DE2744444A1

DE2744444A1 - Einrichtung zur stetigen messung des massendurchflusses einer fluessigkeit

Info

Publication number: DE2744444A1
Application number: DE19772744444
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Fredericks
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1979-04-05
Also published as: US4195516A; DE2744444B2; DE2744444C3; AT370518B; ATA673678A; FR2404835A1; FR2404835B1; GB2005423B; GB2005423A

Description

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Vor, Dr. Jr. !!ans List

Graz (Oesterreich)

Einrichtung zur stetigen Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit

SK/be 14.9.77

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur

stetigen Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit mit einer Zuleitung und mit einer Abflussleitung für diese Flüssigkeit.

Es gibt schon Einrichtungen zur kontinuierlichen Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit. Zu nennen sind Geräte, die das Prinzip der Corioliskraft verwenden und Geräte, die den Druck mit Hilfe einer hydraulischen Brücke messen, bei welcher die Druckdifferenz in ihren Zweigen dem Massendurchfluss proportional ist.

Diese bekannten, rein kontinuierlich arbeitenden Geräte weisen jedoch z.B. bei einer Durchflussmenge von etwa 1 kg/Stunde, verhältnismässig grosse Fehler auf.

Es gibt auch Einrichtungen zur Messung von Massendurchfluss, die nur quasi-kontinuierlich arbeiten.

Die Arbeitsweise solcher Einrichtungen beruht

auf aufeinanderfolgenden Messungen des tatsächlichen Gewichtes einer Flüssigkeit in einem Behälter und auf der gleichzeitigen Messung der Zeitspanne zwischen den einzelnen Gewichtsmessungen. Die Messung muss natürlich während des Wiederauffüllens des Behälters unterbrochen werden. Auch kann die Zeitspanne zwischen zwei Gewichtsmessungen nicht beliebig kurz gemacht werden, ohne grosse Messfehler in Kauf nehmen zu müssen. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch besser geeignet, genauere Messresultate bei kleinen Durchflussmengen zu liefern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zu offenbaren, welche die charakteristische Empfindlichkeit einer automatisch gesteuerten Waage ausnützt und gleichzeitig so ausgelegt ist, dass sie stetig ^r messen kann und zwar auch bei kleinen Durchflussmengen von Flüssigkeit. Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemässen Einrichtung dadurch gelöst, dass zwei Behälter vorgesehen sind, welche mit Hilfe einer Zwischenleitung miteinander verbunden sind, dass

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jeder dieser Behälter sich auf einer Waage oder Messdose befindet, und dass die Waagen oder Messdosen mittels einer Schaltungs anordnung zur stetigen Messung des Massendurchflusses pro Zeiteinheit ~r~ miteinander verbunden sind,
dt

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform dieser Einrichtung.

In Fig. 1 sind Waagen dargestellt, welche wie

aus Fig. 2 ersichtlich, mittels einer Schaltungsanordnung miteinander gekoppelt sind. Jede Waage weist einen Balken 1 bzw. 2 auf, von welchen jeder mit Hilfe von Bändern 17 und 18 aus einem flexiblen Federmaterial aufgehängt ist. Auf der einen Seite des Balkens 1 bzw. 2 der jeweiligen Waage ist ein Behälter 5 bzw. 6 aufgestellt. Diese Behälter 5,6 weisen Marken 11 und 13 bzw. 12 und 14 auf, welche das untere und das obere Niveau der Flüssigkeit im jeweiligen Behälter 5,6 anzeigen.

In den ersten dieser Behälter mündet eine Zuleitung 10 für die Flüssigkeit, wobei in dieser Leitung 10 ein Ventil 9 eingebaut ist. Das Eintrittsende dieser Zuleitung 10 ist an eine nicht dargestellte Flüssigkeitsquelle bzw. an einen Vorratsbehälter für Flüssigkeit angeschlossen. Der erste Behälter 5 ist mit Hilfe einer Verbindungsleitung 7 mit dem zweiten Behälter 6 verbunden, der sich auf dem Balken 2 der anderen Waage befindet. In der Verbindungsleitung 7 ist ebenfalls ein Ventil 8 eingebaut. Vom zweiten Behälter 6 weg führt dann eine Abflussleitung 44 für die Flüssigkeit, deren anderes Ende, wenn die Flüssigkeit ein Kraftstoff ist, an einen Verbrennungsmotor oder dgl. angeschlossen ist.

Das die Behälter 5 bzw. 6 tragende Ende des BaI-

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kens 1 bzw. 2 ist mit einer Zunge 19 bzw. 20 versehen, welche sich zwischen jeweils zwei Platten 21, 33 bzw. 22, 24 befindet. Die Zungen 19, 20 bilden mit den Platten 21, 23 bzw. 22, 24 Kondensatoren mit veränderlicher Kapazität.

