DE2744444C3

DE2744444C3 - Einrichtung zur Messung des Massendurchflusses von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2744444C3
Application number: DE2744444A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Graz Fredericks (Oesterreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1980-09-25
Also published as: GB2005423A; FR2404835A1; ATA673678A; GB2005423B; DE2744444B2; AT370518B; FR2404835B1; US4195516A; DE2744444A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit mit einem einen Flüssigkeitsvorrat enthaltenden Meßbehälter, der auf einer Balken-Wägevorrichtung bzw. einer Meßdose mit elektrischer Meßwertauswertung derart austariert gelagert ist, daß das Gewicht des Meßbehälters einschließlich eines mittleren Flüssigkeitsvorrates durch Gegengewicht bzw. Gegenkraft ausgeglichen ist

Bei einer aus der CH-PS 4 32 868 bekannten Einrichtung dieser Art erfolgt die gesamte Betriebsstoffzufuhr zum Verbraucher über den Meßbehälter, indem die Zuleitung zum Verbraucher aus dem Meßbehälter herausgeführt ist und eine Vorrichtung zum Wiederauffüllen des Meßgefäßes über eine zweite, in das Meßgefäß mündende Leitung vorgesehen ist, die mittels zweier mit Festkontakten Steuerschalter bildender Steuerkontakte des Waagebalkens in den dem Ende bzw. Beginn des Meßvorganges entsprechenden Lagen des Waagebalkens -Jn- bzw. abschaltbar ist Dem Meßbehälter ist ein Vorrats- bzw. Ausgleichsbehälter vorgeschaltet mit dessen Hilfe die dem Meßbehälter zugeführte Flüssigkeit weitgehend konstant gehalten wird.

Diese quasi kontinuierlich arbeitende Meßeinrichtung hat sich im wesentlichen gut bewährt Hierbei beruht die Messung auf aufeinander folgenden Bestimmungen des tatsächlichen Gewichtes der Flüssigkeit im Meßbehälter und auf der gleichzeitigen Messung der Zeitspanne zwischen den einzelnen Gewichtsmessungen, wobei allerdings die Messung während des Wiederauffüllens des Behälters unterbrochen werden muß. Darüberhinaus kann zur Vermeidung von Meßfehlern die Zeitspanne zwischen zwei Gewichtsmessungen nicht beliebig kurz gewählt werden, so daß insbesondere bei kleinen Durchflußmengen ungenaue Meßresultate nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Messung des Massendurchflusses von Flüssigkeiten, mit deren Hilfe unter Nutzung der charakteristischen Empfindlichkeit einer automatisch gesteuerten Waage eine stetige Messung des Durchflusses 5i? auch bei kleinen Durchflußmengen möglich ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Wägevorrichtung bzw. Meßdose im Flüssigkeitsstrom eine weitere systemgleiche Wägevorrichtung vorgeschaltet ist und beide Wägevorrichtungen mittels einer Auswertungsschaltung miteinander gekoppelt sind, mit deren Hilfe einerseits der Flüssigkeitszufluß in der Zeit zu der zuflußseitigen Wägevorrichtung und andererseits sowohl der Flüssigkeitszufluß als auch der Flüssigkeitsabfluß zu bzw. von der abflußseitigen Wägevorrichtung gemessen Und die Meßwerte summiert Werden.

Durch die Erfindung ist eine Meßeinrichtung geschaffen, mit deren Hilfe kontinuierlich und ohne zeitliche Unterbrechung der Massendurchfluß von Flüssigkeiten gemessen werden kann und die daher auch die fehlerfreie Erfassung kleiner Durchflußmengen möglich macht.

