EP1167767A1 - Flow control for a peristaltic pump - Google Patents
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- EP1167767A1 EP1167767A1 EP20000113614 EP00113614A EP1167767A1 EP 1167767 A1 EP1167767 A1 EP 1167767A1 EP 20000113614 EP20000113614 EP 20000113614 EP 00113614 A EP00113614 A EP 00113614A EP 1167767 A1 EP1167767 A1 EP 1167767A1
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- F04B49/06—Control using electricity
- F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
Definitions
- the invention relates to a device for generating and Conducting a fluid flow with a positive displacement pump and with a measuring arrangement and a method for monitoring this device.
- positive displacement pumps are pumps that operate a discontinuous, especially pulsating, fluid flow in the lumen of at least sections, esp. elastic, deformable flow vessel, e.g. one Hose.
- a discontinuous, especially pulsating, fluid flow in the lumen of at least sections esp. elastic, deformable flow vessel, e.g. one Hose.
- DE-A 196 47 882, US-A 49 09 710, US-A 51 65 873, US-A 51 73 038, US-A 52 63 830, US-A 53 40 290, US-A 56 83 233, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341, US-A 58 88 052, WO-A 97/41 353 and WO-A 98/31 935 one device each for generating and guiding one discontinuous fluid flow shown which Device a positive displacement pump with at least one Guiding the fluid flow serving flow vessel from deformable lumen and with a pump drive for shaping of the lumen of the flow vessel.
- the pump drive works when the displacement pump is operating in sections leading to the fluid Flow vessel that it is temporarily in the lumen, esp. oscillating, deforming and thus directed the fluid transporting displacer movements is offset.
- Positive displacement pumps are each peristaltic Displacer movements by one on the flow vessel adjacent, non-circular cylindrical surface of one Pump drive generated that rotates about an axis of rotation, while in US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233, US-A 58 88 052 and WO-A 98/31 935 Displacement movements caused by linear shear movements against the pump drive comprising a thrust ram executes the flow vessel.
- the drive motor for the pump drive is usually an electric motor used by means of a drive shaft is mechanically coupled directly to the pump drive.
- the drive motor and pump drive can also have one Gear or a belt transmission mechanically be coupled to each other.
- an eccentric or a cam disc or a Crank gear as a mechanical coupling between the Serve electric motor and the pump drive, cf. the DE-A 196 47 882, US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233 and US-A 58 88 052.
- an electric motor can, e.g. described in WO-A 98/31 935 pneumatic or hydraulic piston motor as Drive motor for generating linear slide thrust movements be used.
- Displacement pumps of the type described are due to a essentially homogeneous, smooth inner wall of the flow vessel and due to the lack of in the Fluid flow rotating drive elements especially for suitable for such applications where the fluid leading lumen of the flow vessel high chemical and / or biological purity requirements are made.
- Positive displacement pumps are therefore e.g. often in samplers for chemical-biological analyzes, especially in drinking or in Sewage area, used. For example, in US-A 55 87 926 and US-A 57 01 646 corresponding samplers each shown a positive displacement pump.
- the displacement movement of the flow vessel and thus the Oscillations of its lumen are usually indirect determined.
- a drive movement of the Drive motor e.g. on its drive shaft, by means of detects electrodynamic or optical tachometer and into a representative of this drive movement Drive signal mapped.
- a corresponding Evaluation electronics convert the drive signal into the Volume flow and / or the delivered fluid volume representing measuring signals converted.
- the drive movement and therefore also that of the drive signal derived measurement signals are, however, only representative for the volume flow, if on the one hand Flow vessel in a known manner, especially completely, is filled with liquid, and if on the other hand between the pump drive and the drive motor no slip occurs.
- the latter is e.g. at a Driving belt connection or one on the drive shaft only pressed pump drive possible without further ado.
- the way of filling the flow vessel in turn is to a large extent from its current installation position, especially depending on a current suction height.
- This can a priori, e.g. during commissioning, determined and as a setting in the evaluation electronics be deposited without further notice; at, esp. mobile, samplers, however, is the installation position highly variable, i.e. for each Redetermine the application and save it if necessary.
- the installation position especially in the case of permanently installed samplers, e.g. by changing that the liquid level at a corresponding liquid withdrawal point operationally more or less large Fluctuations.
- An object of the invention is therefore to Device with a positive displacement pump and with a Specify measurement arrangement that is an actual Displacement movement of the flow vessel robust and reliably detected and a representative of them Provides measurement signal, in particular for generating a representing the current volume flow Flow estimate and / or to generate a status signaling the current operating state suitable is.
- Another object of the invention is a method specify the monitoring of such a device provides useful information.
- the invention consists in the use of a device according to the invention in a sampler.
- the evaluation electronics are generated by means of the sensor signal Flow estimate, which is an instantaneous volume flow represents the fluid flow.
- the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics using the sensor signal a first Measurement signal generated that a frequency of Displacer movements represented.
- the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics using the sensor signal Volume estimate generated which is a totalized Funding volume represented.
- the fourth embodiment of the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics by means of the sensor signal Status signal indicating the current operating status of the Displacement pump represented.
- the second pressure is a Atmospheric pressure surrounding the flow vessel.
- the first Variant of the invention generates the evaluation electronics by means of the sensor signal, a second measurement signal, the one Suction height of the device represents.
- a basic idea of the invention is that Displacement movement of the flow vessel or the Oscillations of its lumens are not based on them Causes, namely the drive movements of the Drive motors, but based on their effects in the Device determined.
- the reactions to be recorded Devices on the displacer movements are e.g. a yourself changing pressure in the fluid flow and / or one, esp. elastic, partial deformation of the carrier means Displacement pump.
- An advantage of the invention is that the Volume flow regardless of that between the Drive motor and the pump drive existing mechanical Coupling and practically by means of a single sensor signal can be determined.
- Another advantage of the invention is that the Measuring arrangement and thus also the method both Devices with electric motor driven Displacement pumps as well as with devices with hydraulic or pneumatically driven positive displacement pumps can be.
- Another advantage of the invention is also therein see that already existing devices of described type easily with such Measuring arrangement can be retrofitted.
- Displacement pump 1 is a device for transporting a Fluids, esp. A liquid, by means of a Displacement pump 1 shown.
- the device is in particularly advantageous for use in the Removal and, if necessary, storage of liquids PN sampler suitable.
- the displacement pump 1 comprises in one embodiment 2, 3 a, esp.
- carrier means 11 one of these supported, especially as a displacer, Pump drive 12 and a flow vessel 13 from changeable lumen 13A, especially of at least sectionally variable cross-section, for guiding the Fluid.
- a flow vessel 13 can all in such Positive displacement pumps, e.g. made of polyethylene or Silicone existing elastic hoses are used become.
- the flow vessel 13 can be both in one piece as well as being made up of several parts.
- the flow vessel 13 is set in a, in particular peristaltic, displacement movement s 13 of predeterminable frequency, for example in a range from 10 Hz to 20 Hz, by means of the pump drive 12 such that the fluid located in its oscillating lumen 13A, especially pulsating, flows in a predetermined flow direction.
- the displacement movement is practically a wave movement of a wall of the flow vessel 13 and thus of the lumen 13A enclosed by it, a running speed of the wave movement setting the volume flow, cf. Fig. 4.
- the pump drive 12 acts, as shown schematically in FIG. 4, with a temporally and locally, especially periodically, variable compression force F on the flow vessel 13, specifically in such a way that the flow vessel 13 within a pumping compression range and thus its lumens 13A are displaced in a fluid-displacing manner, in particular elastically.
- This is achieved in the positive displacement pump 1 of the exemplary embodiment according to FIGS. 2, 3 in that the pump drive 12 with a non-circular cross-section is allowed to roll on the flow vessel 13 and thus the flow vessel 13, which is supported against the carrier means 11, is periodically compressed and allowed to relax becomes.
- the pump drive 12 bears in sections on the flow vessel 13 which is also held by the carrier means 11.
- the pump drive 12 is in the embodiment as a drum or disc-shaped displacer of non-circular Cross section, so as a displacer with a non-circular cylindrical surface.
- the displacer here four, points from each other spaced, especially rotatably held, roll-shaped Rolling elements on the operation of the positive displacement pump 1 according to a set direction of rotation of the Pump drive 12 sequentially onto the flow vessel 13 acts.
- Any other can also be used as the pump drive 12 Displacers commonly used in such pumps with a non-circular cross-section or else rotary pump drives with eccentric bearings Serve rolling element, cf.
- the pump drive 12 is, as is customary in positive displacement pumps with a rotary pump drive, mechanically coupled to a drive shaft 15 of an, especially electrical, drive motor 14, for example via a gear or a drive belt connection; but it can also be plugged directly onto the drive shaft 15.
- the drive motor 14 executes corresponding drive movements of a predetermined speed - here rotary movements with a motor speed, in particular adjustable, which is proportional to the frequency of the displacer movements s 13 , for example from 200 min -1 to 3000 min -1 , via the drive shaft 15, if necessary, geared down, transmitted to the pump drive 12.
- the pump drive 12 is designed as a linear pump drive 12, it can also be driven by means of a hydraulic or by means of a pneumatic motor, cf. WO-A 98/31 935.
- the flow vessel 13 To absorb liquid during the operation of the device, communicates the flow vessel 13 with an inlet side End with an appropriate fluid tapping point.
- an appropriate fluid tapping point As shown schematically in Fig. 1, that Absorption of liquid take place in that the Flow vessel 13 in the, e.g. in an open channel or pool guided, liquid immersed and this due to the oscillating in the manner described above Lumens 13A is sucked in against gravity; the Liquid can also be from a suitable Liquid tapping point in the direction of gravity and / or can flow in from a pipeline.
- the device comprises a measuring arrangement 2, which reacts to the displacer movements s 13 executed by the flow vessel 13 , with evaluation electronics 22, to which a sensor signal x 21 representing the displacer movements s 13 is fed.
- the measuring arrangement 2 comprises, in a first variant of the invention, a pressure sensor 21 ′ which contacts the fluid, in particular capacitive or resistive, which, as shown schematically in FIG. especially static, first pressure p 1 in lumen 13A reacts.
- the pressure sensor 21 has at least one pressure measuring chamber which is insulated from the lumen 13A by means of at least one pressure membrane and is pressurized with the pressure p 1 during operation via this at least one pressure membrane.
