DE2236598C2

DE2236598C2 - Schwebekörper-Durchflußmesser

Info

Publication number: DE2236598C2
Application number: DE19722236598
Authority: DE
Inventors: Kurt 7867 Wehr Lutz
Original assignee: ROTA APPARATE- und MASCHINENBAU DR HENNIG KG 7867 WEHR
Current assignee: ROTA APPARATE- und MASCHINENBAU DR HENNIG KG 7867 WEHR
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2236598B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwebekörper-Durchflußmesser, bi:i welchem eine dem Durchfluß entsprechende SteSlung seines Schwebekörpers in dem

sich nach oben konisch erweiternden Meßrohr an einem den Bewegungen des Schwebekörpers folgenden Element abgreiibar und in ein elektrisches Signal umwandelbar ist, welches einer elektrischen Signalwandlerstufe als Eingangssignal zuführbar ist. deren Aus-

gangssignal der Stellung des Schwebekörpers im Meßrohr proportional ist.

Ein derartiger Schwebekörper-Purchflußmesser ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 798 333 bekannt. Wenn bei dieser bekannten Einrichtung auch

♦o eine proportionale Abhängigkeit zwischen der Anzeige und der Stellung des Schwebekörpers besteht, so bleibt dennoch weiterhin die dem Schwebekörper-Durchflußmesser grundsätzlich eigene nicht-lineare Beziehung zwischen dem Durchfluß und der Schwe-

bekörperstellung erhalten. Da die Abhängigkeit der Schwebekörperstellung im Meßrohr von dem Durchfluß als eine feststehende Gerätekonstante nicht veränderbar oder einstellbar ist, erfordert die bekannte Einrichtung nach der Festlegung des Gesamtmeßbe-

reiches eine Kalibrierung, weil auf Grund der grundsätzlich nicht-linearen und darüber hinaus von Gerät zu Gerät verschiedenen Beziehung zwischen Anzeige und Durchfluß die Anzeigeskala für jedes Gerät gesondert kalibriert werden muß.

Weiterhin ist aus dem Prospektblatt ET 7/1-71 der Anmelderin ein Schwebekörper-Durchflußmesser bekannt, bei welchem die dem jeweiligen Durchfluß im Meßrohr entsprechende Stellung des Schwebekörpers auf eine beliebige bekannte Art in ein elektrisches

Signal umgeformt wird, welches zwar der Stellung des Schwebekörpers mehr oder weniger proportional sein kann, welches jedoch zwangiäufig wegen der Nichtüttearttä! zwischen dem Durchfluß und der Schwebekörperstellung nicht-linear zu dem Durchfluß ist.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 881 262 ein Durchflußmesser mit Schwebekörper und induktiver Fernübertragung bekannt, bei welchem der zylindrische Teil des Schwebekörpers aus Eisenrohr

mit geringer Wandstärke besteht und sich zwischen zwei Spulen bewegt. Diese bekannte Einrichtung dient insbesondere zur Fernübertragung und/oder Registrierung von Meßwerten.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 1 004 389 em Strömungsmesser mit in einem zylindrischen Rohr mit kapillarem Zwischenraum eingebautem zweiten, einseitig geschlossenem Rohr von etwa der gleichen Länge des Außenrohrs bekannt, welcher sich dadurch auszeichnet, daß das Innenrohr im Außenrohf verschiebbar angeordnet ist und von dem strömenden Medium von unten angehoben, aus dem Außenrohr oben mehr oder weniger herausragt, wodurch die Länge des kapillaren Kanals, die dem Durchfluß proportional ht, sich verändert und der Durchfluß an einer Skala angezeigt wird.

Diese bekannte Einrichtung stellt sich jeweils so ein, daß jede das Gewicht des Innenrohres übersteigende Druckzunahme durch Verringerung des kapillarwiderstandes und damit vergrößertem ^ao Durchfluß ausgeglichen wird.

