DE2754388A1

DE2754388A1 - Fluessigkeitsmessystem

Info

Publication number: DE2754388A1
Application number: DE19772754388
Authority: DE
Inventors: Peter Elderton
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2373833A1; FR2373833B1; IT1088328B; JPS5394970A; CA1115845A; GB1556978A; NL7713499A; US4059744A

Description

275A388

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- 3 Flüssigkeitsmeßsystem

Die Priorität der Anmeldung Nr. 7 48 459 vom 08!. Dezember 1976 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsmeßsystem und insbesondere ein System zur Bestimmung des Reingehaltes an OeI oder dergleichen.

Bislang war keine Möglichkeit bekannt, den Prozentgehalt an OeI in einer Oel-Wasser-Mischung genau mit Hilfe eines wirtschaftlich arbeitenden Gerätes zu bestimmen, wenn der Wassergehalt in der Rohrleitung über 60% hinausgeht .

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit in der Schaffung eines Gerätes, mit dessen Hilfe das Reingewicht an OeI genau bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Dr.Rl/bk

15. November 1977.

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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisches Bild einer Ausbildungsform des Meßsystems,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Torgenerators aus Fig. 1,

Fig. 3 das schematische Bild eines Detektors für . die Ober- und Untergrenze aus Fig. 2,

Fig. 4 das schematische Bild des anderen Detektors für die Ober-und Untergrenze aus Fig. 2.

Fig. 5 das Schalbild einer Alternativform des Meßsystems,

Fig. 6 eine zweite Alternativform des Meßsystems, Fig. 7 das Schaltbild eines Torgenerators aus Fig.

Fig. 8 das Schaltbild des Detektors für die Obergrenze - ! aus Fig. 7,

j
Fig. 9 das Schalbild des Detektors für die Untergrenze

\ aus Fig. 7,

Fig. X) das Schaltbild der Vergleichschaltung aus , Fig.7 und

Fig. 11 und 12 Blockschaltbilder von zwei weiteren Alternativforinen des Meßsystems.

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- 5 Das Meßsystem nach Fig. 1

Fig. 1 zeigt eine Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Meßsystems, das Impulse erzeugt, die angenähert oder genau proportional dem entsprechenden Prozentgewicht und Volumen an OeI und/oder Wasser sind. Es weist Bauteile auf, die in der Rohrleitung 473 eingesetzt sind. Ein solches Bauteil ist ein herkömmlicher Differenzdruckmesser 472 mit den Einlassrohren 500 und 501, wobei innerhalb der Druckdifferenz der Kontaktarm 502 durch die Ausgangswellen 503 entsprechend gedreht wird. Die Rohre 500 und 501 sitzen in unterschiedlicher Höhe. Die Druckdosen 500' und 501' füllen getrennt voneinander Fließstoffe auf der linken Seite aus der Oel-Wasser-Mischung auf der rechten Seite der selben. Die Geberschaltung 401 enthält das Potentiometer 405 mit der Wicklung 505 und dem Arm 502. Die Welle 503 ist mit dem Torgenerator 400 über eine Vorrichtung verbunden, die eine mechanische Bewegung in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Widerstände 506 und 507 liegen zwischen den Endpunkten 508 und 509 der Wicklung und den Potentialen -E und +E. Der Kontaktarm 502 ist mit dem Torgenerator 400 verbunden.

Die Geberschaltung 401 liefert eine Ausgangsspannung, die dem Druck in den Röhren 500 und 501 direkt proportional ist.

Das Meßsystem nach Fig. 1 enthält auch den Turbinendurchflußmesser 402, den Turbinenschaufelrotor 403, den Stator 400 sowie den magnetischen Aufnehmer 405. Der Durchflußmesser 402 entspricht der herkömmlichen Bauweise und erzeugt eine Impulsfolge in der Ausgangsleitung 406. Die Impulsfrequenz ist dabei direkt proportional der Durchflußrate in der Rohrleitung 473, mit anderen Worten ist also der Durchfluß gleich dem Durchfluß an Wasser und OeI, also einer Mischung dieser Kompension. Das Ausgangssignal

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des Durchflußmessers 402 wird dem Kontaktarm 407 eines herkömmlichen elektronischen Schalters 408 in der Ausgangsschaltung 471 zugeführt, wobei der SchaLter 408 ein Relais oder irgendein beliebiger Schalter sein kann, der die Kontakte 409 und 410 besitzt. Der Kontakt 409 ist über einem herkömmlichen Teiler 412, den Treiberverstärker 413 und den Zähler 414 mit einem herkömmlichen Anzeigegerät 411 verbunden.

Der Kontakt 410 ist in gleicher Weise über den herkömmlichen Teiler 416, den Treiberverstärker 417 und den Zähler 418 mit dem herkömmlichen Anzeigerät 415 verbunden.

