DE2633859A1 - Electronic flowmeter transducer using comparison gas volume - converts pressure into oscillations of wire which are measured and counted - Google Patents
Electronic flowmeter transducer using comparison gas volume - converts pressure into oscillations of wire which are measured and countedInfo
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Abstract
Description
Elektronischer Zustand smengenumwert erElectronic state volume conversion he
nach dem Vergleichsgasprinzip Gegenstand dieser Patentanmeldung ist ein Gerät, welches Volumenmessungen an Realgasen im Betriebszustand über den Rauminhalt einer Vergleichsgasmenge auf den Normzustand umwertet. according to the reference gas principle is the subject of this patent application a device that measures the volume of real gases in the operating state via the volume of the room a reference gas quantity converted to the standard condition.
Den Rauminhalt der Vergleichsgasmenge erfaßt ein Transmitter mit Frequenzausgang. Aus der Schwingungsdauer des Ausgangssignals ermittelt eine entsprechende elektronische Anordnung die Zustandszahl für das umzuwertende Gas und führt sie jeweils nach der Registrierung einer Betriebsvolumeneinheit dem Normvolumenzählwerk zu.A transmitter with a frequency output records the volume of the reference gas volume. A corresponding electronic signal is determined from the period of oscillation of the output signal Arrangement of the state number for the gas to be converted and leads them in each case according to the Registration of an operating volume unit to the standard volume counter.
Verbrauchsmessungen werden nach der Masse des gelieferten Gases oder nach dem auf den Normzustand bezogenen Volumen abgerechnet. Die Gasmasse läßt sich über Betriebsdichtegeber, das Normvolumen über Zustandsmengenumwerter ermitteln. Consumption measurements are made according to the mass of the gas supplied or billed according to the volume based on the normal state. The gas mass can Determine the standard volume via the volume corrector using the operating density transmitter.
Betriebsdichtegeber eignen sich wegen des zu kleinen Signals nicht für Messungen in Niederdrucknetzen. Diese Netze bilden den Einsatzbereich der Zustandsmengenumwerter, die für eine bestimmte Gaszusammensetzung das jeweilige Volumenverhältnis des Normzustandes zum Betriebszustand, die Zustandszahl Z V0 ermitteln. In Verbindung mit einem Betriebsvolumenzähler üblicher Bauweise läßt sich so das Normvolumen messen. Operating density transmitters are not suitable because the signal is too small for measurements in low pressure networks. These networks form the area of application of the volume corrector, which is the respective volume ratio of the standard state for a certain gas composition for the operating status, determine the status number Z V0. In connection with an operating volume counter The standard volume can thus be measured with the usual design.
Technisch kann die Zustandszahl mit Hilfe eines Vergleichsgases oder über eine geeignete Näherungsdarstellung der Realgasgleichung mit Meßanordnungen für Betriebsdruck und -temperatur bestimmt werden. Technically, the state number can be determined with the help of a reference gas or using a suitable approximation of the real gas equation with measuring arrangements can be determined for the operating pressure and temperature.
Beim Vergleichsgasprinzip ist das Volumen einer mit dem umzuwertenden Gas gleicher Zusammensetzung im Druck- und Temperaturgleichgewicht stehenden definierten abgeschlossenen Gasmenge die primäre Meßgröße. Der Kehrwert dieses Volumens, ein Maß für die gesuchte Zustandszahl, wird in Vergleichsgasgeräten mit einem mechanischen Rechengetriebe gebildet. With the reference gas principle, the volume is equal to the one to be converted Gas of the same composition in pressure and temperature equilibrium are defined closed gas quantity is the primary measurand. The reciprocal of this volume, a Measure for the sought condition number, is in reference gas devices with a mechanical Calculating gear formed.
Die Umwertung über die Realgasgleichung erfolgt nach der Beziehung Z(p,T) = ########## Die analytische Darstellung knüpft hierbei an die Gesetzmäßigkeit für ideale Gase an. Zur meßtechnischen Nachbildung wird die Kompressibilitätszahl k(p,), die Abweichungen vom Verhalten idealer Gase beschreibt, näherungsweise entweder als konstant betrachtet oder durch definierte Nichtlinearitäten bei der Erfassung der Zustandsgrößen p und T berücksichtigt. Setzt man diese Größen mit Hilfe geeigneter Meßanordnungen in mechanische Auslenkungen um, dann läßt sich ihr Quotient als Ausgangsgröße eines mechanischen Rechengetriebes abgreifen. The conversion using the real gas equation takes place according to the relationship Z (p, T) = ########## The analytical representation ties in here the law for ideal gases. The Compressibility factor k (p,), which describes deviations from the behavior of ideal gases, approximately either viewed as constant or through defined non-linearities taken into account when determining the state variables p and T. If you put these sizes with the help of suitable measuring arrangements in mechanical deflections, then can tap their quotient as the output variable of a mechanical calculating gear.
