DE69529384T2 - Verfahren zur Messung der Durchflussrate einer Flüssigkeit und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Massendurchflussrate eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4.
• Es sind bereits Einrichtungen bekannt, die einen Massendurchflussmesser umfassen, der mit einer elektronischen Anordnung verbunden ist, die die Auswertung der von dem Durchflussmesser gelieferten Informationen zum Anzeigen des Massenwerts der Durchflussrate des Fluids gewährleistet.
• Der Massendurchflussmesser umfasst zwei drehbar hintereinander innerhalb eines Durchflussmesserkörpers montierte Schnecken, wobei diese zwei Schnecken durch eine Feder so verbunden sind, dass das Fluid, das in dem Körper der Turbine strömt, einen Winkelversatz zwischen den zwei Schnecken hervorruft, wobei der Versatz proportional zu dem Drehmoment ist, das die zwei Schnecken aufeinander über die Feder ausüben.
• Es wird gezeigt, dass dieser Winkelversatz ausschließlich Funktion des Massendurchsatzes des in der Turbine fließenden Fluids und der Kraft der Feder ist.
• Um diesen Winkelversatz zu messen und so eine vom Massendurchsatz abhängige Angabe zu erhalten, erfasst man den Durchgang einer Schaufel einer jeder der Schnecken vor einem festen Punkt mit Hilfe eines an einer Schaufel dieser zwei Schnecken befestigten Magneten, wobei diese Magneten bei jeder Drehung Spannungen in der Spule des Durchflussmessers induzieren, die den Schnecken gegenüberliegt.
• Für mehr Details über diese bekannte Art, einen Massendurchsatz zu messen, wird auf das Dokument US 3,144,769 verwiesen.
• Die Anwendung dieses Prinzips ist auch aus dem Dokument CH 360 815 bekannt.
• Der Nachteil dieses Durchflussmessers liegt in der Tatsache, dass er keine Messung der Durchflussrate unter transienten Betriebsbedingungen mit starker Schwankung des Durchsatzes ermöglicht, wie sie z. B. beim Start von Flugzeugen, aufgrund der Beschleunigungen und insbesondere beim Abheben, auftreten. Diese Durchflussmesser können daher nicht brauchbar eingesetzt werden, um die Regelung des Betriebs eines Motors, insbesondere eines Flugzeugmotors, zu gewährleisten, weil während dieses transienten Zeitraums die Massendurchfluss- Messinformationen, die sie liefern, unrichtig sind.
• Um diese Nachteile zu beheben und die Messgenauigkeit des Durchflussmessers unter transienten Betriebsbedingungen zu verbessern, wäre denkbar, die Häufigkeit der Messungen zu vervielfachen, indem Magnete an mehreren Schaufeln der zwei Schnecken vorgesehen werden, doch hätte dies zu einem anderen Fehler geführt, da die Amplitude des Zeitversatzes in diesem Fall gemäß einer zur Zahl der Schaufeln inversen Funktion stark abgenommen hätte, was zu einer Vergrößerung des Einflusses von mit der Erzeugung des Taktes der elektronischen Anordnung, der Genauigkeit des Zeitpunkts der Erfassung jeder Schaufel der zwei Schnecken, den unterschiedlichen Abständen der Schaufeln, etc. verknüpften Fehlern geführt hätte. Eine solche Lösung kommt daher ebenfalls nicht in Betracht.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Messen des Massendurchsatzes eines Fluids zu entwickeln, das eine gute Messgenauigkeit auch unter transienten Betriebsbedingungen aufweist, so dass die erzeugten Messungen für die Regelung eines Motors brauchbar eingesetzt werden können.
• Zu diesem Zweck betrifft sie ein Verfahren zum Messen des Durchsatzes eines Fluids mit Hilfe eines Massendurchflussmessers mit zwei durch eine Feder gekoppelten und jeweils einem Aufnehmer zugeordneten Schnecken, wobei das Verfahren durch die Merkmale des ersten Anspruchs gekennzeichnet ist. Andere Merkmale sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
• Die Paarung des ersten Paars von Schaufeln wird erreicht, indem in den Aufnehmern von den Magneten einer der Schaufeln der zwei Schnecken ein Erfassungssignal erzeugt wird, das sich von dem von den anderen mit einem Magneten versehenen Schaufeln hervorgerufenen unterscheidet.
