DE3915545A1

DE3915545A1 - Geraet zur kontinuierlichen volumenmessung

Info

Publication number: DE3915545A1
Application number: DE19893915545
Authority: DE
Inventors: Lothar Pege
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-11-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur kontinuierlichen Volumenmes sung - insbesondere von Flüssigkeiten geringer Viskosität und Gasen - mit einem Verdrängerzähler.

Diese Geräte haben sich in der Meß- und Überwachungs-Technik prak tisch bewährt und sind bekannt als Verdrängerzähler "ohne" und "mit" einem, den Differenzdruck (und damit die internen Leckverluste) re duzierenden Servo-Antrieb.

Solche Geräte, wenn sie ohne Servo-Antrieb ausgeführt sind, arbei ten im Durchfluß-Bereich <2 l/h nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit und genügen insbesondere den in der Kraftstoff-Meßtech nik gestellten Ansprüchen nicht. Mit Servo-Antrieb ausgestattete Geräte sind für genaue Messungen - auch bei Durchflüssen <1 l/h - geeignet, benötigen jedoch eine Differenzdruck-Erfassung, welche einschließlich der zugehörigen Elektronik teuer ist (ein solches Gerät ist z. B. unter der Nr. DT-PS 17 98 080 patentiert). Außerdem sind, wenn Ex-Schutz-Bedingungen erfüllt werden müssen, aufwendige Konstruktionen erforderlich, weil die Differenzdruck-Erfassung, mit dicht an das Meßmedium - welches brennbar sein kann - herangeführten elektronischen Komponenten erfolgt. Der mittlere Kalibrierfaktor (dargestellt durch die Anzahl der Ausgangssignal-Impulse pro Volu men-Einheit), welcher von den Fertigungs-Toleranzen der Einzelteile des Verdrängerzählers abhängig ist, läßt sich bei diesen bekannten Geräten mit einfachen Mitteln nicht auf einen einheitlichen Wert justieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs beschriebenen Art in einfacher Konzeption zu entwickeln, welches mit einem Servo-Antrieb - jedoch ohne separate Differenzdruck-Er fassung - ausgestattet, auch bei Durchflüssen <1 l/h noch genaue Messungen ermöglicht und eine Justierung des mittleren Kalibrier faktors auf einen einheitlichen Wert erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen reibungsarm aufgebauten Verdrängerzähler, welcher über eine Magnetkupplung von einem Servo-Motor mit steiler ⁿ/_Md-Charakteristik angetrieben wird. In dieser Ausbaustufe, welche die einfachste Form des Konzeptes darstellt, wird keine Steuer-Elektronik benötigt. Der Servo-Motor erhält lediglich eine konstante Speise-Spannung welche so groß ist, daß das abgegebene Drehmoment bei dem gewählten Min-Durchfluß für die Deckung des Losbrech- und des Reibungsmomentes des Verdränger zählers ausreicht. Bedingt durch die steile ⁿ/_Md-Charakteristik paßt sich der Servo-Motor - ohne daß die Speise-Spannung er höht werden muß - bei Vergrößerung des Durchflusses sofort der dem neuen Durchfluß-Wert des Verdrängerzählers entsprechenden Drehzahl an. Das vom Servo-Motor auf den Verdrängerzähler wirkende Drehmo ment ist bei Min-Durchfluß am höchsten, sinkt mit steigendem Durch fluß und erreicht bei Max-Durchfluß seinen kleinsten Wert. D. h., im meßtechnisch-kritischen unteren Durchsatzbereich werden die in ternen relativen Leckverluste auf ein Minimum reduziert.

In Erweiterung der vorstehend beschriebenen Einfach-Version des Gerätes, wird der Servo-Motor durch eine mit Funktions-Generator ausgestattete Servo-Elektronik drehzahlabhängig, in Annäherung zu der ^Md/_Q- bzw. ^Md/_n-Kennlinie des Verdrängerzählers, mit Energie versorgt. Der Servo-Motor mit steiler ⁿ/_Md-Charakteristik bewirkt, daß der Antrieb auf kleinste Veränderungen des zu messenden Durch flusses reagiert. Da jede Durchfluß-Änderung mit einer Differenz druck-Änderung zwischen Ein- und Auslaß des Verdrängerzählers ver bunden ist und jede Differenzdruck-Änderung wiederum als Lastdreh moment-Änderung an der Antriebswelle des Servo-Motors wirksam wird, stellt sich seine Drehzahl auf einen dem jeweiligen Arbeitspunkt entsprechenden Wert ein. Auf eine separate Differenzdruck-Erfas sung kann verzichtet werden.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und ver deutlicht sowohl die Einfach-Version als auch die erweiterte Ausfüh rung des Geräte-Konzeptes.

Es zeigen

Fig. 1 Gesamtaufbau des Gerätes;

Fig. 2 Momenten-Kennlinien Md=f(Q,n);

Fig. 3 Anpassungs-Mechanismus.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau des Gerätes. Die Einfach-Version setzt sich aus den außerhalb der strich-punktierten Umrandung lie genden Positionen 1 bis 8 zusammen. Die erweiterte Ausführung des Gerätes beinhaltet alle Positionen 1 bis 11 und wird im folgenden näher beschrieben.

