DE4339771A1 - Elektronisches Auswertegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Auswerte­ gerät zur Erfassung der ein Rohr durchströmenden Flüssigkeitsmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Erfassung von Flüssigkeitsmengen, die ein Rohr durchsetzen, stehen unterschiedliche Meß­ wertaufnehmer zur Verfügung. Insbesondere in der Trinkwasseraufbereitung werden induktive Meßwert­ nehmer verwendet, die von dem Wasser durchströmt sind. Für die Mengenerfassung werden auch Turbinen verwendet, deren Umdrehungszahl elektrisch erfaßt und in ein Meßsignal umgesetzt wird. Die Meßsignale der verschiedenen Meßwertaufnehmer werden ins­ besondere dazu verwendet, die erzeugte Wassermenge zu erfassen. Eine wesentliche Aufgabe besteht jedoch auch darin, die richtige Dosierung eines Zusatzstoffes, wie z. B. Chlor, mengenabhängig zu dosieren.

Die bekannten Meßwertaufnehmer liefern sehr exakte Meßwerte, insbesondere bei höheren Strömungsge­ schwindigkeiten über 0,5 m/Sek. Unterschreitet die Strömungsgeschwindigkeit in einem gegebenen Rohrsystem diesen Wert, so ergeben sich beim induktiven Meßwertaufnehmer rauschartige Schwankun­ gen des Ausgangssignals, die nicht mehr für eine exakte Dosierung in einem Regelkreis geeignet sind.

Gerade bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, die insbesondere zu Zeiten kleiner Wasserabnahme, d. h. nachts, auftreten, versagt daher die exakte Dosierung, in diesem Falle mit Chlor. Dies ist deshalb von be­ sonderem Nachteil, weil die Verweildauer des Wassers bei solchen kleinen Strömungsgeschwindigkeiten sehr hoch ist und daher auch die für eine bakterielle Entwicklung zur Verfügung stehende Zeit besonders lang ist.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die es erlaubt, insbesondere in einem Trinkwassersystem die Schleichmengen zu erfassen und gleichzeitig die bekannten Vorteile üblicher Meßwertaufnehmer mit zu nutzen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Bei dieser Lösung wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß Meßwertaufnehmer, die auf einem wärme­ ableitenden Meßprinzip beruhen, sog. kalorimetrische Strömungswächter, auch dazu geeignet sind, Mengen zu erfassen, wenn solche Meßwertaufnehmer mit einem analogen Signalausgang versehen und in einem kleinen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit betrieben werden. Diese kalorimetrischen Strömungswächter gaben ihre besondere Leistungsfähigkeit in einem Geschwindigkeitsbereich von 20 cm/Sek. gerade da, wo die induktiven Meßwertaufnehmer bereits an ihrem unteren Bereich der Strömungsgeschwindigkeits­ erfassung angelangt sind. Erfindungsgemäß werden nun zwei Meßwertaufnehmer in einen Rohrkreislauf eingebracht in der Weise, daß in Strömungsrichtung gesehen zuerst der induktive Meßwertaufnehmer ange­ ordnet ist und dann benachbart zu diesem ein kalo­ rimetrisches Strömungsmeßgerät in die Rohrleitung eingeschraubt ist. Beide Meßwertaufnehmer weisen in der Regel einen Stromausgang von 4-20 mA auf, der auf den gesamten Strömungsmeßbereich bezogen ist. Eine einfache Addition dieser beiden Signale ist nicht möglich, weil sich die Signalschwankungen des induktiven Meßwertaufnehmers im Bereich kleiner Strömungsgeschwindigkeiten zu dem Signal des kalorimetrischen Strömungswächters addieren würden. Erfindungsgemäß ist daher eine Vorrichtung vorgesehen, die die verschiedenen Ausgangssignale in der Weise kombiniert, daß das Ausgangssignal des ersten Meßwertaufnehmers, der die kleinen Strömungsgeschwindigkeiten erfaßt, auf das Ausgangs­ signal des zweiten Meßwertaufnehmers, der die höheren Strömungsgeschwindigkeiten erfaßt, umge­ schaltet wird. Diese Umschaltung kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die Kennlinien der beiden Meßwertaufnehmer in der richtigen Zuordnung zu den Strömungsgeschwindigkeiten stehen und kombiniert werden. Diese Kombination geschieht in der Weise, daß dem Ausgangssignal der Auswerteeinheit der ge­ samte Strömungsgeschwindigkeitsbereich, der zu erfassen ist, in einem Ausgangssignal von 0 (4 . . . 20) mA zugeordnet ist. Aufgrund dieser Zuordnung wird das Ausgangssignal des zweiten Meßwertaufnehmers im Verhältnis 1 : 1 an das Auswertungssignal des Aus­ wertegerätes weitergegeben, während das Ausgangs­ signal des ersten Meßwertaufnehmers nach Lineari­ sierung in den Anfangsteilbereich des Ausgangs­ signals umgesetzt ist. Gleichzeitig ist der Signal­ bereich des ersten Meßwertaufnehmers in diesem Bereich unterdrückt, so daß keine Addition von Rauschspitzen erfolgt.

In Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb der elektronischen Auswerteeinheit ein Zähler vorgesehen, der von dem Ausgangssignal des summierenden Verstärkers angesteuert ist, und unter Berücksichtigung des jeweils verwendeten Rohrquerschnittes an seinem Ausgang vor­ zugsweise einen Impuls pro Kubikmeter Wasser liefert. Durch einfache Umstellung des Zählertaktes können verschiedene Rohrquerschnitte erfaßt werden, so daß immer die Eichung ein Impuls pro Kubikmeter erhalten ist. Es ist offensichtlich, daß auch andere Impuls­ eichungen möglich sind.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

In eine Rohrleitung (1) ist ein induktiver Meßwert­ aufnehmer (2) eingebaut. Benachbart zu diesem ist ein kalorimetrischer Strömungssensor (3) in die Rohr­ leitung eingeschraubt. Das Ausgangssignal des kalorime­ trischen Strömungssensors ist nach Fig. 2 einer Lineari­ sierungseinheit (4) zugeführt. Dieses linearisierte Signal wird nach geeigneter Herabsetzung bzw. Teilung einem Additionsverstärker (5) zugeführt. Das Meßsignal des induktiven Meßwertaufnehmers (2) ist einem Ent­ koppelverstärker (6) zugeführt, der seinerseits sein Signal dem Additionsverstärker (5) weiterleitet. In diesem Additionsverstärker werden die Signale der beiden Meßwertaufnehmer so miteinander kombiniert, daß an seinem Ausgang ein Ausgangssignal von 0 (4 . . . 20 mA) zur Verfügung steht, das den gesamten Strömungsbereich, insbesondere auch die Schleichmengen, mit erfaßt. Das Ausgangssignal des Additionsverstärkers ist zu­ sätzlich noch einem Stromfrequenzwandler zugeführt, der nach entsprechender Teilung der umgesetzten Fre­ quenz einen Impuls pro Kubikmeter an seinem Ausgang liefert. Der Teiler wird seinerseits mit einem Takt­ generator betrieben, dessen Taktfrequenz in Abhängig­ keit von dem jeweils vorliegenden Rohrquerschnitt einstellbar ist.

