DE3021237A1 - Selbstkorrigierendes und selbstpruefendes fluegelrad-messgeraet - Google Patents

Description

- 13 -Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. 3 021237

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

4. Juni 1980

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania / V.St.A.

Unser Zeichen: R 999

Selbstkorrigierendes und selbstprüfendes Flügelrad-Meßgerät

Die Erfindung betrifft ein Flügelrad- bzw. Turbinen-Meßgerät und ein damit ausgerüstetes Meßsystem. Sie befaßt sich insbesondere mit Meßgeräten der in der US-PS 3 733 910 beschriebenen Art sowie mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Gewährleistung und Aufrechterhaltung der Genauigkeit derartiger Strömungsmesser.

Flügelrad- bzw. Turbinen-Strömungsmesser oder -Durchflußmesser werden seit vielen Jahren zur Ausmessung von Fluidströmungen verwendet, und diese Art Meßgerät erfreut sich steigender Beliebtheit wegen seiner Einfachheit, Reproduzierbarkeit, Zuverlässigkeit und der relativ hohen Genauigkeit im

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Vergleich zu anderen Arten von Meßgeräten, insbesondere bei großen Strömungsmengen.

In der Technik wird allgemein davon ausgegangen, daß jedes Meßgerät, das nach herkömmlichen Verfahren hergestellt und zusammengebaut wurde, eine ihm eigene Registrier- bzw. Eichkurve aufweist. Bei der Herstellung wird die tatsächliche Strömung durch das Meßgerät durch ein Strömungs-Eichgerät festgestellt, das in Reihe mit dem zu eichenden Meßgerät in eine Testleitung geschaltet wird. Ein solches Strömungs-Eichgerät ist ein hochpräzises Gerät, das wiederum geeicht wurde, um eine Strömungsmenge mit hoher Genauigkeit anzuzeigen. Die nach herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellten Meßgeräte zeigen jeweils eine etwas verschiedene Strömungsmenge für dieselbe, von dem Eichgerät angezeigte Strömungsmenge an. Dies ist auf eine Anzahl von Faktoren zurückzuführen. Zum Beispiel können die verschiedenen Lagersätze in einem Meßgerät der Rotordrehung einen Widerstand entgegensetzen, der von demjenigen bei den Lagern anderer Meßgeräte, denen sie zugeordnet sind, etwas verschieden ist. Auch die Winkel, unter denen die Flügel in bezug auf die Strömungsrichtung orientiert sind, können sich von einem Meßgerät zum anderen etwas verändern, ebenso wie der ringförmige Strömungsquerschnitt beim Durchgang des Fluids durch das Meßgerät. In der Praxis ist es mit herkömmlichen Herstellungsverfahren unmöglich, die Auswirkung dieser Faktoren von einem Meßgerät zum anderen präzise einander gleich zu halten. Auch die mechanische Belastung, die durch die verschiedenen Antriebselemente wie Zahnräder, Magnetkupplung usw. zwischen dem Rotor selbst und dem Registrier- bzw. Zählwerksmechanismus ausgeübt werden, sind von einem Meßgerät zum anderen verschieden. Änderungen dieser Faktoren von einem Meßgerät zum anderen ergeben also bei jedem Meßgerät einen ihm eigenen Wert für die Strömung durch dieses Meßgerät hindurch bei einer gegebenen Strömungsmenge wie sie von dem Eichgerät ermittelt wird. Das Verhältnis des Meßgerät-Äblese-

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wertes bei irgendeiner gegebenen Strömungsrate zu dem Ablesewert des Eichgerätes wird als "Prozentsatz der Registrierung" bezeichnet. Ein Meßgerät, das eine Strömungsregistrierung von 999 Volumeneinheiten (nr bzw. ft ) der Strömung anzeigt, wenn das Eichgerät eine Strömungsmenge von 1OOO Volumeneinheiten anzeigt, hat danach eine Registrierung von 99,9%; es registriert also 99,9% des tatsächlich durch das Meßgerät hindurchgeströmten Fluids. Die Kurve, die durch Auftragen des Registrierprozentsatzes von einem Meßgerät bei verschiedenen Durchflußraten über seinen festgelegten Arbeitsbereich in Einheiten von Durchflußraten erhalten wird, wird als Eichkurve bezeichnet; jedes Meßgerät hat im wesentlichen seine ihm eigene Eichkurve.

Wenn also in der Praxis ein Meßgerät nach einer gegebenen Zeitspanne auf seiner Anzeigeeinrichtung eine Menge von 10 000 Volumeneinheiten der durchgeströmten Flüssigkeit bei einer gegebenen Durchflußrate anzeigt und wenn bei dieser Durchflußrate der Registrierprozentsatz 99,9% beträgt, so ist die tatsächliche Strömung durch das Meßgerät 10 000 dividiert durch 0,999, d.h. 10 010 Volumeneinheiten. Da die Eichkurve den Registrierprozentsatz für die verschiedenen Durchflußraten über den Betriebsbereich des Meßgeräts zeigt, kann durch Dividieren des auf dem Zählwerk des Meßgerätes angezeigten Wertes durch den Registrierprozentsatz, der der Eichkurve entnommen wird, und zwar für dieses Meßgerät und für die Durchflußiate, mit der das System in Betrieb war, die tatsächliche Strömung durch das Meßgerät berechnet werden.

Bei längerem Gebrauch des Meßgeräts können sich einer oder mehrere der oben genannten Faktoren ändern, die die Eichkurve beeinflussen. Zum Beispiel können die Rotorlager aufgrund des Dauerbetriebs verschleißen, was zu wesentlich höherer Lagerreibung führt als im neuen Zustand, es können Fremdstoffe in

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dem gemessenen Fluid sich in den Lagern festsetzen, oder der ringförmige Durchflußquerschnitt kann sich durch Ansammlung von Fremdkörpern verändern, wodurch sich der Einfluß ändert, den die jeweiligen Faktoren auf die Menge haben, die das Zählwerk für eine gegebene, tatsächlich durch das Meßgerät durchgeflossene Menge anzeigt. Wenn z.B. die Lagerreibung aufgrund des Dauerbetriebs angestiegen ist, so daß eine wesentlich größere Belastung auf den Rotor ausgeübt wird, dann zeigt das Register anstelle der oben genannten 99,9%-Registrierung z.B. nur 98,9% des tatsächlich durch das Meßgerät geflossenen Fluids an. Das Meßgerät registriert dann 1,1% weniger als 10 000, d.h. 9890 Volumeneinheiten. Da die Benutzer keinerlei Anzeige erhalten, daß das Meßgerät nicht in Übereinstimmung mit seiner Eichkurve arbeitet, wird dann der Wert von 9890 durch den normalen Registrierprozentsatz von 99,9% dividiert, was zu einem falschen Ergebnis von (9890/0,999) = 9900 Volumeneinheiten führt.

Bisher ist es üblich, das Meßgerät von Zeit zu Zeit aus der Leitung zu entfernen, neu zu prüfen und mit der Norm eines Eichgerätes neu zu eichen. Dies bedeutet natürlich einen beträchtlichen Zeit- und Kostenaufwand und führt oft dazu, daß Meßgeräte längere Zeit zwischen den Überprüfungen ihrer Eichung außerhalb ihres Eichzustandes betrieben werden.

In der US-PS 4 091 653 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Genauigkeit und Eichung eines Flügelrad-Meßgeräts ohne Entfernung desselben aus der Leitung und ohne Betriebsunterbrechung beschrieben. Wie in dieser Druckschrift beschrieben ist, wurde gefunden, daß Änderungen der Eichung bzw. des Registrierprozentsatzes des Meßgerätes zu Änderungen des Winkels führen, unter dem das Fluid aus den Flügeln des Meßrotors austritt. Wenn also bei der ursprünglichen Eichung der Austrittswinkels des den Rotor verlassenden Fluids festgestellt und aufgezeichnet wird, zeigen beim

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regelmäßigen Prüfen des Austrittswinkels des Fluids, während das Meßgerät in Betrieb ist, jegliche Abweichungen dieses Winkels von dem bei der ursprünglichen Eichung aufgezeichneten Wert dem Benutzer an, daß sich die Eichung des Meßgeräts geändert hat. Nach dieser Druckschrift sind Mittel innerhalb des Meßgeräts vorgesehen, um eine Anzeige für den Austrittswinkel des Fluids zu liefern. Die Erfindung befaßt sich mit einer Weiterbildung dieses Gedankens und schafft eine Einrichtung zum kontinuierlichen Überwachen des Austrittswinkels des Fluids, so daß beim Erfühlen von Änderungen des Austrittswinkels diese Änderungen ausgewertet werden, um die registrierte Fluidmenge in Übereinstimmung mit diesen Änderungen zu korrigieren und eine kontinuierliche und genaue Registrierung der durch das Meßgerät erfolgenden Strömung zu ermöglichen.

Es wurde bereits früher versucht, bei Flügelrad-Meßgeräten eine hohe Genauigkeit zu erreichen, wie z.B. in den US-PSen 3 142 170 und 3 934 473 beschrieben ist. In der erstgenannten US-PS ist ein Flügelrad-Meßgerät beschrieben, bei dem der in das Meßgerät eintretenden Fluidströmung durch Flügel mit einer festen Winkelorientierung eine gegebene Tangentialgeschwindigkeit erteilt wird. Das Fluid, das dann eine Tangentialgeschwindigkeitskomponente aufweist, trifft auf die Flügel des Meßrotors auf und versetzt diesen in Drehung. Gemäß der Lehre dieser Druckschrift arbeitet das Meßgerät mit einer wesentlich verbesserten Genauigkeit, wenn die Tangentialgeschwindigkeitskomponente durch den Meßrotor vollständig beseitigt wird. Es ist eine Bremse vorgesehen, die geeignet ist, ein Bremsmoment auf den Meßrotor auszuüben, dessen Höhe durch die Drehung eines Fühlerrotors einstellbar ist, der stromabwärts von dem Meßrotor vorgesehen ist. Wenn das aus den Flügeln des Meßrotors austretende Fluid irgendeine übrigbleibende Tangentialgeschwindigkeitskomponente aufweist, die durch den Meßrotor nicht beseitigt wurde, wird

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der Fühlerrotor in Drehung versetzt. Durch die Drehung des Fühlerrotors wird die Stärke der auf den Meßrotor ausgeübten Bremskraft verändert, bis sich dieser mit einer Geschwindigkeit dreht, bei der die Tangentialgeschwindigkeitskomponente aus der Fluidströmung entfernt ist, die aus den Flügeln des Meßrotors austritt.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der in die Meßrotorflügel eintretenden Fluidströmung keinerlei Tangentialkomponente erteilt wird, und es wird nicht versucht, die Tangentialgeschwindigkeitskomponente der aus den Meßrotorflügeln austretenden Fluidströmung zu entfernen.

In der US-PS 3 934 473 ist ein Flügelrad-Meßgerät beschrieben, dessen stromabwärts von dem Meßrotor angeordneter Fühlerrotor sich entgegen dem Drehsinn des Meßrotors und mit im wesentlichen derselben Geschwindigkeit wie dieser drehen soll, wobei die Geschwindigkeit des Fühlerrotors sich ändert, wenn sich die Geschwindigkeit des Meßrotors ändert.

Die Erfindung zeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Fühlerrotor in beiden Drehrichtungen arbeitet, jedoch mit einer wesentlich niedrigeren Geschwindigkeit bzw. im Stillstand oder nahe dem Stillstand.

Weitere Druckschriften, die sich mit der Verbesserung der Genauigkeit von Flügelrad-Meßgeräten beschäftigen/ sind die US-PSen 3 241 366 und 3 710 622.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Flügelradbzw. Turbinen-Meßgeräts und eines Meßsystems und Meßverfahrens, die einen einfachen Aufbau, eine hohe Zuverlässig-

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keit und hohe Genauigkeit innerhalb eines weiten Bereichs von Drücken und Durchflußraten ermöglichen und die Genauigkeit des Flügelrad-Meßgeräts aufrechterhalten, während dieses in Betrieb bleibt. Es soll auch ermöglicht werden, eine korrigierte Registrierung der Fluidströmung durch das Meßgerät kontinuierlich aufrechtzuerhalten und die Stärke der Abweichung der Meßrotoranzeige von seinem Eichwert oder einem anderen Bezugswert anzuzeigen. Ferner soll der Austrittswinkel der Fluidströmung aus dem Meßrotor kontinuierlich überwacht und die registrierte Menge der Fluidströmung in Übereinstimmung mit jeglichen Änderungen des Austrittswinkels korrigiert werden, um auf diese Weise eine genaue Registrierung bzw. Anzeige der Fluidströmung durch das Meßgerät zu ermöglichen. Es soll also die Genauigkeit der registrierten, durch das Meßgerät geflossenen Fluidmenge aufrechterhalten werden, während eine Anzeige bezüglich der Stärke der Abweichung des Austrittswinkels von dem anfänglichen Eichwert gegeben wird. Es wird ferner angestrebt, eine Messung einer Variablen vorzunehmen, die mit einem Bezugswert verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob die Genauigkeit des Meßgeräts sich geändert hat und um welchen Wert sie sich ggf. geändert hat, wobei eine Einrichtung zur Durchführung einer Korrektur des registrierten Wertes in Übereinstimmung mit Änderungen der Variablen vorgesehen ist. Darüber hinaus soll angezeigt werden, wenn das Meßgerät außerhalb seines Eichzustandes arbeitet, und ferner soll die Stärke der Abweichung von dem Eichzustand angezeigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Flügelrad-Meßgeräts/ wobei ein Teil des Gehäuses fortgebrochen ist, um die Meßkammer und andere Einzelheiten zu zeigen;

Fig. 2 einen Längsschnitt der Meßkammer;

Fig. 3 ein Schema einer Ausführungsform eines Flügelrad-Meßgeräts für konstante Genauigkeit unter Verwendung eines Pitot-Rohres zur Emittlung der Strömungsrichtung gemäß der US-PS 4 091 653;

Fig. 4 ein Schema einer anderen Ausführungsform von Flügelrad-Meßgeräten mit konstanter Genauigkeit;

Fig. 5, 6A, 6B, 7A und 7B Geschwindigkeitsdiagramme, die den Austrittswinkel des aus dem Meßrotor und dem Fühlerrotor austretenden Fluids betreffen, zum Erfühlen dieses Austrittswinkels und zur Ermöglichung einer Einrichtung für die Korrektur jeglicher Veränderung des Austrittswinkels/ wobei die Fig. 6B und 7B Vergrößerungen der eingekreisten Teile in Fig. 6A bzw. 7A zeigen;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie 8-8 in Fig.' 2;

Fig. 9 eine Ansicht der Fronttafel des Elekfronikkastens bei einem Meßgerät, an dem die verschiedenen Werte, Grenzen usw. der für die Erfindung maßgeblichen Parameter angezeigt werden;

Fig. 10 ein Schaltbild der im Inneren des Elektronikkastens nach Fig. 9 angeordneten Selbstkorrekturschaltung;

Fig. 11 ein Schaltbild der im Inneren des Elektronikkastens nach Fig. 9 angeordneten Selbstüberprüfungsschaltung;

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Fig. 12 die Beziehung zwischen der Meßrotorgeschwindigkeit und der Fühlerrotorgeschwindigkeit für die angegebenen Bedingungen über den Nennbereich der Reynolds-Zahl für dieses Meßgerät;

Fig. 13 ein Funktions-Blockschaltbild des Rechneraufbaus zur Durchführung eines Verfahrens nach einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 14 ein Taktsignal/ das in dem System nach Fig. 13 erzeugt wird;

Fig. 15 eine Anzeigetafel für die Fluidströmung und Erzeugung von Warnsignalen;

Fig. 16 ein detailliertes Funktions-Blockdiagramm eines Teils des Systems nach Fig. 13;

Fig. 17A, 17B und 17C gemeinsam ein detailliertes schematisches Schaltbild des Systems nach Fig. 13; und

Fig. 18A bis 18F Flußdiagramme der Vorgänge/ die in das System nach den Fig. 13/ 17A_f 17B und 17C einprogrammiert sind und von diesem ausgeführt werden.

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ORIGINAL INSPECTED

Wie in der US-PS 4 091 653 beschrieben ist, deren Offenbarung in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird, zeigen Änderungen des Winkels, unter dem ein das Meßgerät durchströmendes Fluid aus dem Meßrotor austritt (dieser Winkel ist als θ bezeichnet), Änderungen der Aufzeichnung des Meßgeräts an. Gemäß der genannten US-PS wird der Austrittswinkel lediglich auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt, um eine Basis zum Korrigieren der von dem Register bzw. Zählwerk des Meßgeräts angezeigten Gesamtströmung durch dieses Meßgerät zu geben. Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung zeigt ein System, das den Austrittswinkel überwacht und auf einem festen Wert hält.

Ein Pitot-Rohr 12 zur Ermittlung der Strömungsrichtung, ähnlich demjenigen, das in der US-PS 4 091 653 beschrieben ist, ist stromabwärts von dem zugehörigen Meßrotor 20 angeordnet, wie in der genannten US-PS und in Fig. 3 gezeigt ist. Bei der anfänglichen Eichung wird das Rohr 12 in eine Position eingestellt, die mit einem gewünschten Austrittswinkel θ vereinbar ist, und erzeugt daher kein Ausgangssignal in Form einer Druckdifferenz Δρ, wenn der Austrittswinkel θ diesen Wert hat. Wenn jedoch im Laufe des Betriebs der Austrittswinkel θ von seinem Wert bei der anfänglichen Eichung abweicht, erzeugt das Pitot-Rohr eine Druckdifferenz, die sich mit der Stärke der Abweichung Δθ ändert. Diese Druckdifferen Δρ, die Änderungen ΔΘ des Austrittswinkel θ gegenüber dem Eichwert θ darstellt, wird einem Druckdifferenzwandler 14 aufgeprägt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Wandler 14 setzt die Druckdifferenz Δρ in ein elektronisches Fehlersignal um, das sich in direkter Abhängigkeit von Druckdifferenzänderungen und somit Änderungen des Austrittswinkels ΔΘ ändert.

Es gilt also:

Δρ α ΔΘ « Fehlers ignal.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Abweichung bzw. das Fehlersignal wird dann an einen Prozessor 16 angelegt, in dem es verstärkt und in sonstiger Weise verarbeitet wird, um es für das Anlegen an eine Bremsvorrichtung 18 aufzubereiten. Die Bremsvorrichtung 18 übt eine Bremskraft auf den Meßrotor aus, wobei die Höhe dieser Kraft durch das Fehlersignal bestimmt wird, das in den Prozessor eingegeben wird. Wenn also im Laufe des Betriebes die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors 20 bei einer gegebenen Durchflußrate absinkt, weil Lagerverschleiß auftritt oder andere Gründe vorliegen, nimmt der Austrittswinkel θ des Fluids zu, wodurch das Pitot-Rohr 12 eine Druckdifferenz anlegt, die von dem Wandler 14 als Überdruck ertastet wird. Das Ausgangssignal des Wandlers 14 und des Prozessors 16 zeigt die Änderung des Austrittswinkels 16 an und wird an die Bremsvorrichtung 18 angelegt, die dann bewirkt, daß die auf den Meßrotor 20 ausgeübte Bremskraft vermindert wird, was zu einer Zunahme der Geschwindigkeit des Meßrotors und einer Verminderung des Austrittswinkels θ führt. Die anfängliche Einstellung der Bremskraft kann unzureichend sein, um den Winkel θ auf seinen Eichwert zurückzuführen. Wenn dies nicht der Fall ist, sind Δρ und das Fehlersignal aus dem Wandler weiter vorhanden, wodurch der Prozessor veranlaßt wird, eine Reihe von aufeinanderfolgenden Einstellungen vorzunehmen . Das Meßgerät 10 registriert erneut die Fluidströmung innerhalb der Grenzen seines ursprünglichen Eichwertes. Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Bremsvorrichtung 18 stets eine definierte Bremskraft auf den Meßrotor 20 ausüben muß, selbst wenn die Meßvorrichtung 10 geeicht ist und innerhalb der erlaubten Grenzen von Abweichungen des Austrittswinkels θ von dem Eichwert θ^χ arbeitet.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 für eine gegebene Durchflußrate über seine Geschwindigkeit bei der Eichung ansteigen sollte, nimmt der Austrittswinkel θ ab, wodurch das Pitot-Rohr 12 eine Druckdifferenz anlegt, die

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von dem Wandler 14 als Druckabfall ertastet wird_f was zu negativen Werten der Ausgangssignale des Wandlers 14 führt und den Prozessor 20 veranlaßt, sein Ausgangssignal zu vermindern, damit die Bremsvorrichtung 18 die Bremskraft erhöht, die auf den Meßrotor 20 ausgeübt wird; dessen Geschwindigkeit wird dann auf den ursprünglich geeichten Wert vermindert, und die Verkleinerung des Austrittswinkels verschwindet, so daß auch das Fehlersignal verschwindet.

Vorstehend ist eine Anordnung beschrieben, durch die die Arbeitsweise eines Flügelrad-Meßgeräts 10 nachgestellt wird in Übereinstimmung mit Abweichungen der Geschwindigkeit seines Meßrotors gegenüber seiner Geschwindigkeit bei der Eichung, so daß sein Ausgangssignal stets genau innerhalb der Grenzen seiner ursprünglichen Eichung liegt.

Wie zuvor beschrieben wurde, werden Abweichungen von der Eichung durch Änderungen des Austrittswinkels θ des Fluids aus dem Meßrotor 20 wiedergegeben, wobei diese Änderungen durch ein Pitot-Rohr zur Feststellung der Strömungsrichtung ertastet werden. Ein Mangel bei der Anwendung eines Pitot-Rohres zur Ertastung von Änderungen des Austrittswinkels besteht darin, daß die voneinander beabstandeten Öffnungen und Kanäle des Pitot-Rohres, wie in der US-PS 4 091 653 beschrieben, die Neigung haben, durch Fremdkörper in dem gemessenen Fluid verstopft zu werden, besonders dann, wenn das Pitot-Rohr dauernd in der Strömung bleibt.

Es wurde gefunden, daß ein zweiter Rotor 22, der frei drehbar in einem geeigneten Abstand stromabwärts von dem Meßrotor 20 angeordnet ist, verwendet werden kann, um Änderungen des Austrittswinkels des Fluids aus dem Meßrotor festzustellen, wie nachfolgend beschrieben wird.

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Fig. 1,2 und 8 zeigen Einzelheiten im Inneren eines Flügelrad-Meßgeräts 10, dessen Fühlerrotor 22 stromabwärts von seinem Meßrotor 20 angeordnet ist, um den Austrittswinkel θ des Fluids aus dem Meßrotor 20 zu ermitteln. Das Meßgerät 10 hat ein Gehäuse 50 mit Flanschen 52 und 54 an dem Einlaß- und am Auslaßende zur Einschaltung in eine Fluid-Strömungsleitung. Stromabwärts von der Meßkammer 58 befindet sich eine Strömungsführung 56, die von dem Gehäuse 50 durch radial ausgerichtete Flügel 57 getragen wird. Zusätzlich zur Halterung der Führung 56 dienen die Flügel 57 dazu, jegliche Tangentialkomponenten der Richtung der Fluidströmung vor dem Eintritt in die Meßkammer 58 zu eliminieren bzw. minimieren. Die Meßkammer 58 ist gebildet aus einer inneren und einer äußeren zylindrischen Wandung 63, 65, die konzentrisch sind und durch radiale, beabstandete Streben 114 zusammengehalten werden, um einen ringförmigen Kanal 60 zu bilden; sie ist so ausgelegt, daß sie lecksicher in das Gehäuse 50 eingepaßt ist, so daß die gesamte Fluidströmung durch den ringförmigen Kanal 60 der Kammer erfolgt (Fig. 2 und 8). Im Inneren der Meßkammer 58 ist der Meßrotor 20 mit radial vorstehenden Flügeln 52 eingebaut, die den Strömungskanal 60 vollständig überspannen. Der Rotor 20 ist auf einer Welle 64 durch einen Keil 66 befestigt und durch eine Mutter 68 und eine Scheibe 70 in Stellung gehalten. Ein inneres Lagerteil 77 ist gebildet aus Querwandungen 77a und 77b, die von sich in Längsrichtung erstreckenden Teilen 77c und 77d überbrückt sind. Die Wandungen 77a und 77b und die Überbrückungsteile 77c und 77d sind als einstückige Einheit gebildet, die an der Wandung 81 über irgendeine passende Einrichtung gehaltert ist, z.B. eine Reihe Schrauben 83, und auf der Wandung 81a durch eine Reihe Schrauben 83a. Die Wandungen 63 und 81 können einteilig ausgebildet sein, und die Wandung 81a kann an der Wandung 63 in irgendeiner geeigneten Weise befestigt sein, z.B. durch nicht dargestellte Schrauben. Ein Lager 72 ist auf der Welle 64 durch einen Teil der Nabe des Rotors 20

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gehaltert, und ein Lager 74 ist auf der Welle durch eine Mutter 73 befestigt. Das Lager 74 ist in die Wandung 77b eingebaut und darin durch eine Halteplatte 69 befestigt, die durch Schrauben an den Wandungen befestigt ist. Die Innenwandungen 77a, 81 und 81a bilden eine Kanuner 71 und haltern den Zahnradantrieb des Registers 48 und der Rotations-Abtasteinrichtung, die später beschrieben werden. Es sind öffnungen (von denen eine Öffnung 75 gezeigt ist) mit Filtern 75a versehen und bilden einen Druckausgleich zwischen dem Fluid der Leitung und dem Inneren der Kammer 71, während die Filter Verunreinigungen aus der Kammer fernhalten.