Da bei den bekannten Einrichtungen die Abhängigkeit der Stellung des Schwebekörpers im Meßrohr vom Durchfluß eines durch das Meßrohr hindurchströmenden Mediums nicht durch eine mathematische ^a5 Funktion beschrieben werden kann, sondern sich vielmehr von einem Meßgerät zum anderen und vnn einem Meßmedium zum anderen ändert, ist es unerläßlich, für jedes Meßrohr unter Berücksichtigung des jeweiligen Meßmediums die grundsätzlich nicht-lineare Charakteristik des Schwebekörper-Durchflußmessers auszugleichen, wenn eine bestimmte Anzeige-Charakteristik erwünscht ist. Um bei einem Schwebekörper-Durchflußmessei eine lineare Anzeige zu erreichen, ist es bekannt, einen dem Schwebekörper nachführbaren Folgezeiger durch eine über Stellschrauben einstellbare Ausgleichskurve derart zu steuern, daß zwischen dem Ausgangssignal und dem Durchfluß durch das Meßrohr beispielsweise eine lineare Beziehung hergestellt wird.

Diese Ausgleichskurve muß für ein bestimmtes Meßrohr und für ein bestimmtes Meßmedium sowie fur einen bestimmten Meßbereich jeweils eingestellt werden.

Grundsätzlich ist es auch bekannt, an Stelle einer durch Stellschrauben einstellbaren Ausgleichskurve eine feste Kurvenscheibe oder Nockenscheibe zu verwenden.

D<?r Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwebekörper-Durchflußmesser der eingangs ge- so nannten Art zu schaffen, bei welchem mit einem gegen Störeinflüsse wie Korrosion und Verschmutzung möglichst unempfindlichen und zugleich besonders genauen Ausgleichskurven-Element eine vorgebbare funktionale Abhängigkeit seines Ausgangssignals vom Durchfluß derart herstellbar ist, daß vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit des Ausgangssignals vom Durchfluß einstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die elektrische Signalwandlerstufe eine Mehrzahl von schwellenwert-abhängigen Schaltungsgliedern aufweist, deren Schwellenwert jeweils an einem ihrer elektronischen Bauelemente derart einstellbar nt, daß beim Überschreien des eingestellten Schwellenwertes zum Eingangssignal (/_£) ein vorgebbares Zusatzsignal (ΔΙ) hinzufügbw ist, derart, daß das Ausgangssignal (I_A) eine wählbare funktionale Abhängigkeit vom Durchfluß durch das Meßrohr aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß sie sowohl bei der Fertigung als auch bei der Einstellung einen außerordentlich geringen Aufwand erfordert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Anordnung nur einen sehr geringen Platzbedarf hat. Weiterhin eignet sich die erfindu.ngsgemaße Einrichtung vorteilhaft dazu, als robustes gekapseltes Bauelement hergestellt zu werden, welches insbesondere heim Einsatz des Schwebekörper-Durchflußmessers fur aggressive Medien gegen Störungen unempfindlich ist.

Weiterhin ist die erfinilungsgemüße Anordnung absolut wartungsfrei.

Außerdem läßt sich der erfindungsgemäße Schwebekörper-Durchflußmesser tu besonders vorteilhafte! Weise mit mehreren Linearisierungseinrichtungen ausstatten, die wahlweise anschaltbar sind, so daß ein einziger Schwebekörper-Durchflußmesser für verschiedene Meßstoffc verwendbar ist.

Wenn auch gemäß der Erfindung der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Schwebckörper-Durchflußmessers und dem Durchfluß durch das Meßrohr in vielen Fällen derart gewählt wird, daß zwischen diesen beiden Größen eine lineare Abhängigkeit besteht, so kann jedoch vorzugsweise vorgesehen sein, daß eine quadratische Abhängigkeit /wischen diesen Großer, oesteht. was dann zweckmäßig ist, wenn das Ausgangssignal des Schwebekörper-Durchflußmessers mit dem Ausgangssignal einer Meßblende verglichen werden soll. Diese vorteilhafte Anwendungsmöülichkeit ergibt sich vorzugsweise bei einer Gemischregelung von zv>ci Durchflüssen, von denen der eine mit einem Schwebeköiper-Durchflußmesser und der andere mit einer Meßblende gemessen wird.

