DE3815518C2

DE3815518C2 - Verfahren und eine von einem Gas, insbesondere Luft, durchströmte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE3815518C2
Application number: DE19883815518
Authority: DE
Inventors: Helmut Kehrmann
Original assignee: Pierburg Luftfahrtgerate Union GmbH
Current assignee: Pierburg Luftfahrtgerate Union GmbH
Priority date: 1988-05-06
Filing date: 1988-05-06
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2008-05-07
Also published as: DE3815518A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer von einem Gas, insbesondere Luft, durchströmten Vorrich tung, mit einem volumetrischen Gaszähler, der von einem Servomotor angetrieben und dessen Drehzahl entsprechend dem gewünschten Durchfluß eingestellt wird, wobei die mittels zweier überlastsicherer Druckdifferenzgeber unterschiedli cher Empfindlichkeit, deren Meßbereiche sich überlappend ergänzen, gemessene Druckdifferenz so geregelt wird, daß die Druckdifferenz gegen Null geht, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Aus der DE-PS 28 19 238 ist eine Meßanordnung mit einem solchen servogetriebenen, volumetrischen Verdrängungszähler bekannt, bei der die Druckdifferenz über dem Verdrängungs- bzw. Gaszähler durch Verändern der Drehzahl des Verdrän gungszählers mittels einer speziellen, zwei Druckdifferenz geber unterschiedlicher Empfindlichkeit aufweisenden Regel einrichtung auf Null geregelt wird. Dieses bekannte Gerät bzw. die Meßanordnung erlaubt zwar hochgenaue Gasdurch flußmessungen mit einer Genauigkeit von 0,25% vom Meßwert im Meßbereich von 1 : 50, jedoch ist das Zeitverhalten ins besondere für dynamische Einsatzzwecke nicht ausreichend. Bei einem Gerät mit einem Maximaldurchsatz von 1000 m³/h liegen beispielsweise bei einer Durchflußänderung von 20% Einschwingzeiten von ca. 18 sec. und bei einer 100%igen Durchflußänderung von ca. 30 sec. vor. Ein an die Dynamik angepaßtes Regelverhalten der Meßanordnung erfordert zum Beispiel die serienmäßige Kalibrierung von Luftmengenmes sern für Kraftfahrzeug-Gemischbildner. Es muß der gesamte Durchflußbereich des Prüflings durchfahren werden, wobei entweder einzelne Durchflußpunkte angefahren und die Kali brierwerte des Prüflings an diesen Punkten durch statische Messung ermittelt werden, oder es wird der Durchfluß konti nuierlich verstellt und dabei gleichzeitig die Kalibrierkur ve des Prüflings aufgenommen. Hierbei ist neben der Genauig keit der die Prüfkosten wesentlich beeinflussende Zeitauf wand für die Aufnahme einer Kalibrierkurve von ausschlagge bender Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, die be kannte, mit hoher Meßgenauigkeit arbeitende Meßanordnung auch dann einzusetzen, wenn sprunghafte Durchflußänderungen auftreten, wie insbesondere im dynamischen Betrieb, die ein entsprechendes, d. h. schnellstmögliches Einregeln der Druck differenz gegen Null erfordern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein der Druckdifferenz proportionales elektrisches Ausgangs signal eines Druckdifferenzreglers sowie ein dem Zeitinte gral der Druckdifferenz proportionales Ausgangssignal den Sollwert für eine unterlagerte Positionsregelung eines den Durchfluß des Gases dosierenden Stellgliedes liefern, wobei die Position des Stellgliedes so eingeregelt wird, daß die Druckdifferenz über dem Gaszähler zu Null wird. Auf diese Weise lassen sich der Durchfluß eines Gases mit der Genauig keit des bekannten Durchflußmeßgerätes dosieren und gleich zeitig eine insbesondere für Serienprüfungen geringe Ver stellgeschwindigkeit erreichen.