Vorteilhaft sind in der Zuleitung zum Meßbehälter

97 AA AAA

*- ι ι—γ -τ -γτ

der vorgeschalteten Wägeeinrichtung und in der Verbindungsleitung zum zweiten Meßbehälter jeweils ein durch die Auswertschaltung steuerbares Ventil vorgesehen und die Waagebalken mit Hilfe eines biegbaren Federmaterials gelagert, wobei die Waagebalken so steuerbar sind, daß ihre Lage — abgesehen von kleinen Auslenkungen zur Erzeugung von Fehlersignalen — gleich bleibt Hierbei weist zweckmäßig jeweils eine Seite der Waagebalken eine Zunge auf, welcher jeweils ein einen veränderlichen Kondensator bildendes Plattenpaar zugeordnet ist, das Bestandteil der Auswerlschaltung ist, wobei die andere, das Gegengewicht tragende Seite des Balkens eine in einen Magneten tauchbare, an die Auswertschaltung angeschlossene Spule trägt Die zwei veränderlichen Kondensatoren bilden hierbei zwei Zweige einer von einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Meßbrücke, an deren Ausgang eine Meß- und Steuerschaltung angeschlossen ist

Die Meß- und Steuerschaltung weist zwei Zweige auf, von denen jeder Zweig an eine der Meßbrücken angeschlossen ist, wobei jeder Zweig einen Di-kriminator enthält, dessen unterer Eingang an den Ausgang der jeweiligen Meßbrücke und dessen zweiter Eingang an den Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist, wobei weiterhin der Diskriminator über eine steuerbare Stromquelle an eine Differenzierstufe und dann an eine Strommeßstufe für den an die Spule zu liefernden Strom angeschlossen ist und daß zwischen die Differenzierstufen der zwei genannten Zweige ein Summierer und zwischen die Strommeßstufen ein Steuergerät für die Ventile in den Leitungen geschaltet sind.

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

F i g. 1 eine Ausführungsform der Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform einer Meßeinrichtung.

Die in de- Zeichnung dargestellte Einrichtung zur Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit besteht aus einem einen Flüssigkeitsvorrat enthaltenden Meßbehälter 6, der auf einer Balken-Wägevorrichtung mit elektrischer Meßwertauswertung derart austariert gelagert ist, daß das Gewicht des Meßbehälters einschließlich eines mittleren Flüssigkoitsvorrates durch Gegengewicht bzw. Gegenkraft ausgeglichen ist. Hierbei wird die Balkenwägevorrichtung einem mittels Band 18 aufgehängten Waagebalkens gebildet, auf dessen einem Arm der Fw'aßbehälter 6 aufsteht und an dessen anderem Arm einerseits ein Gegengewicht 16 einer dem Mittelwert des Gewichts auf der anderen Balkenscite entsprechenden Größe sowie eine mit einem Permanentmagneten zusammenwirkende Spule angeordnet sind. Der Flüssigkeitszufluß zum Behälter 6 erfolgt über die Zuleitung 7 und der Abfluß zum Verbraucher über die Ableitung 44. Am Behälter 6 sind eine untere Meßmarke 14 und eine obere Meßmarke 12 angeordnet.

Es sind der Wägevorrichtung im Flüssigkeitsstrom über die Leitung 7 eine weitere, systemgleich aus Waagebalken 1 mit Aufhängung 17, Meßbehälter 5 mit oberer und unterer Meßmarke 11,13 Gegengewicht 15, Permanentmagnet 3 sowie Spule 25 bestehende Wägevorrichtung vorgeschaltet Und beide Wägevorrichtungen mittels einer Auswertschaltung gekoppelt mit deren Hilfe einerseiu der Flüssigkeitszufluß in der Zeit dm\ldtzu der zuflußseitigen Wägevorrichtung und andererseits sowohl der Flüssigkeitszufluß -dim/dt als auch der Flüssigkeitsabfluß + drni/dt zu bzw. von dtr abflußseitigen Wägeeinrichtung gemessen und die Meßwerte summiert werden. Der Zufluß zu der ϊ vorgeschalteten Wägevorrichtung erfolgt über die Zuleitung 10.

