DE3928898A1 - Instrument zur messung und bestimmung der parameter von chemischen pulssaeulen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Puls- oder Impulssäulen, wie sie bei Lösungsmittelextraktionsprozessen verwendet werden. Speziell bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung zur Verwendung bei der Regulierung und Überwachung des Be­ triebs einer pneumatischen Pulsvorrichtung, die konstruiert ist, um eine Puls- oder Impulsaktivität in einem Extraktions­ system für ein Kernreaktorbrennstoff-Nebenprodukt vorzusehen.

Brennstoffelemente oder Anordnungen, die bei Kernreaktoren abgegeben werden, enthalten signifikante Mengen an Uran und Plutonisotopen, die noch immer spaltbar sind und eine Energie­ quelle darstellen, die in vielen Fällen zweckmäßigerweise wiedergewonnen werden soll. Das gebräuchlichste Verfahren zur Wiedergewinnung von spaltbarem Material besteht darin, daß man den verbrauchten Brennstoff auflöst und sodann das wäßrige Auflösungsprodukt durch einen Lösungsmittel (Flüssigkeit-Flüs­ sigkeit)-Extraktionsprozeß leitet. Die Schwermetalle (Uran und Plutonium) werden auf diese Weise von anderen Spaltprodukten und Verunreinigungen während des Lösungsmittelextraktionspro­ zesses getrennt.

Bei einem typischen Lösungsmittelextraktionsprozeß, verwendet bei der Trennung von radioaktiven Schwermetallen aus einer wäßrigen Lösung, treten die radioaktiven aufgelösten Stoffe normalerweise in das System in einer wäßrigen Phase ein. Min­ destens einige der aufgelösten Stoffe werden in eine organi­ sche Phase extrahiert, die manchmal das Lösungsmittel genannt wird. Die organische Phase oder das Lösungsmittel kann aus einer einzigen Substanz bestehen, häufig enthält sie aber eines oder mehrere Extraktionsmittel und kann ein Verdünnungs­ mittel (Streckmittel) und manchmal ein Verdünnungsmodifizier­ mittel enthalten. Die extrahierten aufgelösten Stoffe werden darauffolgend aus der organischen Phase entfernt, und zwar durch Einstellung der chemischen Bedingungen derart, daß das Abziehen, ebenfalls bekannt als Rückextraktion, in eine wäßri­ ge Phase getrennt vom ursprünglichen Speisestrom erfolgt.

Eine typische Lösungsmittelextraktionsvorrichtung kann aus einer Reihe von in Verbindung stehenden Kammern in einer Li­ nearanordnung oder Kaskade beschrieben werden. Die wäßrige Phase wird in die Kaskade an einem Ende eingespeist und die organische Phase wird in die Kaskade am entgegengesetzten Ende eingespeist. Auf diese Weise bewegen sich die wäßrige Phase und die organische Phase durch die Kaskade in einem konti­ nuierlichen Gegenstromflußmuster, wobei die wäßrigen und organischen Komponenten miteinander in jeder Kammer in Wech­ selwirkung treten. In jeder Kammer der Kaskade wird ein Teil der gewünschten Spaltnebenprodukte in das Lösungsmittel extra­ hiert und auf diese Weise aus der wäßrigen Phase entfernt. Die Kaskade ist derart konstruiert, daß der Einlaß für die wäßrige Phase und der Auslaß für die organische Phase am gleichen Ende vorgesehen sind und der Auslaß für die wäßrige Phase und der Einlaß für die organische Phase sind zusammen am entgegenge­ setzten Ende vorgesehen. Am wäßrigen Phasenauslaßende sind im wesentlichen sämtliche erwünschten Produkte aus der wäßrigen Phase entfernt. Ferner wird an dem organischen Phasenauslaß­ ende die organische Phase aus der Kaskade in einem im wesent­ lichen beladenen Zustand entfernt, wobei darin die gewünschten Schwermetallbei oder -nebenprodukte enthalten sind. Darauffol­ gende chemische Verarbeitungsoperationen werden benutzt, um die spaltbaren Produkte weiterhin von der Lösungsmittellösung zu trennen.

Unter den allgemein verwendeten Mechanismen zur Durchführung der Lösungsmittelextraktion ist die sogenannte Puls- oder Im­ pulssäule. Eine Pulssäule ist eine Flüssigkeit-Flüssigkeit- Kontaktiervorrichtung mit einem im ganzen vertikalen zylindri­ schen Körper oder Turm, in dem die Geschwindigkeit der Massen­ übertragung durch hydraulische Pulsation der Flüssigkeiten in der Säule erhöht wird, und zwar durch eine Reihe von perfo­ rierten Platten. In konventionellen Pulssäulen wird eine schnelle hin- und hergehende Bewegung von relativ kurzer Am­ plitude an die Flüssigkeitsinhalte der Säule angelegt. Norma­ lerweise wird ein Luftpulser verwendet, um diese hin- und her­ gehende Bewegung mit Leistung zu versorgen und die sich daraus ergebende Wechselwirkung der wäßrigen und organischen Phasen. Es hat sich herausgestellt, daß eine Luftpulsbewegung (Agita­ tion) verbesserte Extraktionsraten oder -geschwindigkeiten er­ gibt und die Turmhöhen reduziert, und zwar verglichen mit den Abmessungen der früheren Vorrichtungen der gepackten Säulen­ bauart.

