DE3625219C1

DE3625219C1 - Flowmeter

Info

Publication number: DE3625219C1
Application number: DE19863625219
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl-Ing Froelich
Original assignee: SPELTEC INGENIEURGESELLSCHAFT
Current assignee: SPELTEC INGENIEURGESELLSCHAFT
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1988-02-25

Abstract

A flowmeter with a circular chamber with a current flowing through secantly, an impeller supported rotatably in the circular chamber and a contactless sensing device in a cover of the circular chamber for generating electrical signals corresponding to the rotation of the impeller. The technical problem is a development of a flowmeter of the type mentioned such that it makes possible reliable detection of low speeds of rotation and has low current consumption. Two exciter electrodes (8, 9) galvanically connected to each other and consisting of materials of different electrochemical potential are arranged on the impeller (7) with their ends standing approximately diametrically opposite each other. Two sensor electrodes (11 and 12) consisting of the material of one of the exciter electrodes are arranged at a peripheral angle of 180@ as the sensor device. The output voltages from the two sensor electrodes are evaluated in an evaluation circuit. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser mit einer sekantial durchströmten Kreiskammer, einem in der Kreiskammer drehbar gelager ten Flügelrad und in Umfangsrichtung beabstandeten, in die Kreiskam mer hineinragenden Abtastelektroden zur Erzeugung elektrischer Signa le entsprechend der Drehung des Flügelrades, die in einer Auswerte schaltung ausgewertet werden.The invention relates to a flow meter with a secantial flowed through circular chamber, a rotatably mounted in the circular chamber th impeller and circumferentially spaced in the circle came protruding scanning electrodes for generating electrical signals le corresponding to the rotation of the impeller, which in an evaluation circuit can be evaluated.

Anwendungsgebiet eines solchen Durchflußmessers sind Wärmemengen messer in Heißwassersystemen wie Heizungssystemen. Dort ist vor allem eine hohe Meßgenauigkeit bei kleinen Durchflüssen und Drehzahlen des Flügelrades wichtig.Such a flow meter is used in quantities of heat knife in hot water systems such as heating systems. There is above all a high measuring accuracy with small flows and speeds of the Impeller important.

Ein Durchflußmesser dieser Art mit einem Magneten auf dem Flügel rad überträgt die Drehung des Flügelrades magnetisch und damit berüh rungsfrei nach außen auf ein Antriebselement eines Getriebes. Die mechanischen Verluste sind hier groß, so daß ein großer Anlauffehler auftritt. Außerdem treten auf dem Magneten Ablagerung auf, die die Masse des Flügelrades erhöhen und dadurch Langzeitfehler bedingen.A flow meter of this type with a magnet on the wing wheel transmits the rotation of the impeller magnetically and thus touches it on a drive element of a gearbox. The Mechanical losses are large here, so that a large start-up error occurs. In addition, deposits appear on the magnet, which the Increase the mass of the impeller and cause long-term errors.

Man kennt auch Durchflußmesser mit induktiver, kapazitiver oder optischer Abtastung. Hier macht sich der hohe Stromverbrauch störend bemerkbar, weil der Durchflußmesser über den gesamten Beglaubigungs zeitraum ordnungsgemäß funktionieren muß. Die Batterien zur Stromver sorgung des Durchflußmessers und der angeschlossenen Schaltungen haben nur eine kleine Kapazität.Flowmeters with inductive, capacitive or are also known optical scanning. Here the high power consumption is disruptive noticeable because of the flow meter over the entire authentication period must function properly. The batteries for power supply supply of the flow meter and the connected circuits have only a small capacity.