In beiden Umwertungsverfahren steuert die exakt oder näherungsweise ermittelte Zustands zahl ein stetig verstellbares Getriebe, welches die Umdrehungen des Betriebsvolumenzählers proportional zu Z auf das Normvolumenzählwerk überträgt. In both conversion processes, the controls exactly or approximately determined state number a continuously adjustable gear, which the revolutions of the operating volume counter is transmitted proportionally to Z to the standard volume counter.
Dem Stand der Technik entsprechende Zustandsmengenumwerter mit Vergleichs gasen wie auch Geräte zur Nachbildung der Realgasgleichung erfordern einen hohen feinwerktechnischen Aufwand. Die Vielzahl mechanisch bewegter Teile unterliegt Verschleißerscheinungen, die langfristig Änderungen der Meßeigenschaften zur Folge haben können. State-of-the-art volume corrector with comparison gases as well as devices for simulating the real gas equation require a high precision engineering effort. The large number of mechanically moving parts are subject to wear and tear, which can result in long-term changes in the measurement properties.
Erfindungsgemäß wird im elektronischen Zustandsmengenumwerter nach dem Vergleichsgasprinzip der Rauminhalt der Vergleichsgasmenge von einem geeigneten Diaphragma erfaßt und über ein Federelement in die Zugbelastung eines Schwingdrahtes umgesetzt, aus dessen Schwingungsdauer ein entsprechend programmierter nichtlinearer Frequenz-Digital-Konverter nach P 24 21 816.4 im Takt der Durchflußzählersignale die Zustands zahl digital in Form eines Bitmusters ermittelt und einem elektronischen Addierwerk mit angeschlossenem Rollenzählwerk zur Registrierung der Uberläufe zuführt. According to the invention in the electronic volume corrector according to the reference gas principle, the volume of the reference gas quantity of a suitable Diaphragm detected and a spring element in the tensile load of an oscillating wire implemented, from its period of oscillation a correspondingly programmed non-linear Frequency-digital converter according to P 24 21 816.4 in time with the flow meter signals the status number is determined digitally in the form of a bit pattern and an electronic one Adding unit with connected roller counter for registering the overflows.
Bei dieser Erfassung des Vergleichsgasvolumens kann ein Diaphragma mit relativ kleinem Hub benutzt werden.When recording the reference gas volume, a diaphragm can be used with a relatively small stroke.
Auf der Basis verstimmbarer mechanischer Oszillatoren arbeftende Transmitter zeichnen sich durch einfachen Aufbau und hohe Langzeitstabilitit aus. Die Möglichkeit einer direkten digitalen Signalverarbeitung macht jede Nachjustierung der elektronischen Baugruppen überflüssig. On the basis of detunable mechanical oscillators working Transmitters are characterized by their simple structure and high long-term stability. The possibility of a direct digital signal processing makes every readjustment of the electronic assemblies superfluous.
In den analytischen Zusammenhang zwischen Schwingungsdauer und Zustands zahl vermag der nichtlineare Frequenz-Digital-Konverter individuelle Exemplarschwankungen des Schwingdrahttransmitters mit einzubeziehen. Mechanische Hilfsmittel und Maßnahmen zur Einjustierung der Schwingungsdauer können deshalb entfallen. In the analytical relationship between period of oscillation and state number is capable of the non-linear frequency-to-digital converter individual Variations in the oscillating wire transmitter must be included. Mechanical Aids and measures to adjust the period of oscillation can therefore omitted.
Bei Verwendung eines geeigneten Halbleitertyps in den elektronischen Baugruppen ist jeweils für eine Meßperiode eine Batterieversorgung möglich. Damit läßt sich der Umwerter unabhängig von einer Netzversorgung installieren. When using a suitable type of semiconductor in the electronic A battery supply is possible for each module for one measuring period. In order to the corrector can be installed independently of a mains supply.
Durch die Wahl geeigneter Schalter und einen entsprechenden Aufbau kann den Ex-Schutz-Bestimmungen Rechnung getragen werden. By choosing suitable switches and an appropriate structure the explosion protection regulations can be taken into account.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Prinzipanordnung von Schwingdrahttransmitter und nachgeschalteter Elektronik. Die dünn eingerahmten Schaltkreise können zweckmäßig auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet werden. Fig. 1 shows an example of the basic arrangement of vibrating wire transmitters and downstream electronics. The thinly framed circuits can be useful be arranged on a common printed circuit board.
