DE3241222C2

DE3241222C2 - Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und ggf. der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE3241222C2
Application number: DE19823241222
Authority: DE
Inventors: Hans 6908 Wiesloch Engelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-09
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE3241222A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und ggf. der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische oder nichtelektrolytische Flüssigkeiten. Die Vorrichtung besitzt innerhalb der Wandung des Gehäuses mindestens zwei Elektroden in Abstand benachbart voneinander, wobei das Flügelrad in Rotation mit einer Kante seiner Flügel dicht an den Elektroden vorbeistreicht zur geometrischen Änderung der Strombahnen des Elektrolyten zwischen den Elektroden. Zwischen die Elektroden ist eine Wechselspannung zur Messung der elektrolytischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit gelegt, wobei die Änderung der Leitfähigkeit aufgrund der geometrischen Änderung der Strombahnen beim Drehen des Flügelrades mittels einer elektrischen Auswerteschaltung gemessen wird. Oder in die Wandung ist eine Topfspule eingebaut, die Teil eines Rückkopplungstransformators an einer Generatorschaltung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und gegebenenfalls der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die US-PS 43 33 354 ist ein derartiger Flügelraddurchflußmesser zur Messung der Drehzahl des Flügelrades für elektrolytische Flüssigkeiten bekanntgeworden, der innerhalb des Gehäuses 3 in äquidistanten Abständen angeordnete Elektroden aufweist, die von der Flüssigkeit benetzt sind. Ein Impulsgenerator erzeugt Impulse, die mittels transformatorischer Kopplung in komplementärer Konfiguration und über kapazitive Ankopplung an zwei Elektroden gelegt sind. Der Übertragungstransformator besitzt einen Mittenabgriff, der zusammen mit der dritten Elektrode wiederum induktiv die Ausgangsimpulse an eine Verstärkerschaltung weiterleitet. Das Grundprinzip ist nun folgendes, daß bei Rotation des Flügelrades die Impedanz des Elektrolyten zwischen den beiden Elektroden verändert wird, auf die die komplementären Impulse des Impulsgenerators gelegt sind. Diese Änderung wird über die -dritte Elektrode angezeigt.

Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß diese für die geringfügigen Änderungen der Impedanz des Elektrolyten zwischen den Elektroden noch zu ungenau ist und yor allen Dingen zu viel Strom verbraucht Des weiteren werden aufgrund der zweimaligen induktiven Ankopplungen auch Störungen weitergegeben, was ebenfalls zur Verfälschung des Meßergebnisses ."olgt.

Schließlich erfolgt die Verstärkung des Ausgangssignals nur über eine Mittelwertbildung und ist somit nur für Langzeitmessungen geeignet, nicht aber auch zur kurzzeitigen, momentanen Anzeige der tatsächlichen Drehzahl des Flügelrades.

iä Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dergestalt zu verbessern, daß diese nicht mehr störanfällig ist, nur noch einen geringen Stromverbrauch besitzt und auch momentan die exakte Drehzahl des Flügelrades anzuzeigen im Stande ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfmdungsgemäß im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgernäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß aufgrund der Brückenschaltung, in der die Impedanzen des Elektroden zwischen zwei Elektroden liegen, eine sehr genaue Messung der Änderung der Impedanzen möglich ist, wobei hierzu ein Synchronde-

jo modulator verwendet wird. Aufgrund dieses Synchrondemodulators, der durch die Impulsfrequenz des die Komplementären im Spannungsimpulse erzeugenden Impulsgenerators getaktet wird, werden sämtliche Störeinflüsse praktisch völlig ausgeschlossen. Daneben ist mit der erfindungsgemäßen Schaltung der Vorteil verbunden, daß diese nur noch sehr wenig Strom verbraucht, wodurch die Vorrichtung über einen langen Zeitraum mit einer handelsüblichen Batterie versorgt werden kann.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Wandung und das Flügelrad eines Flügelraddurchmessers;
F i g. 2 eine Draufsicht auf F i g. 1;

F i g. 3 eine Brückenschaltung, zu der die Elektroden innerhalb der Wandung des Gehäuses geschaltet sind;

F i g. 4 ein Blockschaltbild zur Messung der Drehzahl des Flügelrades und

F i g. 5 eine Schaltungsausführung des Blockschaltbildes gemäß F i g. 4.