• Die Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
• Es zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Massendurchflussmessers für die Durchführung der Erfindung.
• - Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Diagramms in Abhängigkeit von der Zeit.
• In Fig. 1 umfasst ein Massendurchflussmesser 1 einen Körper 2, innerhalb dessen zwei Schnecken 3 und 4 drehbar hintereinander montiert sind. Diese Schnecken sind durch eine Schraubenfeder 5 so verbunden, dass das Fluid, das in dem Körper 2 in Richtung des Pfeils F fließt, die zwei Schnecken drehantreibt und dabei an den Schnecken einen Zeitversatz hervorruft, der von der Masse des in dem Körper 2 fließenden Fluids abhängig ist.
• Erfindungsgemäß weisen wenigstens zwei der Schaufeln jeder Schnecke 3, 4 einen Magneten 6 auf, so dass jede dieser Schaufeln, wenn sie vor den Wicklungen der Aufnehmer 71, 72 vorbeistreicht, in diesen Wicklungen Spannungen induziert, die Signale ergeben. Diese Signale werden von Leitern 81, 82 an eine elektronische Anordnung übertragen, die einen Rechner umfasst und den Massenwert der Fluiddurchflussrate liefert.
• Erfindungsgemäß ist ein Magnet an wenigstens zwei Schaufeln jeder Schnecke 3, 4 und vorzugsweise an allen Schaufeln vorgesehen, und diese Schaufeln der einen Schnecke 3 werden mit einer der Schaufeln der anderen Schnecke 4 gepaart, um den Zeitversatz der so gepaarten Schaufeln 32-42 für die Gesamtheit der Schaufelpaare zu messen.
• Gemäß Fig. 2 ist dieses Verfahren unter der Annahme dargestellt, dass jede Schnecke 3, 4 des Durchflussmessers 1 sechs Schaufeln aufweist, die jeweils mit einem Magneten 6 versehen sind, wobei die Paarung erhalten wird durch Differenzieren des von dem Spule-Magnet-Paar an einer der Schaufeln jeder Schnecke erhaltenen Signals und durch davon kaskadiertes Ableiten der Paarung der aufeinanderfolgenden Schaufeln der zwei Schnecken anhand des Zeitpunkts der Erfassung der nachfolgenden Schaufel jeder Schnecke durch die Spulen 71, 72 der Aufnehmer.
• Um die Paarung des ersten Paars zu realisieren, ist gemäß dem dargestellten Beispiel vorgesehen, von einer der Schaufeln jeder Schnecke 3, 4 ein Erfassungssignal zu erhalten, das sich von dem von den anderen Schaufeln erzeugten unterscheidet, insbesondere, an dieser Schaufel jeder Schnecke ein Signal A1, B1 von größerer Amplitude zu erhalten.
• Dieses Ergebnis kann erhalten werden, indem an diesen zwei Schaufeln der zwei Schnecken ein Magnet mit größerem Querschnitt, größerer Magnetkraft oder näherer Platzierung an den Spulen 71, 72 als die anderen Magneten dieser Schnecken 3, 4 angeordnet wird.
• So erkennt man in Fig. 2, dass die von der einen Schaufel 31, 41 der Schaufeln der zwei Schnecken 3, 4 erzeugten Signale A1, B1 stärker sind als die von den fünf anderen Schaufeln dieser zwei Schnecken 3, 4 erzeugten Signale A2, A3, ..., A6; B2, B3, ..., B6.
• Die elektronische Anordnung umfasst Schwellenunterscheidungsmittel mit logischen Gattern, die für die Schnecke 3 das Amplitudensignal A1 mit dem Pegel 5 und die Amplitudensignale A2 bis A6 mit dem Pegel T und für die Schaufel 41 der Schnecke 4 das Amplitudensignal B1 mit dem Pegel U und die Amplitudensignale B2 bis B6 mit dem Pegel V erfasst.