- the pressure p 1 to be detected is practically an instantaneous internal pressure set by means of the displacement pump 1 in an inlet-side area of the flow vessel 13, which is in a calibratable dependence on an instantaneous operating state of the device, for example the instantaneous installation position and / or filling of the Flow vessel and / or the instantaneous frequency of the displacer movements s 13 .
- pressure p 1 is at least temporarily, in particular even when the flow vessel 13 is not filled with liquid, to a range from 200 hPa to 400 hPa (0.2 bar to 0.4 bar) and thus lower than one from the outside static second pressure p 2 acting on the flow vessel 13 is set.
- the pressure p 2 can be, for example, an atmospheric air pressure of approx. 1000 hPa.
- the measuring arrangement 2 serves in particular to detect the pressure p 1 and to map it into the sensor signal x 21 when the pressure p 1 is currently set lower than the pressure p 2 .
- the pressure sensor 21 ' both as a pressure p 1-sensing absolute pressure sensor with pressure-measuring chamber evacuated and the pressure p 1 relative to the pressure p 2-sensing pressure sensor can be executed.
- a section of the flow vessel 13, as shown schematically in FIG. 4 is preferably designed as an adapter.
- the measuring arrangement 2 comprises a piezo-resistive strain sensor 21 ′′, especially fixed directly on the carrier 11, which, as shown schematically in FIG. 5, caused one of the displacer movements s 13 of the flow vessel 13 Elongation of the carrier means 11 is detected and converted into the sensor signal x 21 .
- a strain, speed or acceleration sensor that also detects the strain relatively or absolutely can also serve as the strain sensor 21 ′′.
- the compression force F of the pump drive 12 acting on the flow vessel 13 is partially converted into a compression spring force acting on the carrier means 11, whereby the carrier means 11 is also deformed in sections, in particular elastically.
- the carrier 11 experiences a measurable elongation, the extent of which is determined in particular by the instantaneous pressure p 1 in the lumen 13A of the flow vessel 13.
- the compression spring force and thus also the elongation of the carrier means 11 also depend, for example, on the material, in particular on its elasticity module, and / or a current spatial shape of the flow vessel 13.
- This dependence of the deformation of the carrier means 11 can be determined precisely by means of corresponding calibration measurements, in which the flow vessel 13 is filled with corresponding liquids or left empty, for example in a defined manner, and a corresponding instantaneous signal value of the sensor signal x 21 as a reference value for the instantaneous filling in the evaluation Electronics 22 is stored.
- the sensor signal x 21 generated according to the first variant of the invention by means of the pressure sensor 21 'can advantageously be used to obtain a flow estimate X v currently representing the volume flow and / or a volume estimate representing the totalized delivery volume, i.e. the volume flow integrated over a delivery period to investigate.
- the evaluation electronics 22 comprise, as shown in FIG. 6, a bandpass circuit 220 of adjustable bandwidth which transmits a signal component of the sensor signal x 21 , in particular with the frequency of the displacement movement s 13 and a frequency counter circuit 221 connected downstream on the output side of the bandpass circuit 220.
- Switched capacitor filters and / or voltage-controlled active filters, for example, can be used as the bandpass circuit 220.
- the bandpass circuit 220 and the frequency counter circuit 221 convert the sensor signal x 21 into an, especially digital, first measurement signal x 221 , a current signal value X ⁇ of the measurement signal x 221 representing the frequency of the displacement movement s 13 of the displacement movement s 13 represents.
- the bandpass circuit 220 serves in particular to remove constant components of the sensor signal x 21 and to suppress higher-frequency interference voltages.
- the bandwidth of the bandpass circuit 220 is accordingly set such that any changes in the frequency of the displacement movement s 13 , for example due to load-related fluctuations in the engine speed, do not lead to a blockage of the sensor signal x 21 .
- this frequency changes operationally in a wide range, for example ⁇ 5 s -1
- the bandwidth of the bandpass circuit 220 in particular configured as a switched capacitor circuit, can also be changed, for example by means of an evaluation Electronics 22 generated, current setting value for the engine speed, are tracked.
- the setting value can be derived, for example, from a drive signal tapped directly on the drive motor in the manner mentioned above.
- the volume flow of a transported liquid depends on the specific implementation of the displacement pump 1, namely the design of the pump drive 12 and the flow vessel 13, and on the frequency of the displacement movements s 13 .
- the instantaneous volume flow is also also determined by a suction height determined by an instantaneous spatial distance between the displacer pump and a liquid level.
- this suction height is to be determined accordingly when the device is started up and stored in the evaluation electronics 22 as a fixed value K h .
- K 1 is a constant which conveys the dependence of the volume flow on the frequency of the displacer movement s 13 and on the current suction height, in particular to be determined by calibration. If necessary, the flow estimate X v can of course also be approximated by means of a higher order polynomial.
- the flow estimate X v can advantageously be derived practically directly from the measurement signal x 221 .
- the volume flow is practically proportional to four times the frequency of the displacement movement s 13 .
- the flow estimate X v must be integrated in a corresponding manner only over the duration of the delivery, for example by multiplying it or by multiplying it by a number of measured zero crossings of the bandpass-filtered sensor signal at the output of the bandpass circuit 220.
- the instantaneous suction height must be updated accordingly for a more precise determination of the flow estimate X v .
- a second measurement signal x 222 is derived from the sensor signal x 21 , a current signal value X h of the measurement signal x 222 currently representing the suction height.
- K h K 1 ⁇ X H ⁇ X ⁇
- the sensor signal x 21 is smoothed by means of a low-pass circuit 222 of the evaluation electronics 22.
- the low-pass circuit 222 has a cut-off frequency, for example 0.5 Hz to 2 Hz, which is set much lower than the frequency of the displacement movement s 13 .
- the sensor signal x 21 practically only allows a signal component with a frequency zero, serving as the measurement signal x 222 , that is to say a current mean value of the sensor signal x 21 to pass through the low-pass circuit 222.
- a currently transmitted mean value of the sensor signal x 21 serves as a measured value X h representing the current suction height.
- the pressure p 1 detected by the sensor 21 would decrease and the sensor signal x 21 would have a correspondingly lower mean value; analogously to this, the sensor signal x 21 has an increasing mean value with decreasing suction height.
- the evaluation electronics 22 serve to derive from the sensor signal x 21 a third measurement signal x 223 representing a degree of filling of the flow vessel 13 with liquid.
- the sensor signal x 21 according to FIG. 6 is fed via a bandpass circuit 220 to a rectifier circuit 223, which supplies the measurement signal x 223 inform of a DC voltage on the output side, a current signal value of the measurement signal x 223 serving as an estimate for the current filling level ; if necessary, a corresponding direct current can of course also serve as measurement signal x 223 .
- a rectifier circuit 223, for example, amplitude-measuring or effective value-measuring change-to-DC signal converters known to the person skilled in the art can be used.
- the evaluation electronics 22 further comprise a microcomputer 227 to which the measurement signal x 221 and / or the measurement signal x 223 and possibly the measurement signal x 222 on the input side via corresponding analog-to-digital converting signal Ports is fed; if necessary, the frequency counter circuit 221 and / or the rectifier circuit 223 can of course also be represented as a digital circuit, to which an output of the bandpass circuit 220 correspondingly digitized sensor signal is then of course fed.
- the sensor signal x 21 generated by means of the pressure sensor 21 'according to the first and / or according to the second variant of the invention can advantageously also be used to generate a status signal Z, in particular a digital one, by means of the evaluation electronics 22 The current operating status of the positive displacement pump 1 is signaled.
- the evaluation electronics 22 therefore, as shown schematically in FIG. 7, have a first Schmitt trigger 224 which converts the measurement signal x 221 from the frequency counter circuit 221 into a binary one first monitoring signal x 221 'converted.
- the measurement signal x 221 is compared with a frequency reference value of the Schmitt trigger 224, which is set such that the monitoring signal x 221 'assumes a high level when the frequency of the displacement movement s 13 is greater than or equal to one in steady-state operation Displacement pump 1 is the minimum frequency.
- the frequency reference value can be determined and set during the commissioning for the positive displacement pump 1, which for this purpose is subjected, for example, to a maximum load to be expected during operation.
- the mean value of the sensor signal x 21 currently transmitted via low-pass circuit 222 according to FIG. 7 is applied to a second Schmitt trigger 225 of the evaluation electronics 22 on the input side.
- a binary second monitoring signal x 222 'of the evaluation electronics 22 can be tapped at the output of the Schmitt trigger 225.
- the monitoring signal x 222 ' serves to signal whether the pressure p 1 falls below a pressure reference value set on the Schmitt trigger 225 or not.
- the pressure reference value is set so that the monitoring signal x 222 'assumes a high level when the pressure p 1 is less than or equal to the pressure value which occurs during the operation of the displacement pump 1 within an intact and in the manner described above the liquid extraction point communicating flow vessel 13 at most; otherwise the monitoring signal x 222 'assumes a low level.
- the evaluation electronics 22, as shown in FIG. 7, comprise a third Schmitt trigger 226, to which the measurement signal x 223 is initially applied.
- a corresponding filling reference value of the Schmitt trigger 226 is set here such that a binary third monitoring signal x 223 'supplied on the output side assumes a high level if the flow vessel 13 is filled with at least a predetermined minimum volume of the liquid to be conveyed; otherwise, especially if there is an increased formation of air bubbles in the fluid, the monitoring signal has a low level.
- the filling reference value to be set can be determined, for example, by means of a corresponding calibration measurement and set during commissioning.
- the monitoring signal x 221 ', the monitoring signal x 222 ' and / or the monitoring signal x 223 ' is, if necessary via an analog-to-digital converter, fed to the microcomputer 227 of the evaluation electronics 22.
- the status signal Z can be output sequentially or in parallel via the output port, for example to a display unit of the device used to visualize the current operating state.
- the status signal Z can also be applied to control electronics for the positive displacement pump which, for example, switches off the positive displacement pump 1 in the event of an error in the device detected by the measuring arrangement 2 '.
- the monitoring signal x 221 ', the monitoring signal x 222 ' and / or the monitoring signal x 223 ' can also be derived from the measuring signal x 221 , from the measuring signal x 222 or from the measuring signal x 223 by means of trigger functions implemented in the microcomputer 227.
