DE3621529A1 - Vorrichtung zur messung der drehzahl des fluegelrades eines fluegelraddurchflussmessers fuer elektrolytische fluessigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur messung der drehzahl des fluegelrades eines fluegelraddurchflussmessers fuer elektrolytische fluessigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Dreh
zahl des Flügelrades eines Flügelraddurchflussmessers für elektro
lytische Flüssigkeiten, d. h. die Flügelradabtastung eines Flügelrad
durchflussmessers nach dem Leitfähigkeitsprinzip.
Bei einem solchen Durchflussmesser sind im Gehäuse des Durch
flussmessers drei Elektroden eingesetzt, die derart hintereinander
angeordnet sind, dass der gegenseitige Winkelabstand benachbarter
Flügel mindestens dem Abstand der beiden äusseren Elektroden, die
je den gleichen Abstand zur mittleren Elektrode aufweisen, entspricht,
und dass alle drei Elektroden so tief in den Flüssigkeitsraum eintau
chen, dass durch die Flügel des sich drehenden Flügelrades der elek
trische Widerstand zwischen zwei benachbarten Elektroden so geändert
wird, dass bei einer an den beiden äusseren Elektroden angelegten
Spannungsdifferenz die Spannung an der mittleren Elektrode zu- und
abnimmt. Des weiteren ist eine Steuerelektronik vorhanden, die dazu
dient, periodisch kurzzeitig eine Spannungsdifferenz an die beiden
äusseren Elektroden anzulegen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 32 41 222 bekannt.
Bei dieser bilden die Elektroden Teile einer Brückenschaltung, in der
zwei gleichwertige Widerstände ein Bezugspotential (1/2 Versorgungs
spannung) für den Operationsverstärker eines Synchrondemodulators
und für einen Komparator erzeugen.
Das Bezugspotential wird mittels eines zwischen dem Verbindungs
punkt von zwei Widerständen und dem Massenpunkt geschalteten Kon
densators stabilisiert und gespeichert. Die an der mittleren Elektrode
erzeugte Mittelspannung wird gleichzeitig mit dem Bezugspotential einem
Synchrondemodulator zugeführt. Die Spannungsdifferenz ist nun ver
stärkt, wobei die Ausgangsspannung des Verstärkers in einem Kon
densator bis zum nächsten Impuls des Generators gespeichert wird.
Diese Kondensator-Spannung wird in einem Impedanzwandler
weiter verstärkt. Ein Komparator bildet aus dem Ausgangssignal
des Impedanzwandlers und aus dem Bezugspotential (1/2 Speisung)
Impulse zur Drehzahlmessung. Der Nachteil dieser Auswerteschaltung
liegt darin, dass ein in einem Kondensator gespeichertes Bezugspoten
tial für den Synchrondemodulator und für den Ausgangskondensator
dauernd hochstabil bleiben muss. Dieses Bezugspotential ist gegen
Störungen durch externe Einflüsse sowie gegen Versorgungsspannungs-
Schwankungen deswegen sehr empfindlich, weil das Spannungspoten
tial nur während einer kurzen Zeit (beispielsweise alle 500 µs einmal
während ca. 1 µs) über zwei gleichwertige Widerstände von der ange
legten Versorgungsspannungen auf einem Kondensator erzeugt wird.
Falls zerstört, muss das Spannungspotential rekonstruiert werden;
dies kann aufgrund der langen Zeitkonstante mehrere Sekunden dauern,
was zur Verfälschung der Messung führt.
