NL8104407A - Inrichting voor debietmeting van een electrisch geleidend medium door middel van een electrische impulsgever. - Google Patents

Description

* C/Ca/eh/6

Inrichting voor debietmeting van. een electrisch geleidend medium door middel van een electrische impulsgever.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor meting van het debiet van een electrisch geleidend medium door middel van een electrische impulsgever.

Voor overdracht over enige afstand van informatie 5 omtrent het aantal omwentelihgen van de rotor van een derge-lijke debietmeetinrichting, welke bijvoorbeeld de gedaante van een snelheidsteller kan hebben, is reeds voorgesteld, aan de inrichting een rotatie-opnemer toe te voegen, welke van foto-electrisch of magnetisch type kan zijn of van het type, dat : 10 self electromagnetische signalen opwekt en afgeeft.

De toevoeging van een dergelijke rotatie-opnemer aan een debietmeetinrichting van ouder, zonder een dergelijke rotatie-opnemer werkend type brengt echter met zich mede, dat aan de rotor of ander beweegbaar orgaan van de inrichting een / 15 hulpelement wordt aangebracht, dat dient voor samenwerking met een eveneens aan te brengen, vaststaand rotatiedetectie-element. In het geval van een rotatie-opnemer van het reeds genoemde type, dat zelf electromagnetische signalen opwekt en afgeeft, kan een dergelijke modificatie van nog meer ingrijpende aard 20 zijn.

De uitvinding stelt zich ten doel een inrichting voor debietmeting van een electrisch geleidend medium door middelvan een electrische impulsgever te verschaffen, waarbij de hiervoor genoemde bezwaren tot een minimum zijn terugge-25 bracht, en waarbij de electrische geleidbaarheid van het medium wordt benut voor detectie op eenvoudige wijze van de draaiende bewegingen van een in electrisch opzicht geisoleerde rotor.

Daartoe wordt volgens de uitvinding uitgegaan van een inrichting voor meting van het debiet van een electrisch 30 geleidend medium door middel van een electrische impulsgever, welke inrichting is uitgerust met : een voor aandrijving in rotatie door het medium bij een van het mediumdebiet afhankelijke snelheid aangebrachte rotor, 35 tenminste een paar voor contact met het medium op 8104407 Λ ' - 2 - een isolerende ondersteuning aangebrachte electroden voor' kop-| peling met een schakeling voor verwerking van door de. electroden afgegeven, electrische signalen, en met - : een binnen het medium door de rotor in rotatie aan- I 5 gedreven hulprotor van isolerend materiaal en met regelmatig : verdeeld aangebrachte uitsparingen.

• Volgens de uitvinding dient een dergelijke debiet- j metingsinrichting het kenmerk’-.te hebben, dat de electroden | zodanig ten opzichte van elkaar en de hulprotor zijn aange- ! 10, bracht, dat zij tijdens de rotatiebeweging van de hulprotor i met de uitsparingen door deze periodiek van elkaar worden ge- s j ; scheiden, dn dat de door electroden afgegeven, electrische ! signalen de periodieke waardeveranderingen van de electrische weerstand van het tussengelegen medium vertegenwoordigen.

: 15 De aansluiting van een verwerkingsschakeling a an de electroden maakt het daarbij mogelijk, de door de afgegeven I * , , signalen vertegenwoordigde, periodieke weerstandsveranderingen ' : om te zetten in impulsen, we Ike zich goed lenen voor overdracht naar een op betrekkelijk grote afstand verwijderde teller, 20 zulks onder verbruik van een zeer geringe electrische stroom, welke bijvoorbeeld in de orde van enige tientalien microampere kan liggen. Dit verschaft de mogelijkheid, de meetinrichting uit te rusten met een voor langdurig gebruik'geschikte batterij, waardoor de meetinrichting een autonoom karakter krijgt.

