DE2720546A1

DE2720546A1 - System zur korrektur der messung der volumenstroemung eines fluids

Info

Publication number: DE2720546A1
Application number: DE19772720546
Authority: DE
Inventors: Malcolm W Cornforth
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1978-05-03
Also published as: GB1528433A; NL7704420A; JPS6212821U; CA1069729A; AU2355277A; AU500407B2; GB1528434A; US4056717A; JPS5355061A; DE2720546C2

Description

System zur Korrektur der Messung der Volumenströmung eines Fluids

Es sind Systeme bekannt, bei denen Temperaturumformer benutzt werden, um einen Zeitbasis-Vervielfacher zu steuern, der eine sehr dichte Meßimpulsfolge moduliert. Dieses System ist in der US-PS 3 729 995 beschrieben. Bei einem weiteren bekannten System wird ein Oszillator durch integrierende und einen Pegel erfassende Schaltungen gesteuert. Dieses ist in der US-PS 3 588 481 gezeigt. Die US-PS 3 854 038 zeigt die Verwendung von Hochfrequenz-Umformern in Kombination mit einem Oszillator, der durch Niedriggeschwindigkeits Meßimpulse gesteuert wird.

Insgesamt benötigen die bisherigen Systeme,für die die zuvor genannten representativ sind, eine relativ große Leistungsmenge und können nicht in Verbindung mit einer Batteriespeisung benutzt v/erden. Dieses ist ein wesentlicher Nachteil, besonders dort, wo ferngesteuerte, wartungsfreie Einbauten erforderlich sind.

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TELEFON (O8O)

TELEX Ο6-9Ο3βΟ

TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Temperaturkorrektur-System für einen herkömmlichen Fluid-Strömungsraesser zu schaffen, das einen niedrigen Stromverbrauch hat and über eine lange Zeit mit einer Batterie gespeist werden kann. Dieses wird durch Benutzung integrierter logischer Schaltungen der Metalloxid-IIalbleiterbauart und durch pulsierenden Betrieb eines Oszillators sowie eine hochgenaue monostabile Multivibrator-Leistungszuführung während einer Zeitdauer erreicht, die ausreicht, um eine Berechnung durchzuführen, wonach dann die Schaltungen abgeschaltet werden, bis der nächste Ein gangs impuls erscheint.

Die Berechnung wird digital durch Benutzung herkömmlicher logischer Bauelemente, wie monostabiler Multivibratoren, Verknüpfungsglieder, voreingestellter Zähler und Teiler in einer relativ einfachen Schaltung durchgeführt. Grundsätzlich wird eine Impulsfolge durch Verknüpfen der Impulse von einem Oszillator während einer variablen Zeitdauer erzeugt, die von einem monostabilen Multivibrator gesteuert wird, dessen quasistabiler Zustand durch einen Temperaturfühler gesteuert wird, der die Temperatur der Fluidströmung an dem Strömungsmesser erfaßt. Durch Zurückzählen einer von Hand voreingestellten Zahl wird die Ausgangszahl für die absolute Temperatur der Fluidströmung representativ gemacht. Ein Stoßgenerator erzeugt eine Impulsfolge, die eine feste Anzahl von Impulsen hat, die irgendeiner gewählten Grundtemperatur entspricht. Diese Impulsfolge wird als Eingangssignal einem durch N teilenden Teiler zugeführt, wobei N die die absolute Temperatur der Fluidströmung angebende Zahl ist und durch die zuvor beschriebene Rückwärtszählung abgeleitet wird. Der Teiler erzeugt einen einzelnen Ausgangsimpuls für jede ganze Zahl, die sich aus der Teilung ergibt,und speichert jeden verbleibenden Rest für die nächste Division. Diese Ausgangsimpulse werden in einem Register gesammelt und geben die zur Grundtemperatur korrigierte Volumenströmung an. Selbstverständlich können an-

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dere Systemparameter bei der Messung der Volumenströmung des Fluids zu einer Standard-Volumenströmung korrigiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellenden Systems und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das die an den Punkten des in Fig. 1 gezeigten Systems auftretenden und auf eine gemeinsame Zeitbasis bezogenen Impulsformen zeigt.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erzeugt ein Temperaturfühler 11 einen Widerstand, der linear proportional zu ψ ist, wobei T die erfaßte Temperatur ist. Dieser Fühler wird in der Nähe der in einem Rohr 12 vorhandenen Fluidströmung angeordnet. Ein Fluid-Strömungsmesser bewirkt ein momentanes Schließen eines Schalters 14 für eine gegebene Volumenströmungseinlieit in dem Rohr 12.

