-
Schwebekörper-Durchflußmesser mit einer Einrichtung zur
-
Signalgabe für die Stellung des Schwebekörpers im Meßrohr
Die
Erfindung betrifft einen Schwebekörper-Durchflußmesser mit einer Einrichtung zur
Signalgabe für die Stellung des Schwebekörpers im Meßrohr, insbesondere zur Ansteuerung
eines Reglers, wobei am Meßrohr eine Lichtschrankenanordnung vorhanden ist, bei
der wenigstens ein einem elektrisch betriebenen Lichtsender zugeordnetes und durch
den Schwebekörper abschattbares lichtempfindliches Element vorhanden ist.
-
Ein derartiger Schwebekörper-Durchflußmesser ist aus der DE-OS 18
12 170 bekannt. Ein ähnlicher Schwebekörper-Durchflußmesser ist auch aus der US-PS
25 03 091 bekannt.
-
Derartige bekannte Schwebekörper-Durchflußmesser, die häufig zur Markierung
von bestimmten Durchflüssen in Verbindung mit Grenzwertschaltern verwendet werden,
haben zwar Vorteile gegenüber anderen Arten von Schwebekörper-Durchflußmessern,
da beispielsweise auch bei verhältnismäßig kleinen Schwebekörpern mit Durchmessern
von weniger als 10 mm Lichtschranken noch in zuverlässiger Weise betätigt werden
können. Hingegen ist eine Betätigung von magnetischen Schaltern durch einen im Schwebekörper
eingelassenen Magneten bei derartig kleinen Abmessungen eines Schwebekörpers praktisch
nicht mehr durchführbar. Der Magnet, welcher in einen derart kleinen Schwebekörper
allenfalls noch eingelassen werden könnte, wäre zur Betätigung eines außerhalb des
Meßrohres angebrachten Magnet-Schalters viel zu schwach.
-
In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, einen Schwebekörper-Durchflußmesser
in explosionsgefährdeten Räumen zu betreiben, in denen eine Meßeinrichtung oder
ein Bauelement jedoch nur zulässig ist, wenn es eigensicher zu betreiben ist. Für
derartige Anwendungsfälle eignen sich insbesondere Zungen- oder Reed-Schalter, die
zur Erlangung eines bistabilen Verhaltens mit einem Magneten vorgespannt sind. Bisher
ist für besonders kleine Schwebekörper-Durchflußmesser noch keine befriedigende
Lösung
für einen Betrieb in explosionsgefährdeten Räumen gefunden
worden, i für einen Magnet-Schalter keine ausreichende Betatigungskraft vorhanden
ist und Lichtschranken -Anordnungen deshalb nicht verwendbar sind, weil die verfügbaren
Lichtquellen oder Licht sender einen derart hohen Speisestrom benötigen, da3 ein
eigensicherer Betrieb nicht gewahrleistet ist Um einen Schwebekörper-Durchflußmesser
im Hinblick auf seine Verwendung in explosionsgeschützten Räumen Veigensicher betreiben
zu können, müßte ein Signal verwendet werden, welches z. B. nach DIN 19234 dimensioniert
ist d. h.
-
sogenaunten iHUR-oignal entspricht. Dazu wire erforderlich, da? nur
Ströme von wenigen Nilliampere verwendet werden. Alle verfügbaren Lichtschranken
lassen sich jedoch unter solchen Bedingungen nicht betreiben.
-
Deshalb ist bereits versucht worden, nachdem Nagnet-Schalter wegen
der zu geringen Betatigungskraft ausscheiden und Lichtschranken wegen ihres wesentlich
höheren Strombedarfes nicht in Frage kommen, mit Itinginitiatoren eine Signabe durchzuführen.
Solche Ringinitiatoren halten die entsprechenden DI; ormen für den eigensicheren
Betrieb in explosionsgeschützten Räumen zwar ein, haben jedoch andere Nachteile,
die einer praktischen Verwendung entgegenstehen. Einer dieser Nachteile besteht
darin, daß ein Ringinitiator nur dann anspricht, wenn der Schwebekörper aus Metall
besteht und gerade in dem Bereich steht, in welchem der Ringinitator außerhalb des
Meßrohres angeordnet ist. Es besteht daher bei der Verwendung eines Ringinitiators
keine Möglichkeit festzustellen, ob der Schwebekörper oberhalb cder unterhalb des
Ringinitiators steht. Grundsätzlich ließe sich dieser Nachteil dadurch überwinden,
daß zwei Ringinitiatoren miteinander kombiniert werden und auf einen bistabilen
Schalter wirken.