Die US-PS 43 33 354 beschreibt einen Durchflußmesser der ein gangs genannten Art. Dieser arbeitet mit einem eingeprägten Wechsel strom, dessen Stromverteilung entsprechend der Drehung des Flügelzel lenrades geändert wird. Dadurch erhält man eine Modulation des Wech selstromes, die ausgewertet wird. Der Stromverbrauch ist hier ver gleichsweise hoch, und kann mit Batterien als Stromquellen nicht für die gesamte Beglaubigungsdauer gesichert werden.The US-PS 43 33 354 describes a flow meter gangs mentioned type. This works with an impressed change current whose current distribution corresponds to the rotation of the wing bar lenrades is changed. This gives you a modulation of the change selstromes, which is evaluated. The power consumption is ver here equally high, and cannot use batteries as power sources for the entire authentication period can be secured.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung eines Durchfluß messers der genannten Art, daß derselbe einen geringen Stromverbrauch hat.The object of the invention is such a formation of a flow knife of the type mentioned that the same low power consumption Has.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Flügelrad zwei, galvanisch miteinander verbundene Erregerelektro den aus Materialien unterschiedlichen elektrochemischen Potentials mit ihren Enden etwa diametral einander gegenüberstehend angeordnet sind, daß die Abtastelektroden unter einem Umfangswinkel von 180° angeordnet sind und aus dem Material einer der Erregerelektroden bestehen.This object is achieved according to the invention in that the impeller two electrically connected exciter electro the ends of materials with different electrochemical potential are arranged diametrically opposite one another that the Scanning electrodes are arranged at a circumferential angle of 180 ° and consist of the material of one of the excitation electrodes.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik als eine elektrogalvanische Abtastung des Flügelrades erfolgt, bei der man unterschiedliche elektrochemische Potentiale ausnutzt. Die Unter schiede der elektrochemischen Potentiale der beiden Materialien sollen ge nügend groß sein. Andererseits soll die Auflösung oder Abtragung der Elek troden im Betrieb klein sein. Brauchbare Paarungen für die Elektroden sind Cu - Fe, Cu - Al, Cu - Zn. Da Potentiale ausgewertet werden, kann bei hochohmiger Abtastung der Stromverbrauch außerordentlich gering gestaltet werden, so daß keine unzulässige Belastung der Batterie erfolgt. Die Lebensdauer der Batterie wird nicht wesentlich beeinträchtigt, so daß das Gerät während der gesam ten Beglaubigungsdauer funktionsfähig bleibt. The invention differs from the prior art in this respect as an electro-galvanic scanning of the impeller, in which one uses different electrochemical potentials. The sub differences in the electrochemical potentials of the two materials should be ge be big enough. On the other hand, the dissolution or removal of the elec toden be small in operation. Usable pairings for the electrodes are Cu - Fe, Cu - Al, Cu - Zn. Since potentials are evaluated, can with high-resistance sampling the power consumption can be made extremely low, so that no impermissible Battery load. The battery life will be not significantly affected, so that the device during the entire authentication period remains functional.

Die notwendige Symmetrie des Flügelrades bleibt dadurch gewahrt, daß die Erregerelektroden als radial ausgerichtete Drähte ausgebildet sind.The necessary symmetry of the impeller is maintained that the excitation electrodes are designed as radially aligned wires are.

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit sieht man vor, daß vier Abtast elektroden unter gegenseitigen Umfangswinkeln von 90° vorgesehen sind. Man kann auch noch weitere Paare von Abtastelektroden vorsehen.To increase the sensitivity one provides that four samples electrodes provided at mutual circumferential angles of 90 ° are. It is also possible to provide further pairs of scanning electrodes.

Eine sichere und genaue Auswertung der Abtastspannungen erhält man dadurch, daß die Auswerteschaltung einen Differenzverstärker, einen Gleichspannungsunterdrücker und einen Impulsformer umfaßt.Receives a safe and accurate evaluation of the scanning voltages one that the evaluation circuit a differential amplifier, a DC suppressor and a pulse shaper.

Unterschiedliche Gleichspannungsanteile lassen sich dadurch aus schalten, daß dem Differenzverstärker ein Integrator nachgeschaltet ist, daß die Ausgangsspannung des Integrators als Steuerspannung für den Arbeitspunkt des Differenzverstärkers zurückgeführt ist und daß die Ausgangsspannung des Integrators und des Differenzverstärkers in einer Summierschaltung summiert werden.Different DC components can be used switch that an integrator downstream of the differential amplifier is that the output voltage of the integrator is used as the control voltage for the operating point of the differential amplifier is returned and that the output voltage of the integrator and the differential amplifier in be summed in a summing circuit.

