NL8102368A - Industrieel procesregelinstrument. - Google Patents

Description

ï * - 1 - *

Industrieel procesregelinstrument.

De uitvinding heeft betrekking op industriële procesregelinstrumenten voor het voortbrengen van een elektrisch meetsignaal, dat correspondeert met een druk of kracht. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding 5 betrekking op instrumenten, die gebruik maken van een resonantie-inrichting als sensorelement voor het instrument.

.. . Druk- en krachtmeetinstrumenten, die gebruik maken van een resonantie-inrichting voor het basis-sensorelement, zijn reeds ontworpen. De bekendste van 10 deze instrumenten is wellicht een instrument, dat gebruik maakt van een strakke draad, die een trillingsresonantie-frequentie heeft, die in betrekking staat tot de spanning i . ; v in; de draad. Door de draad te spannen in overeenstemming met een te meten druk, zal de draad trillen bij de 15 resonantiefreguentie, die daarmee correspondeert, en een signaal voortbrengen, waarvan de frequentie een maat vormt voor deze druk. Er bestaat bovendien een uitgebreide patentdocumentatie, die verband houdt met dergelijke instrumenten; hun selectie van beschrijvingen 20 (die niet dient te worden opgevat als een complete presentatie van al de bekende techniek), kan worden aangetroffen in de Amerikaanse octrooischriften 2.445.021, 3.046.789, 3.071.725, 3.543.585, 4.118.977, 4.149.422, 4.165.651, en 4.165.652.

25 Een kenmerkend voorbeeld van de werking van dergelijke bekende instrumenten wordt aangetroffen in de beschrijving van bovengenoemd Amerikaans octrooischrift 3.543.585. In dit patent wordt een elektronische schakeling gebruikt voor het leveren van een trein stroompulsen 30 aan een trildraad bij de natuurlijke trilfrequentie van de draad. Meer in het bijzonder wordt een gedwongen trillingssysteem beschreven, dat als aandrijffunktie gebruik maakt van een terugkoppelingsoscillator, waarvan het frequentie-bepalende element de draad zelf is.

35 Een van de problemen bij dergelijke instrumenten is, dat teneinde op een betrouwbare wijze te funktioneren, de elektronische excitatieketen relatief dicht bij de 8102368 % ί - 2 - :: ν.. . :-^trildraad moet worden geplaatst. Bij procesregeltoepassingen : maakt dit het vaak nodig om gevoelige elektronische schakelingen dicht bij een schadelijke procesomgeving te plaatsen.

5 Theoretische overwegingen, die van toepassing zijn op dergelijke instrumenten, geven aan, dat zij in staat moeten zijn tot uitzonderlijk nauwkeurige metingen, en daarom heeft men zich aanzienlijke moeite getroost tot de ontwikkeling van een dergelijke apparatuur. Uit deze _. 10 pogingen is een aanzienlijk aantal voorstellen voortge- .komen voor verschillende soorten instrumenten, en sommige __ ....

van de ontwerpen zijn commercieel aangeboden. Fouten in deze instrumenten als gevolg van veranderingen in de resonantiefrequentie in de draad, veroorzaakt door 15 temperatuurvariaties aan de veldlokatie van het sensor-: element zelf, hebben geresulteerd in reduktie van de bruikbaarheid van deze instrumenten voor bepaalde commerciële doeleinden. Deze temperatuurfouten kunnen worden ondergebracht in twee algemene types, nl. in de 20 eerste plaats het type, dat veranderingen in de dempings-faktor van de draad inhoudt, en in de tweede plaats het type, dat variatie in de draadspanning, veroorzaakt door veranderingen in de lengte van de draad verschillend van de lengteveranderingen in de draadondersteunings-25 organen, welke verschillen worden veroorzaakt, doordat de draad en deze steunorganen verschillende warmte-uitzettingscoëfficiënten bezitten. Sommige instrumenten vertonen beide soorten fouten en deze fouten kunnen van grote betekenis zijn in bepaalde commerciële toe-30 passingen.

Talrijke pogingen zijn gedaan om deze temperatuurfouten te reduceren. Sommige pogingen hielden het gebruik in van technieken, waarbij deze temperatuurfouten worden gecompenseerd door temperatuur-afhankelijke 35 elektrische of mechanische effekten op een zodanige wijze, dat de uitgangsfrequentie van de trildraad zelf wordt gebruikt om de temperatuur-gecompenseerde waarde van de te meten druk te representeren. In het Amerikaanse octrooischrift 4.149.422 worden bijvoorbeeld veranderingen 40 in de lengte van de trildraad aangepast aan totaal- 81 0 2 3 6 8 ; 0 - 3 - veranderingen in lengte van de ondersteuningsorganen ervan, -- :: waardoor een mechanisch compensatie-effekt wordt'gecreëerd, terwijl volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.065.652 gebruik gemaakt wordt van een temperatuurgevoelige in-5 ductor voor het elektrisch compenseren van het ëffekt van viscositeitsveranderingen in de vloeistof, die de draad omgeeft. Geen van deze pogingen heeft technieken omvat, waarbij de draaduitgangsfrequentie aan de centrale regelpost is gerelateerd aan de gemeten waarde van een - - 10 .tweede temperatuurafhankelijke karakteristiek van de draad.