Der Zahnradantrieb des Registers bzw. Zählwerks 48 ermöglicht auf mechanischem Wege das Ablesen des Gesamtvolumens der durch das Meßgerät 10 geflossenen Strömung. Es besteht aus einer Schnecke 76, die auf der Rotorwelle 64 befestigt ist und mit einem antreibenden Schneckenrad 78 in Eingriff ist. Das Schneckenrad 78 ist auf einer Zwischenwelle 80 be-" festigt, z.B. durch einen sich durch die Nabe 79 des Schnekkenrades 78 und die Zwischenwelle 80 erstreckenden Stift. Die Welle 80 ist in Lagern 82 und 84 gelagert, die am Brückenteil 77b bzw. 77c befestigt sind. Ein Ende der Welle 80 steht durch den überbrückungsteil 77c über das Lager 84 hinaus vor und ist mit einem daran befestigten Ritzel 86 versehen. Das Ritzel 86 ist in Eingriff mit einem Zahnrad 88, das auf einer Welle 90 befestigt ist, die über ein Lager 85 und ein (nicht gezeigtes) Lager in dem Gehäuse des Zählwerks 48 drehbar in der Außenwandung der Meßkammer 58 gelagert ist. Bei der Drehung der Welle 90 liefert sie einen direkten mechanischen Antrieb über eine Einheit 92 (Fig. 1), die aus einer Magnetkupplung und einem zugeordneten Untersetzungsgetriebe gebildet ist, zum Antrieb des Registers bzw. Zählwerks 48, das an der Oberseite des Meßgerätgehäuses befestigt ist. Die Magnetkupplung und das zugeordnete Untersetzungsgetriebe

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sind in der Technik von Flügelrad-Meßgeräten wohlbekannt; vgl. z.B. US-PS 3 858 488.

Zusätzlich zu der mechanischen Registrierung der Strömung ist eine elektronische Aufnehmereinheit 100 in der Kammer 71 angeordnet. Diese Einheit enthält einen Schlitz-Sensor 102 (Fig. 8), der auf einer Innenwandung der Kammer 71 angebracht ist, und eine Metallscheibe 104, die eine Anzahl Radialschlitze 106 aufweist und auf der Rotorwelle 64 mit dieser drehbar befestigt ist. Der Sensor 102 ist so angeordnet, daß er einen Teil der Scheibe 104 zwischen zwei voneinander beabstandeten Teilen des Sensors aufnimmt, und bei Drehung der Scheibe stellt der Sensor den Durchgang der Schlitze 106 fest. Es sind mehrere Sensoren dieser Art im Handel verfügbar; der bei dieser Ausfuhrungsform eingesetzte Typ wird von R.B. Denison unter der Bezeichnung S J 3, 5N in den Handel gebracht. Dieser Sensor wird mit einem stabilen elektrischen Signal von z.B. 40 kHz versorgt. Der abwechselnde Durchgang von Schlitzen und massiven Teilen der Metallscheibe zwischen den beabstandeten Teilen erzeugt Änderungen bzw. eine Modulation der Amplitude des dem Sensor zugeführten Signals. Diese Modulation wird gleichgerichtet oder in anderer Weise innerhalb dieses Sensors verarbeitet, um jedesmal einen Impuls zu erzeugen, wenn der Luftspalt durch den Durchgang eines Schlitzes zwischen den beabstandeten Teilen des Sensors verändert wird. Leitungen 108 (Fig. 2) erstrecken sich von dem Sensor 102 zu einer Stromversorgungsquelle und zu einer Verarbeitungsschaltung außerhalb des Meßgeräts, wie später erläutert wird.

Unmittelbar stromabwärts von dem Meßrotor 20 weist eine Druckausgleichsplatte 110 geeigneten Durchmessers und geeigneter Axiallänge eine Reihe von über den Umfang beabstandeten Öffnungen 112 auf, die, wenn die Platte 110 in Stellung ist, nach den Flügeln 62 des Rotors und Flügels 67 des Fühler-

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rotors 22 ausgerichtet sind und dieselbe Radialabmessung wie der ringförmige Kanal 60 aufweisen, um eine Fortsetzung desselben zu bilden. Die radial einwärts liegenden Teile der Platte 110 erstrecken sich entlang den Teilen der Rotoren und 22, die radial einwärts in bezug auf die Flügel 62, 67 liegen. Der Umfangsteil der Platte 110 stößt gegen eine Schulter 120 in dem Gehäuse der Meßkammer an und ist durch eine Stellschraube 116 in Stellung gehalten.

Unmittelbar stromabwärts von der Druckausgleichsplatte 110 befindet sich eine Fühler-Rotoreinheit 22 mit den Flügeln 67. Der Aufbau ist gleich demjenigen der Meßrotoreinheit, mit der Ausnahme, daß der Winkel der Flügel in bezug auf die Fluidströmung verschieden ist, und keine Maßnahmen erforderlich sind, um eine mechanische Registrierung bei diesem Rotor vorzunehmen. Ein Lagerteil 122 ähnlich dem Lagerteil 77 ist gebildet aus Wandungen 123 und 124, die dazwischen eine Kammer 138 umschließen. Die Rotorwelle 126 ist in Wandungen 123, 124 über Lager 134, 136 gelagert, und der Rotor 22 ist auf der Welle 126 durch eine Blockiermutter und eine Scheibe 130 befestigt. Der Fühlerrotor ist auf diese Weise unmittelbar stromabwärts von dem Meßrotor 20 und der Druckausgleichsplatte 110 frei drehbar gelagert.

Innerhalb der Kammer 138 besteht eine Aufnehmereinheit 144 aus einer Metallscheibe 148 ähnlich der Scheibe 104 und ist drehbar mit der Welle 126 und dem Fühlerrotor 22 angeordnet. Ein Schlitz-Sensor 146 ähnlich dem Sensor 102 ist mit voneinander beabstandeten Armen versehen, die die Scheibe in der gezeigten Weise umfassen. Die Scheibe 148 ist mit Schlitzen ähnlich wie die Scheibe 104 versehen, jedoch in einer unterschiedlichen Anzahl. Die Scheibe 148 und der Sensor wirken in der gleichen Weise zusammen wie die Scheibe 104 und der Sensor 102, um einen Impuls im Leiter 150 ansprechend auf die Drehung des Fühlerrotors 22 zu erzeugen. Die

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Öffnungen 1 140 und die Filter 142 in den Wandungen 122, 123 und 124 ergeben einen Druckausgleich zwischen der Kanuner 138 und dem Strömungskanal des Meßgeräts.

Vor dem Eintritt in die Flügel 62 des Meßrotors 20 strömt das Fluid in Richtung eines Vektors V₁ parallel zur Rotationsachse 23 des Meßrotors 20, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Aufgrund dieses Durchgangs an den Flügeln 62 des Meßrotors 20 werden Richtung und Geschwindigkeit der Fluidströmung hinter dem Rotor in der durch einen Vektor V₂ angegebenen Weise verändert, um den Strömungswiderstand und den nicht auf dem Fluid beruhenden Widerstand zu überwinden. Das das Meßgerät 10 durchströmende Fluid gelangt zu dem Rotor 20, wie in Fig. 5 gezeigt, entlang einer Richtung, die durch den Vektor V₁ bezeichnet ist, trifft auf die Flügel 62 des Rotors 20 und tritt aus diesen unter einem Winkel θ in bezug auf eine zur Rotationsachse des Rotors 20 parallele Linie aus. Die Beziehung zwischen den verschiedenen relevanten Parametern wird leicht verständlich, wenn auf die Geschwindigkeitsdiagramme der für hohe Festigkeit konstruierten Rotorflügel Bezug genommen wird, die in den Fig. 5 bis 7B gezeigt sind. Darin sind:

3 der Neigungswinkel der Meßrotorflügel in bezug auf die Rotationsachse des Rotors 20;

θ der Fluid-Austrittswinkel, also der Winkel, um den das Fluid in bezug auf eine rein axiale Strömung infolge seines Durchganges durch den Meßrotor abgelenkt wird;

Va die Axialkomponente der absoluten Geschwindigkeit V₁ der Strömung durch das Meßgerät; sie ist gleich Q/A;

Q die Durchflußrate des Fluids in dem Meßgerät;

A der effektive Durchflußquerschnitt des Meßgeräts;

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ein Vektor, der die Richtung und Größe der absoluten Fluidgeschwindigkeit darstellt/ während das Fluid sich dem Flügel-Eintrittsbereich am Rotor 20 nähert; es wird angenommen, daß er eine Richtung parallel zur Rotorachse aufweist, wobei dann V-. = Va;

ein Vektor, der die Richtung und Größe der absoluten Fluidgeschwindigkeit darstellt, während das Fluid aus den Flügeln 62 des Meßrotors 20 austritt; wie in den Fig. 5 bis 7B gezeigt ist, ist der Winkel gegen die Axialrichtung um den Winkel θ verdreht, also den Austrittswinkel des Fluids;

U ein Vektor, der die Richtung und Größe der tatsächlichen Tangentialgeschwindigkeit des Meßrotors 20 darstellt. Der Vektor U ist parallel zu einer Tangente an dem Umfang des Rotors 20 und geht aus von einem Punkt, der gegen die Rotationsachse um einen effektiven Radius r" versetzt ist, der nach der folgenden Formel berechnet wird:

1/2

2 2

^rt ^{+ r}r
_r = ( )

worin r. der Außenradius des Meßrotors 20 und r der Radius der inneren Ansätze der Rotorflügel 62 sind.

U. ist ein Vektor, der Richtung und Größe der idealen, schlupffreien Tangentialgeschwindigkeit des Rotors 20 (bei dem effektiven Radius r") darstellt. Diese Größe stellt die Geschwindigkeit eines Rotors dar, der ohne mechanische Belastung wie Lagerreibung, Belastung durch den Zählwerksmechanismus und Reibung des Fluids ist.

Δϋ ist die Differenz zwischen der idealen Tangentialgeschwindigkeit U₁ und der tatsächlichen Tangentialge-

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schwindigkeit U des Meßrotors 20 aufgrund von Lagerreibung, Reibung des Fluids und anderer Belastungen.

γ ist der Neigungswinkel der Flügel 67 des Fühlerrotors in bezug auf die Rotationsachse der Rotoren 20 und 22.

U ist ein Vektor, der Richtung und Größe der Tangentialgeschwindigkeit des Fühlerrotors 22 bei seinem effektiven Radius darstellt; er wird in gleicher Weise bestimmt wie bei dem Meßrotor.

V_ ist ein Vektor, der Richtung und Größe der Absolutgeschwindigkeit des Fluids darstellt, das aus den Flügeln 67 des Fühlerrotors 22 austritt.

In der vorliegenden Beschreibung sind die mit einem Sternchen versehenen Größen jeweils die Werte bei der Eichung.

Während das durch das geeignet eingebaute Meßgerät 10 strömende Fluid in die Nähe der Flügel 62 des Meßrotors 20 gelangt, ist die Richtung der Fluidströmung, die durch den Vektor V₁ bezeichnet wird, parallel zur Rotationsachse der Rotoren 20 und 22, so daß keine merkliche Tangentxalkomponente der Fluidströmung vorhanden ist. Während das Fluid auf den gewinkelt angeordneten Flügeln 22 des Meßrotors 20 auftrifft, übt es ein Antriebsmoment auf die Flügel 62 aus, so daß der Rotor 20 mit einer Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, die synchron der gegebenen Durchflußrate entspricht. Aufgrund von Reibung der Rotorlager, des Fluids und aufgrund der auf den Rotor ausgeübten mechanischen Belastung durch das Zählwerk und weitererFaktoren, wird auf den Rotor 22 ein resultierendes Verzögerungsmoment ausgeübt, das überwunden werden muß, bevor der Rotor 22 mit synchroner Geschwindigkeit rotieren kann. Daher wird die Richtung der Fluidströmung aus der rein axialen Richtung V₁ in die Rieh-

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tung V- abgelenkt, während das Fluid durch die Flügel 62 des Rotors 20 hindurchtritt. Das Ausmaß, in dem die Fluidströmung aus seiner rein axialen Richtung abgelenkt wird, ist der Winkel, unter dem es den Meßrotor 20 an dessen Austrittsseite verläßt; dieser Winkel ist als Austrittswinkel θ bezeichnet. In der gezeigten Weise hat das Fluid an dem Fühlerrotor 22 die durch den Vektor V„ bezeichnete Richtung.

Aus der vorstehenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Fig. 6A, 6B, 7A und' 7B wird deutlich, daß bei einem Winkel der Flügel des Fühlerrotors, der gleich dem Austrittswinkel θ ist, der Fühlerrotor 22 sich nicht dreht, und zwar weder in der einen noch in der anderen Richtung. Unter diesen Umständen übt die Richtung der Fluidströmung keinerlei Drehmoment auf den Fühlerrotor 22 aus. Wenn der Austrittswinkel θ kleiner ist als der Flügelwinkel des Fühlerrotors, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, dreht sich der Fühlerrotor 22 in der Richtung, die durch den Vektor U_ bezeichnet ist. Es ist zu beachten, daß der Winkel, unter dem das Fluid in den Fühlerrotor 22 eintritt, etwas kleiner als der Austrittswinkel θ ist, und zwar aufgrund des Aufprall-Mischeffektes, wenn das Fluid durch den Raum zwischen den zwei Rotoren hindurchtritt, und aufgrund von weiteren Faktoren. Die Differenz ist jedoch allgemein gering, und der .Eintrittswinkel des Fluids an den Flügeln des Fühlerrotors ist proportional zu dem Fluid-Austrittswinkel θ. Für die Zwecke der vorliegenden Erläuterung wird daher angenommen, daß der Winkel des in die Flügel des Fühlerrotors eintretenden Fluids der gleiche ist wie der Austrittswinkel θ des Fluids, das den Meßrotor verläßt.

Fig. 4 zeigt ein System, das ähnlich wie das in Fig. 3 gezeigte System eine veränderliche Bremskraft auf den Meßrotor 20 ausübt, ansprechend auf Änderungen des Austrittswinkels θ des Fluids am Meßrotor 20, um auf diese Weise die Genauig-

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keit des Ablesewertes auf dem Zählwerk zu wahren. Bei dem System nach Fig. 4 wird jedoch der Austrittswinkel nicht durch ein Pitot-Rohr, sondern durch einen frei drehbaren Fühlerrotor 22 ertastet. Der Innenaufbau des Meßgeräts bei dem System nach Fig. 4 kann gleich demjenigen bei Fig. 2 sein, der insbesondere zur Anwendung in den "selbstprüfenden" und "selbstkorrigierenden" Meßsystemen des Anmelders entwickelt wurde, die im einzelnen später erläutert werden. Bei dem in Fig. 4 gezeigten System wird jedoch keine Scheibe 104 verwendet, und der Fühlerrotor macht von einer andersartigen Codierscheibe 28 Gebrauch, welche die Scheibe 148 in Fig. 2 ersetzt; ferner sind Fotodetektoren bzw. -aufnehmer anstelle der Schlitz-Sensoren bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfuhrungsform vorgesehen.

Das in Fig. 4 gezeigte System übt stets eine Bremskraft auf den Meßrotor aus, und der Fühlerrotor ist so ausgelegt, daß er sich mit geringer Geschwindigkeit abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen dreht, mit dem Zustand des Stillstandes dazwischen. Die Fig. 6A und 6B zeigen eine Vektordarstellung der Fluidströmung durch Meßrotor und Fühlerrotor. Bei diesem System sind die Eichwerte des Austrittswinkels θ (θ^κ) Mittelwerte, wenn das Meßgerät normal arbeitet und eine gewisse Bremskraft auf den Meßrotor ausgeübt wird, die automatisch durch das System bestimmt wird, wie im folgenden beschrieben wird. Da der Austrittswinkel θ mit der Belastung des Meßrotors zunimmt, ist der Winkel γ der Flügel des Fühlerrotors, damit er ungefähr gleich dem Winkel θ bei der Eichung (θ^χ) ist, etwas größer gemacht als der Eichwert von θ wäre, wenn keine Bremskraft auf den Rotor ausgeübt wird.

Wenn der Wert von Q^x konstant bliebe und der Winkel γ denselben Wert wie θ^κ hätte, so würde der Fühlerrotor stillstehen. Wenn aber die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 gegenüber dem Eichwert abnimmt, nimmt der Austrittswinkel θ zu,

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und der Fühlerrotor 22 wird in einer Richtung in Drehung versetzt, da θ>γ , während eine Zunahme der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 eine Abnahme des Austrittswinkels verursacht, wodurch der Fühlerrotor 22 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, da dann θ<γ . Wenn der Austrittswinkel θ der Fluidströmung aus dem Meßrotor 20 zunimmt, so ist dieser Winkel Θ, wie Fig. 6A zeigt, größer als der Winkel Θ^Κ, und die auf die Flügel 67 des Fühlerrotors 22 gerichtete Fluidströmung stößt auf die in Fig. 6A rechts gezeigten Flächen der Flügel 67, so daß der Fühlerrotor 22 nach links bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn, von unten in Fig. 6A betrachtet, in Drehung versetzt wird. Wenn umgekehrt die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors 20 zunimmt, so nimmt der Austrittswinkel θ ab und wird kleiner als γ, wodurch die Fluidströmung auf die linke Fläche der Fügel 67 des Fühlerrotors 22 trifft und diesen nach rechts bzw. im Uhrzeigersinn dreht, von der Unterseite in Fig. 6A aus betrachtet« Die Drehung des Fühlerrotors 22 "wird über die Welle und über ein Getriebe 26 auf eine Codierscheibe 28 übertragen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Eine (nicht gezeigte) Lichtquelle ist so angeordnet, daß sie einen Lichtstrahl durch die Öffnungen der Codierscheibe 28 und auf zwei (nicht gezeigte) Fotodetektoren richtet. Diese Scheibe ist mit zwei konzentrischen Reihen von Öffnungen um die Achse der Scheibe herum versehen, die sich so überlappen, daß der Lichtstrahl periodisch unterbrochen wird; die zwei Fotodetektoren erzeugen somit Impulse 30 und 32, wenn sich der Fühlerrotor im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Die konzentrischen öffnungen sind radial so orientiert, daß Ausgangsimpulse mit einer Phasendifferenz von ±90° in bezug aufeinander erzeugt werden. Wenn die Scheibe 28 in einer Richtung rotiert, ist das Impulssignal 30 um 90° gegenüber dem Impulssignal 32 im voraus, während eine Drehung der Scheibe in der entgegengesetzten Richtung dazu führt, daß die Impulssignale 30 gegenüber den Impulssignalen 32 um 90° verzögert sind. Die Phasenbeziehung zwischen den zwei ImpulsSignalen liefert also eine Anzeige für

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den Rotationssinn der Scheibe 28. Das Ausgangssignal der Fotodetektoren wird an einen Phasendetektor 34 angelegt, der die Phasenbeziehung zwischen den ImpulsSignalen 30 und 32 und somit den Drehsinn der Scheibe 28 ermittelt. Der Phasendetektor erzeugt zwei digitale Ausgangssignale 35, 37, die an einen Aufwarts/Abwarts-Binärzähler 36 angelegt werden. Das Ausgangssignal in Leitung 35 stellt den Zähler 36 auf Aufwärtszählen oder Abwärtszählen, je nach der Phasenbeziehung zwischen den Signalen 30, 32.

Je nach der Phasenbeziehung zwischen den Signalen 30 und 32, die durch den Phasendetektor 34 festgestellt wird, ist das Aufwärts/Abwärts-Steuersignal, das über Leitung 35 angelegt wird, geeignet, den Zähler 36 zum Aufwärts- oder Abwärtszählen der Impulswerte, die über Leitung 37 an den Zähler angelegt werden, zu veranlassen. Bei der Drehung des Fühlerrotors legt die Leitung 37 die Impulse aus den Photodetektoren aus dem Zähler 36 an, so daß die Impulse aufwärts- oder abwärtsgezähIt werden, in Abhängigkeit von dem Aufwärts/-Abwärts-Signal aus dem Phasendetektor 34, das wiederum von dem Drehsinn des Fühlerrotors und der Scheibe 28 abhängt.

Eine Schwellwert- und Vorlade-Einstell-Digitalschaltung enthält in der Technik wohlbekannte Elemente: (1) einen Analog/Digital-Umsetzer, der den Analogwert der Spannung einem Puffer 46 entnimmt, der durch den Vorladewert in einem D/A-Puffer 40 bestimmt wird, und diesen in einen Digitalwert umsetzt; (2) Digitalelemente, die Verschiebungswerte der von dem D/A-Umsetzer abgetasteten Vorladewerte verursachen; diese Verschiebungswerte legen Plus- und Minus-Schwellwerte für den Vorladewert fest; (3) einen Vergleicher, der bei entsprechender Anweisung aus der internen Folgesteuerung der Schaltung 38 die Impulszählrate des Zählers 36 mit dem Plus- bzw. Minus-Schwellwert vergleicht, um festzustellen, ob die Impulszählrate des Zählers 36 in den durch die

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Schwellwerte festgelegten Bereich fällt oder außerhalb desselben liegt.

Eine Taktgeberschaltung 41 veranlaßt die Digitalschaltung 38 periodisch in festen Intervallen zur Durchführung der im folgenden beschriebenen Operationen. Zu Beginn bzw. bei Initiierung mittels handbetätigter Schalter wird die Digitalschaltung 38 zunächst mit einem Anfangs-Vorladefaktor programmiert. Dieser Anfangs-Vorladefaktor wird willkürlich gewählt, und sein Wert ist allgemein aus wiederholten Versuchen bekannt. Zur Erläuterung wird ein Anfangs-Voraldefaktor des Wertes 100 angenommen. Sobald die Schaltung 38 mit dem Anfangs-Vorladefaktor 100 programmiert ist, wird dieser Wert zu dem Zähler 36 übertragen, und ein Signal wird an den D/A-Puffer 40 angelegt, damit dieses den im Zähler 36 gespeicherten Wert aufnimmt. Der D/A-Puffer enthält nun den Anfangs-Vorladefaktor. Dieser Faktor wird gleichzeitig an den D/A-ümsetzer 44 angelegt, der ein Analogsignal an den Puffer 46 anlegt, welches dem Anfangs-Vorladefaktor entspricht. Der Puffer 46 legt ein Ausgangssignal an eine Bremse 42 an, die eine Anfangs-Bremskraft verursacht, die dem Anfangs-Vorladefaktor 100 entspricht, der auf den Meßrotor wirken soll.„Bei der anfänglichen Programmierung der Digitalschaltung 38 berechnet diese ferner Verschiebungswerte, um positive und negative Schwellwerte für den Vorladefaktor festzulegen. Z.B. wird angenommen, daß die Digitalschaltung 38 so programmiert ist, daß sie einen Verschiebungswert ±10 bewirkt, so daß die Schwellwerte 90 und 110 festgelegt werden.