Der Durchflußmesser 402 ist über den Vorverstärker 419 und den monostabilen Multivibrator 420 mit dem Kontaktarm verbunden.

Der Schalter 408 wird vom Torgenerator 400 betrieben, der seine Eingangssignale von der Geberschaltung 401 und dem Temperaturfühler 421 erhält. Der Turbinenrotor 4 03 und der Temperaturfühler 421 tauchen beide in die in der Rohrleitung 473 fließende Mischung aus OeI und Wasser.

Die Teiler 412 und 416 können dazu verwendet werden, daß die Anzeigegeräte 411 und 415 direkt in bestimmten Mengen von OeI und Wasser ausgedrückt in Fässern, (Barrels), oder in Volumenbzw. Gewichtseinheiten abgelesen werden können.

Sind die Ausgangsimpulse des Torgenerators 400 wie unten beschrieben positiv, berührt der Kontaktarm 4 07 einen der Kontakte 409 oder 410. Die Kontaktaufnahme erfolgt während der Impulsbreite, Im Gegensatz dazu liegt der Kontaktarm 407 an dem anderen der beiden Kontakte während der Pause zwischen den Impulsen.

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Der in Fig. 2 gezeigte Torgenerator 400 enthält eine herkömmliche geregelte Spannungsquelle 422, die die Spannung +E an den Kontakt 423 eines herkömmlichen elektronischen Schalters 424 und die Spannung -E an dessen Kontakt 425 legt. Der Schalter 424 ist ein einpoliger Umschalter mit dem Kontaktarm 426; er kann ein Relais, ein elektronischer Schalter oder dergleichen sein. Der Kontaktarm des Schalters 424 ist über die Integratiohschaltung 427 mit dem Detektor 428 für die Obergrenze, dem Detektor 429 für die üntergrenze und mit der Vergleichsschaltung 430 verbunden, deren Ausgangssignal dem in Fig.1 gezeigten Schalter 408 über die Leitung 474 eingeprägt wird.

Die Detektoren 428 und 429 sind jeweils mit den Setz- und Rücksetzeingängen des Flipflops 434 verbunden, dessen "O"-Ausgang den Schalter 424 betätigt.

Der Detektor 428 für die Obergrenze veranlaßt den Abfall des Ausgangssignals der Integrationsschaltung 427, nachdem ein vorgegebenes hohes Niveau erreicht ist. Umgekehrt veranlaßt der Detektor 429 für die Untergrenze den Anstieg des Ausgangsignals der Integrationsschaltung 427, nachdem ein vorgegebenes niederes Niveau erreicht ist. Somit stellt das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 427 eine Dreieckwelle der, deren Spitzen die vorgegebene Obergrenze und deren Täler die vorgegebene Untergrenze bilden. Wenn sqmit der "O"-Ausgang des Flipflops 4 34 hoch ist, steht der Kontaktarm 426 in Verbindung mit dem Kontakt 423. Umgekehrt steht der Kontaktarm 426 in Verbindung mit dem Kontakt 425, wenn der "O"-Ausgang des Flipflops 434 niedrig ist.

Der Ausgang der Geberschaltung 401 nach Fig. 1 wird der Vergleichsschaltung 430 über den herkömmlichen Ananlogteiler 470 eingedrückt. Der Detektor nach Fig. 3 kann entweder der Detektor 428 für die Obergrenze oder der Detektor 423 für die Untergrenze sein. In Fig. 4 wird dann jeweils der andere der

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beiden Detektoren gezeigt.

Die variablen Widerstände 476 und 477 sind in den Fig. 3 und 4 entsprechend den Dichten von Wasser und OeI in der Rohrleitung 473 eingestellt. Die Dichtewerte erhält man durch Probennahmen aus der Mischung in der Rohrleitung und anschließendes Zentrifugieren. Daraufhin werden die Dichten des so voneinander getrennten OeIs und Wassers bestimmt und die variablen Widerstände 476 und dann zu den gemessenen Dichtewerten in Beziehung gesetzt. Unterschiedliche Dichtewerte können aufgrund von Verunreinigungen , gelösten Feststoffen oder ähnlichem gemessen werden. Das spezifische Gewicht von Wasser in der Rohrleitung 473 liegt üblicherweise bei 1,07; das Gel, das gegebenenfalls Rohoel sein kann, hat ein typisches spezifisches Gewicht von 0,85.