:25 Opgemerkt wordt, dat de eventueel noodzakelijke modificatie van een bestaande debietmeetinrichting, en meer in het bijzonder van de genoemde hulprotor daarvan, van zeer geringe omvang is, terwijl de aan het vaststaande gedeelte van de meetinrichting uit te voeren modificatiewerkzaamheden zich 30 beperken tot het aanbrengen van twee gelsoleerde electroden? dit kan zonder grote problemen geschieden, bijvoorbeeld door een boorbewerking.

De onderhavige uitvinding verschaft derhalve een debietmeetinrichting met een daaraan toegevoegde meetimpuls-35 gever, welke weinig ruimte in beslag neemt, door geringe wij-ziging van bestaande meetinrichtingen kan worden verkregen en welke als gevolg van zijn geringe energieverbruik de mogelijk- 8104407 * * - 3 - heid tot autononlie, respectievelijk onafhankelijkheid van een exteme voeding, opent.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening 5 van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: fig. ly schematisch en gedeeltelijk in doorsnede, de toepassing van een waterdebietmeetinrichting met een axiale turbine, 10 fig. 2, op grotere schaal, een axiaai aanzicht op de hulprotor van de inrichting volgens fig. 1, fig. 3 een schema, gedeeltelijk uitgevoerd als blokschema van een schakeling voor verwerking van de door de electroden van de inrichting volgens fig. 1 afgegeven, elec-15 trische signalen, en fig. 4 en 5 schematische weergaven van de toepassing van enige paren electroden in een brugschakeling.

De in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm van een' debietmeetinrichting volgens de uitvinding is in het bijzonder 20 geschikt als zogenaamde "watermeter". Zoals fig. 1 laat zien, is binnen het buisvormige huis 20 van de meetinrichting een turbine 21 aangebracht, welke kan roteren om een zich coaxiaal met het huis 20 uitstrekkende en door twee lagers 23 onder-steunde as 22. De lagers 23 zijn aangebracht in twee uitwendig 25 stroomlijnvormige organen 24, 25 van electrisch isolerend ma-teriaal, welke in axiale richting ter weerszijden van de turbine 21 door ribben 26 met de binnenzijde van het huis 20 zijn verbonden. Binnen het schroeflijnvormige orgaan 24 bevindt zich een bijvoorbeeld aan het vrije uiteinde van de as 22 be-30 vestigde hulprotor 27 van betrekkelijk geringe afmetingen met cirkelsectorvormige, vlakke schoepen 28, bijvoorbeeld drie van dergelijke schoepen, zoals fig. 2 laat zien. Aan het stroomlijnvormige orgaan 24 zijn bovendien twee geisoleerde electroden 30, 31 zodanig aangebracht, dat de schoepen 28 van de 35 hulprotor 27 tijdens de rotatie daarvan tussen de beide electroden doorbewegen en deze als het ware periodiek van elkaar 8104407 - w- 't - 4 - "scheiden" of voor elkaar maskeren. De electroden 30, 31 zijn via isolerend door het huis 20 van de inrichting gevoerde draden of geleiders verbonden met een uitwendige signaalver-werkingsschakeling 32 en dienen voor detectie van de tijdens 5 de roterende beweging van de rotors ehoepen 28 periodiek op-tredende veranderingen in de tussen beide electroden gemeten weerstand.

Hoewel de vervaardiging van sen dergelijke debiet- ; meetinrichting volgens de uitvinding door modificatie van een 10 , reeds bestaande debietmeetinrichting de toevoeging van een .

fmlpelement aan het beweegbare orgaan van die inrichting ver- . eist, levert de toepassing van een dergelijke maatregel het • voordeel, dat de volledige ,,periodieke,, scheiding van de beide electroden door, de sehoepen van de hulprotor een aanzienlijk 15 effect heeft, respectievelijk de mogelijkheid tot meting van aanzienlijke relatieve weerstandswaardeveranderingen, welke $ bijvoorbeeld in de grootte orde van 30% kunnen liggen, ver-schaft.

