DE19714351A1

DE19714351A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern

Info

Publication number: DE19714351A1
Application number: DE1997114351
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Schmitt; Wolfgang Dipl Ing Schaeffer; Helmut Dipl Ing Wirbel; Helfried Dipl Ing Uhlig
Original assignee: Rmg Gaselan Regel & Mestechnik
Current assignee: Rmg Gaselan Regel & Mestechnik
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-01
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: EP0970381A1; WO1998043098A1; DE19714351C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, bei dem beim berührungslosen Vorbeibewegen eines an der Welle des Meßorganes befestigten Dauermagneten an feststehenden Impulsdrahtsensoren durch deren Ummagnetisierung Spannungsimpulse erzeugt werden, mit denen das vom Meßorgan bestimmte Volumen mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung erfaßt und von einem elektronischen Zählwerk angezeigt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, mit einem Gehäuse, in dessen Meßraum ein oder mehrere Meßorgan(e) drehbar gelagert sind, deren Welle einen einzigen Magnet trägt, der quer zur Wellenachse in Achsrichtung beabstandet vom Meßorgan angeordnet ist, mit mehreren Impulsdrahtsensoren, die senkrecht zur Magnetachse im Wirkungsbereich des Magneten von einem Wandteil des Gehäuses ortsfest gehaltert sind, und mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung, der ein elektronisches Zählwerk mit Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist,

Aus der DE 42 11 704 A1 ist eine Meßanordnung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl eines auf einer Welle angeordneten Bauteiles mit mehreren umlaufenden Magneten bekannt, in deren Magnetfeldern ein stationärer Impulsdrahtsensor angeordnet ist. Die Magnete sind radial und derart angeordnet, daß jeder Impuls von zwei in axialem Abstand zueinander liegenden gegensätzlichen Polen (N, S) ausgelöst wird.

Des weiteren ist aus der DE 87 14 182.5 ein digitaler Drehzahlgeber mit magnetbestücktem Geberrad für ruhend angeordnete Impulsdrahtsensoren bekannt, die durch einen umfangsseitigen Luftspalt von dem mit einer Maschinenwelle gekuppelten Geberrad getrennt sind. Es sind ein oder mehrere Impulsdrahtsensoren in einer über einen Teil des Geberrades erstreckten Sensorkassette untergebracht, die elektrisch und mechanisch mit einer steifen Leiterplatte zu einer Einheit verbunden ist. Diese Einheit ist justierbar an einer ebenen Frontfläche befestigt. Am Geberrad sind umfangsseitig mit Setz- und Rücksetzmagneten angeordnet, die an den ortsfesten Impulsdrahtsensoren berührungslos vorbeigeführt werden.

Bekannt ist aus der EP 0 484 716 auch ein elektromagnetischer Geber zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung eines Rotors mit mindestens einem an dem Rotor angebrachten Dauermagneten und mit mindestens einen seitlich neben dem Rotor angeordneten bistabilen magnetischen Schaltelement mit zugehöriger Sensorspule, das sprungartig in einem großen Barkhausensprung ummagnetisierbar ist.

Das Auslösen des Barkhausensprunges in dem bistabilen magnetischen Schaltelement und das Rücksetzen des bistabilen magnetischen Schaltelementes erfolgt durch den gleichen Dauermagneten. Der Dauermagnet ist versetzt zur Achse des Rotors so angebracht, daß seine beiden Magnetpole in Umfangsrichtung des Rotors nebeneinander angeordnet sind.

Zur drehrichtungsabhängigen Drehzahlerfassung sind mindestens zwei bistabile magnetische Schaltelemente vorgesehen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Drehrichtung wird aus dem Vorzeichen der Spannungsimpulse erkannt.

Mit diesem bekannten Geber ist es zwar möglich neben der Drehzahl auch die Drehrichtung zu erfassen, es steht jedoch nur ein Signalkanal zur Verfügung, der keine Redundanzüberwachung zuläßt.