De uitvinding heeft nu betrekking op instru-mentatiesystemen, die nauwkeurige uitgangsmeetsignalen leveren, geschikt om te gebruiken in industriële om- - ~ 15 gevingen door de excitatie van resonantie-organen.

:Bij voorkeur worden deze resonantie-organen, die via een . tweedraadslijn verbonden zijn met geschikte excitatie-schakelingen, bekrachtigd door een spanningspuls, waarvan ëën bij elke operatiecyclus van het instrument, om een 20 vrije trillingsresponsie te verschaffen. Op deze wijze wordt het effekt van de lijncapacitantie aanzienlijk gereduceerd. Dit maakt het mogelijk, dat het resonantie-orgaan wordt gescheiden van de excitatie en corresponderende detectieschakeling over aanzienlijke afstanden 25 (bijv. 1 mijl).

Bij een voorkeursuitvoering van de uitvinding, die hieronder in detail zal worden beschreven, is er voorzien in een trildraadinstrument, waarin de draad zelf is omgeven door een vloeistof en de resulterende 30 combinatie samen met zijn behuizing is aangepast om in het veld te worden gemonteerd aangrenzend aan een onbekende, te meten verschildruk. De draad is verbonden door een tweedraadskabel met een excitatie-en detectie-keten, gelegen op een op afstand gelegen centrale regel-35 post. De resonantiekarakteristieken van de draad (d.w.z. resonantiefrequentie en dempingsfaktor) zijn afhankelijk van de gewenste gemeten variabele, de verschildruk, en een andere variabele, de vloeistoftemperatuur, op een zodanige wijze, dat de resonantiefrequentie in 40 hoofdzaak afhangt van de druk en in mindere mate van de 8102368 - 4 - -- temperatuur, terwijl de dempingsfaktor in hoofdzaak afhangt van de temperatuur en in mindere mate van de druk.

' - - Opgenomen als deel van de excitatieschakeling is een pulsgenerator voor het leveren van een energie-5 puls eenmaal bij elke operatiecyclus aan de trildraad.

Deze energiepuls doet de trildraad oscilleren met zijn resonantiefrequentie op een gedempte sinusoïdale wijze, en produceert een elektrisch signaal in correspondentie daarmee. De detectieketen omvat een eerste detector, ....... 10 die reageert op de frequentie van het trildraadsignaal en een tweede detector, die reageert op de met de dempingsfaktor in verband staande halfamplitudetijd van het signaal, voortgebracht aan de uitgang van de draad. Opgenomen bij de centrale regelpost is een signaalprocessor, voor het 15 combineren van het eerste detectorsignaal en het tweede - detectorsignaal volgens bekende wiskundige en fysische principes, teneinde een uitgangsmeetsignaal te ontwikkelen, dat afhankelijk is van de waarde van de verschildruk en onafhankelijk van de temperatuur.

20 Alternatief kan de trildraad zijn gecombineerd met enigermate verschillende excitatie- en detectie-schakelingen. Bij deze laatste uitvoering omvat de excitatieschakeling een oscillator voor het over een twee-draadskabel aanvoeren van een continue energiegolf teneinde 25 de draad in trilling te houden bij zijn resonantiefrequentie. De resonantiekarakteristieken van de draad worden teruggekaatst naar de oscillator via de tweedraadskabel, waardoor zowel de oscillatorfrequentie als de grootte van dergelijke oscillaties in overeenstemming worden gebracht met de 30 verschildruk-temperatuurafhankelijkheid. De detectieschake-ling omvat een eerste detector, die reageert op de frequentie van het trildraadsignaal, en een tweede detector, die reageert op de met de dempingsfaktor in verband staande grootte van het trildraadsignaal. Deze 35 signalen worden vervolgens gecombineerd, zoals boven beschreven aan de centrale regelpost door de signaalprocessor.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: 40 fig. 1 een gecombineerd blokschema - schakel- 81 0 2 3 6 8 - 5 - - -τ schema van een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, .

. - fig. 2 een meer gedetailleerde uitwerking van de excitatie- en detectieschakeling van de uitvoeringsvorm van fig. 1, 5 fig. 3 een gecombineerd blokschema-schakelschema van een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, en fig. 4 een schematische weergave van een andere vorm van de trildraadtransducent, getoond in de voorkeursuitvoering.

10 In het linkergedeelte van fig. 1 zijn in schematische vorm de mechanische componenten getoond van een in het veld gemonteerde verschildruktrildraadtrans-ducent 10, die samen met een excitatie- en detectieschakeling, op zijn beurt geplaatst aan de op afstand gelegen centrale 15 regelpost 11, een trildraadinstrument vormt voor het meten van verschildruk. Deze componenten omvatten een elektrisch geleidende draad 12, strak gehouden tussen een paar klemmen 14 en 16 en geplaatst in de spleet tussen de polen 18a, 18b van een permanente magneet, zodanig 20 opgesteld, dat er een magneetveld wordt ontwikkeld loodrecht op de as van de draad.