Die Vergleichsschaltung 4 30 in Fig. 2 erzeugt einen Ausgangsimpuls bei 478 von einer Impulsbreite, die der Zeit entspricht, während der die Dreieckswelle am Ausgang der Integrationsscha!*-ung 427 die Höhe der Ausgangsspannung der analogen Dividierschaltung 470 übersteigt. In nicht offensichtlicher und ganz unerwarteter Weise ist die Impulsbreite der Ausgangsimpulse der Vergleichsschaltung 430 entweder direkt proportional den in der Rohrleitung 473 fließenden Gewichtsprozenten an Wasser oder OeI, wobei es davon abhängt, ob die Dichte d des Wassers größer ist als die Dichte d des OeIs oder umgekehrt, und wobei es davon abhängt, welche Ausbildungsform oder welche Modifikation der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Das gleiche gilt für die Zeit zwischen den Impulsen.

Der Temperaturfühler 421 ergibt eine Korrektur, da die Dichte des OeIs sich mit der Temperatur ändert, so daß eine merkliche Genauigkeitsverbesserung durch die Temperaturkorrektur erreicht werden kann. Eine Temperaturkorrektur für Änderungen der Dichte des Wassers ist überflüssig. _w

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Fig. 3 zeigt die Verbindungspunkte 10,11 und 12. Der Widerstand liegt zwischen dem Verbindungspunkt 10 und dem Potential E , der Widerstand 14 zwischen dem Ver bindung spun': t 10 und dem Potential E , das die Erdung darstellt. Die beiden Widerstände bilden einen

Spannungsteiler, der an dem Verbindungspunkt 10 ein .Potential aufbaut, das dem Rückkoppelungspotential, erzeugt vom Widerstand 476 zwischen den Verbindungspunkten 11 und 12, zuaddiert wird. Man sieht, daß ein Teil der Schaltung nach Fig. 3 einen herkömmlichen Ananlogteiler darstellt. Der Widerstand 15 liegt zwischen den Verbindungspunkten 10 und 11.

In Fig. 3 ist auch der Differenzverstärker 16 enthalten,dessen invertierender Eingang über die Leitung 17 am Verbindungspunkt 11 liegt und dessen nicht^invertierender Eingang über die Leitung 18 geerdet ist. Er besitzt ferner die Ausgangsleitung 19 zum Verbindungspunkt 12 hin .

Ein zweiter Differenzverstärker 20 besitzt erste und zweite Eingangsleitungen 21 und 22. Die Eingangsleitung 21 kommt vom Verbindungspunkt 12, die Eingangsleitung 22 dagegen vom Ausgang der Integrationsschaltung 427 in Fig. 2.

Der Differenzverstärker 20 führt die Ausgangsleitung 22 zu einem der Eingänge des Flipflops 434.

Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich kaum merklich von der Anordnung nach Fig. 2. In Fig. 4 finden sich die Verbindungspunkte 24, 25 und 26. Der Widerstand 27 liegt zwischen Verbindungspunkt 24 und dem Potential E * ein anderer Widerstand 28 liegt-zwischen dem Verbindungspunkt 24 und dem Grundpotential E_f. Auch hier bilden die Widerstände 27 und 28 einen Spannungsteiler, der am Verbindungspunkt 24 ein Potential erzeugt.

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In Fig. 4 bildet der Differenzverstärker 29 einen Teil eines Analogteilers. Er besitzt den invertierenden Eingang 30 vom Verbindungspunkt 25 her, während der nichtinvertierende Eingang über die Leitung 31 geerdet ist. Ein weiterer Widerstand 32 liegt zwischen den Verbindungspunkten 24 und 25.

In Fig. 4 sind der variable Widerstand 4 77 und der Temperaturfühler 421 zwischen den Verbindungspunkten 25 und 26 hintereinandergeschaltet.

Der Differenzverstärker 29 besitzt den Ausgang 33 zum Verbindungspunkt 26.

In Fig. 4 stellt 34 einen zweiten Differenzverstärker mit den ersten und zweiten Eingängen 35 und 36 dar. Die Eingangsleitung kommt vom Verbindungspunkt 26 und die Eingangsleitung 36 vom Ausgang der ünLogrationsschaltung 427, die. in Fig. 2 gezeigt wird. Der Differenzverstärker 34 hat einen Ausgang 37 zu einem der Eingänge des Flipflops 434 nach Fig. 2.

Man erkennt, daß nicht festgelegt wurde, welche der beiden Leitungen 21 und 22 in Fig. 3 der invertierende und der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 20 ist. Das gleiche gilt für die Eingangsleitungen 35 und 36 des in Fig. 4 gezeigten Differenzverstärkers 34. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Dichte des Wassers mit dem variablen Widerstand 4 76 in Einklang gebracht wird und die Dichte des OeIs mit dem Widerstand 477 in Fig. 4, wobei die Dichte des Wassers gegebenenfalls die Dichte des OeIs übersteigen kann. Das bedeutet, daß der in Fig. 2 gezeigte Detektor 428 entweder der in Fig. 3 oder der in Fig. 4 gezeigte Detektor sein kann. Das bedeutet aber auch, daß der in Fig. 2 gezeigte Detektor 429 für die Untergrenze entweder der in Fig.