Weiterhin entfällt bei dem erfindungsgemäßen Schwebckörper-Durchflubmesser die Notwendigkeit, bei einem bestimmten Gerät nach Festlegung des Gesamtmeßbereiches eine Kalibrierung durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung erläutert: in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Schwebekörper-Durchflußmessers,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Schwebekörper-Durchflußmessers und

Fig. 3 ein Prinzipschalrbild einer Signalwandlerstufe.

Da sich der Schwebekörper 2a's Zeiger des Durchflußmessers nur dann auf den gewünschten Skalenwert einstellt, wenn ihm keine Verstellkraft zugemutet wird, ist gemäß Fig. 1 das elektrische Abgriffsystem derart ausgebildet, daß der Schwebekörper 2 an seinem unteren Ende mit einem als Verlängerungsstab ausgebildeten Folgeelement 4 ausgestattet ist, welches in einer Induktionsspule S eintaucht und bei seiner Bewegung deren Induktivität beeinflußt. Die Enden der Induktionsspule 4 sind mit einer Wechselstrommeßbrücke 6 verbunden, deren Ausgangssignal einem Verstärker 7 zugeführt ist. An den Verstärker 7 ist eine Signalwandlerstufe 9 angeschlossen, die im einzelnen an Hand der Fig. 3 beschrieben ist. Während das den Eingangsklemmen 8a und 8b der Signalwandlerstufe 9 zugeführte Ausgangssignal des Ver-

»tärkers 7 der Stellung des Schwebekörpers 2 im Meßrohr 1 mehr oder weniger proportional ist, besteht jedoch zwischen diesem Ausgangssignal des Verstärkers 7 und dem Durchfluß durch das Meßrohr 1 keine mathematisch eindeutig festlegbarc funktionale Abhängigkeit.

Wie an Hand der Fig. 3 unten im einzelnen erläutert wird, ist die Übertragungsfunktion der Signalwandlcrstufe 9 derart gewählt, daß an ihren Ausgangsklemmen 10« und 10h eine lineare Anzeigecharakteristik des Schwebekörper-Durchflußmessers erreichbar ist.

Gemäß F i g. 2 ist der im Meßrohr 1 auf und ab bewegbare Schwebekörper 2 mit einem Magneten 3 ausgestattet. Bei seiner Bewegung im Meßrohr 1 steuert somit der magnetische Schwebekörper 2 einen außerhalb des Meßrohres 1 angeordneten Folgezeiger 4, der als äußerst reibungsarm gelagerte wendelförrrvige Kurve ausgebildet ist. Der Folgezeiger 4 ist mit einem Anker 4' ausgestattet, durch weichen die Induktivität einer Induktionsspule 5 veränderbar ist. Auf diese Weise wird es vermieden, daß der Schwcbekörper 2 bei seiner Bewegung im Meßrohr 1 durch Verstellkräfte beaufschlagt wird, die zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen wurden.

Im übrigen entspricht der Aufbau des Ausführungsbeispiels tie maß F i g. 2 der Anordnung gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 3 ist die elektronische Signalwandlerstufe 9. die in den Fig. 1 und 2 jeweils schematisch in einem Blockdiagramm dargestellt ist. folgendermaßen aufgebaut:

Transistoren T₁... 7"_r sind derart ,hintcreinandergeschaltct. daß jeweils der Emitter E_n , mit dem Kollektor K₁₁ eines folgenden Transistors T_r verbunden ist und daß die Basen B_n d"er Transistoren 7", jeweils zwischen verschiedenen Stufen R_n eines aus den Widerständen R₁... R_n._: gebildeten Spannungsteiler angeschlossen sind. Der Spannungsteiler R₁... R_n + , kann an seinen Enden über die Klemmen S₁ und 5, mit einer Versorgungsspannung gespeist sein. Die Eingangsklemmen 8« und 8b, welchen das Eingangssignal /,. zugeführt wird, sind derart geschaltet, daß die eine der Eingangsklcmmen, nämlich die Klemme Sb. an den Kollektor K₁ des ersten Transistors 7", sowie gleichzeitig an die Klemme 5, geführt ist, während die andere Eingangsklemme 8e jeweils über einstellbare Potentiometer P_x... P_n mit den Emittern E₁... E_n verbunden ist. Weiterhin ist ein Widerstand R,.- zwischen den Erngangsklemmen 8a und Sb der Signalwandlerstufe 9 angeordnet. Zwischen der Eingangsklemme Sb einerseits und zwischen dem vorietzten Widerstand R_{v +}, und dem letzten Widerstand R_n+2 des Spannungsteilers ist eine Zenerdiode Z angeordnet. Die Basis B_n des letzten Transistors T_n in der Kette ist an die Verbindung zwischen dem zweitletzten Widerstand R_{n + 1} und dem drittletzten Widerstand „ des Spannungsteilers geführt.

Als Eingangssignal für die Signalwandlerstufe 9 kommen sowohl Ströme als auch Spannungen grundsätzlich in Frage. Die im Prinzipschaltbiid der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet in der Weise, daß mit steigendem Eingangssignal i_e sich

ίο fortschreitend weitere Transistoren T_n zuschalten, deren Basis B_n sich jeweils auf einem höher eingestellten Potential befindet. Die Transistoren T₁₁ vergrößern oder verkleinern jeweils das Ausgangssignal um einen gewissen Betrag gegenüber dem Eingangssignal, und

is zwar in Abhängigkeit von der Einstellung des jeweils zugehörigen Potentiometers P_n. De/ Spannungsabfall am Widerstand R_f entspricht dem Ausgangssignal 1_A der Signalwandlerstufe 9. Dieses Ausgangssignal kann durch beliebige bekannte Mittel in einen einge-

ao prägten Ausgangsstrom l_A umgewandelt sein, der an den Ausgangsklemmen 10a und 10b abgreifbar ist. Vorzugsweise ist das Ausgangssignal ein eingeprägter Gleichstrom von etwa 0 bis 20 Milliampere. Durch die Widerstände R, bis R_n,, des Spannungs-

*5 tellers werde.» die Arbeitspunkte der Transistoren 7", bis T_n jeweils festgelegt. Der Verlauf des Ausgangssignals l_A ist an den Potentiometern P₁ bis P_n einstellbar.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist grundsätzlich zur Veränderung der Kurvenkrümmung der Anzeigecharakteristik in einer bestimmten Richtung geeignet. Es ist jedoch offensichtlich, daß eine Veränderung der Kurvenkrürnmung in der entgegengesetzten Richtung nach dem gleichen Prinzip erreichbar ist.

Weiterhin kann die Anordnung gemäß F ig. 3 leicht in der Weise abgewandelt werden, daß nach den Erfordernissen der Zweidrahttechnik der Schaltungsanordnung keine eigene Versorgungsspannung zuge-

4c führt ist. daß sie vielmehr mit »lebendem Nullpunkt« arbeitet und aus dem ständig fließenden Grundstrom von etwa 4 Milliampere versorgt ist. Auf diesem ständig vorhandenen Grundstrom baut sich der Signalstrom auf, der beispielsweise etwa 4 bis 20 Milliampere betragen kann.