- a triggered start function is also preferably implemented, which serves to monitor signal x 221 ', monitoring signal x 222 ' and / or monitoring signal x 223 'only after the displacement pump 1 has been switched on, specifically after the expiry evaluate a set time corresponding to a start-up period.
- a fourth monitoring signal y 14 of the device is used to trigger the start function, which signals an in particular electrical drive energy E that is fed into the positive displacement pump 1 during operation.
- Monitoring signal y 14 can be, for example, a binary switching signal which signals with a high level that the positive displacement pump 1 is switched on and which signals with a low level that the positive displacement pump 1 is switched off.
- a measurement signal can also serve as the monitoring signal y 14 , which represents, for example, a current that is currently fed into the positive displacement pump 1.
- the setting signal y 14 can also be derived from the aforementioned drive signal, for example by means of change-to-to-DC signal converters measuring amplitude or effective value.
- the time setting for the start function is set so that the positive displacement pump 1 is safely in steady-state operation after being switched on, in the event that there is no fault.
- the start-up time until steady-state operation is reached is in turn to be determined by appropriate calibration measurements and converted into the time specification.
- FIG. 8 shows an example of a profile of the sensor signal x 21 and a corresponding profile of the measurement signal x 221 during a transition to stationary operation.
- a first logic function activated by means of the start function is also implemented in the microcomputer 227, which sets a first signal value for the status signal Z when the monitoring signal x 222 'is high and the monitoring signal x 223 'simultaneously has a low level.
- the status signal Z can signal, for example, a blocked flow vessel 13.
- a second logic function activated by the start function is implemented in the microcomputer 227, which sets a second signal value for the status signal Z when the monitoring signal x 221 'is high -Level and the monitoring signal x 222 'at the same time has a low level.
- the status signal Z can signal, for example, a flow vessel 13 that is not immersed in the liquid and / or a leaky flow vessel 13 that is completely or partially filled with air.
- This second signal value for the status signal Z can also be generated, for example, by comparing the measurement signal x 221 or the measurement signal x 222 using two differently set trigger thresholds with two mutually different signal reference values, the lower of the two trigger values Thresholds of the measurement signal x 221 or x 222 are exceeded, while the higher of the two trigger thresholds is not reached.
- a third logic function activated by means of the start function is implemented in the microcomputer 227, which has a third signal value for the Status signal Z sets when the monitoring signal x 221 'has a low level and the monitoring signal y 14 has a high level at the same time.
- the status signal Z can signal a faulty pump drive 12, for example.
- the carrier means 11 already has a slight elastic deformation due to a mechanical prestress caused by the supporting flow vessel 13, which can be measured from a basic shape of the carrier means 11 when the pump drive 12 and / or flow vessel is not installed 13, for example during a service or maintenance measure.
- the measuring arrangement can also use other sensors, e.g. to Temperature compensation serving the measurement Temperature sensors, e.g. on the flow vessel 13 or can be attached to the carrier means 11.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Führen einer Fluidströmung mit einer Verdrängerpumpe und mit einer Meßanordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung dieser Vorrichtung.The invention relates to a device for generating and Conducting a fluid flow with a positive displacement pump and with a measuring arrangement and a method for monitoring this device.
Verdrängerpumpen sind bekanntlich Pumpen, die betriebsmäßig eine diskontinuierliche, insb. pulsierende, Fluidströmung im Lumen eines wenigstens abschnittsweisen, insb. elastisch, verformbaren Strömungsgefäßes, z.B. einem Schlauch, erzeugen. So ist in den DE-A 196 47 882, US-A 49 09 710, US-A 51 65 873, US-A 51 73 038, US-A 52 63 830, US-A 53 40 290, US-A 56 83 233, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341, US-A 58 88 052, WO-A 97/41 353 und WO-A 98/31 935 jeweils eine Vorrichtung zum Erzeugen und Führen einer diskontinuierlichen Fluidströmung gezeigt, welche Vorrichtung eine Verdrängerpumpe mit mindestens einem dem Führen der Fluidströmung dienenden Strömungsgefäß von verformbarem Lumen und mit einem Pumpantrieb zum Verformen des Lumens des Strömungsgefäßes umfaßt.As is well known, positive displacement pumps are pumps that operate a discontinuous, especially pulsating, fluid flow in the lumen of at least sections, esp. elastic, deformable flow vessel, e.g. one Hose. For example, DE-A 196 47 882, US-A 49 09 710, US-A 51 65 873, US-A 51 73 038, US-A 52 63 830, US-A 53 40 290, US-A 56 83 233, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341, US-A 58 88 052, WO-A 97/41 353 and WO-A 98/31 935 one device each for generating and guiding one discontinuous fluid flow shown which Device a positive displacement pump with at least one Guiding the fluid flow serving flow vessel from deformable lumen and with a pump drive for shaping of the lumen of the flow vessel.
Im Betrieb der Verdrängerpumpe wirkt der Pumpantrieb abschnittsweise derart auf das Fluid führende Strömungsgefäß ein, daß es in dessen Lumen temporär, insb. oszillierend, verformende und somit das Fluid gerichtet transportierende Verdrängerbewegungen versetzt wird. Bei den in US-A 49 09 710, US-A 51 73 038, US-A 53 40 290, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341 und WO-A 97/41 353 beschriebenen Verdrängerpumpen werden jeweils peristaltische Verdrängerbewegungen durch eine am Strömungsgefäß anliegende, nicht-kreiszylindrische Mantelfläche eines Pumpantriebes erzeugt, der um eine Drehachse rotiert, während in den US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233, US-A 58 88 052 sowie in der WO-A 98/31 935 die Verdrängerbewegungen durch lineare Schubbewegungen bewirkt werden, die ein Schubstößel umfassender Pumpantrieb gegen das Strömungsgefäß ausführt.The pump drive works when the displacement pump is operating in sections leading to the fluid Flow vessel that it is temporarily in the lumen, esp. oscillating, deforming and thus directed the fluid transporting displacer movements is offset. at those in US-A 49 09 710, US-A 51 73 038, US-A 53 40 290, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341 and WO-A 97/41 353 Positive displacement pumps are each peristaltic Displacer movements by one on the flow vessel adjacent, non-circular cylindrical surface of one Pump drive generated that rotates about an axis of rotation, while in US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233, US-A 58 88 052 and WO-A 98/31 935 Displacement movements caused by linear shear movements against the pump drive comprising a thrust ram executes the flow vessel.
Als Antriebsmotor für den Pumpantrieb wird üblicherweise ein Elektromotor verwendet, der mittels einer Antriebswelle direkt mit dem Pumpantrieb mechanisch gekoppelt ist. Antriebsmotor und Pumpantrieb können aber auch über ein Zahnrad- oder eine Treibriemengetriebe mechanisch aneinander gekoppelt sein. Des weiteren können z.B. auch eine Exzenter- oder eine Nockenscheibe oder ein Kurbelgetriebe als eine mechanische Kopplung zwischen dem Elektromotor und dem Pumpantrieb dienen, vgl. hierzu die DE-A 196 47 882, US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233 sowie US-A 58 88 052. Anstelle eines Elektromotors kann, wie z.B. in der WO-A 98/31 935 beschrieben, ein pneumatischer oder hydraulischer Kolbenmotor als Antriebsmotor zum Erzeugen linearer Stößel-Schubbewegungen verwendet werden.The drive motor for the pump drive is usually an electric motor used by means of a drive shaft is mechanically coupled directly to the pump drive. The drive motor and pump drive can also have one Gear or a belt transmission mechanically be coupled to each other. Furthermore, e.g. also an eccentric or a cam disc or a Crank gear as a mechanical coupling between the Serve electric motor and the pump drive, cf. the DE-A 196 47 882, US-A 51 65 873, US-A 52 63 830, US-A 56 83 233 and US-A 58 88 052. Instead of an electric motor can, e.g. described in WO-A 98/31 935 pneumatic or hydraulic piston motor as Drive motor for generating linear slide thrust movements be used.
Verdrängerpumpen der beschriebenen Art sind aufgrund einer im wesentlichen homogen ausgebildeten, glatten Innenwandung des Strömungsgefäßes sowie aufgrund des Fehlens von in der Fluidströmung rotierenden Antriebselementen besonders für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen an das Fluid führende Lumen des Strömungsgefäßes hohe chemisch und/oder biologische Reinheitsanforderungen gestellt sind. Verdrängerpumpen werden daher z.B. häufig in Probennehmern für chemisch-biologische Analysen, insb. im Trink- oder im Abwasserbereich, verwendet. So sind z.B. in der US-A 55 87 926 und US-A 57 01 646 entsprechende Probennehmer mit jeweils einer Verdrängerpumpe gezeigt.Displacement pumps of the type described are due to a essentially homogeneous, smooth inner wall of the flow vessel and due to the lack of in the Fluid flow rotating drive elements especially for suitable for such applications where the fluid leading lumen of the flow vessel high chemical and / or biological purity requirements are made. Positive displacement pumps are therefore e.g. often in samplers for chemical-biological analyzes, especially in drinking or in Sewage area, used. For example, in US-A 55 87 926 and US-A 57 01 646 corresponding samplers each shown a positive displacement pump.
Ein für den Betrieb derartiger Probennehmer, insb. für das Dosieren von Flüssigkeitsproben, wichtiger physikalischer Parameter ist ein tatsächlich gefördetes oder abdosiertes Flüssigkeitsvolumen. Zu dessen Bestimmung wird ein momentaner Volumendurchfluß der Flüssigkeitsströmung als ein Maß für ein je Zeiteinheit gefördete Flüssigkeitsvolumen ermittelt und über eine Förderzeit integriert.One for the operation of such samplers, especially for the Dosing liquid samples, more important physical Parameter is an actually conveyed or metered Liquid volume. To determine it, a current volume flow of the liquid flow as a measure for one funded per unit of time Liquid volume determined and over a delivery time integrated.