Auf dem anderen Ende des Balkens 1 bzw. 2 sind

Gegengewichte 15,16 zu den Behältern 5,6 aufgestellt. Die Grösse dieser Gegengewichte 15,16 ist derart gewählt, dass sie dem Mittelwert des Gewichtes auf der anderen Balkenseite entsprechen Diese Seite der Balken 1 und 2 trägt ausserdem auch noch eine Spule 25 bzw. 26, welche auf dem Balken 1 bzw. 2 befestigt ist und in einen unterhalb dieser Balkenseite aufgestellten Permanentmagneten 3 bzw. 4 taucht.

Die Spulen 25,26 zusammen mit den Permanentmagneten 3,4 kompensieren die Gewichtsänderungen auf den Balken 1, 2.

In der Anordnung nach Fig. 1 erfolgt der Zufluss der Flüssigkeit und der Fluss derselben zwischen den beiden Behältern durch Einwirkung von Schwerkraft, der Abfluss durch die Leitung 44 wird dagegen durch Saugen erzielt. Selbstverständlich können auch abschaltbare Pumpen in diesen Leitungen verwendet werden und zwei Waagen können dann auf dem gleichen Niveau sein.

Durch die nachstehend beschriebene elektronische Rückkopplung ist der jeweilige Balken 1 bzw. 2 so gesteuert, dass er immer in der gleichen Lage bleibt, abgesehen von kleinen Auslenkungen, die notwendig sind, um Fehlersignale zu erzeugen. Die Spulen 25,26 und die Magnete 3,4 sind so ausgelegt, dass die Kraft, die sie erzeugen, proportional dem Spulen strom ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bilden die veränderlichen Kondensatoren, bestehend aus den Elektroden 19,21,23 und aus 20,22,24 je zwei Zweige von Brücken 29 und 30, die von einem Hochfrequenzgenerator 41 gespeist werden. 27 und 28 sind

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Verstärker. 31 und 32 sind Diskriminatoren, welche die Phasen zwischen den Signalen vom Generator 41 und den Signalen von den Verstärkern 27 und 28 vergleichen. 33 und 34 sind Tiefpassfilter, 35 und 36 sind steuerbare Stromquellen, die den Strom für die Spulen 25 und 26 erzeugen. Durch diese steuerbaren Stromquellen 35 und 36 wird ein Strom durch die Spulen 25 und 26 gesandt, der die Waagebalken 1 und 2 so regelt, dass die Brücken 29 und 30 im Gleichgewicht bleiben. 37 und 38 sind Differenzierstufen,

deren Ausgänge vom Summierer 43 addiert werden. Die Differenzierstufe 38 gibt Signale in beide Richtungen d.h. ± ^l2_ ,

dt während die andere Differenzierstufe 37 Signale nur in eine

Richtung abgibt + 1 . 39 und 40 sind Strommessstufen, welche

dt
die tatsächlichaiStröme durch die Spulen 25 und 26 messen und dabei die tatsächliche Masse feststellen. Die Ausgänge aus den Strommessstufen 39 und 40 werden durch ein Steuergerät 42 verarbeitet, das die Logik für die Steuerung der Ventile 8 und 9 enthält.

Nehmen wir an, dass beide Behälter 5,6 bis zu den oberen Marken 11 und 12 gefüllt sind, und dass die beiden Ventile 8 und 9 zu sind. Nun wird über den Abfluss 44 Flüssiakeit aus dem zweiten Behälter 6 entnommen. Durch eine Messung der

dm,

dF

Stromänderung in der Spule 26 erhält man den Wert 2 . In

dieser Messung bedeutet + 2 eine Verminderung der Masse im

dt

zweiten Behälter 6 und - 2 eine Vergrösserung der Masse in

dt

diesem Behälter 6. Der Wert 2 wird gemessen, bis die Flüssig-

dt

keit in diesem Behälter 6 die untere Marke 14 erreicht. Das Ventil 8 wird dann geöffnet und die Elektronikmisst gleichzeitig

2 und 2 und summiert die beiden.

dt dt

Die Verb.indungsleitung 7 ist so ausgelegt, dass der Fluss der Flüssigkeit zwischen den Behältern 5 und 6 unge-

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fähr zweimal so gross ist wie die höchste erwartete Abflussrate durch die Abflussleitung 44. Der Behälter 6 wird also wieder gefüllt. Wenn die Flüssigkeit in diesera zweiten Behälter 6 die obere Grenze 12 v/ieder erreicht hat, oder wenn der Flüssigkeitsspiegel im ersten Behälter 5 die untere Marke 13 erreicht hat, schliesst das Ventil 8 und das Ventil 9 öffnet, worauf eine rasche Füllung des Behälters 5 bis zur oberen Marke 11 erfolgt.