Sofort nach Programmierung der Digitalschaltung 38 mit dem Anfangs-Vorladefaktor signalisiert diese dem Zähler 36 seine Freigabe zum Zählen der Impulse des Fühlerrotors. Gleichzeitig wird die Taktgeberschaltung 41 freigegeben, damit sie der Schaltung 38 Taktimpulse schickt, die festgelegte Zeitinter-

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valle definieren. Während des ersten Taktintervalls zählt der Zähler 36 aufwärts oder abwärts, je nachdem, in welcher

Richtung sich der Fühlerrotor dreht. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß der Anfangs-Vorladefaktor den Meßrotor so belastet, daß sich der Fühlerrotor in einer solchen Richtung dreht, daß der Zähler 36 hochzählt. Am Ende des ersten Taktintervalls legt die Taktgeberschaltung ein Signal an die Digitalschaltung 38 an, wodurch diese sofort die folgenden Operationssequenzen ausführt. Zwischen dem vorhandenen Wert der Zählrate im Zähler 36 und den anfangs eingestellten Schwellwerten 90 und 110 wird ein Vergleich durchgeführt. Wenn die Zählrate außerhalb des Bereiches der Schwellwerte liegt, z.B. den Wert 115 hat, signalisiert der Vergleicher in der Digitalschaltung 38 dem D/A-Puffer 40, daß dieser die dann vorhandene Zählrate in dem Zähler 36 als neuen Vorladefaktor annehmen soll. Der Puffer 40 sendet dann ein neues Signal zu dem D/A-ümsetzer 44, wodurch dieser ein neues Analogsignal für den Puffer 46 erzeugt, das wiederum ein neues Ausgangssignal an der Bremse verursacht, so daß die Bremskraft erhöht wird. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Meßrotors abgesenkt.

Der A/D-Umsetzer in der Digitalschaltung 38 ertastet nun den Wert des neuen Ausgangssignals des Puffers 46 (entsprechend dem Vorlädefaktor 115) und setzt diesen in Digitalform um, wodurch die Digitalschaltung 38 neue Schwellwerte 105 und 125 berechnet. Alle Funktionen der Digitalschaltung 38 für das erste Taktintervall sind nun ausgeführt.

Am Ende des zweiten TaktIntervalls wird die Impulszählrate des Zählers 36 erneut mit den Schwellwerten verglichen, die nun 105 und 125 sind. Wenn die Impulszählrate im Zähler 36 innerhalb dieses Bereichs liegt, geschieht bis zum Ende irgendeines zukünftigen Taktintervalls nichts, nach welchem die kumulierten Impulse des Zählers 36 außerhalb des Bereiches

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liegen. Wenn der neue Vorladefaktor und die daraus resultierende Zunahme der Bremskraft noch nicht ausreichen, um den Drehsinn des Fühlerrotors umzukehren, nehmen die Zählraten des Zählers 36 weiter während der anschließenden Taktintervalle zu, bis die Zählraten der kumulierten Impulse den oberen Schwellwerte überschreiten. Wenn am Ende eines darauffolgenden Intervalls die Zählrate des Zählers 36 den Wert 125 überschreitet, z.B. 126 beträgt, wird ein neuer Vorladefaktor 126 mit neuen Schwellwerten 116 und 136 festgelegt, was durch den vorstehend beschriebenen Vorgang zu einer leicht erhöhten Bremskraft an dem Meßrotor führt, die ausreicht, damit der Fühlerrotor einen anderen Drehsinn annimmt, so daß sich die Phasenbeziehung zwischen den Impulsfolgen 30 und 32 umkehrt und dadurch die Impulse aus dem Fühlerrotor die Zählrate des Zählers 36 ab dem Wert 126 herunterzählt. Diese Zählrate nimmt in den aufeinanderfolgenden Taktintervallen weiter ab, bis der untere Schwellwert überschritten wird. Wenn also der Zähler 36 auf einen niedrigeren Wert als 116, z.B. auf 115, herabgezählt wird, werden ein neuer Vorladefaktor 115 gemeinsam mit neuen Schwellwerten 105 und festgesetzt, wodurch die Bremskraft an dem Meßrotor abnimmt und seine Geschwindigkeit zunimmt, wodurch erneut der Fühlerrotor seinen Drehsinn umkehrt und die Zählraten der Impulse aus dem Fühlerrotor im Zähler 36 erneut zunehmen. Die Impulse werden hochgezählt, bis der vorhandene obere Schwellwert überschritten wird, wobei dann der Vorladefaktor erneut auf einen Wert über 125, z.B. auf 126, festgelegt wird. In den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen werden also die Vorladefaktoren 115 und 126 abwechselnd festgelegt, wodurch der Fühlerrotor veranlaßt wird, seinen Drehsinn jedesmal zu ändern, wenn ein geeigneter Vorladefaktor festgelegt ist. Dadurch nimmt die Bremskraft an dem Meßrotor abwechselnd zu und ab, was zu entsprechenden abwechselnden Verminderungen und Vergrößerungen der Geschwindigkeit des Meßrotors und aufeinanderfolgenden Umkehrungen des Drehsinns des Fühlerrotors führt. Durch dieses Verfahren werden ein im Mittelwert

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der Geschwindigkeit des Rotors ein Austrittswinkel θ festgelegt, die als normale oder Eichwerte angesehen werden können,

Der Antrieb für das zählwerk bzw. das Signal des Meßrotors für die Registrierung wird bei der Eichung so"eingestellt, daß eine 100%-Registrierung erfolgt, die durch ein Eichgerät bestimmt wird, wenn der Meßrotor und der Fühlerrotor mit ihren normalen bzw. Eichwerten arbeiten.

Wenn sich die gemittelte Geschwindigkeit des Meßrotors ändert, sei es aufgrund von Änderungen der Fluid-Durchflußrate oder aufgrund von Fehlfunktionen an dem Meßrotor, werden neue Vorladefaktoren und Schwellwerte festgelegt, die automatisch die Bremskraft des Meßrotors nachstellen, wodurch dieser mit einer Geschwindigkeit rotiert, die auf dem Zählwerk 48 eine 100%-Registrierung bewirkt.

Die Verwendung eines Fühlerrotors 22 zum Ertasten des Fluid-Austrittswinkels θ am Meßrotor 20 schafft eine Vorrichtung, bei der eine wesentlich geringere Gefahr besteht, daß Fehlfunktionen aufgrund von Verunreinigungen in der Strömung entstehen. Sie schafft auch ein Mitte'l zum Ertasten des Austrittswinkels θ über den gesamten ringförmigen Strömungsdurchgang hinweg,, wodurch eine genauere Messung des gemittelten Austrittswinkels möglich ist als dies mit einem Ktot-Rohr möglich wäre, das eine einzige Strömungsrichtung feststellt.

Die beiden in den Fig. 3 und 4 gezeigten Systeme beruhen auf der Verwendung eines Rückkopplungssystems und eines variablen Bremssystems, mit dem die Bremskraft am Meßrotor 20 in Übereinstimmung mit Abweichungen des Austrittswinkels θ von dem Winkel γ der Flügel des Fühlerrotors geändert wird, damit der Austrittswinkel θ einen Mittelwert aufweist, der gleich dem Flügelwinkel des Fühlerrotors ist (d.h. θ = θ^χ = γ)

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um auf diese Weise die Genauigkeit der Registrierung des Meßgerätes entsprechend seiner Eichung zu bewahren.

Es wurde gefunden, daß die Endergebnisse einer Messung mit konstanter Genauigkeit durch Aufrechterhaltung eines konstanten Fluid-Austrittswinkels und eines auf Null gestellten Fühlerrotors mittels eines Bremssystems an dem Meßrotor und über ein Rückkopplungssystem auch auf andere Weise erreicht werden können, nämlich durch ein neues Meßsystem, das einfach aus einem üblichen Meßrotor 20 und einem freilaufenden Fühlerrotor 22 besteht, der stromabwärts davon angeordnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ohne das Erfordernis einer Bremsvorrichtung oder eines Rückkopplungssystems. Dieses Meßsystem ist nicht nur "selbstkorrigierend", um automatisch und kontinuierlich eine konstante Meßganauigkeit im Eichzustand zu bewahren, es kann darüber hinaus auch eine "Selbstprüfung" durchführen, um automatisch und kontinuierlich anzuzeigen, daß der Meßrotor entweder innerhalb oder außerhalb des gewählten Bereichs von Grenzabweichungen gegenüber der geeichten Meßgerätregistrierung arbeitet, und um die Größe dieser Abweichung anzuzeigen. Der Grundgedanke dieses neuartigen Meßsystems mit der Befähigung zur "Selbstkorrektur" und "Selbstüberprüfung" geht aus den Fig. 7A und 7B hervor.

Unter Beachtung der Definitionen der Vektoren, Winkel und sonstigen Parametern, die zu den Fig. 7A und 7B gegeben wurden, kann ein Ausdruck für die Registrierung des Meßgerätes durch den Meßrotor 20 abgeleitet werden, der die Basis für die Entwicklung eines selbstkorrigierenden Meßsystems liefert, das keine Hysteresisbremse 42 der in Fig. 4 gezeigten Art benötigt. Zunächst wird die Registrierung des Meßgerätes durch den Meßrotor 20 definiert als das Verhältnis der tatsächlichen Tangentialgeschwindigkeit U zu der idealen Tangentialgeschwindigkeit U. des Meßrotors 20, gemäß dem folgenden Ausdruck:

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- 41 Registrierung des Meßgeräts = ü /U. (1)·

Wie sich aus dem Geschwindigkeitsdiagramm der Austrittsgeschwindigkeit V₂ der Fluidströmung aus dem Meßrotor 20 ergibt (Fig. 7), ist die tatsächliche Tangentialgeschwindigkeit U des Meßrotors 20 die Differenz zwischen der idealen Tangentialgeschwindigkeit U₁ und dem Meßrotorschlupf AU_m aufgrund des Strömungswiderstands bzw. der Belastung am Meßrotor.

Die Gleichung (1) kann also durch einfaches Ersetzen und Umordnen geschrieben werden:

U_n, (U. - AU₁) AU_n, m _ ' χ m _ ₁ m .«.

Ü7 ü~ ^ui

Ferner ist festzustellen, daß ohne Last auf dem Meßrotor 20 die Fluid-Austrittsströmung des Meßrotors 20 im wesentlichen dieselbe Größe wie die. Exntrxttsgeschwindigkeit V-. am Meßrotor 20 hat und eine Richtung im wesentlichen parallel zur Rotorachse aufweist, wie in Fig. 7A zu sehen ist. Die Größe des Strömungswiderstands bzw. der Belastung Δϋ kann unter Verwendung dieses Vektordiagramms folgendermaßen berechnet werden:

AU

-~ = tan Θ. (3)

Die Auflösung dieser Gleichung nach AU ergibt folgende Gleichung:

AU_m = V_a tan Θ. (4)

In gleicher Weise kann aus Fig. 7A die ideale Tangentialgeschwindigkeit U. nach folgender Beziehung berechnet werden:

^i = tan ß. (5)

el

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Durch Umstellen von Gleichung (5) ergibt sich die ideale Geschwindigkeit U. folgendermaßen:

U. = V tan ß (6)

X et

Durch Einsetzen der Gleichungen (4) und (6) in Gleichung (2) ergibt sich:

3a = ₁ - ^Va ^{tan 9} _{= Λ} . tanj, ,

U. ¹V tan ß ' tan ß ^Kn

X 3.

Aus Gleichung (7) ergibt sich/ daß die Änderung der tatsächlichen Rotorgeschwindigkeit U des Rotors 20 bzw. die Registrierung des Meßgerätes (ü /ü.) eine Änderung des AustrittswinkeIs θ verursacht. Wenn die Rotorgeschwindigkeit U des Meßrotors abnimmt, nimmt der Austrittswinkel θ zu und umgekehrt. Es ist daher offensichtlich,,, daß bei einem herkömmlichen Meßgerät dessen Registrierung (Genauigkeit) von dem Austritswinkel. θ abhängt und sich mit diesem ändert.

Wie später noch im einzelnen anhand einer praktischen Ausführungsform der Erfindung untersucht wird, ist es erwünscht, daß der Fühlerrotor mit demselben Drehsinn wie der Meßrotor rotieren kann, jedoch mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit. Wenn der Flügelwinkel γ des Fühlerrotors derselbe ist wie der Austrittswinkel Θ, steht der Fühlerrotor still, wie im Zusammenhang mit dem System nach Fig. 4 erläutert wurde. Wenn also der Anstellwinkel γ etwas größer als der Austrittswinkel θ gemacht wird, dreht sich der Fühlerrotor in derselben Richtung wie der Meßrotor, jedoch mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit.

Es wird nun die Meßregistrierung des Fühlerrotors 22 untersucht, und zwar anhand der idealen Rotorgeschwindigkeit U.

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des Meßrotors 20 für einen kleinen Flügelwinkel γ der Flügel 67 des Fühlerrotors und für kleine Angriffswinkel (γ -θ) des aus dem Meßrotor 20 austretenden und auf die Flügel 67 des Fühlerrotors gerichteten Fluids.

Aus den Fig. 7A und 7B ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit des Fühlerrotors U folgenden Wert hat:

U = V tan γ - V tan θ (8)

S CL Cl

Die Registrierung des Fühlerrotors im Verhältnis zu der idealen Geschwindigkeit U^ des Meßrotors ist also:

U_n V tan Y-V₃ tan θ

O₁ - u.

Durch Einsetzen der Gleichung (6) in Gleichung (9) ergibt sich:

U V tan γ - V tan θ . . _θ s _ a a. _ tan γ _ Lan σ MO^

U. V₌ tan ß tan β tan ß ^v '

Aus Gleichung (10) ist ersichtlich, daß jegliche Änderung des Austrittswinkels θ aus dem Meßrotor 20 die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 verändet. Eine Zunahme des Austrittswinkels θ führt zu einer Abnahme der Geschwindigkeit U des Fühlerrotors. Wenn also der Austrittswinkel θ größer wird, wird der Angriffswinkel des Fluids bei dessen Verlassen des Meßrotors 20 fsiehe Fig. 7A) an den Flügeln 67 des Fühlerrotors 22 kleiner, wodurch die auf die Flügel 67 ausgeübte Gesamtkraft geringer wird. Wenn der Austrittswinkel θ größer wird als der Flügelwinkel γ des Fühlerrotors, d.h. θ>γ, so ist tan θ > tan γ. Gleichung (10) zeigt, daß die Geschwindigkeit U des Fühlerrotors negativ wird, wenn der Winkel θ

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über den Winkel γ hinaus ansteigt. In der Praxis bedeutet dies, daß der Fühlerrotor 22 sich in einer Richtung dreht, die der durch den Vektor U_ in Fig. 7A bezeichneten Richtung entgegengesetzt ist, d.h. der Fühlerrotor 22 dreht sich nun in der entgegengesetzten Richtung zu dem Meßrotor 20. Die obige Gleichung gilt also für jede Größe der Geschwindigkeitsänderung des Meßrotors 20, die zu irgendeiner Größe der Änderung des Austrittswinkels θ führt (Θ kann größer oder kleiner als γ sein), und gilt auch für beide Drehsinne des Fühlerrotors 22. Bevor dieser Wert θ erreicht wird und der Drehsinn des Fühlerrotors dadurch umgekehrt wird, zeigt jedoch, wie nachstehend erläutert wird, ein Signal an, daß das Meßgerät außerhalb der erlaubten Grenzen der Abweichung von der Eichung arbeitet, so daß das Meßgerät außer Betrieb genommen werden kann.

Aus den Gleichungen (7) und (10) ergibt sich, daß bei einer Änderung der Registrierung (U /U.) des Meßrotors der Austrittswinkel θ sich ändert, und es ändert sich auch die Registrierung (U /U.) des Fühlerrotors. Aus den Gleichungen (7) und (10) ergibt sich jedoch, wenn die Differenz U zwisehen der Geschwindigkeit bzw. Registrierung des Meßrotors und derjenigen des Fühlerrotors betrachtet wird (die Geschwindigkeit des Fühlerrotors wird als positiv bezeichnet, wenn sie dieselbe Richtung hat wie die des Meßrotors 20, wie in Fig. 7A gezeigt, jedoch negativ, wenn die Richtung entgegengesetzt ist) :

c^m s^ _M tan Q. ,tan γ tan Θ»

^u tan ß^} ~ ^ltan ß ~ tan ß'

U₁)

Gleichung (11) zeigt, daß in erster Annäherung die Differenz zwischen der Umlaufgeschwindigkeit (bzw. Registrierung) U /U.

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zwischen Meßrotor und Fühlerrotor nur von dem Flügelwinkel ß des Meßrotors und von dem Flügelrotor γ des Fühlerrotors abhängt und daher für ein gegebenes erfindungsgemäßes Meßgerät eine Konstante ist. Sie hängt nicht von der sich ändernden Belastung des Meßrotors 20 oder dessen Austrittswinkel θ ab. Der physikalische Grund hierfür ist, daß bei Änderungen der Meßrotorgeschwindigkeit U bei einer gegebenen Durchflußrate aufgrund einer Änderung von z.B. der Lagerreibung und dem Strömungswiderstand der Austrittswinkel θ gemäß Gleichung (7) eine entsprechende Änderunge zeigt. Diese Änderung des Winkels θ verursacht eine entsprechende Änderung der Geschwindigkeit U des Fühlerrotors entsprechend Gleichung (10). Aus den Gleichungen (10) und (11) ist ersichtlich, daß jede Änderung der Meßrotorgeschwindigkeit U eine gleiche Änderung der Fühlerrotorgeschwindigkeit U verursacht, so daß U keine Nettoänderung erfährt, wenn die Differenz U zwischen der Meßrotorgeschwindigkeit und der Fühlerrotorgeschwindigkeit gemessen wird, um eine Basis für das verbesserte selbstkorrigierende Meßsystem zu liefern. Die algebraische Differenz zwischen der Geschwindigkeit U des Meßrotors und der Geschwindigkeit U des Fühlerrotors bleibt also für alle Werte der Meßrotorgeschwindigkeit bei einer gegebenen Durchflußrate praktisch konstant, solange der Fühlerrotor 22 unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet. Diese aus Gleichung (11) abgeleitete Beziehung, die die Grundlage für das selbstkorrigierende Verhalten des erfindungsgemäßen Meßgeräts bildet, kann als Prozentsatz der Registrierung ausgedrückt werden:

N = N - N = konstant (12)

C XLl S

Wenn die Flügel des Meßrotors 20 einen Winkel von 45° mit der Richtung der in das Meßgerät 10 eintretenden Fluidströmung bilden, so hat der Austrittswinkel θ^κ bei der Eichung die Größenordnung von 2°. Die Flügel 67 des Fühlerrotors 22

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können mit einem Winkel γ gebildet werden, der bewirkt, daß dieser Rotor normalerweise in derselben Richtung rotiert wie der Meßrotor/ jedoch bei einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit» Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 so gewählt, daß der Meßrotor 20 ein Ausgangssignal erzeugt, daß etwa 106% der das Meßgerät tatsächlich durchströmenden Strömung beträgt, wie durch ein Eichgerät festgestellt werden kann, daß mit dem Meßgerät in eine Prüfschlaufe einbezogen wird, wobei die von dem Eichgerät gemessene Strömung als 100%-Registrierung genommen wird. Die Flügel 67 des Fühlerrotors 22 sind mit einem solchen Winkel gebildet, daß der Fühlerrotor 22 in derselben Richtung wie der Meßrotor 20 rotiert, und seine Geschwindigkeit ist so gewählt, daß sein Ausgangssignal etwa 6% der tatsächlichen Strömung darstellt. Die Ausgangssignale aus dem Meßrotor und dem Fühlerrotor können als gegenüber dem tatsächlichen bzw. geeichten Wert der Strömung durch das Meßgerät "versetzt" angenommen werden. Die Beziehung zwischen der selbstkorrigierenden Prozent-Registrierung N , der Prozent-Registrierung des Meßrotors N und der des Fühlerrotors N ist durch Gleichung (12) gegeben:

N_c = N_m - N_s = 106% - 6% = 100%.

Diese Beziehung ist in Fig. 12 für alle Reynolds-Zahlen innerhalb des Nennbereichs des Meßgeräts mit durchgehendem Strich grafisch dargestellt. In der Meßtechnik wird das Verhalten eines Meßgerätes gewöhnlich dargestellt, indem der von dem Meßgerät angezeigte Prozentsatz der Registrierung gegen die Reynolds-Zahl aufgetragen wird. Die Reynolds-Zahl ist ein Parameter, der in der Technik wohlbekannt ist und eine Kombination der Auswirkungen der Strömungsgeschwindigkeit des das Meßgerät durchströmenden Fluids, der kinematischen Viskosität des Fluids und der charakteristischen Grossen des geprüften Meßgerätes darstellt.

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Die Gültigkeit der Beziehung nach Gleichung (12) kann auch demonstriert werden/ wenn angenommen wird/ daß die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 gegenüber dem Eichwert (106%) auf eine Registrierung von 105% abnimmt. Eine solche Abnahme kann z.B. durch Lagerverschleiß oder durch Ansammlung von Fremdkörpern im Lager des Meßrotors 20 verursacht werden. Wenn dies bei einem herkömmlichen Meßgerät geschieht/ ist der Ablesewert desselben niedriger als der Eichwert und somit niedriger als der tatsächliche Durchsatz des Meßgeräts. Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät führt jedoch die Abnahme der Registrierung um 1% am Meßrotor 20 zu einer Zunahme des Rotorschlupfes AU und folglich zu einer Steigerung des Austrittswinkels θ des Meßrotors (tan θ/tan ß nimmt um 1% zu = 0,01 / d.h. θ nir
Gleichung (7) ergibt.

zu = 0,01, d.h. θ nimmt um etwa 0,57° zu)/ wie sich aus

Diese Zunahme des Austrittswinkels θ vermindert den Angriffswinkel (γ - θ) des Fühlerrotors um 0,57°, was zu einer Abnahme der Prozent-Registrierung um denselben Betrag (d.h. 1%) führt, wobei der Fühlerrotor mit einer Registrierung von (6% - 1%) =5% läuft, wie sich aus Gleichung (10) ergibt. Die korrigierte Prozent-Registrierung N bleibt gemäß Gleichungen (11) und (12) unverändert, denn:

N = N - N_n = 105% - 5% = 100%.

Diese Beziehung zwischen der Prozent-Registrierung der zwei Rotoren 20/ 22 und der korrigierten Prozent-Registrierung, die selbst dann bei einer 100%-Registrierung bleibt, wenn der Meßrotor von 106% auf 105% verlangsamt wird, ist in Fig. 12 grafisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

Wenn die Geschwindigkeit des Meßrotors gegenüber dem Eichwert zunimmt, z.B. auf 107%, und zwar bei derselben tatsächlichen

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Durchflußrate, nimmt in gleicher Weise der Austrittswinkel θ um 0,57° ab (bzw. tan ζ/tan ß nimmt um 0,01 ab) . Diese Verminderung des Austrittswinkels θ vergrößert den Angriffswinkel (γ - θ) des Fluids an den Flügeln 67 des Fühlerrotors 22, was zu einer Zunahme der Prozent-Registrierung des Fühlerrotors 22 um denselben Betrag führt, d.h. um 1% von 6% auf 7%, Die korrigierte Prozent-Registrierung N bleibt weiterhin dieselbe, nämlich 100%, denn es gilt:

N = N - N = 107% - 7% = 100%. cms

Diese Beziehung ist in Fig. 12 als punktierte Linie dargestellt. Es ist somit ersichtlich, daß ein Ablesen in Form der algebraischen Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 und der Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 bei einer gegebenen Durchflußrate einen Ablesewert mit 100% Genauigkeit bei allen Geschwindigkeiten des Meßrotors ergibt, selbst wenn die Geschwindigkeit des Meßrotors gegen den Eichwert abweicht, vorausgesetzt, daß der Fühlerrotor 22 einwandfrei arbeitet. Diese Charakteristik der Erfindung wird als "selbstkorrigierendes" Verhalten bezeichnet.

