DE3103187C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwebekörper-Durchflußmes­ ser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schwebekörper-Durchflußmesser ist aus der JP 54-34 862 bekannt. Bei diesem bekannten Schwebekörper- Durchflußmesser ist einerseits der Schwebekörper minde­ stens so groß wie der axiale Abstand zwischen zwei benach­ barten Lichtempfängern oder zwei benachbarten Lichtsen­ dern. Andererseits sind die jeweiligen Lichtsender und Lichtempfänger diametral in ein und derselben Ebene gegen­ überliegend angeordnet. Des weiteren paßt man bei diesem bekannten Schwebekörper-Durchflußmesser den Abstand der gegenüberliegenden und einander zugeordneten Lichtsender und Lichtempfänger dem konischen Verlauf des Meßrohres an. Da die Messung senkrecht zur Meßrohrachse verläuft, muß die axiale Abmessung des Schwebekörpers mindestens dem axialen Abstand zwischen zwei Lichtschranken entsprechen.

Es ist weiterhin ein Schwebekörper-Durchflußmesser bekannt, bei dem ein Lichtsender zwei in axialer Richtung vonein­ ander beabstandete Lichtsensoren bestraht, die gemeinsam an eine Steuereinrichtung angeschlossen sind. Die Licht­ schranke wird in Art eines bistabilen Schalters betrie­ ben, wobei der Durchflußmesser nur eine sehr geringe Meß­ genauigkeit hat (DE-OS 29 24 235).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwebekörper-Durchflußmesser der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, bei dem auch ein außerordentlich kleiner Schwebekörper verwendet und eine hohe Meßgenauig­ keit erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwebekörper-Durchfluß­ messer der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche technische Fort­ schritt erreichbar, daß die Meßgenauigkeit gegenüber einer herkömmlichen entsprechenden Anordnung erheblich gesteigert werden kann, da die Unsicherheit bei der Erfassung der Stel­ lung des Schwebekörpers im Meßrohr auf die Hälfte der bis­ her üblichen Werte vermindert werden kann.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung der wesentliche Vorteil erreichbar, Schwebekörper verwenden zu können, die nur etwa halb so groß sind wie bisher.

Wenn vorzugsweise vorgesehen ist, daß die Lichtsender und die Lichtempfänger denselben Abstand von der Achse des Meß­ rohres aufweisen, so wird sichergestellt, daß die Oberkante des zur Mittelachse des Meßrohres symmetrischen Schwebe­ körpers die schräg verlaufenden Strahlen jeweils nach glei­ cher Höhenverschiebung erreicht.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Lichtsender und die Lichtempfänger möglichst exakt diametral zum Meß­ rohr angeordnet sind, damit die optische Wirkung des Meß­ rohres aus Glas eine optimale Schattenwirkung ermöglicht.

Ein über den gesamten Meßbereich besonders hohes Auflösungs­ vermögen und damit eine besonders hohe Meßgenauigkeit er­ gibt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung dadurch, daß die Lichtsender und die Lichtempfänger jeweils untereinander äquidistant angeordnet sind. Wenn jedoch in einem bestimmten Gebiet des Meßbereichs nur eine geringere Meßgenauigkeit erforderlich ist, können auch über die Höhe des Schwebekörper-Durchflußmessers unterschiedliche Abstände zwischen den Lichtsendern und entsprechend unter­ schiedliche Abstände zwischen den Lichtempfängern vorge­ sehen werden.

Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Licht­ sender und die Lichtempfänger jeweils zu Gruppen zusammen­ geschaltet sind, die nacheinander betrieben werden. Dadurch werden die zum Anschluß an die nachgeschaltete Elektronik erforderlichen Verbindungsleitungen stark reduziert. Es läßt sich auf diese Weise erreichen, daß zu n Lichtsendern nur etwa 2√n Leitungen erforderlich werden. Der gleiche Sachverhalt trifft für die Lichtempfänger zu.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Er­ findungsgegenstandes ist vorgesehen, daß durch die logische Schaltung für einen bestimmten Zeitpunkt jeweils der gerade einen Lichtimpuls abgebende Lichtsender und der oberste abge­ schattete Lichtempfänger ermittelt werden. Auf diese Weise läßt sich die Position eines Schwebekörpers im Meßrohr auf sehr einfache Weise eindeutig angeben.

Eine besonders günstige Möglichkeit zur Ablesung des Meß­ ergebnisses ergibt sich dadurch, daß an die logische Schal­ tung wahlweise eine digitale und/oder eine analoge Anzeige­ einrichtung anschaltbar ist, welche diejenige Meßrohr-Höhe angibt, welche durch die Verbindungslinie zwischen dem ge­ rade sendenden Lichtsender und dem höchsten abgeschatteten Lichtempfänger festgelegt ist.

Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Licht­ sender und die Lichtempfänger mit Infrarotlicht betreibbar sind. Dadurch wird die Fremdlicht-Empfindlichkeit entschei­ dend verringert oder auch praktisch völlig ausgeschaltet.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schwebekörper- Durchflußmessers mit einer erfindungsgemäßen Licht­ schranken-Anordnung in einer Seitenansicht und

Fig. 2 einen schematischen Grundriß eines erfindungsgemäßen Schwebekörper-Durchflußmessers.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 ist in einem im wesent­ lichen vertikal angeordneten Meßrohr 1 ein Schwebekörper 2 angeordnet. Links von dem Meßrohr 1 sind übereinander eine Reihe von Lichtsendern S 1 bis Sn angeordnet. Rechts von dem Meßrohr 1 sind entsprechende Lichtempfänger E 1 bis En in einer Reihe übereinander vorhanden. Die Lichtsender S und die Lichtempfänger E haben jeweils denselben Abstand von der Mittelachse des Meßrohres 1, damit die Oberkante des zur Meßrohrachse symmetrischen Schwebekörpers 2 die in der Fig. 1 eingezeichneten, schräg verlaufenden Strahlen von den Lichtsendern S zu den Lichtempfängern E jeweils nach gleichen Höhenverschiebungen des Schwebekörpers 2 durchläuft.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei n vorhandenen Lichtsen­ dern zwei (n - 1) Strahlen nacheinander abgeschattet werden, wenn der Schwebekörper 2 die Meßstrecke durchläuft und wenn n Lichtempfänger vorhanden sind. Es könnte die Anordnung je­ doch auch so getroffen sein, daß über dem in der Fig. 1 ein­ gezeichneten höchsten Lichtempfänger En noch ein zusätzlicher Lichtempfänger En + 1 vorhanden wäre. Dann könnten bei insge­ samt n vorhandenen Lichtsendern beim Durchlaufen der Meß­ strecke durch den Schwebekörper 2 insgesamt zwei · n Strahlen nacheinander abgeschaltet werden.

Aus der Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Lichtsender S und die Lichtempfänger E zwar in bezug auf das Meßrohr 1 diametral einander gegenüber angeordnet sind, jedoch nicht auf gleichen Höhen. Die Lichtempfänger sind gegenüber den Lichtsendern in der Höhe versetzt angeordnet. Der Höhenver­ satz eines Lichtempfängers in bezug auf diejenigen beiden Lichtsender welche zu dem betrachteten Lichtempfänger je­ weils den geringsten Abstand haben, ist derart gewählt, daß der Lichtempfänger auf einer mittleren Höhe zwischen den beiden erwähnten Lichtsendern angeordnet ist. Mit anderen Worten, ein Lichtempfänger ist in bezug auf die beiden Licht­ sender, welche von ihm den geringsten Abstand aufweisen, auf der Höhe derjenigen senkrecht durch die Meßrohrachse verlaufenden Ebene angeordnet, welche die Verbindungslinie zwischen den beiden genannten Lichtsendern in der Mitte schneidet.

Durch die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Steuerein­ richtung 6 werden die Lichtsender S 1 bis Sn derart betrieben, daß sie kurzzeitig nacheinander einen Lichtimpuls aussenden.

Die in der Fig. 2 schematisch dargestellte logische Schaltung 4 arbeitet zusammen mit der Steuereinrichtung 6 in der Weise, daß jeweils der unmittelbar unterhalb und der unmittelbar oberhalb des jeweils sendenden Lichtsenders befindliche Licht­ empfänger abgefragt wird, um festzustellen, ob dieser Licht­ empfänger Licht von dem erwähnten Lichtsender empfängt oder unter Umständen durch den Schwebekörper 2 abgeschattet ist.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung kurz zusammengefaßt werden. Wenn der Schwebe­ körper 2 das Meßrohr 1 von unten nach oben durchläuft, wer­ den nacheinander die Strahlen von S 1 nach E 1, von S 1 nach E 2, von S 2 nach E 2, von S 2 nach E 3 usw. abgeschattet. Die Abschattung erfolgt jeweils, nachdem der Schwebekörper die­ jenige Strecke zurückgelegt hat, die dem halben Höhenab­ stand zwischen den einzelnen Lichtsendern entspricht. Wenn der Schwebekörper 2 an n Lichtsendern vorbeigegangen ist, werden somit bis zu zwei n Strahlen nacheinander abgeschat­ tet. Auf diese Weise läßt sich die Meßgenauigkeit gegenüber der eingangs erwähnten bekannten Einrichtung erheblich stei­ gern, d. h. im wesentlichen verdoppeln. Es kann auch bei­ spielsweise ein Schwebekörper verwendet werden, dessen Höhen­ ausdehnung mindestens dem halben Höhenabstand zwischen zwei Lichtsendern entspricht.

