DE19624974C1 - Schwebekörperdurchflußmesser für strömende Flüssigkeiten oder Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für strömende Medien, d. h. Flüssigkeiten oder Gase, der im wesentlichen aus einem in einem mediendurchströmten Rohr bzw. Kanal angeordne­ ten Schwebekörper besteht und die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale besitzt.

Bei diesen Durchflußmessern ist die Höhe des vom strömenden Mediums getragenen Schwebekörpers ein Maß für die Durchfluß­ menge. Bei diesen Anordnungen ist entweder der Strömungskanal, also das Rohrinnere, oder der Schwebekörper konisch geformt, wobei das Rohrinnere eine Blende bzw. Drosselstelle besitzt.

Soweit das Rohr durchsichtig ist, läßt sich die Position des Schwebekörpers zur Anzeige der Durchflußmenge optisch erfas­ sen.

Bei bestimmten Anwendungen besteht das Rohr aus Gründen der Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit aus Metall oder Kunststoff, also nichttransparentem Material, so daß eine direkte Beobach­ tung des Schwebekörpers nicht möglich ist.

Zur indirekten Erfassung der Position des Schwebekörpers kann in diesen Fällen ein magnetisches Übertragungssystem vorgese­ hen sein, bei welchem im oder am Schwebekörper ein Permanent­ magnet angeordnet ist, welcher der Positionserfassung dient. Hierzu kann ferner außerhalb des Rohres ein mit diesem Perma­ nentmagnet magnetisch gekoppelter, beweglicher, zum Beispiel axial verschiebbarer oder verdrehbarer, Folgemagnet angeordnet sein. Der Folgemagnet ist mit einem mechanischen Zeiger oder sonstigem Anzeigesystem verbunden, so daß die Position des Schwebekörpers indirekt angezeigt werden kann. Auch ist es in diesem Fall möglich, mittels eines Wandlers ein der Position des Schwebekörpers entsprechendes elektrisches Signal zu er­ zeugen, das in einer elektronischen Schaltung ausgewertet wird.

Derart aufgebaute Durchflußmesser sind z. B. aus DE 40 09 959 A1 bekannt.

Da bei Schwebekörperdurchflußmessern mit nichtdurchsichtigem Durchflußrohr die Position des Schwebekörpers optisch nicht kontrollierbar ist, können mechanische Störungen des Meßsyste­ mes nicht ohne weiteres festgestellt werden. Solche Störungen können z. B. dadurch auftreten, daß Ablagerungen auf dem Schwebekörper bzw. im Strömungskanal oder zu große vom Medium mitgeführte Festkörper den Schwebekörper und damit das Übertragungssystem blockieren. Um solche Blockierungen zu vermei­ den, ist der Schwebekörper häufig mit einem gewissen Spiel innerhalb des Strömungskanales geführt. Das hat zur Folge, daß der Schwebekörper selbst bei konstantem Durchfluß, bedingt durch seine instabile Lage in der Führung, sowie durch sich geringfügig ändernden Strömungsfluß kleine Schwankungen um einen mittleren, der Durchflußmenge entsprechenden Meßwert ausführt. Auch diese Schwankungen werden zum Beispiel auf den magnetisch angekoppelten Folgemagneten übertragen.

Nach vorliegender Erfindung wird dieses Phänomen ausgenutzt, um mechanische Blockaden des Schwebekörpers zu detektieren und damit Fehlmessungen zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Aus EP 0 356 702 A2 ist ein Strömungswächter für Dosierpumpen bekannt, bei welchem ein in Strömungsrichtung bewegbarer, mit einem Dauermagneten versehener Schwebekörper aufgrund der von der Dosierpumpe erzeugten pulsierenden Strömung im Takte der Strömungsimpulse schwingt. Diese Schwingungen werden mittels eines Hall-Generators und einer elektrischen Schaltung über­ wacht, wobei das Ausbleiben der Schwingung fehlerhafte Dosie­ rung signalisiert.

Nach dem Vorschlag gemäß der Erfindung wird dagegen die durch das Lagerspiel des Schwebekörpers bedingte zwangsläufige Zit­ ter- oder Schwankungsbewegung des Schwebekörpers überwacht, um bei deren Ausbleiben Blockaden des Schwebekörpers bzw. des Abgriffsystems zu detektieren.