Dies führt bei der eichrechtlichen Abrechnung zu Problemen, weil keine Redundanzprüfung möglich ist. Der Einsatz dieser bekannten Meßanordnung ist deshalb für den eichrechtlichen Verkehr ungeeignet.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das bzw. die es erlaubt, neben der Drehzahl auch die Drehrichtung und Meßwertübertragung in voneinander unabhängigen Signalkanälen bei einfachem Aufbau, hoher Genauigkeit in einem großen Meßbereich und mit geringerem Stromverbrauch unter weitgehendem Ausschluß von Bremskräften auf die Meßorgane zu erfassen.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit zwei gleichgepolten Impulsdrahtsensoren kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse erzeugt werden, die von Vor- und Rückzählern gezählt und denen ein gemeinsamer, von einem zu den gleichgepolten Impulsdrahtsensoren gegengepolten Impulsdrahtsensor erzeugten als Richtungsimpuls dienender Spannungsimpuls zugewiesen wird, der in ein Richtungsbit umgewandelt wird, mit dem die Zähler die Zählrichtung erkennen und der angezeigte Zählerstand für eine Redundanzprüfung herangezogen wird.

Impulsdrahtsensoren schalten beispielsweise bei Annäherung des magnetischen Nordpols je nach Polung der Impulsdrahtsensoren. Das Sensorprinzip beruht auf dem Wiegand-Effekt, der darin besteht, daß bei Vorbeiführen eines Impulsdrahtes an den Polen eines Dauermagneten eine plötzliche Ummagnetisierung stattfindet, die zu einem kurzen Spannungsimpuls führt. Der Südpol des Magneten bereitet den Impulsdraht auf die Zündung vor, der Nordpol löst die Zündung aus. Am elektrischen Ausgang des Impulsdrahtsensors steht im Augenblick der Zündung dieser Spannungsimpuls als Signal zur Verfügung.

Die Signale der drei Impulsdrahtsensoren werden durch Transistoren verstärkt. Die beiden gleichsinnigen Zählimpulse werden über Flip-Flop's an die Eingänge eines Microcontrolers gelegt und von jeweils einem Standard-Vor/Rückzähler gezählt. Mit dem Impuls des gegengepolten Impulsdrahtsensors wird ein Richtungsbit gewonnen, mit dem die Vor- und Rückzähler die Zählrichtung erkennen, bevor die Impulse der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren weiterverarbeitet werden. Durch einen Vergleich des Zählerstandes werden die beide Zähler abgeglichen und die Redundanz der Zähler geprüft. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit einer geeigneten Software.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die zweikanalige Impulsabgabe der gleichsinnige Zählimpuls eines der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren jeweils mit einem Hardware-Zähler gezählt. Mit dem Impuls des gegengepolten Impulsdrahtsensors und dem Impuls des anderen gleichgepolten Impulsdrahtsensors wird diesem Hardware-Zähler die Zählrichtung zugewiesen.

Es ist natürlich auch möglich, die Impulse der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren auf zwei separate Hardware-Zähler zu legen und durch Vergleich der beiden Zählerstände eine Redundanzprüfung vorzunehmen.