Die vorgesehene Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 kann irgendeinen Wert relativ zu der vorgesehenen Geschwindigkeit des Meßrotors 20 haben, und trotzdem bleibt die oben aufgeführte Beziehung für die "Selbstkorrektur" bestehen. Aus praktischen Erwägungen wird jedoch angestrebt, daß der Fühlerrotor 22 mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit als der Meßrotor 20 rotiert, damit die Anzahl von Umdrehungen vermindert wird und sowohl die radiale als auch die axiale Belastung und somit der Verschleiß der Lager des Fühlerrotors minimal gehalten werden, um dadurch die Gefahr einer Fehlfunktion des Fühlerrotors auf ein Minimum zu reduzieren. Wie nachfolgend gezeigt werden soll, ist es ferner erwünscht, daß die Geschwindigkeit des Fühlerrotors wesentlich niedriger

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als die des Meßrotors ist, um die Vorteile der Erfindung voll ausschöpfen zu können. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform bilden die Flügel 67 des Fühlerrotors 22 einen Winkel von etwa 3-4° (d.h. γ = 3 bis 4°), um eine Registrierung von 6% im geeichten Zustand zu ergeben, während der Flügelwinkel ß des Meßrotors 20 etwa 45 beträgt, so daß er eine Registrierung von 106% im Eichzustand ergibt.

Die obige Beziehung gilt auch für den Fall, daß der Fühlerrotor 22 so konstruiert ist, daß er in der entgegengesetzten Richtung wie der Meßrotor 20 rotiert. Bei einem Meßgerät, dessen Fühlerrotor 22 in der entgegengesetzten Richtung wie der Meßrotor 20 rotieren soll, wenn die Eichgeschwindigkeiten vorliegen, ist der Winkel γ der Flügel 67 des Fühlerrotors in bezug auf die Richtung der Fluidströmung in dem Meßgerät kleiner als der Austrittswinkel θ und kann sogar negative Werte aufweisen. Er kann also von der Rotationsachse in einer Richtung abweichen, die derjenigen des Austrittswinkels θ entgegengesetzt ist. Eine Geschwindigkeitsabnahme des Meßrotors 20 gegenüber seinem Eichwert, die eine Zunahme des Austrittswinkels θ verursacht, bewirkt also eine Zunahme der Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22, und umgekehrt bewirkt eine Zunahme der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 gegenüber seinem Eichwert eine Abnahme der Geschwindigkeit des Fühlerrotors. Wenn also die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 94% Registrierung im Eichzustand darstellt und die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 6% beträgt, und zwar in der entgegengesetzten Richtung des Drehsinns des Meßrotors, so gilt:

N = N - N_o = 94% - (-6%) = 100% Registrierung,

und eine Abnahme der Meßrotorgeschwindxgkeit um 1% verursacht eine Zunahme der Geschwindigkeit des Fühlerrotors um 1% in der entgegengesetzten Richtung, so daß gilt:

N = 93% - (-7%) = 100%,

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Durch die Erfindung wird also die Möglichkeit einer selbsttätigen Korrektur auch dann geschaffen, wenn die Rotoren entgegengesetzten Drehsinn haben, ebenso wie bei gleichem Drehsinn. Wenn jedoch die Rotoren im entgegengesetzten Drehsinn rotieren, ist die nachstehend beschriebene "Selbstprüfung¹¹ weniger zuverlässig als bei gleichem Drehsinn, wie anschließend gezeigt werden soll.

Wie vorstehend angegeben ist, ergibt das erfindungsgemäße Merkmal der selbsttätigen Korrektur eine 100%-Registrierung bei allen Geschwindigkeiten des Meßrotors 20 bei einer gegebenen Durchflußrate, solange der Fühlerrotor 22 einwandfrei arbeitet. Es ist daher durchaus möglich, daß der Meßrotor nur mit 50% seines Eichwertes rotiert, und trotzdem ergibt der korrigierte Ablesewert N die genaue Registrierung. Das Merkmal der selbsttätigen Korrektur ergibt also keine Anzeige über eine Fehlfunktion des Meßrotors 20 oder des Fühlerrotors 22. Um aber eine außergewöhnliche Beschädigung des Meßgerätes zu verhindern, ist es wünschenswert, daß es außer Betrieb genommen und repariert wird, wenn die Geschwindigkeit des Meßrotors von dem Eichwert stärker abweicht als bis zu einer vorgeschriebenen Grenze.

Die im folgenden beschriebene Erfindung und die Bedeutung der Ertastung des Austrittswinkels gehen aas der folgenden Beschreibung deutlicher hervor. Es wird erneut auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Genauigkeit eines Meßgerätes ohne Fühlerrotor ist gleich dem Verhältnis der tatsächlichen Geschwindigkeit des Meßrotors U zu der Idealgeschwindigkeit U. desselben, wobei dieses die Geschwindigkeit ist, die der Meßrotor erreichen würde, wenn er kein Drehmoment überwinden müßte. Die Meßgenauigkeit (bzw. Registrierung) wird mathematisch durch die Gleichungen (1), (2) und (7) wiedergegeben, die im Interesse der Übersichtlichkeit noch einmal angeführt werden:

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ORIGINAL INSPECTED

^üi - ^Aüm ₁ W* ₁ tan⁶ U₁ ^üi ~ tan ß*

Aus dieser Gleichung ist offensichtlich, daß die Meßgenauigkeit von dem Wert des Austrittswinkels θ abhängt. In der Technik ist wohlbekannt, daß folgende Beziehung gilt:

tan θ - (13)

(r/A)pQ^

Darin sind:

Tn das auf den Meßrotor einwirkende Widerstandsmoment ohne Fluid;

Tf das Widerstandsmoment, das auf den Meßrotor aufgrund des Fluids einwirkt;

(Tn + Tf)m das Gesamtwiderstandsmoment, das auf den Meßrotor einwirkt;

r der effektive Radius des Rotors;

A der effektive Strömungsquerschnitt;

ρ die Fluiddichte; und

Q die Durchflußrate des Fluids in dem Meßgerät.

Für kleine Werte von 6 (normalerweise ungefähr 3°) ist tan θ ungefähr gleich Θ. Daher gilt:

(14)

(r/A)pQ

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(Tn + Tf)m
Da der Faktor ~ j*— im allgemeinen eine kleine, jedoch

(r/A) p(T

veränderliche Größe ist, ist der Austrittswinkel θ des Fluids bei einem herkömmlichen Meßgerät nicht konstant, so daß der Ausdruck für die Genauigkeit des Meßgeräts, d.h. 1 - , nicht konsteint ist. Da die einzigen Faktoren, welche die Meßgenauigkeit beeinflussen, der Winkel θ und der Flügelwinkel ß sind, ist die Meßgenauigkeit konstant, wenn in einem Flügelrad-Meßgerät der Winkel θ konstant gehalten wird_r bzw. wenn dieses unabhängig von dem Winkel θ arbeitet, da der Flügelwinkel ß eine feste Größe ist. Wie vorstehend beschrieben, wird mit den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Meßgeräten eine konstante Genauigkeit erreicht, indem der Austrittswinkel θ konstant gehalten wird, während die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Meßgeräte von dem Austrittswinkel unabhängig sind. Die folgenden Betrachtungen zeigen, wie dies durch die Erfindung erreicht wird.

Es wird nun auf Fig. 7A Bezug genommen. Da der Axialdruck des Fluids auf dem Fühlerrotor geringer ist als auf dem Meßrotor (da der Winkel kleiner ist als der Winkelß, ist die Lagerbelastung am Fühlerrotor geringer als an dem Meßrotor; folglich i&t auch das Drehmoment des Fühlerrotors ohne Fluid-(Tn) geringer als das Drehmoment des Meßrotors ohne Fluid, also der Wert (Tn) , und es gilt:

(Tn)_s < (Tn)_m (15)

Die Widerstandsmomente bzw. zu überwindenden Drehmomente (Tr) aufgrund des Strömungswiderstandes, der auf den Meßrotor einwirkt, bzw. das Widerstandsmoment (T_f) , das auf den Fühlerrotor einwirkt, ist in Tangentialrichtung wirksam, und diese Momente sind jeweils proportional dem Sinus des Flügelwinkels ß am Meßrotor bzw. dem Sinus des Flügelwinkels γ am Fühlerrotor. Folglich gilt:

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(T^) «χ sin ß und (T^) « sin γ.

H ItI i S

Da jedoch die Relativgeschwindigkeit des aus dem Fühlerrotor austretenden Fluids niedriger ist als die Relativgeschwindigkeit des aus dem Meßrotor austretenden Fluids, ist das Verhältnis (Tf) /(^Tf)_m ihrer Drehmomente aufgrund des Fluids kleiner als das Verhältnis sin γ/sin ß. Es gilt also:

₍₁₆₎

(T_f)_m

sin 3° sin 45°

Die Verhältnisse der jeweiligen resultierenden Drehmomente aufgrund dec Strömungswiderstandes sind also wesentlich kleiner als 1, und es gilt:

(17)

Da das auf den Fühlerrotor einwirkende Drehmoment ohne Fluid kleiner ist als das auf den Meßrotor einwirkende Drehmoment, und da ferner das Verhältnis des auf den Fühlerrotor einwirkenden Strömungswiderstandsmoments zu dem Moment, das auf den Meßrotor einwirkt, wesentlich kleiner als 1 ist, ist es offensichtlich, daß das gesamte Widerstandsmoment, das auf dem Fühlerrotor einwirkt, also (T + T_f) , wesentlich kleiner als das gesamte Widerstandsmoment ist, das auf den Meßrotor einwirkt. Es gilt also:

T_f)_s «₍T_n + T_f)_m (18)

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Aus Gleichung (14) ergibt sich:

(r/A)

^S (r/A)

Aus den Gleichungen (14), (18) und (19) folgt:

θ _g (?^{n + Ts})^s « θ <;^{n + Tf}>^m (20) ^s (r/A)pO² (r/A)pQ²

Daher ist ersichtlich, daß 6s wesentlich kleiner als θ ist«

Der Ausdruck für die Meßgenauigkeit (Registrierung) eines Meßgerätes nach der Erfindung, bei dem beide Rotoren in demselben Drehsinn arbeiten, ist:

Meßgenauigkeit = (21)

Diese Beziehung kann geschrieben werden als:

JUSiL - JUsl ₍22)

(Ui) (Ui) ^K '

Gleichung (7) ergibt -)£»f· = 1 - $~JL _Und aus Fig. 7B folgt:

\ U X) "C3.il Ji

Us = Va tan γ - Va tan (Θ + Bs).

Die Gleichung (22) kann daher geschrieben werden:

UJB _ Us. ₌ ι-\ _ tan Θ. _ ,Va tan γ - Va tan (Θ + 6s), Ui ~ Ui ^u tan ß' " ^{ Ui ■

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Aus Fig. 7A erfolgt Ui = Va tan ß; Einsetzen der Gleichung für die Genauigkeit des Meßgeräts mit gleichsinnig drehenden Rotoren in Gleichung (23) ergibt:

.* _n · ι -j. μ tan θs ,tan Ύ tan (Θ + 6s) _λ (24) Meßgenauxgkext = (1 - _Έ__¥) - (^-^ -1—g L)

Wie vorstehend gezeigt wird, ist 6s viel kleiner als θ und kann für alle praktischen Betrachtungen vernachlässigt werden, so daß gilt:

Meßgenauigkeit .

Meßgenauigkeit = 1 - = konstant (26)

Bei einem Turbinen- bzw. Flügelrad-Meßgerät nach der Erfindung, das mit dem Merkmal der selbsttätigen Korrektur ausgestattet ist, wird also der variable Fluid-Austrittswinkel θ durch einen konstanten Rotorflügelwinkel γ ersetzt.

Durch eine Betrachtung ähnlich der Entwicklung von Gleichung (24) kann gezeigt werden, daß der Ausdruck für die Meßgenauigkeit bei einer Ausführungsform mit gegensinnig drehenden Rotoren folgende Form hat:

m c?

Meßgenauigkeit = ~ (27)

tan θ, tan ß

Wenn bei einem solchen Meßgerät der Fühlerrotor mit ungefähr derselben Geschwindigkeit wie der Meßrotor rotieren kann, wie dies z.B. in der US-PS 3 934 473 beschrieben ist, ist

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der Flügelwinkel γ des Fühlerrotors im wesentlichen gleich dem Flügelwinkel ß des Meßrotors (tan γ/tan ß - 1); der Ausdruck (28) wird dann:

tan θ Meßgenauigkeit = 1 + 1 - (29)

tan θ

) ⁽³⁰>

Es ist festzustellen, daß die Meßgenauigkeit sich um die Hälfte des Wertes des Ablenkwinkels θ_ des Fühlerrotors ändert. Da bei einem solchen Meßgerät beide Rotoren ungefähr mit derselben Geschwindigkeit rotieren, sind die jeweiligen Ablenkwinkel ungefähr gleich (Θ - Θ), und die Änderung der Registrierung ist dann ungefähr halb so groß wie bei einem herkömmlichen Meßgerät.

Dies gilt aber nur so lange, wie der Fühlerrotor keine Funktionsstörung aufweist, und es ist zu beachten, daß wegen der Drehung des Fühlerrotors mit ungefähr derselben Geschwindigkeit wie der Meßrotor die Gefahr, daß eine Funktiionsstörung am Fühlerrotor auftritt, dieselbe Größenordnung hat wie bei dem Meßrotor.

Bei einem Meßgerät, dessen beide Rotoren mit entgegengesetztem Drehsinn arbeiten, die Geschwindigkeit des Fühlerrotors jedoch z.B. um eine Größenordnung niedriger ist als die des Meßrotors, ist θ klein im Vergleich zu θ und kann daher vernachlässigt werden. Die Gleichung (28) wird dann:

Meß genau igke it = = 1 + (31)

Da die Genauigkeit eines solchen Meßgeräts unabhängig von variablen Faktoren ist, kann eine im wesentlichen vollständige Korrektur mit einer 100%-Registrierung bzw. Anzeige

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erreicht werden. Wie bereits erwähnt wurde, liefert ein Meßgerät mit in entgegengesetztem Drehsinn drehenden Rotoren jedoch keine zuverlässige Anzeige von Fehlfunktionen.

Bei der vorstehenden Untersuchung wurde für die Bedingung, daß die Geschwindigkeit des Fühlerrotors wesentlich kleiner (z.B. um eine Größenordnung) ist als die des Meßrotors, der Winkel θ vernachlässigt. Es ist jedoch zu betonen, daß wegen des Faktors θ in den Gleichungen (23) und (28) der

Fühlerrotor in Wirklichkeit einen geringen Fehler bei der Meßgenauigkeit bzw. Registrierung verursacht. Wenn aber die Geschwindigkeit des Fühlerrotors (und θ ) um eine Größenordnung kleiner ist als die Geschwindigkeit des Meßrotors (und Θ), so ist die von dem Fühlerrotor verursachte Abweichung von der 100%-Genauigkeit so gering, daß sie innerhalb der zulässigen Grenzen einer meßbaren Reproduzierbarkeit des Meßgeräts liegen (d.h. ±0,1%), und ist daher von keiner praktischen Bedeutung.

Es wurde gefunden, daß das Verhältnis der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 zur Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 ein Kriterium dafür liefert, ob der Meßrotor 20 oder der Fühlerrotor 22 oder beide Funktionsstörungen aufweisen. Dabei ist aber zu beachten, daß bei einem Meßgerät, bei welchem die Geschwindigkeit des Fühlerrotors bedeutend niedriger als die des Meßrotors ist, wie dies bei den beiden Rotoren der beschriebenen Ausfuhrungsform zutrifft, eine Störung wahrscheinlich auf dem Meßrotor 20 beruht, da auf diesen wesentlich höhere radiale und axiale Lasten einwirken und dieser wesentlich schneller dreht als der Fühlerrotor 22.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei welcher die anfänglichen Eichwerte für die Meßrotorgeschwindigkeit und die Fühlerrotorgeschwindigkeit die folgende Beziehung haben:

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Nm^x = 106% und Ns^x = 6%,

ist für eine korrigierte 100%-Registrierung bzw. Anzeige das Verhältnis der Meßrotorgeschwindigkeit zu der Fühlerrotorgeschwindigkeit:

Nm/Ns = Nm⁵VNs* = 106/6 = 17,67.

Wenn der Meßrotor im geeichten Zustand innerhalb der Gren zen von ±1% anzeigen soll, so gilt:

bei -1% Nm/Ns = = -~ = 21 und bei +1% Nm/Ns = = ~- = 15,29.

Solange also das Verhältnis der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 zur Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 innerhalb der Grenzen von 15,29 bis 21 ist, befindet sich die Geschwindigkeit des Meßrotors 21 innerhalb eines Bereichs von ±1% seines Eichwertes. Wenn aber die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 unterhalb die vorgeschriebenen Grenzen absinken sollte, z.B. 2% unter den Eichwert, so gilt:

Mn,/M= - 106-2 _ 104 _ ,, . ,-Nm/Ns = — = —-s— = 26 > 21 .

Falls die Geschwindigkeit des Meßrotors um 2% über den Eichwert ansteigen sollte, so gilt:

_Nm/Ns = 106+2 ₌ tos _{β 5 < 29#}

Ό+Ζ. O

Durch dauernde Überwachung des Verhältnisses Nm/Ns wird es also ermöglicht, eine Abweichung der Geschwindigkeit des Meßrotors 20 zu überwachen, die den Eichwert über vorbestimmte Grenzen hinaus überschreitet, solange der Fühlerrotor einwandfrei arbeitet.

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Wenn aber, was unwahrscheinlich ist, der Fühlerrotor eine Fehlfunktion aufweisen sollte, während der Meßrotor einwandfrei arbeitet, so sinkt in gleicher Weise das Verhältnis Nm/Ns unter die vorgeschriebenen Grenzen von 15,29 bis 21 ab. Zur Erläuterung soll angenommen werden, daß bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 1% niedriger ist als sie sein sollte, während der Meßrotor 20 mit seinem Eichwert arbeitet. Dann gilt:

μ /™ 106 106 _ _{O1 on} ^ _O1 Nm/Ns = τ—τ- - —£— = 21 ,2O > 21 .

Wenn die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 um 1% kleiner ist als sie sein sollte, während der Meßrotor 20 mit seinem Eichwert arbeitet, gilt:

Nm/Ns = 126 _ 2O6_ _{= 15/14} < 15,₂9.

Wenn also der Meßrotor 20 innerhalb ±1% seines Eichwertes arbeitet, ist auch das Verhältnis Nm/Ns innerhalb seiner vorgeschriebenen Grenzen, und die korrigierte Registrierung Nc liegt innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen; die korrigierte Registrierung Nc hat also eine Ganuigkeit von 100%, wenn der Fühlerrotor 22 einwandfrei arbeitet. Wenn jedoch eine Abwexc^ung von ±1% der Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 gegenüber seinem Normalwert auftritt, so liegt der Wert Nm/Ns außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen, selbst wenn der Meßrotor 20 bei seinem Eichwert arbeitet.

Es wird run eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Geschwindigkeiten sowohl des Meßrotors 20 als auch des Fühlerrotors 22 überwacht werden und ein Ausgangssignal erzeugt wird, das die Differenz zwischen djr Geschwindigkeit •^es Meßrotors 20 und der des Fühlerrotors 22 angibt, wobei diese Ausführungsform ferner dazu geeignet ist, eine Anzeige

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dafür zu liefern, ob das Verhältnis Nm/Ns außerhalb der Grenzen liegt, für die das Meßgerät und das System ausgelegt sind. Ein Beobachter wird also darauf aufmerksam gemacht, daß oiner der Rotoren oder beide von den Eichgeschwindigkeiten abweichen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde angenommen, daß der Meßrotor 20 von seinem Eichwert abgewichen ist, während der Fühlerrotor 22 normal arbeitet. Wenn der Fühlerrotor 22 mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit rotiert als der Meßrotor 20, ist es zwar sehr unwahrscheinlich, doch durchaus möglich, daß der Fühlerrotor 22 aufgrund einer erhöhten Lagerreibung gegenüber seinem Normalwert verlangsamt wird. In solchen Fällen kann eine Anzeige "Grenze überschritten" betätigt werden, obwohl der Meßrotor 20 innerhalb der vorgeschriebenen Abweichungsgrenzen arbeitet.

Zur Erläuterung soll bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der die Eichwerte für die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 und die des Fühlerrotors 22 Nm = 106% bzw. Ns = 6% sind, angenommen werden, daß der Meßrotor um 0,5% zu langsam und der Fühlerrotor ebenfalls um 0,5% gegenüber seinem Normalwert zu langsam läuft.

Da eine Geschwindigkeitsabnahme beim Meßrotor eine Zunahme des Austrittswinkels verursacht, die zu einem entsprechenden Abfall der Geschwindigkeit des Fühlerrotors (0,5%) führt, und da der Fühlerrotor um 0,5% langsamer als beabsichtigt läuft, gilt:

Nm = 106 - 0,5 = 105,50 und Ns = (6 - 0,50) - 0,50 = 5,00 und

Nm/Ns = - 21,10 > 21,0. In einem solchen Falle wird die Anzeige "Grenze überschritten"

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aktiviert, obwohl die Geschwindigkeit des Meßrotors sich innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen von ±1% befindet.

Es wird nun der Fall betrachtet/ daß beide Rotoren bei Normalbetrieb mit gleichem Drehsinn arbeiten sollen, und es soll der sehr ungewöhnliche Zustand betrachtet werden, bei dem sowohl der Meßrotor 20 als auch der Fühlerrotor 22 fehlerhaft arbeiten und somit langsamer rotieren als normal, aufgrund einer erhöhten Lagerreibung ANm bzw. ANs an den Rotoren. Die korrigierte Registrierung Nc des Geräts hat dann nicht mehr eine 100%-Genauigkeit sondern ist mit einem Fehler ANc behaftet, der gleich der Verlangsamung ANs des Fühlerrotors 22 ist; es gilt:

ANc = ANs (32)

Wenn die Grenzen der Abweichung gegenüber dem Eichzustand bei diesem "selbstprüfenden" und "selbstkorrigierenden" Meßgerät, die mit AG bezeichnet sind, auf ±1% festgelegt sind, kann gezeigt werden, daß die Grenzen AG = ±1% überschritten wurden, und die Anzeige "Grenze überschritten" erfolgt, sobald die Summe der Abweichung Nm des Meßrotors und des Fehlers Ns des Fühlerrotors die eingestellte Grenze von 1% erreicht hat, entspricht folgender Beziehung:

- [(ANm) + (ANs)J ^ - 1 % = AG, (33) worin (ANm) und (ANs) Zahlenwerte sind.

Aus Gleichung (12) ist ersichtlich, daß der korrigierte Ablesewert des Meßgeräts Nc = Nm - Ns eine Genauigkeit von 10o% hat, solange der Fühlerrotor 22 normal arbeitet (d.h. ANc = Ns = O). Wenn aber der Fühlerrotor 22 fehlerhaft arbeitet, überschreitet der maximal mögliche Fehler (ANc)

der korrigierten Meßregistrierung nicht die festgelegten Grenzen von AG, denn es gilt:

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~⁶² -

^(ANc)max ^{= (ANs)}max ⁼ I^AGI " ^(ΔΝπι) - I^AGI ⁽³⁴⁾

Es wird nun der Fall betrachtet, wonach der Fühlerrotor 22 so ausgelegt ist, daß er den entgegengesetzten Drehsinn des Meßrotors 20 hat, und erneut wird der ungewöhnliche Zustand betrachtet, daß sowohl der Meßrotor 20 als auch der Fühlerrotor 22 aufgrund einer um den Wert ANm bzw. ANs erhöhten Lagerreibung langsamer laufen. Wie bei dem zuvor beschriebenen Fall hat die korrigierte Meßregistrierung Nc nicht mehr die Genauigkeit 100%, sondern ist mit einem · Fehler (ANc) behaftet, der gleich der Höhe der Verlangsamung des Fühlerrotors ist, d.h.:

ANc = ANs (32)

Wenn die Grenzen AG gegenüber der Abweichung in bezug auf die Eichung auf ±1% festgelegt sind, werden diese Grenzen überschritten, wenn die Differenz zwischen der Verlangsamung ANs des Fühlerrotors und der des Meßrotors ANs ungefähr die eingestellte Grenze-von 1% erreicht, und diese Beziehung kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

[(ANs) - (ANm)] - AG = ±1% (approximativ) (35)

Aus Gleichungen (32) und (35) ist ersichtlich, daß der korrigierte Meßwert Nc = Mm - Ns eine 100%-Genauigkeit aufweist, solange der Fühlerrotor 22 normal arbeitet (d.h. ANc = ANs = 0), ebenso wie bei dem zuvor untersuchten Fall, bei dem beide Rotoren gleichen Drehsinn haben. Wenn aber der Fühlerrotor 22 fehlerhaft arbeitet (ANs £ 0), so kann der maximal mögliche Fehler der korrigierten Meßregistrierung (ANc) _m , die festgelegte Grenze AG = ±1% überschreiten, iuax

ohne eine Fehleranzeige auszulösen. Z. B. kann angenommen werden, daß der Meßrotor 20 um 1 % zu langsam ist (ANm = 1%);

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der Fühlerrotor 22 mag um z.B. 1,5% zu langsam sein, was zu einem Fehler von 1,5% der korrigierten Meßregistrierung führt (ANc = ANs = 1,5%), ohne daß eine Anzeige darüber erfolgt, daß die eingestellte Grenze AG = ±1% überschritten wurde, denn die Anwendung der Gleichung (35) liefert:

T(ANs) - (ANm)J = /1,5% - 1 %J = +0,5% < 1% = AG

d.h. AG liegt weiterhin innerhalb der festgelegten Grenzen ±1%.