Im stationären Betrieb der Verdrängerpumpe ist der Volumendurchfluß insb. von einer Geschwindigkeit der Verdrängerbewegungen abhängig. Über einen weiten Arbeitsbereich der Pumpe ist dieser Zusammenhang praktisch linear, d.h. der Volumendurchfluß ist proportional zur Geschwindigkeit der Verdrängerbewegungen und damit auch proportional zu einer eingestellten Oszillationsfrequenz des Lumens. Oftmals wird daher auch, insb. im stationären Betrieb der Verdrängerpumpe, für eine eingestellte Verdrängerbewegung ein mittlerer Volumendurchfluß der Berechnung des geförderten Fluidvolumens zu Grunde zu legen.In stationary operation of the positive displacement pump Volume flow especially from a speed of Displacer movements dependent. Over a wide Working area of the pump, this relationship is practical linear, i.e. the volume flow is proportional to Speed of displacement movements and thus also proportional to a set oscillation frequency of the lumen. Often, therefore, especially in stationary Operation of the positive displacement pump, for a set one Displacement movement is an average volume flow of the Calculation of the delivered fluid volume as a basis lay.
Die Verdrängerbewegung des Strömungsgefäßes und damit die Oszillationen dessen Lumens werden üblicherweise indirekt ermittelt. Dazu werden eine Antriebsbewegung des Antriebsmotors, z.B. an dessen Antriebswelle, mittels elektrodynamischer oder optischer Drehzahlmesser erfaßt und in ein diese Antriebsbewegung repräsentierendes Antriebssignals abgebildet. In einer entsprechenden Auswerte-Elektronik wird das Antriebssignal in den Volumendurchfluß und/oder das geförderte Fluidvolumen repräsentierende Meßsignale umgewandelt.The displacement movement of the flow vessel and thus the Oscillations of its lumen are usually indirect determined. To do this, a drive movement of the Drive motor, e.g. on its drive shaft, by means of detects electrodynamic or optical tachometer and into a representative of this drive movement Drive signal mapped. In a corresponding Evaluation electronics convert the drive signal into the Volume flow and / or the delivered fluid volume representing measuring signals converted.
Die Antriebsbewegung und somit auch die vom Antriebssignal abgeleiteten Meßsignale sind jedoch nur dann repräsentativ für den Volumendurchfluß, wenn einerseits das Strömungsgefäß in einer bekannten Weise, insb. vollständig, mit Flüssigkeit befüllt ist, und wenn andererseits zwischen dem Pumpantrieb und dem Antriebsmotor kein Schlupf auftritt. Letzteres ist z.B. bei einer Treibriemenverbindung oder bei einem auf die Antriebswelle lediglich aufgepreßten Pumpantrieb ohne weiteres möglich.The drive movement and therefore also that of the drive signal derived measurement signals are, however, only representative for the volume flow, if on the one hand Flow vessel in a known manner, especially completely, is filled with liquid, and if on the other hand between the pump drive and the drive motor no slip occurs. The latter is e.g. at a Driving belt connection or one on the drive shaft only pressed pump drive possible without further ado.
Die Art und Weise der Befüllung des Strömungsgefäß wiederum ist in einem hohen Maße von dessen momentaner Einbaulage, insb. von einer momentanen Ansaughöhe, abhängig. Diese kann zwar a priori, z.B. während einer Inbetriebnahme, festgestellt und als Einstellwert in der Auswerte-Elektronik ohne weiteres hinterlegt werden; bei, insb. mobil betriebenen, Probennehmern ist die Einbaulage jedoch in einem hohen Maße veränderlich, d.h. für jeden Einsatzfall neu zu ermitteln und ggf. abzuspeichern. Des weiteren kann sich die Einbaulage, insb. auch bei festinstallierten Probennehmern, z.B. dadurch ändern, daß der Flüssigkeitspegel an einer entsprechenden Flüssigkeits-Entnahmestelle betriebsbedingt mehr oder minder großen Schwankungen unterliegt. The way of filling the flow vessel in turn is to a large extent from its current installation position, especially depending on a current suction height. This can a priori, e.g. during commissioning, determined and as a setting in the evaluation electronics be deposited without further notice; at, esp. mobile, samplers, however, is the installation position highly variable, i.e. for each Redetermine the application and save it if necessary. Of the installation position, especially in the case of permanently installed samplers, e.g. by changing that the liquid level at a corresponding liquid withdrawal point operationally more or less large Fluctuations.
Es hat sich ferner gezeigt, daß auch Materialeigenschaften des Strömungsgefäßes, wie z.B. dessen Dichtigkeit, dessen Elastizität oder eine Beschaffenheit der Innenwandung, über die gesamte Betriebszeit gesehen dauerhaften Veränderungen unterliegen können. So können z.B. Ablagerungen an der Innenwandung zu abschnittsweise Querschnittsverengungen oder Verstopfungen des Strömungsgefäßes führen und müssen dementsprechend rechtzeitg erkannt oder ausgeschlossen werden. Ferner können auch Beschädigungen des Strömungsgefäßes, wie z.B. Leckagen, eine Unbrauchbarkeit der Vorrichtung nach sich ziehen.It has also been shown that material properties the flow vessel, e.g. its tightness, its Elasticity or a texture of the inner wall, about the total uptime seen permanent changes may be subject to. For example, Deposits on the Inner wall for cross-sectional constrictions or cause blockages in the flow vessel accordingly recognized in time or excluded become. Furthermore, damage to the Flow vessel, e.g. Leaks, an unusability of the device.
Zur Überwachung einer Verdrängerpumpe, insb. hinsichtlich eines momentanen Betriebszustandes des Pumpantriebes und/oder des Strömungsgefäßes, sind daher zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die einen oder mehrere der vorgenannten Parameter im Betrieb detektieren und die den Einfluß dieser Parameter auf den errrechneten Volumendurchfluß entsprechend kompensieren.For monitoring a positive displacement pump, especially with regard to a current operating state of the pump drive and / or the flow vessel are therefore additional Action required to take one or more of the Detect the aforementioned parameters in operation and the Influence of these parameters on the calculated Compensate volume flow accordingly.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung mit einer Verdrängerpumpe und mit einer Meßanordnung anzugeben, die eine tatsächliche Verdrängerbewegung des Strömungsgefäßes robust und zuverlässig erfaßt und ein diese repräsentierendes Meßsignal liefert, das insb. zum Erzeugen eines den momentanen Volumendurchfluß repräsentierenden Durchflußschätzwerts und/oder zum Erzeugen eines einen momentanen Betriebszustand signalisierenden Statussignals geeignet ist. An object of the invention is therefore to Device with a positive displacement pump and with a Specify measurement arrangement that is an actual Displacement movement of the flow vessel robust and reliably detected and a representative of them Provides measurement signal, in particular for generating a representing the current volume flow Flow estimate and / or to generate a status signaling the current operating state suitable is.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das der Überwachung einer derartigen Vorrichtung dienende Informationen liefert.Another object of the invention is a method specify the monitoring of such a device provides useful information.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einer ersten Variante in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Fluidströmung, welche Vorrichtung umfaßt:
- eine Verdrängerpumpe
- mit mindestens einem dem Führen eines Fluids dienenden Strömungsgefäß von verformbarem Lumen,
- mit einem Pumpantrieb zum Erzeugen von das Lumen verformenden und die Fluidströmung bewirkenden Verdrängerbewegungen des Strömungsgefäßes, und
- mit einem Trägermittel zum Haltern des Strömungsgefäßes sowie
- eine auf die vom Strömungsgefäß ausgeführten
Verdrängerbewegungen reagierende Meßanordnung
- mit einem Drucksensor, der einen statischen ersten Druck im Fluid erfaßt und ein die Verdrängerbewegungen repräsentierendes Sensorsignal liefert und
- mit einer Auswerte-Elektronik für das Sensorsignal.
- a positive displacement pump
- with at least one flow vessel of deformable lumen serving to guide a fluid,
- with a pump drive for generating displacement movements of the flow vessel which deform the lumen and bring about the fluid flow, and
- with a carrier for holding the flow vessel and
- a measuring arrangement reacting to the displacement movements carried out by the flow vessel
- with a pressure sensor which detects a static first pressure in the fluid and delivers a sensor signal representing the displacer movements and
- with evaluation electronics for the sensor signal.
Nach einer zweiten Variante besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Fluidströmung, welche Vorrichtung umfaßt:
- eine Verdrängerpumpe
- mit mindestens einem dem Führen eines Fluids dienenden Strömungsgefäß von verformbarem Lumen,
- mit einem Pumpantrieb zum Erzeugen von das Lumen verformenden und die Fluidströmung bewirkenden Verdrängerbewegungen des Strömungsgefäßes, und
- mit einem Trägermittel zum Haltern des Strömungsgefäßes,
- wobei das Strömungsgefäß im Betrieb vom Pumpantrieb temporär und abschnittsweise derart gegen das Trägermittel zusammengedrückt wird, daß dieses elastisch gedehnt wird, sowie
- eine auf die vom Strömungsgefäß ausgeführten
Verdrängerbewegungen reagierende Meßanordnung
- mit einem Dehnnungssensor, der eine Dehnung des Trägermittels erfaßt und ein die vom Strömungsgefäß ausgeführten Verdrängerbewegungen repräsentierendes Sensorsignal liefert und
- mit einer Auswerte-Elektronik für das Sensorsignal.
- a positive displacement pump
- with at least one flow vessel of deformable lumen serving to guide a fluid,
- with a pump drive for generating displacement movements of the flow vessel which deform the lumen and bring about the fluid flow, and
- with a carrier means for holding the flow vessel,
- wherein the flow vessel is temporarily pressed in sections by the pump drive against the carrier means in such a way that it is elastically stretched, and
- a measuring arrangement reacting to the displacement movements carried out by the flow vessel
- with a strain sensor which detects a strain of the carrier means and delivers a sensor signal representing the displacement movements carried out by the flow vessel and
- with evaluation electronics for the sensor signal.
Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Überwachung einer dem Erzeugen einer Fluidströmung dienenden Vorrichtung, die umfaßt:
- eine Verdrängerpumpe
- mit mindestens einem dem Führen eines Fluids dienenden Strömungsgefäß von verformbarem Lumen,
- mit einem Pumpantrieb zum Erzeugen von das Lumen verformenden und die Fluidströmung bewirkenden Verdrängerbewegungen des Strömungsgefäßes,
- mit einem Antriebsmotor für den Pumpantrieb und
- mit einem Trägermittel zum Haltern des Strömungsgefäßes sowie
- eine auf die vom Strömungsgefäß ausgeführten Verdrängerbewegungen reagierende Meßanordnung mit einem Drucksensor für einen statischen ersten Druck im Fluid, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:
- Bewirken von Antriebsbewegungen des Antriebsmotor zum Erzeugen der Verdrängerbewegungen des Strömungsgefäßes,
- Erfassen des ersten Drucks mittels des Drucksensors zum Erzeugen eines die Verdrängerbewegungen momentan repräsentierendes Sensorsignals und
- Erzeugen eines einen momentanen Betriebszustand der Vorrichtung signalisierenden Statussignals mittels des Sensorsignals.