Eine exakte Impulsformung erhält man dadurch, daß der Summier schaltung als Impulsformer ein Komparator nachgeschaltet ist.An exact pulse formation is obtained by the summing a comparator is connected downstream as a pulse shaper.

Eine Unterdrückung von Störimpulsen und Störspannungen ist da durch möglich, daß dem Verstärker ein Tiefpaß vorgeschaltet ist.Suppression of interference pulses and interference voltages is there by possible that a low-pass filter is connected upstream of the amplifier.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezug nahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstelltAn embodiment of the invention is hereinafter referred to Taking explained on the drawings, in which represents

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Durchflußmesser, Fig. 1 is a plan view of a flow meter,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht mit abgenommenen Deckel, Fig. 2 is a corresponding view with the cover removed,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Durchflußmesser nach Fig. 1 und Fig. 3 shows a section through the flow meter according to Fig. 1 and

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung. Fig. 4 is a block diagram of the evaluation circuit.

Der Durchflußmesser umfaßt ein Gehäuse 1 in Form einer Kreiskam mer, das durch einen Deckel 2 abgeschlossen ist. Es ist ein Eintritts stutzen 3 und ein Austrittsstutzen 4 für das Meßmedium vorgesehen. Der Eintrittsstutzen 3 und der Austrittsstutzen 4 sind etwa senkantial zu der Kreiskammer in dem Gehäuse 1 ausgerichtet, so daß die Strömung durch den Durchflußmesser ebenfalls im wesentlichen sekantial fließt. Zwischen dem Gehäuseboden 5 und dem Deckel 2 ist drehbar die Nabe 6 eines Flügelrades 7 gelagert. Eine solche Anordnung ist bereits bekannt.The flow meter comprises a housing 1 in the form of a Kreiskam mer, which is completed by a cover 2 . There is an inlet nozzle 3 and an outlet nozzle 4 is provided for the measuring medium. The inlet nozzle 3 and the outlet nozzle 4 are aligned approximately perpendicular to the circular chamber in the housing 1 , so that the flow through the flow meter also flows essentially secantially. The hub 6 of an impeller 7 is rotatably mounted between the housing base 5 and the cover 2 . Such an arrangement is already known.

Auf dem Flügelrad sind zwei Drahtabschnitte als Erregerelektro den 8 und 9 angeordnet. Die Erregerelektroden 8 und 9 bestehen aus Materialien mit verschiedenem elektrochemischem Potential. Die aneinander stoßenden Enden der Erregerelektroden sind durch eine stoffschlüssige Verbindung galvanisch miteinander verbunden. Die äußeren Enden der Erregerelektroden 8 und 9 liegen nach der Darstellung diametral zuein ander.On the impeller, two wire sections are arranged as excitation electrodes 8 and 9 . The excitation electrodes 8 and 9 consist of materials with different electrochemical potential. The abutting ends of the excitation electrodes are galvanically connected to one another by a material connection. The outer ends of the excitation electrodes 8 and 9 are diametrically opposite to each other as shown.

In dem Deckel 2 sind mindestens zwei Abtastelektroden 11 unter einem Umfangswinkel von 180° also einander diametral gegenüberstehend angeordnet. Man kann noch zwei weitere Abtastelektroden 12 vorsehen, die bezüglich der Abtastelektroden unter gegenseitigen Umfangswinkeln von 90° angeordnet sind. Die Abtastelektroden 11 bzw. 12 bestehen aus dem Material einer der Erregerelektroden 8 und 9, so daß die Spannung einerseits den Wert null hat, wenn eine Erregerelektrode aus gleichem Material wie die Abtastelektroden erfaßt wird, und andererseits den Wert des gegenseitigen elektrochemischen Potentials der beiden Materialien, wenn sich Elektroden aus unterschiedlichem Material gegenüberstehen.In the cover 2 , at least two scanning electrodes 11 are arranged diametrically opposite one another at a circumferential angle of 180 °. Two further scanning electrodes 12 can be provided, which are arranged at mutual circumferential angles of 90 ° with respect to the scanning electrodes. The scanning electrodes 11 and 12 consist of the material of one of the excitation electrodes 8 and 9 , so that the voltage is zero on the one hand when an excitation electrode is made of the same material as the scanning electrodes, and on the other hand the value of the mutual electrochemical potential of the two materials , if electrodes made of different materials face each other.