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oder der in Fig.4 gezeigte Detektor sein kann. Unabhängig davon muß der Detektor 429 für die Obergrenze der Detektor der Fig. 3 sein, wenn der Detektor 428 für die üntergrenze der Detektor der Fig. 4 ist, und umgekehrt.

Übersteigt die Dichte des Wassers die Oeldichte, ist der Detektor nach Fig. 3 der Detektor 429 für die üntergrenze, und die Ausgangsleitung 23 des Differenzverstärkers 20 führt zum Rücksetzeingang des Flipflops 434. In diesem Fall ist die Ausgangsleitung 37 des Differenzverstärkers 34 aus Fig. 4 mit dem Setzeingang des Flipflops 434 nach Fig. 2 verbunden. Gleichzeitig führt die Leitung 21 des Differenzverstärkers 20 nach Fig. 3 zum invertierenden Eingang desselben und die Leitung 22 zum nichtinvertierenden Eingang. Sind die genannten Verbindungen hergestellt, geht die Leitung 35 des Differenzverstärkers 34 nach Fig. 4 in den nichtinvertierenden Eingang und die Leitung 36 in seinen invertierenden Eingang.

übersteigt die Oeldichtie^es Wassers, so wird der Detektor in Fig. 3 der Detektor 428 für die Obergrenze, und die Ausgangsleitung 23 in Fig. 3 führt dann zum Setzeingang des Flipflops 434. In ähnlicher Weise ist die Ausgangsleitung 37 in Fig. 4 mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 434 verbunden, und der Detektor in Fig'. 4 ist der Detektor 429 für die Untergrenze. Unter

diesen Bedingungen lassen sich die anderen Verbindungen in ähnlicher Weise umkehren, z.B. führt die Leitung 21 des Differenzverstärkers 20 zum nichtinvertierenden Eingang desselben und die Eingangsleitung 22 zum invertierenden Eingang; die Leitung 35 in Fig. 4 endet im invertierenden Eingang und die Leitung 36 im nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 34.

Ist die Dichte des Wassers größer als die Dichte des OeIs, entspricht T der Impulsbreite 478 aus Fig. 2 und T. der Zeit

I
ι

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zwischen den Impulsen 478 in Fig. 2. Wird jedoch außer den Widerständen 476 und 477 in den Fig. 3 und 4 nichts geändert, wird T die Zeit zwischen den Impulsen 478 und T. die Impulsbreite 478. Das Umgekehrte tritt ein, wenn zwischen den Detektoren 428 und 429 eine Umkehr eintritt, wobei die Detektoren nach den Fig. 3 und 4 in der besagten Weise umgekehrt werden.

Ist die Dichte des Wassers größer als die Dichte des OeIs, so ist der Ausdruck T gleich der Impulsbreite 478 und direkt proportional dem Wasseranteil in der Rohrleitung 473 nach Fig. 1. Gleichzeitig ist der Ausdruck T direkt proportional dem Oelgehalt in der gleichen Rohrleitung.

Die Ausbildungsform nach den Fig. 1 bis 4 ist nicht ganz genau, jedoch in vielen Fällen äußerst genau und ausreichend genau für die praktische Anwendung. Die Ausbildungsform nach den Fig. 1 bis 4 ist äußerst genau, wenn die Änderung der Oeldichte mit der Temperatur innerhalb des Zeitabschnitts, der der Summe aus T und T entspricht, sehr gering ist.

Das Ausgangssignal der Integrationsschältung 427 wird durch das Dreieckwellensignal 475 nach Fig. 2 symbolisiert, Die Dimensionen 1/d und 1/d_Q sind die reziproken Werte der Dichten von Wasser und OeI und direkt proportional oder umgekehrt proportional den Spannungsamplituden der Ober- und Untergrenzen, wenn die Dichte des Wassers größer ist als die des OeIs. In diesem Fall müßten die tiefgestellten Indices und umgekehrt werden, wenn die Dichte des OeIs die des Wassers übersteigt.

In Fig. 2 ist die Neigung des Dreieckwellensignals 475 entweder positiv oder negativ; der absolute Wert ist jedoch in jedem Fall eine Konstante. Die Integrationsschaltung 427 ist somit nur insofern frei in ihrenuAblauf,

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als sie bis zur Obergrenze ansteigt und bis zur üntergrenze abfallen kann. Für alle praktischen Zwecke ist es überflüssig, die durch die Temperatur bedingte Expansion und Kontraktion des Wassers zu kompensieren. Der Ausdruck T ist deshalb stets

w _#

konstant, nachdem der Widerstand 476 genau auf den gemessenen Wert der Wasserdichte eingerichtet wurde. Gegebenenfalls können die Widerstände 476 und 477 Potentiometer sein, die durch einen Knopf betätigt werden, der eine Markierung zur Korrelation mit einem bestimmten Index aufweist. Alle Umkehrungen laßen sich auch bei den Fig. 7-12 durchführen.