Over het grootste deel van zijn lengte wordt de draad omgeven door een buis 13, die een niet geleidende vloeistof bevat van relatief lage viscositeit. Deze 25 mechanische componenten zijn geplaatst aangrenzend aan de te meten verschildruk, en zij kunnen samen met de laag-viskeuze vloeistof onderworpen zijn aan een extreem breed gebied van temperaturen, zoals van -45°C tot +122°C.

Als aangegeven door de vertikale pijl, wordt een kracht F 30 aangelegd aan de draad 12 om de spanning daarvan te regelen, zodat de resonantiefrequentie van de trilling een funktie zal zijn van de kracht. Details van een dergelijke tril-draadverschildruktransducent met geschikte middelen voor het ontwikkelen van de draadspankracht, zodat deze 35 afhankelijk is van de verschildruk, en voor het omgeven van de draad met de laagviskeuze vloeistof, zijn getoond in het Amerikaanse octrooischrift 4.165.651, waarvan de beschrijving hierbij door referentie is geïncorporeerd.

Aldus is de resonantiefrequentie van de draad afhankelijk 40 van de verschildruk.

8102368 - 6 - - — -- De trillingsresonantiefrequentie van de draad 12 is eveneens afhankelijk, maar in mindere mate, van de vloeistoftemperatuur. Aan de andere kant is de dempings-faktor van de draad zowel afhankelijk van de verschildruk 5 als van de vloeistoftemperatuur, maar in dit geval meer afhankelijk van de temperatuur dan van de druk. Door zowel de dempingsfaktor (of een daarvan afhankelijke terra) en de resonantiefrequentie te bepalen, wordt het daarom mogelijk om de verschildruk te bepalen.

10 De draadeindklemmen 14 en 16 zijn verbonden met respectievelijke einden van de ene wikkeling 20 van de transformator 22. De andere transformatorwikkeling 24 is verbonden met een tweedraadskabel 26, die op zijn beurt is verbonden met de op afstand gelegen centrale 15 regelpost 11. Het totaal-arrangement vormt aldus een conventioneel tweedraadsinstrumentatiesysteem, waarin de in het veld gemonteerde transducent en de geassocieerde elektronische schakelingen een operationele energie ontvangen van de centrale regelpost over de tweedraads-20 kabel. Ter wille van de duidelijkheid zijn de energie-aansluitingen niet getoond, maar deze zijn algemeen bekend bij de vakman.

In het kort omvat de schakeling, aanwezig bij de centrale post, een systeemklok 32, die in samenhang 25 met een combinatie pulsvormer/versterker 34 een energie-puls voortbrengt eenmaal bij elke operatiecyclus. Wanneer een energiepuls wordt getransmitteerd over de kabel 26 en door de transformator 22, zal deze excitatie-energie leveren, die de trildraad 12 vrij doet vibreren (d.w.z.

30 zonder de noodzaak van een gedwongen funktie) in de vloeistof bij zijn resonantiefrequentie, hetgeen op zijn beurt aan de klemmen 14 en 16 een geïnduceerd spannings-signaal doet ontstaan van een gedempte sinusoïdale aard. Een dergelijk geïnduceerd spanningssignaal gaat 35 door de transformator 22 en wordt teruggestuurd over de tweedraadskabel 26 naar de detectieschakeling 36, die eveneens is gelegen aan de centrale regelpost. Toepassing van pulsexcitatie heeft tot gevolg, dat de lijncapacitantie aanzienlijk wordt gereduceerd. Dit 40 maakt het mogelijk de trildraadtransducent te scheiden 81 0 2 3 6 8 - 7 - -35 -_fvan*de excitatie- en detectieschakeling over aanzienlijke · afstanden (bijv. 1 mijl).

Aan de centrale regelpost wordt het signaal tegelijk toegevoerd naar een frequentie tot pulsduuromzetter 38 5 en een halfamplitudetijd naar pulsduuromzetter 40. De systeemklok 32 synchroniseert elk van deze omzetters teneinde te responderen op dit gemeenschappelijke signaal, dat aan hun respectievelijke ingangen verschijnt.

De frequentie-pulsduuromzetter 38 produceert 10 reenlpuls, waarvan de duur afhangt van zowel de verschildruk als de temperatuur van de vloeistof, die de draad 12 .omgeeft. Op overeenkomstige wij ze produceert de half-amplitudetijd-pulsduuromzetter 40 een puls, waarvan de duur evenredig is aan de tijd voor de gedempte spanning 15 out af te vallen tot de helft van de waarde, die er was :op:een vastgestelde tijd volgend op het pulseren van de draad. Dit halfamplitude-tijdsignaal is gerelateerd aan de dempingsfaktor, die dit signaal eveneens afhankelijk maakt van de omgevende vloeistoftemperatuur en de 20 resonantiefrequentie. Het meten van zowel de resonantie-frequentie als de halfamplitudetijd is bijgevolg een wijze om het mogelijk te maken de verschildruk te bepalen.