• Die Signale A1 und B1 ergeben in der elektronischen Anordnung in Abhängigkeit von den Pegeln S und U Rechtecksignale für die Paarung des ersten Referenzpaares. Die elektronische Anordnung erzeugt dann ausgehend von diesen zwei Impulsen einen Impuls 11, dessen Dauer signifikant ist für den Zeitversatz der zwei ersten so gepaarten Schaufeln der zwei Schnecken 3, 4.
• Die elektronische Anordnung bestimmt auch anhand der differenzierten Signale A1 und B1 die Paarung des zweiten Schneckenpaares 32, 42 durch Erfassen der von diesen nächsten Schaufeln erzeugten Signale A2 und 82. Die elektronische Anordnung erzeugt die Signale 12 und 13, deren Zeitversatz durch die Dauer des Signals 14 dargestellt ist.
• Die gleiche Operation findet statt für die Paarung der nachfolgenden Schaufeln der zwei Schnecken 3, 4, indem anhand der Signale A2, B2 und unter Berücksichtigung der Signale A3, B3 die Signale 15 bzw. 16 erzeugt werden, deren Zeitversatz durch die Dauer des Impulses 17 dargestellt ist.
• Das Verfahren geht in gleicher Weise weiter für die Paarung der nachfolgenden Schaufeln der zwei Schnecken 3, 4 über die Signale A4-B4, A5-B5 und A6-B6, um für eine Schnecke mit sechs Schaufeln, von denen jede einen Magneten aufweist, sechs Zeitversatzmessungen pro Umdrehung der Schnecke zu erhalten, so dass die Frequenz dieser Messung mit sechs multipliziert wird und eine genaue Messung des Massendurchsatzes auch unter extrem kurzen transienten Betriebsbedingungen und mit schneller Reaktion der Betriebsbedingungen angegeben werden können, weil die Dauer des Zeitversatzes in Bezug auf die möglichen Fehler groß bleibt. Die Paarung kann in der Praxis so durchgeführt werden, dass der Zeitversatz einen Wert nahe der Dauer einer Umdrehung und sogar von mehreren Umdrehungen hat, wenn man die Messwerte inkrementiert, um die Zahl der gesamten Umdrehungen des Versatzes in der elektronischen Anordnung 9 zu berücksichtigen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Messen der Durchflussrate einer Flüssigkeit mit Hilfe eines Massendurchflussmessers (1) mit zwei Schnecken (3, 4), die Flügel aufweisen, wobei die Schnecken durch eine Feder (5) gekoppelt sind und jede der Schnecken (3, 4) einem elektromagnetischen Aufnehmer (71, 72) zum Erfassen der Drehung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- wenigstens zwei Flügel jeder Schnecke (3, 4) mit einem Magneten ausgestattet werden,

- jedem mit einem Magneten versehenen Flügel einer Schnecke (3) ein mit einem Magneten versehener Flügel der anderen Schnecke (4) paarweise zugeordnet wird,

-- wobei die Zuordnung zwischen dem ersten Paar von Flügeln hergestellt wird, indem in den Aufnehmern (71, 72) durch den Magneten des entsprechenden Flügels jeder Schnecke (3, 4) ein Erfassungssignal erzeugt wird, das sich von den Signalen unterscheidet, die von den anderen mit einem Magneten versehenen Flügeln erzeugt werden,

-- wobei die folgenden hintereinander geschalteten Paare gebildet werden, indem für die zwei Schnecken der Zeitpunkt der Erfassung des folgenden mit einem Magneten versehenen Flügels durch die Aufnehmer bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von den Magneten eines der Flügel der zwei Schnecken (3, 4) erzeugte Signal eine andere Amplitude als die von den anderen Flügeln erzeugten Signale hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel jeder Schnecke (3, 4) mit einem Magneten versehen wird.

4. Massendurchflussmesser mit zwei durch eine Feder (5) gekoppelten und jeweils einem Aufnehmer (71, 72) zugeordneten Schnecken (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flügel jeder Schnecke (3, 4) einen Magneten aufweisen, und dass ein Magnet jeder Schnecke (3, 4) ein Signal in dem zugeordneten Aufnehmer (71, 72) erzeugt, das sich von dem der anderen Magnete jeder Schnecke (3, 4) unterscheidet.