Zwei Hauptextraktionsparameter werden durch die Impuls- oder Pulsenergie beeinflußt: der gesamte volumetrische Durchsatz und die Massentransfer- oder Übertragungseffizienz. Die Puls­ wirkung zwingt die organische Lösung nach oben durch die Plat­ ten und gleichzeitig wird die wäßrige Phase nach unten gesto­ ßen. Die an die Säule gelieferte Pulsenergie ist eine Funktion der Frequenz und Amplitude und die Beibehaltung bestimmter Frequenz- und Amplitudenwerte ist kritisch für einen effizien­ ten Pulserbetrieb (Impulsvorrichtungsbetrieb). Wenn die Puls­ energie erhöht wird, so steigt der Gesamtdurchsatz auf ein Ma­ ximum an und nimmt dann ab. Ein instabiler Pulsbetrieb kann identifiziert werden durch örtliche Lösungsmittel/wäßrige Pha­ sen-Inversionen entlang der Länge der Säule. Wenn solche In­ versionen groß genug werden, kann eine vollständige Flutung der Säule auftreten. Der effizienteste Massentransfer wird erreicht, wenn die interfaziale (die zwischen den Flächen auf­ tretende Lösungsmittel/wäßrige Phase-Fläche, die Bildung neuer interfazialer Fläche und die Turbulenz minimiert werden.

Konventionelle Pulssäulensteuereinheiten messen eine Spitzen­ amplitude des Pulses und Freguenz und kombinieren diese zwei Werte in linearer Art und Weise, um einen resultierenden Wert in Säulenzoll zu halten. Solche Meßvorrichtungen messen nur eine "Spitze" oder "Tal" einer Frequenzkurve oder einer Puls­ kurve und sie besitzen keinen irgendwie gearteten Mechanismus zur Messung der Dauer eines Impulses, d. h. schmale Impulse können den gleichen Amplitudenwert wie lange Impulse bekommen. Dadurch, daß man nur den Spitzen der Impulsamplituden folgt, erhalten konventionelle Pulsüberwachungs- und Steuervorrich­ tungen oftmals ungenaue Ergebnisse. Wenn der Pulsbetrieb nicht genau überwacht wird, so können sich leicht die beschriebenen potentiellen Schäden und ineffizienten Folgerungen ergeben.

Es ist somit evident, daß die genaue Kenntnis des Frequenz/Am­ plitudenprodukts von großer Wichtigkeit ist bei der Erreichung eines akzeptablen Pulssäulenbetriebs. Insofern besteht ein Bedürfnis nach einer Vorrichtung, die in der Lage ist, die Im­ pulsamplitude und Frequenz wie auch die Impulsdauer genau zu messen.

Zusammenfassung der Erfindung. Ein Instrument zur Messung und Überwachung der Parameter von eine niedrige Frequenz besitzen­ der pneumatischer Treiberkraftimpulse, angelegt an chemische Trennpulssäulen weist Komponenten auf, die geeignet sind, um die Pulssignalfrequenz und den Effektivwert (RMS = root mean square) der Impulssignale zu messen, den Frequenz- und RMS- Wert zur Berechnung der gewünschten Pulssäulenparameter zu verwenden, wie beispielsweise Pulssäulenzoll und um die berechneten Werte mit vorgesetzten Grenzwerten zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die berechneten Werte oberhalb der vorgewählten Grenzwerte liegen. Wenn dies der Fall ist, so kann das Instrument hörbare oder sichtbare Alarme erzeugen, um die Betreiber der Pulssäule auf die Diskrepanz hinsichtlich der gewünschten Pulssäulenleistungsfähigkeit hinzuweisen. Die Verwendung der RMS oder Effektivwerte sieht eine genauere Anzeige der Impulsenergie und Dauer vor, als dies bei konventionellen Frequenz- und Amplitudenmessungen der Fall war.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein detailliertes Blockschaltbild eines Instruments ge­ mäß der Erfindung;

Fig. 2A und 2B eine Flußdarstellung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sowie des erfindungsgemäßen Instruments.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels. In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Schaltung des elektronischen Pul­ serüberwachungssystems 5 der Erfindung dargestellt. Ein In­ strumentationsverstärker 10 empfängt Pulsspannungssignale von einem Druckwandler 11, der den pneumatischen Druck überwacht, welcher an die chemische Säule durch einen Impuls- oder Pul­ sermechanismus angelegt wird (die Säule und der Pulsermecha­ nismus sind nicht dargestellt). Das elektrische Impulssignal liegt im Näherungsbereich von 1 bis 5 Volt und ist proportio­ nal zum Druck von 0 bis 10 PSI (englische Pfund pro Quadrat­ zoll) angelegt an die Säule durch die Impulsvorrichtung oder den Pulsermechanismus.