Ausgehend davon, daß der Volumendurchfluß durch den Ver drängerzähler exakt proportional seiner Drehzahl ist, solan ge die Druckdifferenz Δp zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite des Zählers gegen Null geht, läßt sich die Drehzahl über den Servoantrieb entsprechend dem gewünschten Durchfluß einstellen und aufgrund der Regelung der Position des Stellgliedes die Druckdifferenz Δp über dem Zähler auf Null bringen. Der Meßanordnung wird somit durch Verstellen der Drehzahl des Verdrängerzählers ein entsprechender Durchfluß aufgeprägt, und die Druckdifferenzregelung auf Δp = Null sorgt dafür, daß der volumetrische Durchlfuß exakt proportional der Zählerdrehzahl ist. Während das Verstellen der Verdrängerdrehzahl wegen des relativ großen Trägheits momentes und der zur Verfügung stehenden Leistung des Servoantriebes mehrere Sekunden erfordert, läßt sich die Position des Stellgliedes demgegenüber sehr schnell (innerhalb ca. 100 Millisekunden) verstellen und damit sicherstellen, daß das Stellglied auch bei Durchflußänderungen genügend schnell nachgeregelt wird, um Δp auf Null zu bringen.

Aus der EP 0 188 763 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung von Gasen von Autogen- und/oder Schutzgasanlagen bekannt, bei dem das Dosieren mit Hilfe einer kalibrierten Düse und der Regelung des Düsenvordrucks erfolgt. Dabei wird der Vordruck elektronisch gemessen und durch einen elektronischen Regler (PID-Regler) über ein spezielles elektroproneumatisches Stellglied auf den dem gewünschten Gasdurchfluß entsprechenden Vordruck eingeregelt. Dieses Verfahren benutzt den Vordruck als indirektes Maß für den Durchfluß und ist damit auf die Kalibrierkonstanz der Düse angewiesen, während das erfindungsgemäße Verfahren einen direktmessenden, volumetrischen Verdrängerzähler benutzt, so daß die beiden Vorschläge nicht vergleichbar sind, ganz davon abgesehen, daß mit der Erfindung sich die dargelegten Vorteile bezüglich Meßgenauigkeit und Meßbereich erreichen lassen.

Vorzugsweise werden die beiden Druckdifferenzgeber derartig gleichzeitig betrieben, daß bei großer Druckdifferenz ein unempfindlicher Druckdifferenzgeber über einen Proportional-Integral-Regler das relevante, unterlagerte Regelkreissignal erzeugt, während bei kleinerer Druckdifferenz im quasi stationären Zustand ein empfindlicher Druckdifferenzgeber (Feingeber) über einen Integrator mit langer Integrationszeit ein relevantes unterlagertes Regelkreissi gnal liefert. Beim Dosieren des Gas-Durchflusses werden die gleichen hohen Anforderungen an Auflösevermögen, Nullpunktstabilität, Linearitätsabweichung, Meßbereich und Überlastbarkeit beim Erfassen und Einregeln der Druckdifferenz Δp über dem Verdrängerzähler gestellt wie bei der bekannten Anordnung zum Messen des Durchflusses des Gases. Es wird somit auch bei dem Dosierverfahren ein periodischer Nullabgleich mit zwei sich in den Meßbereichen ergänzenden Druck differenzgebern angewendet, wobei das elektrische Ausgangs signal des empfindlichen Druckdifferenzgebers (Feingeber) über einen langsamen Integrator integriert und dem elektri schen Ausgangssignal des unempfindlicheren Druckdifferenzge bers (Grobgeber) hinzuaddiert wird.

