DE4339771C2 - 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.

Auch bei der Mengenerfassung von Gasen treten vergleichbare Anforderungen auf, die z. B. in den Schriften GB 2212277A, GB 2085597 A, GB 2102995 A, EP 0569837 A2 oder DE 32 03 781 A1 aufgezeichnet sind. In diesen Schriften werden technische Lösungen beschrieben, in denen mindestens zwei Meßverfahren benutzt werden, um den Volumenstrom eines Gases präzise zu erfassen. Das technische Problem besteht bei diesen Anwen­ dungen darin, daß es für die Bestimmung des Volumenstromes bei Gasen nicht ausreichend ist, die Strömungsgeschwindig­ keit allein zu bestimmen, sondern es muß bei der unbekannten Größe Geschwindigkeit, auch mindestens die Dichte, die Tempe­ ratur oder der Druck des Gases erfaßt werden. In der Schrift GB 2212277 A, wird mit einem wärmeleitenden Meßprinzip bei kleiner Strömungsgeschwindigkeit des Mediums die Gasdichte aus dem Massenfluß bestimmt und dieser Meßwert als Kalku­ lationsbasis für höhere Strömungsgeschwindigkeiten benutzt. Alle genannten Schriften geben jedoch keine technischen Lösungen an, in welcher Weise ein großer Bereich der Strö­ mungsgeschwindigkeit erfaßt werden kann. Insbesondere gibt es keine Lösungen dafür, in welcher Weise die verschiedenen Kennlinien der sensorischen Aufnehmer miteinander zu kombi­ nieren sind und wie vorgegangen werden muß, wenn Signal­ schwankungen des Meßwertaufnehmers für den höheren Ge­ schwindigkeitsbereich im unteren Bereich Störungen verur­ sachen.

In der DE 41 19 732 wird ein Strömungsmesser beschrieben, der aus zwei Meßwertaufnehmern besteht, deren Ausgangssignale von einem Mikrocomputer ausgewertet, aber nicht zu einer ge­ meinsamen Kennlinie zusammengesetzt werden.

In der Schrift EP 0306193 A1 werden mindestens drei Sensoren verwendet um ein Fehlersignal zu erzeugen, das eine wiederholte Kalibrierung des Meßsystems ermöglicht. Auch in dieser Schrift werden die unterschiedlichen Signal­ ausgänge der Sensoren nicht zu einer gemeinsamen Ausgangs­ kennlinie zusammengesetzt.

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 haben 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 induktuver 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 (7)

1. Elektronisches Auswertegerät zur Erfassung der ein Rohr durchströmenden Flüssigkeit, mit mindestens zwei Meßwertaufnehmern, die von einer Flüssigkeit durch- oder umströmt sind, mit einzelnen Meßausgängen der Meßwertaufnehmer, die ein auf ihren Meßwert bezogenes Ausgangssignal der Strömungsgeschwin­ digkeit von max. 20 mA oder 10 Volt liefern, mit einem ersten auf einem wärmeableitenden und einem zweiten auf einem induktiven Meßprinzip beruhenden Meßwertaufnehmer, wobei die Ausgangssignale der Meßwert­ aufnehmer einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt sind, die die Ausgangssignale der einzelnen Meßwertauf­ nehmer zu einem gemeinsamen Ausgangssignal zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Ausgangssignal in der Weise zusammengesetzt ist, daß der Signalbereich des zweiten Meßwertaufnehmers in dem Bereich des ersten Meßwertaufnehmers unterdrückt ist und daß ein elektrisch einstellbarer Meßbereichübergabepunkt vorgesehen ist, bei dem der Übergang des Ausgangssignals des ersten Meßwert­ aufnehmers auf das Ausgangssignal des zweiten Meßwertauf­ nehmers erfolgt.

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 Strömungsge­ schwindigkeiten bis 1 m/sek. ausgelegt ist und der zweite Meßwertaufnehmer insbesondere für höhere Strömungsgeschwindigkeiten ab 0,5 m/sek. aufgelegt ist.

4. Elektronisches Auswertegerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der Meßwertaufnehmer je dem invertierenden Eingang eines Verstärkers zugeführt sind und die nicht invertierenden Eingänge parallel geschaltet und an eine ein­ stellbare Referenzspannung angeschlossen sind.

5. Elektronisches Auswertegerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (17) nur ein Ausgangssignal liefert, solange die Signalspannung des Strom­ spannungswandlers (9) unterhalb der Referenz­ spannung liegt, während der Verstärker (18) nur ein Signal liefert, wenn das Ausgangs­ signal des Stromspannungswandlers (10) ober­ halb der Referenzspannung (20) liegt.

6. Elektronisches Auswertegerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den invertierenden Eingang des Ver­ stärkers (17) eine Diode mit ihrer Anode ange­ schlossen ist, deren Kathode dem Ausgang des Verstärkers (17) angeschlossen ist und daß eine zweite Diode bei dem Verstärker (17) mit ihrer Anode dem Verstärkerausgang ange­ schlossen ist und daß bei dem Verstärker (18) die Dioden invers zu Verstärker (17) geschaltet sind.

7. Elektronisches Auswertegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektronische Auswerteeinheit einen Strom- oder Spannungsfrequenzwandler aufweist, der die auf das Ausgangssignal der Auswerteeinheit bezogene Strömungsgeschwindig­ keit nach Multiplikation mit dem Innenquer­ schnitt des Rohres in Impulse pro Kubikmeter umsetzt.