Die Temperatur der in der Rohrleitung 473 strömenden Mischung kann in sehr geringem Maße den Widerstand der Sonde 421 aus den Fig. 1 und 4 verändern. Sollte die Temperatur der Mischung aus OeI und Wasser in der Rohrleitung nach Fig. 1 sich stark ändern, so läßt sich die Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den Fig. 1 bis 4 so lange benutzen, wie die Temperaturänderung nicht zu rasch vonstatten geht.

In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nach den Fig. 5 und 6 sind die Ausgangssignale unabhängig von der Temperaturänderungsgeschwindigkeit der OeI- und Wassermischung, die in der Rohrleitung nach Fig. 1 strömt.

Obersteigt das Dreieckswellensignal 475 das Ausgangssignal des Analogteilers '470, werden die Impulse 478 erzeugt. Der Ausdruck T. ist somit begrenzt, wenn das Signal 475 unter das Ausgangssignal des Analogteilers 470 fällt.

In Fig. 3 liefern alle Bauteile bis auf den Differenzverstärker 20 an dem Verbindungspunkt 12 und über die Leitung 21 eine dem reziproken Wert der Wasserdichte direkt proportionale Gleichspannung.

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In Fig. 4 liefern alle Bauteile darin bis auf den Differenzverstärker 34 tatsächlich an dem Verbindungspunkt und über die Leitung 35 eine Gleichspannung, die dem reziproken Wert der Oeldichte proportional ist.

In den Fig. 1 bis 4 wird eine Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung offenbart, eine zweite in Fig. 5 und eine dritte in Fig. 6, eine vierte in den Fig. 7bis 10, eine fünfte in Fig. 11 und eine sechste in Fig. 12. Jede dieser Ausbildungsformen bestimmt den Gehalt an OeI und/oder Wasser in Gewichtsprozenten auf unterschiedliche Weise und durch nicht naheliegende Gleichungen.

Gemäß dem Vorhergesagten ist die Obergrenze direkt proportional dem reziproken Wert von d und die Untergrenze direkt proportional dem reziproken Wert von d . Das Ausgangssignal des Analogteilers ist direkt proportional dem reziproken Wert der Druchschnittsdichte d
Wasser in der Rohrleitung 473.

Wert der Druchschnittsdichte d der Mischung aus OeI und

In dem vorhergehenden Fall ist die Breite T des Impulses 4 78 direkt proportional dem Prozentgewicht an Wasser, und die Zeit zwischen den Impulsen T ist direkt proportional dem Prozentgewicht an OeI. Durch die Verwendung einer Invertierschaltung an dem Ausgang der Vergleichsschaltung erreicht man das Umgekehrte.

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Betrieb des Gerätes zur Bestimmung des Reingewichts an OeI nach Fig. 1

Beim Betrieb der Ausbildungsform nach Fig. 1 liefert eine Densitometersonde 472 zusammen mit der Gebersehaltung 401 an den Torgenerator 400 einen Strom, der direkt proportional ist der Mischung aus OeI und Wasser in der Rohrleitung 473. Dieser Torgeneratcr 400 erzeugt dann Ausgangsimpulse einer Breite, die den Gewichtsprozenten an OeI in der Rohrleitung 473 direkt proportional sind. Der Temperaturfühler 421 liefert ein Eingangsignal an den Torgenerator 400, um in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung des OeIs in der Rohrleitung 473 das Ausgangssignal zu regeln, wobei die Temperatur die gleiche ist wie die Temperatur der in der Rohrleitung strömenden Mischung aus OeI und Wasser. Der Schalter 408 in der Ausgangsschaltung 471 ist so konstruiert, daß er über die Treiberverstärker 413 und 417 und die Teiler 412 und 416 Impulse an die Zähler 414 und 418 liefert, so daß die Anzeigegeräte 411 und 415 die Gesamtmenge an OeI und Wasser anzeigen, die durch diesen Teiler der Rohrleitung 43 in Fig. hindurchgeht.

Der Torgenerator 400 regelt die Stellung des Kontaktarms 407 des Schalters· 4 08 über die Leitung 474, damit wechselweise die Impulse, die vom Ausgang des monostabilen Multivibrators 420 zum Kontaktarm 407 kommen, zu den Teilern 412 und 416 abgelenkt werden.

Man erkennt, daß sämtliche Ausgangssignale der Geberschaltung 401 in Fig. 1 und der Schaltungen 601 und 601' in Fig. 5 und 6 dem Differenzdruck direkt proportional sind.

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Es ist zu berücksichtigen, daß das Wasser in der Rohrleitung 473 gewöhnlich nicht rein ist, sondern Natriumchlorid und/oder andere Verunreinigungen in gelöstem oder ungelöstem Zustand enthalten kann.