Wenn die Meßrotorgeschwindigkeit um 1% abgesunken ist, muß wenigstens eine Abnahme der Fühlerrotorgeschwindigkeit von 2% und folglich ein Meßfehler von wenigstens 2% (AN = AN = 2%) vorhanden sein, damit angezeigt wird, daß die festgelegte Grenze von AG = ±1% überschritten wurde, denn es gilt:

£ANs - ANmJ - /2% - 1%J = +1% = AG

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Ausführungsform mit zwei Rotoren, die unter normalen Bedingungen in derselben Richtung rotieren, für die "Selbstüberprüfung" zu bevorzugen ist, wenn der Fühlerrotor 22 aufgrund von außergewöhnlichen Umständen ebenfalls schadhaft werden kann, obwohl die Wahrscheinlichkeit hierfür gering ist.

Aus der vorstehenden Analyse kann geschlossen werden, daß ein Meßgerät mit einem Fühlerrotor, der den entgegengesetzten Drehsinn des Meßrotors bei im wesentlichen derselben Geschwindigkeit aufweist, wie es in der bereits erwähnten US-PS beschrieben ist, gewisse Verbesserungen gegenüber der mit herkömmlichen Meßgeräten erzielbaren Genauigkeit bietet, daß jedoch ein Meßgerät, dessen Fühlerrotor mit wesentlich niedrigerer Geschwindigkeit als der Meß3 οtor rotiert, eine weitere Verbesserung der Genauigkeit ergibt, unabhängig von

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den relativen Drehrichtungen der zwei Rotoren. Ein Meßgerät, bei dem beide Rotoren entgegengesetzte rotieren, ergibt jedoch keine zuverlässige Anzeige über Fehlfunktionen (Selbstprüfung). Daher wird ein optimales Ergebnis erreicht, wenn der Fühlerrotor so konstruiert ist, daß er den gleichen Drehsinn wie der Meßrotor bei einer Geschwindigkeit aufweist, die eine Größenordnung unter derjenigen des Meßrotors liegt. Ein Meßgerät, bei dem der Fühlerrotor eine deutlich geringere Geschwindigkeit als der Meßrotor aufweist, liegt jedoch ohnehin im Rahmen der Erfindung, unabhängig von dem relativen Drehsinn der Rotoren.

Bei Flügelrad-Meßgeräten ist es allgemein üblich, "Begradigungsflügel" stromaufwärts von dem Meßrotor anzuordnen, wie die Flügel 57 (Fig. 1) des hier beschriebenen Meßgeräts, um tangentiale Geschwindigkeitskomponenten in Richtung der Fluidströmung vor dem Eintritt des Fluids zwischen die Flügel des Meßrotors minimal zu machen. Störungen oder Verstopfungen stromaufwärts von dem Meßgerät können jedoch Wirbel (eine Tangentialkomponente) in der durch das Meßgerät fließenden Fluidströmung verursachen, die durch diese Begradigungsflügel nicht vollständig beseitigt werden können. Diese Störungen können auch eine ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung in der Fluidströmung des Meßgeräts verursachen. Die Axialgeschwindigkeit der Strömung an verschiedenen Stellen des Meßgerät-Einlaßabschnitts kann sich also beträchtlich und ungleichmäßig ändern. Bei herkömmlichen Meßgeräten wird durch solche Wirbel und ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilungen in dem in den Meßrotor eintretenden Fluid die Meßgenauigkeit beeinträchtigt. Versuche haben jedoch gezeigt, daß ein erfindungsgemäßes Meßgerät für solche Vorkommnisse relativ unempfindlich ist. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Meßgeräts wird also durch Wirbel und ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilungen in dem Fluid bei dessen Eintritt in den Meßrotor nicht beeinträchtigt.

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Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, wie die Ausgangssignale des Meßrotors und des Fühlerrotors verarbeitet werden, um eine korrigierte Registrierung bzw. Anzeige des Meßgeräts zu erreichen. Bei einer Ausführungsform, bei der festgestellt wird, daß die Meßrotorgeschwindigkeit bei der Eichung eine Registrierung von 105,3% bewirkt, ergibt die Geschwindigkeit des Fühlerrotors eine Registrierung von 5,3%, so daß durch Subtrahieren des Ausgangssignals des Fühlerrotors von demjenigen des Meßrotors die Differenz 100% Registrierung ergibt, wie aus Gleichung (12) hervorgeht. Das in Fig. 10 gezeigte System zählt die Anzahl von Impulsen Pm des Meßrotors, die von dem Sensor 102 erzeugt werden, für jeweils 500 Impulse Ps des Fühlerrotors, die von dem Sensor 146 erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform sind 500 Impulse aus dem Fühlerrotor im geeichten Zustand äquivalent einer Fluidströmung von 1 ,623 m (57,34 ft³) durch das Meßgerät 10. In Fig. 10 enthält eine Folgesteuerung 154 Digitalelemente zur Erzeugung einer Befehlsfolge für die verschiedenen anderen Elemente des Systems und eine Taktschaltung, die Taktimpulse einer Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz erzeugt. Das Abtastintervall ist die Zeit, die erforderlich ist, damit der Zähler 151 500 Impulse aus dem .Sensor 146 zählt. Beim Einschalten werden alle Zähler und Rastschaltungen (latches) initiiert bzw. in den Initialzustand gebi'acht und enthalten daher keinerlei Zählereignisse und führen keine Werte an ihren jeweiligen Ausgängen; die Folgesteuerung 154 ist in ihrem Anfangszustand und wartet auf ein Signal aus dem Zähler 151, das signalisiert, daß der Zähler 500 Impulse gezählt hat. Sobald der Zähler 151 500 Impulse gezählt hat, sendet er ein Signal an die Folgesteuerung, wodurch die Folgesteuerung 40 in ihren zweiten Betriebsmodus weitergestellt wird, in dem sie die Impulszählraten der Zähler 151 und 155 Rastschaltungen 157a bzw. 157b zuführt. Dies geschieht dadurch,-daß ein Übertragungssignal zu den Rastschaltunqen 157a und 157b gesandt wird, wodurch diese in den Zustand versetzt werden, um die

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Zählratensignale aus den jeweiligen Zählern entgegenzunehmen. Dieses Überführungssignal bewirkt auch, daß die Folgesteuerung automatisch durch Rückkopplung des Übertragungssignals zu der Folgesteuerung in ihren dritten Betriebsmodus weitergestellt wird. In diesem dritten Modus sendet die Folgesteuerung ein Rücksetzsignal zu beiden Zählern 151, 155, um diese in ihren Anfangszustand zurückzusetzen, damit sie weitere Impulse aus den Sensoren zählen können. Für die Ansammlung von 500 Impulsen in dem Zähler 151 wird eine relativ lange Zeit benötigt, im Vergleich zu der Zeit, die erforderlich ist, damit das System die Signale aus den Zählern und Rastschaltungen verarbeitet; daher bleibt die Folgesteuerung relativ lange in ihrem ersten Modus, verglichen mit der Zeit, die benötigt wird, um durch die nächsten Betriebsmoden weitergeschaltet zu werden. Die Aufgabe der Rastschaltungen besteht natürlich darin, die Zählraten aus den Sensoren 102 und 146 am Ende von jeweils 500 Impulsen aus dem Sensor 146 entgegenzunehmen und zu speichern, so daß die Zähler am Ende jedes solchen Intervalls sofort mit dem Zählen einer neuen Impulsreihe aus den Sensoren beginnen können, während die Impulszählraten, die während des vorausgehenden Abtastintervalls gezählt wurden, verarbeitet werden. Auch hier wird das Rücksetzsignal der Zähler zur Folgesteuerung zurückgeschickt, um diese automatisch in ihren vierten Betriebsmodus weiterzusteilen.

In ihrem vierten Betriebsmodus sendet die Folgesteuerung ein Befehlssignal zu Multiplizierern 152, 156, wodurch diese jeweils in den Zustand gebracht werden, um die Signalwerte entgegenzunehmen, die am Ausgang der Rastschaltung 157a bzw. 157b erscheinen. Die Multiplizierer können dann eine Verarbeitung durchführen, die bewirkt, daß der Wert der Rastschaltung 157a mit dem Maßstabsfaktor Ks und der aus der Rastschaltung 157b mit dem Maßstabsfaktor Km multipliziert wird.

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Diese Faktoren sind programmierbar und stellen die Anzahl von Impulsen dar, die von dem Meßrotor bzw. Fühlerrotor für jede Volumeneinheit des das Meßgerät im Eichzustand durchströmenden Fluids erzeugt werden, wobei diese Faktoren bei der ersten Eichung für jedes Meßgerät individuell bestimmt werden.

Nach abgeschlossener Multiplizierung senden die Multiplizierer ein Abschlußsignal zur Folgesteuerung, wodurch diese in ihren fünften Betriebsmodus bzw. Subtrahiermodus weiterschaltet. In diesem Modus sendet die Folgesteuerung ein Signal zu einem Subtrahierer 158, der diesen in den Zustand zur Entgegennahme der Binärsignale aus dem Multiplizierer versetzt. Der Subtrahierer subtrahiert dann den Wert des Signals aus dem Multiplizierer 152 von dem Wert des Signals aus dem Multiplizierer 156; bei Abschluß dieses Vorgangs sendet der Subtrahierer ein Abschlußsignal zu der Folgesteuerung, wodurch diese in ihren sechsten Modus übergeht. Das Ausgangssignal des Subtrahierers ist ein Binärsignal, das die Anzahl von Volumeneinheiten darstellt, die das Meßgerät während jedes Abtastintervalls von 500 Impulsen aus dem Fühlerrotor durchströmen. In ihrem sechsten Modus signalisiert die Folgesteuerung dem Abwärtszähler 159, daß er das binäre Ausgangssignal des Subtrahierers 158 entgegennehmen soll. Auch hier wird das Überführungssignal zu der Folgesteuerung zurückgekoppelt, °^ daß diese automatisch in ihren siebten und letzten Modus übergeht.

In ihrem letzten Modus bzw. Dekrementiermodus signalisiert die Folgesteuerung gleichzeitig dem Abwärtszähler 159 und dem Teiler-Zähler 161, daß sie Taktimpulse aus der Taktschaltung in d :r Folgesteuerung entgegennehmen sollen. Für jeden Taktimpuls, der von dem Abwärtszähler empfangen wird, wird dieser um einen Wert erniedrigt. Gleichzeitig nimmt der Teiler-Zähler Impulse aus der Taktschaltung entgegen, so daß jedes Zählereignis, um das der Abwärtszähler erniedrigt

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wird, der Teiler-Zähler ein Zählereignis empfängt und kumuliert. Durch diesen Vorgang wird also die dem Abwärtszähler aus dem Subtrahierer aufgezwungene Impulszählrate zu dem Teiler-Zähler überführt.

Für jeweils 10 000 von dem Teiler-Zähler empfangene Impulse erzeugt dieser einen Impuls, der an ein Register 160 angelegt wird, wodurch dieses in Volumeneinheiten von 1 Kubikmeter (1 ft ) inkrementiert wird. Für jeden aus dem Teiler-Zähler empfangenen Impuls (d.h. für jeweils 1O 000 Impulse, durch die der Abwärtszähler dekrementiert wird), zeigt das Register 160 eine zusätzliche Volumeneinheit in Kubikmeter (ft^) des durch das Meßgerät geströmten Fluids an. Nachdem der Teiler-Zähler einen Impuls für jeweils 10 000 von ihm empfangenen Taktimpulse erzeugt hat, empfängt und hält er jegliche verbleibende Anzahl von Impulsen aus dem Abwärtszähler fest, die geringer ist als 10 000, wobei dieser Rest zu der nächsten Reihe von Impulsen übertragen und hinzuaddiert wird, die aus dem Abwärtszähler überführt wird. Wenn der Abwärtszähler durch die Taktimpulse auf Null dekrementiert ist, sendet er ein "Dekrementieren-abgeschlossen"-Signal zur Folgesteuerung, wodurch diese in ihren Anfangsmodus weiterschaltet und dadurch den Abwärtszähler und den Teiler-Zähler sperrt, so daß diese keine weiteren Taktimpulse annehmen können, und wodurch das System in seinen Anfangszustand versetzt wird, so daß der gesamte Vorgang wiederholt werden kann, wenn die nächsten 500 Impulse im Zähler 151 entgegengenommen sind.

Bei der hier beschriebenen Ausfuhrungsform erzeugt die Schlitzscheibe 104 vier Impulse für jede Umdrehung des Meßrotors, und die Schlitzscheibe 148 erzeugt vier Impulse für jede Drehung des Fühlerrotors. Bei dieser Ausführungsform kann gezeigt werden, daß für jeweils 500 Impulse Ps, die von dem Fühlerrotor erzeugt werden, die mittlere Anzahl von

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Impulsen Pm, die von dem Meßrotor über eine Anzahl Abtastintervalle erzeugt wird/ gegeben ist durch den Ausdruck:

Pm = -j χ Ps χ 1,0103 χ (1 + -üü-) (36)

Darin sind:

1,0103 eine Meßgerätkonstante zur Berücksichtigung der geringen Differenz des effektiven Strömungsquerschnitts zwischen den beiden Rotoren, der Wirbeleffekte und der Fluidkopplung zwischen den zwei Rotoren; diese Konstante ist im allgemeinen ungefähr gleich 1; der genaue Wert muß bei der Eichung bestimmt werden;

G die Prozent-Einstellung bzw. Registrierung des Fühlerrotors bei der Eichung; und

AG = % Abweichung gegenüber der Eichung.

Bei dieser Ausführungsform zeigt die Eichung, daß die Registrierung des Fühlerrotors 5,3% beträgt. Die gemittelte Anzahl Pm von Impulsen aus dem Meßrotor bei der Eichung für jeweils 500 Impulse aus dem Fühlerrotor wird also durch Gleichung (36) für G* = 5,3 und AG = 0 bestimmt zu:

Pm = ~ χ 500 χ 1,0103 (1 + ) = 5735,018

Natürlich ist dieser nicht ganzzahlige Wert (5735,018) der Anzahl von Impulsen ein Mittelwert, der erhalten wird, indem die tatsächliche Anzahl der von dem Meßrotor erhaltenen Impulse über mehrere aufeinanderfolgende Abtastintervalle gemittelt wird; die tatsächliche Anzahl von Impulsen, die in irgendeinem gegebenen Abtastintervall empfangen werden, kann

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sich also um einige Impulse mehr oder weniger als dieser
Mittelwert ändern. Wie oben erwähnt wurde, stellen 500
Impulse aus dem Fühlerrotor 57,34 Volumeneinheiten (in m° bzw. ft ) der Fluidströmung durch das Meßgerät im Eichzustand dar. Dies gilt für AG = 0. Wenn also im Eichzustand 500 Impulse von dem Zähler 151 gezählt wurden, hat der Zähler 155 im Mittel 5735,018 Impulse kumuliert, und folglich haben die am Ausgang des Zählers 155 erscheinenden und aus der Rastschaltung 157b ausgegebenen Signale einen Mittelwert von 5735,018, wenn die Ausgangssignale des Zählers 151 und der Rastschaltung 157a den Wert 500 haben. Die Multiplizierer 156 und 152 multiplizieren die Signale aus den Rastschaltungen 157b und 157a mit dem Faktor Km bzw. Ks. Die Rotorfaktoren Km und Ks werden bei der Eichung bestimmt und stellen die Registrierung der jeweiligen Rotoren für jeden davon erzeugten Impuls in der Volumeneinheit m (ft ) dar. Der
Faktor Km wird durch Multiplizieren der von dem Eichgerät angezeigten Strömung (57,34. Volumeneinheiten) mit dem Faktor 1,053 (Registrierung des Meßrotors = 105,3%) und Teilen durch die Anzahl von Impulsen Pm aus dem Meßrotor erhalten. Es
gilt:

Km = = 0,010528 Vol.einh./Pm

Wie bei Km wird auch der Fühlerrotorfaktor Ks gefunden, indem die Strömung durch das Meßgerät mit einem Faktor 0,053 (Registrierung des Fühlerrotors = 5,3%) multipliziert und durch die Impulse Ps aus dem Fühlerrotor dividiert wird.
Es gilt:

Ks = = 0,006078 Vol.einh./Ps

Das Signal aus der Rastschaltung 157b mit einem Mittelwert von 5735,018 als Impuls zählrate wird in dem Multiplizierer

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156 mit Km multipliziert, um ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Mittelwert 60,378 Volumeneinheiten (m bzw. ft ) darstellt. In gleicher Weise wird das Signal aus der Rastschaltung 157a, das einen Wert von 500 Impulsen als Zählrate hat, in dem Multiplizierer 152 mit Ks multipliziert und ergibt ein binäres Ausgangssignal, dessen Wert 3,0390

3 3

Volumeneinheiten (m bzw. ft ) darstellt.

Die Signale aus den Multiplizierern 156, 152 stellen Werte dar, die im Mittel 60,378 bzw. 3,039 Volumeneinheiten darstellen, und werden an den Subtrahierer 158 angelegt, der den zweiten Wert von ersterem subtrahiert, um ein binäres Ausgangesignal zu erzeugen, dessen Mittelwert 57,339 Volumeneinheiten darstellt. Das binäre Ausgangssignal des Subtrahierers wird an den Abwärtszähler so angelegt, daß 573 390 Taktimpulse aus der Taktschaltung erforderlich sind, um den Abwärtszähler auf Null herunterzuzählen. Wie vorstehend erläutert wurde, erzeugt der Teiler-Zähler 160 einen Ausgangs impuls für jeweils 10 000 von ihm empfangene Taktimpulse; er erzeugt also 570 000/10 000, d.h. 57 Impulse für das elektromechanische Register bzw. Zählwerk 160, so daß dieses 57 Volumeneinheiten (m bzw. ft ) registriert, die durch das Meßgerät geflossen sind. Die verbleibenden 3390 Impulse werden von dem Teiler-Zähler festgehalten und zu den Impulsen hinzuaddiert, die ihm aus dem Abwärtszähler während des nächsten Abtastintervalls zugeführt werden, über die darauffolgenden Abtastintervalle hinweg besteht der Nettoeffekt des Systems darin, daß das Augangssignal des Fühlerrotors von dem Ausgangssignal des Meßrotors subtrahiert wird, um eine genaue Strömungsanzeige des Zählwerks 160 zu ergeben. Da das Zählwerk 160 in Volumeneinheiten (m³ bzw. ft ) hochzählt, werden natürlich Bruchteile von Volumeneinheiten für die darauffolgenden Abtastintervalle gespeichert.

Es ist zu beachten, daß das Signal aus dem Multiplizierer 156,

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das eine Meßrotor-Registrierung von 105,3% darstellt und einen gemittelten Wert von 60,378 Volumeneinheiten aufweist, und das Signal aus dem Multiplizierer 152, das 3,0390 Volumeneinheiten bzw. 5,3% Registrierung darstellt, durch den Subtrahierer 158 entsprechend Gleichung (12) verarbeitet werden, so daß gilt:

Nc = 60,378 - 3,039 = 57,339 (100% Registrierung)

Wenn im Laufe des Betriebes die Geschwindigkeit des Meßrotors etwas unter den Eichwert absinkt, z.B. um 2% entsprechend der Registrierung 103,3%, so ergibt sich eine Zunahme des Austrittswinkels Θ. Diese Zunahme des Austrittswinkels θ der Strömung durch den Meßrotor 20 bewirkt eine Abnahme der Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22, so daß dessen Re χIterierung Ns um 2% auf 3,3% absinkt. Wenn der Strämurcrsdurchr-i;cz durch das Meßgerät 10 konstant bleibt, benötigt der Fünlerrotor langer, um 500 Impulse zu erzeugen; infolgedessen strömt mehr Fluid durch das Meßgerät 10, während der Fühlerrotor 22 500 Impulse erzeugt. Diese neue, größere durchgeflossene Fluidmenge kann berechnet werden, indem der Strömungswert bei Eichung multipliziert mit dem Verhältnis der Registrierung des Fühlerrotors bei Eichung (5,3%) zu der neuen Registrierung (3,3%), d.h.:

57,34 χ ■!*■! = 92,09

Wenn also der Meßrotor 20 um 2% langsamer wird, strömen 92,09 Volumeneinheiten durch das Meßgerät für jeweils 500 Impulse aus dem Fühlerrotor 22. Da ferner eine längere Zei^;r benötigt wird, damit der Fühlerrotor 500 Impulse Ps erzeugt, nimmt die Anzahl von Impulsen Pm zu. Die neue mittlere Anzahl von Impulsen Pm für 500 Ps kann aus Gleichung (36) berechnet werden, worin AG = -2%, oder aus der Gleichung:

Pm = Pm^K χ 5S_W χ S^ Rm^x Rs

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BAD ORjQlMAL

wor in:

Pm^K = gemittelte Anzahl von Impulsen aus dem Meßrotor bei Eichung;

Pm neuegemittelte Anzahl von Impulsen aus dem Meßrotor;

Rm^x = Rate der Meßrotor-Registrierung bei Eichung;

Rm = neue Rate der Registrierung des Meßrotors;

Rs^K = Rate der Registrierung des Fühlerrotors bei Eichung;

Rs = neue Rate der Registrierung des Fühlerrotors.

Einsetzen der Zahlenwerte ergibt:

Pm = 5735 (j§§^§) x (|^|) = 9035,8.

Wenn also die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 gegenüber dem Eichwert um 2% abnimmt, erzeugt dieser eine gemittelte Anzahl von 903 5,1 Impulsen, während der Fühlerrotor 500 Impulse erzeugt.

Über verschiedene aufeinanderfolgende Abtastintervalle hat also die Impulszählrate aus der Rastschaltung 157b, die an den Multiplizierer 156 angelegt wird, einen Mittelwert von 9035,8, der bei Multiplizieren mit Km ein Ausgangssignal ergibt, dessen Mittelwert 95,129 Volumeneinheiten ergibt, entsprechend 103,3% Registrierung, während 92,09 Volumeneinheiten tatsächlich das Meßgerät durchströmen. Da der Fühlerrotor weiterhin 500 Impulse während dieses Zeitintervalls erzeugt, ergibt das Signal aus dem Multiplizierer

30050/094

weiterhin ein Signal, das 3/039 Volumeneinheiten darstellt, die nun 3,3% Registrierung entsprechen. Wenn die beiden Signale durch den Subtrahierer 158 verarbeitet werden, indem der Wert des Signals aus dem Multiplizierer 152 von demjenigen aus dem Multiplizierer 156 subtrahiert wird, erzeugt der Subtrahierer ein Ausgangssignal, dessen gemittelter Wert 92,09 ist, entsprechend 100% Registrierung.

Wenn der Meßrotor um 2% schneller als sein Eichwert läuft, wird durch den gleichen Vorgang wie zuvor beschrieben gefunden, daß während der Erzeugung von 500 Impulsen durch den Fühlerrotor 41,6297 Volumeneinheiten das Meßgerät durchströmen, und über verschiedene aufeinanderfolgende Abtastintervalle hat die Impulszählrate aus der Rastschaltung 157b, die an den Multiplizierer 156 angelegt wird, einen Mittelwert von 4242,85, der durch Multiplizieren mit Km ein gemitteltes Ausgangssignal ergibt, das 44,6687 Volumeneinheiten darstellt, entsprechend 107,3% Registrierung. Der Subtrahierer subtrahiert das Signal sus Multiplizierer 152, dessen Wert 3,0390 beträgt, von dem Wert des Signals aus dem Multiplizierer 156, dessen Wert im Mittel 44,6687 Volumeneinheiten beträgt, und erzeugt ein gemitteltes Ausgangssignal, das 41,6927 Volumeneinheiten darstellt, entsprechend 100% Registrierung. Es ist also ersichtlich, daß durch Subtrahieren des Volumens, das durch die Anzahl von Umdrehungen des Fühlerrotors dargestellt wird, von dem Volumen, das durch die Anzahl von Umdrehungen des Meßrotors dargestellt wird, das Ergebnis stets 100% Registrierung darstellt, und zwar bei allen Geschwindigkeitswerten des Meßrotors, solange keine Fehlfunktion des Fühlerrotors vorhanden ist.