Im weiteren kann auch zu Schwierigkeiten führen, dass die Aus
gangsspannung des Sychrondemodulators in einem Kondensator ge
speichert ist. Dieser ist mit dem Ausgangs-Kondensator über einen
Impedanzwandler / -Verstärker verbunden. Störungen auf dem Kon
densator (sogenannte "Analog-Speicher") werden weiter verstärkt
und können den Komparator schalten, was zur Verfälschung der Dreh
zahlmessung führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art zu schaffen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile
nicht aufweist, die also insbesondere keinen als Analogspeicher dienen
den Kondensator aufweist, die einen breiten Betriebsspannungsbereich
aufweist und dazu nur einen geringen Energieverbrauch, der die Ver
wendung einer handelsüblichen Batterie ermöglicht, aufweist, und die
sich im übrigen so ausgestalten lässt, dass zu ihrer Realisierung nur
wenige Bauelemente erforderlich sind, und die es auch ermöglicht, zur
Stromversorung und zur Weiterleitung des Messsignals ein und das
selbe Leiterpaar zu verwenden, also mit der Zweidrahtmethode zu arbeiten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erfindungsgemässe Vor
richtung einen Verstärker für die an der mittleren Elektrode sich
einstellende Spannung aufweist, wobei dieser Verstärker von der
Steuerelektronik im Rhythmus, der dem Anlegen der Spannungsdifferenz
an die äusseren Elektroden entspricht, so gesteuert wird, dass
er höchstens während einer halben Periode der Steuerelektronik betriebs
bereit ist und des weiteren dadurch, dass ein Digitalspeicher vorhanden
ist, der das Vorzeichen der vom Verstärker gelieferten Spannungsimpulse
so lange speichert bis ein Spannungsimpuls mit anderem Vorzeichen ein
trifft.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Aus
führungsbeispiel beschrieben. In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen
Flügelraddurchflussmesser,
die Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Durchflussmesser,
die Fig. 3 das elektrische Ersatzschaltbild der Elektroden
und der sie umgebenden Flüssigkeit,
die Fig. 4 ein Blochdiagramm derjenigen Teile der elektrischen
Schaltung zur Messung der Drehzahl des Flügelrades,
die zweckmässigerweise in unmittelbarer Nähe des
Durchflussmessers angeordnet sind,
die Fig. 5 bis 10 die zeitliche Änderung der Spannung der in
der Fig. 4 mit V-X angegebenen Leitungspunkte und
die Fig. 11 ein Blochschaltbild für die Teile der elektrischen
Schaltung, die sich für die Stromversorgung und
die Abnahme des Signals verwenden lassen.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Flügelradzähler weist
ein Gehäuse 1 auf, in welchem das Flügelrad 2 frei drehbar gelagert
ist. Dieses weist im gezeichneten Ausführungsbeispiel neun Flügel 2 a
aus nicht-leitendem Material auf. Drei Elektroden 3, 4 und 5 sind im
Gehäuse derart hintereinander angeordnet, dass der gegenseitige
Winkelabstand benachbarter Flügel 2 a mindestens dem Abstand der
beiden äusseren Elektroden 3 und 5, die je einen gleichen Abstand
zur Mittelelektrode 4 aufweisen, entspricht. Alle drei Elektroden 3,
4 und 5 tauchen so tief in den Flüssigkeitsraum ein, dass durch die
Flügel 2 a des sich drehenden Flügelrades der elektrische Widerstand
Z 1 zwischen den Elektroden 3 und 4 sowie Z 2 zwischen den Elektroden
4 und 5 geändert wird, wenn sich ein Flügel im Gebiet zwischen den
Elektroden 3 und 4, bzw. 4 und 5 befindet.
Die symmetrische Zuordnung der äusseren Elektroden 3, 5 auf
beiden Seiten der mittleren Elektrode 4 hat zur Folge, dass auch
starke zeitliche Schwankungen der absoluten Leitfähigkeit der Flüssig
keit praktisch ohne Auswirkung auf die Messergebnisse sind.
Die Elektrode 3 ist über einen Kondensator 8 und einen Schalter 9
mit der Speiseleitung 16 verbunden, wobei die Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 8 und dem Schalter 9 über einen Wider
stand 6 an Masse gelegt ist. Analog dazu ist die Elektrode 5 über
einen Kondensator 18 und einen Schalter 10 mit der Masse verbunden,
wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 18 und dem
Schalter 10 über einen Widerstand 7 mit der Speiseleitung 16 verbunden
ist. Die beiden Schalter 9 und 10 werden je über eine Leitung 20 durch
die Steuerelektronik 15 geschlossen und geöffnet. Die Elektrode 4 ist
mit dem Verstärker 12 verbunden, bei welchem es sich um ein durch
die Speiseleitung 16 gespiesenes C-MOS-Gatter handelt. Der Ausgang
dieses Verstärkers 12 wird einem ebenfalls von der Speiseleitung 16
gespiesenen Schmitt-Trigger 13 zugeleitet, dessen Ausgang zum Eingang
des durch die Steuerlogik 15 gesteuerten, von der Speiseleitung 16
gespiesenen Digitalspeicher 14 geführt ist. Es ist dabei ohne weiteres
möglich, die Steuerlogik 15, den Schmitt-Trigger 13 und den Digital
speicher 14 als ein einziges IC-Element 26 auszugestalten.