Indien de voor ondersteuning van de electroden die-20 nende wand zelf niet van isolerend materiaal is, kan een U-vormige electrodendrager van electrisch isolerend materiaal worden toegepast, waarbij de electroden van de respectieve benen van de drager naar elkaar gekeerd zijn en door de zich tussen de beide benen bewegende schoepen van de hulprotor 25 periodiek van elkaar worden geseheiden.

Fig. 3 toont een uitvoeringsvorm van een electri-sche schakeling voor vewerking van de van een dergelijk paar electroden afkomstige detectiesignalen, zodanig, dat deze signalen in telimpulsen worden omgezet. De verwerkingsscha-30 keling 40 bevat een oscillator 41 met een freguentie van bijvoorbeeld 1000 Hz, een operationele versterker 42, waarmede de beide electroden A, B met daartussen de electrisch gelei-dende vloeistof met variabele weerstandswaarde 43 zijn ge-koppeld, een dubbelfasige gelijkrichtschakeling 44 en een 35 versterkings- en impulsvormcorrectieschakeling 45 voor afgifte van telimpulsen. De schakelingen 44 en 45 zijn van gebruike- .lijk type en worden niet nader in detail beschreven.. .

\ 8104407 - 5 - sr W5

De uitgangsaansluiting van de oscillator 41 is gekoppeld met de niet-ingangsaansluiting van de operationele versterker 42, welke in een tegenkoppelstrooiakring, waarin de genoemde weerstand 43 is opgenomen, een althans tenminste bij 5 benadering constante stroom opwekt. Aan de operationele versterker 42 zijn enige tegenkoppelstroomkringen toegevoegd: tussen de uitgangsaansluiting en de omkeeringangsaansluiting van de versterker strekt zich een eerste tegenkoppellus met een weerstand 46 uit, benevens een tweede tegenkoppellus, waar-10 toe behalve een verdere weerstand 49- en de reeds genoemde weerstand 43 bij voorkeur twee met de beide uiteinden van de weerstand 43 verbonden aapaciteiten 47, 48 behoren, welke als scheidingscondensatoren tot taak hebben om te voorkomen, dat door de electroden A, B een gelijkstroom vloeit, welke een 15 nadelige invloed op de electroden zou kunnen hebben. Een derde tegenkoppellus bevat een regelbare weerstand 50 en een verdere weerstand 51, en dient om het verbindingspunt van de capaci-teit 48 en de weerstand 49 met de niet-omkeeringangsaanslui-r ting van de operationele versterker 42 te koppelen. De ver-20 schillende tegenkoppelstroomkringen zijn zodanig uitgevoerd, dat de tussen de beide electroden A, B in de electrisch ge~ leidende vloeistof "gemeten", variabele weerstand 43 wordt doorlopen door een zo goed als constante stroom. De weerstand 50 dient voor regeling van de versterkingsfactor.

25 Aan de uitgangsaansluiting van de versterker 42 verschijnt een spanning 51, welke althans tenminste nagenoeg evenredig is met en een weergave vormt van de tussen de electroden A, B aangetroffen, variabele weerstandswaarde 43? de desbetreffende spanning is gemoduleerd op een van de oscilla-30 tor 41 afkomstige draaggolf van 1 KHz. De dubbelfasige gelijk-richter 44 elimineert de draaggolf en geeft aan zijn uitgangsaansluiting een laagfrequent signaal 52 af, dat evenredig met de gemeten rotorsnelheid is en vervolgens door de schakeling 45 wordt omgezet in impulsen van voor telling in een zicht-35 baarmakings inrich ting geschikte gedaante; de zojuist genoemde inrichting kan bijvoorbeeld werken met vloeibare kristallen en zich op aanzienlijke af stand van de verwerkingsschakeling 8104407 > - 6 - 40, respectievelijk van de debietmeetinrichting waaraan de ! schakeling 40 is toegevoegd, bevinden. De schakeling 40 leent ; zich uitstekend voor miniatuuruitvoering en kan dan in het . , huis van de debietmeetinrichting worden opgenomen.

