DE3003599A1 - Messystem - Google Patents

Description

Μ» Η. November 18

Dr.Rl/Be

23. Januar 1980

Meßsystem

Die Priorität der Anmeldung Nr. 010 058 vom 7. Februar 1973 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die entsprechend einer oder mehrerer Eigenschaften eines Fließstoffes analoge oder digitale Ausgangssignale erzeugt» Die ■ Erfindung betrifft insbesondere ein Meßsystem, mit dem die Dichte und/oder die Strömungsrate gemessen wezaen kann«

Es ist bekannt, einen Differenzdruckmesser an einer ölfnung in dem Rohrteil anzubringen, um die Strömungsrate eines Fließstoffes in . diesem Teil zu bestimmen« Die auf diese Weise bestimmte Strömungsgeschwindigkeit kann ungenau sein, i^enn die Dichte des Fließstoffes mit der Zeit variiert«

Es ist ferner bekannt, einen Schaufelraddarehflußmesser an einer Lochplatte zu befestigen, ohne die Vorteile auszunutzen, die mit der Verwendung eines Differenzdruckmessers gegeben sind.

Um die genannten Nachteile zu beseitigen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, zur Bestimmung der Strömungsrate oder der Dichte bzw. zur Bestimmung dieser Eigenschaften getrennt, wechselweise oder gleichzeitig einen Schaufelraddurchflußmesser mit einem Differenzdruckxnesser zu kombinieren.

Die Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In ihr stellen dar«
30

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Fig. 1 einen Schnitt durch Teile des erfindungsgemäßen Aufbaus,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung und

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Alternativform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist das Rohrteil 10 mit der daran befestigten Lochplatte gezeigt, an der ein herkömmlicher Differenzdruckmesser 12 befestigt ist. Der Differenzdruckmesser 12 erzeugt ein der Differenz Δ ρ zwischen den Drücken in den Rohren 15 und 16 analoges Signal (Spannung oder Strom), an der Ausgangsleitung 12'. Ähnlich ist ein Schaufelraddurchflußmesser 13 an der Lochplatte 11 befestigt. Der Schaufelraddurchflußmesser 13 erzeugt Impulse in der Ausgangsleitung 13' mit der Frequenz f₁, die proportional der Strömungsrate sind. Die Strömungsrichtung kann in dem Rohrabschnitt 10 beliebig sein, fließt die Strömung jedoch in Richtung des Pfeiles 14, so sind die Rohre 15, 16 und 17 Einlaßrohre und das Rohr 18 das Auslaßrohr. Die Rohre 15 bis 18 stehen in Verbindung mit dem Fließstoff in dem Rohrabschnitt 10 über die zu diesem offenen Enden 19, 20, 21 und 22.

Die Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung nach den Fig. 2 und 3 arbeitet wie folgt:

Es ist bekannt, daß das Quadrat der Strömungsgeschwindig

2
keit V _ in dem Rohrabschnitt 1

Gleichung definiert werden kann

2
keit V _ in dem Rohrabschnitt 19 durch die nachstehende

v²o

wobei K eine Konstante ist,

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g die Erdbeschleunigung und

ά die Dichte des Fließstoffes in dem Rohrabschnitt 10«

Es ist ferner bekannt, daß das Quadrat der Strömungsge-

schindigkeit V₁ in den Einlaß- und Auslaßrohren 17 und

18 des Schaufelraddurchflußmessers der folgenden Gleichung entspricht

*? ■

(2)

worin K₁ eine andere Konstante ist- Damit ergibt sich

(3)

V.

K.

1/2

Wie bereits erwähnt, ist auch bekannt, daß

(4)

^f1 - ^K2^V1

(5)

wobei K, eine Konstante ist» Somit

^f1 *

K₂V₂

K,

1/2

(β)

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-b-

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löst man (1) nach Δρ

2gK

(7)

somit aus (6) und (7)

_Δρ =

^f1 ~

(K₂V₀) (K₁) 1/2

(8)

(9)

15 wobei

K-

(K₀K₁)

-1/2

2gK,

(10)

A = dv

(11)

m ist die Rate der Strömungsgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, daß Verhältnis

Δρ

^f1

(12)

ist direkt proportional der Strömungsgeschwindigkeit in dem Rohrabschnitt 10.

Man erkennt, daß das Verhältnis (12) auf Impulsgruppen übertragen werden kann, zählt man diese dann, so wird die

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/■

ο ÄÄ ο

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Gesamtzahl direkt proportional der Gesamtströmung.

unter Verwendung von Gleichung (8) ergibt sich

2 2 , V^

£ O

(13)

K„d

(14)

wobei

(15)

somit ist das Verhältnis

Ap

(16)

direkt proportional der Dichte d des Fließstoffes.