Die Erregerelektroden 8 und 9 werden einerseits unter Berücksich tigung der Differenz des elektrochemischen Potentials, der Auflösege schwindigkeit in dem Elektrolyten des Meßmediums, etwaiger Ablage rungserscheinungen und sonstiger Gegebenheiten ausgewählt. Es ist erforderlich, daß die Erregerelektroden und die Abtastelektroden für den Beglaubigungszeitraum des Durchflußmessers funktionsfähig blei ben. Der Beglaubigungszeitraum eines Durchflußmessers beträgt norma lerweise fünf Jahre.The excitation electrodes 8 and 9 are selected, on the one hand, taking into account the difference in the electrochemical potential, the speed of dissolution in the electrolyte of the measuring medium, any deposit phenomena and other circumstances. It is necessary that the excitation electrodes and the sensing electrodes remain functional for the flow meter authentication period. The certification period for a flow meter is normally five years.

In Fig. 4 ist eine Auswerteschaltung für zwei Abtastelektroden 11 gezeigt. Die Abtastelektroden 11 sind an einem Tiefpaß 13 ange schlossen. In einem Differenzverstärker 14 erfolgt eine Verstärkung der Spannungsdifferenz. Die verstärkte Spannung wird in einem Integra tor 15 integriert. Die Ausgangsspannung des Integrators wird zur Ein stellung des Arbeitspunktes an den Stelleingang 16 des Differenzver stärkers zurückgeführt. Der Ausgangsspannung des Integrators sowie die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers werden in einer Summier schaltung 17 summiert. Schließlich steuert die Ausgangsspannung der Summierschaltung 17 einen Komparator 18, der als Impulsformer dient, da die Ausgangsspannung des Komparators 18 jeweils bei einem Schwel lenwert umgeschaltet wird. Der Tiefpaß 13 sondert hochfrequente Stör impulse aus.In FIG. 4, an evaluation circuit for two scanning electrodes 11 is shown. The scanning electrodes 11 are connected to a low-pass filter 13 . The voltage difference is amplified in a differential amplifier 14 . The increased voltage is integrated in an integer 15 . The output voltage of the integrator is fed back to a setting of the operating point at the control input 16 of the differential amplifier. The output voltage of the integrator and the output voltage of the differential amplifier are summed in a summing circuit 17 . Finally, the output voltage of the summing circuit 17 controls a comparator 18 , which serves as a pulse shaper, since the output voltage of the comparator 18 is switched at a threshold value. The low-pass filter 13 separates high-frequency interference pulses.

Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers setzt sich aus einer Gleichspannung U _offset und der Signalspannung U _sign zusammen. Die Gleichspannung rührt von elektrochemischen Gleichspannungspoten tialen zwischen den Abtastelektroden und den Wänden oder anderen Tei len des Durchflußmessers her. Am Ausgang des Integrators ist offenbar die Gleichspannung allein vorhanden. Diese Gleichspannung ist zusätz lich invertiert, so daß die Ausgangsspannung des Integrators die Größe -U _offset hat. Diese Spannung wird zur Einstellung des Arbeitspunktes des Differenzverstärkers in den Stelleingang 16 zurückgeführt, damit der Differenzverstärker beim Pegel der Gleichspannung seine größte Empfindlichkeit hat. In dem Summierverstärker wird somit aus der Aus gangsspannung des Differenzverstärkers und aus der Ausgangsspannung des Integrators die Spannung (U _offset + U _sign - U _offset) gebildet. Die ses ist offenbar die Signalspannung U _sign.The output voltage of the differential amplifier is composed of a DC voltage U _offset and the signal voltage U _sign . The DC voltage stems from electrochemical DC voltage potentials between the scanning electrodes and the walls or other parts of the flow meter. The DC voltage alone is evidently present at the output of the integrator. This DC voltage is additionally inverted, so that the output voltage of the integrator has the size - U _offset . This voltage is fed back into the setting input 16 for setting the operating point of the differential amplifier so that the differential amplifier has its greatest sensitivity at the level of the direct voltage. The voltage (U _offset + U _sign - U _offset ) is thus formed in the summing amplifier from the output voltage of the differential amplifier and from the output voltage of the integrator. This is obviously the signal voltage U _sign .