; Bij een andere uitvoeringsvorm van de debietmeet- i iinrichting volgens de· uitvinding vindt toepassing plaats van !twee paren diametraal tegenover elkaar om de rotoras aange-'brachte electroden, welke steeds paarsgewijze van elkaar worden

> I

i ;gescheiden door de tussendoor bewegende schoepen van de iso-jlO lerende hulprotor.

; Zoals fig. 4 laat zien, kunnen bijvoorbeeld de electroden van twee respectieve electrodenparen 71, 72 tegen-•over elkaar zijn aangebracht op de respectieve steunarmen van •een isolerende beugen 73, 74. De hulprotor 75, waarvan de vlakke 15 schoepen tijdens hun roterende beweging afwisselend tussen de electroden van ieder paar 71, 72 doorbewegen, is van isolerend materiaal, zoals in het geval volgens fig. 2 en heeft een on-even aantal schoepen, De weerstandswaarden tussen de electroden van de respectieve paren 71 en 72 zijn opgenomen in een brug-20 schakeling, waartoe twee verdere weerstanden 77, 78 van vaste weerstandswaarde behoren; de toegepaste brug kan bijvoorbeeld van het type volgens Wheatstone of volgens Kohlrausch zijn, waarbij de brug aan een diagonaal wordt gevoed door een wissel-stroombron-79, terwijl de rotatiedetectiesignalen word en af~ 25 gegeven over de andere brugdiagonaal. Daar de tussen twee door een schoep van elkaar gescheiden electroden gemeten vloei-stofweerstand zijn maximale waarde vertoont, terwijl de tussen twee gelijktijdig daarmede niet van elkaar door een schoep gescheiden electroden gemeten vloeistof waarde dan zijn mini-30 male waarde heeft, wordt met behulp van een dergelijke brug-schakeling met twee paren electroden een modulatiediepte van het draaggolfsignaal verkregen, welke tweemaal zo groot is als bij toepassing van'een paar electroden.

Bij de in fig. 5 weergegeven uitvoeringsvorm vindt 35 toepassing plaats van een eerste paar electroden 81, 82, welke bij voorkeur symmetrisch ter weerszijden van een rotor 83 van isolerend materiaal worden aangebracht, zij het niet in de on- 8104407 r -λ* - 7 - middellijke/nabijheid van de rotorschoepen, doch bxjvoorbeeld op een afstand in de orde van een cm. daartoe. Iedere electrode 81, 82 is uitgevoerd als een dubbele electrode in de respectieve gedaanten van twee brugtakelectroden 8ll, 812 en 5 821, 822, welke van elkaar zijn gescheiden door een isolerende afscherming 84, respectievelijk 85. In de onmiddellljke na-bijheid van de rotor 83, dat wil zeggen op een in de orde van een mm. gelegen afstand daartoe, zijn twee verdere electroden 86, 87 respectievelijk ter weerszijden van de rotorschoepen 10 aangebracht, bijvoorbeeld, zij het niet noodzakelijkerwijs, respectievelijk in een lijn met de genoemde electroden 811, 821 en 812, 822, in de vloeistof 80. De electroden 81 en 82 zijn, evenals bij de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm, aangesloten aan een wisselstroombron 88, waardoor een brugschakeling met 15 de volgende "vloeistofweerstanden" wordt verkregen: R, (vaste waarde) tussen de electroden 811 en 86

* -L

R2 (vaste waarde) tussen de electroden 822 en 87 Rg (variabele waarde) tussen de electroden 812 en 87 R4 (variabele waarde) tussen de electroden 821 en 86. 20 de electroden 86, 87 vormen de diagonaaluitgangsaansluitingen van de brugschakeling. Deze laatstgenoemde is zodanig gedi-mensioneerd, dat hij voortdurend buiten evenwicht verkeert. Daarbij bevat de hulprotor 83 een even paar schoepen, zodat de variabele weerstandswaarden een fasevariatie vertonen.