Soweit es auf die Überwachung des Schwebekörpers selbst an­ kommt, ist der Wandler oder ein zusätzlicher Wandler derart angeordnet und ausgebildet, daß durch Zitterbewegungen bzw. Schwankungen des Schwebekörpers um einen Mittelwert elektri­ sche Wechselsignale erzeugt werden, welche einem Mikroprozessor zugeführt werden. Dieser erzeugt ein Fehler- bzw. Alarmsignal, wenn diese Wechselsignale während einer vorgegebenen Dauer ausbleiben, also deren Amplituden einen bestimmten Mindestwert unterschreiten. Dieser Vorschlag läßt sich mit Vorteil bei einem an sich bekannten Durchflußmesser realisieren, bei wel­ chem der Wandler einen außerhalb des Durchflußrohres angeord­ neten, mit dem Permanentmagneten des Schwebekörpers magnetisch gekoppelten Folgemagneten aufweist, der derart beweglich gela­ gert ist, daß er der Position des Schwebekörpers folgt. Dieser Folgemagnet stellt sich einerseits auf die jeweilige Position des Schwebekörpers ein und nimmt andererseits dessen Schwin­ gungen auf. Zur Ermittlung der Schwingungen und Position des Folgemagneten dient ein Sensor, der gemäß Anspruch 3 aus einem kapazitiven, einem induktiven oder einem Magnetfeldsensor, also zum Beispiel einer Hallsensor-Anordnung, bestehen kann.

Soweit es um die Überwachung von Blockierungen im nachgeschal­ teten Übertragungssystem geht, wird nach einem weiteren Vorschlag gemäß Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2 die Schwankung des Folgemagneten um einen der Position des Schwe­ bekörpers entsprechenden Mittelwert beobachtet. Zu diesem Zweck sind gemäß Anspruch 4 die der Position des Folgemagneten entsprechenden Positionssignale zu speichern. Wird festge­ stellt, daß diese Positionssignale während einer vorgegebenen Dauer konstant bleiben, ist dies ein Indiz für eine Blockade des Übertragungssystems. Mittels des Mikroprozessors wird ein Fehler- bzw. Alarmsignal erzeugt.

Zur Fehler- oder Alarmanzeige kann nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 5 ein bei derartigen Durchflußmessern üblicher elek­ trischer Meßwertwandler herangezogen werden, welcher die Posi­ tion des Schwebekörpers in ein Gleichstromausgangssignal um­ wandelt, das je nach Position des Schwebekörpers sich zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert, zum Beispiel zwi­ schen 4 und 20 mA, ändert. Der Mikroprozessor kann in diesem Falle so geschaltet sein, daß das Gleichstromausgangssignal für den Fall, daß die Amplitude der den Schwankungen des Schwebekörpers entsprechenden Wechselsignale oder bei über eine vorbestimmte Zeitdauer konstanten Positionssignalen einen Wert unterhalb des unteren oder oberhalb des oberen Grenzwerts annimmt, wodurch ein Fehler signalisiert wird.

Nach einem anderen Vorschlag gemäß Anspruch 6 kann zum glei­ chen Zweck aber auch der Mikroprozessor so programmiert sein, daß zur Fehler- und Alarmmeldung ein digitales Signal erzeugt wird.

Zweckmäßigerweise ist nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 7 die Schaltung zur Detektierung der Blockade manuell abschaltbar, wenn aufgrund von extremen Verfahrensbedingungen zu häufig fehlerhafte Alarmsignale erzeugt werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schema­ tisch dargestellt ist, im einzelnen erläutert. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Durchflußmessers und

Fig. 2 Blockschaltbild der für den Durchflußmesser gemäß Fig. 1 bestimmten Wandlerschaltung.