Beide van de genoemde signalen worden vervolgens toegevoerd aan een signaalprocessor 42.

25 De signaalprocessor 42 maakt gebruik van bekende digitale signaalverwerkingstechnieken teneinde in de eerste plaats de temperatuur van de vloeistof, die de draad omgeeft te bepalen uit de informatie, aanwezig in zowel de uitgang van de halfamplitudetijd-pulsduuromzetter 40 30 en de uitgang van de frequentie-pulsduuromzetter 38, en in de tweede plaats om deze temperatuurinformatie te gebruiken om de temperatuurafhankelijkheid van de uitgang van de frequentie-pulsduuromzetter 38 te bepalen, waardoor de voortbrenging mogelijk wordt gemaakt van een uitgangs-35 meetsignaal, dat afhangt van de waarde van de verschildruk, en onafhankelijk is van de waarde van de vloeistoftemperatuur. Deze signaalverwerkingstechnieken worden uitgevoerd in overeenstenming met bekende wiskundige en fysische principes, en dienen niet te worden opgevat als 40 een integraal deel van deze uitvinding. Verder is digitale 8102368 - 8 - ...verwerking van signalen, geassocieerd met transducenten, algemeen bekend in de techniek, zoals bijv. blijkt uit het Amerikaanse octrooischrift 3.918.304, waarnaar zij verwezen.

5 In fig. 2, waar meer details van de schakeling aan de centrale regelpost 11 zijn getoond, genereert de systeemklok 32 een 200 mieroseconden-puls met een 33 milliseconden-periode. De uitgang van de systeemklok wordt toegevoerd naar een bufferversterker '44, die op zijn . . 10 beurt een uitgang levert aan een laag-doorlaatfilter 46, met:als gevolg, dat het laag-doorlaatfilter een gaussiaan-achtige uitgangspuls produceert. Aan de uitgang van het laag-doorlaatfilter is een vermogensversterker 48 gekoppeld om:de puls geschikt te versterken, alvorens deze worden 15 ingevoerd in de tweedraadskabel 26. De puls wordt dan.

gekoppeld via de transformator 22 aan de krachttransducent. 10, waardoor de trildraad 12 tot oscilleren wordt gebracht in de omringende vloeistof op een gedempte sinusoïdale wijze, hetgeen op zijn beurt tussen de klemmen 14 en 16 20 een spanning induceert met de gedempte sinusoïdale karakteristieken van de mechanische beweging van de trildraad zelf. Deze gedempte sinusoïdale spanning wordt vervolgens door de transformator gevoerd en teruggezonden over de tweedraadskabel 26 aan respectievelijke ingangen van de 25 frequentie-pulsduuromzetter 38 en derhalve amplitudetijd-pulsduuromzetter 40.

Een verschilversterker 50 versterkt de gedempte sinusoïdale golf en transmitteert deze aan een pulsafsnij/ laag-doorlaatfilter 52, waar de initiële piek wordt af-30 gesneden en de hoog-frequente lijnruis wordt verzwakt.

De uitgang van het laag-doorlaatfilter wordt toegevoerd aan een nulovergangsdetector 50, waarvan het doel in samenhang met een logische buffer 56 is het produceren van geschikte logische overgangen in overeenstemming met 35 nuldoorgangen van het gefilterde gedempte sinusoïdale signaal. De uitgang van de systeemklok 32 trekkert verder een starter-eenschotsmultivibrator 58 en stelt een starter-flipflop 60 in. De uitgangen van de logische buffer 56, de starter-eenschotsmultivibrator 58 en de 40 starter-flipflop 60 worden vervolgens toegevoerd aan een 81 0 2 3 6 8 - 9 - r-£-:-i -- - teller 62. Na de looptijd van de eenschotsmultivibrator is de uitgang van de telpoort een rij pulsen, waarvan de tijdsduren zijn bepaald door de tijd tussen de nuldoorgangen van de gedempte sinusoïde. Deze serie pulsen wordt op zijn 5 beurt toegevoerd naar een teller 64. Een vertragingspoort 66, waarvan de ingang is gekoppeld met de uitgang van de teller, stelt een timer-flipflop 68, nadat vier cycli van de gedempte sinusoïde zijn geteld. Na zestien cycli produceert de teller een logische overgang aan zijn overdrachts-10 uitgang, die op zijn beurt wordt toegevoerd naar de timer-flipflop 68, waardoor deze teruggesteld wordt. Deze overdrachtsuitgang wordt tevens teruggekoppeld aan de starter-flipflop 60, waardoor deze teruggesteld wordt, hetgeen er in resulteert, dat de telpoort 62 wordt ge- ------15 blokkeerd. Aldus is de uitgang van de timer-flipflop 68 - een puls, waarvan de tijdsduur gelijk is aan twaalf cycli van de gedempte sinusoïde. Zoals getoond vormt dit signaal de ene ingang van de signaalprocessor 42.

