DE3633192A1 - Luftmengenmesser nach dem wirbelstrassen-prinzip - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftmengenmesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip, mit einem Meßrohr, in dem zum Zwecke einer Wirbelbildung zumindest ein Störkörper angeordnet ist und in dem zumindest ein Druckaufnehmer zur Erzeugung von Wirbelimpulsen vorgesehen ist, wobei dem Druckaufnehmer eine Auswerteeinrichtung mit einer digitalen Zählschaltung nachgeordnet ist und wobei der Zählstand der digitalen Zählschaltung in einen Analogwert umgewandelt wird, der eine Regelgröße für eine nachgeordnete Regelein­ richtung darstellt.

Bei einem Luftmengenmesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip ist die Anzahl der auftretenden Wirbel pro Zeiteinheit ein Maß für die Luftmenge, die das Meßrohr durchströmt. Mittels einer entsprechenden Auswerteschaltung werden die Wirbel in eine entsprechende Wechselspannung abgebildet. Das Meßsignal unterliegt jedoch sporadischen Einbrüchen, die durch aero­ dynamische Effekte, besonders bei niedrigen Durchflußmengen, hervorgerufen werden.

Die Umsetzung der mit Fehlern behafteten Wirbelfrequenz in eine proportionale Gleichspannung stellt das wesentliche Problem dar.

Die Anzahl der in einem Zeitfenster auftretenden Wirbelim­ pulse wurde bisher mittels einer digitalen Zählschaltung summiert. Der Zählerstand wurde in periodischen Zeitabstän­ den abgefragt und in einen Analogwert umgewandelt. Der Meßfehler wurde dadurch klein gehalten, daß bei hohen Wir­ belfrequenzen sporadische Wirbelaussetzer relativ kleine Auswirkungen zeigen. Nachteil dieser Meßmethode sind Fehler bei niedrigen Wirbelfrequenzen, da hier die Meßzeit in die Größenordnung der Wirbeldauer fällt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Luftmengenmes­ ser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip zu schaffen, der sicher und mit einfachen Mitteln die dem Stand der Technik anhaf­ tenden Nachteile beseitigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Luftmengenmesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip der eingangs genannten Art und nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, der durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Figuren im einzelnen erläutert, wobei die gezeigte und be­ schriebene Schaltungsanordnung lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen Luftmengenmesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip, mit einem T/U-Converter mit Meßfehlerunterdrückung.

Fig. 2 zeigt in Form eines Diagramms den zeitlichen Verlauf eines typischen Modulationssignals sowie symbolisch die Art und Weise, in der das Modulationssignal gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen und ausgewertet wird.

Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnng für einen Luft­ mengemesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip, mit einem T/U- Converter mit Meßfehlerunterdrückung. In dieser Figur ist gezeigt, daß an eine Eingangsklemme der Schaltungsanordnung, der die zur Wirbelfrequenz proportionale Wechselspannung U _Phase zugeführt wird, ein Gleichrichter 1 und ein Null­ durchgangsdetektor 2 angeschlossen sind. Der Ausgang des Gleichrichters 1 ist mit einem Signaleingang eines Schwell­ wertentscheiders 8 verbunden, dessen Referenzeingang ein einer Schwellwertvorgabe entsprechendes Signal zugeführt wird. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 2 ist mit einem ersten retriggerbaren Monoflop 3, einem zweiten re­ triggerbaren Monoflop 10 und einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 11 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang Q eines Flipflop 9 verbunden ist, das durch ein Ausgangssignal des Schwellwertentscheiders 8 gesetzt werden kann. Der Ausgang des ersten retriggerbaren Monoflop 3 ist an einen Aktivierungseingang eines Rechteckgenerators 4 für vorzugsweise 20 kHz geführt, dessen Signalausgang mit dem Zähleingang eines Zählers 5 verbunden ist. Der Zähler 5 und das Flipflop 9 sind jeweils durch ein Ausgangssignal des zweiten retriggerbaren Monoflop 10 rücksetzbar. Das UND- Glied 11 ist mit seinem Ausgang an einen Aktivierungseingang eines Speichers 6 angeschlossen, dem über einen Signalein­ gang Zählwerte aus dem Zähler 5 zuführbar sind. Ein Ausgang des Speichers 6 ist mit dem Eingang eines D/A-Wandlers 7 verbunden, dessen Ausgang an eine Ausgangsklemme ange­ schlossen ist, über die ein Ausgangssignal U _out ausgebbar ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird eine Impulsdauer- Messung mittels der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 durch­ geführt, wobei eine gute Meßfehlerunterdrückung verbunden mit größerer Auflösung erreicht wird.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert:

Die zur Wirbelfrequenz proportionale Wechselspannung wird mit Hilfe des Gleichrichters 1 gleichgerichtet. Dadurch steht ein Meßwert bereits nach einer halben Periodendauer zur Verfügung, und die Meßrate erhöht sich dadurch auf zwei Messungen pro Periodendauer.