Fig. 1 zeigt im Axialschnitt das Meßrohr 1, welches mit einem als Prozeßanschluß dienenden unteren und oberen Flansch 1a und 1b in eine Rohrleitung einbaubar ist, deren Durchfluß zu mes­ sen ist. Die Durchflußrichtung ist mit einem Pfeil S gekenn­ zeichnet. In Strömungsrichtung gesehen verjüngt sich der Durchflußkanal zunächst bis zu einer Drosselstelle 1c, an welche sich der Konus 1d anschließt. Dieser geht stromabwärts in das zylindrische Innenrohr 1e über. Innerhalb des Meßrohres 1 befindet sich der Schwebekörper 2, welcher mittels der ange­ formten Führungsstangen 2a und 2b in nicht dargestellter Weise mit Spiel in Querrichtung geführt ist. Innerhalb des Schwebe­ körpers 2 befindet sich ein ein- oder mehrteiliger Permanent­ magnet 3. Mit Hilfe dieses Permanentmagneten 3 läßt sich die Position und die Bewegung des Schwebekörpers 2 ermitteln bzw. überwachen. Zu diesem Zweck ist in Höhe des Permanentmagneten 3, aber außerhalb des Meßrohres 1 und hinter der Zeichnungs­ ebene, ein Folgemagnet 4 beweglich gelagert und derart an­ geordnet, daß er mit dem Permanentmagneten 3 magnetisch gekop­ pelt ist und der Bewegung des Schwebekörpers 2 folgt. Der Folgemagnet 4 ist über ein im einzelnen nicht dargestelltes Koppelglied, zum Beispiel einen hinter der Zeichnungsebene verschwenkbar gelagerten Hebel verbunden, welcher seinerseits über die gestrichelt dargestellte Achse 4a mit einem Zeiger 4b verbunden ist. Mit diesem wird die Position des Folgemagne­ ten 4 und damit des Schwebekörpers 2 auf einer Skala 6 ange­ zeigt. Zeiger 4b und Skala 6 sind durch ein Glas im Sichtfenster 5 abgedeckt, welches die Frontseite des mit dem Rohr 1 verbundenen Anzeigeteils 7 bildet.

Innerhalb des Anzeigeteiles 7 befindet sich in einem eigenen Gehäuse 8 eine elektrische Schaltung, welche auf Leiterplatten 9 angebracht ist.

Diese elektrische Schaltung ist mit dem Blockschaltbild gemäß Fig. 2 veranschaulicht und hat die Aufgabe, als Wandler die Schwingungen bzw. Position des Schwebekörpers bzw. Folgemagne­ ten zu detektieren.

Dem Folgemagneten 4 ist eine in Fig. 1 im einzelnen nicht dargestellte magnetisch sensible Sensoranordnung, die z. B. aus Hallsensoren bestehen kann, zugeordnet, welche die Ortslage, also die Position, des Folgemagneten 4 erfaßt. Diese Sensor­ anordnung, auch Sensorik genannt, ist in Fig. 2 mit dem Block 11 symbolisiert. Die von der Sensorik 11 erzeugten Signale werden mittels eines nachgeschalteten Analog/ Digitalwandlers 12 in digitale Signale umgewandelt, welche dem Eingang E1 eines Mikroprozessors 13 zugeführt werden.

Dem Eingang E2 des Mikroprozessors werden systemtypische Daten zugeführt, nämlich die in den Speicherbausteinen 14 und 15 abgelegten Kalibrierdaten des Schwebedurchflußmessers sowie die Kennlinie für die Wirkung des Folgesystems auf die Senso­ rik 11.

Am Ausgang A1 des Mikroprozessors 13 werden die Meßdaten, welche der Position des Folgemagneten und damit dem Durchfluß­ wert entsprechen, abgenommen und mittels einer LCD-Anzeige 16 dargestellt. Parallel hierzu sind Eingabetasten 17 geschaltet, mit welchen der an den Ausgang A2 des Mikroprozessors geschal­ tete Meßwertwandler 19 abgeglichen werden kann. Dieser Meß­ wertwandler 19 wandelt das bei A2 anstehende Signal in einen durchflußproportionalen Strom, der bei 20 abgenommen werden kann.

An den Ausgang A1 ist ferner die Schnittstelle 18 geschaltet, welche eine dritte Ein-/Ausgabemöglichkeit für die Information von und zum Mikroprozessor 13 ermöglicht.