Ein Widerstand 15 und ein Kondensator 16 sind so gewählt, daß sie ein Ausgangssignal linearer Impulsbreite, bezogen auf die absolute Temperatur von einem monostabilen Multivibrator 17 in einer zum Stand der Technik gehörenden Art angeben.

Das Meßausgangssignal vom Schalter 14·, das unter A in Fig. 2 gezeigt ist, wird an eine herkömmliche Rückprallunterbindungsschaltung 18 gegeben und erzeugt auf einer Leitung 38 einen in Fig. 2 unter B gezeigten Ausgangsimpuls. Dieser Impuls B ist unabhängig von Wirkungen des bekannten Schalterprellens.

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Ein monostabiler Mxiltivibrator 39 wird durch die Rückflanke des auf der Leitung 38 auftretenden Impulses B angesteuert und erzeugt einen in Fig. 2 unter C gezeigten Impuls auf einer Leitung 19·

Die Vorderflanke des Impulses C auf der Leitung 19 betätigt einen Pestkorperschalter 20, der Leistung von einer Leistungsquelle 21 über eine Leitung 22 an den monostabilen Multivibrator 17 gibt und ein Sperrsignal auf der Leitung 37 beseitigt, um die Einschaltung eines Oszillators 23 zu bewirken. Nach einer bestimmten Zeitverzögerung sperrt der Pestkorperschalter 20 die Leistungszufuhr zu dem monostabilen Multivibrator 17 und bewirkt ein Sperrsignal auf der Sperrleitung 37 > um den Oszillator 23 abzuschalten, bis der nächste Meßimpuls auftritt. Die unter D in Fig. 2 gezeigte bestimmte Zeitverzögerung wird lang genug gemacht, um die später beschriebene Berechnung zu beenden und ist erheblich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen, wie dieses später erläutert wird.

Die Rückflanke des Impulses C auf der Leitung 19 steuert den monostabilen Multivibrator 17 an und gibt auf einer Leitung 24 einen Ansteuerimpuls P an ein UND-Glied 25. Das UND-Glied 25 wird während einer Zeitdauer leitend gehalten, die von der quasistabilen Zeitdauer des monostabilen Multivibrators 17 bestimmt ist, die ihrerseits durch die Temperatur an dem Fühler 11 bestimmt ist. Auf diese Weise wird eine Anzahl von Impulsen von dem Oszillator 23 durch das UND-Glied 25 an einen durch 10 teilenden Teiler 26 gegeben, die eine inverse Punktion der von dem Fühler 11 erfaßten absoluten Temperatur ist. Diese Impulsfolge ist unter G in Fig. 2 gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zeitverzögerung des monostabilen Multivibrators 39 lang genug gemacht wird, so daß der Oszillator 23 eingeschaltet ist und läuft, wie dieses unter E in Fig. 2 gezeigt ist, bevor die Meßfolge durch öffnen des UND-Gliedes 25 beginnt.

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Das Ausgangssignal des Teilers 26 wird ans ein Eingangssignal an einen Rückwärtszähler 27 gegeben, der in bekannter Weise aufgebaut ist und irgendeinen Anfangszählerstand, aufweisen kann, der über den Voreinstelleingang 28 von Hand bestimmt wird.

Am Ende der ^urchlaßperiode kann die auf der Ausgangsleitung

29 erscheinende Anzahl representativ für die absolute Temperatur der Fluidströmung an dem Fühler 11 durch geeignete Wahl des Voreinstellzählerstandes bei 28 gemacht werden.