Ausbildungsform nach Fig„ 2

O O

Der Differenzdruckmesser 12 in Fig» 2 entspricht dem Differenzdruckmesser 12 in Fig» 1 genauso wie der Schaufelraddurchflußmesser 13⁰⁰ in Fig„ 2 dem Schaufelraddurchflußmesser 13 in Fig. 1 entspricht»

In Fig» 2 liegt ein Analog-Digital-Wandler 23 zwischen dem

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Differenzdruckmesser 12'' und dem einstellbaren Frequenzteiler 24, der die in der Leitung 25 auftretenden Impulse entsprechend der Digitalziffern herabteilt.

Der Schaufelraddurchflußmesser 13'· betreibt eine Teilerschaltung, die die Gatter 27 und 28 wechselweise öffnet und es dadurch ermöglicht, daß Impulse vom Taktgeber 29 in den Zähler 30 und den einstellbaren Frequenzteiler 31 gelangen.

Das Gatter 27 ist über die Leitung 32 mit den Zähler 30 verbunden, wobei auf ihr der Verbindungspunkt 33 zum Kontakt 34 des Schalters 35 hin liegt. Der Schalter 35 ist ein einpoliger Umschalter mit dem Kontaktarm 36 und dem Kontakt 37, der über die Leitung 40 am Ausgang des einstellbaren Frequenzteilers 31 liegt. Der Kontaktarm 36 ist mit der Eingangsleitung 25 des einstellbaren Frequenzteilers 24 verbunden.

Die Ausbildungsform nach Fig. 2 arbeitet wechselweise, so daß sie entweder die Strömungsrate Oder die Dichte angibt. Bei der gezeigten Stellung des Schalters 35 zeigt das Anzeigegerät die Dichte an. Befindet sich der Schalter 35 in der nichtgezeigten Stellung, so wird die Strömungsrate registriert.

Die Zahl der das Gatter 27 passierenden Impulse ist proportional der Periode T₁ vom f₁, wobei Gleichung 17

Δρ

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berechnet durch

(IS)

wenn die gespeicherte Zahl im Zähler 30 proportional T. und die Zahl der Impulse in der Leitung 39 ebenfalls proportional T₁ ist» Damit ist das Ausgangssignal in der Leitung 14 des einstellbaren Frequenzteilers proportional

T₁. Diese Impulse werden in dem einstellbaren Frequenz*- teiler 24 durch eine Zahl herabgeteilt, die proportional Äp ist.

Entsprechend der Stellung des Schalters 35 muß eine Schaltermatrix 41 üblicherweise von Hand gesetzt werden= Gegebenen-IS falls kann mittels der Matrix 41 das System nach Fig« 2 empirisch für jede Stellung des Schalters 35 geeicht werden» Die Schaltmatrix 41 legt lediglich die genaue Konstante fest (ζ- B. proportional K₄), so daß das Anzeigengerät exakt in herkömmlichen Masseeinheiten pro Zeiteinheit oder Masseeinheiten pro Volumeneinheit für die gezeigte oder nicht gezeigte Stellung des Schalters 35 die Werte angibt.

Die Ausgangsschaltung 43 besteht aus dem Zähler 44, der Matrix 45 , dem Speicherregister 46 und der Anzeigevorrichtung 48» Die Ausgangsschaltung 43 kann der herkömmlichen Bauweise entsprechen» Eine beliebige Schaltung, die den Zähler auf den neusten Stand bringt, kann davor verwendet werden. Der Multivibrator 47 stellt den Zähler 44 knapp nach dem Ausgangsimpuls der Differenzierschaltung 48 zu= rückt. Die Differenzierschaltung 48 betreibt die Prüfmatrix 45 und setzt den Zähler 30 zurück» Sowohl der Multivibrator 47 wie die Differenzierschaltung 48 werden über die Leitung 49 in Gang gesetzt..

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M. H. November - 18 Betrieb der Ausbildungsform nach Fig. 2.

Um das Anzeigegerät 38 in die Lage zu versetzen, die Dichte anzuzeigen, wird der Schalter 35 in die gezeigte Stellung gebracht. Der Zähler 30 registriert einen Wert proportional T₁. Das Ausgangssignal des Gatters 28 ist eine Reihe von Impulsen, die ebenfalls T₁ proportional sind. Das Ausgangssignal des einstellbaren Frequenzteilers 31 ist dann pro-

2
portional T₁. Die Ausgangssignale der einstellbaren Frequenzteiler 24 und 42.die zusammen mit der Schaltmatrix das Anzeigegerät 38 setzen, so daß es die Durchflußmenge pro Volumeneinheit anzeigt, sind aufgrund des Eingangssignales Δρ

2
vom Wandler 23 proportional T₁ Ap .