Die Vorrichtung besteht in bekannter Weise aus einem Flügelraddurchflußmesser, dessen Gehäusewandung mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist und innerhalb der drei Elektroden 2, 7, 8 isoliert angeordnet sind. Ein Flügelrad 3 mit den Flügeln 9,10,11 ist mit einer Welle 4 innerhalb der Wandung 1 des Gehäuses geeignet drehbar gelagert. Auf dem Flügelrad 3 und zwar auf dem Durchmesser 9 sind in gleichen radialen Abständen zwei Metallstücke 5,6 angeordnet, die bei Drehen des Flügelrades den Elektroden 2,7,8 eng benachbart sind und an diesen vorbeistreichen.

Erfindungsgemäß sind nun die Elektroden 2, 7,. 8 (F i g. 3) in eine Brückenschaltung geschaltet, in der die Widerstände R\ und R^ normale Widerstände sind, wäh-

b5 rend die Widerstände /?j und Rt durch die elektrolytische Flüssigkeit gebildet werden, die sich zwischen den Elektroden 2 und 7 und 8 befindet. Im Brückennullzweig mit dem Indikator / fließt dann ein Strom, wenn der

Quotient zwischen Ri und R₂ gleich dem Quotienten zwischen R₃ und R₄ ist. Wählt man Ri = Ri und hält die Abstände zwischen den Elektroden konstant, so wird auch dann eine abgeglichene Brücke erhalten, wenn sich die absolute Leitfähigkeit der Elektrolyten ändert. Befindet sich das Metallstück 5, 6 des Rügelrades 3 zwischen zwei benachbarten Elektroden 2, 7 oder 7, 8, so ändert sich das Verhältnis von R₁ zu Λ» der Brückenschaltung, weshalb innerhalb des Brückennullzweiges eine Spannung entsteht, die der Indikator erfassen kann.

Prinzipiell ist es auch möglich, nur zwei Elektroden vorzusehen, wobei in diesem Falle die Grundleitfähigkeit des Elektrolyten in die Messung eingeht Da die Leitfähigkeit von Elektrolyten stark temperaturabhängig ist. und der gemessene Widerstand zwischen den Elektroden außerdem von der jeweiligen Beschaffenheit der Elektrodenoberfläche abhängt und zudem die Leitfähigkeit von Wasser schwanken kann, wird einer Schaltung mit drei Elektroden der Vorzug gegeben.

Die Anordnung der Elektroden 2,7,8 ist vorzugsweise so zu wählen, daß die Metallstücke 5, 6 auf dem Flügelrad 3 die Oberfläche der Elektroden überdecken können. Vorzugsweise ist der Durchmesser eines Metallstücks 5,6 größer als der Durchmesser der Elektrode, wobei ebenfalls vorzugsweise der Abstand der Elektroden voneinander ungefähr gleich oder etwas größer ist, als die Breite oder der Durchmesser des Metallstükkes beträgt.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Sensorschaltung gemäß F i g. 3. Ein Generator 13 erzeugt komplementäre Impulse, die über eine Treiberstufe 14 an die Sensor-Elektroden 2 und 8 gelegt sind. Ein Brückenindikator 15 ist an die Elektrode 7 gelegt, wobei dieser Brückenindikator ein Synchrondemodulator ist. Dessen Impulse gelangen über einen Impedanzwandler 16 an einen Analogausgang und gleichzeitig über einen Komparator 17 werden Schaltimpulse für die Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Das Bezugspotential für den Komparator 17 der halben Betriebsspannung wird in der Treiberstufe 14 mit erzeugt, während für die Versorgung des Synchrondemodulators 13 die doppelte Versorgungsspannung 2 Ub durch eine besondere Diodenschaltung 12 gewonnen wird.

Fig.5 zeigt einen möglichen Schaltungsaufbau gemäß dem beispielhaften Blockschaltbild der F i g. 4. Der durch einen integrierten Schaltkreis /Cl gebildete impulsgenerator 13 erzeugt positive und negative Impulse beispielsweise der Dauer von ca. 1 μβ und der Periode von ca. 2 kHz. Das von der normalen Betriebsart des IC 1 abweichende Tastverhältnis wird durch eine Diode 25 und einen Widerstand 26 ermöglicht. Die Impulse werden in der Treiberstufe 14 durch die Transistoren Ti und T'i verstärkt und niederohmig den beiden äußeren Sensor-Elektroden 2 und 8 zugeführt. Gleichzeitig erzeugt die Treiberschaltung 14 das Bezugspotential Ίι Ub, das für die verwendeten Operationsverstärker IC2 des Synchrondemodulators 15 und /C4 des Komparators 17 benötigt wird.