- a positive displacement pump
- with at least one flow vessel of deformable lumen serving to guide a fluid,
- with a pump drive for generating displacement movements of the flow vessel that deform the lumen and cause the fluid flow,
- with a drive motor for the pump drive and
- with a carrier for holding the flow vessel and
- a measuring arrangement reacting to the displacement movements carried out by the flow vessel with a pressure sensor for a static first pressure in the fluid, the method comprising the following steps:
- Effecting drive movements of the drive motor to generate the displacement movements of the flow vessel,
- Detecting the first pressure by means of the pressure sensor to generate a sensor signal and which currently represents the displacer movements
- Generating a status signal signaling a current operating state of the device by means of the sensor signal.
Des weiteren besteht die Erfindung in der Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Probennehmer.Furthermore, the invention consists in the use of a device according to the invention in a sampler.
Nach einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der ersten oder der zweiten Variante der Erfindung erzeugt die Auswerte-Elektronik mittels des Sensorsignals einen Durchflußschätzwert, der einen momentanen Volumendurchfluß der Fluidströmung repräsentiert.According to a preferred first embodiment of the first or In the second variant of the invention, the evaluation electronics are generated by means of the sensor signal Flow estimate, which is an instantaneous volume flow represents the fluid flow.
Nach einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung der ersten oder der zweiten Variante der Erfindung erzeugt die Auswerte-Elektronik mittels des Sensorsignals ein erstes Meßsignal erzeugt, das eine Frequenz der Verdrängerbewegungen repräsentiert.According to a preferred second embodiment of the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics using the sensor signal a first Measurement signal generated that a frequency of Displacer movements represented.
Nach einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der ersten oder der zweiten Variante der Erfindung erzeugt die Auswerte-Elektronik mittels des Sensorsignals einen Volumenschätzwert erzeugt, der ein totalisiertes Fördervolumen repräsentiert.According to a preferred third embodiment of the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics using the sensor signal Volume estimate generated which is a totalized Funding volume represented.
Nach einer bevorzugten vierten Ausgestaltung der ersten oder der zweiten Variante der Erfindung erzeugt die Auswerte-Elektronik mittels des Sensorsignals ein Statussignal, das einen momentanen Betriebszustand der Verdrängerpumpe repräsentiert.According to a preferred fourth embodiment of the first or the second variant of the invention produces the Evaluation electronics by means of the sensor signal Status signal indicating the current operating status of the Displacement pump represented.
Nach einer bevorzugten fünften Ausgestaltung der ersten Variante der Erfindung ist der zweite Druck ein das Strömungsgefäß umgebender atmosphärischen Druck.According to a preferred fifth embodiment of the first Variant of the invention, the second pressure is a Atmospheric pressure surrounding the flow vessel.
Nach einer bevorzugten sechsten Ausgestaltung der ersten Variante der Erfindung erzeugt die Auswerte-Elektronik mittels des Sensorsignals ein zweites Meßsignal, das eine Ansaughöhe der Vorrichtung repräsentiert.According to a preferred sixth embodiment of the first Variant of the invention generates the evaluation electronics by means of the sensor signal, a second measurement signal, the one Suction height of the device represents.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, die Verdrängerbewegung des Strömungsgefäßes bzw. die Oszillationen von dessen Lumen nicht anhand von deren Ursachen, nämlich den Antriebsbewegungen des Antriebsmototrs, sondern anhand von deren Wirkungen in der Vorrichtung zu ermittelt. Die zu erfassenden Reaktionen der Vorrichtung auf die Verdrängerbewegungen sind z.B. ein sich ändernder Druck in der Fluidströmung und/oder eine, insb. elastische, partielle Verformung des Trägermittels der Verdrängerpumpe.A basic idea of the invention is that Displacement movement of the flow vessel or the Oscillations of its lumens are not based on them Causes, namely the drive movements of the Drive motors, but based on their effects in the Device determined. The reactions to be recorded Devices on the displacer movements are e.g. a yourself changing pressure in the fluid flow and / or one, esp. elastic, partial deformation of the carrier means Displacement pump.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Volumendurchfluß unabhängig von der zwischen dem Antriebsmotor und dem Pumpantrieb bestehenden mechanischen Kopplung und praktisch mittels eines einzigen Sensorsignals ermittelt werden kann.An advantage of the invention is that the Volume flow regardless of that between the Drive motor and the pump drive existing mechanical Coupling and practically by means of a single sensor signal can be determined.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Meßanordnung und somit auch das Verfahren sowohl bei Vorrichtungen mit elektromotorisch angetriebenen Verdrängerpumpen als auch bei Vorrichtung mit hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Verdrängerpumpen eingesetz werden kann.Another advantage of the invention is that the Measuring arrangement and thus also the method both Devices with electric motor driven Displacement pumps as well as with devices with hydraulic or pneumatically driven positive displacement pumps can be.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, das auch bereits bestehende Vorrichtungen der beschriebenen Art ohne weiteres mit einer derartigen Meßanordnung nachgerüstet werden können.Another advantage of the invention is also therein see that already existing devices of described type easily with such Measuring arrangement can be retrofitted.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf die Darstellung bereits vergebener Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
- Fig. 1
- zeigt schematisch die Verwendung einer Vorrichtung zum Transportieren eines Fluids in einem Probennehmer,
- Fig. 2
- zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verdrängerpumpe der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Vorderansicht,
- Fig. 3
- zeigt die Verdrängerpumpe gemäß Fig. 2 teilweise geschnitten in einer um eine Längsachse I-I der Fig. 2 gedrehten Seitenansicht,
- Fig. 4
- zeigt schematisch eine erste Wirkung der Verdrängerpumpe gemäß Fig. 2 sowie eine auf diese erste Wirkung reagierende Meßanordnung,
- Fig. 5
- zeigt schematisch anhand eines Ausschnitts der Seitenansicht von der Fig. 3 eine zweite Wirkung der Verdrängerpumpe sowie eine auf diese zweite Wirkung reagierende Meßanordnung,
- Fig. 6
- zeigt schematisch im Blockschaltbild eine Ausgestaltung einer Auswerte-Elektronik der Meßanordnung von Fig. 4 und/oder 5,
- Fig. 7
- zeigt schematisch im Blockschaltbild eine andere Ausgestaltung der Auswerte-Elektronik der Meßanordnung von Fig. 1 und
- Fig. 8
- zeigt zeitliche Verläufe von mittels der Meßanordnung erzeugten Signalen.
- Fig. 1
- schematically shows the use of a device for transporting a fluid in a sampler,
- Fig. 2
- 1 shows an embodiment of a positive displacement pump of the device according to FIG. 1 in a front view,
- Fig. 3
- 2 shows the positive displacement pump according to FIG. 2, partly in section, in a side view rotated about a longitudinal axis II of FIG. 2,
- Fig. 4
- 2 schematically shows a first effect of the positive displacement pump according to FIG. 2 and a measuring arrangement reacting to this first effect,
- Fig. 5
- 3 shows schematically, on the basis of a section of the side view from FIG. 3, a second effect of the positive displacement pump and a measuring arrangement reacting to this second effect,
- Fig. 6
- shows schematically in the block diagram an embodiment of an evaluation electronics of the measuring arrangement of FIGS. 4 and / or 5,
- Fig. 7
- shows schematically in a block diagram another embodiment of the evaluation electronics of the measuring arrangement of Fig. 1 and
- Fig. 8
- shows temporal courses of signals generated by means of the measuring arrangement.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Transportieren eines
Fluids, insb. einer Flüssigkeit, mittels einer
Verdrängerpumpe 1 dargestellt. Die Vorrichtung ist in
besonders vorteilhafter Weise für eine Verwendung in der
Entnahme und ggf. dem Speichern von Flüssigkeiten dienenden
Probennehmer PN geeignet.1 is a device for transporting a
Fluids, esp. A liquid, by means of a
Die Verdrängerpumpe 1 umfaßt in einem Ausführungsbeispiel
gemäß der Fig. 2, 3 ein, insb. als Pumpen-Gehäuse
ausgebildetes, Trägermittel 11, einen von diesem
gehalterten, insb. als Verdränger ausgebildeten,
Pumpantrieb 12 sowie ein Strömungsgefäß 13 von
veränderbarem Lumen 13A, insb. von wenigstens
abschnittsweise veränderbarem Querschnitt, zum Führen des
Fluids. Als Strömungsgefäß 13 können alle in derartigen
Verdrängerpumpen üblichen, z.B. aus Polyethylen oder
Silikon bestehenden, elastischen Schläuche verwendet
werden. Das Strömungsgefäß 13 kann dabei sowohl einteilig
als auch als mehrteilig ausgeführt sein.The
Im Betrieb der Vorrichtung wird das Strömungsgefäß 13
mittels des Pumpantriebs 12 derart in eine, insb.
peristaltische, Verdrängerbewegung s13 von vorgebbarer
Frequenz, z.B. in einem Bereich von 10 Hz bis 20 Hz,
versetzt, daß das in dessen oszillierenden Lumen 13A
befindliche Fluid, insb. pulsierend, in einer vorgegebenen
Durchflußrichtung strömt. Bei der Vorrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel ist die Verdrängerbewegung praktisch
eine Wellenbewegung einer Wandung des Strömungsgefäßes 13
und somit des von dieser umschlossenen Lumens 13A, wobei
eine Laufgeschwindigkeit der Wellenbewegung den
Volumendurchfluß einstellt, vgl. Fig. 4.During operation of the device, the
Zum Erzeugen der Verdrängerbewegung s13 wirkt der
Pumpantrieb 12, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, mit
einer zeitlich und örtlich, insb. periodisch,
veränderlichen Kompressionskraft F auf das Strömungsgefäß
13 ein, und zwar so, daß innerhalb eines pumpwirksamen
Kompressionsbereichs das Strömungsgefäß 13 und somit dessen
Lumen 13A fluidverdrängend, insb. elastisch, verformt
werden. Dies wird bei der Verdrängerpumpe 1 des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2, 3 dadurch bewirkt, daß
der Pumpantrieb 12 mit nicht-kreisförmigen Querschnitt auf
dem Strömungsgefäß 13 abrollen gelassen und somit das
Strömungsgefäß 13, sich gegen das Trägermittel 11
abstützend, periodisch zusammengedrückt und entspannen
gelassen wird. Gemäß Fig. 2 liegt der Pumpantrieb 12 dazu
abschnittsweise am ebenfalls vom Trägermittel 11
gehalterten Strömungsgefäß 13 an.To generate the displacement movement s 13, the pump drive 12 acts, as shown schematically in FIG. 4, with a temporally and locally, especially periodically, variable compression force F on the
Der Pumpantrieb 12 ist im Ausführungsbeispiel als ein
trommel- oder scheibenförmiger Verdränger von nicht-kreisförmigem
Querschnitt, also als ein Verdränger mit
einer nicht-kreiszylindrischer Mantelfläche, ausgebildet.