Fig. 11 zeigt ein System zur Ausführung der Selbstüberprüfungsfunktion nach der Erfindung. Die Impulse Pm des Meßrotors werden über einen Verstärker 186 einem Zähler 188 zugeführt, in dem sie gezählt werden, um ein digitales Aus-

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- 75 - 30212^7

gangssignal zu erzeugen, das an einen Vergleicher 190 angelegt wird. Die Impulse Ps des Fühlerrotors werden über einen Verstärker 180 an einen Zähler 182 angelegt. Über eine Gruppe von Drehschaltern 184 kann der Zähler 182 so eingestellt werden, daß er einen Ausgangs impuls für eine vorgewählte Anzahl von Ps in ihm eingegebenen Impulsen erzeugt. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Zähler 182 so eingestellt, daß er einen Ausgangs impuls für jeweils 500 Impulse Ps des Fühlerrotors erzeugt. Das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen aus dem Zähler definiert das Abtastintervall für das System nach Fig. 11. Während dieses Abtastintervalls kumuliert der Zähler 188 die Impulse Pm. Jeder Impuls des Zählers 182 wird als Freigabesignal verwendet, um den Vergleicher 190 zu veranlassen, die Anzahl der Impulse des Zählers 188 mit Zahlen für die obere und die untere Grenze zu vergleichen, die mit Drehschaltern 192, 194 eingestellt sind. Der Vergleicher 190 enthält Digitalelemente, die beim Abschluß des Vergleichs veranlassen, daß der Zähler 188 auf Null zurückgesetzt und der Zähler 182 auf den Wert zurückgesetzt wird, der durch den Drehschalter 184 eingestellt wurde, wodurch ein neues Abtastintervall ausgelöst wird.

Die Drehschalter 192, 194 sind mit dem Vergleicher 190 verbunden, um diesen auf die gewählte obere und untere Grenze der tolerierten Abweichung der tatsächlichen Anzahl von Impulsen Pm gegenüber dem Eichwert für jeweils 500 Impulse des Fühlerrotors einzustellen. Fig. D zeigt eine Anzeigetafel, an der die korrigierte Registrierung als Anzeige erfolgt, während die gewählte Obergrenze, die mit den Schaltern 192 eingestellt wird, als Anzeige 198 und die gewählte untere Grenze als Anzeige 2Oo erscheint.

Die Beziehung zwischen der gemittelten Anzahl von Impulsen Pm aus dem Meßrotor und der Anzahl von Impulsen Ps des Fühler-

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rotors ist durch die bereits genannte Gleichung (17) gegeben, die für die Ausfuhrungsform gilt/ bei der die Meßrotorscheibe 104 vier Impulse für jede Umdrehung und die Fühlerrotorscheibe 148 sieben Impulse pro Umdrehung erzeugen. Es gilt daher:

Pm = (4/7) χ Ps χ 1,0103 χ (1 + ) (36)

Bei der beschriebenen Ausführungsform, bei der im Eichzustand gilt:

G^H = 5,3% und AG = 0,
gilt für jeweils 500 Impulse Ps des Fühlerrotors:

Pm* = 5735 Impulse.

Wenn also das Meßgerät im Eichzustand arbeitet, wird also für jeden dem Vergleicher 190 aus dem Zähler 182 zugeführten Impuls ein Binärsignal an den Vergleicher 190- aus dem Zähler 188 angelegt, das 5735 Impulse Pm des Meßrotors darstellt. Bei der folgenden Erläuterung, die sich auf die Selbstüberprüfung bezieht, sind die berechneten Impulszählraten und die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Werte auf- bzw. abgerundet.

Wenn der Meßrotor innerhalb der Abweichungsgrenzen von ±1% betrieben werden soll, so ergibt das Einsetzen in die Gleichung (36) mit AG = -1%:

Pm = 4 χ 5Oo χ 1,0103 χ (1 + —.) / D , J + (— ι;

= 7002 Impulse

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und für AG = +1%

=4870 Impulse

Wenn der Meßrotor also innerhalb der Abweichungsgrenzen von ±1% betrieben werden soll, wird der Vergleicher 190 mit den Schaltern 192, 194 für 4870 bzw. 7002 Impulse eingestellt. Wenn der Vergleicher 190 auf diese Weise eingestellt ist und das von ihm abgefragte Signal aus dem Zähler 188 eine Anzahl von Impulsen des Meßrotors anzeigt, die für jeden Freigabeimpuls aus dem Zähler 182 zwischen den Grenzen 7002 und 4870 liegt, erzeugt der Vergleicher 190 ein Ausgangssignal für die Anzeigelampe 206 "Normal", um anzuzeigen, daß der Meßrotor innerhalb der vorgeschriebenen Genauigkeitsgrenzen arbeitet. Wenn das dem Vergleicher aus dem Zähler zugeführte Signal mehr als 2007 Impulse Pm für jeden Freigabeimpuls aus dem Zähler 182 anzeigt, erzeugt der Vergleicher 190 ein Ausgangssignal für eine Anzeigelampe 204 "untere Grenze überschritten", um anzuzeigen, daß die Geschwindigkeit des Meßrotors bzw. die Geschwindigkeit des Fühlerrotors um mehr als 1% langsamer ist als der jeweilige Eichwert oder daß die kombinierte Abweichung mehr als 1% langsamer als der Eichwert ist. Wenn das dem Vergleicher aus dem Zähler 188 zugeführte Signal weniger als 4870 Impulse Pm für jeden Freigabeimpuls aus dem Zähler 182 anzeigt, erzeugt der Vergleicher ein Ausgangssignal für eine Anzeigelampe 202 "obere Grenze überschritten", um anzuzeigen, daß die Geschwindigkeit des Meßrotors oder die des Fühlerrotors um mehr als 1 % schneller «als der Eichwert ist bzw. daß die kombinierte Abweichung mehr als 1% über den Eichwerten liegt. Der Vergleicher 190 enthält ferner eine Schaltung, die die Anzahl von aufeinanderfolgenden Vergleichen zählt, für die die Impulse Pm außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegen; wenn dieser abnorme Zustand während einer

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— / ο —

gegebenen Anzahl von Vergleichen andauert, z.B. 15, erzeugt der Vergleicher 190 ein Ausgangesignal für eine Anzeigelampe 208 "abnorm", um anzuzeigen, daß der abnorme Betriebszustand nicht nur vorübergehend vorhanden ist.

Es muß beachtet werden, daß durch Auslegung des Fühlerrotors 22 mit wesentlich niedrigerer Rotationsgeschwindigkeit (im allgemeinen um eine Größenordnung niedriger) als der Meßrotor, was zu einer wesentlich geringeren Axiallast auf den Lagern des Fühlerrotors als auf denen des Meßrotors führt, allgemein die Gefahr des Auftretens einer Fehlfunktion des Fühlerrotors 22 wesentlich geringer ist als bei dem Meßrotor 20. Wenn also die Anzeigelampe "außerhalb Grenzen" aufleuchtet, bedeutet dies höchstwahrscheinlich, daß der Meßrotor außerhalb der gewählten Grenzen arbeitet, die korrigierte Meßanzeige Nc = Nm - Ns bleibt jedoch geeicht bzw. bewahrt 100% Genauigkeit.

Nachstehend ist eine Tabelle für Ps = 500 Impulse aufgeführt, welche die obere und untere Grenze der Meßrotorimpulse für alle Abweichungswerte der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zwischen 0 und ±4,00% angibt, wobei die Registrierung des Fühlerrotors im Eichzustand 5,3% beträgt. Anhand einer solchen Tabelle kann der Benutzer jegliche gewünschten Genauigkeitsgrenzen einstellen, indem er einfach die Schalter 192, 194 auf die gezeigten Impulswerte stellt, um die gewünschten Genauigkeitsgrenzen zu erhalten. Da sich der geeichte Wert der Fühlerrotorgeschwindigkeit von Meßgerät zu Meßgerät etwas ändert, muß für jedes Gerät eine solche Tabelle aufgestellt werden, die die Impulswerte für den Genauigkeitsbereich angibt, der jeweils für den Eichwert der Fühlerrotorgeschwindigkeit jedes Meßgerätes gilt.

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AG	O	Pm	AG	Pm
-0,10	5735 » Pm
-0,20	5840	+0,10	5634
-0,30	5949	+0,20	5537
-0,40	6062	+0,30	5443
-0,50	6180	+0,40	5353
-0,60	6302	+0,50	5265
-0,75	6430	+0,60	5181
-1,00	6633	+0,75	5060
-1,25	7002	+1,00	4870
-1,50	7416	+1,25	4696
-1,75	7885	+1,50	4534
-2,00	8420	+1,75	4384
-2,50	9036	+2,00	4243
-3,00	10598	+2,50	3989
-3,50	12839	+3,00	3766
-4,00	16325	+3,50	3569
22493	+4,00	3392

Der Klammerausdruck in Gleichung (36) ist proportional dem Verhältnis der Geschwindigkeiten der beiden Rotoren und dem Verhältnis der Impulse. Wenn also beide Rotoren im Eichzustand arbeiten, gilt:

Ns Nm

Nm Ns

= 19,87.

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In gleicher Weise ergibt sich durch Einsetzen in den Klammerteil der Gleichung (36):

Es kann also festgestellt werden, daß

_ ,« . 100 ,

Ns (Ps/7) (1,0103)

Die vorstehende Beschreibung und die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Systeme beruhen auf der Annahme einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen des Fühlerrotors, um ein Zeitintervall zu definieren, während dessen die Impulse des Meßrotors gezählt werden, wobei die Anzahl der Impulse des Meßrotors mit der vorgewählten Anzahl von Impulsen des Fühlerrotors kombiniert bzw. damit verglichen wird, um eine korrigierte Registrierung bzw. Anzeige sowie eine Anzeige bezüglich der Abweichung vom Eichwert zu liefern. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine vorgewählte Anzahl von Impulsen des Meßrotors gezählt, um ein Zeitintervall zu definieren, während dessen die Impulse des Fühlerrotors gezählt werden, wobei die Impulse der beiden Rotoren dann kombiniert und/oder verglichen werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Es ist auch möglich, einen Realzeit-Taktgeber bei dem System nach den Fig. 10 und 11 zu verwenden und die von jedem Rotor erzeugten Impulse während eines gegebenen Zeitintervalls zu definieren, das durch den Taktgeber festgelegt wird. Eine solche Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 18F beschrieben.

Wie in Fig. 13 angegeben ist, stellt das Rechnersystem 300 eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein Programm in einem Speicher 312 gespeichert ist, der von Konstanten

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Gebrauch macht, die in einer programmierbaren Dauerspeichereinheit 314 gespeichert sind; die Ausführung erfolgtrunter Steuerung eines Prozessors 302, wie er von dem Anmelder unter der Bezeichnung Nr. R65O2-11 in den Handel gebracht wird. Eine Taktschaltung 310, deren Ausgangs impulse in Fig.14 gezeigt sind, legt eine Impulsserie an den Prozessor 302 an, um dessen Systemtakt zu bilden. Die Ein- und Ausgangssignale gelangen in das System 300 und aus diesem heraus über eine Ein/Ausgabeschaltung 306. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, werden die Geschwindigkeiten des Meßrotors 20 und des Fühlerrotors 22 durch Schlitzdetektoren 102, 146 abgefragt, um Signale zu gewinnen, die über Verstärker 336 bzw. 334 an eine Eingangs-Kommunikationsschaltung 338 angelegt werden, die, wie in Fig. 16 gezeigt, ein Teil der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 ist. Sowohl der Speicher 312 als auch die programmierbare Dauerspeichereinheit 314 sind über eine Busleitung 308 (Fig. 13) an den Prozessor 302 angeschlossen. Die Ein/Ausgabe-Schaltung 306 enthält ferner eine Ausgangs-Kommunikationsschaltung 340, die über die Busleitung 304 an den Prozessor 302 angeschlossen ist, um Ausgangssignale für die Erregung der jeweiligen Anzeigelampen zu liefern, z.B. für die Anzeigelampe 324 "berechnen", die Anzeigelampe 326 "normal" und die Anzeigelampe 328 "abnorm", ebenso wie für ein elektromagnetisches Zählwerk 322, das die jeweilige Gesamtmenge der gemessenen Flüssigkeit anzeigt. Wie in Fig. 16 gezeigt, erregt die Ausgangs-Kommunikationsschaltung eine Mehrzahl von Treibern 344, 346, 348 und 35O, um jeweils die Anzeigelampen 322, 328, 326 und 324 anzusteuern. Zusätzlich liefert die Ausgangs-Kommunikationsschaltung 340 ein Signal über den Ausgangstreiber 342, um ein die Durchflußrate des Meßgeräts 10 anzeigendes Signal zu liefern. Die in Fig. 16 gezeigten Anzeigeelemente sind auf einer Anzeigetafel 320 angeordnet, die in Fig. 15 gezeigt ist, so daß das Zählwerk 322 und die Anzeigelampen 324, 326, 328 von der Bedienungsperson leicht beobachtet werden können.

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In den Fig. 17A, 17B und 17C ist ein Blockdiagramm des Rechnersystems 300 im einzelnen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Die Schlitzdetektoren 146 und 102 (Fig. 17C) sind an die Anschlüsse 1 und 2 bzw. 3 und 4 angekoppelt, wodurch die jeweiligen Eingangssignale über Verstärker 336 bzw. 334 an Pegelumsetzer angelegt werden, die im wesentlichen aus Transistoren Q1 und Q2 gebildet sind. Die im Pegel verschobenen Ausgangssignale werden an den Kollektoren der Transistor Q1, Q2 abgegriffen und über Leitungen 304b, 304c zu den Eingängen CA1, CA2 der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 geführt (Fig. 17B) , deren Ausführung dem vom Anmelder in den Handel gebrachten Typ Nr. 6522-11 entspricht. Die Ausgangssignale werden an den Anschlüssen 1O, 11, 12 und 13 der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 abgegriffen und über eine Gruppe von Leitungen, die gemeinsam als 3O4d bezeichnet sind, an eine Treibergruppe 380 (Fig. 17C) angelegt, um die verschiedenen Signale zu ergeben, welche den Gesamtdurchfluß und das Vorliegen eines normalen, abnormen und eines Berechnungszustands anzeigen. Zusätzlich ist eine Digitaldarstellung des analogen Selbstprüfsignals an den Stiften 2 bis 9 der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 vorgesehen, die gemeinsam mit 3O4f bezeichnet sind. Die Stifte 11 bis 13 der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 sind in der in Fig. 17C gezeigten Weise ferner über eine Gruppe von Leitungen 3O4e mit Pufferverstärkern 346, 348 und 350 verbunden, um die Anzeigevorrichtungen 324, 326, 328 zu beaufschlagen. Zusätzlich werden Signale von den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q1 abgegriffen und über die Treibergruppe 380 angelegt, um Signale zu liefern, die den Drehzustand der Haupt- und Fühlerrotoren anzeigen.

Eine Stromversorgung 376 legt eine +5V-Spannung, die von einer äußeren Gleichstromversorgung abgeleitet wird, an die verschiedenen Elemente des Rechnersystems 300 an. In

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Fig. 17A und 17B sind zwei getrennte Speicher gezeigt. Ein erster Speicher 312, der aus zwei Festwertspeichern (ROMs) 364, 366 gebildet ist, ist über den Adreßbus 308 und Datenbus 308a mit dem Mikroprozessor 302 gekoppelt. Die höchstwertigen Bits der Adreßbusleitung aus dem Prozessor 302 werden an einen Dekoder 372 angelegt, der während des Systembetriebs unabhängig vom Zustand dieser Bits entweder den Festwertspeicher 364 oder den Festwertspeicher 366 auswählt, um darin eine bestimmte Stelle auszulesen. Die Festwertspeicher, im folgenden kurz als ROM bezeichnet, 364 und 366 können die von der Anmelderin unter der Bezeichnung Nr. R2332 in den Handel gebrachten Elemente sein. In der Anfangsentwicklungsstufe der Systeme können löschbare, programmierbare Festwertspeicher.(EPROM) anstelle der ROMs 364, 366 verwendet werden, wodurch das Programm zunächst einprogrammiert und dann neu programmiert werden kann, wenn das System 300 Änderungen erfährt. Ein zweiter Speicher 312' ist aus Arbeitsspeicherelementen (RAM) 368 und 370 gebildet, die als Kurzzeitdatenspeicher verwendet werden und an den Prozessor 302 über Adreßbus 308 und Datenbus 308a gekoppelt sind. Die Arbeitsspeicher, im folgenden kurz als RAM bezeichnet, 368 und 370, bei denen es sich um Bauteile handeln kann, wie sie von der Intel Corporation unter der Bezeichnung Nr. 2114 in den Handel gebracht werden, werden ebenfalls über den Adreßdekoder 372 adressiert. In gleicher Weise wie bei den ROMs 364 und 366 zuvor beschrieben, liefert der Dekoder 372 ein Schaltungsauswahl (chip select)-Signal zu den RAMs 368 und 370, wodurch diese Schaltungen auf die Adresse in der Busleitung 308 ansprechen.

Eine in Fig. 17A gezeigte Strom-Ein-Rücksetzschaltung 374 spricht auf das anfängliche Anlegen der Gleichstrom-Systemversorgung von +5 V an und erzeugt ein Signal, das über Leitung 304a an den Prozessor 302 angelegt wird, um diesen zurückzusetzen, wodurch ein Unterprogramm (im folgenden als

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als Routine bezeichnet) "Initiierung und Strom-Ein" ausgeführt wird. Ein Taktsignal, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, wird von der System-Taktschaltung 310 erzeugt, die einen Oszillator 362 mit einem Kristallelement Z1 aufweist, das bei 4 MHz schwingt. Das Ausgangssignal des Oszillators 362 wird durch einen aus zwei Flip-Flops gebildeten Teiler 360 geteilt, bevor es an den Takteingang des Prozessors 302 angelegt wird, der dieses Taktsignal zu der übrigen Schaltung weiterleitet. Die Speichereinheit 314 zur Speicherung der programmierbaren Konstanten ist, wie in Fig. 17B gezeigt, über den Adreßbus 308 und Datenbus 308a mit dem Speicher 312 und dem Prozessor 302 verbunden, wodurch ein dort einprogrammierter Satz von Konstanten in das System 300 eingegeben werden kann. Der Teiler 360 und die Speichereinheit 314 können solche sein, wie sie von der National Semiconductor Corporation unter den Bezeichnungen 74LS74 bzw. DM8577η in den Handel gebracht werden. Es kann ferner ein Ausgangssignal einer Analogschaltung, das proportional zu dem Fehlersignal ist und dieses anzeigt, von der Digitaldarstellung der Ausgangssignale 3O4f abgeleitet werden, die von der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 erzeugt werden und an deren Anschlüssen 2 <bis 9 erscheinen, in Verbindung mit in Kaskade geschalteten Transistoren Q4 und Q3 und unter Mitwirkung des Analog/Digital-Umsetzers 306a.

Gleichung (12) kann in Einheiten der Meßrotor- und Fühlerrotor-Impulse folgendermaßen umgeschrieben werden:

Vc = Pm/Km - Ps/Ks (38)

Darin ist Vc das korrigierte Volumen in Volumeneinheiten, das dieses Meßgerät während einer gegebenen Zeitspanne durchströmt; Pm bzw. Ps sind die Impulse des Meßrotors bzw. Fühlerrotors, die während dieser Zeitspanne kumuliert werden; Km bzw. Ks sind der Meßrotor- bzw. Fühlerrotor-Faktor in

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Impulsen pro Volumeneinheit (m bzw. ft ) der Strömung durch das Meßgerät, wobei diese Faktoren bei der anfänglichen Eichung bestimmt werden. Das System 300 bewirkt das Ertasten und Zählen der Anzahl von Impulsen Pm bzw. Ps, die von dem Meßrotor bzw. Fühlerrotor erzeugt werden, sowie die Lösung der Gleichung (38) , um eine Anzeige für das korrigierte Volumen Vc zu liefern.

Die Berechnung des korrigierten Volumens wird am Ende einer kontinuierlich auftretenden 1-Sekundenzextbasis ausgeführt, wobei diese Zeitbasis durch ein Zählintervall bestimmt wird, welches durch das Taktsignal (1 s) eingestellt wird, das durch die System-Taktschaltung 310 geliefert wird. Das berechnete, korrigierte Volumen Vc wird nach einem jeden solchen 1-Sekunden-Taktintervall wiederholt an das elektromechanische Zählwerk 322 angelegt, wodurch die Strömungswerte über eine Zeitspanne aufsummiert werden und die Gesamtmenge der Strömung angeben, die das Meßgerät 10 während der Zeit durchflossen hat. Das Rechnersystem 300 ist ferner so ausgelegt, d.h. programmiert, daß verschiedene Überprüfungen der Arbeitsweise des Meßgeräts 10 ausgeführt werden. Wenn z.B. die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 deutlich gegenüber dem Eichwert absinkt und die zuvor erläuterten vorgeschriebenen Grenzen überschreitet, wird ein Fehler- oder Fehlfunktionszustand festgestellt. Der Fühlerrotor 22 ist vorzugsweise so ausgelegt, daß er wesentlich langsamer rotiert (um etwa eine Größenordnung) als der Meßrotor 20. Unter diesen Bedingungen wird normalerweise erwartet, daß sich das Lager des Meßrotors 20 schneller abnutzt als dasjenige des Fühlerrotors 22, mit dem Ergebnis, daß die Geschwindigkeit des Meßrotors 20 deutlich gegenüber dem Eichwert über die vorgeschriebenen Grenzen hinaus absinken kann. Wenn dies geschieht, wird der Faktor Pm/Km kleiner als der Faktor Ps/Ks. Um diesen Zustand zu ermitteln, prüft das System 300 periodisch die Größe von (Pm/Km) im Verhältnis zur Größe von

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(Ps/Ks). Wenn (Pm/Km) kleiner ist als (Ps/Ks), wird das berichtigte Volumen Vc durch folgende Gleichung angegeben:

Vc = ff (39)

Das berichtigte Volumen Vc, das durch Gleichung (39) angegeben wird/ ist eine Approximierung der Fluidströmung. Wenn festgestellt wird, daß (Pm/Km) kleiner ist als (Ps/Ks), wird ferner ein Fehlerzustand angezeigt, und die Anzeigelampe 328 "abnorm" wird eingeschaltet, wie zuvor beschrieben.

Die selbsttätige überprüfung erfolgt durch Bestimmen des Prozentsatzes der Abweichung AG der Fühlerrotorgeschwindigkeit von ihrem Eichwert gemäß de:?folgenden Gleichung (40) , die aus Gleichung (36) abgeleitet werden kann:

Die Abweichung der Fühlerrotorgeschwindigkeit gegenüber ihrem anfänglichen Eichwert wird fortwährend berechnet. Bei der Berechnung zur Selbstüberprüfung ertastet das System 300 eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen Pm des Meßrotors, und wenn diese Anzahl gleich der vorbestimmten Anzahl ist, z.B. gleich 25 000 entsprechend 50 s maximalen Strömungsdurchsatzes, wird die Gleichung (40) gelöst, und der berechnete Wert von AG wird verglichen mit den Grenzen +AGp, die durch die programmierbare Einheit 314 eingestellt sind. Wenn die vorgeschriebenen Grenzen überschritten sind, d.h. !AG! > IAGpI , so arbeitet das Meßgerät außerhalb der· gewählten Fehlergrenzen, und die Anzeigelampe 328 "abnorm" wird periodisch eingeschaltet. Wenn jedoch der Wert von |AG| kleiner ist als die vorgewählten Grenzen I AGpI, so arbeitet

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das Meßgerät 10 normal/ und die Anzeigelampe 326 "normal" leuchtet auf.