Ein Zahlenbeispiel zeigt später,wie dieses durchgeführt wird.

Die auf der Leitung 29 erscheinende Zahl wird durch Zurückzählen von der voreingestellten Zahl bei 28 für jedes Schließen des Meßschalters 14 berechnet und wird daher für Temperaturänderungen in der Pluidströmung kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht.

Ein Stoßgenerator 30 wird durch die Information über die Grundtemperatur auf einer Voreinstelleitung 31 voreingestellt und erzeugt für eine gegebene Grundtemperatur eine feste Anzahl von Impulsen. Der Generator 30 wird durch einen Impuls H von dem monostabilen Multivibrator 17 auf einer Leitung 32 in den eingeschalteten Zustand gesteuert, der als Ansprechen auf das Schließen des UND-Gliedes 25 erscheint, so daß die Anzahl auf der Leitung 29 beendet wird, bevor der Generator

30 beginnt, eine feste Anzahl von Impulsen J auf einer Leitung 33 zuzuführen.

Die feste Anzahl von Impulsen J vom Generator 30 wird auf der Leitung 33 als Eingangssignal an einen Teiler 34 gegeben. Die Kapazität des Teilers 34 wird durch die auf der Leitung 29 erscheinende Anzahl bestimmt. Wenn die Anzahl der Impulse auf der Leitung 33 gleich der Anzahl auf der Leitung

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ist, fließt der Teiler 34 über und erzeugt einen einzelnen Ausgangsimpuls auf der Leitung 35· Alle weiteren Impulse auf der Leitung 33 bleiben in dem Teiler 34- zu einer Benutzung beim nächsten Divisionsvorgang.

Die Impulse auf der Leitung 35 v/erden in einem Register 36 zusammengefaßt und geben die Volumenströmung in dem Rohr 12 an, die zu der auf der Leitung 31 voreingestellten Grundtemperatur korrigiert sind.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die auf der Leitung 29 erscheinende Anzahl mit der erfaßten Temperatur sich ändert. Diese Anzahl ist der Teiler N für den Teiler 3²I- und wird für jeden Impuls G auf der Leitung 19 berechnet. Auf diese Weise wird der Rückwärtszähler 27 durch die Vorderflanke des Impulses C voreingestellt und der Zähler wird für die Eingabe eines neuen Zählerstandes gelöscht. Der durch 10 teilende Teiler 26 w" rd auch durch die Vorderf lenke des Impulses C auf der Leitung 19 zurückgesetzt und für die Eingabe eines neuen Zählerstandes gelöscht.

Ein Zahlenbeispiel wird jetzt angegeben, um die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems noch klarer zu erläutern:

Wenn der Oszillator 23 ein Signal von 1 MHz für die Impulsfolge E erzeugt und am Fühler 11 eine Temperatur von etwa 15 C herrscht, ergibt die Verknüpfungsimpulsbreite P 5200 Impulse G für den durch 10 teilenden Teiler 26, wodurch 520 Impulse an den Rückwärtszähler 27 gegeben werden. Eine Voreinstellung von 1040 am Voreinstelleingang 28 ergibt einen Teiler auf der Leitung 29 von 1040-520=520, der die absolute Temperatur am Fühler 11 angibt. In' gleicher Weise wird für eine Temperatur von etwa 48°C aiu Fühler 11

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das UND-Glied 25 4600 Impulse erzeugen und ein Teiler von 1040 - 460 = 580 auf der Leitung ?9 erhalten.