Dazu weist der Verdränger, hier vier, voneinander
beabstandete, insb. drehbar gehalterte, rollenförmige
Wälzelemente auf, die im Betrieb der Verdrängerpumpe 1
entsprechend einer eingestellten Drehrichtung des
Pumpantriebs 12 sequentiell auf das Strömungsgefäß 13
einwirkt. Als Pumpantrieb 12 können aber auch alle anderen
in derartige Pumpen üblicherweise verwendeten Verdränger
mit nicht-kreisförmigem Querschnitt oder aber auch
rotatorische Pumpantriebe mit exzentrisch gelagertem
Wälzelement dienen, vgl. die US-A 51 73 038, US-A 56 83
233, US-A 57 01 646, US-A 58 71 341, US-A 58 71 341 und WO-A
97/41 353. Anstelle rotatorischer Pumpantriebe können
auch lineare Pumpantriebe verwendet werden, die z.B.
mittels Schubstößeln oder schraubenförmig gewundenen
Verdränger realisiert sind, vgl. die US-A 49 09 710, US-A
51 65 873, US-A 58 88 052 und US-A 52 63 830.The
Der Pumpantrieb 12 ist, wie bei Verdrängerpumpen mit
rotatorischem Pumpantrieb üblich, mit einer Antriebswelle
15 eines, insb. elektrischen, Antriebsmotors 14, z.B. über
ein Getriebe oder eine Treibriemen-Verbindung, mechanisch
gekoppelt; er kann aber auch direkt auf die Antriebswelle
15 aufgesteckt sein. Im Betrieb führt der Antriebsmotor 14
entsprechende Antriebsbewegungen von vorgegebener
Geschwindikeit aus - hier Drehbewegungen mit einer zur
Frequenz der Verdrängerbewegungen s13 proportionalen, insb.
einstellbaren, Motor-Drehzahl von z.B. 200 min-1 bis 3000
min-1, die über die Antriebswelle 15, ggf. mittels Getriebe
untersetzt, auf den Pumpantrieb 12 übertragen werden. Für
den Fall, daß der Pumpantrieb 12 als linearer Pumpantrieb
12 ausgeführt ist, kann er auch mittels eines hydraulischen
oder mittels eines pneumatischen Motors angetrieben sein,
vgl. WO-A 98/31 935.The
Zum Aufnehmen von Flüssigkeit im Betrieb der Vorrichtung,
kommuniziert das Strömungsgefäß 13 mit einem einlaßseitigen
Ende mit einer entsprechenden Flüssigkeits-Entnahmestelle.
Wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt, kann das
Aufnehmen von Flüssigkeit dadurch erfolgen, daß das
Strömungsgefäß 13 in die, z.B. in einem offenen Gerinne
oder Becken geführte, Flüssigkeit eingetaucht und diese
aufgrund des in der oben beschriebene Weise oszillierenden
Lumens 13A entgegen der Schwerkraft angesaugt wird; die
Flüssigkeit kann aber auch von einer geeigneten
Flüssigkeits-Entnahmestelle aus in Richtung der Schwerkraft
und/oder aus einer Rohrleitung einströmen gelassen werden.To absorb liquid during the operation of the device,
communicates the
Ferner umfaßt die Vorrichtung eine auf die vom
Strömungsgefäß 13 ausgeführten Verdrängerbewegungen s13
reagierende Meßanordnung 2 mit einer Auswerte-Elektronik
22, der ein die Verdrängerbewegungen s13 repräsentierendes
Sensorsignal x21 zugeführt ist. Furthermore, the device comprises a measuring
Zum Erzeugen des Sensorsignals x21 umfaßt die Meßanordnung
2 in einer ersten Variante der Erfindung dazu einen das
Fluid berührenden, insb. kapazitiver oder resistiven,
Drucksensor 21', der, wie in der Fig. 4 schematisch
dargestellt, auf einen momentan im Fluid wirkenden, insb.
statischen, ersten Druck p1 im Lumen 13A reagiert. Dazu
weist der Drucksensor 21 mindestens eine mittels wenigstens
einer Druckmembran gegen das Lumen 13A isolierte und im
Betrieb über diese wenigstens eine Druckmembran mit dem
Druck p1 beaufschlagte Druckmeßkammer auf.To generate the sensor signal x 21, the measuring
Bei dem zu erfassenden Druck p1 handelt es sich praktisch
um einen mittels der Verdrängerpumpe 1 in einem
einlaßseitigen Bereich des Strömungsgefäßes 13
eingestellten momentanen Innendruck, der sich in einer
kalibrierbaren Abhängigkeit von einem momentanen
Betriebszustand der Vorrichtung, z.B. der momentanen
Einbaulage und/oder Befüllung des Strömungsgefäßes sowie
und/oder der momentanen Frequenz der Verdrängerbewegungen
s13, einstellt. Im Betrieb der Verdrängerpumpe 1 ist Druck
p1 zumindest zeitweise, insb. auch bei nicht mit
Flüssigkeit gefülltem Strömungsgefäß 13, auf einen Bereich
von 200 hPa bis 400 hPa (0,2 bar bis 0,4 bar) und damit
niedriger als ein von außen auf das Strömungsgefäß 13
wirkender statischer zweiter Druck p2 eingestellt. Der
Druck p2 kann z.B. ein atmosphärischer Luftdruck von ca.
1000 hPa sein.The pressure p 1 to be detected is practically an instantaneous internal pressure set by means of the
Bei dieser Variante der Erfindung dient die Meßanordnung 2
insb. dazu, den Druck p1 auch dann zu erfassen und in das
Sensorsignal x21 abzubilden, wenn der Druck p1 momentan
niedriger als der Druck p2 eingestellt ist. Dazu kann der
Drucksensor 21' sowohl als ein den Druck p1 absolut
erfassender Drucksensor mit evakuierter Druckmeßkammer als
auch den Druck p1 relativ zum Druck p2 erfassender
Drucksensor ausgeführt sein. Zum Haltern des Drucksensor
21' ist ein Abschnitt des Strömungsgefäßes 13, wie in Fig.
4 schematisch dargestellt, bevorzugt als ein Adapter
ausgebildet.In this variant of the invention, the measuring
Nach einer zweiten Variante der Erfindung umfaßt die
Meßanordnung 2 einen, insb. direkt auf dem Trägermittel 11
fixierter piezo-resistiver, Dehnungssensor 21'', der, wie
in der Fig. 5 schematisch dargestellt, eine von den
Verdrängerbewegungen s13 des Strömungsgefäßes 13 bewirkte
Dehnung des Trägermittels 11 erfaßt und in das Sensorsignal
x21 wandelt. Als Dehnungssensor 21'' kann ferner auch ein
die Dehnung relativ oder absolut erfassender Weg-,
Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensor dienen.According to a second variant of the invention, the measuring
Aufgrund des Zusammendrückens des Strömungsgefäßs 13 gegen
das Trägermittel 11, wird die auf das Strömungsgefäß 13
wirkende Kompressionskraft F des Pumpantriebs 12 teilweise
in eine auf das Trägermittel 11 einwirkende Druckfederkraft
umgewandelt, wodurch auch das Trägermittel 11
abschnittsweise, insb. elastisch, verformt wird. Dies ist
in der Fig. 5 mittels der punktierten Linien schematisch
dargestellt. Dabei erfährt das Trägermittel 11 eine meßbare
Dehnung, deren Ausmaß insb. vom momentanen Druck p1 im
Lumen 13A des Strömungsgefäßs 13 mitbestimmt ist. Ferner
ist die Druckfederkraft und somit auch die Dehnung des
Trägermittels 11 z.B. auch vom Material, insb. von dessen
Elastizitäts-Modul, und/oder einer momentanen Raumform des
Strömungsgefäß 13 abhängig. Due to the compression of the
Dieser Abhängigkeit der Verformung des Trägermittels 11 ist
mittels entsprechender Kalibriermessungen genau zu
ermitteln, bei dem das Strömungsgefäß 13 z.B. nacheinander
definiert mit entsprechenden Flüssigkeiten befüllt oder
leer gelassen ist und ein entsprechender momentaner
Signalwert des Sensorsignals x21 als Referenzwert für die
momentane Befüllung in der Auswerte-Elektronik 22
abgespeichert wird.This dependence of the deformation of the carrier means 11 can be determined precisely by means of corresponding calibration measurements, in which the
Das gemäß der ersten Variante der Erfindung mittels des Drucksensors 21' erzeugte Sensorsignal x21 kann in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, einen den Volumendurchfluß momentan repräsentierenden Durchflußschätzwert Xv und/oder einen das totalisierte Fördervolumen, also den über eine Förderdauer integrierten Volumendurchfluß, repräsentierenden Volumenschätzwert zu ermitteln.The sensor signal x 21 generated according to the first variant of the invention by means of the pressure sensor 21 'can advantageously be used to obtain a flow estimate X v currently representing the volume flow and / or a volume estimate representing the totalized delivery volume, i.e. the volume flow integrated over a delivery period to investigate.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der ersten Variante
der Erfindung umfaßt die Auswerte-Elektronik 22 dazu, wie
in Fig. 6 dargestellt, eine einen Signalanteil des
Sensorsignals x21, insb. mit der Frequenz der
Verdrängerbewegung s13, übertragende Bandpaß-Schaltung 220
von einstellbarer Bandbreite und einen ausgangsseits der
Bandpaß-Schaltung 220 nachgeschaltete Frequenzzähler-Schaltung
221. Als Bandpaß-Schaltung 220 können z.B. dem
Fachmann bekannte Switched-Capacitor-Filter und/oder
spannungsgesteuerte Aktivfilter dienen.According to a preferred embodiment of the first variant of the invention, the
Mittels der Bandpaß-Schaltung 220 und der Frequenzzähler-Schaltung
221 wird das Sensorsignal x21 in ein, insb.