Die Größe des an die Säule angelegten Drucks ist durch das Betriebspersonal einstellbar, und zwar sowohl hinsichtlich Amplitude wie auch hinsichtlich Freguenz, aber nicht hinsicht­ lich des Einschaltdauer- oder Tastverhältnisses (duty cycle ratio). Das Tastverhältnis ist das Verhältnis des Arbeitszyk­ lus oder der geleisteten Arbeit, verglichen mit einem gesamten Zyklus einer Welle (d. h. Spitzenkante zu einer gleichartigen Spitzenkante), was auch als die Periode bekannt ist. Der Ar­ beitszyklus wird konventionellerweise mechanisch eingestellt auf annähernd 50% der Periode und eine Wellenform mit einem 50% Arbeitszyklus wird normalerweise eine Rechteckwelle ge­ nannt. Der Instrumentenverstärker 10 liefert Signalverstärkung und Versetzung, um den Eingangssignalbereich von 1 bis 5 Volt auf 0 bis 10 Volt für die darauffolgende Signalverarbeitung zu verändern.

Die Signalausgangsgröße der Verstärkers 10 wird in zwei geson­ derte Pfade aufgespalten. Im ersten im ganzen mit "A" bezeich­ netem Pfad werden Freguenzkomponenten oberhalb einer vorbe­ stimmten Grenze (beispielsweise 15 Hz im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel) mittels eines aktiven Filters 12 entfernt. Das aktive Filter 12 ist geeignet zur Entfernung von nahezu sämt­ lichen Frequenzen mit Ausnahme der Grundimpulsfrequenz der durch den Verstärker 10 übertragenen Rechtecksignalwelle. Die sich ergebende "saubere" Wellenform wird an eine Spannungsver­ gleichsvorrichtung 14 angelegt. Die Ausgangsgröße des Verglei­ chers 14 ist ein stark ansteigender und fallender Impuls mit festen hohen und niedrigen Spannungspegeln, der einen hohen Pegel dann erreicht, wenn die Eingangssignalspannung einen vorgesetzten oder voreingestellten Schwellpegel übersteigt. Die Spannungsausgangsgröße des Komparators 14 kehrt auf einen niedrigen Pegel zurück, wenn die Eingangssignalspannung unter­ halb des Schwellenpegels liegt. Auf diese Weise erzeugt der Spannungskomparator 14 ein Signal mit einer Impulsbreite, ab­ hängig von den Eingangssignalpegeln und mit relativ scharfen Kanten, geeignet zur Bestimmunhg der Frequenz des Eingangssig­ nals. Die Eingangsimpulse werden an einer Fronttafel des In­ struments durch eine Anzeigevorrichtung 15 angezeigt.

Die Ausgangsgröße des Komparators 14 wird an einem Frequenz- zu-Digitalumsetzer 16 angelegt. Diese ist im Handel als inte­ grierte Schaltung verfügbar (beispielsweise Custom Micro Systems, Inc., Box 9472, Livonia, Michigan 48151, US, Modell Nr. CMS-1000 Serien), weist einen (nicht gezeigten) Mikropro­ zessor auf, der eine eingebaute Vorrichtung (firmware) auf­ weist, geeignet zur Bestimmung der Frequenz durch Messung der Periode der Eingangswellenform. Der Mikroprozessor des Konver­ ters 16 ist besonders geeignet zur Bestimmung der Frequenz von Niederfrequenzsignalen und seine Ausgangsgröße ist der laufen­ de Durchschnitt der letzten 16 lmpulsmessungen. Im Falle von Pulssäulen arbeiten Frequenzen typischerweise von 0,5 bis 1,5 Zyklen pro Sekunde (Hz). Die Ausgangsgröße des Umsetzers 16 ist ein 10 Bit Digitalwort, welches die Frequenz des angeleg­ ten Eingangssignals repräsentiert. Ein Digital-zu-Analogum­ wandler 18 ist mit einem Verstärker 20 gekuppelt und wandelt das 10 Bit Digitalsignal in eine äquivalente Analogausgangs­ spannung um. Die Analogrepräsentation der Frequenz wird sodann an einen ersten Eingang (mit "CHAN O" bezeichnet) eines kombi­ nierten 4-Kanal-Analogmultiplexers und Analog-zu-Digitalkon­ verter 22, eine Frontplattenfrequenz-Anzeige 24 und einen 4 bis 20 mÅ Schleifentreiber 26 zur Verwendung mit einem (nicht gezeigten) Aufzeichner geliefert. Ein Rücksetztransi­ stor 25 liegt zwischen dem Verstärker 20 und dem Meßgerät 24, um die Anzeige von Frequenzablesungen zu verhindern, die für den Impulsvorrichtungsbetrieb nicht repräsentativ sind.

Bis zu diesem Punkt wurde der Signalpfad "A" für die Bestim­ mung der Eingangsfrequenz beschrieben. Der zweite Signalpfad "B" ist mit dem Ausgang des Instrumentenverstärkers 10 gekup­ pelt, und zwar über einen variablen Widerstand 27, wie ge­ zeigt. Im Signalpfad "B" wird die Amplitue des Eingangssignals verarbeitet, und zwar durch einen RMS-Konverter 28 in den Ef­ fektiv-Äquivalentwert (RMS-Äquivalentwert). Der RMS-Umwandler oder Umsetzer 28 ist eine im Handel verfügbare integrierte Schaltung (beispielsweise Analog Devices, Inc., 1 Technology Way, P.O Box 9106, Norwood, Massachusetts, 02062, USA. Modell Nr. AD-637), die bei in geeigneter Weise ausgewählten externen Komponenten eine analoge Ausgangsspannung liefert, und zwar proportional zum RMS-Wert der Eingangswellenformamplitude. We­ gen der vorhandenen Niederfrequenzsignale bereitet die Bestim­ mung des RMS-Wertes mit der erforderlichen Genauigkeit einige Schwierigkeiten und die weitere Analogverarbeitung durch ein Zwei-Polaktivfilter 30 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet. Der gefilterte RMS-Signalwert, der den Druck des Pulses repräsentiert, wird an den zweiten Eingang des Analog- zu-Digitalumsetzers 22 angelegt (der mit "CHAN 1" bezeichnet ist).