Es wird angenommen, daß die Grundtemperatur etwa 15°C beträgt. Dann wird der Stoßgenerator· 30 durch eine Information auf der Leitung 31 voreingestellt, um 460+60=520 Impulse J auf der Leitung 33 zu erzeugen. Bei einer Fühlerteraperatur von etwa 48⁰G ist das Ausgangssignal für das Register 36

f%rr Impulse. Da dieses weniger als Ilmpuls ist, tritt keine Änderung in dem summierten Ausgangssignal auf. Jedoch fließt der Teiler 34 bei dem nächsten Meß-Ausgangssignal A über, wodurch ein Ausgangsimpuls für das Register 36 erhalten wird und in dem Teiler 34 1040-580-460 Impulse zurückbleiben. Die Temperatur wird für jeden volumetrischen Impuls berechnet. Verbleibende Reste werden nicht fortgeworfen, sondern in dem Teiler 34 gespeichert. Aus diesem Beispiel wird klar, daß das sich ergebende geteilte Impulsausgangssignal für das Register 36 jederzeit während des Stoßes der Impulse auftreten kann, wie dieses unter J in Fig. 2 gezeigt ist, oder überhaupt nicht auftritt. Jede Grundtemperatur kann so gewählt werden, daß Vo=Vu χ , wobei

Vc = das korrigierte Volumen Vu = das nichtkorrigierte Volumen Grundtempe ratur

Strömungstemperatur = die Temperatur des strömenden

Fluids

Bei dem vorstehenden Beispiel ist darauf hinzuweisen, daß für 10 Meßimpulse 9 Impulse in dem Register 36 angesammelt werden. Das bedeutet, daß die Berechnung Vc Vu zu dem

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Wert τγώττυ Vu innerhalb von +, 0,5% korrigiert wird.

Aus Fig. 2 int zu erkennen, daß T. die Zeitdauer zwischen aufeinanderfeisenden Meßimpulsen Λ und Tp die Zeitdauer ist, während der der Oszillator 23 eingeschaltet ist und Leistung an den monostabilen Multivibrator 17 gegeben wird. Während T_x. in Abhängigkeit von der Volumenströmungsgröße sich erheblich ändern kann, wird Tp immer erheblich kleiner als Ty. gemacht, da die digitale Berechnung eine solche kleine

T Zeitdauer erfordert. In typischer V/eise ist T2= I ₁ . Da der Oszillator 23 und der monostabile Multivibrator 17 eine große Energie verbrauchende Bauelemente des Systems sind und da ihr Arbeitszyklus in der vorstehend gezeigten Weise minimal gemacht wird, kann das erfindungsgemäße System mit einer Batterie als Speisequelle bei einer annehmbaren Lebensdauer der Batterie benutzt werden. Dieses ist ein erheblicher Vorteil über die bekannten, kontinuierlich betriebenen Korrektursysteme.

Obwohl die Erfindung anhand eines besonderen Ausführungsbeispiels erläutert wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf dieses beschränkt und der Fachmann erkennt sofort naheliegende Modifikationen, ohne daß er dabei den in den in den Patentansprüchen umrissenen allgemeinen Erfindungsgedankeη verlassen würde.

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Leerseite

Claims

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an. -irjG

H. KINKELDEY

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*> ^ Ο Π EI / C. W. STOCKMAlR

K. SCHUMANN

OR HER NAT IWV M »VS

P. H. JAKOB G. BEZOLD

OfI nCR NAT OPLOCM

8 MÜNCHEN

MAXIMIUANSTRASSE

PH 11 420

Patentansprüche

\ 1.J System zur Korrektur der Messung der Volumenströmung eines Fluids zu einer Standard-Volumenströmung in Abhängigkeit von einer variablen physikalischen Bedingung des Fluids, gekennzeichnet durch die Kombination einer ersten Einrichtung (13*14) zum Erzeugen eines Einselimpulssignals für jede unkorrigierte Volumenströmungseinheit, einer Leistungsanforderangseinrichtung (39 )> die von dem Einzelimpulssignal eingeschaltet wird und auf die variable Bedingung anspricht, um die zu einer Stanäardvolumenstromung korrigierte Volumenstromung zu berechnen und einer zweiten Einrichtung (20) zum wesentlichen Verringern der Leistungsanforderung des Systems durch Steuern des Arbeitszyklus der Leistungsquelle für mindestens einen Teil (17,23) der Bere chnun gse in ri chtung.
2. System zur Korrektur eines Fluid-Strömungsmessers, der einen Einzelimpuls als Ausgangssignal für jede unkorrigierte Volumenströmungseinheit erzeugt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17*23)» die leistungsverbrauchende Bauteile umfaßt, die von jedem der Meßimpulse ein-