De systeemklok 32 activeert op synchrone wijze 20 de halfamplitudetijd-pulsduuromzetter 40. De gedempte sinusoïdale spanning, voortgebracht door de trildraad 12, is eveneens aanwezig aan de ingangsklemmen van een ver-schilversterker 70. Na versterking elimineert een amplitude-demodulator 72 de natuurlijke frequentie van de trildraad 25 12, en laat aan zijn uitgang een exponentieel afvallende spanning over, die een afvalkarakteristiek heeft nagenoeg identiek aan de gedempte sinusoïde. De systeemklok 32 trekkert een eenschotsmultivibrator 74 van 4 millisecondenduur, waarvan de uitgang op zijn beurt een eenschots-30 multivibrator 76 van 5 microseconden-duur trekkert.

Gedurende de tijdsperiode, dat de eenschotsmultivibrator 76 actief is, bestuurt zijn uitgang een monster- en houdketen 38, zodat de uitgang van de amplitudedemodulator 72 wordt gemonsterd voor precies deze tijdsperiode. De waarde van 35 de uitgangsspanning van de demodulator aan het einde van de monsterperiode wordt dan aangebogen aan een precisie-spanningsdeler (gemaakt van gelijkwaardige weerstanden 80 en 82) door de monster- en houdketen, totdat een andere monsterperiode is geïnitieerd. Na het in tweeën delen 40 van de uitgang van de monster- en houdketen heeft de 8102368 - 10 - precisiespanningsdeler zijn uitgang aan ëén ingang van een vergelijkingsketen 84. De andere ingang aan de vergelijkingsketen 84 is gekoppeld aan de uitgang van de amplitudedemodulator 72. Wanneer de demodulatoruitgang 5 gelijk wordt aan de helft van de waarde, die het had aan het einde van de 5 microseconden-monsterperiode, zal de uitgang van de vergelijkingsketen zijn toestand veranderen. Een halfamplitudetijd-flipflop 86, waarvan de -stelingang wordt gestuurd door de uitgang van de eenschots-10 multivibrator 76, en waarvan de terugstelingang wordt gestuurd door de uitgang van de vergelijkingsketen, wordt gesteld bij het trekkeren van de eenschotsmultivibrator 76 en blijft gesteld tot een dergelijke toestandsverandering door.de vergelijkingsketen. Bijgevolg is de tijdsperiode, 15 dat de halfamplitudetijd-flipflop is gesteld, indicatief voor de tijd, die de gedempte sinusoide nodig heeft om af te vallen tot de helft van de waarde, die zij had aan het einde van de monsterperiode. De uitgang van de halfamplitudetijd-flipflop wordt dan toegevoerd aan de signaal-20 processor 42 teneinde te worden verwerkt samen met de uitgang van de bovenbesproken timer-flipflop 68.

Het uitgangsmeetsignaal (d.w.z. de uitgang van de signaalprocessor 42) is afhankelijk van de waarde van de verschildruk en onafhankelijk van de temperatuur 25 van de vloeistof, die de draad omgeeft, waardoor het instrument geschikt is om te worden gebruikt over een uitzonderlijk breed gebied van temperaturen, zoals van -45° tot +122°C.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande in 30 detail is beschreven aan de hand van een specifiek getoond uitvoeringsvoorbeeld, dat een pulstechniek omvat voor het leveren van energie aan de trildraad, kan energie ook aan de draad worden geleverd in de vorm van een continue golf door een positieve terugkoppelingsoscillator. De 35 relatie tussen de resonantiefreguentie van de trilling van de draad en de verschildruk en vloeistoftemperatuur samen met de relatie tussen de dempingsfaktor van de draad en genoemde temperatuur en verschildruk geldt dan nog steeds. Bij een continu golfsysteem is de grootte 40 van de uitgangsspanning van de oscillator afhankelijk 81 023 68 - 11 - vail· de dempingsfaktor van de draad, zodat door het meten van zowel deze grootte als de resonantiefrequentie het mogelijk wordt gemaakt om evenals bij de hierboven besproken uitvoeringsvorm de verschildruk te bepalen.

5 In fig. 3, waarin meer details van deze andere uitvoeringsvorm zijn gegeven, is evenals in de vorige uitvoering een trildraad-differentieeldruktransducent 10 aanwezig. Deze transducent is verbonden met een centrale regelpost 11 door de tweedraadskabel 26. Opgenomen aan de 10, centrale regelpost is een oscillator 88 voor het via .. de. tweedraadskabel leveren van een continue energiegolf, teneinde de trildraad 12 in trilling te houden op zijn resonantiefrequentie. De resonantiekarakteristieken van - de- draad worden teruggereflecteerd door de tweedraads-- - 15 kabel teneinde zowel de oscillatorfrequentie als de ' · grootte-van oscillaties, die verschijnen aan de oscillator-- ingang in overeenstemming te brengen met de eerdergenoemde verschildruk-temperatuurafhankelijkheid. Een detectie-schakeling 100 is zodanig verbonden, dat deze zowel de 20 oscillatoringang als de uitgangssignalen aftast. De detectieschakeling omvat een versterker 89, een gelijk-richter 102, een analoog-digitaalsignaalomzetter 104, en een frequentie-digitaalomzetter 106. Het oscillator-ingangssigaal wordt ontvangen door de versterker. Na 25 versterking wordt een signaal getransmitteerd aan de gelijkrichter, die op zijn beurt zijn uitgang transmitteert aan de analoog-digitaalsignaalomzetter. Aan de andere kant wordt het oscillatoruitgangssignaal getransmitteerd rechtstreeks aan de frequentie-digitaalsignaalomzetter.