Außerdem wird mit Hilfe eines Ausgangs des Impulsgenerators /Cl, der Rechteckimpulse mit dem Tastverhältnis 1 ; 1 bei einer Frequenz von ca. 1 kHz liefert, durch eine Gleichrichtung innerhalb der Diodenschaltung 12 eine Spannung der doppelten Betriebsspannung gewonnen, die als Betriebsspannung des getasteten Verstärkers /C 2 dient.

Die Mittelspannung des Sensors an der Elektrode 7 wird in dem getasteten Verstärker /C2 des Synchrondemodulators 15 verstärkt und gleichzeitig synchron gleichgerichtet Die Auftastung des Verstärkers /C 2 erfolgt mit den Impulsen des Generators 13, wobei der bei der Auftas'ung erhaltene Wert der verstärkten Mittete spannung in einem Kondensator 27 bis zum nächsten Impuls gespeichert wird. Dieser Kondensator 27 ist über einen Widerstand 28 an den Ausgang des Verstärkers /C2 gelegt Diese Kondensatorspannung wird in dem Impedanzwandler 16 (IC3) weiterverstärkt. Der Komparator 17 (IC4) bildet aus dem Ausgangssignal

ίο des Impedanzwandlers /C3 die gewünschten Rechteckimpulse zur Drehzahlbestimmung des Flügelrades. Gleichzeitig wird die Spannung am Ausgang des Impedanzwandlers 16 analog abgegriffen, wie im Blockschaltbild F i g. 4 beschrieben ist Der Widerstand 2S ist je nach dem Luftspalt des Flügelrades ausgelegt

Diese Schaltung benötigt nur einen minimalen Speisestrom von /, «β 2 uA, wobei mit dieser Schaltung ein großer Drehzahlbereich des Flügelrades erfaßt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Gehäusewandung des Flügelraddurchflußmessers
2 Elektrode

3 Flügelrad

4 Welle

5,6 Metallstück

7,8 Elektroden
9,10,11 Flügel des Flügelrades 3

12 Diodenschaltung

13 Generator

14 Treiberstufe

15 Synchrondemodulator
16 Impedanzwandler

17 Komparator

25 Diode

26 Widerstand

27 Kondensator
28 Widerstand

29 Widerstand

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und gegebenenfalls der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische Flüssigkeiten, weiches durch das Fließen der Flüssigkeit antreibbar ist. mit einem Gehäuse, in dem Elektroden in Abstand benachbart voneinander angeordnet und von der Flüssigkeit benetzt sind, wobei in Rotation das Flügelrad mit einer Kante seiner Flügel dicht an den Elektroden vorbeistreichend angeordnet ist, an die mittels eines Impulsgenerators komplementäre Impulse einer Wechselspannung gelegt sind zur Messung der sich bei Rotation ändernden Impedanz des Elektrolyten in einer elektrischen Auswerteschaltungund Anzeige der Änderung der Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektroden (2, 7, 8) in einer Brüskenschaitung fRu Rl Rs. Rt) geschaltet sind, so daß die impedanz bzw. die impedanzen des Elektrolyten zwischen den Elektroden mindestens einen Brückenwiderstand (Rj. R₄) bilden und der Brückenindikator (I) ein Synchron-Demodulator (15) ist, dessen Aus- ^angssignale in Rechteckimpulse zur Bestimmung der Drehzahl des Flügelrades (3) umgewandelt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des Impulsgenerators (13) erzeugten komplementären Impulse an die Elektroden (2, 7, 8) ül'-'r eine Treiberstufe (14) gelegt sind, aus der für den Synchrondemodulator (15) und für einen nachgeschalteten Komparator (17) das Bezugspotential gewonnen wird

3. Vorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchrondemodulator (15) mit dem Impulsfrequenz des Impulsgenerators (13) getaktet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (3) auf einem Durchmesser (9) mindestens zwei Metallstücke (5,6) trägt, die je einen größeren Durchmesser als die einzelnen Elektroden (2,7,8) aufweisen.