Unter Programmsteuerung wählt der Umsetzer oder Konverter 22 die gewünschte Analogeingangsgröße zur Umwandlung in einen äquivalenten Digitalwert aus, der sodann zu einem Mikropro­ zessor 32 über einen Eingang/Ausgang (I/O)-Bus 33 übertragen wird. Die für den Mikroprozessor 32 verfügbaren Digitaldaten sind der RMS "Druck" oder Amplitudenwert und die Frequenz des Pulssäulentreiberimpulses. Dies steht im Gegensatz zu konven­ tionellen Pulssteuersystemen, wo die Pulsfrequenz und die Am­ plitude gemessen werden, und multipliziert werden, um einen Index der Säulenzoll vorzusehen. Ein Vorteil des die Erfindung erhaltenen RMS-Wertes (Effektiv-Wertes) ist der, daß breitere Impulse leichter von schmäleren Impulsen mit der gleichen Am­ plitude unterschieden werden können. Dies hat eine genauere Messung der Impulssäulenarbeitsweise oder Leistungsfähigkeit zur Folge. Ferner sind zwei zusätzliche Kanäle des Analogmul­ tiplexers 22 verfügbar für die Messung und Überwachung der anderen Säulenparameter, wie beispielsweise des Säulengewichts und des Flüssigkeitspegels.

Der Mikroprozessor 32 ist eine einzige integrierte Schaltung mit einer "on-board" BASIC-Sprache und verwendet die über Pfa­ de A und B empfangene und verarbeitete Pulsinformation zur Be­ rechnung der Säulenbetriebsparameter, die von Interesse sind. Der Mikroprozessor 32 gibt Digitalinformation an einen Digi­ tal-zu-Analogumwandler 34 ab. Die Analoginformation geht durch ein Paar von Verstärkern 35 zu zwei an einer Tafel angeordne­ ten Meßgeräten 36 bzw. 38 und entsprechende 4 bis 20 mÅ Schleifentreiber 40, 42 für Prozeßaufzeichnungsgeräte (nicht gezeigt), die dazu verwendet werden, um eine Informationsan­ zeige und Aufzeichnungsmöglichkeiten vorzusehen.

Das Mikroprozessorprogramm vergleicht auch die berechneten Werte mit voreingestellten Grenzwerten zur Erzeugung von Alar­ men oder Prozeßabschaltvorgängen, wenn der Säulenbetrieb sich als außerhalb der Toleranz befindlich erkannt wird. Ein I/O- Port 44 sieht das Einstellen und Verriegeln dieser Alarme oder Abschaltungen vor, und zwar über eine Eingangsgröße von dem Mikroprozessor I/O-Bus 33. Die Alarme und Anzeigevorrichtungen des Port 44 sind wie folgt bezeichnet: Fronttafellauf-Anzeige­ vorrichtung 44 (a), ein Fronttafelfehler-Anzeiger 44 (b), ein Fronttafelniedrigalarm-Anzeiger 44 (c), ein Fronttafelhoch­ alarm-Anzeiger 44 (d) und ein Fronttafelauslöse-Anzeiger 44 (e). Der Rücksetztransistor 25 ist mit dem I/O-Port 44 verbunden, und zwar als ein Ausgangsabschalter, um zu verhindern, daß die Anzeigevorrichtungen 44 (a) bis 44 (e) irgendwelche ungenauen außerhalb der Skala liegenden Anzeigen während des Startens des Instruments vorsehen. Der I/O-Port 44 kann auch geeignet sein zur Bewirkung einer Pulsvorrichtungs-Abschaltung beim Auftreten bestimmter spezifizierter Alarmbedingungen. Das gesamte in Fig. 1 dargestellte Elektroniksystem ein­ schließlich der Plattenanzeigeeinheiten, kann innerhalb eines (nicht gezeigten) Standardkerninstrumentmoduls (Nuclear Instrument Module (= NIM) enthalten sein, d. h. innerhalb der folgenden Größe: 4′′ breit × 7+1/2′′ hoch × 9+1/2′′ tief.

Die Fig. 2A und 2B zeigen ein Blockdiagramm des verwendeten Software-Programms, welches zum Betrieb des erfindungsgemäßen Pulssäulensteuerinstruments verwendet wird. In Fig. 2A schal­ tet der Block 50 das Instrument infolge der Leistungsanschal­ tung ein. Der Block 50 triggert den Betrieb der Einleitungs­ blocks 52, 54 und 56, die jeweils folgendes tun: Setzen der anfänglichen Programme "labels" der Variablen, Konstanten und Datenanordnungen, Ingangsetzen der Frontplattenmeßgeräte-Da­ tenumwandlungskonstanten und Setzen der Alarmauslöse- und Einstellpunktwerte.