Meßsystem nach Fig.5

In Fig. 5 werden die der Dichte des Oels-und des Wassers analoge Signale liefernden Quellen 38, 39 und der Differenzdruckmesser 600 sowie die Geberschaltung 601, ferner die zwei analogen Subtrahierschaltungen 41 und 42 mit den zwei analogen Multiplizierschaltungen 43 und 44 gezeigt. Einen Analogteiler stellt 45 dar, 46 und 47 sind die zwei Vergleichsschaltungen, 68 ist die Differenzierschaltung, 69 bedeutet die Integrationsschaltung, 70 ist ein Turbinendurchlaufmesser und 71 die Ausgangsschaltung.

Die analoge Subtrahierschaltung 41 empfängt Eingangssignale von den Quellen 38 und 39, die Multiplizierschaltung 43 vom Ausgang' der analogen Subtrahierschaltung 41 und vom Ausging der puelle 601.

Von den Quellen 39 und 601 empfängt die analoge Subtrahierschaltung 42 Eingangssignale und gibt ein Ausgangssignal in die analoge Multiplizierschaltung 44, die ein weiteres Eingangssignal vom Ausgang der Quelle 38 empfängt.

Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 43 und werden an den Analogteiler 4 5 weitergegeben, dessen Ausgangssignal wiederum der Vergleichsschaltung 46 eingegeben wird. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 46 wird der Ausgangsschaltung 71 eingegeben. Beide Vergleichsschaltungen 46 und 47 empfangen Eingangssignale vom Ausgang der Inte-

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grationsschaltung 69. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 47 gelangt über die Differenzierschaltung 68 in den Rücksetzeingang der Integrationsschaltung 69.

Das Ausgangssignal des Turbinendurchflußmessers 70 wird ebenfalls in die Ausgangsschaltung 71 eingegeben.

Die Quelle 38 kann identisch sein mit Fig. 4, jedoch ohne das Eingangssignal von der Integrationsschaltung 427 und ohne den Differenzverstärker 34 mit seinen Leitungen 35, 36 und 37. Das Ausgangssignal der Quelle 38 wird dann vom Verbindungspunkt 26 in Fig. 4 aufgenommen.

In ähnlicher Weise kann die Quelle 39 der Fig. 3 entsprechen bis auf das Eingangssignal von der Integrationsschaltung 427, die zusammen mit dem Differenzverstärker 20 und seinen Leitungen 21, 22 und 23 weggelassen ist. Das Ausgangssignal der Quelle wird dann vom Verbindungspunkt 12 in Fig. 3 aufgenommen.

Die Quelle 601 kann die Geberschaltung 401 nach Fig. 1 aber ohne die analoge Dividierschaltung 470 sein.

Die Subtrahierschaltungen 41 und 42, die Multiplizierschaltungen 43 und 44, der Analogteiler 45 sowie die Vergleichschaltungen 46 iind 47, die Differenzierschaltung 68 und die Integrationsschaltung 69 können gänzlich der herkömmlichen Art entsprechen. Der Turbinendurchflußmesser 70 kann den Aufbau nach 402, 419 und 420 in Fig. 1 aufweisen.

Die Ausgangsschaltung 71 kann mit der Ausgangsschaltung in Fig. 1 gegebenenfalls identisch sein.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung berechnet den Prozentgehalt an öl und Wasser

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und gibt ihn über die Ausgangsleitung der Vergleichsschaltung an die Ausgangsschaltung 71 weiter. Das Ausgangssignal des Analogteilers 45 ist direkt proportion I einer der Gleichungen 3 oder 5. Die Vergleichsschaltung 46 und die Integrationsschaltung 69 ändern einfach das analoge Ausgangssrgnal des Analogteilers 45 auf eine Impulsbreite oder die Pause zwischen ώη Impulsen. Die Vergleichsschaltung 46 kann z.B.. ein Ausgangssignal erzeugen und es der Ausgangsschaltung 71 eingeben, wenn das Ausgangssignal der Integrationsschaltung auf das Niveau der Amplitude des Ausgangssignals des Analogteilers 45 ansteigt oder auf die Amplitude eines derartigen Ausgangssignals abfällt.

Meßsystem nach Fig. 6

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausbildungsform der folgenden Erfindung sind die unter den Bezugsziffern 38',39',601 ' , 41' - 47', 68' - 71', gezeigten Bauteile identisch mit den unter den Bezugsziffern 38,39,601,41-47,68-71 gezeigten Bauteilen. Fig. 6 ist identisch mit Fig. 5 bis auf die Verbindung von 38', 39' und 601'. Bis auf die verwendeten Eingangssignale ist der Betriebsablauf bei beiden Figuren gleich. Fig. 6 gibt Gewichtsprozente sowohl von OeI wie Wasser an.