30 Zodoende worden zowel de grootte van de oscillaties, die aan de ingang naar de oscillator verschijnen, als de frequentie van deze oscillaties omgezet tot digitale signalen om te worden uitgevoerd naar de signaalprocessor 42. De signaalprocessor verwerkt dan deze digitale signalen 35 in overeenstemming met de eerdergenoemde wiskundige en fysische principes. Bijgevolg is de uitgang van de signaalprocessor 42 afhankelijk van de waarde van de differentieeldruk en onafhankelijk van de temperatuur van de vloeistof, die de draad omringt.

40 Nog een andere wijze om excitatie-energie 8102368 - 12 - te leveren aan de trildraad is die voor het doorlopen van een band van sinusoïdale frequenties, waaronder de: resonantiefrequentie en beide halfvermogenfrequenties.

Meting van zowel de uitgangssignaalfrequentie als amplitude 5 met deze excitaties maakt de bepaling mogelijk van de trildraaddempingsfaktor Q. Zowel de Q als de resonantie-frequentie zijn afhankelijk van de verschildruk en de vloeistoftemperatuur, zódat bepaling ervan (Q en resonantiefrequentie) het mogelijk maken om de verschil-10 druk te bepalen.

Fig, 4 toont een alternatieve vorm van een trildraadtransducent, die geschikt is om te worden gebruikt bij de uitvinding. In dit geval is de trildraad direkt blootgesteld aan de omringende omgeving, in plaats 15 van te zijn omgeven door een buis, die vloeistof bevat, zoals.het. geval was in de fig. 1-3. Hoewel hier schematisch weergegeven, kan een dergelijke transducent van een type zijn, beschreven in het eerdergenoemde Amerikaanse octrooischrift 4.149.422, waarnaar zij verwezen voor 20 verdere details. Bij toepassingen, waar het niet nodig is om een vloeistof-gevuld type trildraadtransducent te hebben, biedt het pulseren van de draad zelf de voordelen, zoals boven besproken, terwijl de noodzaak is geëlimineerd voor een extra schakeling teneinde te compenseren voor 25 de temperatuureffekten van de vloeistof.

Verschillende andere gemodificeerde uitvoeringen zullen de vakman duidelijk zijn uit de hierboven gegeven beschrijving. Daarom dient het kader van de uitvinding niet te worden geacht te zijn beperkt tot de getoonde 30 specifieke voorbeelden.

- conclusies - 8102368

Claims (13)

1. Industrieel procesregelapparaat voor het bij een centrale regelpost ontwikkelen van een signaal, dat respondeert aan de waarde van een procesconditie aan een veldmeetpost afgelegen van de centrale regelpost, waarbij 5 deze procesconditie aan de meetpost wordt gerepresenteerd door een eerste variabele, die afhankelijk is van de waarde van deze conditie, gekenmerkt door resonantiemiddelen, gelegen aan de veldmeetpost, welke resonantiemiddelen eerste en tweede karakteristieken 10 hebben, waarbij de eerste karakteristiek afhankelijk is van- zowel de waarde van de eerste variabele als de waarde van een tweede variabele, terwijl de tweede karakteristiek : afhankelijk is van ten minste de waarde van één van deze variabelen, welke resonantiemiddelen verder in staat zijn 15 om een signaal voort te brengen, wanneer er excitatie-energie wordt toegevoerd, welk signaal afhangt van zowel de eerste als de tweede van de beide karakteristieken, middelen voor het koppelen van de resonantiemiddelen met de centrale regelpost, 20 waarbij de centrale regelpost omvat: elektronische excitatiemiddelen voor het leveren van energie aan de resonantiemiddelen, eerste aftastmiddelen, die responderen op de eerste karakteristiek en een daarvan afhankelijk signaal 25 voortbrengen, tweede aftastmiddelen, die responderen op de tweede karakteristiek en een signaal voortbrengen, dat daarvan afhankelijk is, waarbij het signaal, dat respondeert op de 30 eerste karakteristiek en het signaal, dat respondeert op de tweede karakteristiek te combineren zijn in overeenstemming met bekende fysische principes voor het verkrijgen van een uitgangsmeetsignaal, dat afhankelijk is van de waarde van de eerste variabele en onafhankelijk 35 van de waarde van de tweede variabele, waardoor het uitgangsmeetsignaal uitsluitend afhankelijk is van de waarde van de genoemde procesconditie. 8102368 ' * V - 14 -

2. Apparaat volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de resonantiemiddelen zijn omgeven door een fluïdum.

3. Apparaat volgens conclusie 1 of 2, m e t 5 het kenmerk, dat de eerste karakteristiek een resonantiefrequentie en de tweede karakteristiek een dempingsfaktor is.