-
Dadurch ergibt sich jedoch der enfindllche flachteil, dß eine verhältnismäßig
große Bauhöhe entsteht und demgemäß ein zu großer Bereich des Meßrohres verdeckt
wird. Außerdem ist bei der Verwendung eines Ringinitiators die Anbringung
einer
oft erforderlichen Ansteckskala an dem Meßrohr eines Schwebekörper-Durchflußmessers
nicht mehr möglich.
-
Besonders nachteilig ist außerdem, daß nur metallische Schwebekörper
verwendet werden können, dies jedoch aus Korrosionsgründen oft nicht zulässig ist.
-
Auf Grund der Nachteile bekannter chwebekörper-Durchflumesser ist
es bisher nicht gelungen, bei kleineren Schwebekörper-Durchflußmessern, bei denen
die Schwebekörper-Durchmesser in einer Größenordnung von unter 10 mm aufweisen,
eine Messung in explosionsgefährdeten lumen durchzuführen.
-
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen Schwebekörper-Durchflußmesser
der eingangs näher genannten Art zu schaffen, der auch bei der Verwendung eines
Schwebekörpers mit einen Durchmesser von weniger als etwa 10 mm unter Verwendung
einer Lichtschranken-Anordnung in explosionsgefährdeten Räumen zu betreiben ist.
-
Zur Losung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Lichtschrankenanordnung
d. h. der Sender und der Empfänger intermittierend einschaltbar sind und dao die
Einschalt -Zeitintervalle derart dimensioniert sind, daß der über die Zeit gemittelte
Speisestrom für den Lichtsender unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt und die
Zeit zwischen zwei benachbarten Zeitintervallen kleiner ist als die Abschattungszeit
des lichtempfindlichen Elementes beim Durchgang des Schwebekörpers durch die Lichtschrankenanordnung.
-
Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil errebn bar, iß der
Strommittelwert zur Beleuchtung und auch für die Versorgung des elektronischen Empfängers
bei einer Lichtschrankenanordnung weniger als -1 mA betragen kann obwohl der Betriebsstrom
eines zur Beleuchtung erforderlichen Lichtsenders im Bereich von etwa 1 mA liegen
kann.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist vorgesehen, daß der Licht sender als Leuchtdiode ausgebildet ist.
-
Mit einer Leuchtdiode lassen sich verhältnismäßig hohe Frequenzen
beim intermittierenden Betrieb der Lichtschrankenanordnung erreichen, da Leuchtdioden
eine hinreichend geringe Trägheit und ein entsprechend kurzzeitiges Ansprechverhalten
zeigen.
-
Zur Vermeidung der Empfindlichkeit gegen Fremdlicht ist vorzugsweise
vorgesehen, daß die Lichtschrankenanordnung mit einer Strahlung betreibbar ist,
die außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt. Dabei kann vorzugsweise eine Strahlung
im Infrarotbereich verwendet werden, indem beispielsweise unmittelbar vor dem licht
empfindlichen Element ein Infrarotfilter angeordnet ist.
-
Um den erfindungsgemäßen Schwebekörper-Durchflußme sser verschiedenen
Anwendungsfällen besonders leicht und flexibel anpassen zu können, sieht eine vorteilhafte
Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vor, daß das Zeitintervall einstellbar
ist.
-
Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß zwei entlang dem
Meßrohr unmittelbar übereinander angeordnete lichtempfindliche Elemente vorgesehen
sind und daß den beiden lichtempfindlichen Elementen ein bistabiler Schalter nachgeschaltet
ist. Mit einer derartigen Meßanordnung wird eine eindeutige Aussage dariiber ermöglicht,
ob der Schwebekörper unterhalb oder oberhalb der Lichtschranke steht.
-
Nach dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung genügt es im Prinzip,
wenn die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen, in denen der Lichtsender
und der Lichtempfänger eingeschaltet sind, d. h. die ImpZispause zwischen zwei Lichtimpulsen,
derart kurz bemessen ist, daß der mit Höchstgeschwindigkeit durch die Lichtschranke
bewegte Schwebekörper nicht'während einer Impulspause durch die Lichtschranke hindurchgehen
kann.
