DE3241222C2 - Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und ggf. der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische Flüssigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und ggf. der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflußmessers für elektrolytische FlüssigkeitenInfo
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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. 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
2 Elektrode
3 Flügelrad
4 Welle
5,6 Metallstück
7,8 Elektroden
9,10,11 Flügel des Flügelrades 3
9,10,11 Flügel des Flügelrades 3
12 Diodenschaltung
13 Generator
14 Treiberstufe
15 Synchrondemodulator
16 Impedanzwandler
16 Impedanzwandler
17 Komparator
25 Diode
26 Widerstand
27 Kondensator
28 Widerstand
28 Widerstand
29 Widerstand
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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.
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DE3241222C2 true DE3241222C2 (de) | 1985-03-21 |
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ID=6177592
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