Zum Dosieren des Durchflusses bildet das resultierende Si gnal aber nicht wie beim Messen des Durchflusses über einen weiteren Integrator den Sollwert für eine unterlagerte Dreh zahlregelung des Verdrängerzählers, sondern liefert über den Proportional-Integral-Regler den Sollwert für die unter lagerte Positionsregelung des Stellgliedes. Damit ergibt sich ein völlig geändertes Regelverfahren, bei dem die Druckdifferenzregelung nicht mehr auf die nur langsam verän derbare Drehzahl des Verdrängerzählers, sondern auf die schnell änderbare Position des Stellgliedes wirkt. Damit läßt sich eine erhebliche Steigerung der Dynamik erreichen, so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren mit großer Wirt schaftlichkeit insbesondere bei der Serienprüfung von Luft mengenmessern in Kraftfahrzeug-Gemischbildnern anwenden läßt, wobei sich die großen Vorteile bezüglich Meßgenauig keit und Meßbereich des bekannten Gasdurchflußmeßgerätes nun auch beim schnellen Dosieren des Gasdurchflusses ausschöpfen lassen.

Vorzugsweise wird der Feingeber durch eine automatische Korrekturschaltung in definierten Zeitabständen, vorzugswei se periodisch, abgeglichen. Damit läßt sich eine Nullpunkt stabilität der Druckdifferenzmessung sicherstellen. Auf grund der zusätzlichen Verknüpfung zweier bereits verknüpf ter Regelkreise wird das Entstehen einer Leckmenge und damit eines Meßfehlers verhindert. Der Feingeber ist über Magnetventile pneumatisch mit der Ein- und Auslaßseite des Verdrängerzählers verbunden. Durch periodisches, kurzzeiti ges Sperren der Ventile ergibt sich der pneumatische Null punkt, wenn zugleich über eine Verbindung zwischen beiden Seiten des Gebers der Druckausgleich stattfindet, was sich über eine permanent gedrosselte Verbindung der Gasvolumina beiderseits des Drucksensors im Feingeber erreichen läßt. Die gedrosselte Verbindung bewirkt eine periodisch abklingende Schwingung des Gebers zu seinem mechanischen Null punkt, und nach einer gewissen Beruhigungszeit läßt sich das dann anstehende elektronische Meßsignal als Referenz signal für den Druck Null abspeichern.

Vorzugsweise lassen sich der Druck und die Temperatur des Gases am Gas- bzw. Verdrängerzähler messen und zusammen mit seiner Dichte - die für das jeweilige Gas bekannt ist - bei Normdruck und-temperatur in den Drehzahlsollwert des Gas zählers einrechnen. Damit ist es möglich, einen Massestrom generator zu verwirklichen. Wenn nämlich der Verdrängerzäh ler direkt aus der Atmosphäre ansaugt, sind die für die Umrechnung eines Volumenstroms in einen Massestrom relevanten Meßgrößen Temperatur und Druck zumindest kurzfri stig konstant. Es läßt sich dann entsprechend den Formeln

f = Ausgangssignalfrequenz des Verdrängerzählers
K_D = Kalibrierfaktor Impulse pro Liter
T₀ = Bezugstemperatur
P₀ = Bezugsdruck
T = Mittelwert der Temperaturen am Ein- und Auslaß des Verdrängerzählers
P = Druck am Einlaß des Verdrängerzählers
ρ₀ = Gasdichte bei Bezugsdruck und Temperatur (Absolutwerte für Druck und Temperatur)

eine Sollfrequenz f_soll und damit die Solldrehzahl N_soll entsprechend dem gewünschten Massedurchfluß _soll berechnen und einstellen:

Dieser Massedurchfluß ist dann für die Meßstrecke der Meßan ordnung fest eingeprägt. Störungen in der Strecke werden durch das Stellglied ausgeregelt.

