DE3030858A1 - FLOW VOLUME METER - Google Patents
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Description
DipL Ing. Hans-Jtirgea Möller Dr. rar. Bat. Thomas Bereedt Br.-Ing. Hane LeyttDipl.-Ing. Hans-Jtirgea Möller Dr. rar. Bat. Thomas Bereedt Br.-Ing. Hane Leytt
LGZ Land is & Gyr Zug AGLGZ Land is & Gyr Zug AG
CH-6301 ZugCH-6301 train
SchweizSwitzerland
DurchflußvolumenzählerFlow volume counter
Ein Durchflussvolumenzähler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der CH-PS 604 133 bekannt. Bei diesem Durchflussvolumenzähler kann je nach der konkreten schaltungstechnischen Ausbildung des Impulsgenerators ein Unterbruch oder ein Kurzschluss des Temperaturfühlers dazu führen, dass der Impulsgenerator keine Impulse mehr erzeugt, wodurch die Durchflussvolumenmessung unterbrochen wird. 10A flow volume meter as described in the preamble of claim 1 The type mentioned is known from CH-PS 604 133. With this one Flow volume meter can depending on the specific circuit Training of the pulse generator an interruption or a short circuit in the temperature sensor will result in the Pulse generator no longer generates pulses, thereby reducing the flow volume measurement is interrupted. 10
Der im Anspruch 1. angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflussvolumenzähler zu schaffen, bei dem ein Ausfall des Temperaturfühlers keine Unterbrechung der Messung, sondern Lediglich eine etwas geringere Messgenauigkeit mit sich bringt.The invention specified in claim 1 has the object the basis of creating a flow volume meter in which a failure of the temperature sensor does not interrupt the measurement, but only a slightly lower measurement accuracy brings with it.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.Some exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Durchflussvolumenzählers, The figures show: FIG. 1 a basic circuit diagram of a flow volume counter,
Fig. 2 ein Diagramm
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines Impulsgenerators
und
Fig. 4 ein Impulsdiagramm,Fig. 2 is a diagram
3 shows a basic circuit diagram of a pulse generator and
Fig. 4 is a timing diagram,
In der Fig. T bedeuten 1 und 2 Ultraschallwandler, die zusammen mit einem Impulsgenerator 3 an eine Messeinrichtung 4 angeschlossen sind. Der Impulsgenerator 3 erzeugt Impulse, deren mittlere Pulsfrequenz mit f_ bezeichnet ist. Jeder dieser Impulse löst, wie dies aus der CH-PS 604 133 bekannt ist, in der Messeinrichtung 4 eine Durchflussmessung aus. Hierbei senden die Ultraschallwandler 1,2 ultraschallwellen aus, welche ein flüssiges Medium entlang einer Messstrecke in entgegengesetzter Richtung durchlaufen und jeweils vom anderen Ultraschallwandler 2 bzw. 1 empfangen werden. Die Messeinrichtung 4 misst die Laufzeitdifferenz At der Ultraschallwellen und gibt an ihrem Ausgang Zähl—In Fig. T 1 and 2 mean ultrasonic transducers which together are connected to a measuring device 4 with a pulse generator 3. The pulse generator 3 generates pulses, the middle Pulse frequency is denoted by f_. Each of these impulses triggers as is known from CH-PS 604 133, in the measuring device 4 a flow measurement. Here the ultrasonic transducers send 1.2 ultrasonic waves, which run through a liquid medium along a measuring section in the opposite direction and received by the other ultrasonic transducer 2 and 1, respectively. The measuring device 4 measures the transit time difference At the ultrasonic waves and gives counting at their output
13ÖÖ&7/Ö48813ÖÖ & 7 / Ö488
impulse ab, deren mittlere Pulsfrequenz f, dem Produkt aus der Ausgangsfrequenz f., des Impulsgenerators 3 und der Laufzeitdifferenz At entspricht.impulses, whose mean pulse frequency f, the product of the Output frequency f., The pulse generator 3 and the transit time difference At corresponds to.