Der im Sockel (10) befestigte und als Diaphragma wirksame Metallbalg (11) ist mit der frei beweglichen Kappe (12) verschlossen und enthält die Vergleichsgasmenge. Er taucht in das umzuwertende Gas, so daß sich bei vernachlässigbaren elastischen Rückstellkräften von Diaphragma und Federelement in seinem freien Innenraum Betriebsdruck und -temperatur des umzuwertenden Gases einstellen. Der zylindrische Ansatz von (10) legt den minimalen Rauminhalt, die Hülse (13) den maximalen Rauminhalt des Vergleichsgases fest. Durch (13) ist gleichzeitig ein mechanischer Schutz des Metallbalgs gewährleistet.The metal bellows fixed in the base (10) and acting as a diaphragm (11) is closed with the freely movable cap (12) and contains the reference gas quantity. It is immersed in the gas to be converted, so that when it is negligible elastic Restoring forces of the diaphragm and spring element in its free interior operating pressure and set the temperature of the gas to be converted. The cylindrical approach of (10) defines the minimum volume, the sleeve (13) the maximum volume of the Reference gas solid. At the same time, (13) provides mechanical protection for the metal bellows guaranteed.
Ober das Federelement (14) wird die jeweilige Auslenkung von (12) in eine Zugbelastung des Schwingdrahtes (15) umgesetzt. Dieser Draht verläuft durch die Lochsteine (16) und (17), die die Schwingungsknoten definieren, zur isolierenden elektrischen Durchführung (18).The respective deflection of (12) is determined via the spring element (14) converted into a tensile load on the vibrating wire (15). This wire runs through the perforated stones (16) and (17), which define the vibration nodes, for insulating electrical feedthrough (18).
Transversale mechanische Schwingungen von (15) im Feld des Permanentmagneten (19) induzieren im Schwingdraht eine Wechselspannung, die die elektronische Messung der Schwingungsdauer möglich macht.Transverse mechanical vibrations of (15) in the field of the permanent magnet (19) induce an alternating voltage in the oscillating wire, which makes the electronic measurement the period of oscillation makes possible.
Besteht der Schwingdraht aus einem Werkstoff der Dichte 9 und weist den Querschnitt q auf, dann beträgt bei dem Knotenabstand L und einer Zugbelastung durch die Kraft P die Schwingungsdauer transversaler mechanischer Grundschwingungen Der wirksame Querschnitt des den Schwingdraht über das Federelement (14) belastenden Metallbalgs (11) sei F; ist x die Auslenkung der Kappe (12) gegenüber dem zylindrischen Ansatz von (10), dann gilt für das Vergleichsgasvolumen V(x) = Vmin +xF Vmin ist hierbei der minimale Rauminhalt des Vergleichsgases.If the vibrating wire is made of a material of density 9 and has the cross section q, then with the node spacing L and a tensile load from the force P, the oscillation period of transverse mechanical fundamental oscillations is The effective cross section of the metal bellows (11) loading the vibrating wire over the spring element (14) is F; if x is the deflection of the cap (12) compared to the cylindrical extension of (10), then the following applies to the reference gas volume V (x) = Vmin + xF Vmin is the minimum volume of the reference gas.
Bei dieser Auslenkung übt das Federelement auf den Schwingdraht die Zugbelastung P(x) = D(x - xO) aus. D ist die Federkonstante von (14), xO diejenige Position der Kappe (12), bei welcher (14) kräftefrei ist. Die zugehörige Schwingungsdauer ergibt sich damit zu Dürfen die Federkonstanten von Federelement und Metallbalg vernachlässigt werden, dann gilt für die Zustands zahl V0 ~~~~~~~ Z(x) = V(x) = VminW+xF Wird diese Voraussetzung nicht erfüllt, dann ist zur Ermittlung der Auslenkung von (12) die Realgasgleichung zugrunde zu legen (s. Auslegungsbeispiel).With this deflection, the spring element exerts the tensile load P (x) = D (x - xO) on the vibrating wire. D is the spring constant of (14), xO that position of the cap (12) at which (14) is free of forces. The associated period of oscillation thus results in If the spring constants of the spring element and metal bellows can be neglected, then the following applies to the state number V0 ~~~~~~~ Z (x) = V (x) = VminW + xF If this requirement is not met, the deflection of (12) to be based on the real gas equation (see design example).
Da sich der Schwingdraht im Vergleichsgas bewegt, kommt es über eine Mitführung des den Draht umgebenden Gases zu einer geringfügigen effektiven Erhöhung der Drahtmasse pro Längeneinheit. Since the vibrating wire moves in the reference gas, it comes across a Entrainment of the gas surrounding the wire for a small effective increase the wire mass per unit length.
Dieser Effekt liegt im Promillebereich und läßt sich ebenso wie die Frequenzänderung auf Grund der Bewegungsdämpfung bei der von verterprogrammierung berücksichtigen.This effect is in the per mille range and can be just as much as the Frequency change due to the damping of movement in the von verterprogramming consider.