Das Rechnersystem 3Oo ist ferner imstande, eine Anzeige des Strömungsdurchsatzes F in Einheiten der Frequenz (Hz) gemäß folgender Gleichung zu liefern:

_χ

_χ max 100 + G^{x max}

Darin sind:

P die Impulsfrequenz für die Geschwindigkeit des Meßrotors in Impulsen pro Stunde, wobei dieser Wert gleich 3600 Pm/t in Sekunden ist, wobei t ein Abtastintervall ist, dessen Dauer z.B. 1 s ist;

Q der Nenn-Strömungsdurchsatz des Meßgeräts in Volumeneinheiten pro Stunde; und

f die gewünschte maximale Ausgangsfrequenz bei maximaler Strömung.

Das von dem System 300 gespeicherte und ausgeführte Programm berechnet den Strömungsdurchsatz F nach Gleichung (41) auf der Basis eines ImpulszählIntervalls t, z.B. 1 s, das durch das Taktsignal bestimmt wird, welches aus der System-Taktschaltung 310 abgeleitet wird. Das Strömungsdurchsatzsignal· wird am Ausgangsanschluß 16 des Ausgangstreibers 380 abgenommen, wie Fig. 17C zeigt.

Eine weitere Überprüfung erfolgt durch das Rechnersystem 300, um festzustellen, ob ein minimaler Strömungszustand vorhanden ist, bei dessen Unterschreitung die Auflösung des Systems keine genaue Strömungsanzeige gewährleistet; hierzu wird bestimmt, ob die Frequenz der Abtastimpulse über eine gegebene

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Zeitspanne von z.B. 1 min niedriger als 1 Hz und die Frequenz der Meßrotorimpulse niedriger als 2 Hz ist. Diese Bedingungen stellen einen Normalzustand dar, und eine Anzeige dieses Zustandes erfolgt durch das System 300 in der anschließend beschriebenen Weise. Wenn die Impulsfrequenz des Meßrotors niedriger als 2 Hz ist und die Impulsfrequenz des Fühlerrotors größer als 1 Hz ist und dieser Zustand dauernd während einer Minute anhält, wird angenommen, daß dieser Zustand einem blockierten Meßrotor entspricht, und dies wird von dem System 300 ebenfalls angezeigt, wie nachstehend erläutert wird.

Das Rechnersystem 300 berechnet also fortwährend das berichtigte Volumen Va und den Strömungsdurchsatz F und überprüft ständig die verschiedenen Zustände, wodurch eine Anzeige über normale oder abnorme Betriebsbedingungen geliefert wird.

Es wird nun auf die Fig. 18A bis 18F Bezug genommen, um anhand eines Flußdiagramms das Programm zu erläutern, das in dem Rechnersystem 300 gespeichert ist, wie es allgemein in den Fig. 17A, 17B und 17C dargestellt ist, insbesondere in einem seiner Speicher 364, 366. Es wird zunächst auf Fig. 18A Bezug genommen, die ein Ausführungsprogramm zur "Initiierung" bzw. "Stromeinschaltung" des in den Fig. 17A, 17B und 17C gezeigten Rechnersystems 300 zeigt, wobei dieses Programm immer dann ausgeführt wird, wenn +5 V Gleichspannung zuerst angelegt werden und dies von der Strom-Ein-Rücksetzschaltung 374 festgestellt wird. Das Programm beginnt mit dem Startpunkt 400, und dann wird der Schritt 402 ausgeführt, um die Ein/Ausgabe-Schaltung 306 zu konditionieren, insbesondere damit ihre Eingangs- und Ausgangsanschlüsse zur Entgegennahme und übertragung von Daten bereit werden und ferner bereit sind, die geeigneten Anzeigelampen 324, 326 und 328 anzusteuern. Danach werden die RAMs 368 und 370 im Schritt 404 gelöscht. Im Schritt 406 werden Konstanten wie

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die Meßfaktoren Km und Ks und die Maßstabsfaktoren einschließlich f aus den programmierbaren Speichereinheiten 314 zu den RAMs 368 und 370 geschafft. Im Schritt 408 werden diese Konstanten verwendet, um den Frequenzfaktor zu berechnen, der als Maßstabsfaktor in den später beschriebenen Schritten 518 und 434 benötigt wird, um eine Anzeige des Strömungsdurchsatzes am Ausgangstreiber 380 (Fig. 17C) zu liefern. Danach wird ein nicht dargestellter, jedoch in der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 enthaltener Taktgeber T2 auf einen bestimmten Wert initiiert und zum Weiterlaufen ausgehend von Impulsen, die aus dem System-Taktgeber 310 stammen, freigegeben, so daß sich wiederholende und einen genauen Abstand voneinander aufweisende Taktsignale erzeugt werden, die beim Abfragen durch den Prozessor 302 als Ereignisse dienen, durch welche die Selbstprüfungsberechnungen und verschiedenen Zustandsüberprüfungen des Meßgeräts ausgelöst werden. Die jeweilige Anzahl von Impulsen, die aus der Taktgeberschaltung 310 abgeleitet werden, wird in dem Taktgeber T2 gezählt, um ein Taktintervall zu definieren, das insbesondere 50 ms beträgt; die Enden dieser Intervalle werden fortwährend von dem Prozessor 302 gezählt, und zwar während 20 Perioden und unter Verwendung eines nachstehend beschriebenen Taktgebers T3, zur Erzeugung der 1-s-Zeitbasis, die für die Selbstkorrekturberechnung erforderlich ist, ebenso wie für die Überprüfung hinsichtlich fehlender Strömung bzw. blockierten Meßrotors in der beschriebenen Weise. Da die oben genannten Schritte nur auftreten, wenn die System-Stromversorgung erstmalig angelegt wird, können die Schritte 400 bis 410 als "Initiierungs"- oder 'Stromeinschaltungs"-Routine betrachtet werden, durch die das in den Fig. 17A, 17B und 17C gezeigte System für die Durchführung eines Überwachungsvorgangs vorbereitet wird, wodurch das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Flügelrad-Meßgerät 10 in dem Sinne selbstkorrigierend wird, daß der angezeigte Ausgabewert korrigiert und selbsttätig überprüft ist und

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daß verschiedene Fehlerzustände ermittelt werden, um diese anzuzeigen, indem die betreffenden Anzeigelampen 324, 326 und 328 erregt werden.

Im Schritt 412 wird dann das Ausgangssignal des Taktgebers T2 durch einen 1-s-Programmtaktgeber T3 gezählt, der nicht dargestellt ist, sich jedoch innerhalb des einen oder anderen RAM 368, 370 befindet, um zu bestimmen, ob 20 Impulse von 50 ms Dauer gezählt wurden, ob also eine Sekunde verstrichen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt eine weitere Prüfung des Taktgebers T3, bis dieser anzeigt, daß 1 s abgelaufen ist. Dann erfolgt eine Selbstprüf-Berechnung, wie später anhand des Schritts 414 erläutert wird, und die Anzeigelampe 324 "berechnen" blinkt. Wenn im Verlaufe der Berechnungen der Selbstkorrektur- oder Selbstprüf-Routinen ein blinkendes Kennzeichen "abnorm" gesetzt wird, wird im Schritt 418 die Anzeigelampe 328 "abnorm" intermittierend angesteuert (ein- und ausgeschaltet). Anderenfalls - was im Schritt 416 entschieden wird - verläuft der Vorgang durch den Übergangspunkt 5 zum Schritt 420 in Fig. 18B, durch den ein 1-min-Programmtaktgeber T4, der nicht dargestellt, jedoch ebenfalls in einem RAM 368 oder 370 enthalten ist, geprüft, ob er durch den nachstehend beschriebenen Schritt 446 eingeschaltet wurde. Wenn dies zutrifft, wird die in dem Programm-Taktgeber T4 gespeicherte Zählrate um 1 erhöht (entsprechend dem Ablauf 1 s). Wenn der Taktgeber T4 nicht eingeschaltet wurde, geht der Vorgang weiter zum Schritt 426, worin bestimmt wird, ob ein Kennzeichen "berechnen" gesetzt wurde, um die Berechnung des korrigierten Volumens der Selbstprüfberechnungen zu beginnen oder einfach mit dem Impulszählen fortzufahren. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform werden die Selbstkorrekturberechnungen des korrigierten Volumens Vc jede Sekunde durchgeführt, während die Selbstprüfberechnungen erfolgen, wenn 25 000 Impulse Pm des Meßrotors aufgetreten sind. Wenn das Kennzeichen "berechnen" nicht gesetzt ist, geht der Vorgang zum Schritt

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weiter, worin die Impulse Pm des Rotor-Schlitzsensors und die Impulse Ps des Rotor-Schlitzsensors 146, die während des gerade abgeschlossenen 1-s-Zeitintervalls, das durch Taktgeber T3 festgelegt wird, gezählt wurden, von einem ersten Satz Registern Pmi und Psi (Unterbrechungs-Zählregister, in denen die Impulse anfangs während des gerade abgeschlossenen 2-s-Intervalls während der Unterbrechung gezählt wurden), die sich innerhalb der RAM-Speicher 368 und 370 befinden, zu einem zweiten Satz von Halteregistern Pmc und Psc verschoben (Berechnungsregister), die durch spezifische Adressen ebenfalls innerhalb der RAM-Speicher 368 und 370 definiert sind.

Dieser zweite Satz von Registern wird bei allen Berechnungen verwendet, während der erste Satz von Registern nur zur vorübergehenden Speicherung verwendet wird, wodurch die darin gespeicherten Zählraten während Unterbrechungsabläufen leicht inkrementiert werden können. Danach wird im Schritt 430 das Kennzeichen "berechnen" gesetzt, und der Vorgang geht zu den Hauptberechnungs - Unterroutinen über, d.h. zu der Selbstüberprüfungs- und der Selbstkorrektur-Routine, die später erläutert werden. Nach Ausführung einer dieser beiden Routinen kehrt das Programm zu dem in Fig. 18B gezeigten Vorgang zurück; dabei wird die Halbperiode für das Durchflußraten-Frequenz-Ausgangssignal, das im Schritt 518 als Takt-Maßstabsfaktor berechnet wird, der teilweise durch den im Schritt 408 berechneten Frequenzfaktor und die Rotorimpulsfrequenz Pmf bestimmt wird, an einen programmierbaren Teiler in der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 angelegt, um ein maßstäbliches, die Durchflußrate angebendes Ausgangssignal am Anschluß 16 des Ausgabetreibers 380 zu erzeugen. Im Schritt 436 wird dann geprüft, ob irgendein Kennzeichen gesetzt ist, durch das Erregungszustand irgendeiner der Anzeigelampen 324, 326 und 328 zu verändern wäre.

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Wie in Fig. 18B angegeben ist, erfolgt beim Schritt 432 ein Sprung zu der Hauptberechnungs-Unterroutine, die nun unter Bezugnahme auf Fig. 18C erläutert wird. Die Hauptberechnungs-Unterroutine beginnt mit dem Schritt 440 und setzt zunächst im Schritt 44 2 den erstgenannten Satz von Registern Pmi und Psi der RAM-Speicher 368 und 37O zurück, als Vorbereitung für den Empfang der nächsten Serie von Impulsen P des Fühlerrotor-Detektors 146 und Impulsen P des Meßrotor-Detektors 102. Im nächsten Schritt, der als Entscheidungsschritt 444 bezeichnet ist, werden die zu dem Halteregister des zweiten Satzes von RAM-Speichern 368 und 370 überführten Impulse P_m daraufhin überprüft, ob die zuvor kumulierte Impulszählrate P des Meßrotors kleiner als 2 ist, was anzeigt, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors 20 gegenüber seinem Eichwert stark abgesunken ist; falls dies zutrifft, wird ein 1-min-Kennzeichen gesetzt, um eine Taktperiode (Taktgeber T^) einzuleiten und durch Schritt 448 zu bestimmen, ob die abgesunkene Geschwindigkeit des Meßrotors 20 während 1 min andauert. Da das Intervall zur Impulszählung durch den Taktgeber Τ., auf 1 s eingestellt wurde, und zwar durch Zählen des Auftretens von 20 Zeitintervallen einer Dauer von jeweils 50 ms, die von der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 in Zusammenwirkung mit dem System-Taktgeber 310 durch den Taktgeber T_ erzeugt werden, sind die sowohl von dem Meßrotorals auch von dem Fühlerrotor-Sensor 102, 146 während dieses 1-s-Intervalls kumulierten Impulse gleich der Frequenz der jeweiligen Rotorsignale. Wenn der Zustand reduzierter Geschwindigkeit des Meßrotors 20 nicht während einer ganzen Minute anhält, geht der Vorgang zum Schritt 460 über, und wenn der Zustand 1 min andauert, geht der Vorgang zum Schritt 450 über, in dem bestimmt wird, ob die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22, die von der Impulszählrate P

angezeigt wird, die über das 1-s-Intervall zeitlich festgelegt ist, eine vorbestimmte Frequenz überschreitet, z.B. 1 Hz.

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Wenn die Frequenz der Fühlerrotorimpulse diesen Wert von 1 Hz nicht überschreitet - wodurch in Verbindung mit der im Schritt 44 4 festgestellten zu niedrigen Impulsfrequenz des Meßrotors angezeigt wird, daß die Fluidströmung durch das Meßgerät 10 unter dem Minimum liegt, für das das System 300 eine geeignete Auflösug ergibt - wird durch den Schritt 452 veranlaßt, daß die Anzeigelampe 326 "normal" eingeschaltet wird, während die Anzeigelampe 328 "abnorm" abgeschaltet bleibt. Wenn aber die Geschwindigkeit des Fühlerrotors 22 einer Frequenz von mehr als 1 Hz entspricht, was anzeigt, daß der Meßrotor 20 blockiert ist, wird über Schritt 454 die Anzeigelampe 326 "normal" abgeschaltet und die Anzeigelampe 328 "abnorm" eingeschaltet, um eine Fehlfunktion (blockierten Meßrotor) des Flügelrad-Meßgeräts 10 anzuzeigen. Wenn im Schritt 444 festgestellt wird, daß der Meßrotor 20 mit einem Wert oberhalb des vorbestimmten Minimums rotiert, wird das 1-min-Kennzeichen zurückgesetzt, wodurch der 1-min-Taktgeber T₄ neu initiiert wird, um eine neue Periode zu beginnen, wenn die durch den Entscheidungsschritt 444 festgestellte Impulsfrequenz des Meßrotors während eines darauffolgenden Zyklus der Programmausführung niedriger als 1 Hz wird.

An dieser Stelle des in Fig. 18C gezeigten Programms ist die Anfangsprüfung zur Feststellung, ob das System betriebsbereit ist, erfolgt, und der Vorgang geht nun weiter zur Berechnung des korrigierten Volumens V nach Gleichung (38). Im Schritt 460 wird bestimmt, ob sowohl die kumulierten Impulse Pm des Meßrotors als auch die kumulierten Ps des Fühlerrotors gleich Null sind, wodurch angezeigt würde, daß sowohl der Meßrotor 20 als auch der Fühlerrotor 22 stillstehen; wenn dies zutrifft, erfolgt am Punkt 3 ein Verlassen des Programms. Wenn dies nicht zutrifft, bestimmt Schritt 4 62, ob nur die Impulse Pm des Meßrotors gleich Null sind; wenn dies zutrifft, setzt Schritt 464 ein Kennzeichen,

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welches anzeigt, daß der Meßrotor 20 stillsteht, wodurch angegeben wird, daß keine Strömung durch das Meßgerät 10 erfolgt; dies kann auf einem blockierten Meßrotor 20 beruhen, oder auch auf einem Fehler des Sensors 102 oder des Systems von dem Sensor zu dem zugeordneten Detektor. Wenn Pm nicht gleich Null ist, was im Schritt 462 entschieden wird, wird eine Anzeige gebildet, daß der Meßrotor 20 rotiert. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Fühlerrotor 22 stillsteht, treten keine Fühlerrotor-Impulse auf, und die in Fig. 18C gezeigte Routine kann die Berechnungfdes korrigierten Volumens V unterbinden. Zunächst wird im Schritt 466 der Wert P~/K berechnet, der in einer später erläuterten Weise verwendet wird. Dann erfolgt im Schritt 468 eine Entscheidung, ob die Anzahl von Impulsen P gleich Null ist, d.h. ob keine Fühlerrotorimpulse vorhanden sind; wenn dies zutrifft, wird der im Schritt 4 66 berechnete Wert P_m/K durch den Schritt 470 dem korrigierten Volumen V zugeordnet, da der Wert des Faktors P„/K_ (38) für den Zustand, wonach P gleich Null ist, den Wert Null hat. An

diesem Punkt wird die Routine über Punkt 2 verlassen, wodurch bestimmte Berechnungsschritte, die sonst erforderlich wären, nicht ausgeführt werden. Ausgehend vom Schritt 468 berechnet Schritt 472 den Wert von P/K . Wenn im Schritt 474 entschieden wird, daß vom Meßrotor keine Impulse abgeleitet werden, d.h. P_m = 0, so wird der Wert von P_o/K

in s s

durch Schritt 476 dem Wert des korrigierten Volumens V zugeordnet; in gleicher Weise wird die Routine über Punkt verlassen und geht zu der in Fig. 18D gezeigten Unterroutine über, wodurch bestimmte Schritte des Vorganges nicht ausgeführt werden und somit die Rechenzeit reduziert wird. Wenn Fühlrerrotor-Impulse P vorhanden sind, wie im Schritt 468 festgestellt wird, und wenn Meßrotor-Impulse P vorhanden sind, was durch Schritt 474 entschieden wird, so verzweigt der Schritt 474 zum Austrittspunkt 1 zum übergang in die in Fig. 18D gezeigte Unterroutine. Im letzteren Falle

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ist es dann erforderlich, die gesamte in Fig. 18D gezeigte Unterroutine zu durchlaufen; wenn aber keine Fühlerrotor-Impulse oder keine Meßrotor-Impulse vorhanden sind, wird die Routine über einen der Austrittspunkte 2 verlassen, um auf diese Weise eine Anzahl von Berechnungs- oder Verarbeitungsschritten aus Fig. 18D auszulassen. Wie in Fig. 18C gezeigt ist, wird diese Einsparung von Berechnungszeit teilweise dadurch erreicht, daß die Berechnung der Werte P_m/K und P /K aufgespalten wird.

Die Austrittspunkte 1, 2 und 3 aus der Routine nach Fig. 18C führen zu verschiedenen Punkten der in Fig. 18D gezeigten Unterroutine. Wenn in den Schritten 462 und 468 festgestellt wird, daß sowohl Meßrotor- als auch Fühlerrotor-Impulse vorhanden sind, erfolgt der Übergang vom Punkt 1 zum Schritt 500, in dem bestimmt wird, ob der Faktor P_m/K_m kleiner ist als der Faktor P_c/K : wenn dies nicht zutrifft, wird das

5 S

korrigierte Volumen V im Schritt 504 nach Gleichung (38) berechnet. In einer besonderen abnormen Situation, bei der der Betrieb des Meßrotors so weit beeinträchtigt ist, daß der Faktor P_s/K größer ist als der Faktor P_m/K , was im Schritt 500 festgestellt wird, erfolgt im Schritt 502 eine Approximierung des richtigen Volumens V , wobei der zuvor berechnete Wert von P /K als angenäherter Wert von V angenommen wird. An dieser Stelle des in Fig. 18D gezeigten Programms ist ein Wert V entweder im Schritt 504 oder im Schritt 502 berechnet worden, oder aber in Schritt 470 oder Schritt 476, wie in Fig. 18C gezeigt.

Es wird nun verständlich, daß am Ende eines jeden 1-s-Intervalls das korrigierte Fluidvolumen V berechnet wird, das in diesem Intervall durch das Meßgerät geströmt ist. Wenn der Wert V für dieses Intervall nicht ausreicht, um das Register 322 hochzuschalten, wird dieser Wert V in den RAMs 368 und 370 als Rest R gespeichert, der zu den Ergebnissen der

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V -Berechnung hinzuaddiert wird, die am Ende des nächsten 1-s-Intervalls durchgeführt wird.

Es ist nun erforderlich zu bestimmen, ob der Wert des gesamten korrigierten Volumens einschließlich des Restes R aus dem vorhergehenden Intervall ausreicht, um das mechanische Zählwerk bzw. Register 322 (Fig. 15) hochzuschalten. Wenn dies zutrifft, wird das elektromechanische Zählwerk 322 hochgeschaltet. Zunächst wird im Schritt 506 der Rest R, bei dem es sich um den übriggebliebenen Bruchteil des Zählwerksfaktors handelt, der am Ende der Weiterstellungen desselben aufgrund der vorhergehenden korrigierten Volumenberechnungen vorhanden gewesen sein kann, zu dem neu berechneten Wert des korrigierten Volumen V hinzuaddiert, das für das gerade abgeschlossene 1-s-Intervall berechnet wurde, um das Gesamtvolumen R.. zu liefern, das mit dem Zählwerksfaktor zu vergleichen ist. Der Zählwerksfaktor ist das Volumen, z.B. 10 Volumeneinheiten, das erforderlich ist, um das elektromechanische Zählwerk 322 um einen Schritt weiterzuschalten. Der nächste Schritt 508 nimmt den ganzzahligen Teil I des neu berechneten Wertes R auf. Dieser ganzzahlige Wert I wird dann verglichen, ob er gleich dem Zählwerksfaktor ist oder größer als dieser; wenn dies zutrifft, wird die Anzahl von Weiterschaltungen bzw. Inkrementierungen N des elektrommechanischen Zählwerks 322 im Schritt 512 bestimmt. Der neue Rest R, der zur Verwertung bei der unmittelbar anschließenden Berechnung des korrigierten Volumens gespeichert wird, wird im Schritt 514 als Differenz zwischen R^ und NxI bestimmt. Wenn das durch den ganzzahligen Wert I dargestellte Volumen kleiner ist als der Zählwerksfaktor, so wird das neu berechnete berichtigte Volumen R.. aufbewahrt, um bei der unmittelbar anschließenden Berechnung des korrigierten Volumens verwendet zu werden, wobei diese Aufbewahrung in den RAM-Speichern 368 und 370 an einer Stelle erfolgt, die für R bereitgestellt ist. Im Schritt 518 (Fig.18B)

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wird dann die neue Halbperioden-Zählrate berechnet, bei der es sich um einen Maßstabsfaktor handelt, der über Schritt 434 an die Ein/Ausgabe-Schaltung 306 angelegt wird, um das durch Gleichung (41) gegebene Durchflußraten-Ausgangssignal auf Frequenzbasis zu ,erzeugen.