Der nächste Schritt wird durch den Block 58 angedeutet, der die Frontplattenmeßgeräte 24, 36, 38 rücksetzt und jedweder anderen gewünschten Meßgeräte , und zwar unter Zuhilfenahme des Rücksetztransistors 25. Infolge der Ungenauigkeit der Eingangsablesungen beim Starten des Instrumentes wird das I/O-Port 44 Bit Null gesetzt und das Frontplattenfrequenz- Meßgerät wird ausgeschaltet, da eine tatsächliche Frequenz­ messung noch nicht erfolgte und zum Frontplattenmesser 24 übertragen wurde.

Sobald die Frontplatten-Anzeigevorrichtungen und Parameter rückgesetzt (abgeschaltet) sind, weist das Programm eine konventionelle Zeitverzögerungsroutine 60 auf mit einer 30 Sekunden Warteschleife, die derart ausgelegt ist, daß sich die Frequenz für den Digitalumsetzer 16 stabilisiert. Sobald die 30 Sekunden Wartezeit vollendet ist, wird die Löschzeitunter­ brechung rückgesetzt, was den Ingangsetzungszyklus beendet. Diese Funktion wird durch den Block 62 angezeigt.

Der Block 64 repräsentiert den Startpunkt in der Programm­ folge, wo, sobald die Plattenanzeigen sämtlich initialisiert und rückgesetzt sind, die Daten von der Pulsvorrichtung ver­ arbeitet werden. Die Pulsvorrichtung ist derart konstruiert, daß sie Pulse oder Impulse mit einer bestimmten Frequenz aus­ sendet. Sollte ein Puls nicht emittiert werden oder sollte die Frequenz unterhalb einen bestimmten Wert abfallen, so könnte eine potentiell gefährliche Fehlfunktion der Pulsvorrichtung die Ursache sein. Der Betreiber wird darauf hingewiesen, durch eine oder mehrere Alarmanzeigevorrichtungen 44 (a) bis 44 (e), wie beispielsweise den Niedrigalarmanzeiger 44 (c). Wenn die Frequenz den bestimmten Wert übersteigt, dann kann alternativ ein weiterer der Alarme 44 (a) bis 44 (e), wie beispielsweise der Hochalarmanzeiger 44 (d) aktiviert werden. Um zwischen Fehlfunktionen, Startunterbrechungen und tatsächlichen Daten­ unterbrechungen zu unterscheiden, ist eine "Wachhund"-Unter­ brechungszeitroutine vorgesehen und im ganzen bei 66 darge­ stellt. Der Eintritt jedes pulsinduzierten Signals, emittiert vom Frequenz-zu-Digitalumwandler 16 in den Mikroprozessor 32, wird am Block 64 repräsentiert und triggert die Initiierung der Wachhund-Zeitroutine, angezeigt bei Block 68. Die Auslöse- und Fehleranzeigevorrichtungen sind, wenn aktiviert, am Punkt 70 (vgl. Fig. 2A) eingeführt und die Wachhund-Routine 66 kommt in Betrieb.

Am Block 72 ist die Routine 66 geeignet, jedwede Signalunter­ brechungen, emittiert durch die Pulsvorrichtung, zu empfangen. Am Block 74 bestimmt die Routine 66, ob oder ob nicht die Ein­ gangsgröße in Datenbeziehung durch die Frequenz des Pulses steht. Wenn die Frequenz niedriger ist als ein bestimmter Be­ reich, wird ein Fehler durch den I/O-Port 44 (vgl. Fig. 1) an­ gezeigt. Sodann setzt der Block 76 die Fehlerauslösung zurück und beginnt erneut die Routine in Antizipierung des nächsten Pulssignals. Wenn der Block 74 bestimmt, daß eine echte Daten­ unterbrechung aufgetreten ist, so setzt der Block 78 die Wach­ hund-Zeitsteuerroutine wiederum in Gang, und zwar in Antizi­ pierung des nächsten Impulssignals und das Fronttafelfrequenz- Meßgerät 24 wird am Block 80 eingeschaltet. Gleichzeitig wird das Pulslauflicht 44 (a) (vgl. Fig. 1) über eine "one shot"- Routine beleuchtet, was anzeigt, daß die Pulsvorrichtung in Betrieb ist. Dies ist bei Block 82 gezeigt.

Es sei nunmehr auf Fig. 2B Bezug genommen. Diese Figur ist eine Fortsetzung der Flußdarstellung der Fig. 2A. Sobald die Pulssäule in Betrieb ist und das Instrument der Erfindung ord­ nungsgemäß stabilisiert ist, dann ist das Programm der Erfin­ dung geeignet, den Amplituden- oder Druckkanal (CHAN 1 des Um­ wandlers 22 in Fig. 1) am Block 84 auszuwählen. Sobald der Druckkanal ausgewählt ist, liest das Programm die RMS-Amplitu­ dendaten am Block 86. Der Druckwert wird sodann aus der Ma­ schinensprache in Ingenieur-Einheiten am Block 88 umgewandelt.

In ähnlicher Art und Weise zum Verfahren der Auswahl des Druckkanals ist der Block 90 geeignet, den Frequenzkanal (CHAN 0 des Umwandlers 22) auszuwählen. Nach Auswahl des Frequenzka­ nals wird die Pulsfrequenz am Block 92 gelesen. Ebenfalls in ähnlicher Weise zum Block 88 wandelt der Block 94 Frequenzda­ ten aus der Maschinensprache in Ingenieur-Einheiten um und zu­ dem werden die Daten linearisiert.