Es giltIt applies
ko · V f4 = k1 ■ f3 ■ At = k1 ■ f3 · -V-k o · V f 4 = k 1 ■ f 3 ■ At = k 1 ■ f 3 · -V-
wobei V den Volumenstrom des Mediums, c die Schallgeschwindigkeit im Medium und k und k Messkonstanten bedeuten.where V is the volume flow of the medium, c is the speed of sound in the medium and k and k mean measurement constants.
Die Schallgeschwindigkeit c ist im allgemeinen nicht konstant, sondern von der Temperatur & des Mediums abhängig. Die Fig. 2 zeigt als Beispiel die Abhängigkeit des Quadrates der Schallgeschwindigkeit in Wasser von dessen Temperatur ■$ . Zur Kompensation des temperaturabhängigen Einflusses der Schallgeschwindigkeit c auf die Messung wird der Impulsgenerator 3 von einem die Temperatur $ des Mediums erfassenden Temperaturfühler 5 so gesteuert, dass -wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist- die mittlere Ausgangsfrequenz f_ in einem vorgegebenen Temperaturbereich wenigstens näherungsweise die gleiche Abhängigkeit von der Temperatur ?9 des Mediums aufweist wie das Quadrat der Schallgeschwindigkeit im Medium. Es istThe speed of sound c is generally not constant, but depends on the temperature & of the medium. Fig. 2 shows as an example the dependence of the square of the speed of sound in water at the temperature of ■ $. To compensate for the temperature-dependent influence of the speed of sound c in the measurement 3 is controlled by a temperature $ of the medium detected temperature sensor 5 so the pulse generator that -As from FIG. 2 seen actual average output frequency f_ in a predetermined temperature range at least approximately the has the same dependence on the temperature? 9 of the medium as the square of the speed of sound in the medium. It is
und somitand thus
f «^ k " k · u· · V T4 1 2 k3f «^ k" k · u · V T 4 1 2 k 3
wobei k_ wiederum eine Konstante bedeutet. Die Pulsfrequenz f.where k_ again means a constant. The pulse frequency f.
ist also zum Volumenstrom V proportional. Durch Zählung der von der Messeinrichtung 4 abgegebenen Zählimpulse kann das Durchflussvolumen
ermittelt werden.
35is therefore proportional to the volume flow V. The flow volume can be determined by counting the counting pulses emitted by the measuring device 4.
35
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Die Ausgangsfrequenz f des Impulsgenerators 3 ist, wie aus der Fig. 2 hervorgeht, aus einer konstanten Frequenz f und einer von der Temperatur j? des Mediums abhängigen Frequenz f zusammengesetzt. Zu diesem Zweck besteht der Impulsgenerator 3 vorteilhaft aus einem Quarzoszillator 6 zur Erzeugung der konstanten Frequenz f , aus einem durch den Temperaturfühler 5 gesteuertem Impulsgeber 7 zur Erzeugung der variablen Frequenz f und aus einem Frequenzaddierglied 8 zur Bildung der Ausgangsfrequenz f_ = f1 + f_. Die konstante Frequenz f ist im Vergleich zur variablen Frequenz f möglichst gross. Fällt die Frequenz f infolge eines Defektes des Temperaturfühlers 5 aus, so wird die Messeinrichtung 4 mit der Frequenz f. angesteuert und der Durchflussvolumenzähler arbeitet weiter, wobei lediglich ein geringer negativer Messfehler entsteht.As can be seen from FIG. 2, the output frequency f of the pulse generator 3 is composed of a constant frequency f and a temperature j? of the medium-dependent frequency f composed. For this purpose, the pulse generator 3 advantageously consists of a quartz oscillator 6 for generating the constant frequency f, a pulse generator 7 controlled by the temperature sensor 5 for generating the variable frequency f and a frequency adder 8 for generating the output frequency f_ = f 1 + f_. The constant frequency f is as large as possible in comparison to the variable frequency f. If the frequency f fails as a result of a defect in the temperature sensor 5, the measuring device 4 is activated with the frequency f. And the flow volume counter continues to operate, with only a slight negative measurement error occurring.
