DE4032661A1 - Verfahren zur regelung des massenstromes fluider medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Massenstromes fluider Medien, bei dem über ein Massenstrom-Meßgerät, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, kontinuierlich Meßwerte aufgenommen, diese in Impulse digitalisiert und die ermittelten Istwerte mit digitalisierten Sollwerten verglichen und bei Abweichungen das Ergebnis zur Regelung des Massenstromes verwendet wird.

Bei der Dosierung fluider Medien müssen, um gute Ergebnisse zu erzielen, bestimmte Massen, Massenverhältnisse oder Massenströme eingehalten werden. Die direkte Massendurchflußmessung nach dem Coriolis-Meßprinzip wird zunehmend zur Überwachung und Steuerung solcher Stoffströme eingesetzt. Bisher ließ sich der Massendurchfluß meist nur als das Produkt der Meß­ größen Volumenstrom und Dichte errechnen, wobei neben der Messung des Volumenstromes die Dichte des Fluides bekannt und konstant ist bzw. ge­ messen wird. Änderungen von Temperatur und Druck müssen für eine genaue Messung bei der Bestimmung der Dichte berücksichtigt werden. Mehrphasige Strömungen, die Gasblasen oder Feststoffe enthalten, weisen meist Schwan­ kungen in der Dichte auf, die nur durch eine Messung erfaßt werden können.

Bei der Massendurchflußmessung nach dem Coriolis-Meßprinzip wird ein durchflossener Rohrkörper zunächst mit einer bestimmten Frequenz in harmonische Schwingungen versetzt. Das strömende Fluid verursacht durch die dabei auftretende Coriolis-Kraft eine Auslenkung senkrecht zur Strömungsrichtung und zur Schwingachse, die dem Massenstrom proportional ist und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Die Geräte arbeiten unabhängig von Viskosität, Dichte, Druck, Temperatur und Fließ­ profil und weisen keine Querschnittsverengungen, Sensoren oder bewegliche Teile in der Strömung auf.

Da die Meßaufnehmer schwingende Gebilde darstellen, ergeben sich unter­ schiedliche Störungen auf das Meßsystem. Störungen von außen z. B. durch Gebäudeschwingungen oder die von den Pumpenmotoren angeregten Schwingungen können durch eine geeignete Aufhängungen des Gerätes eliminiert, sowie insbesondere durch eine zweite Vergleichsmeßstelle kompensiert werden.

Als nachteilig beim Einsatz der Coriolis-Massenstrom-Meßgeräte erweist sich jedoch in vielen Fällen ihre große Empfindlichkeit hinsichtlich hochfrequenter Pulsationen aus dem Produktstrom. Quelle dieser Pulsationen sind primär die Dosierpumpen, im allgemeinen Zahnrad- oder Hubkolben­ pumpen. Durch das Eingreifen einzelner Zähne oder Kolben bei solchen Pumpen treten im Massenstrom periodische Störungen auf und es können Eigenschwingungen des Meßsystems angeregt werden, die sich in einer Schwankung des Meßsignals auswirken. Bei unterschiedlichen Betriebsbe­ dingungen zeigen sich in Abhängigkeit vom Gerätetyp mehr oder weniger große Fehlmessungen in Form eines schwankenden Meßsignals. Insbesondere schnelle Änderungen des Massenstromes werden nur richtig registriert, wenn die Ansprechzeit der Geräte ausreichend klein ist. Daher ist oft eine möglichst kurze Ansprechzeit erwünscht. Dasselbe gilt für eine Durchfluß­ regelung. Die Größe des durch Pulsationen verursachten Meßfehlers nimmt mit zunehmender Ansprechzeit überproportional zu.

Mit der Erfindung soll eine sichere und selbsttätige Regelung und Über­ wachung des Massenstromes fluider Medien geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Verfahren vorgeschlagen, bei zeitlich nicht konstantem Verlauf des Istwertes infolge kurzzeitiger und ein vorgegebenes Maß überschreitender Schwankungen des Meßsignals die Antriebsdrehzahl der Dosierpumpe für das fluide Medium in wählbaren Größen zu verändern und mit Hilfe eines Stellorgans nach einem erneuten Soll-Istwert-Vergleich den Massenstrom auf den Sollwert einzustellen.