In an sich bekannter Weise kann durch Rückkopplung über eine zweipolige Oszillatorschaltung phasenrichtig zu den in (15) induzierten Signalen ein Strom aufgeprägt werden, der die Schwingungen des Drahtes entdämpft. Bei einem Batteriebetrieb des Umwerters ist jedoch im Interesse einer Energieersparnis ein einmaliger Anstoß des Schwingdrahtes und eine Registrierung der gedämpften freien Schwingungen vorzuziehen. In a manner known per se, by means of feedback via a two-pole Oscillator circuit in phase with the signals induced in (15) a current be impressed, which undamped the vibrations of the wire. With battery operation of the corrector, however, is a one-time impetus in the interest of saving energy of the vibrating wire and a registration of the damped free vibrations.
Den einmaligen Anstoß durch einen Stromimpuls leitet der über Drehmagnet (20) und Reedschalter (21) vom Durchflußzähler getriggerte Univibrator (22) ein, der den zur Impulsanpassung vorgesehenen Treiber (23) ansteuert. Parallel hierzu gelangt das Univibratorsignal zum Tor (24) und zum nichtlinearen Frequenz- Digital-Konverter (25). Der Konverter wird durch dieses Signal betriebsbereit gemacht und das Tor für die Signaldauer gesperrt. The one-time impulse from a current pulse is transmitted via the rotary magnet (20) and reed switch (21) triggered by the flow meter univibrator (22), which controls the driver (23) provided for pulse matching. In parallel with this the univibrator signal reaches the gate (24) and the non-linear frequency Digital converter (25). The converter and the gate are made ready for operation by this signal locked for the duration of the signal.
Bei einer entsprechend gewählten Anstiegszeit des Treibers kann der Start impuls des Schwingdrahtes nicht zum Konverter gelangen.With an appropriately selected rise time of the driver, the The start impulse of the vibrating wire did not reach the converter.
Nachdem das Tor wieder geöffnet wurde, erreichen die gedämpften Wechselspannungssignale über den Verstärker (26) den Konverter, der sie entsprechend seiner Programmierung zur Zustandszahl als Funktion der Schwingungsdauer verarbeitet.After the door has been opened again, the attenuated AC voltage signals reach via the amplifier (26) the converter, which it according to its programming processed to the state number as a function of the period of oscillation.
Die Beendigung des Konversionsprozesses signalisiert der Spannungspegel (1), der Addierwerk (27) und Display (28) zur Ubernahme des geeignet kodierten Ergebnisses (2) veranlaßt. Jeweils beim Uberlauf der werthöchsten Stufe des Addierwerks wird das Normvolumenzählwerk (29r) über die elektromagnetisch aktivierte Kupplung (30) für einen Vorschub um eine Einheit der wertniedrigsten Stufe mit dem Durchfluß zähler verbunden. Die Entkupplung erfolgt selbsttätig auf mechanischem Wege. Die Belastung der Batterie ist bei einer solchen Betriebsweise niedriger als bei Verwendung eines Impulszählwerks zur Anzeige des Normvolumens. The end of the conversion process is signaled by the voltage level (1), the adder (27) and display (28) for accepting the suitably coded result (2) caused. Each time the highest level of the adder overflows the standard volume counter (29r) via the electromagnetically activated clutch (30) for an advance of one unit of the lowest level with the flow counter tied together. The decoupling takes place automatically by mechanical means. The load the battery is lower in this mode of operation than when using a Pulse counter for displaying the standard volume.
Der Display (28), ein Leuchtdioden- oder Flüssigkristallsystem, zeigt die jeweils zuletzt ermittelte Zustandszahl an. Zur Energieersparnis ist die Zuleitung des Ansteuersignals (1) normalerweise durch den Reedschalter (31) unterbrochen. Er kann durch einen druckknopfbetätigten Magneten (nicht gezeichnet) geschlossen werden, falls eine Ablesung gewünscht wird. The display (28), a light-emitting diode or liquid crystal system, shows the last determined condition number. The supply line is used to save energy of the control signal (1) is normally interrupted by the reed switch (31). It can be closed by a push-button operated magnet (not shown) if a reading is desired.
Der Konverter überwacht bei jeder Signalverarbeitung, ob die Schwingungsdauer von (15) innerhalb des vorgesehenen Meßbereichs liegt. Wird sie über- oder unterschritten, erscheint ein entsprechendes Signal (3). Es kann jedoch außer auf eine Bereichsüberschreitung auch auf eine Funktionsstörung des Umwerters hinweisen. Im Display werden durch das Signal Flipflops gesetzt, die beim Betätigen von (31) entsprechende Anzeigelampen aufleuchten lassen. Die Uberwachungsanordnung ist so aufgebaut, daß diese Abfrage die Flipflops in ihren Ruhezustand überführt. Damit läßt sich prüfen, ob Bereichüberschreitungen oder Störungen noch anstehen bzw. erneut auftreten. Wie bei mechanischen Umwertern werden im Falle einer Bereichsüberschreitung die Bereichsgrenzen Zmax / Zmin für den Zählwerksfortschritt zugrunde gelegt. With every signal processing, the converter monitors whether the period of oscillation of (15) is within the intended measuring range. If it is exceeded or not reached, a corresponding signal appears (3). However, it can save on an out of range also indicate a malfunction of the corrector. The display shows the flip-flops signal is set, the corresponding indicator lights when (31) is pressed light up. The monitoring arrangement is constructed in such a way that this query put the flip-flops into their idle state. This can be used to check whether the range is exceeded or faults are still pending or recur. As with mechanical correctors If the range is exceeded, the range limits Zmax / Zmin for based on the counter progress.