Solange die Steuerlogik im Stillstand ist, d. h. kein Signal aus
sendet, befinden wir uns im Zeitintervall t 0 bis t1 in den Fig. 5
bis 10. Die Elektroden 3, 4 und 5 weisen wegen der Leitfähigkeit der
elektrolytischen Flüssigkeit Massenpotential auf, wobei zu beachten
ist, dass das Gehäuse 1 des Flügelradzählers an Masse liegt. Jeder
der beiden je mit einer der Elektroden 3 bzw. 5 verbundenen Konden
satoren 8 und 18 hat wegen des mit ihm verbundenen Widerstandes 6,
bzw. 7 eine definierte Spannung. Im Zeitpunkt t 1, der sich beispiels
weise alle 1/2 ms wiederholt, schaltet, wie man aus der Fig. 5 ersehen
kann, die Steuerleitung 21 den Verstärker 12 ein. Dieser Zustand
bleibt bis zum Zeitpunkt t 3 erhalten und dauert beispielsweise 50 us,
wobei zu bemerken ist, dass die Steuerlogik 15 so bemessen sein muss,
dass die Zeitdauer t 1 bis t 4 kleiner ist, als die halbe Zeitdauer, die
ein Flügel 2 a benötigt, um von der Elektrode 3 zur Elektrode 4 zu
gelangen. Da bei einem Durchflussmesser mit einem Anschlussrohr
durchmesser von 15 mm ein Flügel 2 a ca. 6-8 ms benötigt, um von
einer Elektrode zur benachbarten Elektrode zu gelangen, ist eine
Periodendauer von 500 µs für die Steuerlogik kurz genug.
Vom Zeitpunkt t 1 bis zum Zeitpunkt t 2 beträgt die Spannung im
Verstärkerausgang, wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, ca. 1/2 U B,
während der Ausgang des Schmitt- Triggers 13 in einem undefinierten Zu-
stand sein darf, was in der Fig. 9 dargestellt ist.
Im Zeitpunkt t 2 werden nun durch die Steuerlogik die Schalter 9
und 10 geschlossen und somit die Elektroden 3 und 5 über die Kon
densatoren 8 bzw. 18 mit der Spannung +U B bzw. -U B versorgt, wie
das in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Dadurch wird an der Elek
trode 4 ein Signal erzeugt, dessen Polarität und Amplitude von der
Stellung der Flügel 2 a des Flügelrades 2 abhängig ist. Dieses Signal
wird im Verstärker 12 verstärkt, sodass dessen Ausgang auf ungefähr
U B oder ungefähr 0 schaltet (wie das die Fig. 9 einerseits zwischen
den Zeitpunkten t 2 und t 3 und andererseits zwischen den Zeitpunkten
t 5 und t 6 zeigt) je nachdem, ob sich ein Flügel 2 a des Flügelrades 2
zwischen den Elektroden 3 und 4 bzw - 4 und 5 befindet.
Wenn nun im Zeitpunkt t 3 die Schalter 9 und 10 wieder geöffnet
werden, wird gleichzeitig der Ausgangszustand der Schmitt-Trigger 13
im D-Kippglied (14) ab gespeichert, wie das in der Fig. 10 dargestellt
ist, und es wird, wie die Fig. 5 zeigt, der Verstärker 12 ausge
schaltet. Auch werden, wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist,
die Elektroden 3 und 5 durch das genannte Öffnen der Schalter 9 und 10
von der Versorgungsspannung getrennt, was in den Fig. 6 und 7
dargestellt ist.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, betrifft das Zeitintervall
t 2 bis t 3 einen Zustand, in welchem sich ein Flügel 2 a des Flügel
rades 2 zwischen den Elektroden 3 und 4 befindet, während das
Zeitintervall t 5 bis t 6 einen Zustand zeigt, in welchem sich ein Flü
gel 2 a zwischen den Elektroden 4 und 5 befindet.
Weil die Arbeitszeitabschnitte t 1 bis t 3 und t 4 bis t6 so kurz
zeitig sind, lässt sich ein Verstärker 12 mit niederohmigen Schalt
kreisen verwenden, was zur Verringerung der Störanfälligkeit dient.
Dabei ist es ohne weiteres möglich, die Schaltung so zu dimensionieren,
dass die Speisespannung +U B zwischen 3V und 12V liegen kann.
Es lässt sich also eine Spannungsquelle verwenden, deren positiver
Pol mit der Leitung 16 und deren negativer Pol mit der Massse ver
bunden wird.
Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung mit Fremdspannung über
ein langes zwei-adriges Kabel zu versorgen.