Der Ausdruck "Anzeigevorrichtung", wie er in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebraucht wird» bezeichnet, irgend eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Ausgangssignale aller drei Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung ausgewertet werden können. Das Ausgangssignal des Kontaktes 409 in Fig.1 ist z.B. unabhängig vom Ausgangssignal des Kontaktes 410. Darüberhinaus kann das Ausgangssignal des Kontaktes 4 09 und/oder das Ausgangssignal des Kontaktes

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410 in die Anzeigegeräte 411, einen Verfahrensregler oder dergleichen eingedrückt werden.

Der Ausdruck "Fließstoff" bedeutet entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit, es sei denn daß die Erfindung nur bei einem der Fließstoffe allein, d.h. Gas oder Flüssigkeit angewendet wird. Die Berechnungen sind nicht auf Analogrechner beschränkt, die Erfindung läßt sich auch mit Hilfe von Digitalrechnern ausführen.

Der Ausdruck "Änderung in der Verbindung des Schalters" bedeutet das öffnen oder das Schließen desselben.

Wie es üblich ist, bedeutet die Dimension T in Fig. 2,

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genau wie es gezeigt ist, die Breite von einem oder mehreren Impulsen 480".

Der Ausdruck T. in Fig. 2 stellt wie gezeigt die Zeit zwischen der Rückflanke des linken Impulses 480 und der Vorderflanke des rechten Impulses 478 dar.

Weitere Meßsysteme sind in den Patentanmeldungen P 22 49 206 und P 25 44 523 sowie in der US-PS 3 385 beschrieben. Eine kapazitive Sonde wird in dem Informationsblatt zum NOC-200, hergestellt von Hydrill Controll Systems Division 8383 Commerce Park Drive Suite 600 Houston Texas 77036 erläutert.

Fig. 7 zeigt eine Alternativform der vorliegenden Erfindung mit dem Torgenerator 400 und der geregelten Spannungsquelle 522', die die Spannung +E an den Kontakt 423' des Schalters 424'

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legt. Dieselbe Spannungsquelle legt die negative Spannung E an den Kontakt 525'. Der Schalter 424' ist ein einpoliger Umschalter mit dem Kontaktarm 426', er kann ein Relais, ein elektronischer Schalter oder dergleichen sein. Di_#e Integrierschaltung 427' liegt zwischen dem Kontaktarm des Schalters 424' und dem Detektor 428' für die Obergrenze, außerdem sind noch der Detektor 429' für die Untergrenze und die Vergleichschaltung 4 30' angeschlossen. Das Ausgangssignal der Vergleichschaltung 430' ist dem Schalter 408 in Fig. 1 eingedrückt. Die Integrierschaltung 427' enthält den Eingangwiderstand 431', den Rückkoppelungskondensator 432' und den Verstärker 433'. Die Detektoren 428' und 429' sind mit den "1" und "0" Eingängen des. Flip-Flop 434* verbunden, Der ¹¹O" des Flip-Flop 434' betreibt den Schalter 424'.

Der Detektor 428' bewirkt ein Abfallen des Ausgangssignals der Inteyrierschaltung 427', nach dem ein bestimmter Oberpegel erreicht ist. Umgekehrt wirkt der Detektor 429* für die Untergrenze, daß das Ausgangsignal in der Integrierschaltung 227' ansteigt, sobald ein gegebener tiefer Pegel erreicht ist. So ist das Ausgangssignal der Integrierschaltung 427' eine Dreieckswelle, deren Spitzenwerte auf der vorgegebenen Obergrenze und deren Tiefswerte auf der vorgegebenen Untergrenze liegen. Auf diese Weise berührt der Schaltarm 426' den Kontakt 223' wenn das "0" Ausgangssignal des Flip-Flop 234' hoch ist, und umgekehrt berührt der Kontaktarm 426' den Kontakt 425','wenn der "0" Ausgang des Flip-Flop 234' niedrig ist.

Das Ausgangssignal der Schaltung 401 wird in die Vergleichsschaltung 430' eingegeben. Der in der Fig. 8 gezeigte Detektor 428' für die Obergrenze enthält die Widerstände 442' und 443',

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die mit dem Potentiometer 444' in Serie geschaltet sind, daß eine Wicklung 445' und den Schleifkontakt 446' besitzt.;.

Der Widerstand 442' liegt an der Potentalquelle E', der Widerstand 443* an der Potentialquelle E,. Der Schleifkontakt 446' ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 447' verbunden, dessen invertierender Eingang das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 427' empfängt.