Der Impulsgeber 7 ist vorteilhaft mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ueberwachungsglied verbunden, das ein Störsignal abgibt, wenn die Frequenz f„ ganz ausfällt oder einen vorgegebenen Wert unterscheidet. Dieses Ueberwachungsglied kann auch derart ausgestaltet sein, dass ein Störsignal abgegeben wird, wenn die variable Frequenz f„ einen vorgebenen Wert überschreitet. The pulse generator 7 is advantageously connected to a monitoring element, not shown in the drawing, which sends an interference signal emits when the frequency f “fails completely or differs from a predetermined value. This monitoring element can also be designed in such a way that an interference signal is emitted when the variable frequency f exceeds a specified value.
Der beim Ausfall der variablen Frequenz f^ auftretende Messfehler wird minimal, wenn die konstante Frequenz f einen solchen Wert aufweist, dass in der Fig. 2 die Gerade f- die Kurve f in einem Punkt schneidet, der etwa dem Mittelwert ϋ- der Temperatur # entspricht. In diesem Fall ist zusätzlich zum Frequenzaddierglied 8 ein Frequenzsubtrahierglied vorzusehen, wobei bei 2? > & die Summe f_ = f + f und bei # < & die DifferenzThe frequency of the variable upon failure occurring f ^ measurement error becomes minimum when the constant frequency f has a value such that in the Fig. 2, the straight line f-f in the curve intersects a point that is approximately the average of the temperature ϋ- # is equivalent to. In this case, a frequency subtracter is to be provided in addition to the frequency adder 8, with 2? >& the sum f_ = f + f and with # <& the difference
f_ = f. - f_ zu bilden ist. Eine solche Lösung lässt sich besonders
einfach mittels eines Mikrocomputers realisieren, der die temperaturabhängigen Werte für die Schallgeschwindigkeit c in einem digitalen
Speicher abruft.
35f_ = f. - f_ is to be formed. Such a solution can be implemented particularly easily by means of a microcomputer which calls up the temperature-dependent values for the speed of sound c in a digital memory.
35
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Die Addition der Frequenzen f und f„ erfolgt vorteilhaft dadurch, dass das Frequenzaddierglied 8 eine vom Impulsgeber 7 erzeugte variable Anzahl von Impulsen synchron zwischen die vom Quarzoszillator 6 erzeugten Impulse einfügt. Die Fig. 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines derart arbeitenden Impulsgenerators. Ein Quarzoszillator 9 ist einerseits über einen ersten Impulsuntersetzer TO und einen Impulsformer 11 mit einem ersten Eingang eines ODER-Tores 12 und andererseits über einen Schalter 13, einen zweiten Impulsuntersetzer 14 und einen zweiten Impulsformer 15 mit einem zweiten Eingang des ODER-Tores 12 verbunden. Der Ausgang des Impulsuntersetzers 10 ist auch an den Takteingang einer monostabilen Kippstufe 16 angeschlossen. Der Temperaturfühler 5 ist in Reihe mit einem Abgleichwiderstand 17 in den zeitbestimmenden Kreis der Kippstufe 16 geschaltet. Der Ausgang der Kippstufe 16 ist mit dem Steuereingang des Schalters 13 verbunden. Als letzte Stufe des Impulsuntersetzers 14 dient ein D-Flipflop, dessen Takteingang an den Ausgang des Impulsuntersetzers 10 angeschlossen ist.The addition of the frequencies f and f "is advantageously carried out by that the frequency adder 8 generates a variable number of pulses generated by the pulse generator 7 synchronously between those of the crystal oscillator 6 generated pulses. 