Bei einer im Rahmen der Erfindung bevorzugten Vorrichtung läßt sich ein zu kalibrierender Prüfling, wie ein Luftmen genmesser, vorzugsweise in einer Rohrleitung in Reihe mit dem volumetrischen Verdrängerzähler und einer Stellklappe anordnen. Die das Stellglied darstellende Stellklappe läßt sich mit großer Geschwindigkeit positionieren und damit läßt sich die erforderliche Regelstabilität beim Dosieren des Durchflusses des Gases sicherstellen. Zum Luft- bzw. Gasdurchsatz läßt sich eine Vakuumpumpe oder ein Gebläse in der Meßanordnung bzw. der Rohrleitung verwenden.

Zur Druckdifferenzmessung beim Dosieren des Durchflusses eines Gases lassen sich vorzugsweise die bei dem bekannten Durchflußmeßgerät eingesetzten Druckdifferenzmeßgeber ver wenden, die eine einseitig eingespeiste Blattfeder aufwei sen, deren drei freie Seiten sich mit gleichbleibendem Spiel zwischen angrenzenden Gehäusewandungen erstrecken, wo bei gemäß der Biegelinie der Blattfeder geformte, mit den Gehäusewandungen abdichtend verbundene und durchgehende, beim Anliegen der Blattfeder völlig abgedeckte Bohrungen besitzende Anschläge zum Begrenzen der maximalen Federdurch biegung angebracht sind. Die Blattfeder lenkt sich bei einer Druckdifferenz aus ihrer Mittelstellung aus, wobei sich die Durchbiegung mit einer elektronischen Wegabtastung erfassen läßt. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten für den Grob- und den Feingeber werden durch unterschiedlich dicke Blattfedern erreicht. Die Blattfederdicken können da bei entsprechend den bekannten Berechnungsgrundlagen für eine einseitig eingespannte Feder ausgelegt und für den jeweiligen Belastungsfall die Biegelinie und Durchbiegung berechnet werden. Wenn beim Nullabgleich die Druckfühlerlei tungen über die Magnetventile geschlossen werden, kann sich der Druck über den Spalt zwischen der Blattfeder und der Gehäusewand ausgleichen und die Blattfeder wieder in ihre Mittelstellung zurückkehren. Ein weiteres Durchbiegen der Blattfeder bei Überlast wird durch die gemäß der Biegelinie geformten, Bohrungen aufweisenden Flächenanschläge be grenzt, die mit den Gehäusewandungen abdichtend verbunden sind und deren Bohrungen beim Anliegen der Blattfeder völ lig abgedeckt werden.

Vorzugsweise wird die Durchbiegung des freien Endes der Blattfeder mit einer elektrischen Wegabtastung gemessen, die eine mit einem der Anschläge bündig abschließende ak tive Stirnfläche besitzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schema-Blockschaltbild einer Meßanordnung für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dosieren des Gasdurchflusses mit Hilfe eines servogetriebenen Verdrängerzählers, dessen Druckdifferenz Δp durch ein Stellglied auf Null gergelt wird;

Fig. 2 ein ergänztes Blockschaltbild der Meßanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens beim automatischen Nullabgleich;

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemä ßen Druckdifferenzgebers, in der Draufsicht; und

Fig. 5 den Geber gemäß Fig. 4 entlang der Linie IV-IV geschnitten.

Ein volumetrischer Verdränger- bzw. Gaszähler 1, eine Stell klappe 2 als Stellglied zur Drosselung des Gasstroms, ein zu prüfender Gasmengenmesser 3 (Prüfling) und eine Saugpum pe 4 sind hintereinander in eine Rohrleitung eingebaut. Der über einen Tacho 6 an eine Drehzahlregelung 7 angeschlosse ne Verdrängerzähler 1 wird von einem Servomotor 5 angetrie ben. Die Drehzahlregelung 7 stellt die Drehzahl des Verdrän gerzählers 1 entsprechend dem Sollwert N_soll ein. Dabei wird N_soll entsprechend dem gewünschten Durchfluß vorge wählt. Aus der Ausgangssignalfrequenz f einer mit dem Servo antrieb 5 verbundenen Impulsabtastung (Scheibe) 8 und dem festliegenden Kalibrierwert K_D (Impulse pro Liter) des Ver drängerzählers 1 berechnet sich der aktuelle Durchflußwert.