Hierdurch werden Meßfehler, die aus der Frequenz eines Störsignals resultieren, vermieden. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die automatische und kontinuierliche Überwachung des Massenstromes fluider Medien. Eine Unterbrechung der Förderung der fluiden Medien während der Regelung ist nicht erforderlich.

In der Zeichnung sind geeignete Einrichtungen zur Durchführung des Ver­ fahrens schematisch dargestellt. Diese Einrichtungen umfassen ein handels­ übliches Massenstrom-Meßgerät (1), das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet und einen Meßwertaufnehmer sowie einen elektronischen Wandler (2) enthält. Mit (3) ist ein Rechner bezeichnet, dem die Meßdaten in Form digitalisier­ ter Istwerte zugeführt werden. In dem Rechner erfolgt durch Vergleich einzelner aufeinanderfolgender Meßwerte oder Meßwertgruppen die Fest­ stellung etwaiger Schwankungen des Meßsignals. Bei mehrfacher Überschrei­ tung einer vorgegebenen Schwankungsbreite (Sollwert) innerhalb eines Zeit­ intervalls wird ein Regelimpuls ausgelöst, der die Veränderung der An­ triebsdrehzahl der Dosierpumpe (4) bewirkt. Unmittelbar anschließend wird dann über einen weiteren Soll-Istwert-Vergleich der gewünschte Massenstrom eingestellt. Dieses geschieht mit Hilfe einer Drossel (5) oder eines das Fördervolumen der Dosierpumpe veränderten Stellgliedes (6). Der gesamte Regelvorgang wiederholt sich, wenn auch bei der dann eingestellten An­ triebsdrehzahl der Dosierpumpe eine Schwankung des Meßsignals in unzu­ lässigem Maße feststellbar ist. Der Regeleingriff kann sowohl eine Ver­ größerung als auch eine Verkleinerung der Antriebsdrehzahl zur Folge haben.

Der Rechner erkennt das schwankende Meßsignal, indem über einen ausreichenden Zeitraum T

• - das Meßsignal M über der Zeit t erfaßt,
• - das Meßsignal über dem Zeitraum T gemittelt zu M und
• - die Abweichung Δ M vom Mittelwert M errechnet wird und
• - z. B. die Zahl der Vorzeichenwechsel von Δ M errechnet wird und der ermittelte Wert mit einer Vorgabe verglichen wird.

Es hat sich gezeigt, daß die Vorzeichenwechsel der einzelnen Schwankungen sich im Sekundenbereich bewegen und somit deutlich niedrigfrequenter sind als die üblichen durch die Dosierpumpen verursachten Schwankungen. Typisch ist dabei der nicht-periodische unregelmäßige Verlauf mit wechselnder Frequenz und wechselnder Amplitude.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr gut geeignet für die Überwachung und Regelung konstanter Massenströme, insbesondere für die Herstellung von Mehrkomponenten-Kunststoffen, wie Polyurethan, wobei die Massenströme sämtlicher Komponenten gleichzeitig veränderbar sind. Außerdem können fluide Medien mit großer Genauigkeit in vorgegebenen Mengen einer Charge zudosiert werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regelung des Massenstromes fluider Medien, bei dem über ein Massenstrom-Meßgerät, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, kontinuier­ lich Meßwerte aufgenommen, diese in Impulse digitalisiert und die er­ mittelten Istwerte mit digitalisierten Sollwerten verglichen werden und bei Abweichungen das Ergebnis zur Regelung des Massenstromes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei zeitlich nicht konstantem Verlauf des Istwertes infolge kurzzeitiger und ein vorgegebenes Maß überschrei­ tender Schwankungen des Meßsignals die Antriebsdrehzahl der Dosierpumpe für das fluide Medium in wählbaren Größen verändert und mit Hilfe eines Stellorgans nach einen erneuten Soll-Istwert-Vergleich der Massenstrom auf den Sollwert eingestellt wird.