Zur laufenden Uberwachung akkumuliert das Rollenzählwerk (32) das vom Durchflußzähler registrierte Betriebsvolumen. For ongoing monitoring, the roller counter (32) accumulates the operating volume registered by the flow meter.
Wird die Batterie (33) entfernt oder neu eingesetzt, ist der Reedschalter (34) offen. An den Kontaktstellen der Batteriepole können sich also keine Funken bilden. Der Schalter wird durch einen Schwenkmagneten in der Verschlußkappe des Batteriegehäuses nur dann betätigt, wenn die Pole sicheren Kontakt haben. If the battery (33) is removed or reinserted, the reed switch is used (34) open. This means that no sparks can form at the contact points of the battery poles form. The switch is operated by a swivel magnet in the cap of the Battery housing is only actuated when the poles have secure contact.
Werden keine Halbleiterbauelemente verwendet, die ihren Schaltzustand über kürzere Versorgungsausfälle hinweg aufrecht zu erhalten vermögen, muß ein geeignet dimensionierter Kondensator während eines Batterieaustausches die Versorgung der Elektronik sicherstellen. Er kann zweckmäßig so ausgelegt werden, daß zudem mindestens eine Kupplungsbetätigung möglich ist. If no semiconductor components are used that change their switching state To be able to maintain it over shorter supply failures, a suitable dimensioned capacitor during a battery replacement the supply of the Ensure electronics. It can be expediently designed so that, in addition, at least clutch actuation is possible.
Im folgenden Auslegungsbeispiel werden für das relativ methanreiche Löningen-Menslage-Erdgas die systematischen Meßfehler des Zustandsmengenuswerters als Funktion der Zustandsvariablen bestimmt. In the following design example, the relatively methane-rich Löningen-Menslage-Erdgas the systematic measurement errors of the quantity evaluator determined as a function of the state variables.
Betriebsdruck und -temperatur sollen innerhalb der Bereiche p = 3
- 6 ata o = O - 30 C liegen. Mit den für dieses Erdgas tabelliert vorliegenden Kompressibilitätszahlen
k(p,) ergeben sich die in Tab. 1 aufgeführten Zustandszahlen Z(p,?)
Balgaußendurchmesser 50 mm axiale Federkonstante 2 kp/mmW.Bellows outer diameter 50 mm, axial spring constant 2 kp / mmW.
Wellenlänge 4mm wirks. Balgquerschnitt 13.1 cm2 Wellenzahl 1 - Rechendruck 3 atü 2 Bei einem Rechendruck von 3 atü sind keine besonderen Schutzmaßnahmen für eine Belüftung der Gasleitung erforderlich.Wavelength 4mm effective. Bellows cross-section 13.1 cm2 wave number 1 - calculation pressure 3 atü 2 With a rake pressure of 3 atü there are no special protective measures for ventilation of the gas line is required.
Als Federelement (14) findet eine druckbelastete St-Schraubenfeder mit folgenden Daten Verwendung: Außendurchmesser 5.8 mm Windungszahl 8 Drahtdurchmesser 0.7 mm Federkonstante 0.1576 kp/mm St-Schubmodul 8200 kp/mm2 Für den 0.2 mm # - Federstahl-Schwingdraht (15) wird als Knotenabstand L=57mm festgelegt. A compression-loaded St helical spring is used as the spring element (14) with the following data use: outer diameter 5.8 mm number of turns 8 wire diameter 0.7 mm spring constant 0.1576 kp / mm St-shear module 8200 kp / mm2 For the 0.2 mm # - Spring steel vibrating wire (15) is defined as the node distance L = 57mm.
Durch geeignete Einbauten im Inneren des Metallbalgs läßt sich ein minimales Vergleichsgasvolumen von Vmin = 2.213 cm3 erreichen; die Kappe (12) liegt hierbei auf dem zylindrischen Ansatz von (10) auf. Eine Gasfüllung mit V0=12.825 Norm-cm3 Löningen-Menslage-Gas ergibt diese Position als Gleichgewichtslage für p = 6 ata # = 0 °C Bei 0.71 mm Vorspannung des Federelementes ist die zugehörige Schwingungsdauer von (15) tmax =1.709msec. Suitable fixtures in the interior of the metal bellows can be used achieve minimum reference gas volume of Vmin = 2,213 cm3; the cap (12) lies here on the cylindrical extension of (10). A gas filling with V0 = 12,825 Norm-cm3 Löningen-Menslage-Gas results in this position as the equilibrium position for p = 6 ata # = 0 ° C At 0.71 mm preload of the spring element, the associated Period of oscillation of (15) tmax = 1,709 msec.