4. Apparaat volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat de resonantiemiddelen bestaan uit een 10 trildraad, en dat het fluïdum een vloeistof is.

5. Apparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de eerste variabele een verschildruk en de tweede variabele een temperatuur is.

6. Apparaat volgens ëên der voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat de koppelingsmiddelen bestaan uit een tweedraadskabel.

7. Apparaat volgens ëên der voorgaande conclusies, waarbij de genoemde procesconditie aan de meetpost wordt gerepresenteerd door een verschildruk, die afhangt 20 van de waarde van deze conditie, gekenmerkt door een trildraad, gelegen aan de veldmeetpost, welke trildraad is omgeven door een vloeistof en een resonantiefrequentie en een dempingsfaktor heeft, welke 25 resonantiefrequentie en welke dempingsfaktor beide afhankelijk zijn van de verschildruk en de vloeistof-temperatuur, terwijl de trildraad verder in staat is om bij excitatie een signaal voort te brengen, dat afhangt van zowel de resonantiefrequentie als de dempingsfaktor, 30 waarbij, wanneer de trildraad wordt geëxciteerd met een energiepuls, het signaal een frequentie heeft gelijk aan de resonantiefrequentie en een halfamplitudetijd, die gerelateerd is aan de dempingsfaktor, een tweedraadskabel voor het koppelen van de 35 trildraad met de centrale regelpost, 8102368 - 15 - : waarbij de centrale regelpost omvat; - t pulsexcitatiemiddelen voor het leveren van een energiepuls aan de trildraad, eerste aftastmiddelen, die responderen op de 5 frequentie van het trildraadsignaal, en die een daarvan afhankelijk signaal voortbrengen, tweede aftastmiddelen, die responderen op de halfamplitudetijd van het trildraadsignaal, en die een daarvan afhankelijk signaal voortbrengen, 10 -. waarbij het signaal van de eerste aftastmiddelen en het signaal van de tweede aftastmiddelen te combineren zijn volgens bekende fysische principes voor het verkrijgen van een uitgangsmeetsignaal, dat afhangt van de .. waarde van de genoemde verschildruk en onafhankelijk is 15 van de waarde van de temperatuur, waardoor het uitgangs- ...meetsignaal uitsluitend afhankelijk is van de waarde. ___ van de genoemde procesconditie.

8. Apparaat volgens ëën der conclusies 1-6, waarbij de procesconditie aan de meetpost wordt gerepresen-20 teerd door een verschildruk, die afhankelijk is van de waarde van deze conditie, gekenmerkt door een trildraad, gelegen aan de veldmeetpost, welke trildraad is omgeven door een vloeistof, en een resonantiefrequentie en een dempingsfaktor heeft, welke 25 resonantiefrequentie en welke dempingsfaktor beide afhankelijk zijn van de verschildruk en vloeistoftemperatuur, waarbij de trildraad verder in staat is om bij excitatie een signaal voort te brengen dat afhangt van zowel de resonantiefrequentie als de dempingsfaktor, waarbij, 30 wanneer de trildraad wordt geëxciteerd met een continue energiegolf, het signaal een frequentie heeft gelijk aan de resonantiefrequentie en een grootte, die gerelateerd is aan de dempingsfaktor, een tweedraadskabel voor het koppelen van de 35 trildraad met de centrale regelpost, waarbij de centrale regelpost omvat; excitatiemiddelen voor het leveren van een continue energiegolf aan de trildraad, eerste aftastmiddelen, die responderen op de 8102368 - 16 - ... frequentie van het trildraadsignaal en een daarvan afhankelijk signaal voortbrengen, tweede aftastmiddelen, die responderen op de grootte van het trildraadsignaal en een daarvan afhankelijk 5 signaal voortbrengen, waarbij het signaal van de eerste aftastmiddelen en het signaal van de tweede aftastmiddelen kunnen worden gecombineerd volgens bekende fysisbhe principes voor het. verkrijgen van een uitgangsmeetsignaal, dat uitsluitend 10 afhankelijk is van de waarde van de verschildruk en onafhankelijk van de waarde van de temperatuur, waardoor het uitgangsmeetsignaal uitsluitend afhangt van de waarde van de genoemde procesconditie. :9. Werkwijze voor het ontwikkelen aan een centrale 15 regelpost van een signaal, dat respondeert aan de waarde van een procesconditie aan een veldmeetpost, die afgelegen is van de centrale regelpost, waarbij de procesconditie aan de meetpost wordt gerepresenteerd door een eerste variabele, die afhangt van de waarde van deze conditie, 20gekenmerktdoor het exciteren van een resonantiemiddel voor het voortbrengen van een uitgang, waarbij het resonantiemiddel eerste en tweede karakteristieken heeft, waarvan de eerste karakteristiek afhankelijk is van de waarde van 25 de eerste variabele en de waarde van een tweede variabele, terwijl de tweede karakteristiek afhangt van ten minste de waarde van één van deze variabelen, het voortbrengen van een eerste signaal van de uitgang van het resonantiemiddel, welk eerste signaal 30 afhangt van de genoemde eerste karakteristiek, het vóórtbrengen van een tweede signaal van de uitgang van het resonantiemiddel, welke tweede signaal afhangt van de genoemde tweede karakteristiek, en het combineren volgens bekende fysische 35 principes van de genoemde eerste en tweede signalen voor het verkrijgen van een uitgangsmeetsignaal, dat afhankelijk is van de waarde van de genoemde tweede variabele, waardoor het genoemde uitgangsmeetsignaal uitsluitend afhangt van de waarde van de procesconditie. 8102368 -π ιο. Apparaat volgens conclusie 7, m e t h e t :: kenmerk, dat het tweede aftastmiddel omvat: middelen voor het voortbrengen van een exponentieel afvallende spanning, 5 middelen voor het bemonsteren van de waarde van de afvalsspanning gedurende een eerste vastgestelde tijdsperiode, middelen die reageren op de bemonsteringsmiddelen - voor het opslaan van de waarde van de afvalsspanning, 10 :die optreedt aan het einde van de eerste vastgestelde tijdsperiode, spanningsdelingsmiddelen, gekoppeld met de opslag-middelen voor het halveren van de waarde van de afvalsspanning, die optreedt aan het eind van de eerste vast-15 gestelde tijdsperiode, en - vergelijkingsmiddelen voor het vergelijken van de uitgang van de spanningsdelingsmiddelen en de exponentieel afvallende spanning en voor het voortbrengen van een trekkersignaal, wanneer de waarde van de 20 exponentieel afnemende spanning gelijk wordt aan de uitgang van de spanningsdeler.