In der Zuleitung 10 zum Behälter 5 der vorgeschalteten Wägeeinrichtung und in der Verbindungsleitung 7 zum zweiten Behälter 6 sind jeweils ein durch die

ίο genannte Schaltungsanordnung steuerbares Ventil 9, 8 vorgesehen, wobei die Aufhängungen 17, 18 für die Waagebalken 1, 2 aus biegbarem Federmaterial bestehen und die Waagebalken so steuerbar sind, daß ihre Lage — abgesehen von kleinen Auslenkungen zur Erzeugung von Fehlersignalen — praktisch immer gleich bleibt

Zu diesem Zweck sind an den freien Enden der Waagebalken 1,2 jeweils eine Zunge 19,20 angeordnet denen jeweils ein veränderliche Kondensatoren bildendes Plattenpaar 21, 23 bzw. 22, 24 zvoordnet sind, die Bestandteile der genannten Auswcrtungsschaltung bilden und über die Auswertungsschaltung mit jeweils der zugehörigen Spule 25, 26 verbunden sind. Hierbei bilden die Platten der veränderlichen Kondensatoren jeweils 7wei Zweige je einer Meßbrücke 29 bzw. 30 (F i g. 2), die von einem Hochfrequenzgenerator 41 gespeist wird und an deren Ausgang eine Meß- und Steuerschaltung angeschlossen ist

Die Meß- und Steuerschaltung weist zwei Zweige auf, von welchem jeder über einen Verstärker 27,28 an eine der Meßbrücken 29, 30 angeschlossen ist, wobei jeder Zweig einen Diskriminator 31, 32 enthält, dessen unterer Eingang an den Ausgang der jeweiligen Meßbrücke 29, 30 und dessen zweiter Eingang an den

Yi Hochfrequenzgenerator 4i angeschlossen ist Der Diskriminator ist über eine steuerbare Stromquelle 35, 36 an eine Differenzierstufe 37, 38 und dann an eine Strommeßstufe 39, 40 für den an die Spule 25, 26 zu liefernden Strom angeschlossen, wobei zwischen die Differenzierstufen 37, 38 der zwei genannten Zweige ein ^f~ummierer 43 und zwischen die Strommeßstufen 39, 40 ein Steuergerät 42 für die Ventile 8, 9 in den Leitungen 7,10 geschaltet sind.

Die Meßeinrichtung arbeitet wie folgt:

Es wird zunächst davon ausgegangen, daß beide Behälter 5,6 bis zu den oberen Marken 11 und 12 gefüllt und die beiden Ventile 8 und 9 geschlossen sind. Wird nun über den Abfluß 44 Flüssigkeit aus dem zweiten Behälter 6 entnommen, so erhält man durch eine Messung der Stromänderung in der Spule 26 den Meßwert =^-, wobei + ^j^- eine Verminderung der

Massr im zweiten Behälter 6 und -

(Jm₂

Vergrößerung der Masse in diesem Behälter 6 bedeuten. Der Wert ^^- wird gemessen, bis die Flüssigkeit in diesem Behälter 6 die untere Meßmarke 14 erreicht, worauf das Ventil ° geöffnet wird. Die Elektronik mißt gleichzeitig iSt und ^- und summiert die beiden dt dt

Werte.

Die Verbindungsleitung 7 ist so ausgelegt, daß der Fluß der Flüssigkeit zwischen den Behältern 5 und 6 ungefähr zweimal so groß ist wie die höchste erwartete Abflußrate durch die Abflußieitung 44, Der Behälter 6 wird also wieder gefüllt. Hat die Flüssigkeit in Behälter 6 die obere Meßmarke 12 wieder erreicht, oder erreicht

der Flüssigkeitsspiegel im vorgeschalteten Behälter 5 die untere Marke 13, so 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 erfolgt keine Messung von ' , sondern

df

lediglich von 4r^· Sobald die Flüssigkeit im ersten al

Behälter 5 die obere Grenze 11 erreicht hat, schließt das Ventil 9 und das zweite Ventil 8 öffnet wieder. Jetzt

werden wieder—^i- und—r^- gemessen und summiert, α/ dt

Es wird somit -^- in den beiden Richtungen, d. h. in uf

Form von ± -^- gemessen, während ^i nur positiv gemessen wird, so daß die algebraische Summe von _u[[u [miner giciun ucni iviusseiiiiusnuu ivi aus

dem Behälter 6 ist.