Ein Druckdifferenzsensor 9 mißt die Druckdifferenz Δp über den Ein- und Auslaß des Verdrängerzählers 1. Ein Regler 10 verändert die Position der Stellklappe 2 derart, daß sich die Druckdifferenz Δp=Null über dem Verdrängerzähler 1 einstellt und damit die Proportionalität zwischen dem Durch fluß und der Drehzahl des Verdrängerzählers 1 sicherge stellt ist.

Die Saugpumpe 4 erzeugt einen Unterdruck und zieht damit einen Gasstrom durch den Verdrängerzähler 1, die Stellklappe 2 und den Prüfling 3. Am Prüfling 3 entsteht ein bauart bedingter, durchflußabhängiger Druckabfall. Der Druckabfall an der Stellklappe 2 wird so eingeregelt, daß die Summe der Druckabfälle in der Rohrleitung, an der Stellklappe 2 und am Prüfling 3 gerade dem Förderdruck der Pumpe 4 ent spricht. Die Stellklappe 2 regelt somit Änderungen am Prüf ling 3 oder an der Pumpe 4 sofort aus.

Anhand des ergänzten, ausführlichen Blockschaltbildes gemäß Fig. 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrie ben. Die Einlaßseite des Verdrängerzählers 1 weist eine Entnahmestelle 11 für den Einlaßdruck auf. Der Einlaßdruck pflanzt sich über eine Druckfühlerleitung 12 zu einem Grob geber 13 und über ein Magnetventil 14 zu einem Feingeber 15 fort; die Geber 13, 15 stellen den Druckdifferenzsensor 9 gemäß Fig. 1 dar, wobei der Grob- und der Feingeber 13, 15 als Differenzdruckgeber unterschiedlicher Empfindlichkeit wirken.

An der Auslaßseite des Zählers 1 pflanzt sich der Auslaß druck von einer Entnahmestelle 16 über eine Druckfühlerlei tung 17 zum Grobgeber 13 und über ein Ventil 18 zum Feingeber 15 fort. Eine gedrosselte Verbindung 15a im Fein geber 15 bewirkt beim Nullabgleich des Feingebers 15 einen selbsttätigen Druckausgleich auf Null. Aus der Differenz Δ p zwischen dem ein- und auslaßseitigen Druck am Verdränger zähler 1 wird vom Grobgeber 13 ein Signal Δp_g und vom Feingeber ein Signal Δp_f erzeugt und einer Schaltung zugeführt, in der vier Regelkreise zur Regelung der Druck differenz auf Null vermascht bzw. verknüpft sind.

Der erste, zur Positionsregelung der Stellklappe 2 entspre chend dem Drehwinkel-Sollwert α_soll dienende Regelkreis besteht aus einem Stellmotor 19 und einem Positionsgeber 20 der Stellklappe 2, einem Positionsregler 21 und einem Lei stungsverstärker 22. Die Klappe 2 läßt sich in ca. 100 Millisekunden auf den Sollwert einregeln. Der zweite Regel kreis dient zur Druckdifferenzregelung und bildet über ei nen proportional-integralen Druckdifferenzregler 23 den Drehwinkel- Sollwert α_soll. Als Istwert wird das Signal Δ p_g des Grobgebers 13 und als Sollwert ein Signal Δp_TRIM benutzt. Mittels des dritten Regelkreises wird die Druckdif ferenz auf Null getrimmt und das Signal Δp_TRIM über einen langsam integrierenden Trimmregler 24 geliefert, der als Istwert das Signal Δp_f des Feingebers 15 und als Sollwert ein Korrektursignal U_Korr benutzt. Die Soll-/Istwert-Dif ferenz Δp_Korr geht über einen Schalter S1 in einen Trimm integrator 24 ein. Durch Öffnen des Schalters S1 wird der Trimmintegrator 24 beim Nullabgleich - dessen Funktion noch ausführlich erläutert wird - gestoppt. Den automati schen Nullabgleich 25 ermöglicht der vierte Regelkreis. Dieser Regelkreis liefert das Korrektursignal U_Korr, das exakt dem Feingebersignal Δp_f bei definierter Druckdiffe renz Δp gleich Null entspricht. Hiermit läßt sich in periodischen Abständen die Nullpunktstabilität des Druck differenzgebers 13, 15 sicherstellen.