3 shows an advantageous embodiment of a pulse generator operating in this way. A quartz oscillator 9 is on the one hand a first pulse divider TO and a pulse shaper 11 with a first Input of an OR gate 12 and on the other hand via a switch 13, a second pulse scaler 14 and a second pulse shaper 15 connected to a second input of the OR gate 12. The output of the pulse scaler 10 is also to the clock input connected to a monostable flip-flop 16. The temperature sensor 5 is in series with a balancing resistor 17 in the time-determining circuit of the flip-flop 16 switched. The output of the flip-flop 16 is connected to the control input of the switch 13. The last stage of the pulse scaler 14 is a D flip-flop whose clock input is connected to the output of the pulse scaler 10 is connected.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des beschriebenen Impulsgenerators wird angenommen, dass die vom Quarzoszillator 9 abgegebeneTo explain the mode of operation of the pulse generator described it is assumed that the output from the crystal oscillator 9
20
Frequenz f_ = 2 Hz beträgt und die Impulsuntersetzer 10 und20th
Frequency f_ = 2 Hz and the pulse scaler 10 and
12 1412 14
14 einen Untersetzungsfaktor von 2 bzw. 2 aufweisen. Der14 have a reduction factor of 2 or 2, respectively. Of the
1212th
Impulsuntersetzer 10 teilt die Frequenz f,. mit dem Faktor 2 und erzeugt demnach eine Rechteckspannung U1 (Fig. 3 und 4) mit der Frequenz f = 256 Hz und der Periodendauer T... Jede ansteigende Flanke dieser Rechteckspannung U löst die Kippstufe 16 aus. An deren Ausgang entsteht eine Rechteckspannung U mit der Periodendauer T. und der Impulsdauer T„, wobei T vom Widerstandswert des Temperaturfühlers 5 und des Abgleichwiderstandes 16 abhängig ist. Während der Impulsdauer T„ ist der Schalter 13 gesperrt, so dass die Frequenz f- nur während der Pausendauer T_ = T. - T zum Impulsuntersetzer 14 gelangt.Pulse scaler 10 divides the frequency f 1. with a factor of 2 and therefore generates a square-wave voltage U 1 (FIGS. 3 and 4) with the frequency f = 256 Hz and the period T ... Each rising edge of this square-wave voltage U triggers the flip-flop 16. A square-wave voltage U with the period T and the pulse duration T ″ is produced at its output, T being dependent on the resistance value of the temperature sensor 5 and the balancing resistor 16. During the pulse duration T ″, the switch 13 is blocked, so that the frequency f- only reaches the pulse reducer 14 during the pause T_ = T. - T.
•J I £j • J I £ j
Dieser Impulsuntersetzer 14 teilt die in Paketen auftretenden Impulse der an seinem Eingang erscheinenden Pulsspannung U.,This pulse divider 14 divides the pulses occurring in packets of the pulse voltage U which appears at its input.
14
mit dem Faktor 2 und erzeugt eine Rechteckspannung U, mit der Frequenz f <
64 Hz.14th
with the factor 2 and generates a square wave voltage U, with the frequency f <64 Hz.
PA 2110PA 2110
130067/0488130067/0488
? 3Ό30858? 3Ό30858
Infolge der Synchronisierung der letzten Stufe des Impulsuntersetzers 14 mit der Rechteckspannung U fallen die Flanken der Rechteckspannung U, jeweils mit einer abfallenden Flanke der Rechteckspannung U. zusammen. Die Impulsformer 11 und 15 erzeugen aus der Rechteckspannung U bzw. U eine nadeUrnpulsförmige Spannung UV bzw. U . Am Ausgang des ODER-Tores 12 entsteht eine nadelimpulsförmige Spannung U mit der mittleren Ausgangsfrequenz f_.As a result of the synchronization of the last stage of the pulse scaler 14 with the square wave voltage U fall the edges of the square wave voltage U, each with a falling edge of the Square wave voltage U. together. The pulse shapers 11 and 15 generate a square-wave voltage U and U, respectively, in the form of a straight pulse Voltage UV or U. At the output of the OR gate 12 arises a needle pulse-shaped voltage U with the mean output frequency f_.