Die Fig. 9 zeigt eine ähnliche Anordnung mit dem Potentiometer 448' und der Wicklung 449' sowie dem Schleifkontakt 450'. Die Stellung der Schleifkontakte 446* und 45O¹ wird durch die Kennlinien des OeIs und des Wassers in der Rohrleitung 473 !bestimmt. Die Lage der Schleifkontakte auf den Potentiometern 444' und 448' wird entsprechend der zu messenden Dichten festgelegt. Die Obergrenze für die Lage des Schleifkontaktes 446* wird so in Übereinstimmung mit der Dichte des Wassers festgelegt, die Lage des Schleifkontaktes 450 dagegen entsprechend der Dichte des OeIs.

In Fig. 9 liegen die Widerstände 451' und 452' von den Enden der Wicklung 449' ausgehend an den Potentialquellen

E ' und E '.! Der Detektor 429' enthältfferner die Vereii /

stärker 453' und 454'. Die Sonde 421' kann mit der Sonde 421 identisch sein, sie verbindet den invertierenden Eingang des Verstärkers 453' über den Widerstand 455' mit dem Schleifkontakt 450'. Der Verstärker 453' besitzt den Rückkoppelwiderstand 456'. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 453* liegt am Potential VI. Sein Ausgangssignal wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers 454' eingedrückt, der über den nichtinvertierenden Eingang ein

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Signal von der Integrationsschaltung 427' empfängt. Das Ausgangssignal des Detektors 428' in Fig. 8 wird somit dem "1" Eingang des Flip-Flop 434' eingedrückt, das Ausgangssignal des Detektors 429' in Fig. 9 dagegen dem "0" Eingang.

Die Vergleichschaltung 430' in den Fig. 7 und 10 erzeugt Ausgangsimpu]se, deren Breite der Zeit entspricht, die das Dreieckswellensignal der Integrierschaltung 427' die Spannungshöhe am Ausgang der Geberschaltung 401 übersteigt.

Die Fig. 11 und 12 können identisch sein und auch den Fig. 5 und6 entsprechen, abgesehen davon, daß die Verbindungen in den Fig. 5,6,11 und 12 sich von Block zu Block unterscheiden. Außerdem zeigen weder die Fig. 11 und 12 eine der analogen Multiplizierschaltungen 43, 44, 43' und 44 · der Fig. 5 und 6.

Der erste Satz von Bauteilen 38 ''', 39 ''', 600''', 6Oi'¹¹, 41'¹¹, 42¹'¹, 45'¹', 46¹¹', 47¹'¹, 68''', 69'¹¹, 70'¹', 71¹'¹, Fig. 12 können mit einem zweiten Satz Bauteilen 38'', 39", 60O¹', 601", 41", 42", 45", 46", 47", 68", 69", 70" und 71" nach Fig. 11 identisch sein. Der zweite Satz kann ebenso identisch sein mit einem dritten Satz in Fig. 5 mit den folgenden Bezugsziffern 38, 39, 600, 601, 41, 42, 45, 46, 47, 68, 69, 70 und 71 .

Claims

DEUTSCHE ITT GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I.BR.

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Patentansprüche

(( 1.J Meßsystem zur Erzeugung eines dem Gesamtvolumen einer

V S Flüssigkeit, die in einem in einer Rohrleitung strömenden

Flüssigkeitsgemisch enthalten ist, direkt proportionalem Ausgangesigrial, gekennzeichnet durch eine an der Rohrleitung angeschlossene Vorrichtung zur Erzeugung eines Impulses mit einer Impulsfrequenz, die der Strömungsrate in der Rohrleitung direkt proportional ist, eine zweite Vorrichtung an der Rohrleitung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, daß dem Druckunterschied zwischen zwei unterschiedlichen Höhen in der Rohrleitung proportional ist, eine dritte Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, daß direkt proportional ist der Dichte der einen Flüssigkeit in der Mischung, eine vierte Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, daß direkt proportional ist der

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15. November 1977

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Dichte der zweiten Flüssigkeit in der Mischung, einem Schalter, der einen ersten Eingang von der ersten Vorrichtung aufweist und der einen zweiten Eingang besitzt und nach Empfang eines Impulses auf dem zweiten Eingang betätigt wird und dabei die Verbindung zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang ändert, eine mit der zweiten Vorrichtung verbundene fünfte Vorrichtung, dritte und vierte Vorrichtungen, die deren Ausgangssignale empfangen und Impulse dem zweiten Eingang des Schalters eindrücken, so daß die ersten Impulse durchgelassen werden und wechselweise unterbrochen werden zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang des Schalters.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Schalters eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Impulszähler besteht und einer Vorrichtung, die die gezählten Impulse anzeigt, wobei die Werte in Gesamtvolumen abzulesen sind.
4. Meßsystem nach dem vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Vorrichtung einen Temperaturfühler enthält, eingetaucht in die Flüssigkeitsmischung, der das Ausgangssignal direkt proportional zur Temperatur in der Mischung verändert.

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