Der Trimmregler bzw. -integrator 24 verarbeitet die Signale des Feingebers 15, der bereits kleinste Druckdifferenzen (ca. 1 µbar) meldet und zu einem entsprechenden Anstieg oder Abfall des Sollwerts Δp_Trim für den Druckdifferenz regelkreis führt. Wenn die Druckdifferenz so klein ist, daß der Grobgeber 13 sie nicht mehr auflösen kann, gewähr leistet der integrierende Trimmregelkreis dennoch die Genau igkeit der Druckdifferenzregelung. Bei großen Durchflußän derungen übersteuert der Feingeber 15 sofort, wohingegen sich Δp_Trim wegen der großen Integrierzeitkonstanten des Trimmreglers 24 nur sehr langsam ändert. Das Signal Δp_g des Grobfühlers 13 beaufschlagt den Differenzdruckregler 23 al lerdings unmittelbar, d. h. verzögerungsfrei und sorgt so für eine schnelle Verstellung von α_soll. Der Feingeber 15 ist damit für die statische Genauigkeit, der Grobgeber 13 für das dynamische Verhalten zuständig.

Für die in Fig. 2 gestrichelt eingerahmte, bevorzugte Aus führung für einen automatischen Nullabgleich 25 gilt das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3. Zum Nullabgleich stößt ein Impulsgenerator 26 mit der Periodendauer T_A (∼ 5 Minuten) ein Monoflop 27 mit der Impulsdauer T_B (∼ 1 s) an. Das Mo noflop 27 setzt mit einem Signal (Rücksetzsignal) 271 ein Flipflop 28 und gleichzeitig einen Digitalzähler 29 zurück, in dem der Abgleichwert für das Korrektursignal U_Korr binär gespeichert ist. Ein Ausgangssignal 281 vom Flipflop 28 bewirkt folgendes:

a) Mittels der zwei Magnetventile 14, 18 wird der Fein geber 15 von den Druckfühlerleitungen 12, 17 abge trennt, wobei sich über der eingebauten Spalte des Gebers 15 (vgl. 15a) ein Druckausgleich bildet, so daß nach einer Beruhigungszeit T_B mechanisch der Differenz druck Δp=Null anliegt.
b) Der Schalter S1 wird geöffnet. Damit bleibt der Trimm integrator 24 stehen und speichert für die Dauer des Abgleichs den Sollwert Δp_Trim für den unterlagerten Δp_g-Regelkreis, der während dieser Zeit ungestört wei terarbeitet.
c) Ein Schalter S2 wird geschlossen. Damit werden Impulse mit einer Periodendauer T_C (∼ 1 ms) von einem Taktge nerator 30 zum Digitalzähler 29 geleitet, so daß nach Ablauf der Beruhigungszeit T_B, d. h. nach Wegfall des Rücksetzsignals 271, der Zähler 29 die Impulse vom Taktgenerator 30 von Null an hochzählt.

