkeit von Wasser
durch Brückenschaltung überwacht,
wobei zwei Meßzelle erforderlich
sind, wodurch Meßfehler unvermeidlich sind. Bei Gleiffiheit der Meßergebnisse wird
ein Schaltimpuls erzeugt.
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Man hat auch die Überwachung von flüssigen Medien durch Volumenänderung
eines Austauschharzes vorgeschlagen, z.B. das " Sensatrol-Cerät " der Autotrol Corporation,
Milwaukee, Wis., IJSA. Hierbei treten Probleme auf hinsichtlich des für die Messung
nctwendigen Vakuums und Druckes, welche Werte sich z.B.
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bei Temperaturänderungen der überwachten Flüssigkeit ändern, so daß
keine genauen Meßergebnisse erreicht werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Differenz der Leitfähigkeit
zweier flüssiger Medien unter Vermeidung von Meßfehlern selbsttätig zu überwaher.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Leitfähigkeit
zweier Medien gemessen wird, worauf die Differenz beider Meßwerte gebildet und in
einer Meßzelle erfaßt wird. Hierbei ist nur eine einzige Meßzelle erforderlich und
ein etwaiger Meßfehler der Meßzelle geht daher nicht auf die Ge-Genauigkeit der
Differenzbildung ein, so daß mit einer einfachen Betriebsmeßzelle bekannter Bauweise
eine hohe Genauigkeit der Meßergebnisse erreicht wird.
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Vcrzugsweise wird eine Bezugsgröße zur Differenzbildung durch eine
automatische Regelung auf den Wert 100 Prozent gesetzt. Durch diese Regelung werden
schwankende Eingangsbedingungen ausgeglichen. Beispielsweise kann als Bezugsgröße
die elektrische Leitfähigkeit von Rohwasser gewählt werden.
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Es empfiehlt sich, die Meßvorgänge in zweckmäßig einstellbaren Intervallen
durchzuführen. Von den auf diese Weise erhaltenell Meßergebnissefl wird dann die
Differenz
gebildet. Die sich ergebende Differenz wird mit einem
vorgewahlten Grenzwert verglichen. Für beide Messungen kann der gleiche Meßkana3
benutzt werden, wodurch in einfacher Weise eine Selbstüberwachung der Meßzelle erreicht
wird.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sollen anhand der
Zeichnungen erläutert werden, in denen ver--chiedene Schaltbildr einer Einrichtung
zur Durchführung des erfindungsgenlänen Verfahrene schematisch dar-(cstellt sind.
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Eu zeigen: Fig. 1 ein Gesamtschaltbild einer solchen Einrichtung,
und Fig. 2, 3 u.4 Einzelheiten dieser Schaltung.
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Beim Einschalten der Einrichtung werden über die Setzschalter 1, 2
das Programmregister 3, 4, 5, 6, die Teiler 7, 8, 9, 10, die Zähler 21, 22, 3, 23
und das F3ip-Flop 28 gesetzt. Dadurch befinden sich die Teiler, die Zähler und die
Q-Au:cänge des Prograrrmregisters, sowie des Flip-Flops im Zustand "logisch L" (Low).
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Über das Flip-Flop 6 des Programmregisters werden die Q- Ausgänge
der Teiler ?9 und 30, sowie die Zähler 31, 32 auf logisch "L" gesetzt und gesperrt.
Außerdem wird die dreistellige Anzeige 33, 34, 35 ausgeblendet. Mittels der Schaltung
1), 12 und der Teiler 7, 8, 9, 10 werden aus der Netzfrequenz von 50 Hz Impulse
von 1 sec. und 30 sec. gebildet. Die 30 sec.-Impulse werden über Gatter 40, 41 dem
Programmregister 3, 4, 5, 6 zugeführt.
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30 Sekundep nach dem Einschalten wird der Q-Ausgang des
Flip-Flops
3 dos Pro@rammregisters @@@ logisch "H" (Eigh) geschaltet. Über den Q-Ansg@@g wird
des Relais 36 angesteuert, das ein eingebautes Ventil steuert. Über dieses Ventil
gelonqt das Medium mit der höheren Leitfähigkeit, z.B. Rohwasser, ar die nicht gezeichnete
Meßzelle, wobei dic Leitföfigkeit des Mediums durch das Leitfä@igkeitsmeßgerät L9
gemessen wird. Gleichzeitig wird in dieser Phase I des Programms eine Nachlaufsteuerung
freigegeben, die das Leitfähigkeitsmeßgerät 19 so nachregelt, daß das Meßergebnis
in dieser Phase immer 100 Prozent entspricht.