1 -. ■

T₁ = ψ— (20)

^{1 r}1

sind die Ausgangssignale der einstellbaren Frequenzteiler 24 und 42 proportional

ΔΡ

wobei

-γ- = K₄d (22)

siehe Gleichung (14)_yund die Ausgangssignale der einstellbaren Frequenzteiler 24 und 42 sind proportional der

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Dichte des in dem Rohrabschnitt 10 (Fig. 1) vorhandenen Fließstoffes ο

Jeder einzelne in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Block entspricht der herkömmlichen Art, während es für die Kombination derselben nicht zutrifft. Darüberhinaus kann die Ausgangsschaltung 43 in Fig. 2 ein herkömmlicher Zähler .gum Einstellen des neuesten Standes sein. o_er zähler 44 zählt die Ausgangssignale des einstellbaren Frequenzteilers 42 und wird durch den Multivibrator 47 zurückgestellt, sobald der Ausgangsimpuls an der Leitung 49 liegt. Die Differenzierschaltung 48 überträgt den Inhalt des Zählet über die Gattermatrix 45 auf das Speicherregister 46 vor der Rückstellung des Zählers 44. Die Differenzierschaltung 4 stellt auf den Zähler 30 zurück.

"Wird der Schaltarm 36 an den Kontakt 34 gelegt, so ist die Zahl der in das Gatter 27 gelangenen Impulse proportional T₁ und das jeweilige Ausgangssignal der einstellbaren Frequenzteiler 24 und 42 ist proportional T-, Ap oder Gleichung (23) und damit proportional der Strömungsrate. Siehe Gleichung (9).

Die Ausbildungsform nach Fig. 3.

Neben der Dichte kann auch die Strömungsrate oder die Gesamtströmungsrate bestimmt werden. Lediglich eine dieser drei Eigenschaften läßt sich gegebenenfalls durch ein einziges System bestimmen. Jeweils zwei oder alle drei dieser Eigenschäften können wechselweise durch Schalter oder dergleichen festgehalten werden. Außerdem kann man zwei oder alle drei gleichzeitig erhalten. Es gibt natürlich auch noch andere Kombinationen von Eigenschaften, die hierin nicht genannt wurden, die aber dem Fachmann bekannt sind, der auf dem Gebiet tätig ist.

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Unabhängig vom oben gesagten werden einzelne der Systeme und Kombinationen nachstehend kurz beschrieben:

Zur Bestimmung der Dichte allein kann die Leitung 40 mit der Leitung 25 verbunden werden, Schaltung 35 weggelassen und die Verbindung zwischen Anschlußpunkt 33 und Kontakt 34 in Fig. 2 ebenfalls weggelassen werden.

Soll nur die Strömungsrate bestimmt werden , so legt man die Leitung 25 an den Verbindungspunkt 33 und läßt den Schalter 35, das Gatter 28, den Zähler 30 sowie den einstellbaren Frequenzteiler 31 mit der Ausgangsleitung 40 weg.

Ein zusätzlicher Zähler mit einer Schaltmatrix und einem einstellbaren Frequenzteiler kann an die Ausgangsleitung 42^f des einstellbaren Frequenzteilers 42 zum Anzeigen der Gesamtströmungsrate angeschlossen werden, wobei gegebenenfalls die Dichte auch angezeigt wird und die Ausgangsschaltung 43 vorhanden sein kann oder auch nicht. Zur Bestimmung der Gesamt Strömungsrate wird die Stellung gewählt, in der der Kontaktarm 36 an dem Kontakt 34 liegt.

Wie Fig. 3 zeigt, kann jede beliegige Kombination als Dichte, Strömungsrate und Gesamtströmungsrate gleichzeitig angezeigt 5 werden.

Der Differenzdruckmesser 50, der Analog-Digital-Wandler 58, der Schaufelraddurchflußmesser 51, der Zähler 52, der Taktgeber 53, das Gatter 54, das Gatter 55, der Zähler 56 und der einstellbare Frequenzteiler 57 können mit den in Figο 2 gezeigten Geräten wie dem Differenzdruckmesser 12^s", dem Analog-Digital-Wandler 22 dem Schaufelraddurchflußmesser 13", der Teilerschaltung 26, dem Taktgeber 29, dem Gatter 27 und 28, dem Zähler 30 und dem einstellbaren Frequenzteiler identisch sein. Eine ODER-Gattermatrix 59 liefert Δρ an die