Ein Verdrängerzähler 1, mit Einlaß 2 und Auslaß 3 für das Meßmedi um, wird über eine Magnetkupplung 4 von dem Servo-Motor 5, welcher mit der Impuls-Abtastung 6 eins Einheit bildet, angetrieben. Die von der Impuls-Abtastung 6 abgegebene Signal-Frequenz ist propor tional dem je Zeiteinheit durch den Verdrängerzähler 1 strömenden Volumen des Meßmediums. Nach Durchlaufen der Impuls-Aufbereitung 7, steht diese Signal-Frequenz an der Klemme 8 als Meß-Signal und am Eingang des Funktions-Generators 9, als Steuer-Signal zur Ver fügung. Der Funktions-Generator 9 stellt die Annäherung zur Kennli nien-Charakteristik des Verdrängerzählers 1 als U ₁=f(Q,n) her. U ₁ ist Eingangsgröße für den Verstärker 10, an dessen Ausgang die Spannung U ₂=f(Q,n) entsteht. Durch Anheben oder Absenken des Spannungs-Niveaus in dem Funktion-Block 11 wird der mittlere Kalibrierfaktor auf einen einheitlichen Wert justiert. Die Aus gangs-Spannung U ₃ des Funktions-Blocks 11 wird dem Servo-Motor 5 als Speise-Spannung zugeführt.

In Fig. 2 sind die Abhängigkeiten Md=f(Q,n) dargestellt. Md- Kennlinie 1 ist die ideale Kennlinie eines Antriebes, welcher bei jedem Q-Wert die Summe aller Verlust-Momente des Verdrängerzäh lers ausgleichen, damit die Druckdifferenz zwischen Ein- und Aus laß zu "Null" werden ließe und somit die absolut höchste Meß-Ge nauigkeit ermöglichen würde. Md-Kennlinie 2 stellt eine Annähe rung (in diesem Beispiel durch 2 Geraden) zu der Md-Kennlinie 1 dar und zeigt die Abhängigkeit des vom Servo-Motor abgegebenen Drehmomentes als Funktion des je Zeiteinheit durch den Verdränger zähler strömenden Volumens. Sie ist für jeden Arbeitspunkt gleich dem Anteil Δ Md ₁ des den Verdrängerzähler antreibenden Gesamt-Dreh momentes, welches durch die Md-Kennlinie 3 charakterisiert ist. Diese Kennlinie entsteht durch Addition des aus der Strömungs-Ener gie des Meßmediums stammenden Md-Anteils Δ Md ₂ zur Md-Kennlinie 2.

Δ Md ₂ ist nur ein Bruchteil des durch die Md-Kennlinie 3 dargestell ten Drehmomentes. Daher sind auch die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaß klein und die die Meß-Genauigkeit beeinflussenden inter nen Leckverluste gering.

Fig. 3 verdeutlicht den Anpassungs-Mechanismus des Gerätes am Bei spiel einer Durchfluß-Erhöhung von Q ₁₁ auf Q ₁₂ (Änderung der Dreh zahl von n ₁₁ auf n ₁₂). Ausgangspunkt ist der konstante Durchfluß Q ₁₁. Hier setzt sich das für den Antrieb des Verdrängerzählers er forderliche Drehmoment aus den Anteilen Δ Md ₁ (vom Servo-Motor) und Δ Md ₂ (vom strömenden Medium) zusammen. Die Versorgungsspan nung ist in diesem Arbeitspunkt U ₁₁. Steigt der Durchfluß von Q ₁₁ auf Q ₁₂, erhöht sich zunächst die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaß des Verdrängerzählers. Der vom strömenden Medium zum Antrieb beigesteuerte Md-Anteil Δ Md ₂ vergrößert sich auf Δ Md ₂′. Der Servo-Motor wird hierdurch entlastet, und sein Anteil sinkt auf Δ Md ₁′. Da der Servo-Motor konzeptionsgemäß eine große ⁿ/_Md- Steilheit besitzt, benutzt er den frei werdenden Md-Anteil Δ Md ₁₁=Δ Md ₁-Δ Md ₁′ zur Beschleunigung. Die Drehzahl steigt und mit ihr die dem Servo-Motor zugeführte Spannung. Sie erreicht nach vollzogener Durchfluß-Erhöhung den Wert U ₁₂. Hier stellt sich ein neuer Arbeitspunkt ein, in welchem sich jetzt die Antei le Δ Md ₁′ (vom Servo-Motor) und Δ Md ₂′′ (vom strömenden Medium) zu dem bei dem Durchfluß Q ₁₂ erforderlichen Antriebsmoment für den Verdrängerzähler addieren.

Claims

1. Gerät zur kontinuierlichen Volumenmessung, bestehend aus einem Verdrängerzähler, Magnetkupplung und Servo-Motor mit Impuls-Ab tastung, dadurch gekennzeichnet, daß der Servo-Motor eine große ⁿ/_Md-Steilheit besitzt.

2. Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Servo- Motor durch eine Servo-Elektronik mit nur einem Signal-Eingang, welche mit einem Funktions-Block ausgestattet ist, dessen Aus gangsleistungs-Charakteristik eine Annäherung an die Kennlinie des Verdrängerzählers darstellt, drehzahl-, bzw. frequenzabhän gig mit Energie versorgt wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Elektronik mit einem Funktions-Block zur stufenlos ein stellbaren Verschiebung des Ausgangsleistungs-Niveaus sowohl in die Plus- als auch in die Minus-Richtung ausgestattet ist.