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ORIGINAL INSPECTED

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geschaltet wird, um die zu einem Basiswert eines variablen physikalischen Zustandes des Fluids korrigierte Volumen strömung zu berechnen, durch eine Einrichtung (25 bis 36) zum Beenden der Berechnung während einer Zeitdauer, die wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist, und durch eine Einrichtung (39) zum Beenden der Le istungszufuhr zu mindestens einem der leistungsverbrauchenden Bauteile (17»23) nach einer Zeitdauer, die ausreichend ist, um die Berechnung zu beenden, jedoch wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist.
3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen monostabilen Multivibrator (39) und einen Schalter (20), die auf die Meßimpulse ansprechen, um Leistung an den monostabilen Multivibrator (17) für eine bestimmte Zeitdauer zuzuführen, die wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist.
4. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Oszillator (23) und einen Schalter (20), der auf die Meßimpulse anspricht, um den Oszillator (23) einzuschalten und eine weitere Arbeitsweise des Oszillators (23) nach einer bestimmten Zeitdauer zu unterbinden, die wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist.
5· System zur Korrektur eines Fluid-Strömungsmessers, das als Ausgangssignal einen einzelnen Impuls für jede unkorrigierte Volumenströmungseinheit erzeugt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13»17)> die auf jeden Impuls anspricht und einen Temperaturfühler (11)

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aufweist, um eine Impulsfolge zu erzeugen, deren Anzahl umgekehrt proportional zn der absoluten Temperatur der Fluid strömung ist, durch eine einen voreingestellten Rückwärtszähler (27) aufweinende Einrichtung (28,27) zum Ableiten einer Zahl aus der Impulsfolge, die die absolute Temperatur der FluidStrömung angibt, durch eine Einrichtung (25) zum Erzeugen einer festen Anzahl von Impulsen, die sich auf eine bestimmte Grundtemperatur bezieht, durch, eine Einrichtung (26) zum Teilen der festen Anzahl von Im pulsen, durch die die absolute Temperatur der Fluidströmung angebende Zahl, durch eine Einrichtung (34), die einen einzigen Ausgangsimpuls für jede ganze Zahl erzeugt, die sich aus dieser Teilung ergibt,und zum Speichern des Restes aus der Teilung zum Gebrauch bei der nächsten Teilung und durch eine Einrichtung (36) zum Speichern der summierten Zahl von Impulsen, die sich aus dfeser Teilung ergeben.
6. System nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß ein monostabiler Multivibrator (17) ein veränderliches Gattersignal für eine Zeitdauer erzeugt, die durch den Temperaturfühler (11) bestimmt ist.
7· System nach An Spruch 6, dadirch gekennzeich net, daß ein Oszillator (23) durch den monostabilen Multivibrator (17) angesteuert wird und eine Impulsfolge erzeugt, deren Impulsanzahl sich umgekehrt zu der von dem Fühler (11) erfaßten Temperatur verhält.

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8. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Leistungsquelle für den monostabilen Multivibrator (17) und einen Festkörpcrschalter (20) zum Einschalten der Leistungsquelle in Abhängigkeit von dem Heßimpuls und zum Abschalten der Speisequelle nach einer bestimmten Zeitdauer, die wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist.
9· System nach Anspruch 7 ■> gekennzeichnet durch einen Festkörperschalter ('O) zum Einschalten des Oszillators (23) in Abhängigkeit von jedem Meßimpuls und zum Zuführen eines Sperrsignals, um den Oszillator (23) nach einer bestimmten Zeitdauer abzuschalten, die wesentlich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen ist.
10.System nach Anspruch 7> dadurch gekennzeich net, daß der Festkörperschalter (20) in Abhängigkeit von dem Meßimpuls arbeitet, um Leistung an den monostabilen Multivibrator (17) zu geben und um den Oszillator (23) für eine bestimmte Zeitdauer wirksam zu schalten, die wesentlich geringer als die zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen liegende Zeitdauer ist.

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