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beiden einstellbaren Frequenzteiler 60 und 61 zur Festlegung von Ί? Ap und T., Ap =

Die Schaltermatrix 41 und 62 in den Figuren 2 und 3 kann verändert werden,so daß die Zähler für die Gesamtmenge (nicht in Fig= 2, aber in Fig= 3) die gewünschte Anzeige der Gesamtströmungsrate in herkömmlichen Einheiten oder Strömungseinheiten erzeugen=

Die Schaltmatrix 64 in Fig= 3 erzeugt eine konstante Vervielfältigung eines herkömmlichen Display in herkömmlichen Dichteeinheiten in der Ausgangsschaltung 65= Alle Schaltmatrizen sind manuell einstellbar= Die Ausgangsschaltung in Fig. 3 kann mit der Ausgangsschaltung 43 in Fig= 2 identisch sein, das gleiche gilt für die Ausgangsschaltung 66 in Fig= und die Ausgangsschaltung 43 in Fig= 2=

Die Schaltmatrix 64 in Fig= 3 ist mit dem einstellbaren Frequenzteiler 67 verbunden, ähnlich ist der einstellbare Frequenzteiler 68 mit der Schaltmatrix 62 verbunden=

Wenn gewünscht, kann die Anzeigevorrichtung in dem Zähler in Fig. 3 enthalten oder mit ihm verbunden sein= Gegebenenfalls kann auch eine zusätzliche Schaltmatrix und ein einstellbarer Frequenzteiler an dem Zähler 63 angeschlossen sein.

Betrieb der Ausbildungsform nach Fig= 3

Der Zähler 63 zeigt die Gesamtströmungsrate an= Die Ausgangsschaltungen 65 und 66 zeigen die Dichte und die Strömungsrate an. Alle drei dieser Fließstoffeigenschaften können gleichzeitig oder die Strömungsrate bzw. die Gesamtströmungsrate wechselweise zusammen mit der Dichte angezeigt werden.

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Das Eingangssignal des einstellbaren Frequenzteilers 60

2 in der Leitung 69 ist wie schon zuvor proportional T₁. Das Eingangssignal zum einstellbaren Frequenzteilern 61 in der Leitung 70 ist proportional T.. Somit sind die Ausgangssignale der einstellbaren Frequenzteiler 67 und

68 proportional T₁ Lp und T₁ 4p, wenn durch die Schaltermatrix 64 bzw. 62 konstante Werte angelegt werden.

Für gleichzeitiges Ablesen der GesamtStrömungsrate und der Strömungsrate in herkömmlichen Einheiten kann der Ausgang des einstellbaren Frequenzteilers 61 mit den zwei anderen einstellbaren Frequenzteilern verbunden werden und eine entsprechende Schaltermatrix ähnlich 68 und 62 kann an den Zähler 63 und die Ausgangsschaltung 66 angeschlossen sein, so daß der Zähler 63 und die Ausgangsschaltung 66 genau und gleichzeitig in herkömmlichen Einheiten die Gesamtströmungsrate und die Strömungsrate angeben.

Anstelle der verwendeten Anzeigegeräte können auch die Ausgänge mit einem Prozeßregler oder dergleichen verbunden sein.

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Claims (1)

1. M. H. November - 18

   Dr. Rl/Be

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   Patentansprüche

   1. /Meßsystem, gekennzeichnet durch einen Rohrabschnitt

   \^_^y mit darin befestigter Lochplatte, einer ersten Einrichtung, die zu beiden Seiten der Lochplatte an dem Rohrabschnitt befestigt ist und ein Ausgangssignal Δρ erzeugt, das den Differenzdruck zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten der Lochplatte proportional ist, einem Schaufelraddurchflußmesser, der auf entgegengesetzten Seiten der Lochplatte Verbindungen mit dem Rohrabschnitt auf v/eist, wobei der Schaufelraddurchflußmesser Impulse einer Frequenz f. erzeugt, die proportional der Strömungsrate des Fließstoffes ist, und einer zweiten Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignales proportional dem Verhältnis

   ^Δ?

   if ·

   wobei η eine der ganzen Zahlen 1 oder 2 ist und das Verhältnis von einer der Fließstoffeigenschaften abhängt.¹

   Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η = 1 ist.

   3. Meßsystem nach Anspruch 1und 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Verhältnis direkt proportional der Strömungsrate des Fließstoffes in dem Rohrabschnitt ist.

   4. Meßsystem nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der ersten Einrichtung 30

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   ein elektrisches Signal ist und daß an die zweite Vorrichtung eine dritte, entsprechend geeichte Vorrichtung zur Anzeige angeschlossen ist.

   5. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η = 2 ist.

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