Darauffolgend auf das Lesen und Umwandeln der Frequenzdaten ist das Programm sodann geeignet, die Säulenzoll auszurechnen, und zwar unter Verwendung der Gleichung mit der folgenden all­ gemeinen Formel:

Die Konstante "C" hängt von den physikalischen oder körperli­ chen Eigenschaften der speziellen Säule ab. Die Variablen "A und B" sind bekannte Funktionen von sowohl Säulengewicht als auch dem Eingangsimpuls (RMS)-Wert. Die Variable "K" ist eine bekannte Funktion der Eingangspulsfrequenz. Es wird angenommen, daß die vorliegende Vorrichtung die Fähigkeit hat, wichtige Säulenbetriebsbedingungen zu messen und dann diese Werte dazu in einem definierten mathematischen Ausdruck verwendet, um einen Wert zu erhalten, der für den Säulenbetriebswirkungsgrad brauchbar ist.

Der Pulssäulenbetriebsparameter der Säulenzoll (column inches) kann entweder aus einer empirisch abgeleiteten Formel berech­ net werden oder aus einer Gleichung, basierend auf den körper­ lichen oder physikalischen Spezifikationen der Säule ähnlich dem oben gegebenen Beispiel. In jedem Fall rechnet der erfin­ dungsgemäße Mikroprozessor 32 den Säulenzollwert unter Verwen­ dung der gemessenen Betriebsparameter des Impulsamplituden (RMS)-Werts, der Pulsfrequenz und des Säulenflüssigkeitsge­ wichts. Ein signifikanter Vorteil der Erfindung ist die Ver­ wendung der Effektiv- oder RMS-Werte in der Berechnung der Säulenzoll, insofern als der RMS- oder Effekt-Wert die Dauer der individuellen Impulse berücksichtigt, und insofern genau­ er die Leistungsfähigkeit oder den Wirkungsgrad und die Misch­ dynamik der Pulssäule reflektiert.

Am Block 98 werden die durch die Formel erhaltenen Säulenzoll­ daten in ein Format umgewandelt, welches für die Frontplatten- Meßgeräte 36 oder 38 (vgl. Fig. 1) geeignet ist, und zwar ab­ hängig von dem berechneten Säulenzollwert. Nach Anzeige des berechneten Säulenzollwertes an den Fronttafel-Meßgeräten 36 oder 38 ist die Software dazu geeignet, den berechneten Wert gegenüber voreingestellten oder vorgegebenen Parametern auszu­ werten. Dies wird am Block 100 ausgeführt. Sollte der Frontta­ fel-Meßwert größer sein als der Auslöseparameter, der im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel als 65,535 dargestellt ist, so ist der Block 100 geeignet, einen Alarmindikator auszulösen, wie beispielsweise I/O Port 44 (b) oder 44 (c) (vgl. Fig. 1), wie dies am Block 102 angedeutet ist, wonach die Programmsteuerung zum Block 72 in Fig. 1 wie angedeutet abzweigt. Die 65,535 Zahl ist das größte binäre Glied, welches unter Verwendung der obigen Formel erhältlich ist, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß sich dieser Auslösewert mit der Konstruktion und den Betriebsparametern von individuellen Pulssäulen ändert.

Sollte der Säulenzollwert, erhalten am Block 96 und angezeigt durch Block 98 kleiner sein als die in Block 100 spezifizierte Größe, d. h. im annehmbaren Bereich, so rechnet Block 104 das Produkt der Säulenzoll mal der Frequenz. Wenn das Produkt kleiner ist als Null, und nunmehr sei auf Block 106 Bezug ge­ nommen, so wird der Block 108 ausgelöst, der das Fehlerlicht 44 (b) (vgl. Fig. 1) beleuchtet, und, wenn gewünscht, einen hörbaren Alarm (nicht gezeigt) auslöst.

Eine zusätzliche Funktion des Blocks 108 besteht im Rücksetzen der Hoch- und Niedrigalarm-Anzeiger 44 (c) bzw. 44 (d) und der Rücksetzung des Auslöse-Anzeigers 44 (e) (vgl. Fig. 1), um die­ se für den nächsten berechneten Wert vorzubereiten. Wenn das im Block 104 erhaltene Produkt Null oder größer ist, werden am Block 110 die Daten zur Frontplatte zum Zwecke der Anzeige übertragen. Am Block 112 werden, dann, wenn das Fehlerlicht 44 (b) vom Rücksetzverfahren des Blockes 108 anbleibt, das Licht abgeschaltet. Schließlich wird am Block 114 die Routine erneut durchlaufen, und zwar für Alarm- und Auslösebedingungen für jeden Pulsvorrichtungszyklus, d.h. das Programm wiederholt sich vom Punkt 70 (vgl. Fig. 2A).