Der Nulldurchgangsdetektor 2 erzeugt bei jedem Nulldurchgang der Phasenwechselspannung einen Nadelimpuls, mit dem der Zähler 5 rückgesetzt wird. Bis zum Auftreten des nächsten Nulldurchgangs werden dann die Impulse des Rechteckgenera­ tors 4 gezählt und abgespeichert. Mit dem anschließenden Reset-Signal beginnt der Zählvorgang von neuem. Der in dem Speicher 6 abgespeicherte Zählerstand wird mittels des D/A- Wandlers 7 in einen Spannungswert umgesetzt. Die Genauigkeit der Auswertung hängt von der Höhe der Generatorfrequenz ab, die im allgemeinen ausreichend hoch gewählt werden kann.

Um auszuwertende Impulse von fluktuationsbedingten Null­ punktschwankungen, vergl. Fig. 2, unterscheiden zu können, wird, sobald das Wechselsignal einen vorgegebenen Schwell­ wert erreicht, das Flipflop 9 gesetzt, das nach Beendigung des Zählvorgangs (anschließender Nulldurchgang) eine Spei­ cherung des gültigen Werts erlaubt. Das Flipflop 9 wird gleichzeitig mit dem Rücksetzen des Zählers 5 rückgesetzt.

In seltenen und ungünstigen Fällen kann es vorkommen, daß durch eine aerodynamische Störung ein Nulldurchgang mit anschließender Schwellwertüberschreitung vollzogen wird, und zwar in Verbindung mit stark verzögerter Nulldurchgangswie­ derkehr. Dieser möglichen Bereichsüberschreitung des Zäh­ lerbausteins wird durch Abschalten des Rechteckgenerators 4 entgegengewirkt. Das Abschalten erfolgt bei fehlenden Null­ durchgangsimpulsen nach dem Ablauf der Kippzeit des retrig­ gerbaren Monoflop 3. Die entsprechende Monoflop-Zeitkon­ stante wird so eingestellt, daß sie nicht kleiner als die größte auftretende Impulslänge ist.

Claims (3)

1. Luftmengenmesser nach dem Wirbelstraßen-Prinzip, mit einem Meßrohr, in dem zum Zwecke einer Wirbelbildung zumin­ dest ein Störkörper angeordnet ist und in dem zumindest ein Druckaufnehmer zur Erzeugung von Wirbelimpulsen vorgesehen ist, wobei dem Druckaufnehmer eine Auswerteeinrichtung mit einer digitalen Zählschaltung nachgeordnet ist und wobei der Zählstand der digitalen Zählschaltung in einen Analogwert umgewandelt wird, der eine Regelgröße für eine nachgeordnete Regeleinrichtung darstellt, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß eine zur Frequenz der Wirbelimpulse proportionale Wechselspannung mit Hilfe eines Gleichrichters (1) gleich­ gerichtet wird, wodurch ein Meßwert bereits nach einer hal­ ben Periodendauer zur Verfügung steht und sich dadurch die Meßrate auf zwei Messungen pro Periodendauer erhöht,
daß ein Nulldurchgangsdetektor (2) bei jedem Nulldurch­ gang der Phasenwechselspannung einen Nadelimpuls erzeugt, mit dem der Zähler (5) rückgesetzt wird,
daß bis zum Auftreten des nächsten Nulldurchgangs die Impulse eines Rechteckimpulsgenerators (4) abgezählt und abgespeichert werden,
daß mit dem anschließenden Rücksetzen der Zählschaltung (5) der Abzählvorgang von neuem beginnt,
daß in Sonderfällen, in denen - verursacht durch eine aerodynamische Störung - ein Nulldurchgang mit einer sich anschließenden Überschreitung eines vorgegebenen Schwell­ werts in Verbindung mit einer gegenüber dem Regelfall stark verzögerten Nulldurchgangswiederkehr stattfindet, einer dadurch ermöglichten Bereichsüberschreitung der Zählschal­ tung (5) dadurch entgegengewirkt wird, daß der Rechteckim­ pulsgenerator (4) nach Ablauf der Kippzeit eines retrigger­ baren Monoflop abgeschaltet wird, welches retriggerbare Monoflop (3) mit dem Ausgangsgangssignal des Nulldurch­ gangsdetektors (2) getriggert wird, und
daß der jeweils in einem Speicher (6) abgespeicherte Zählstand der Zählschaltung (5) mittels eines D/A-Wandlers (7) in ein analoges Spannungsignal umgesetzt wird, das die Regelgröße darstellt.

2. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß um auszuwertende Impulse von fluktuationsbedingten Nullpunktschwankungen unterscheiden zu können, sobald das durch die Wirbelimpulse gebildete Wechselsignal den vorge­ gebenen Schwellwert erreicht, ein Flipflop (9) gesetzt wird, das nach Beendigung des Abzählvorgangs, nämlich bei dem anschließenden Nulldurchgang, die Speicherung des gültigen Zählstandes in dem Speicher (6) erlaubt und
daß das Flipflop (9) gleichzeitig mit dem Rücksetzen der Zählschaltung (5) rückgesetzt wird.

3. Luftmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zeitkonstante bzw. die Kippzeit des Monoflop (3) derart eingestellt ist, daß sie nicht kleiner als die größte auftretende Impulslänge ist.