Wird nur der MassenaUüfluß M gemessen, 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 bei nicht immer gleichem Flüssigkeitsniveau tritt keine Rückwirkung auf die Messung von 4— ^e'ⁿ· Die

df

ίο Einrichtung erlaubt jedoch auch eine Integration über eine bestimmte Zeitspanne, was entweder auf dem Wege der elektronischen integration am Ausgang des Summierers 43 oder in der Weise erfolgen kann, daß die Meßvorgänge in den Strommeßstufen 39 und 40 genauer gemächt und mit entsprechenden Logik- und Speicherelementen 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 bestimmt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung!!

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung des Massendurchflusses einer Flüssigkeit mit einem einen Flüssigkeitsvorrat enthaltenden Meßbehälter, der auf einer Balken-Wägevorrichtung bzw. einer Meßdose mit elektrischer Meßwertauswertung derart austariert gelagert ist, daß das Gewicht des Meßbehälters einschließlich eines mittleren Flüssigkeitsvorrates durch Gegengewicht bzw. Gegenkraft ausgeglichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wägevorrichtung (2, 6, 4, 22, 24, 26) bzw. Meßdose im Flüssigkeitsstrom eine weitere systemgleiche Wägevorrichtung (1,5,3,21,23,25) vorgeschaltet ist und beide Wägevorrichtungen mittels einer Auswertungsschaltung (27—43) miteinander gekoppelt sind, mit deren Hilfe einerseits der Flüssigkeitszufluß in der Zeit (d/ni/di,)zu der zufluBseitigen Wägevorrichtung und andererseits sowohl der Flüssigkeitszufluß ( — dmi/dfJais auch der Flüssigkeitsabfluß ( + d/rh/dr,) zu bzw. von der abflußseitigen Wägeeinrichtung gemessen und die Meßwerte summiert werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (10) zum Meßbehälter (5) der vorgeschalteten Wägevorrichtung und in der Verbindungsleitung (7) zum zweiten Meßbehälter (6) jeweils ein durch die Auswertschaltung steuerbares Ventil (9,8) vorgesehen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Zeichnet, daß iie Waagebalken (1, 2) mit Hilfe eines biegsamen Federmaterials (17,18) gelagert sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Waagebalken so Steuerbar sind, daß ihre Lage - abgesehen von kleinen Auslenkungen zur Erzeugung von Fehlersignalen — gleich bleibt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Waagebalken (1, 2) eine Zunge (19, 20) aufweist, welcher jeweils ein einen veränderlichen Kondensator bildendes Plattenpaar (21, 23 bzw. 22, 24) zugeordnet ist, das Bestandteil der Auswertschaltung ist, wobei die andere, das Gegengewicht (15 bzw. 16) tragende Seite des Balkens (1, 2) eine in einen Magneten (3 bzw. 6) « tauchbare, an die Auswertschaltung angeschlossene Spule (25,26) trägt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten (21,23; 22,24) bei welchen die Zunge (19 bzw. 20) die mittlere Elektrode bildet, zwei Zweige je einer von einem Hochfrequenzgenerator (41) gespeisten Meßbrücke (29 bzw. 30) bilden und daß an den Ausgang der Meßbrücke eine Meß- und Steuerschaltung angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Steuerschaltung zwei Zweige aufweist, von denen jeder Zweig an eine der Meßbrücken (29 bzw. 30) angeschlossen ist, wobei jeder Zweig einen Diskriminator (31 bzw. 32) enthält, dessen unterer Eingang an den Ausgang der jeweiligen Meßbrücke (29, 30) und dessen zweiter Eingang an den Hochfrequenzgenerator (41) angeschlossen ist, wobei Weiterhin der Diskriminator über eine steuerbare Stromquelle (35 bzw. 36) an eine Differenzierstufe (37, 38) und dann an eine Strommeßstufe (39 bzw, 40) für den an die Spule (25, 26) zu liefernden Strom angeschlossen ist und daß zwischen die Differenzierstufen (37, 38) der zwei genannten Zweige ein Summierer (43) und zwischen die Strommeßstufen (39,40) ein Steuergerät (42) für die Ventile (8, 9) in den Leitungen (7,10) geschaltet sind.