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Dieses Meßergebnis gelangt auf den Spannungs-Frequenzwandler 18. Mit
Hilfe der Teiler 7, 8, der Gatter 13, 14, 15, 16, 77 und 33 wird in den Phase I
und II des Programms eine Tor zeit gebildet, die nach Ablauf von 29 Sekunden der
jeweiligen Phasen den Zähleingang eines vierstelligen Vor-Rückwärts-Zählers 21,
22, 23, 24 für eine Sekunde freigibt. In der Phase I ist der Zahler als Vorwärtszähler
geschaltet. Nach/Ablauf einer Sekunde wird der Zähleingang des Zählers wieder gesperrt.
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Gleichzeitig wird das Programm auf Phase II geschaltet, in der die
Leitfähigkeit des anderen flüssigen Mediums mit der niedrigen Lei tfdhigkeit, z.B.
Weichwasser, gemessen wird. Hierbei wird der C-Ausgang des Flip-Flops 4 des Programmregisters
auf logisch H" geschaltet.
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Das Meßergebnis aus der Phase I ist in dem vierstelligen Zähler 21
- 24 gespeichext.
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Während der Phase II wird das Relais 37 angesteuert, mit dem ein Ventil
geschaltet wird, so daß das Medium mit der niedrigen Leitfähigkeit an die Meßzelle
gelangt.
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Während der Phase II ist die Nachlaufsteuerung gesperrt.
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Das Meßergebnis der Phase II gelangt ebenfalls auf den spannungsfreguenzwandler
18. Nach A uf von 29 Sekunden der Phase Il wird wiederum der Zühleingang des Vor-
und Rückwärtszählers 21 bis 24 für eine Sekunde freigegen. In der Phase 1 arbeitet
dieser Zähler als Rückwärtszähl@@. @ä@rend di@ser einen Sekunde wird von dem gespeicherten
Wert der ersten Messung der Wert der zweiten Mes@ung subtrahiert, und nach Ablauf
einer Sckunde der Zunleingang wieder gesperrt.
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Gleichzeitig wird das Programm in die Phase III geschaltet, indem
der Q-Ausgang des Flip-Flops 5 des Programmregisters auf logisch "H" geschaltet
wird.
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Während der Phase III wird die in den Zählern 21, 22, 23 gespeicherte
Differenz der beiden Meßwerte über die Vergleicher 25, 26, 27 mit einer vorgewählten
Differenz verglichen. Diese Vorwahl wird über die Codierschalter 44, 45, 46 durchgeführt.
Bci Gleichheitoder bei Unterschreiten der eingestellten Differenz wird über das
Gatter 39 ein Relais 38 angesteuert, mit dem ein Programm ausgelöst oder eine Meldung
getätigt werden kann.
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Das Gatter 39 dient zur Verknüpfunq des Programmschrittes III mit
dem Ausgang les V@ V@rgleichers 27. Ist die gespeicherte Differenz größer als die
vorgewählte Differenz, so wird das Relais 38 nicht angesteuert. Nach Ablauf von
30 Sekunden wird das Programm in die Phase IV geschaltet.
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Die Phase IV entspricht der Pausenzeit des Meßzyklus.
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Während dieser Phase wird über den Ausgang Q des Flip-Flop 6 des Programmregisters
und die Gatter 40, 41 der Eingang des Programmregisters gesperrt, so daß keine 30
Sekunden-Impulse an den Eingang des Programmregisters mehr gelangen. Gleichzeitig
werden über den Ausgang Q des Flip-Flops 6 des Programmregisters die Teiler 29,
30
und die Zähler 31, 32 freigegehen. Die 30 Sekunden-Impulse werden
durch ien Teiler 29 durch zwei geteilt, so daß 1 Minuten-Impulse entstehen. Diese
1 Minuten-Impulse gelartigen auf den Einang des zweistelligen Zählers 31, 32. Die
Vorwahl der Pausenzeit wird mit Hilfe der Codierschalter 42, 43 bewirkt. Beim Erreichen
der vorgewählten Zet werden das Programmregister 3, 4, 4, 6, die Teiler 7, 8, 9,
10, die Zähler 21, 22, 23, 24 und das Flip-Flop 28 auf die Ausgang bedingungen gesetzt.
Über den Q-Ausgang des Flip-Flop 6 des Programmregisters und die Gatter 40, 4I wird
der Eingang des Programmregisters wieder freigegeben.
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Über den Q-Ausgang des Flip-Flops 6 des Programmregister werden die
Teiler 29, 30 und die Zihler 31, 32 auf Null gesetzt und gesperrt.