digitales, erstes Meßsignal x221 umgeformt, wobei ein
momentaner Signalwert Xω des Meßsignals x221 die Frequenz
der Verdrängerbewegung s13 der Verdrängerbewegungen s13
repräsentiert.The
Die Bandpaß-Schaltung 220 dient insb. dem Entfernen von
Gleichanteilen des Sensorsignals x21 sowie zur
Unterdrückung von höherfrequenten Störspannungen. Die
Bandbreite der Bandpaß-Schaltung 220 ist dementsprechend so
eingestellt, daß allfällige Änderungen der Frequenz der
Verdrängerbewegung s13, z.B. aufgrund von lastbedingten
Schwankungen der Motor-Drehzahl, nicht zu einer Blockierung
des Sensorsignals x21 führen. Für den Fall, das diese
Frequenz sich betriebsmäßig in einem weiten Bereich, von
z.B. ± 5 s-1, ändert, kann die Bandbreite der insb. als
Switched-Capacitor-Schaltung konfigurierten Bandpaß-Schaltung
220 auch, z.B. mittels eines von der Auswerte-Elektronik
22 generierten, momentanen Einstellwerts für die
Motor-Drehzahl, nachgeführt werden. Der Einstellwert kann
hierzu z.B. von einem in der oben erwähnten Weise am
Antriebsmotor direkt abgegriffenen Antriebssignal
abgeleitet werden.The
Für eine Vorrichtung der beschriebenen Art ist der
Volumendurchfluß einer transportierten Flüssigkeit von der
konkreten Realsierung der Verdrängerpumpe 1, nämlich der
Ausführung des Pumpantriebs 12 und des Strömungsgefäßes 13,
sowie von der Frequenz der Verdrängerbewegungen s13
abhängig.For a device of the type described, the volume flow of a transported liquid depends on the specific implementation of the
Neben der jeweiligen Ausprägung der Verdrängerbewegung s13
wird der momentane Volumendurchfluß ferner auch von einer
durch einen momentanen räumlichen Abstand zwischen der
Verdrängerpumpe und einem Flüssigkeitspegel festgelegten
Ansaughöhe mitbestimmt. Bei einer fest installierten
Vorrichtung, z.B. bei Verwendung der Vorrichtung in einem
ortsfesten Probennehmer PN, und einem praktisch
unveränderlichen Flüssigkeitspegel ist diese Ansaughöhe bei
der Inbetriebnahme der Vorrichtung entsprechend zu
ermitteln und als ein Festwert Kh in der Auswerte-Elektronik
22 zu speichern. Für den Durchflußschätzwert Xv
gilt dann, insb. bei stationär strömender Flüssigkeit, in
guter Näherung folgende einfache, durch eine entsprechende
Kalibriermessungen ohne weiteres zu verifizierende
Proportionalität:
Darin sind K1 eine die Abhängigkeit des Volumendurchflusses von der Frequenz der Verdrängerbewegung s13 und von der momentanen Ansaughöhe vermitteltende, insb. durch Kalibration zu bestimmende, Konstante. Falls erforderlich, kann der Durchflußschätzwert Xv selbstverständlich auch mittels eines Polynoms höherer Ordnung approximiert werden.Therein, K 1 is a constant which conveys the dependence of the volume flow on the frequency of the displacer movement s 13 and on the current suction height, in particular to be determined by calibration. If necessary, the flow estimate X v can of course also be approximated by means of a higher order polynomial.
Somit kann für den Fall eines stationären Betriebs der
Vorrichtung der Durchflußschätzwert Xv in vorteilhafter
Weise vom Meßsignal x221 praktisch direkt abgeleitet werden.
Bei der Verdrängerpumpe 1 gemäß dem in der Fig. 2
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Volumendurchfluß
praktisch proportional zu einem Vierfachen der Frequenz der
Verdrängerbewegung s13. Zur Ermittlung des
Volumenschätzwerts ist der Durchflußschätzwert Xv in
entsprechender Weise lediglich über die Förderdauer zu
integrieren, z.B. durch Multiplikation mit derselben oder
durch Multiplikation mit einer Anzahl gemessener
Nulldurchgänge des bandpaß-gefilterten Sensorsignals
ausgangs der Bandpaß-Schaltung 220.Thus, in the case of stationary operation of the device, the flow estimate X v can advantageously be derived practically directly from the measurement signal x 221 . In the
Bei einer veränderlichen Einbaulage des Strömungsgefäßes
13, z.B. bei der Verwendung der Vorrichtung in einem
mobilen Probennehmer PN, und/oder bei schwankendem
Flüssigkeitspegel ist die momentane Ansaughöhe für eine
genauere Ermittlung des Durchflußschätzwerts Xv jedoch
entsprechend zu aktualisieren.In the case of a variable installation position of the
Daher wird nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
der ersten Variante der Erfindung vom Sensorsignal x21 ein
zweites Meßsignal x222 abgeleitet, wobei ein momentaner
Signalwert Xh des Meßsignals x222 die Ansaughöhe momentan
repräsentiert. In Gl. (1) ist daher lediglich der Festwert
Kh durch den Signalwert Xh des Meßsignals x222 zu ersetzen,
so daß nunmehr für den Durchflußschätzwert Xv gilt:
Zum Erzeugen des Meßsignals x222 wird das Sensorsignal x21
gemäß Fig. 6 mittels einer Tiefpaß-Schaltung 222 der
Auswerte-Elektronik 22 geglättet. Die Tiefpaß-Schaltung 222
weist dabei eine Grenzfrequenz, von z.B. 0,5 Hz bis 2 Hz,
auf, die viel kleiner als die Frequenz der
Verdrängerbewegung s13 eingestellt ist. Somit wird vom
Sensorsignal x21 praktisch nur ein als Meßsignal x222
dienender Signalanteil mit einer Frequenz null, also ein
momentaner Mittelwert des Sensorsignal x21 von der Tiefpaß-Schaltung
222 passieren gelassen. Ein momentan übertragener
Mittelwert des Sensorsignals x21 dient hierbei als ein die
momentane Ansaughöhe repräsentierender Meßwert Xh. Mit
zunehmender Ansaughöhe, z.B. bei fallendem
Flüssigkeitspegel, würde der mittels des Sensors 21 erfaßte
Druck p1 absinken und das Sensorsignal x21 einen
dementsprechend niedriger werdenden Mittelwert aufweisen;
analog dazu weist das Sensorsignal x21 bei abnehmender
Ansaughöhe einen größer werdenden Mittelwert auf.To generate the measurement signal x 222 , the sensor signal x 21 according to FIG. 6 is smoothed by means of a low-
Nach einer anderen Ausgestaltung der ersten Variante der
Erfindung dient die Auswerte-Elektronik 22 dazu, vom
Sensorsignal x21 ein einen Befüllunggrad des
Strömungsgefäßes 13 mit Flüssigkeit repräsentierendes
drittes Meßsignal x223 abzuleiten. Dazu ist das Sensorsignal
x21 gemäß Fig. 6 via Bandpaß-Schaltung 220 einer
Gleichrichter-Schaltung 223 zugeführt, die ausgangsseitig
eine das Meßsignal x223 inform von einer Gleichspannung
liefert, wobei ein momentaner Signalwert des Meßsignals x223
als Schätzung für den momentanen Befüllunggrad dient; falls
erforderlich kann selbstverständlich auch ein
entsprechender Gleichstrom als Meßsignal x223 dienen. Als
Gleichrichter-Schaltung 223 können z.B. dem Fachmann
bekannte amplituden-messende oder effektivwert-messende
Wechsel-zu-Gleichsignal-Wandler verwendet werden.According to another embodiment of the first variant of the invention, the
Zur Realisierung der Gln. (1) und/oder (2) umfaßt die
Auswerte-Elektronik 22 ferner einen Mikrocomputer 227, dem
das Meßsignal x221 und/oder das Meßsignal x223 und ggf. das
Meßsignal x222 eingangsseitig über entsprechende analog-zu-digital
wandelnde Signal-Ports zugeführt ist; falls
erforderlich können selbstverständlich auch die
Frequenzzähler-Schaltung 221 und/oder die Gleichrichter-Schaltung
223 als Digitalschaltung dargestellt werden,
denen dann selbstverständlich ein ausgangs der Bandpaß-Schaltung
220 entsprechend digitalisertes Sensorsignal
zugeführt wird.To realize the Eq. (1) and / or (2), the
Das mittels des Drucksensors 21' gemäß der ersten und/oder
gemäß der zweiten Variante der Erfindung erzeugte
Sensorsignal x21 kann in vorteilhafter Weise auch dazu
verwendet werden, mittels der Auswerte-Elektronik 22 ein,
insb. digitales, Statussignal Z zu erzeugen, das einen
momentanen Betriebszustand der Verdrängerpumpe 1
signalisiert.The sensor signal x 21 generated by means of the pressure sensor 21 'according to the first and / or according to the second variant of the invention can advantageously also be used to generate a status signal Z, in particular a digital one, by means of the
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der ersten oder der
zweiten Variante der Erfindung weist die Auswerte-Elektronik
22 daher, wie in Fig. 7 schematisch dargestellt,
einen ersten Schmitt-Trigger 224 auf, der das Meßsignal x221
ausgangs der Frequenzzähler-Schaltung 221 in ein binäres
erstes Überwachungssignal x221' umwandelt. Dazu wird das
Meßsignal x221 mit einem Frequenz-Referenzwert des Schmitt-Triggers
224 verglichen, der so eingestellt ist, daß das
Überwachungssignal x221' einen High-Pegel annimmt, wenn die
Frequenz der Verdrängerbewegung s13 größer oder gleich
einer im stationären Betrieb der Verdrängerpumpe 1 sich
minimal einstellenden Frequenz ist. Der Frequenz-Referenzwert
während der Inbetriebnahme für die
Verdrängerpumpe 1 ermittelt und eingestellt werden, die
dazu z.B. mit einer im Betrieb maximal zu erwartenden Last
beaufschlagt ist.According to a preferred embodiment of the first or the second variant of the invention, the
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der ersten
Variante der Erfindung wird der via Tiefpaß-Schaltung 222
momentan übertragene Mittelwert des Sensorsignals x21 gemäß
Fig. 7 einem zweiten Schmitt-Trigger 225 der Auswerte-Elektronik
22 eingangseitig angelegt. Ausgangs des Schmitt-Triggers
225 ist ein binäres zweites Überwachungssignal
x222' der Auswerte-Elektronik 22 abgreifbar. Das
Überwachungssignal x222' dient dazu, zu signalisieren, ob
der Druck p1 einen am Schmitt-Trigger 225 eingestellten
Druck-Referenzwert unterschreitet oder nicht. Dem
entsprechend ist der Druck-Referenzwert so eingestellt, daß
das Überwachungssignal x222' einen High-Pegel annimmt, wenn
der Druck p1 kleiner oder gleich Druckwert ist, der sich im
Betrieb der Verdrängerpumpe 1 innerhalb eines intakten und
in der oben beschriebenen Weise mit der Flüssigkeits-Entnamstelle
kommunizierendem Strömungsgefäß 13 höchstens
einstellt; anderenfalls nimmt das Überwachungssignal x222'
einen Low-Pegel an.According to another preferred embodiment of the first variant of the invention, the mean value of the sensor signal x 21 currently transmitted via low-
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der ersten
oder zweiten Variante der Erfindung umfaßt die Auswerte-Elektronik
22, wie in Fig. 7 dargestellt, einen dritten
Schmitt-Trigger 226, dem eingangs das Meßsignal x223
angelegt ist. Ein entsprechender Befüllungs-Referenzwert
des Schmitt-Triggers 226 ist hier so eingestellt, daß ein
ausgangsseits geliefertes binäres drittes
Überwachungssignal x223' einen High-Pegel annimmt, wenn daß
Strömungsgefäß 13 mindestens mit einem vorgegebenen
Minimalvolumen der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt ist;
anderenfalls, insb. bei einer erhöhten Luftblasenbildung im
Fluid, weist das Überwachungssignal einen Low-Pegel auf.