Weil zum Betrieb des vorstehend beschriebenen Ausführungs
beispiel der Erfindung nur während verhältnismässig kurzer Zeiten
ein nur kleiner Strom nötig wird und weil die Arbeitsweise dieser
von Schwankungen der Speisespannung unabhängig ist, kann eine
Spannungsquelle mit verhältnismässig grossem Innenwiderstand ver
wendet werden. Dies ermöglicht es, die von einer ausserhalb der
Vorrichtung angeordneten Spannungsquelle zu den einzelnen Elementen
dieser Vorrichtung führende Leitung 16 gleichzeitige als Signalleitung
zur Übertragung der Signale von dieser Vorrichtung zum Ort
der Spannungsquelle zu verwenden, wie das nachfolgend anhand des in
der Fig. 11 dargestellten Prinzipschemas beschrieben wird: Die durch
die Spannungsquelle 24 zur Verfügung gestellte Spannung von
beispielsweise 8V wird durch einen Spannungsteiler, gebildet aus
dem Widerstand 23 und dem aus den beiden Widerständen 19 und dem
Transistor 17 bestehenden schaltbaren Widerstand 25 unterteilt, wobei
je nach dem Zustand des D-Kippgliedes 14 der schaltbare Widerstand 25
den einen oder anderen von zwei diskreten Widerstandswerten annimmt.
Die Anzahl der zwischen den beiden Widerständen 23 und 25 auftre
tenden Spannungsänderungen ist nun ein Mass für die Dreh
zahl des Flügelrades 2, das sich mit einer an sich bekannten Vor
richtung weiter erarbeiten lässt. Dabei ist die Leitung 16 über eine
mit 28 bezeichnete Gleichrichter-Kondensator-Anordnung zum Glätten
an den Verbindungspunkt 27 zwischen den beiden vorgenannten
Widerständen 23 und 25 angeschlossen.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Messung der Drehzahl des Flügelrades (2) eines
Flügelraddurchflussmessers für elektrolytische Flüssigkeiten, bei welchem
drei Elektroden (3, 4, 5) derart hintereinander angeordnet sind, dass
der gegenseitige Winkelabstand benachbarter Flügel (2 a) mindestens dem
Abstand der beiden äusseren Elektroden (3, 5), die je den gleichen Ab
stand zur mittleren Elektrode (4) aufweisen, entspricht, und dass alle
drei Elektroden (3, 4, 5) so tief in den Flüssigkeitsraum eintauchen,
dass durch die Flügel (2 a) des sich drehenden Flügelrades (2) der
elektrische Widerstand zwischen zwei benachbarten Elektroden (3/4, 4/5)
so geändert wird, dass bei einer an den beiden äusseren Elektroden
(3, 5) anglegten Spannungsdifferenz die Spannung an der mittleren
Elektrode (4) zu- und abnimmt, sowie mit einer Steuerelektronik (15)
zum periodischen kurzzeitigen Anlegen der Spannungsdifferenz an die
beiden äusseren Elektroden (3, 5), gekennzeichnet durch einen Ver
stärker (12) für die an der mittleren Elektrode (4) sich einstellende
Spannung, wobei dieser Verstärker (12) von der Steuerelektronik (15)
im Rhythmus, der dem Anlegen der Spannungsdifferenz an die äusseren
Elektroden (3, 5) entspricht, so gesteuert wird, dass er höchstens
während einer halben Periode der Steuerelektronik betriebsbereit ist,
und des weiteren gekennzeichnet durch einen Digitalspeicher (14),
der das Vorzeichen der vom Verstärker (12) gelieferten Spannungsim
pulse so lange speichert, bis ein Spannungsimpuls mit anderem Vor
zeichen eintrifft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerlogik (15) so ausgebildet ist, dass das Intervall zwischen
zwei Einschaltungen des Verstärkers höchstens 1 ms, vorzugsweise
aber höchstens 500 µs beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Steuerlogik (15) so dimensioniert ist, dass der
Verstärker höchstens während 10% der Messzeit, vorzugsweise höchs
tens während 1% der Messzeit in Betrieb steht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verstärker (12) ein C-MOS-Gatter ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Verstärker (12) und dem Digital
speicher (14) ein Schmitt-Trigger (13) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
Steuerlogik (15), Schmitt-Trigger (13) und Digitalspeicher (14) als
ein einziges IC-Element (26) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher
jede der beiden äusseren Elektroden (3, 5) je über einen Konden
sator (8, 18) und einen Schalter (9, 10), der durch die Steuer
logik (15) kurzzeitig geschlossen gehalten wird, mit der Leitung
(16, Masse) verbunden ist, die zum Anlegen der Spannungsdifferenz
dient, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilen der Verbindungspunkt
(9/8, 10/18) zwischen Schalter und Kondensator über einen Wider
stand (6, 7) mit der der anderen Elektrode zugeordneten Versorgungs
leitung (Masse, 16) verbunden ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH149986A CH669664A5 (de) | 1986-04-15 | 1986-04-15 |
Publications (1)
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DE3621529A1 true DE3621529A1 (de) | 1987-10-22 |
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ID=4211884
Family Applications (1)
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