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Nach Ablauf von 30 Sckunden gelangt ein Impuls an deri Eingang des
Programmreqisters und ein neuer Meßzyklus beginnt.
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Der Teiler 30 kann durch eine Steckverbindung innerhalb des Geräts
zugeschaltet werden, wodurch die Pausenzeit verdoppelt wird.
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Während der Phase IV wird auBerdem die dreistellige anzeige 33/59,
34/60, 35/61 über den Ausgang des Flip-Flops 6 des Programmregiters eingeblendet.
An der Anzeige kann nun die ermittelte Differenz abgelesen werden.
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Nach Ablauf der Pausenzeit wird die Anzeige wieder ausgeblendet.
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Das Flip-Flop 28 dient zur Vermeidung von Fehlverhalten der Schaltung
bei der Differenzbildung. Die Differenzbildung kann einen Fehler von + 1 Digit aufweisen,
so
daß es bei einer Gle:dh£eit beider Meßwerte vorkommen konnte,
daß der vier@tellige Zähler 21, 22, 23, 24 über die Zahl 0000 hinaus weiterzählt.
In diesem Falle würde dann z.B. die Zahl 9999 im Zähler stehenbleiben und ufl: Vergleich
gebracht werden. Dem Vergleicher würde also eine Differenz von 99,9% vorgegeben,
obwohl die tatsächliche Dilferenz 00,0% beträgt. Da die vorgewählte Differenz aber
in den meisten Fällen kleiner als 99,9% ist, wür-je das Gerät diesen Fehler nicht
melden bzw. den notwendigen Programmstart nicht ausführen.
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Dises Fehlverhalten wird auf folgende Weise durch das Flip-Flop 23
verhindert. Wenn der Zähler über 0000 hinauszählt, entsteht an dem Übertragungsausgang
des Zählers 24 ein Impuls, der das Flip-Flop 28 schaltet. Über den Q-Ausgang und
das Gatter 17 wird der Zähleingang des vierstelligen Zählers gesperrt. Gleichzeitig
werden die Ausgänge des Zählers auf die Zahl 0000 gesetzt. Bei dem anschließenden
Vergleich wird festgestellt, dan der Wert gleich oder kleiner ist als der vorgewählte
Wert, und es wird über das Relais 38 zur Meldung gebracht bzw. es wird ein Programm
gestartet.
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Da beide Meßgrößen über einen einzigen Menkanal erfaßt werden, wird
hierdurch sowie durch die beschriebene Beschaltung eine Selbstüberwachung der Meßzelle
mit ihrer Meßleitur.g erreicht. Bei einer Defekt der Meßzelle ur(3/cder der Meßleitung
würden beide Meßwerte gleich groß sein und es würde sich eine Differenz von 00,0%
bilden.
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Ein für die beschriebene Schaltung geeignetes Leitfähigkeitsmeßgerät
ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.
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Mit hilfe eines Fensterdiskriminators 53 wird eine Istwertabweichung
(Ausgangspannung des Verstärkers 49) von einer einm31 festgelegten Sollwertspannung
erkannt.
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Die Ausgänge des Fensterdiskriminato@s 53 steuern über die Transistoren
54, 56 bzw, 55, 57 c.n Motorpotontiometer 58 solange an, bis das Potentiometer die
Verstärkung des Verstärkers 49 so eingestellt @at, deß dessen Ausgangsspannung wieder
den Wert der Soll@@@@tspannung + einer etenfalls am Fen@@erdiskrim@@at@@ einsellbaren
Abweichung erreicht hat.
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Die Inhibiteingänge des Fensterdiskrominators 53 werden über den Q-Ausgang
des Flip-Flops @ des Pr@grammregisters angesteuert, so daß sichergestellt ist, daß
die Nachlaufsteuerung nur während der Phase I es Programms arbeitet.
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Mit Hilfe dieser Nachlaufsteuerung wird erreicht, daß jede Änderung
der Eingangsbeidingungen ausgeregelt wird.
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Fig. 4 zeigt eine beispielsweise Sche@tung einer Anzeigeeinheit, die
aus den Dekodern 23, 34, 35 und den DE@-Anzeigen 59, 60, 61 besteht. Die BCD-Ausgänge
dr Zähler 21, 27, 23 gelangen auf die Eingänge de:: Dekoder 33, 34, 35, die wiederum
die Anzeigen 59, 69, 61 steuern.
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Über den "Blanking Input"-Eingang der Dekoder 33, 34, 35 werden die
Anzeigen 59, 60, Gl während der Phasen I, II, III des Programms Ausgeblendet und
während der Phase IV eingeblenet.