-
Durch den gemäß der Erfindung erreichbaren, außerordentlich geringen
Betriebsstrom für die Lichtschranke ist die gesamte Lichtschrankenanordnung mit
einem Lichtsender, einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen, einem Verstärker
und einer Steuerlogik in Zweileitertechnik zu betreiben. Dies bedeutet, daß durch
zwei Leiter das angeschaltete Bauelement mit Betriebsstrom versorgt und zugleich
das Nutzsignal übertragen wird.
-
Sicherheitshalber ist vorzugsweise vorgesehen, daß wesentlich kürzere
Impulspausen verwendet werden, solange sichergestellt ist, daß der über die Zeit
gemittelte Strom die zulässige Grenze für einen eigensicheren Betrieb nicht überschreitet.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Schwebekörper-Durchflußme ssers.
-
Gemäß der Darstellung in der Zeichnung ist in einem konischen Meßrohr
10 ein Schwebekörper 11 angeordnet.
-
Außerhalb des Meßrohres 10 ist eine Lichtschrankenanordnung angebracht,
die einen Lichtsender 12 aufweist, der zwei lichtempfindliche Elemente 13 und 14
beleuchtet.
-
Grundsätzlich könnte die Lichtschrankenanordnung auch nur mit einem
lichtempfindlichen Element betrieben werden.
-
Bei der Verwendung von zwei lichtempfindlichen Elementen besteht jedoch
der Vorteil, daß nach an sich bekannten Methoden jeweils angegeben werden kann,
ob der Schwebekörper 11 sich oberhalb oder unterhalb der Lichtschranke befindet.
Den beiden lichtempfindlichen Elementen 13 und 14 ist eine Steuereinrichtung 15
nachgeschaltet, welche einen (nicht dargestellten) bistabilen Schalter betätigt.
-
Bei der Lichtschranken-Anordnung besteht der Vorteil gegenüber einer
Meßanordnung, die mit einem Ringinitiator ausgestattet ist, daß das Meßrohr nicht
von allen Seiten verdeckt ist und die Möglichkeit der Anbringung einer Ansteckskala
weiterhin gegeben ist. Außerdem können nichtmetallische Schwebekörper verwendet
werden.
-
Weiterhin besteht der Vorteil, daß wegen der geringen Bauhöhe mehrere
Lichtschranken oder sogar mehrere Doppellichtschranken verhältnismäßig dicht übereinander
angeordnet werden können.
-
Wenn auch der Schwebekörper 11ihm allgemeinen nur mit verhältnismä3ig
geringer Geschwindigkeit durch das Meßrohr 10 hindurchbewegt wird, ist jedoch nicht
auszuschließen, daß bei momentanen starken Durchflu3anderungen Bewegungen des Schwebekörpers
11 mit reBtiv hoher Geschwindigkeit entstehen. Dann wird bei einem verhältnismäßig
kleinen Schwebekörper ein lichtempfindliches Element wie 13 oder 14 nur sehr kurzzeitig
abgeschattet. Die Höchstgeschwindigkeit, mit welcher der Schwebekörper durch das
Meßrohr hindurchgehen kann, laßt sich für verschiedne Anwendungsfälle und Betriebssituationen
experimentell leicht bestimmten, und es kann die Impulspause zwischen den von dem
intermittierend betriebenen Lichtsender 12 ausgesandten Lichtimpulsen so bemessen
werden, daß auch bei der möglichen lIöclEtgeschwindigkeit der Schwebekörper nicht
während einer einzigen Impulspause oder Dunkelphase durch die Liclitschranke hindurchgehen
kann. Natürlich ist außer der Impulspause auch die Impulsdauer im Hinblick darauf
von Bedeutung, daß der Mittelwert des zum Betreiben des Lichtsenders und der licht
empfindlichen Elemente erforderliche Strom unter dem für einen eigen sicheren Betrieb
zulässigen Wert bleiben muß. Bei der Auswahl eines geeigneten Puls-Tastverhältnisses
ebenso wie bei der Dimenionierung der absoluten Impulslänge und/oder der absoluten
Impulspause sind nach dem Grundgedankeli der Erfindung die beiden Randbedingungen
zugleich
zu erfüllen, daß nämlich einerseits eine hinreichend kurze
Impulspause gewählt wird, um das Hindurchgehen des Schwebekörpers durch die Lichtschranke
während einer einzigen Impulspause zu verhindern, während andererseits sowohl die
Höhe als auch die Breite der Lichimpulse ausreichend klein bleiben müssen, um den
höchstzulässigen Strom nicht zu überschreiten.