Im Betrieb werden Pulssäulenpulse als Signale übertragen, und sodann in einen Frequenz- und einen RMS-Amplitudenpfad aufge­ spalten. Die Frequenz und RMS-Amplitudendaten werden in einen Mikroprozessor eingespeist. Der Mikroprozessor ist unterbre­ chungsbetrieben und führt bestimmte Säulenzollbrerechnungen aus und die Frontplatteninformations-Anzeige wird mit jedem Puls auf den neuesten Stand gebracht. Die auf den neusten Standbringvorgänge hängen somit von der Pulsvorrichtungsfre­ quenz ab und erfolgen annähernd alle 0,6 Sekunden bis 2 Sekun­ den. Diese Raten oder Geschwindigkeiten sind wesentlich schneller als sie erforderlich sind, um Säulenstörungen fest­ zustellen und um zu verhindern, daß diese Störungen ein ern­ stes Problem werden. Jede Pulsanzeige oder Ablesung wird auto­ matisch mit den spezifizierten Säulenzollparametern verglichen und Alarme werden dann ausgelöst, wenn die Pulsvorrichtung un­ terhalb des bestimmten Bereichs arbeitet. Wenn gewünscht, kann der Mikroprozessor derart programmiert sein, daß die Pulsvor­ richtung abgeschaltet wird, wenn bestimmte Alarmbedingungen auftreten. Der Betreiber kann dann die geeignete korrigierende Maßnahme treffen, um einen effizienten Pulssäulenbetrieb bei­ zubehalten.

Abwandlungen der Erfindung sind möglich.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Instrument zur Überwachung und zur Messung pneumatischer Antriebskraftimpulsparameter, angelegt an chemische Trennpuls­ säulen, erhält Realzeitpulsfrequenzwerte und effektive Ampli­ tudenwerte, wobei Säulenzollwerte berechnet werden und wobei ferner diese Werte mit vorgewählten Grenzwerten verglichen werden, um den Säulenbetreiber auf Änderungen der Pulssäulen­ betriebsparameter über gewünschte Grenzen hinaus aufmerksam zu machen.

Übersetzung der in der Zeichnung verwendeten englisch-spra­ chigen Ausdrücke:
Fig. 1

 11=Wandler
 10=Instrumentenverstärker
 12=2-Polfilter 15 Hz
 14=Spannungskomparator oder Vergleicher
 16=Frequenz-zu-Digitalumwandler
 18=10 Bit 0 auf A-Umwandler
 20=1 auf V-Umwandler (Frequenz)
 22=4-Kanal A zu D Umwandler
 28=RMS-Umwandler
 30=2-Polfilter, Data Strobe=Datenstrobe
 32=Mikroprozessor, interrupt=Unterbrechung
 34=2 Kanal 12 Bit D zu A Umwandler
 35=1 zu V Umwandler
 36=Tafelmeßgerät, Säulenzoll, Anzeigebereich 0,500 bis 1,500
 40=4 bis 20 MA Schleife zu Aufzeichner
 38=Tafelmeßgerät; Produkt Anzeigebereich 15,0 bis 130,0
 42=4 bis 20 MA Schleife zu Aufzeichner
 15=Frontplatteneingangspulsanzeiger; Plattenmesser
 24=Frequenzanzeigebereich 30,0 bis 99,9
 26=4 zu 20 Schleife zu Aufzeichner
 44 (a)=Frontplattenlaufanzeiger
 44 (b)=Frontplattenfehleranzeiger
 44 (c)=Frontplattenniedrigalarmanzeiger
 44 (d)=Frontplattenhochalarmanzeiger
 44 (e)=Frontplattenauslölseranzeiger

Fig. 2A

 50=Leistungsstart
 52=Initialisierung des Programms Labels, Variable, Konstante und Datenanordnungen
 54=Initialisierung der Frontplatte, Meßgerätedaten, Umwandlungskonstante
 56=Einstellung Auslöser und Einstellpunktwerte
 58=Rücksetzung Frontplatte Zoll und Produktmesser Rücksetz I/O Port, Abschalten von Frontplattenfrequenz­ messer
 60=Start 30 Sekunden Warteschleife Ist die Zeit abgelaufen, nein, ja
 62=Lösche Zeitsteuerung Unterbrechung
 64=Bereitmachen der Daten-Unterbrechungen
 68=Starten der Wachhund-Zeitsteuerunterbrechung
 72=Warten auf Unterbrechungen
 74=Liegt eine Datenunterbrechung vor
 76=Wachhund gesetzt, setze Fehler und starte erneut
 78=erneute Initialisierung der Wachhund-Zeitsteuerung
 80=Setze das Frontplattenfrequenz-Meßgerät ein
 82=Pulslauflicht (one shot)

Fig. 2B

 84=Wähle Druckkanal
 86=Lese Druckdaten
 88=Wandle Datenwort in Enginier-Einheiten um
 90=Wähle Frequenzkanal
 92=Lese Frequenzdaten
 94=Wandle Datenwort in Ingenieur-Einheiten um und linearisiere die Daten
 96=Rechne Säulenzolldaten unter Verwendung der Formel
 98=Wandle Säulenzolldaten in Frontplatten-Meßdaten um
100=Ist Frontplattenwert größer als 65535
102=Setze Auslöse- und Fehleranzeiger
104=Produkt=Säulenzoll×Frequenz
106=Sind Zoll kleiner als 0
108=Schalte Fehlerlicht ein; setze Auslöselicht zurück; setze Hochalarmlicht zurück; setze Niedrigalarmlicht zurück
110=Ausgangsdaten an die Frontplatte
112=Schalte Fehlerlicht aus, wenn es an ist
114=Prüfe Alarm- und Auslösebedingungen