Ein Digital-Analog-Wandler 31 setzt den steigenden Zähler inhalt in ein Analogsignal für den Abgleichwert U_Korr um, von dem das Signal Δp_f subtrahiert wird; die Differenz Δ p_Korr geht auf einen Komparator 32. Da der Digitalzähler 29 zu Beginn des Abgleichs auf Null zurückgesetzt wurde, schal tet der Komparator 32 zunächst sicher nach logisch Null. Sobald der Zähler 29 soweit hochgelaufen ist, daß Δp_Korr gleich oder wenig größer als Null wird, springt ein Signal 321 auf logisch Eins und setzt das Flipflop 28 zurück, wodurch sich der Schalter S2 öffnet und der Zähler 29 stehenbleibt. Der Abgleichwert für das Korrektursignal U_Korr wird bis zum nächsten Abgleichvorgang gespeichert. Der Nullabgleich bezieht sich somit auf den Feingeber 15 und betrifft nicht den Trimmregler 24, der jedoch durch eine Offsetspannung wegdriften kann. Durch Wahl beispiels weise eines chopperstabilisierten Verstärkers zum Aufbau des Integrators bzw. Trimmreglers 24 läßt sich die maximale Offsetspannung am Integrator-Eingang allerdings weit unter halb des kleinsten Nutzsignals des Feingebers 15 halten.

In Fig. 2 ist außerdem der Drehzahlregelkreis zur Einstel lung der gewünschten Drehzahl des Verdrängers 1 darge stellt. Aus dem Solldurchfluß Q_soll wird in einer Rechen einheit 33 die Solldrehzahl N_soll berechnet. Durch Einbe ziehen der Temperaturen T1 und T2 am Ein- und Auslaß des Verdrängers 1 sowie des Druckes P am Einlaß läßt sich die Drehzahl auch entsprechend einem Soll-Massendurchfluß be stimmen. Die vorgewählte Solldrehzahl N_soll wird dazu mit der vom Tacho 6 zurückgemeldeten Drehzahl verglichen. Ent sprechend der Drehzahldifferenz wird über einen propor tional-integralen Drehzahlregler 34 und einen Leistungsver stärker 35 der Servomotor 5 des Verdrängerzählers 1 ange steuert.

Bei statischen Messungen wird normalerweise das Frequenz signal der Impulsscheibe 8 zur Anzeige des Durchflusses be nutzt. Um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen, werden zahlreiche Impulse aufsummiert, wodurch sich speziell bei kleinen Durchflüssen größere Meßzeiten ergeben. Dynamischen Messungen liegt daher, insbesondere wenn beispielsweise zur Aufnahme der Kalibrierkurve des Prüflings 3 ein Sollwert Q_soll als Rampe vorgesehen wird, vorzugsweise ein über einen Frequenz-Spannungswandler 36 erzeugtes Analogsignal Q_N zugrunde, das zusammen mit einem Ausgangssignal Q_P des Prüflings zur Dokumentation der Kalibrierkurve des Prüf lings Q_P=f (Q_N) benutzt wird (vgl. Fig. 2).

Die Fig. 4 und 5 stellen eine Ausführung der Druckdifferenz gebers 13 oder 15 dar. Eine im unbelasteten Zustand (Δ p=Null) nicht durchgebogene Blattfeder 37 ist zwischen zwei Anschlägen 38 fest eingespannt (vgl. das linke Ende in Fig. 5). Die Anschläge 38 sind mit einer Anzahl Bohrungen 39 versehen, so daß die durch Anschlüsse 40 als Folge einer Druckdifferenz Δp ein- bzw. ausströmende Gasmenge ohne nennenswerten Druckverlust an der Blattfeder 37 praktisch wieder Δp aufbaut.

Während eines Druckstoßes, der den Meßbereich des Gebers 15 überschreitet, legt sich die Blattfeder 37 an einem der Anschläge 38 an. Dadurch wird deren mechanische Überlastung vermieden. Ebene Wandungen 41 verlaufen zumindest in dem Bereich zwischen den beiden Anschlägen 38 zueinander pa rallel. Sie bilden zusammen mit einer konkav gekrümmten Wandung 42 einen Schacht, in welchem die Blattfeder 37 mit geringem Spiel von etwa 0,05 mm ihre Bewegungen ausführen kann, ohne die Wandungen zu berühren. Durch das geringe Spiel wird innhalb des Druckdifferenzmeßbereichs die Leck menge durch den Spalt vernachlässigbar klein gehalten gegen über der noch am Verdrängerzähler 1 verbleibenden Leckmen ge. Bei auch nur kurzzeitigem Überschreiten des Δp-Meßbe reichs werden die Bohrungen 39 durch die Blattfeder 37 völlig abgedeckt, so daß die Leckmenge nicht mehr ansteigt.