In der Fig. 2 sind das Meßrohr 1 und der darin konzentrisch angeordnete Schwebekörper 2 sowie die Lichtsender S und die Lichtempfänger E in einer Ansicht von oben schematisch dar­ gestellt. Weiterhin ist in einer schematischen Darstellung die logische Schaltung 3 veranschaulicht, die mit den Licht­ sendern S und den Lichtempfängern E sowie auch mit der in der Fig. 2 nicht dargestellten Steuereinrichtung 6 verbunden ist.

An die logische Schaltung 3 können wahlweise eine digitale Anzeigeeinrichtung 4 und/oder eine analoge Anzeigeeinrichtung 5 angeschlossen sein.

Sowohl die Lichtsender als auch die Lichtempfänger können in Gruppen zusammengeschaltet werden, und diese Gruppen können nacheinander betrieben werden. Dadurch werden die zum Anschluß an die nachgeschaltete Elektronik erforderlichen Verbindungs­ leitungen in ihrer Anzahl stark reduziert.

Eine eindeutige Aussage über die Stellung des Schwebekörpers 2 im Meßrohr 1 ergibt sich vorzugsweise dadurch, daß von der logischen Schaltung 3 jeweils derjenige Lichtsender Sn, wel­ cher gerade einen Lichtimpuls aussendet, und der oberste ab­ geschattete Lichtempfänger En ermittelt werden.

Claims (5)

1. Schwebekörper-Durchflußmesser
mit einer entlang seinem lichtdurchlässigen konischen Meßrohr angeordneten Mehrfach-Lichtschranken-Anord­ nung, die aus einer Reihe von jeweils in bezug auf das Meßrohr einander diametral gegenüberstehenden Lichtsendern und Lichtempfängern gebildet ist, und
mit einer logischen Schaltung, durch welche gegen Lichtsender abgeschattete Lichtempfänger identifi­ zierbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Lichtempfänger (E _i ) auf einer solchen Meß­ rohr-Höhe angeordnet ist, welche auf der Mittelsenk­ rechten der Verbindungsstrecke zwischen den beiden mit dem jeweils geringsten Abstand gegenüber dem Lichtempfänger (E _i ) angeordneten Lichtsendern (S _i ) und (S _{i - 1}) liegt,
daß die Lichtsender (S) und die Lichtempfänger (E) denselben Abstand von der Achse des Meßrohres (1) aufweisen und untereinander jeweils äquidistant ange­ ordnet sind,
daß eine Steuereinrichtung (6) vorgesehen ist, durch welche die Lichtsender (S _i ) der Reihe nach kurzzei­ tig zur Aussendung von Lichtimpulsen veranlaßt wer­ den, und
daß durch die logische Schaltung (3) die beiden mit dem jeweils geringsten Abstand gegenüber dem jeweils gerade sendenden Lichtsender (S _i ) angeordneten Lichtempfänger (E _{i + 1}) und (E _i ) im Hinblick auf Ab­ schattung abgefragt werden.

2. Schwebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (S) und die Lichtempfänger (E) jeweils zu Gruppen zusammengeschaltet sind, die nach­ einander betrieben werden.

3. Schebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch bekennzeichnet, daß durch die logische Schaltung (3) für einen be­ stimmten Zeitpunkt jeweils der gerade einen Licht­ impuls abgebende Lichtsender (S _i ) und der oberste abgeschaltete Lichtempfänger (E _i ) bzw. (E _{i + 1}) er­ mittelt werden, wobei der Lichtsender (S _i ) nur Licht auf die Empfänger (E _i ) und (E _{i + 1}) emittiert und der Empfänger (E _i ) nur Licht von den Lichtsendern (S _i ) und (S _{i - 1}) empfängt.

4. Schwebekörper-Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die logische Schaltung (3) wahlweise eine digitale (4) und/oder eine analoge (5) Anzeigeein­ richtung anschaltbar ist, die denjenigen Höhenbe­ reich des Meßrohres angibt, der zwischen dem gerade sendenden Lichtsender (S _i ) und dem höchsten abge­ schatteten Lichtempfänger (E _{i + 1}) liegt.

5. Schwebekörper-Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (S) und die Lichtempfänger (E) mit Infrarotlicht betreibbar sind.