Als Temperaturfühler 5 kann ein Widerstand mit negativem oder mit positivem Temperaturkoeffizienten eingesetzt werden. Ein negativer Temperaturkoeffizient erfordert die beschriebene Sperrung des Schalters 13 während der Impulsdauer T , ein positiver Temperaturkoeffizient dagegen die Sperrung des Schalters 13 während der Pausendauer T_. Der Abgleichwiderstand 17 kann zum Abgleich der Toleranzen der Messstrecke und des Temperaturfühlers 5 dienen.As a temperature sensor 5, a resistor with a negative or with a positive temperature coefficient can be used. A negative temperature coefficient requires the blocking described of the switch 13 during the pulse duration T, a positive temperature coefficient, on the other hand, the blocking of the switch 13 during the pause T_. The balancing resistor 17 can be used for Adjustment of the tolerances of the measuring section and the temperature sensor 5 are used.
Es ist leicht ersichtlich, dass die Ausgangsfrequenz f_ des be— schriebenen Impulsgenerators auch bei einem Unterbruch oder Kurzschluss des Temperaturfühlers 5 den unteren Grenzwert f., . = 256 Hz nicht unterschreiten und den oberen Grenzwert 3m ι ηIt is easy to see that the output frequency f_ of the be— written pulse generator even in the event of an interruption or Short circuit of the temperature sensor 5 the lower limit value f.,. = 256 Hz and do not fall below the upper limit value 3m ι η
f_ = 256 + 64 Hz nicht überschreiten kann, so dass ein solcherf_ = 256 + 64 Hz can not exceed, so such
3max3max
Fehler weder eine Unterbrechung der Messung noch einen unbeschränkt grossen positiven Messfehler verursachen kann.Error neither an interruption of the measurement nor an unlimited one can cause large positive measurement errors.
Der beschriebene Durchflussvolumenzähler eignet sich vorteilhaft zur Verwendung in einem Wärmemengenzähler.The flow volume meter described is advantageously suitable for use in a heat meter.
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ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Ein Impulsgenerator (3) ist von einem die Temperatur des Mediums erfassenden Temperaturfühler (5) so gesteuert, dass seine Ausgangsfrequenz (f-,) die gleiche Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums aufweist wie das Quadrat der Schallgeschwindigkeit im Medium. Eine an Ultraschallwandler (1;2) und an den Impulsgenerator (3) angeschlossene Messeinrichtung (4) erzeugt Zählimpulse, deren Pulsfrequenz (f.) dem Produkt aus der Ausgangsfrequenz (f..) und der Laufzeitdifferenz der von den Ultraschallwandlern (1;2) empfangenen Ultraschallimpulse entspricht. Die Ausgangsfrequenz (f-,) ist aus einer konstanten Frequenz (f ) und einer von der Temperatur des Mediums abhängigen variablen Frequenz (f„) zusammengesetzt. Ein Ausfall des Temperaturfühlers (5) bringt keine Unterbrechung der Messung, sondern lediglich eine etwas geringere Messgenauigkeit mit sich.A pulse generator (3) is one of the temperature of the medium sensing temperature sensor (5) controlled so that its output frequency (f-,) the same dependence on temperature of the medium as the square of the speed of sound in the medium. One to the ultrasonic transducer (1; 2) and one to the pulse generator (3) connected measuring device (4) generates counting pulses, the pulse frequency (f.) Of which is the product of the output frequency (f ..) and the difference in transit time from the ultrasonic transducers (1; 2) corresponds to the received ultrasonic pulses. the Output frequency (f-,) is derived from a constant frequency (f) and a variable frequency (f ") dependent on the temperature of the medium. A failure of the temperature sensor (5) does not interrupt the measurement, but merely results in a somewhat lower measurement accuracy.
!Fig. 1! Fig. 1
HN/lb
25HN / lb
25th
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Claims (9)
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