Während dieser Füllzeit wird 1 nicht gemessen, nur 2

dt dt

scheint in der Summierung. Sobald die Flüssigkeit im ersten Behälter 5 die obere Grenze 11 erreicht hat, schliesst das erste Ventil 9 und das zweite Ventil 8 öffnet wieder. Jetzt

werden wieder 1 und 2 gemessen und summiert. Kurz gesagt,

dt dt

2 kann in den beiden Richtungen gemessen werden, d.h. + 2 ,

dt " dt

während

dm

dt

1 nur positiv gemessen wird, so dass die algebra-

dm

ische Summe von 1 und 2 immer gleich dem Massenausfluss

dt dt
M aus dem Behälter 6 ist.

Wenn nur M, der Massenausfluss gemessen wird, dürfte es klar sein, dass die Messwerte von den Strommessgeräten 39 und 40 nicht genau sein müssen, weil diese Werte nur dazu dienen, die Grenzwerte der Flüssigkeitsspiegel in den zwei Behältern 5 und 6 ungefähr festzustellen. Auch wenn diese Niveaus nicht immer gleich sind, hat dies keinen Einfluss auf die

Messung von -τ—. Es ist möglich, mit dieser Einrichtung auch eine

Intergration über eine bestimmte Zeitspanne durchzuführen, wenn es erforderlich ist. Zwei bekannte Methoden können hierzu angewandt werden:

1.) Der Ausgang aus dem Summierer 4 3 kann elektronisch intergriert werden.

2.) Man kann die Messvorgänge in den Strommessstufen 39 und 40 genauer machen und mit entsprechenden Logik-

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und Speichereicinonten aus der Anzahl der Füllungen des Behälters 5 und der Differenz der Massen in den zwei Behältern 5 und 6 am Messbeginn und bei Messende das Integral bestimmen.

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Claims

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Pcxtentansprüche

1Λ Einrichtung zur stetigen Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit, mit einer Zuleitung und einer
Abflussleitung für diese Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Behälter (5 bzw. 6) sich auf je einer Waage oder
Messdose befinden, und dass die Waagen oder Messdosen mitteis
einer Schaltungsanordnung zur stetigen Messung des Massendurchflusses pro Zeiteinheit — miteinander verbunden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (5) mittels der Zuleitung (10) an einer Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist, dass in dieser
Zuleitung (10) ein Ventil (9) eingeschaltet ist, dass die Verbindungsleitung (7) ebenfalls ein Ventil (8) aufweist, und dass diese Ventile (8 und 9) durch die genannte Schaltungsanordnung steuerbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waage eine automatische Balkenwaage ist, und dass der Mittelwert des Gewichtes auf der massenveränderlichen Seite des Balkens (1 bzw. 2) durch ein Gegengewicht (15 bzw. 16) auf der anderen Seite kompensiert ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, der Waagebalken (1 bzw. 2) durch ein biegbares
Federmaterial (17,18) gelagert ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Waagebalken so steuerbar ist,
dass seine Lage praktisch immer gleich bleibt, abgesehen von
kleinen Auslenkungen, um Fehlersignale zu erzeugen.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des jeweiligen Balkens (1,2) eine
Zunge (19,20) aufweist, v/elcher Platten (21,23 bzw. 22,24) zugeordnet sind, wobei diese zusammen zwei veränderliche Konden-

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satoren bilden, die Bestandteile der genannten Schaltungsanordnung sind und dass die andere, das Gegengewicht (15 bzw. 16) tragende Seite des jeweiligen Balkens (1 bzw. 2) eine in einen Magneten (3 bzw. 6) tauchbare Spule (25,26) trägt, welche an die Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen zwei veränderlichen Kondensatoren, bei welchen die Zunge (19 bzw. 20) die mittlere Elektrode bildet, zwei Zweige einer Messbrücke (29 bzw. 30) darstellen und dass diese Messbrücke von einem Hochfrequenzgenerator (41) gespeist ist und deren Ausgang an eine Mess- und Steuerschaltung angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mess- und Steuerschaltung zwei Aeste aufweist, von v;elchen jeder Ast an eine der Messbrücken (29 bzw. 30) angeschlossen ist, dass jeder Ast einen Diskriminator (31 bzw. 32) enthält, dessen unterer Eingang an den Ausgang der jeweiligen Messbrücke (29 bzw. 30) und dessen zweiter Eingang an den Hochfrequenzgenerator (41) angeschlossen ist, dass der Diskriminator über eine steuerbare Stromquelle (35 bzw. 36) an eine Differenzierstufe (37 bzw. 38) und dann an eine Strommessstufe (39 bzw. 40) für den an die Spule (25 bzw. 26) zu liefernden Strom angeschlossen ist und dass zwischen die Differenzierstufen (37,38) der zwei genannten Aeste ein Summierer (4 3) und zwischen die Strommessstufen (39,40) ein Steuergerät (42) für die Ventile (8,9) in den Leitungen (7,10) geschaltet sind.

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