In dem Komparator 18 wird diese Signalspannung U _sign in Rechteck impulse umgeformt. Die Frequenz der Rechteckimpulse ist unmittelbar ein Maß für die Drehzahl des Flügelrades 7 und somit ein Maß für den Durchfluß. Diese Impulse können unter etwaiger Berücksichtigung einer Eichkurve unmittelbar ausgewertet und gezählt werden. Es ist eine Ein gabe dieser Impulse in einen Rechner oder eine andere Auswerteschal tung möglich.This signal voltage U _{sign is converted} into rectangular pulses in the comparator 18 . The frequency of the rectangular pulses is a direct measure of the speed of the impeller 7 and thus a measure of the flow. These impulses can be immediately evaluated and counted taking into account a calibration curve. It is possible to input these impulses into a computer or other evaluation circuit.

Bei Verwendung von einem oder mehreren weiteren Paaren von Ab tastelektroden erfolgt für jedes Elektrodenpaar eine entsprechende Auswertung. Dadurch läßt sich die Meßgenauigkeit erhöhen, weil kleine re Drehwinkel sicher erfaßt werden können.When using one or more other pairs of Ab A corresponding electrode is made for each pair of electrodes Evaluation. This allows the measurement accuracy to be increased because it is small re angle of rotation can be detected reliably.

Wenn der Elektrolyt eine Neutralisierung der Elektroden verur sacht, kann man diese dadurch ausschalten, daß man Stromimpulse durch die Anordnung schickt.When the electrolyte neutralizes the electrodes gently, you can turn it off by going through current pulses send the order.

Claims

1. Flow meter with a secant flow through Kreiskam mer, a rotatably mounted impeller in the circular chamber and in the circumferential direction, in the circular chamber projecting scanning electrodes for generating electrical signals corresponding to the rotation of the impeller, which are evaluated in an evaluation circuit, who characterized that a are disposed on the other opposite to the impeller (7) has two, galvanic cally connected to each other excitation electrodes (8, 9), surfaces made of materials differing electrochemical potential with their ends approximately diametrically that the scanning electrodes (11, 12) at a circumferential angle of 180 ° are arranged and consist of the material of one of the excitation electrodes.

2. Flow meter according to claim 1, characterized in that the excitation electrodes ( 8, 9 ) are ausgebil det as radially aligned wires.

3. Flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that four scanning electrodes ( 11, 12 ) at mutual circumference angles of 90 ° are provided.

4. Flow meter according to claim 3, characterized in that the evaluation circuit comprises a differential amplifier ( 14 ), a DC voltage suppressor and a pulse shaper.

5. Flow meter according to claim 4, characterized in that the differential amplifier ( 14 ) is followed by an integrator ( 15 ), that the output voltage of the integrator ( 15 ) is fed back as a control voltage for the operating point of the differential amplifier ( 14 ) and that the output voltage of the integrator ( 15 ) and the differential amplifier ( 14 ) are summed in a summing circuit ( 17 ).

6. Flow meter according to claim 5, characterized in that the summing circuit ( 17 ) as a pulse shaper, a comparator ( 18 ) is switched on.

7. Flow meter according to one of claims 4 to 6, characterized in that the amplifier ( 14 ) is preceded by a low-pass filter ( 13 ).