Es ist ersichtlich, daß an Stelle des in der Fig. 3 dargestellten Prinzip, bei welchem als schwelle:iwert-abhängige Schaltungselemente Transistoren verwendet sind, auch beliebige andere geeignete

Schaltelemente verwendbar sind, um die Übertragungsfunktion der Signalwandlerstufe 9 in der Weise einstellbar zu gestalten, daß eine vorgebbare funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals Z₄ vom Eingangssignal /_E erreichbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwebekörper-Durchflußmesser, bei welchem eine dem Durchfluß entsprechende Stellung seines Schwebekörpers in dem sich nach oben konisch erweiternden Meßrohr an einem den Bewegungen des Schwebe körpers folgenden Element abgreifbar und in ein elektrisches Signal umwandelbar ist, welches einer elektrischen Signalwandlerstufe als Eingangssigna! zufiihrbar ist, deren Ausgangssignal der Stellung des Schwebe körpers im Meßrohr proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Signal wandlerstufe (9) eine Mehrzahl von schwellenwert-abhängigen Schaltungsgliedern (R₁, T₁, P₁... R_n, T_n, P_n) aufweist, deren Schwellenwert jeweils an emfm ihrer elektronischen Bauelemente (P₁... P_n) derart einstellbar ist, daß beim Überschreiten des eingestellten Schwellenwertes zum Eingangssignal (/_t) ein vorgebbares Zusatzsignal (AI) hinzufügbar ist, derart, daß das Ausgangssignal (/,) eine wählbare funktionale Abhängigkeit vom Durchfluß durch das Meßrohr aufweist.

2. Schwebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Bauelementen > P₁... P_n) einstellbare funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals (I_A) vom Eingangssignal (/_tj derart gewählt ist, daß das Ausgangssignal (I_A ) sich linear mit dem Durchfluß im Meßrohr (1) ände-t.

3. Schwebekörper-Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere schwellenwert-abhängige Schaltungsglieder (R₁, T₁, P₁... R_n, T_n, PJ derart miteinander gekoppelt sind, daß bei stetig ansteigendem Eingangssignal (I_E) fortschreitend nacheinander bei aufeinander folgenden schwellenwert-abhängigen Schaltungsgliedern (R_n, T_n, P_n) jeweils der Schwellenwert überschritten wird und daß dem Eingangssignal (I_E) dabei jeweils π Abhängigkeit vom eingestellten Schwellenwert ein Zusatzsignal (Al_n) hinzugefügt wird, durch welches die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals (I_A) vom Eingangssignal (I_E) beeinflußbar ist.

4. Schwebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schweHenwert-abhängigen Schaltungsglieder im wesentlichen aus Transistoren (T₁... T_n) gebildet sind, die derart hintereinandergeschaltet sind, daß jeweils der Emitter (E₁₁₁.,) mit dem Kollektor (K_n) eines folgenden Transistors (T.) verbunden ist und deren Basen (B_n) jeweils mit verschiedenen die Arbeitspunkte der Transistoren (T₁... T,) festlegenden Stufen (R₁₁) eines Spannungsteilers (/?,. . /?„_<2) verbunden sind, dessen Enden (S₁, S₂) eine Versorgung&spannung zugeführt ist.

5. Schwebekörper-.Ourchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (/_£) der Si^nalwandlerstufe (9) an die Transistorkette (T,... T_n) einerseits von der einen Eingangsklemme (Sb) direkt an den Kollektor (E₁) des ersten Transistors (T₁) und andererseits von der anderen Eingangsklemme (8a) jeweils über ein einstellbares Potentiometer (P₁... P_n) an den Emitter (E_n) jedes Transistors (7",... I_n) ge-

führt ist. , _Λ

6 Schwebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Signalwandlerstufe (9) durch den Spannungsabfall an einen zwischen der mit der einen Spannungsversorgungsklemme (S₁) verbundenen Eingangsklemme (Sa) und der mit der anderen Eingangsklemme (8b) verbundenen Seite des mit dem Emitter (E₁) des ersten Transistors (T) verbundenen Potentiometers (P₁) angeordneten Widerstand (R_t:) gebildet ist.

7 Schwebekörper-Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalwandlerstufe (9) nach der Zweidrahttechnik aufgebaut und aus einem ständig fließenden Grundstrom gespeist ist.

S Schwebekörper-Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstrom etwa 4 Milliampere beträgt, auf dem ein Signalstrom bis etwa 20 Milliampere aufgebaut ist.