25 Daarbij wordt opgemerkt, dat het mogelijk is om de electroden 86, 87 niet ter weerszijden van de rotor 83 toe te passen, doch aan een zelfde zijde van de rotor, bijvoorbeeld in het bovengedeelte; in dat geval kan een rotor met een oneven aantal schoepen worden toegepast ter verkrijging 30 van een toename van de weerstandswaarde R^ tijdens een afname van de weerstandswaarde R2·

In beide gevallen wordt een weerstandsbrugschake-ling verkregen, waarvan de "vloeistofweerstanden1* steeds een met de soortelijke weerstand van de vloeistof evenredige 35 waarde hebben, zodat het aan de uitgangsaansluiting afgegeven detectiesignaal in aanzienlijk mindere mate van de soortelijke weerstand van de gemeten vloeistof afhankelijk is.

8104407 -8-.

. De hulprotor behoeft niet met vlakke schoepen te zijn uitgerust, zoals in fig. 2 is weergegeven, doch kan ook . de vorm hebben .van een stroomlijnvormige en zich bijvoorbeeld , volgens een cylindervlak uitstrekkende bel of, afhankelijk 5 ! van de binnen de debietmeetinrichting beschikbare ruimte, een j geheel andere vorm met regelmatig.verdeeld aangebrachte uit-' sparingen, welke een periodieke verandering van de tussen de ; toegepaste electroden gemeten weerstandswaarde teweeg brengen.

. ; t t i · t 2 8104407

Claims (4)

1. Inrichting voor meting van het debiet van een electrisch geleidend medium door middel van een electrische impulsgever, bevattend: een voor aandrijving in rotatie door het medium 5 bij een van het iriediumdebiet afhankelijke snelheid aangebrachte rotor, tenminste Sen paar voor contact met het medium op ; een isolerende ondersteuning aangebrachte electroden voor kop-peling net een schakeling voor verwerking van door de elec-10 troden afgegeven, electrische signalen, benevens een binnen het medium door de rotor in rotatie aan-gedreven hulprotor van isolerend materiaal en met regelmatig verdeeld aangebrachte uitsparingen, met het ,kenmerk, dat de electroden zodanig ten opzichte van 15 elkaar en de hulprotor zijn aangebracht, dat zij tijdens de rotatiebeweging van de hulprotor met de uitsparingen door deze periodiek van elkaar worden gescheiden, en dat de door electroden afgegeven, electrische signalen de periodieke waarde-veranderingen van de electrische weerstand van het tussen-20 gelegen medium vertegenwoordigen.

2. Debietmeetinrichting volgens conclusie 1, met een buisvormig huis, waarbinnen en coaxiaal waarmede een rotor tussen twee uitwendig stroomlijnvormige organen van electrisch isolerend materiaal. is aangebracht, met het kenmerk, dat de 25 electroden op tenminste een van de stroomlijnvormige organen zijn aangebracht.-

3. Debietmeetinrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door twee paren electroden, welke zodanig zijn aangebracht, dat de electroden van het ene paar door de hulp- 30 rotor van elkaar worden gescheiden wanneer de electroden van het andere paar vrij van een dergelijke scheiding zijn, welke paren electroden in een brugschakeling met twee hulpweer-standen zijn opgenomen.

4. Debietmeetinrichting volgens conclusie 1, 35 gekenmerkt door een eerste paar electroden, welke ter weers- 8104407 - 10 - ν' "W · zijden van en op een eerste afstand tot de hulprotor van iso-, lerend materiaal zijn aangebracht, en door een tweede paar electroden, weIke op een tweede, geringere afstand dan de eerste tot de hulprotor zijn aangebracht, een en ander zo-15 danig, dat de door de respectievelijk aan elkaar grenzende electroden van.de beide paren gemeten vloeistofweerstanden een brugschakeling vormen, waarvan de uitgangsdiagonaal-• aansluitingen worden gevormd door de electroden van het tweede ! paar. i j i i ! J I · - ! i ’ i / i ‘ · /"8 1 0 4 4 0 7