Eine Auslenkung des Metallbalgs um A = 1.897 mm ergibt das maximale Vergleichsgasvolumen Vmax =4.698 cm3 und die Gleichgewichtslage für p = 3 ata 4= = 30 °C Die zugehörige Schwingungsdauer ist jetzt tmin = 0.892 msec , so daß t nahezu eine Oktave überdeckt. A deflection of the metal bellows by A = 1,897 mm results in the maximum Reference gas volume Vmax = 4,698 cm3 and the equilibrium position for p = 3 ata 4 = = 30 ° C The associated period of oscillation is now tmin = 0.892 msec, so that t is almost covers an octave.
Wegen der elastischen Rückwirkung von Metallbalg und Federelement ist die Zustandszahl nur bei einer mittleren Gastemperatur # exakt nachbildbar. Mit # = 18 °C lassen sich die folgenden Zusammenhänge zwischen t2, p und Z herleiten: 10.770331 0.2361337 P = 2.0668902+1 - t2 + 0.1776444 t2 1 Z = 1.1042379 - 0.00256 p Diese Beziehungen wurden bei der Aufstellung der Tab. 2 zugrunde gelegt. Because of the elastic reaction of the metal bellows and spring element the number of states can only be reproduced exactly at an average gas temperature #. With # = 18 ° C, the following relationships between t2, p and Z can be derived: 10.770331 0.2361337 P = 2.0668902 + 1 - t2 + 0.1776444 t2 1 Z = 1.1042379 - 0.00256 p These relationships were used as the basis for the compilation of Table 2.
Tab. 2 enthält ein Programmierungsbeispiel für den nichlinearen Frequenz-Digital -Konvert er zur digitalen Ermittlung der Zustandszahl Z. Die Zustands zahl wird hierbei als Ergebnis eines durch die Schwingungsdauer t bzw. ein ganzzahliges Vielfaches kt begrenzten Additionsvorgangs mit abschnittsweise konstanten aus einem programmierbaren Festwertspeicher stammenden Summanden erhalten. Tab. 2 contains a programming example for the non-linear frequency digital -Converter for digital determination of the State number Z. The state number is here as the result of a through the period of oscillation t or an integer Multiple kt limited addition process with section-wise constants from one programmable read-only memory received summands.
Legt man als Zeitbasis k = 5 Schwingungsdauern zugrunde, dann entspricht bei einem 2MHz-Additionstakt die Zeitspanne tmin bis 1.9184tmin , die den gesamten Schwingungsdauerbereich überdeckt, 32 Linearabschnitten zu je 256 Additionsschritten. Nach jeweils 256 Schritten schaltet die Adressierung auf die nächste Speicherplatzgruppe im Festwertspeicher weiter und die Steigung der Linearapproximation kann sich ändern. If k = 5 periods of oscillation are used as the time base, then corresponds to with a 2MHz addition clock, the time span tmin to 1.9184tmin, which covers the entire Oscillation duration range covered, 32 linear sections with 256 addition steps each. After every 256 steps, the addressing switches to the next storage group in the read-only memory and the slope of the linear approximation can change.
Das Addierwerk besteht aus 8 Binärstufen für die Summanden aus dem Festwertspeicher und 4 nachgeschalteten BCD-Stufen, die vom Uberlauf der werthöchsten Binärstufe gespeist werden. An den dreistelligen Display ist die wertniedrigste BOD - Stufe nicht mit angeschlossen. The adder consists of 8 binary levels for the summands from the Read-only memory and 4 downstream BCD levels, the overflow of the most valuable Binary stage are fed. The three-digit display is the one with the lowest value BOD stage not connected.
Spalte 1 der Tab. 2 enthält die Punkte tv /tmin einer relativen Zeitskala, wo die Adressierung des Festwertspeichers weiterschaltet. In Spalte 2 sind die Werte Z, Z(t,) aufgeführt, die für die Betriebstemperatur 6= 18°G exakt gültig sind und die elastischen Rückwirkungen von Metallbalg und Federkörper berücksichtigen. Spalte 3 enthält die Rundung von Z, auf vier Dezimalen. Column 1 of Table 2 contains the points tv / tmin on a relative time scale, where the addressing of the read-only memory continues. In column 2 are the values Z, Z (t,), which are exactly valid for the operating temperature 6 = 18 ° G and take into account the elastic repercussions of the metal bellows and the spring body. split 3 contains the rounding of Z to four decimal places.
Diese Werte (Z stehen in den BCD-Stufen nach jeweils 256 Additionstakten mit konstanten Summanden. Spalte 4 gibt die Differenzen t(Z> wieder; hieraus lassen sich unmittelbar die in Spalte 5 verzeichneten binären Inhalte des Festwertspeichers herleiten.These values (Z are in the BCD levels after 256 addition cycles with constant summands. Column 4 gives the differences t (Z> again; from this the binary contents of the read-only memory listed in column 5 can be viewed directly derive.
