DE3716369A1 - Durchflussmesseinrichtung fuer stroemende medien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußmeßeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Es ist bekannt, daß neben den seit Jahrzehnten bekannten mechanischen Methoden der Durchflußmessung ein zunehmender Bedarf für moderne, eine automatische Ablesbarkeit sichernde Meßwandler besteht. Zum Erfassen der Lage eines in einem Meßrohr beweglich angeordneten, schwebenden Metallkörpers sind in der Praxis mehrere Lösungen bekannt. In kapazitiven Meßwandlern verändert sich die Kapazität zwischen den an der Außenwand eines aus einem Isoliermaterial gefertigten Meßrohres ausgebildeten Kondensatorbelägen. Diese Veränderung dient als Ausgangssignal. Bei den Ultraschall-Meßwandlern geschieht eine Entfernungsbestimmung des Schwebekörpers von seiner unteren oder oberen Randlage durch Laufzeitmessung der vom Schwebekörper reflektierten Ultraschallwellen. Eine solche Lösung ist z. B. in der HU-A 1 62 082 beschrieben.

Bei den bekannten optoelektronischen Ausführungsformen ist der Schwebekörper zwischen mindestens einer Lichtquelle und einem Lichtfühler angeordnet, und die momentane Lage des Schwebekörpers kann durch die Verarbeitung der Ausgangs­ signale der Lichtempfänger bestimmt werden. Eine solche Lö­ sung ist in der HU-A 1 83 092 dargestellt.

Bei den aus der DE-A 27 19 993, GB-A 20 71 336 und der HU-A 1 64 769 bekannten magnetischen Ausführungen übt ein in den Schwebekörper eingebauter Dauermagnet eine Wirkung auf die außerhalb der Meßrohrwand angeordneten magnetischen Fühler aus. Eine konkrete, praktische Ausführung dieses Meßprinzips stellt die Durchflußmeßeinrichtung "RE-tronic" der Firma Turbo A.G., Deutschland, dar.

Bei den bekannten induktiven Ausführungsformen ist das Meßrohr von einer Spule umschlossen. Auf den gemessenen Wert kann durch Bestimmung der infolge der Bewegung des metallischen Schwebekörpers auftretenden Induktivitätsver­ änderung und des Verlustes rückgeschlossen werden.

Die zuerst erwähnte Lösung hat den Nachteil, daß im oberen Abschnitt des Meßbereiches, wo die Entfernung zwischen dem Schwebekörper und den Kondensatorbelägen größer ist, ein zunehmender Meßfehler auftritt. Bei der Ultraschall-Ausfüh­ rungsform verursacht die Temperaturveränderung des zu mes­ senden Mediums einen zu beachtenden Fehler und auch das Messen angreifender Medien ist ungelöst.

In den optoelektrischen Meßeinrichtungen können lichtun­ durchlässige Medien, z. B. Milch oder eine Hypermanganlö­ sung nicht ausgewertet werden, zugleich können nur licht­ durchlässige Meßrohre verwendet werden.

In den magnetischen Ausführungen bedeuten die Veränderung der Koerzitivkraft des in den Schwebekörper eingebauten Dauermagnets, ferner die schädliche Wirkung angreifender Medien eine begrenzte Verwendbarkeit. In herkömmlichen induktiven, elektromagnetischen Lösungen kann die infolge des Schwebekörpers auftretende Induktivitätsveränderung nur bei einigen ferromagnetischen Materialen erfaßt werden, deren Korrosionsbeständigkeit schwer gesichert werden kann. Ein weiteres Problem bedeutet das Ausgleichen der verwende­ ten Brückenschaltungen im Falle einer thermischen Drift.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Durchflußmeßeinrichtung zu schaffen, in welcher die Verbindung eines nicht ferromagne­ tischen, gegen angreifende Medien beständigen metallischen Schwebekörpers und eines Meßwandlers innerhalb des Meßbe­ reiches genau bestimmt werden kann, bei der ferner keine Rückwirkung auf den Schwebekörper auftritt, die in einem breiten Meßbereich verwendet werden kann, ein für Fernbedie­ nung geeignetes Ausgangssignal liefert und die Übertragungs­ charakteristik an die verschiedenen zu messenden Medien angepaßt und beliebig programmiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 beschriebene Durchflußmeßeinrichtung gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfin­ dungsgemäßen Durchflußmeßeinrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung als Block­ schaltbild gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Durchflußmeßeinrichtung erläutert.