Die entsprechend der Dimensionierung der Blattfeder 37 schon bei kleinsten Druckdifferenzen genügend große Durch biegung kann mit recht geringem Aufwand mit einem einfachen handelsüblichen Wegmeßsystem noch genau genug gemessen wer den. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen sogenann ten analogen Näherungsinitiator 44 mit den elektrischen Anschlüssen 45 zu verwenden, dessen aktive Fläche 43 bündig zur Kontur eines der Anschläge 38 verläuft.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer von einem Gas, insbeson dere Luft, durchströmten Vorrichtung, mit einem volu metrischen Gaszähler, der von einem Servomotor ange trieben und dessen Drehzahl entsprechend dem gewünschten Durchfluß eingestellt wird, wobei die mittels zweier überlastsicherer Druckdifferenzgeber unter schiedlicher Empfindlichkeit, deren Meßbereiche sich überlappend ergänzen, gemessene Druckdifferenz so gere gelt wird, daß die Druckdifferenz gegen Null geht, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Druckdifferenz (Δ p) proportionales elektrisches Ausgangssignal eines Druckdifferenzgebers (13, 15) sowie ein dem Zeitinte gral der Druckdifferenz proportionales Ausgangssignal den Sollwert für eine unterlagerte Positionsregelung eines den Durchfluß des Gases dosierenden Stellgliedes liefern, wobei die Position des Stellgliedes so einge regelt wird, daß die Druckdifferenz (Δp) über dem Gaszähler zu Null wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckdifferenzgeber derartig gleichzeitig betrieben werden, daß bei großer Druckdifferenz ein unempfindlicher Druckdifferenzgeber über einen Propor tional-Integral-Regler (23) das relevante, unterlager te Regelkreissignal erzeugt, während bei kleiner Druck differenz im quasi stationären Zustand ein empfind licherer Druckdifferenzgeber (Feingeber) über einen In tegrator mit langer Integrationszeit ein relevantes unterlagertes Regelkreissignal liefert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feingeber durch eine automatische Korrek turschaltung in definierten Zeitabständen auf Null ab geglichen wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nullabgleich des Feingebers der Druckausgleich auf Null selbsttätig durch eine permanent gedrosselte Verbindung der Gasvo lumina beiderseits des Drucksensors im Geber bewirkt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und die Tempe ratur des Gases am Gaszähler gemessen und zusammen mit seiner Dichte bei Normdruck und -temperatur in den Drehzahlsollwert des Gaszählers eingerechnet werden.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß in einer Rohrleitung ein Prüfling (3) in Reihe mit dem volumetrischen Gaszähler (1) und einer Stellklappe (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine einseitig eingespannte Blattfeder (37) für einen Druck differenzgeber (13; 15) deren drei freie Seiten sich mit gleichbleibendem Spiel (δ) zwischen angrenzenden Gehäusewandungen (41, 42) erstrecken, und durch gemäß der Biegelinie der Blattfeder (37) geformte, mit den Gehäusewandungen abdichtend verbundene und durchgehen de, beim Anliegen der Blattfeder (37) völlig abgedeck te Bohrungen (39) besitzende Anschläge (38) zum Begren zen der maximalen Federdurchbiegung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine elektrische Wegabtastung (44) zum Messen der Durchbiegung der Blattfeder (37) mit zu einem der Anschläge bündig abschließender aktiver Stirnfläche (43).