Spalte 6 schließlich enthält die relativen Fehler ## = (Z#) - Z# Z# der Zustandszahlen für die 32 Stoßstellen der linearen Approximation; sie liegen zwischen +0.16 # und -0.13%o.Finally, column 6 contains the relative errors ## = (Z #) - Z # Z # the state numbers for the 32 joints of the linear approximation; they lay between +0.16 # and -0.13% o.
Anfangswert und Basiswert des nichtlinearen Frequenz-Digital-Konverters
(s. P 24 21 816.4) sind bei dieser Programmierung A = -8920,o = -10001011011000,
B = 2.621,o = 0010.0110 0010 O001XCD Tab. 3 zeigt für die ausgewählten Betriebsdrucke
und -temperaturen die Nachbildung der Zustandszahlen durch den Umwerter.
Fig. 2 zeigt den Zusanirnenhang zwischen 5 und Z gemäß Tab. Fig. 2 shows the connection between 5 and Z according to Tab.
2. Detail A gibt, stark vergrößert und mit übertrieben unterschiedlichen Stufenbreiten dargestellt, die Stoßstelle zweier Approxi mationsabschnitte wieder.2. Detail A gives, greatly enlarged and with exaggerated differences Step widths shown, the joint between two approximation sections again.
Fig. 3 ist ein Beispiel für die technische Ausführung eines Schwingdrahttransmitters mit Vergleichsgasfüllung. An Stelle des Metallbalgs wird hier ein geschweißtes Membranbalg-System (11) verwendet; im Interesse einer deutlichen Darstellung ist der Membranabstand zu groß gezeichnet. Die Verbindungen zum Sockel (10) und zur Kappe (12) bilden gleichfalls Schutzgas-Schweißnähte. Fig. 3 is an example of the technical implementation of an oscillating wire transmitter with reference gas filling. Instead of the metal bellows, a welded diaphragm bellows system is used here (11) used; The membrane spacing is in the interest of a clear representation drawn too big. The connections to the base (10) and to the cap (12) also form Inert gas welds.
Hülse (13) und Sockel (10) sind mit Hilfe eines Feingewindes gegeneinander axial verstellbar. Zwei radiale Nuten in (13) ermöglichen den Einsatz eines hierfür geeigneten Einstellwerkzeugs.Sleeve (13) and base (10) are against each other with the help of a fine thread axially adjustable. Two radial grooves in (13) allow the use of one for this suitable adjustment tool.
Durch eine Lage Sicherungslack auf dem Gewindean satz kann die so einstellbare maximale Membranauslenkung fixiert werden. Eine Reihe von Bohrungen längs des Umfangs von (13) gewährleistet eine hinreichende Umspülung des Membranbalgs durch das umzuwertende Gas.With a layer of locking varnish on the thread attachment, the so adjustable maximum membrane deflection can be fixed. A series of holes along the circumference of (13) ensures sufficient flushing of the diaphragm bellows by the gas to be converted.
Das Federelement (14) besteht aus gehärtetem und in geeigneter Weise angelassenem Werkzeugstahl. In einen auf diese Weise einer Wärmebehandlung unterzogenen hohl zylindrischen Rohling wird eine schraubenlinienförmige Nut eingeschliffen. Es entsteht so eine auf Druck belastbare Schraubenfeder, die durch die fehlende Kaltverformung ein weitgehend hysteresefreies und langzeitstabiles mechanisches Verhalten zeigt. Das eine Ende des Federelementes läuft in einen Bund aus, der in eine Ausdrehung der Kappe (12) eingebördelt ist; das andere Ende trägt einen röhrenförmigen Ansatz, in den der Schwingdraht (15) eingelötet ist.The spring element (14) is made of hardened and suitable tempered tool steel. In one subjected to heat treatment in this way A helical groove is ground into a hollow cylindrical blank. The result is a helical spring that can withstand pressure, which is due to the lack of Cold forming a largely hysteresis-free and long-term stable mechanical Behavior shows. One end of the spring element ends in a collar that is in a recess of the cap (12) is crimped; the other end carries a tubular Approach into which the oscillating wire (15) is soldered.