11. Industrieel procesregelapparaat van het type met aftastelementen, gelegen aan een veldmeetpost voor het ontwikkelen aan een centrale regelpost, afgelegen 25 van de meetpost van elektrische signalen, die responderen aan de waarde van een procesconditie, waarbij de procesconditie wordt gerepresenteerd aan de meetpost door een variabele parameter, die afhankelijk is van de waarde van deze conditie, gekenmerkt door: 30 een trildraad, gelegen aan de veldmeetpost voor het voortbrengen van een signaal afhankelijk van de genoemde parameter, middelen voor het koppelen van de trildraad met de centrale regelpost, 35 waarbij de centrale regelpost omvat: pulsexcitatiemiddelen voor het aandrijven van de trildraad in een vrije trillingsmodus, en aftastmiddelen, die reageren op het signaal, dat afhangt van de genoemde variabele parameter en een 81 023 6 8 -18- 2 w - corresponderend uitgangsmeetsignaal voortbrengen, dat - - : r afhangt van de waarde van de genoemde variabele parameter en bijgevolg de procesconditie.

12. Apparaat volgens conclusie 11, m e t het 5 kenmerk, dat de variabele parameter de resonantie-frequentie van de trildraad is.

13. Apparaat volgens conclusie 11 of 12, m e t het kenmerk, dat de koppelingsmiddelen bestaan uit een tweedraadskabel.

14. Industrieel procesregelapparaat van het . . type, waarbij aan één locatie een meetsignaal wordt ___ -: voortgebracht, dat afhankelijk is van een variabele parameter, die representatief is voor een procesconditie aan een tweede locatie, gekenmerkt door: 15 resonantiemiddelen, aanliggend aan de tweede locatie, eerste ketenmiddelen, gekoppeld met de resonantiemiddelen voor het leveren van elektrische energie daaraan in responsie waarop de resonantiemiddelen 20 een signaal voortbrengen, dat bestaat uit eerste en tweede componenten, waarvan de eerste component afhankelijk is van de variabele parameter en de waarde van een tweede en verschillende variabele, terwijl de tweede component afhankelijk is van ten minste de waarde van één van deze 25 variabelen, tweede ketenmiddelen, gekoppeld met de resonantiemiddelen, welke omvatten eerste aftastmiddelen, die reageren op de eerste component en een corresponderend signaal voortbrengen, en tweede aftastmiddelen, die 30 reageren op de tweede component en een corresponderend signaal voortbrengen, waarbij de eerste en tweede componentsignalen te combineren zijn volgens bekende fysische principes voor het voortbrengen van een uitgangsmeetsignaal, dat 35 afhangt van de waarde van de genoemde variabele parameter.

15. Apparaat volgens conclusie 14, m e t het 8102368 - 19 - -: . kenmerk, dat de eerste en tweede ketenmiddelen beide op de genoemde ene locatie zijn gelegen» 8102368