Die erfindungsgemäße Durchflußmeßeinrichtung weist einen Fühler 1 auf, dessen an einem nicht dargestellten Meßrohr eines Rotameters konzentrisch übereinander angeordnete Spu­ len 1 a...1 n an einen analogen Multiplexer 2 angeschlossen sind. Die Spulen 1 a...1 n des Fühlers 1 bilden die Abstimm­ elemente eines Oszillators 9, dessen Ausgang über einen Signalformer 10 zum Signaleingang 11 a eines Komparators 11 geleitet ist. Der Ausgang des Komparators 11 ist an eine retriggerbare monostabile Kippstufe 12 angeschlossen, de­ ren Ausgang über einen Torkreis 13 mit dem Eingang einer zweifachen monostabilen Kippstufe 14 verbunden ist. Ein Steuereingang 13 a des Torkreises 13 ist mit dem Ausgang eines Multiplexer-Oszillators 15 verbunden, dessen Ausgang mit einem Steuereingang 8 a eines zweiten Multiplexers 8 und mit einem ersten Steuereingang 3 a eines Zählers verbun­ den ist. Je ein Ausgang der zweifachen monostabilen Kipp­ stufe 14 ist an einen zweiten Steuereingang 3 b dea Zählers 3 und einen Steuereingang 4 a eines Adressenspeichers 4 ange­ schlossen. Der Adressenspeicher 4 ist über seine Ausgänge mit den Dateneingängen eines Binärspeichers 5 verbunden, dessen Steuereingang 5 a mit einem Ausgang eines Niederfre­ quenz-Oszillators 16 verbunden ist. Der Binärspeicher 5 ist über seine Ausgänge an einen programmierbaren Speicher 6 an­ geschlossen, dessen Steuereingänge 6 s mit den Steuerausgän­ gen 8 s verbunden sind. Eine Anzeigeeinheit 7 ist mit dem programmierbaren Speicher 6 und dem Multiplexer 8 verbunden.

Während des Betriebes der Durchflußmeßeinrichtung verändert sich der Signalpegel in einer der Spulen 1 a...1 n des Füh­ lers 1 entsprechend der Lage des Schwebekörpers und infolge des durch den metallischen Schwebekörper verursachten Ver­ lustes, in erster Reihe Wirbelstromverlustes. Die im Aus­ gangssignal des Oszillators 9 eracheinende Rechteckimpuls­ reihe steuert die retriggerbare monostabile Stufe 12 an. Das Ausgangssignal der durchgesteuerten oder zurückgesetz­ ten Kippstufe 12 gelangt in den Torkreis 13 und dort wird mit dem Rechtecksignal des Multiplexer-Oszillators 15 mo­ duliert.

Das so gesteuerte Ausgangssignal am Ausgang des Torkrei­ ses 13 zeigt die Gegenwart des Schwebekörpers im inneren der eben angeschlossenen Spule 1 a...1 n an. Dieses Signal triggert die zweifache monostabile Kippstufe 14, die für die zeitgerechte Verzögerung der Rückstellung des Zählers 3 und des Schreibens des Adressenspeichers 4 sorgt. Der Multi­ plexer-Oszillator 15 modifiziert den Zählerinhalt des bi­ nären Zählers 3, der immer die laufende Zahl der eben ange­ schlossenen Spule 1 a...1 n des Fühlers 1 als Adresse enthält. Diese Adresse steuert den analogen Multiplexer 2.