Der einzustellende Befüllungs-Referenzwert kann z.B.
mittels einer entsprechende Kalibriermessung ermittelt und
während der Inbetriebnahme eingestellt werden. According to another preferred development of the first or second variant of the invention, the
Das Überwachungssignal x221', das Überwachungssignal x222'
und/oder das Überwachungssignal x223' ist, falls
erforderlich via Analog-zu-Digital-Wandler, dem
Mikrocomputer 227 der Auswerte-Elektronik 22 zugeführt.
Ausgangsseits des Mikrocomputers 227 kann das Statussignal
Z via Ausgabe-Port sequentiell oder parallel, z.B. an eine
dem Visualisieren des momentanen Betriebszustandes dienende
Anzeige-Einheit der Vorrichtung, ausgegeben werden. Das
Statussignal Z kann ferner einer Steuer-Elektronik für die
Verdrängerpumpe angelegt sein, die z.B. bei einem mittels
der Meßanordnung 2' detektierten Fehler der Vorrichtung die
Verdrängerpumpe 1 abschaltet. Falls erforderlich, kann das
Überwachungssignal x221', das Überwachungssignal x222'
und/oder das Überwachungssignal x223' auch vom Meßsignal
x221, vom Meßsignal x222 bzw. vom Meßsignal x223 mittels in
den Mikrocomputer 227 implementierten Triggerfunktionen
abgeleitet werden.The monitoring signal x 221 ', the monitoring signal x 222 ' and / or the monitoring signal x 223 'is, if necessary via an analog-to-digital converter, fed to the
Mittels des Mikrocomputers 227 ist ferner bevorzugt eine
getriggerte Start-Funktion realisiert, die dazu dient, das
Überwachungssignal x221', das Überwachungssignal x222'
und/oder das Überwachungssignal x223' erst nach dem
Einschalten der Verdrängerpumpe 1, und zwar nach dem Ablauf
einer eingestellten, einer Anlaufdauer entsprechenden
Zeitvorgabe, auszuwerten.By means of the
Zum Triggern der Start-Funktion dient ein viertes
Überwachungssignal y14 der Vorrichtung, das eine im Betrieb
in die Verdrängerpumpe 1 eingespeiste, insb. elektrische,
Antriebsenergie E signalisiert. Überwachungssignal y14 kann
z.B. ein binäres Schaltsignal sein, das mit einem High-Pegel
signalisiert, daß die Verdrängerpumpe 1 eingeschaltet
ist und das mit einem Low-Pegel signalisiert, daß die
Verdrängerpumpe 1 ausgeschaltet ist. Als Überwachungssignal
y14 kann aber auch ein Meßsignal dienen, das z.B. einen
momentan in die Verdrängerpumpe 1 eingespeisten Strom
repräsentiert. Ferner kann das Einstellsignal y14 auch von
vorgenanntem Antriebssignal, z.B. mittels amplitudenmessender
oder effektivwert-messender Wechsel-zu-Gleichsignal-Wandler,
abgeleitet sein.A fourth monitoring signal y 14 of the device is used to trigger the start function, which signals an in particular electrical drive energy E that is fed into the
Die Zeitvorgabe für die Start-Funktion ist so eingestellt,
daß sich die Verdrängerpumpe 1 nach dem Einschalten sicher
im stationären Betrieb befindet, für den Fall, daß keine
Störung vorliegt. Die Anlaufdauer bis zum Erreichen des
stationären Betrieb ist wiederum durch entsprechende
Kalibriermessungen zu ermitteln und in die Zeitvorgabe
umzuwandeln. In der Fig. 8 ist dazu beispielhaft ein
Verlauf des Sensorsignals x21 und ein dementsprechender
Verlauf des Meßsignals x221 während eines Übergangs in den
stationären Betrieb dargestellt.The time setting for the start function is set so that the
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der ersten Variante
der Erfindung ist im Mikrocomputer 227 ferner eine mittels
der Start-Funktion aktivierte erste Logik-Funktion
implementiert, die einen ersten Signalwert für das
Statussignal Z einstellt, wenn das Überwachungssignal x222'
einen High-Pegel und das Überwachungssignal x223'
gleichzeitig einen Low-Pegel aufweist. Für diesen Fall kann
das Statussignal Z z.B. ein verstopftes Strömungsgefäß 13
signalisieren. According to a preferred embodiment of the first variant of the invention, a first logic function activated by means of the start function is also implemented in the
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der ersten
und/oder der zweiten Variante der Erfindung ist im
Mikrocomputer 227 eine mittels der Start-Funktion
aktivierte zweite Logik-Funktion implementiert, die einen
zweiten Signalwert für das Statussignal Z einstellt, wenn
das Überwachungssignal x221' einen High-Pegel und das
Überwachungssignal x222' gleichzeitig einen Low-Pegel
aufweist. Für diesen Fall kann das Statussignal Z z.B.
nicht in die Flüssigkeit eingetauchtes Strömungsgefäß 13
und/oder ein ganz oder teilweise mit Luft befülltes,
undichtes Strömungsgefäß 13 signalisieren. Dieser zweite
Signalwert für das Statussignal Z kann z.B. auch dadurch
erzeugt werden, daß das Meßsignal x221 oder das Meßsignal
x222 mittels zweier verschieden hoch eingestellten Trigger-Schwellen
jeweils mit zwei voneinander verschiedenen
Signal-Referenzwerten verglichen werden, wobei die
niedrigere der beiden Trigger-Schwellen vom Meßsignal x221
bzw. x222 überschritten ist, während der höhere der beiden
Trigger-Schwellen nicht erreicht wird.According to another preferred embodiment of the first and / or the second variant of the invention, a second logic function activated by the start function is implemented in the
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der zweiten Variante
der Erfindung, bei der das Sensorsignal x21 in der
vorbeschriebenen Weise die Verformungen des Trägermittels
11 signalisiert, ist im Mikrocomputer 227 eine mittels der
Start-Funktion aktivierte dritte Logik-Funktion
implementiert, die einen dritten Signalwert für das
Statussignal Z einstellt, wenn das Überwachungssignal x221'
einen Low-Pegel und das Überwachungssignal y14 gleichzeitig
einen High-Pegel aufweist. Für diesen Fall kann das
Statussignal Z z.B. einen fehlerhaften Pumpantrieb 12
signalisieren. According to a preferred embodiment of the second variant of the invention, in which the sensor signal x 21 signals the deformation of the carrier means 11 in the manner described above, a third logic function activated by means of the start function is implemented in the
Es hat sich ferner gezeigt, daß das Trägermittel 11 auch
bei stillstehendem Pumpantrieb 12 aufgrund einer vom sich
abstützenden Strömungsgefäß 13 bewirkten mechanische
Vorspannung bereits eine geringe elastische Verformung
aufweist, die sich meßbar von einer Grundform des
Trägermittels 11 bei nicht eingebautem Pumpantrieb 12
und/oder Strömungsgefäß 13, z.B. während einer Wartungs-
oder Instandhaltungsmaßnahme, unterscheidet. Durch
Festlegung eines entsprechenden unteren Grenzwertes für das
Sensorsignal x21 kann in der Auswerte-Elektronik 22 mittels
eines einfachen Vergleichs aufgrund eines momentanen
Signalwerts des Sensorsignals x21 festgestellt werden, ob
der Pumpantrieb 12 fehlerhaft eingebaut ist.It has also been shown that, even when the
Neben dem Drucksensor 21' und/oder dem Dehnungssensor 21''
kann die Meßanordnung noch andere Sensoren, z.B. zur
Temperaturkompensation der Messung dienende
Temperatursensoren, umfassen, die z.B. am Strömungsgefäß 13
oder auf dem Trägermittel 11 angebracht werden können.In addition to the pressure sensor 21 'and / or the strain sensor 21' '
the measuring arrangement can also use other sensors, e.g. to
Temperature compensation serving the measurement
Temperature sensors, e.g. on the
Claims (9)
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