Ebenso wie in der gasdichten isolierenden elektrischen Durchführung (18) ist der Schwingdraht auch in dem röhrenförmigen Ansatz von (14) leicht außermittig eingelötet, derart, daß (15) definiert in den die Lage der Schwingungsknoten bestimmenden Lochsteinen (16) und (17) aufliegt. Der Lochstein (16) ist in eine Ausdrehung von (10) eingebördelt; der Lochstein (17) ist in entsprechender Weise in dem in einen zylindrischen Ansatz von (10) eingepreßten Zwischenstück (35) gehaltert. Um Kerbwirkungen vom Schwingdraht fernzuhalten, sind die Außenkanten der Bohrungen in (16) und (17) verrundet (s. Detail Schwingdrahtführung).Just like in the gas-tight, insulating electrical bushing (18) the oscillating wire is also slightly off-center in the tubular extension of (14) soldered in such a way that (15) defines the position of the oscillation nodes Perforated stones (16) and (17) rests. The perforated stone (16) is in a recess of (10) crimped; the perforated stone (17) is in a corresponding manner in the one cylindrical extension of (10) pressed-in intermediate piece (35) supported. About notch effects keep away from the vibrating wire, the outer edges of the holes in (16) and (17) rounded (see detail of vibrating wire guide).
Der Magnet besteht aus den in zwei Langlöcher von (10) eingelassenen quermagnetisierten Ferritteilen (19.1) und der auf (10) gepreßten Rückschlußhülse (19.2) aus Weicheisen. Wegen der Verwendung identischer Teile sind die Polflächen von (19.1) entsprechend dem Innendurchmesser von (19.2) leicht ballig.The magnet consists of the two slots in (10) transversely magnetized ferrite parts (19.1) and the return sleeve pressed onto (10) (19.2) made of soft iron. Because of the use of identical parts, the pole faces are of (19.1) is slightly convex corresponding to the inner diameter of (19.2).
Der mit einer Längsnut versehene Gewindestift (36) drückt mit seiner polierten verrundeten Spitze auf das Plättchen (37) aus Reinaluminium, welches eine Bohrung in (10) hermetisch verschließt. Über diese Bohrung erfolgt bei lose eingeschraubtem Gewindestift nach vorangegangener Evakuierung des Systems die Vergleichsgasfüllung des Transmitters in einer entsprechend temperierten und auf den gewünschten Druck eingestellten Vergleichsgasatmosphäre. Mit einem in diese Atmosphäre ragenden Werkzeug wird (36) sodann festgezogen und schließt über (37) das Vergleichsgasvolumen im Membranbalg gasdicht ein. Ein Tropfen Sicherungslack, der in die Längsnut von (36) gebracht wird, fixiert die Metalidichtung in dieser Position.The threaded pin (36) provided with a longitudinal groove presses with his polished rounded tip on the plate (37) made of pure aluminum, which is a The bore in (10) is hermetically sealed. This hole is used when the screw is loosely screwed in Refill the reference gas filling after the system has been evacuated of the transmitter in a suitably tempered and to the desired pressure adjusted reference gas atmosphere. With one in this atmosphere The protruding tool is then tightened (36) and closes the reference gas volume via (37) gastight in the diaphragm bellows. A drop of locking varnish in the longitudinal groove of (36) is brought, fixes the metal seal in this position.
Eine Heliumbeimengung des Vergleichsgases ermöglicht eine empfindliche Dichtigkeitsprüfung mit Hilfe eines massenspektrometrischen Lecksuchgerätes.Adding helium to the reference gas enables a sensitive Leak test with the help of a mass spectrometric leak detector.
Gezeichnet ist der Schwingdrahttransmitter in Einbaulage; am Endflansch des Halterohres (38) befestigt, taucht er in das umzuwertende Gas ein. Soll die Steckverbindung (39) außerhalb der Gasatmosphäre liegen, ist der Dichtungsring (40) erforderlich.The oscillating wire transmitter is shown in the installation position; at the end flange attached to the holding tube (38), it is immersed in the gas to be converted. Should the Plug connection (39) are outside the gas atmosphere, the sealing ring (40) necessary.
Der Transmitter enthält keine mechanischen Justiereinrichtungen zur Beeinflussung der Schwingungsdauer und bedarf auch keiner engen Fertigungstoleranzen bei seiner Herstellung, da alle Exemplarschwankungen über eine individuelle Programmierung des nichtlinearen Frequenz-Digital-Konverters mit berücksichtigt werden können. Diese Programmierung läßt sich auf einem vollautomatisch arbeitenden Eichstand vornehmen und erfordert kein qualifiziertes Personal. The transmitter does not contain any mechanical adjustment devices Influence the period of oscillation and does not require any tight manufacturing tolerances during its manufacture, since all specimen fluctuations are individually programmed of the non-linear frequency-to-digital converter can also be taken into account. This programming can be done on a fully automatic calibration stand and does not require qualified personnel.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0311238A1 (en) * | 1987-08-12 | 1989-04-12 | Schlumberger Industries Limited | Gas flow correction sensor |
-
1976
- 1976-07-28 DE DE19762633859 patent/DE2633859A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0311238A1 (en) * | 1987-08-12 | 1989-04-12 | Schlumberger Industries Limited | Gas flow correction sensor |
US5048323A (en) * | 1987-08-12 | 1991-09-17 | Schlumberger Indusrtries Limited | Fluid metering |
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