In Fig. 3 ist eine elektronische Schaltungsausführung dar­ gestellt. Der kalorimetrische Strömungssensor (3) weist ein analoges Ausgangssignal von 4 . . . 20 mA auf und ist an ein Linearisierungsmodul (4) angeschlossen, das ein Ausgangssignal von 0 . . . 20 mA liefert. In einem nach­ folgenden Stromspannungswandler (9) wird das Stromsignal in ein Spannungssignal von 0 . . . 1 V gewandelt, wobei ein linearer Zusammenhang zwischen der Strömungsge­ schwindigkeit 0-1 m/Sek. und 0-1 V Ausgangs­ spannung besteht. Der induktive Meßwertaufnehmer (2) hat ein Ausgangssignal von 4 . . . 20 mA, und wird einem Stromwandlungsmodul (8) mit einem Ausgangssignal von 0 . . . 20 mA zugeführt. In einem Strom-Spannungswandler (10) wird dieses Ausgangssignal in eine Ausgangsspannung von 0 . . . 5 V umgesetzt, so daß auch hier ein linearer Zusammenhang zwischen dem Strömungserfassungsbereich des induktiven Meßwertaufnehmers von 0-5 m/Sek. und einer Ausgangsspannung von 0-5 V hergestellt ist. Die Spannungen der Meßwertaufnehmer werden je dem invertierenden Eingang eines Verstärkers zugeführt. Die nicht invertierenden Eingänge sind parallel ge­ schaltet und an eine einstellbare Referenzspannung angeschlossen. Die Verstärker arbeiten als aktive Gleichrichter, mit dem Unterschied, daß bezogen auf die Referenzspannung der Verstärker (17) nur ein Ausgangssignal liefert, solange die Signalspannung des Stromspannungswandlers (9) unterhalb der Referenzspannung liegt, während der Verstärker (18) nur ein Signal liefert, wenn das Ausgangssignal des Stromspannungswandlers (10) oberhalb der Referenz­ spannung (20) liegt. Diese unterschiedliche Verhaltens­ weise der Gleichrichter wird dadurch realisiert, daß an den invertierenden Eingang des Verstärkers (17) eine Diode mit ihrer Anode angeschlossen ist, deren Kathode an den Ausgang des Verstärkers (17) angeschlossen ist. Bei dem Verstärker (18) ist die Diode genau umgekehrt angeschlossen, d. h. an den invertierenden Eingang ist die Kathode der Diode (15) angeschlossen, während ihre Anode mit dem Ausgang des Verstärkers (18) verbunden ist. Jeweils eine zweite Diode ist bei dem Verstärker (17) mit ihrer Anode an den Verstärkerausgang angeschlossen, während bei dem Verstärker (18) eine Diode mit ihrer Kathode an den Verstärkerausgang angeschlossen ist. Beide Ausgangssignale der Gleichrichter werden über Widerstände an einen Additionsverstärker (21 ) ange­ schlossen. An dem Ausgang dieses Verstärkers steht nun eine Gesamtspannung von z. B. 0-5 V zur Verfügung, die genau einem Strömungsgeschwindigkeitsbereich von 0-5 m/Sek. entspricht. Ein Verstärker (19) sorgt dafür, daß die Spannungen in der gewünschten Polari­ tät addiert werden können.

Claims (5)

1. Elektronisches Auswertegerät zur Erfassung der ein Rohr durchströmenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit mindestens zwei Meßwertaufnehmern, die von einer Flüssigkeit durch- oder umströmt sind, mit einzelnen Meßausgängen der Meßwert­ aufnehmer, die vorzugsweise ein auf ihren Meßwert bezogenes Strömungsausgangssignal von maximal 20 mA oder 10 V liefern, mit einem vorzugsweise ersten auf einem induktiven und einem zweiten auf einem wärmeableitenden Meßprinzip beruhenden Meßwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Meßwertaufnehmer einer elektronischen Auswerte­ einheit zugeführt sind, die die unterschiedlichen Meßbereiche der Meßwertaufnehmer zu einem Gesamt­ meßbereich mit nur einem Ausgangssignal zusammen­ faßt.

2. Elektronisches Auswertegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerteeinheit mindestens einen Linearisierungs­ baustein für ein Eingangssignal aufweist.

3. Elektronisches Auswertegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßwert­ aufnehmer insbesondere für kleine Strömungs­ geschwindigkeiten, bis 1 m pro Sekunde, ausge­ legt ist und der zweite Meßwertaufnehmer insbe­ sondere für höhere Strömungsgeschwindigkeiten ab 0,5 m pro Sekunde ausgelegt ist.

4. Elektronisches Auswertegerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Durchflußmenge bezogene Übernahmepunkt des ersten Meßwertaufnehmers auf den zweiten elektrisch einstellbar ist.

5. Elektronisches Auswertegerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerteeinheit einen Strom- oder Spannungsfrequenzwandler aufweist, der die auf das Ausgangssignal der Auswerteeinheit bezogene Strömungsgeschwindigkeit nach Multi­ plikation mit dem Innenquerschnitt des Rohres in Impulse pro Kubikmeter umsetzt.