Der Vorgang geht dann über den Überführungspunkt 4 zu der Selbstprüf-Unterroutine über, die in Fig. 18E gezeigt ist; darin bestimmt das System, ob es normal oder abnorm arbeitet, und es liefert eine entsprechende Anzeige durch Erregung der entsprechenden Anzeigelampen 324, 326 und 328. In den Schritten 520 und 522 werden die Impulszählraten Pm des Meßsensors und die Impulszählraten Ps des Fühlersensors kontinuierlich aus dem ersten Satz Halteregistern Psi und Pmi in einen dritten Satz Speicherregister Psr und Pmr überführt (Pulskumulierregister), die zu dem RAM-Speicher 368 bzw. 370 gehören, und werden mit den vorhergehenden Inhalten dieser Register kumuliert, bis 25 000 Meßrotor-Impulse gezählt sind. Dieser dritte Satz von Speicherregistern ist erforderlich, da verschiedene Abtast-Programmzyklen erforderlich sind, um 25 000 Impulse des Meßrotors zu eimer Zählrate zu kumulieren. Dabei wird bevorzugte, daß eine relativ lange Zeitspanne zwischen den Selbstprüfberechnungen liegt, weil dadurch die Genauigkeit der Selbstprüfberechnungen bzw. der entsprechenden Schritte gesteigert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel sprechen das System 300 und insbesondere der Mikroprozessor 302 auf die Taktsignale an, die aus der System-Taktschaltung 310 abgeleitet werden, um jede Sekunde eine Selbstkorrekturberechnung auszuführen, und das oben beschriebene System zählt 25 000 Meßimpulse, die etwa 50 s bei maximaler Strömungsrate benötigen. Danach erfolgt im Schritt 524 eine Bestimmung, ob die Anzahl der Meßimpulse Pmr größer ist als 25 000; falls dies zutrifft, werden die verschiedenen Selbstprüfberechnungen ausgelöst, um zu bestimmen, ob das Meßsystem korrekt arbeitet. Wenn aber keine 25 000 Meßrotorimpulse gezählt wurden, geht der Vorgang zum

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Schritt 526 über, bei dem das Kennzeichen "berechnen" zurückgesetzt wird und das Impulszählen in den Registern Pm und Ps andauert. Wenn das Auftreten der vorbestimmten Zahl, z.B. 25 000 Meßimpulse, die Inhalte der Halteregister des dritten Satzes Pmr und Psr, ermittelt wird, wird die Selbstprüfberechnung eingeleitet, d.h. die Lösung der oben angeführten Gleichung (40) für die Abweichung AG gegenüber den Eichbedingungen, und zwar im Schritt 528. Danach wird der Abweichungswert /SG verglichen mit der anfangs einprogrammierten Untergrenze AGp für den tolerierten Abweichungswert, und wenn er innerhalb der tolerierten Grenzen liegt, wird durch Schritt 532 die Anzeigelampe 526 "normal" erregt, während die Lampe 328 "abnorm" abgeschaltet wird. Wenn die berechnete Abweichung AG größer ist als der vorbestimmte Wert AG , erfolgt im Schritt 534 eine weitere Entscheidung, ob der Abweichungswert AG größer oder kleiner ist als die Grenze (G^H - 1), und wenn er kleiner ist, wird durch Schritt 538 die Anzeigelampe 326 "normal" abgeschaltet, während die Lampe 328 "abnorm" blinkt, um anzuzeigen, daß" zwar nicht die Grenze überschritten wurde, wohl jedoch der Wert AGp überschritten wurde. Wenn der Betrag der Abweichung AG größer ist als die Grenze, was im Schritt 534 bestimmt wird, wird durch Schritt 536 die Anzeigelampe 326 "normal" abgeschaltet, während die Lampe 328 "abnorm" dauernd eingeschaltet wird, um einen schwerer wiegenden Fehlerzustand des Geräts anzuzeigen. Die Anwendung des Zustands "blinken" wird erleichtert durch das im Schritt 538 gegebene Kennzeichen "blinken", dessen Zustand im Schritt 416 geprüft wird, damit die Anzeigelampe 328 "abnorm" tatsächlich hin- und herkippt. Danach werden im Schritt 540 der dritte Satz Halterregister zum Kumlieren der Meßrotorimpulse Pmr und der Fühlerrotorimpulse Psr auf Null zurückgesetzt, bevor das Kennzeichen "berechnen" im Schritt 542 zurückgesetzt wird und zur Eingangsstelle 412. des gesamten Ausführungsprogramms zurückgekehrt wird.

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Es wird nun auf Fig. 18F Bezug genommen. Dort ist eine Unterroutine beschrieben, die es dem System ermöglicht, irgendeinen von drei möglichen Unterbrechungsvorgängen (interrupts) aufzugreifen und zu verarbeiten. Beim Auftreten eines Unterbrechungsbefehls (interrupt) spring das Programm von irgendeiner Befehlsstelle des Gesamtprogramms nach den Fig. 18A bis 18E zum Anfangspunkt 650 der Unterbrechungs-Verarbeitungs-Unterroutine. Im Schritt 652 erfolgt eine erste Bestimmung, ob ein Eingangs impuls durch den Meßrotor-Codierer an den Eingang CA2 der Ein/Ausgabe-Vorrichtung 306 angelegt wurde. Wenn ein Meßimpuls erzeugt wurde, wird das Register in den RAM-Speichern 3 68 oder 370, das für die Meßrotor-Impulse bereitgestellt ist und zuvor mit Pmi bezeichnet wurde, im Schritt 654 um einen Wert erhöht, und ein diesen Vorgang bestätigendes Signal wird der Ein/Ausgabe-Schaltung 306 zugeführt, um die dem Eingang CA2 zugeordnete Interrupt-Leitung zurückzusetzen, so daß jegliche darauffolgenden Meßrotor-Impulse von dem System bestätigt und verarbeitet werden. In gleicher Weise erfolgt im Schritt 658 eine Bestimmung, ob an den Eingang CA1 der Ein/Ausgabe-Vorrichtung 306 ein Eingangssignal angelegt ist; wenn dies zutrifft, wird das Fühlerrotor-Impulsregister Psi des ersten in den RAMs 368 und 370 enthaltenen Satzes um 1 inkrementiert, und in gleicher Weise wird ein Bestätigungs-Rücksetzsignal gesendet, um die dem Eingang CA1 zugeordnete Interrupt-Leitung zurückzusetzen. Danach erfolgt im Schritt 664 eine Bestimmung, ob der Taktgeber T3 seimen 50-ms-Taktzyklus abgeschlossen hat; wenn dies zutrifft, wird der 1-s-Programm-Taktgeber T₂, der vom Taktgeber 412 geprüft wird, im Schritt 666 um einen Wert inkrementiert, bevor ein Rücksetzsignal an die dem Taktgeber T₃ zugeordnete Interrupt-Leitung angelegt wird, damit ermöglicht wird, daß der Abschluß des nächsten 50-ms-Taktzyklus auftreten und von dem System festgestellt werden kann. Am Ende dieser Unterbrechungs-Verarbeitungs-Routine kehrt das Programm zu der

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nächsten Anweisung zurück, die auf diejenige Anweisung folgt, welche dem Auftreten der Unterbrechung unmittelbar vorausgeht.

Vorstehend sind ein Meßgerät und ein dafür geeignetes Elektroniksystem beschrieben, die eine Anzeige der Fluidströmung durch das Meßgerät liefern, die kontinuierlich auf die Eichwerte korrigiert werden, obwohl die Geschwindigkeit des Meßrotors von dem Eichwert abgewichen ist, wobei ferner eine Anzeige erfolgt, wenn entweder die Geschwindigkeit des Meßrotors oder die des Fühlerrotors oder beide über voreingestellte Grenzen hinaus von den Eichwerten abgewichen sind. Es ist noch zu betonen, daß die vorstehend beschriebene Erfindung sowohl bei dem Messen von gasförmigen Strömungen als auch zum Messen von Flüssigkeitsströmungen Anwendung finden kann.

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Claims (35)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Flügelrad- bzw. Turbinen-Meßgerät mit einem Gehäuse, einem Meßrotor, der voneinander beabstandete Flügel aufweist und in dem Gehäuse ansprechend auf eine Fluidströmung durch: das Meßgerät drehbar gelagert ist, und mit einer von dem Meßrotor angesteuerten Ausgabeeinrichtung zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, welche die Fluidströmung durch den Meßrotor hindurch anzeigt, gekennzeichnet durch einen Fühlerrotor stromabwärts von dem Meßrotor zum Erfühlen des Austrittswinkels des aus den Flügeln des Meßrotors austretenden Fluids, wobei der Fühlerrotor geeignet ist zur kontinuierlichen Drehung mit einer Geschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist als die des Meßrotors, und durch eine von dem Fühlerrotor angesteuerte Einrichtung zum Ändern der Ausgangsgröße des Meßrotors in Übereinstimmung mit Änderungen des Austrittswinkels.

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   OBlGiNAL INSPECTED

   —■ ο —
2. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerrotor zur Drehung mit demselben Drehsinn wie der Meßrotor ausgebildet ist.
3. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fühlerrotors um eine Größenordnung niedriger ist als die des Meßrotors.
4. 4. Flügelrad- bzw. Turbinen-Meßgerät mit einem Gehäuse, einem Meßrotor, der im Abstand voneinander angeordnete Flügel aufweist und in dem Gehäuse ansprechend auf eine Fluidströmung durch das Meßgerät hindurch drehbar ist, und mit einer von dem Meßrotor angesteuerten Einrichtung zum Liefern eines ersten Signals, das die Geschwindigkeit des Meßrotors darstellt, gekennzeichnet durch einen Fühlerrotor stromabwärts von dem Meßrotor zum Erfühlen des Aus-

   . trittswinkels des aus dem Meßrotor austretenden Fluids, wobei der Fühlerrotor zum kontinuierlichen Rotieren mit einer wesentlich niedrigeren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit des Meßrotors ausgebildet ist, und durch eine von dem Fühlerrotor angesteuerte Einrichtung zum Liefern eines zweiten, den Auutrittswinkel darstellenden Signals sowie durch eine Einrichtung zum Kombinieren der Werte dieser Signale zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das die Funktion des Meßgerätes anzeigt.
5. 5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombiniereinrichtung eine Subtrahiereinrichtung zum Subtrahieren des Wertes des den Austrittswinkel darstellenden Signals von dem Wert des die Geschwindigkeit des Meßrotors darstellenden Signals enthält, zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Fluidströmung durch das Meßgerät anzeigt.

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6. 6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5/ gekennzeichnet durch eine von dem Fühlerrotor betätigte Einrichtung zum Liefern eines zweiten Ausgangssignals/ dessen Wert die Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors darstellt, und durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Werte des die Geschwindigkeit des Meßrotors darstellenden Signals mit diesem zweiten Ausgangssignal.
7. 7. Meßgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleichen des durch diesen Vergleich gelieferten Wertes mit einem vorgewählten Bereich von Werten und durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals / wenn der durch den genannten Vergleich erzeugte Wert nicht innerhalb des vorgewählten Wertbereiches liegt.
8. 8. Meßgerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen der Grenzen des vorgewählten Wertbereichs.
9. 9. Meßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerrotor geeignet ist zum Rotieren mit einer Geschwindigkeit, die sich in Abhängigkeit von dem Wert des Austrittswinkels des den Meßrotor verlassenden Fluids ändert, und daß eine Einrichtung vorgesehen is-h zum Kombinieren des die Drehgeschwindigkeit des*Meßrotors darstellenden ersten Signals mit dem die Geschwindigkeit des Fühlerrotors darstellenden zweiten Signal zur Erzeugung eines dritten Ausgangssignals, dessen Wert die kombinierten Werte des ersten und des zweiten Ausgangssignals darstellt.
10. 10. Flügelrad- bzw. Turbinen-Meßgerät mit einem Gehäuse und einem Meßrotor, der voneinander beabstandete Flügel aufweist und in dem Gehäuse ansprechend auf eine Fluidströmung durch das Meßgerät hindurch drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch eine von dem Meßrotor angesteuerte

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    Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals, das eine Registrierabweichung gegenüber einer 100%-Registrierung um einen vorgewählten Wert darstellt, eine stromabwärts von dem Meßrotor angeordnete Fühlereinrichtung zum Erfühlen des Austrittswinkels des aus dem Meßrotor austretenden Fluids, eine von dieser Fühlereinrichtung angesteuerte Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals, welches das Ausmaß darstellt, in dem das erste Ausgangssignal eine von 100% abweichende Registrierung darstellt, eine Einrichtung zum Subtrahieren des Wertes des zweiten Ausgangssignals von dem Wert des ersten Ausgangssignals und eine Einrichtung zum Erzeugen eines dritten Ausgangssignals, das die Differenz zwischen den Werten des ersten und des zweiten Ausgangssignals darstellt.
11. 11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal eine Registrierung darstellt, die größer ist als 100%.
12. 12. Meßgerät nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Werte des ersten und des zweiten Ausgangssignals.
13. 13. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine erste Impulserzeugereinrichtung, die von dem Meßrotor angesteuert wird zur Erzeugung einer gegebenen Anzahl von Impulsen pro Umdrehung des Meßrotors, eine zweite Impulserzeugereinrichtung, die von dem Fühlerrotor angesteuert ist und eine gegebene Anzahl von Impulsen pro Umdrehung des Fühlerrotors erzeugt, eine erste Zähleinrichtung, die auf eine vorgewählte Anzahl von Impulsen aus der zweiten Impulserzeugereinrichtung anspricht, eine zweite Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl

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    von Impulsen aus der ersten Impulserzeugereinrichtung während der Zeitspanne, die erforderlich ist, damit die erste Zähleinrichtung die vorgewählte Anzahl von Impulsen der ersten Impulserzeugereinrichtung zählt, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Anzahl der von der zweiten Zähleinrichtung während dieser Zeitspanne gezählten Impulse darstellt, und durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die vorgewählte Anzahl von Impulsen darstellt, die von der ersten Zähleinrichtung gezählt sind.
14. 14. Meßgerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Subtrahieren des Wertes des letztgenannten Ausgangssignals von dem Wert des erstgenannten Ausgangssignals .
15. 15. Meßgerät nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Werte der Ausgangssignale.
16. 16. Meßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine erste zeitgesteuerte Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl von Impulsen aus der ersten Impulserzeugereinrichtung während eines gegebenen Zeitintervalls, eine zweite zeitgesteuerte Einrichtung zum Zählen der Anzahl von Impulsen aus der zweiten Impulserzeugereinrichtung während des Zeitintervalls, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Anzahl von Impulsen darstellt, die von der ersten zeitgesteuerten Zähleinrichtung während dieses Zeitintervalls gezählt wurden, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Anzahl von Impulsen darstellt, die von der zweiten zeitgesteuerten Zähleinrichtung während dieser Zeitspanne gezählt sind.

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17. 17. Meßgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Subtrahieren des Wertes des letztgenannten Ausgangssignals von dem Wert des erstgenannten Ausgangssignals.
18. 18. Meßgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Durchführung eines Vergleichs der Werte der Ausgangssignale.
19. 19. Selbstkorrigierendes Meßsystem zum Liefern einer genauen Darstellung der Fluidströmung durch ein Meßgerät, das zur Kompensierung von Abnutzungserscheinungen korrigiert ist, gekennzeichnet durch:

    a) einen ansprechend auf die Fluidströmung durch das Meßgerät drehbar gelagerten Meßrotor;

    b) einen stromabwärts von dem Meßrotor angeordneten Fühlerrotor, der drehbar gelagert und so ausgebildet ist, daß seine Geschwindigkeit von dem Wert des Austrittswinkels des Fluids aus dem Meßrotor abhängt;

    c) eine erste, auf die Drehung des Meßrotors ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Signals, das die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors angibt;

    d) eine zweite, auf die Drehung des Fühlerrotors ansprechende Einrichtung zum Liefern eines zweiten Signals, das die Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors angibt; und

    e) eine Verarbeitungsexnrichtung mit auf die ersten und die zweiten Signale ansprechenden Mitteln zum Erzeugen einer ersten Abweichungsanzeige bezüglich des Volumens des durch das Meßgerät strömenden Fluids bzw. einer zweiten Abweichungsanzeige bezüglich des Volumens der durch das Meßgerät erfolgenden Fluidströmung, sowie mit Mitteln zum Gewinnen der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Anzeige zur Erzeugung einer genauen Anzeigegröße des Volumens des durch das Meßgerät strömenden Fluids.

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20. 20. Meßsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung einen digitalen Rechner-Prozessor und eine Speichereinrichtung enthält.
21. 21. Meßsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung an den Meßrotor angekoppelt ist zur Erzeugung einer ersten Reihe von Impulsen, deren Frequenz von der Geschwindigkeit des Meßrotors abhängt, und daß die zweite Einrichtung an den Fühlerrotor angekoppelt ist zum Erzeugen einer zweiten Serie von Impulsen, deren Frequenz von der Geschwindigkeit des Fühlerrotors abhängt.
22. 22. Meßsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung Mittel zum Zählen sowohl der ersten als auch der zweiten Reihe von Impulsen während eines gegebenen Zeitintervalls enthält, um einen ersten bzw. einen zweiten Anzeigewert des Volumens der Fluidströmung während des gegebenen Zeitintervalls zu liefern.
23. 23. Meßsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen Meßfaktor speichert, der von der Anzahl von Impulsen abhängt, die von dem Meßrotor im Eichzustand für jede durch das Meßgerät hindurchgeflossene Volumeneinheit erzeugt wird, und ferner einen Fühlerrotorfaktor speichert, der von der Anzahl von Impulsen abhängt, die von dem Fühlerrotor im Eichzustand für jede Volumeneinheit, die durch das Meßgerät geströmt ist, erzeugt wird.
24. 24. Meßsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung erste Mittel zum Verarbeiten der ersten Anzeigegröße mit dem Meßrotor-Faktor zum Liefern einer Abweichungs-Darstellunsgröße für das Volumen der Fluidströmung durch das Meßgerät während des gegebenen

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    Zeitintervalls und zum Verarbeiten der zweiten Anzeigegröße mit dem Fühlerrotor-Faktor zum Liefern einer zweiten Abweichungs-Darstellungsgröße für das Volumen der Fluidströmung durch das Meßgerät während des gegebenen Zeitintervalls enthält.
25. 25. Meßsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßrotor-Faktor derart gewählt ist, daß er eine Darstellung einer Fluidströmung bildet, die größer ist als die tatsächliche Strömung durch das Meßgerät bei der anfänglichen Eichung, und daß der Fühlerrotor-Faktor derart gewählt ist, daß er eine Darstellung einer Strömung bildet, die gleich der Überschuß-Darstellung für die Fluidströmung ist, die von dem Meßrotor geliefert wird, derart, daß die tatsächliche Strömung bei der Eichung gleich der Differenz zwischen den Werten der Darstellungen ist, die von dem Meßrotor und von dem Fühlerrotor geliefert werden.
26. 26. Selbstüberprüfendes Meßsystem zum Liefern einer Anzeige über die Veränderung der Rotorfunktion gegenüber einem anfänglichen Eichwert, gekennzeichnet durch:

    a) einen Meßrotor, der ansprechend auf eine Fluidströmung durch das Meßgerät hindurch drehbar gelagert ist;

    b) einen Fühlerrotor, der stromabwärts von dem .Meßrotor gelagert ist und sich mit einer Geschwindigkeit drehen kann, die von dem Wert des Austrittswinkels des den Meßrotor verlassenden Fluids abhängt;

    c) eine erste, auf die Drehung des Meßrotors ansprechende Einrichtung zum Liefern eines ersten Signals, das die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors anzeigt;

    d) eine zweite, auf die Drehung des Fühlerrotors ansprechende Einrichtung zum Liefern eines zweiten Signals, das die Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors anzeigt; und

    e) eine Verarbeitungseinrichtung mit ersten Mitteln, die auf die ersten und zweiten Signale ansprechen, um ein

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    erstes Verhältnissignal zu gewinnen, welches das Verhältnis der jeweils vorhandenen Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors zu der jeweils vorhandenen Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors anzeigt, mit zweiten Mitteln zur Gewinnung eines zweiten Verhältnissignals, welches das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors bei der Eichung zu der Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors bei der Eichung anzeigt, und mit Mitteln zur Gewinnung der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verhältnissignal, um eine Anzeige für die Änderung der Rotorfunktion zwischen dem Eichzustand und dem gerade vorliegenden Betriebszustand zu gewinnen.
27. 27. Meßsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung das erste Signal in Form einer Reihe von Impulsen erzeugt, deren Frequenz von der Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors abhängt, und daß die zweite Einrichtung das zweite Signal in Form einer Reihe von Impulsen erzeugt, die von der Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors abhängt.
28. 28. Meßsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Zähleinrichtung zum Zählen der ersten und der zweiten Reihe von Impulsen während eines gegebenen Zeitintervalls enthält, um eine erste Zählraten-Darstellung und eine zweite Zählraten-Darstellung zu liefern, und ferner Mittel zum Verarbeiten der ersten und der zweiten Zählraten-Darstellung mit einem Meßrotor-Faktor bzw. mit einem Fühlerrotor-Faktor enthält, um eine erste bzw. eine zweite Volumen-Darstellung zu erzeugen, und daß eine erste Einrichtung zur Gewinnung eines ersten Verhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Darstellung für das jeweilige laufende Volumen und eine zweite Einrichtung zur Gewinnung eines

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    zweiten Verhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Darstellung des Volumens im Eichzustand vorgesehen sind.
29. 29. Meßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung ferner Speichermittel zum Speichern von Grenzwerten der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verhältnis und Mittel zum Vergleichen der Änderung der Rotorfunktion gegenüber den gespeicherten Grenzwerten sowie eine Einrichtung enthält, die eine Anzeige liefert, wenn dieser Wert nicht innerhalb der gespeicherten Grenzwerte liegt.
30. 30. Selbstkorrigierendes und prüfendes Meßsystem, gekennzeichnet durch:

    a) einen ansprechend auf eine Fluidströmung durch ein Meßgerät drehbar gelagerten Meßrotor;

    b) einen stromabwärts von dem Meßrotor angeordneten Fühler, der drehbar gelagert und derart ausgebildet ist, daß seine Drehgeschwindigkeit von dem Wert des Austrittswinkels des aus dem Meßrotor austretenden Fluids abhängt;

    c) eine erste, auf die Drehung des Meßrotors ansprechende Einrichtung zum Liefern einer ersten Reihe von Impulsen, deren Frequenz die Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors anzeigt;

    d) eine zweite, auf die Drehung des Fühlerrotors ansprechende Einrichtung zum Liefern einer zweiten Reihe von Impulsen, deren Frequenz die Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors anzeigt; und

    e) eine Verarbeitungseinrichtung, enthaltend einen Taktgeber zur Erzeugung einer Reihe von Taktsignalen, wobei das Intervall dazwischen ein Zählintervall definiert; Mittel zum Zählen der ersten und der zweiten Reihe von Impulsen während der Intervalle zum Liefern

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    einer ersten bzw. einer zweiten Volumendarsteilung; Speichermittel zum Speichern eines Meßrotor-Faktors, der bei der Eichung bestimmt wird, und eines Fühlerrotor-Faktors, der bei der Eichung bestimmt wird; Berechnungsmittel zum periodischen Verarbeiten der ersten Volumendarstellung und des Meßrotor-Faktors zum Liefern einer ersten geeichten Abweichungs-Darstellung für das Volumen der durch das Meßgerät erfolgenden Fluidströmung und zum Verarbeiten der zweiten Volumendarstellung und des Fühlerrotor-Faktors zum Erzeugen einer zweiten geeichten Abweichungs-Darstellung für das Volumen der durch das Meßgerät erfolgenden Fluidströmung; eine erste Einrichtung zur Gewinnung der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Abweichungsdarstellung zum Liefern einer Anzeige für das tatsächliche Volumen der Fluidströmung durch das Meßgerät; eine auf die erste und auf die zweite Reihe von .Impulsen ansprechende Einrichtung zur Gewinnung eines Verhältnissignals, welches das Verhältnis der vorliegenden Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotors zu der vorliegenden Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors anzeigt; eine auf die erste und auf die zweite Reihe von Impulsen ansprechende Einrichtung zur Gewinnung eines zweiten Verhältnissignals, welches das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit des Meßrotos bei der Eichung zu der Rotationsgeschwindigkeit des Fühlerrotors bei der Eichung anzeigt; und eine zweite Einrichtung zur Gewinnung der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verhältnissignal zum Erzeugen einer Anzeige für die Änderung.der Rotorfunktion zwischen der Eichung und dem gerade vorliegenden Betriebszustand.
31. 31. Meßsystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Differenzbildungseinrichtung ansprechend auf jede der Reihen von Takt-Zeitsteuersignalen zur Berechnung der Volumendifferenz wirksam ist.

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32. 32. Meßsystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung ferner Mittel enthält, die auf eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen aus der zweiten Reihe ansprechen, um die Tätigkeit der zweiten Differenzbildungseinrichtung einzuleiten, zur Gewinnung einer Anzeige für die Änderung der Funktion eines der beiden oder beider.
33. 33. Meßsystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung Grenzwerte für die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verhältnissignal speichert und daß Mittel zum Vergleichen der Differenz der Verhältnisse mit den gespeicherten Grenzwerten vorgesehen sind, die, falls sie nicht zwischen den gespeicherten Grenzwerten liegt, eine Anzeige dafür liefert.
34. 34. Meßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel des Meßrotors so orientiert sind, daß sie einen Winkel in bezug auf dessen Rotationsachse bilden, daß die Flügel des Fühlerrotors so orientiert sind, daß sie einen Winkel in bezug auf Rotationsachse des Fühlerrotors bilden, und daß der letztgenannte Winkel wesentlich kleiner ist als der erstgenannte Winkel.
35. 35. Meßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Minimieren der Tangentialkomponente in der Richtung der Fluidströmung in den Meßrotor hinein vorgesehen ist und daß der Meßrotor so ausgebildet ist, daß er sich im geeichten Zustand in derselben Richtung dreht wie der Fühlerrotor.

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