Die der momentanen Lage des Schwebekörpers entsprechende Adresse gelangt in Binärform und zyklisch erneuert in den Adressenspeicher 4. Im Interessse einer entsprechenden Ablesbarkeit gelangt diese Adresse durch das Ausgangssignal des Niederfrequenz-Oszillators 16 abgetastet in den Binär­ speicher 5. Die Datenausgänge des Binärspeichers 5 adres­ sieren den aktuellen Bereich des programmierbaren Spei­ chers 6, der die anzuzeigenden Meßwerte im Siebensegment- Kode enthält. Die Anzeigeeinheit 7 und der programmierbare Speicher 6 werden mittels des Multiplexers 8 gesteuert.

Die erfindungsgemäße Durchflußmeßeinrichtung kann überall vorteilhaft verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet sind das Messen und Regeln von strömenden Medien industrieller Prozesse, ferner jene Anwendungen, wo Messungen an schwer zugänglichen oder aus Sicherheitsgünden abgesperrten Stellen durchgeführt werden sollen. Ein beson­ derer Vorteil der Einrichtung liegt darin, daß sie im Gegen­ satz zu den bekannten und herkömmlichen Lösungen einen pro­ grammierbaren Speicher enthält, der eine Eichung der Ein­ richtung für praktisch beliebig viele, verschiedene physi­ kalische Parameter aufweisende zu messende Medien bei einer gegebenen Meßrohr- und Schwebekörper-Geometrie ermöglicht.

Claims (5)

1. Durchflußmeßeinrichtung für strömende Medien, mit ei­ nem in den Weg des strömenden Mediums eingesetzten Schwebe­ körper-Durchflußmesser, bei dem die Lage eines in einem Meßrohr angeordneten metallischen Schwebekörpers zum Volu­ men des strömenden Mediums proportional ist und an das Meß­ rohr ein wenigstens eine Spule aufweisender Fühler und ei­ ne Meßelektronik angeschlossen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der an das Meßrohr angeschlossene Fühler (1) mehrere Spulen (1 a...1 n) aufweist, die über ei­ nen analogen Multiplexer (2) mit einem Oszillator (9) als dessen Abstimmelemente verbunden sind, daß ein Ausgang des Oszillators (9) über einen Signalformer (10) mit einem er­ sten Signaleingang (11 a) eines Komparators (11) verbunden ist, dessen Ausgang an eine retriggerbare monostabile Kipp­ stufe (12) angeschlossen ist, daß ein Ausgang der retrig­ gerbaren monostabilen Kippstufe (12) über einen Torkreis (13) mit einem Eingang einer zweifachen monostabilen Kipp­ stufe (14) verbunden ist, deren Ausgänge an einen Steuer­ eingang (4 a) eines Adressenspeichers (4) und einen ersten Steuereingang (3 a) eines Zählers (3) angeschlossen sind, dessen Datenausgänge mit Dateneingängen des analogen Multi­ plexers (2) und des Adressenspeichers (4) verbunden sind, daß der Adressenspeicher (4) mit einem Binärspeicher (5) ver­ bunden ist, dessen Steuereingang (5 a) an den Ausgang eines Niederfrequenz-Oszillators (16) angeschlossen ist, daß der Binärspeicher (5) mit Dateneingängen eines programmierbaren Speichers (6) verbunden ist, dessen Steuereingänge sowie Steuereingänge einer Anzeigeeinheit (7) mit Ausgängen (8 s) eines Multiplexers (8) verbunden sind, und daß ein Steuer­ eingang (8 a) des Multiplexers (8), ein Steuereingang (13 a) des (13 a) des Torkreises (13) und der zweite Steuerein­ gang (3 b) des Zählers (3) an einen Ausgang eines Multiplexer- Oszillators (15) angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spulen (1 a...1 n) des Fühlers (1) konzentrisch übereinander am Meßrohr des Schwebekörper- Durchflußmessers angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im aktiven Bereich des Meßrohres wenigstens 48 Spulen (1 a...1 n) angeordnet sind.

4. Einreichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die der Lage des Schwebekörpers entsprechende Information enthaltende Adressenspeicher (4) in Zusammenwirken mit einem Niederfrequenz-Oszillator (16) an Dateneingänge des Binärspeichers (5) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kodierten Ausgänge des program­ mierbaren Speichers (6) mit den Eingängen der Anzeigeein­ heit (7) verbunden sind.