Der Mikroprozessor 13 ist so programmiert, daß ein Fehler- bzw. Alarmsignal generiert wird, wenn die Amplitude der bei E1 eingegebenen Signale während einer vorgegebenen Zeitdauer einen Mindestwert unterschreitet bzw. die Signale ganz aus­ bleiben. Das Alarm- bzw. Fehlersignal wird durch eine Änderung des bei 20 eingespeisten Versorgungsstromes detektiert. Es kann zusätzlich mittels der LCD-Anzeige 16 dargestellt und/oder in Form eines Steuersignals über die Schnittstelle 18 abgenommen werden.

Bezugszeichenliste

1 Meßrohr, Rohr
1a unterer Anschlußflansch
1b oberer Anschlußflansch
1c Drosselstelle
1d Konus
1e zylindrisches Innenrohr
2 Schwebekörper
2a, b Führungsstangen
3 Permanentmagnet
4 Folgemagnet
4a Koppelglied, Hebel
4b Zeiger
5 Sichtfenster, Glas
6 Skala
7 Anzeigeteil
8 Gehäuse
9 Leiterplatten
11 Sensorik mit Hall-Wandlern
12 Analog/Digital-Wandler
13 Mikroprozessor
14, 15 Speicherbausteine
16 LCD-Anzeige Eingabekasten
18 Schnittstelle
19 Meßwertwandler
20 Stromausgang

Claims (7)

1. Durchflußmesser für strömende Flüssigkeiten oder Gase mit einem vertikal angeordneten, von unten nach oben durch­ strömten Rohr, in welchem ein in Strömungsrichtung beweg­ barer, mit Spiel in Querrichtung geführter Schwebekörper angeordnet ist, wobei das Rohrinnere oder der Schwebekör­ per konisch geformt ist, und mit einem Übertragungssy­ stem, bestehend aus einem mit dem Schwebekörper fest verbundenen Permanentmagneten und einem Wandler, welcher entsprechend der Position des Schwebekörpers ein elek­ trisches Signal (Positionssignal) erzeugt, das angezeigt und/oder aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler und/oder ein zusätzlicher Wandler derart angeordnet und ausgebildet ist, daß durch kleine Schwan­ kungen des Schwebekörpers (2) um einen Mittelwert diesen Schwankungen entsprechende elektrische Wechselsignale erzeugt werden, welche einem Mikroprozessor (13) zuge­ führt werden, der ein Fehler- bzw. Alarmsignal zur Blockade­ erkennung des Übertragungssystems erzeugt, wenn die Amplitude der Wechselsignale während einer vorgegebenen Zeitdauer einen Mindestwert unterschreitet.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen außerhalb des Rohres (1) angeordne­ ten, mit dem Permanentmagneten (3) des Schwebekörpers (2) magnetisch gekoppelten Folgemagneten (4) aufweist, der derart beweglich gelagert ist, daß er der Position des Schwebekörpers (2) folgt, und dessen Schwankungen sowie dessen Position mittels eines Sensors (11) ermittelt werden.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) ein kapazitiver, ein induktiver oder ein Magnetfeldsensor ist.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mittels eines Mikroprozessors die der Position des Folgemagneten entsprechenden Positionssigna­ le gespeichert werden und daß zur Blockadeerkennung des Übertragungssystems mittels des Mikroprozessors ein Feh­ ler- bzw. Alarmsignal erzeugt wird, wenn die Amplitude der Positionssignale während einer vorgegebenen Dauer konstant bleibt.

5. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Wandler, welcher entsprechend der Posi­ tion des Schwebekörpers ein Gleichstromausgangssignal zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert er­ zeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromaus­ gangssignal für den Fall, daß die Amplitude der den Schwankungen des Schwebekörpers entsprechenden Wechsel­ signale einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet, oder bei über eine vorbestimmte Zeitdauer konstanten Positionssignalen zur Fehler- bzw. Alarmmeldung den unte­ ren bzw. oberen Grenzwert annimmt.

6. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor für den Fall, daß die Amplitude der den Schwankungen des Schwebekörpers entsprechenden Wechselsignale einen vor­ gegebenen Mindestwert unterschreitet, oder bei über eine vorbestimmte Zeitdauer konstanten Positionssignalen zur Fehler- bzw. Alarmmeldung ein digitales Signal erzeugt.

7. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Detektierung des vom Schwebekörper erzeugten Wechsel­ signales und zur Blockadeerkennung des Übertragungssy­ stems manuell abschaltbar ist.