Claims (19)

1. Instrument zur Bestimmung von Parametern einer chemischen Pulssäule, die eine Säulenimpulsvorrichtung aufweist, wo­ bei folgendes vorgesehen ist:
Mittel zum Empfang von Spannungssignalen, induziert durch Pulse, emittiert durch die Säulenpulsvorrichtung und zum Aufspalten der Signale in erste und zweite Komponenten;
Mittel zur Verarbeitung der ersten Signalkomponente zur Bestimmung der Frequenz, der Signale und zur Erzeugung einer Pulssignalfrequenz;
Mittel zur Verarbeitung der zweiten Signalkomponente der pulsinduzierten Signale in einen äquivalenten Effektiv­ wert; und
Mittel zum Empfang der Pulssignalfrequenz und des äqui­ valenten Effektivwerts zur Berechnung bestimmter Pulssäu­ lenbetriebsparameter daraus und zum Vergleich der berech­ neten Parameter mit vorgewählten Parametergrenzen.

2. Instrument nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Empfang von pulsinduzierten Spannungssignalen ein Instrumenten­ verstärker sind.

3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Filtermittel vorgesehen sind zum Filtern der ersten Signalkomponente vor der Übertragung derselben zu den Ver­ arbeitungsmitteln.

4. Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel ein aktives Filter sind, und zwar geeig­ net zur Entfernung von nahezu allen Frequenzen mit Aus­ nahme der fundamentalen Pulsfrequenz.

5. Instrument nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, und zwar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zur Verarbeitung der ersten Signalkom­ ponente einen Spannungskomparator aufweisen.

6. Instrument nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Umwandlungsmittel zum Umwandeln der Impulssignalfre­ quenz in Digitalformat.

7. Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsmittel ein Frequenz-zu-Digitalumwandler einschließlich eines Mikroprozessors sind.

8. Instrument nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Umwand­ lungsmittel zur Umwandlung des Digitalformatpulssignals in ein Analogformat.

9. Instrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsmittel ein Digital-zu-Analogumwandler sind.

10. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel für die zweite Signalkomponente ein RMS-Umwandler sind, geeignet zur Ver­ arbeitung des Signals im Analogformat.

11. Instrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Filtern des RMS- oder Effektivsignals vorgese­ hen sind.

12. Instrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel ein Zwei-Polaktivfilter sind.

13. Instrument nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Empfang der Impulssignalfrequenz und des RMS-Äquivalent­ werts ein 4-Kanalanalog-Multiplexer und Analog-zu-Digital­ umwandler sind.

14. Instrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Berechnung bestimmter Pulssäulenparameter und zum Vergleich derselben mit vorgewählten Parametern ein Mikroprozessor sind.

15. Instrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor geeignet ist, um Alarme oder Verfah­ rensabschaltungen zu erzeugen, wenn die berechneten Para­ meter vorgesetzte Grenzwerte übersteigen.

16. Instrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor mit einem Digital-zu-Analogumwandler verbunden ist, und zwar zur Anzeige der berechneten Para­ meter.

17. Instrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Aufzeichner geeignet zur Aufzeichnung der berechneten Parameter vorgesehen ist.

18. Instrument, geeignet zur Bestimmung von Parametern chemi­ scher Pulssäulen, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Verstärker geeignet zum Empfang von Spannungssignalen, induziert durch die Säule und zum Vorsehen einer Signal­ verstärkung und Versetzung gegenüber einem Ausgangssignal;
Schaltungsmittel geeignet zum Aufspalten des Ausgangssig­ nals in eine erste Signalkomponente und eine zweite Sig­ nalkomponente;
ein Spannungskomparator einschließlich eines Mikroprozes­ sors geeignet zum Vergleichen der ersten Signalkomponente mit vorgesetzten Werten zur Erzeugung einer entsprechenden Pulsfrequenz;
ein RMS- oder Effektivumsetzer geeignet zum Vorsehen einer Ausgangsgröße proportional zum RMS- oder Effektivwert der zweiten Signalkomponente;
ein Mikroprozessor geeignet zum Empfang der Pulssignalfre­ quenz und der RMS-Umwandlerausgangsgröße zur Berechnung bestimmter Pulssäulenparameter daraus und zum Vergleich der berechneten Parameter mit vorgesetzten Grenzwerten und zur Auslösung von Alarmmitteln infolge der berechneten Pa­ rameter, wenn diese vorgesetzte Grenzwerte übersteigen; und
Mittel zum Anzeigen der berechneten Parameter.

19. Verfahren zur Bestimmung von chemischen Pulssäulenparame­ ter, wobei folgendes vorgesehen ist:
Empfang von Spannungssignalen, erzeugt durch die Säule;
Aufspalten der Signale in erste und zweite Komponenten;
Erzeugung einer Pulssignalfrequenz aus der ersten Kompo­ nente;
Verarbeitung der zweiten Komponente zum Erhalt des RMS- Aquivalentwerts daraus und zum Vorsehen des Werts in Sig­ nalform:
Berechnung bestimmter Pulssäulenparameter mit dem Pulssig­ nal und dem RMS-Signal; und
Vergleich der berechneten Parameter mit vorgesetzten oder vorgewählten Grenzwerten.