Im Fall des zuvor beschriebenen Verfahrens wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung dadurch gelöst, daß zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren für eine zweikanalige Impulsabgabe und ein weiterer jedoch entgegengesetzt gepolter Impulsdrahtsensor für die Richtungserkennung vorgesehen sind, deren Längsachsen zueinander parallel angeordnet und zu einem eng aneinander gelegten Bündel zusammengefaßt sind, und daß der Abstand der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren von der Drehachse (Wellenachse) des Magneten gegenüber dem Abstand des gegengepolten Impulsdrahtsensors von der Drehachse entweder größer oder kleiner ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stehen die elektrischen Ausgänge der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren jeweils über getrennte Verstärkungsanordnungen mit dem S-Eingang je eines ersten und zweiten getakteten, statischen RS-Flip-Flop's und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors jeweils mit dem R-Eingang beider RS-Flip-Flop's in Verbindung, wobei ein D-Flip-Flop mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's und mit seinem CP-Eingang auf den S-Eingang des zweiten RS-Flip-Flop's gelegt ist, und daß der Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's auf einen Vor-/Rück-Zähler, der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's auf einen Eingangspin und der Q-Ausgang des zweiten RS-Flip-Flop's auf einen weiteren Vor/Rück-Zähler eines Microcontrolers für die Zählung, Anzeige und Redundanzprüfung geführt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung steht der elektrische Ausgang eines gleichgepolten Impulsdrahtsensors mit dem S-Eingang eines RS-Flip-Flop's, der elektrische Ausgang des anderen gleichgepolten Impulsdrahtsensors mit dem CP-Eingang eines D-Flip-Flop's und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors jeweils über getrennte Verstärkungsanordnung in Verbindung, wobei das D-Flip-Flop mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's gelegt ist. Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's ist zu einem Eingang eines Vor/Rück-Zäh lers eines Hardwaremoduls geführt und der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's steht mit einem Vor- und Rückeingang des Hardwaremoduls für die Zuweisung der Zählrichtung in Verbindung.

Die Aufgabe wird weiter mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß durch zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse für eine zweikanalige Impulsabgabe derart verarbeitet werden, daß die Zeiten T(n) für einen Umlauf des Magneten und die Zeitdifferenzen ΔT(n) zwischen den erzeugten Spannungsimpulsen mit zwei steuer- und latchbaren Zählern ermittelt und anschließend durch Einzählen in mehreren hintereinandergeschalteten Softwarezählern mit einer vorgegebenen Zählfrequenz, die schneller ist als die Meßfrequenz, T(n) und ΔT(n) erneut festgestellt werden und daß durch Vergleich der Zählerstände eines Meßzählers mit einem Vergleichszähler nach der Bedingung ΔT(n) < T(n)/2 und ΔT(n) < T(n)/2 die Drehrichtung ermittelt wird, wobei mittels der Softwarezähler eine Redundanzprüfung vorgenommen wird.

Der Microcontroler verfügt über zwei voneinander getrennte steuer- und latchbare Zähler.

Mit diesen Zählern und den nachgeschalteten Softwarezählern werden von Umlauf zu Umlauf die Zeiten T(n) und ΔT(n) neu ermittelt und durch Vergleich der Zählerstände die Drehrichtung ermittelt.

Zählfrequenzen, die mindestes 100 mal höher sind als die zu erfassende Frequenz, sind vollkommen ausreichend.

Die Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei zu einem Bündel angeordnete gleichsinnig gepolte Impulsdrahtsensoren für eine zweikanalige Impulsabgabe vorgesehen sind, deren Längsachsen zueinander parallel und nahe nebeneinander angeordnet einen etwa gleichen Abstand zur Drehachse des Magneten aufweisen, und daß die elektrischen Ausgänge der beiden Impulsdrahtsensoren direkt mit interruptbaren Anschlüssen eines Microcontrolers in Verbindung stehen, der mindestens aus zwei steuer- und latchbaren Zählern besteht, denen jeweils getrennte nachgeschaltete Softwarezähler und eine gemeinsame Zählclock zugeordnet sind.

Das Verfahren mit dem Dreifachsensor hat gegenüber dem Verfahren mit dem Doppelsensor den Vorteil, daß es auch für Drehfrequenzen < 0,1 Hz geeignet ist und der Microcontroler zeitlich nicht mit der Drehrichtungserkennung belastet ist, wodurch die Batterielebensdauer des Microcontrolers spürbar erhöht wird.

Von Vorteil ist ferner, wenn die Impulsdrahtsensoren in einer druckdichten Hülse angeordnet sind, die ihrerseits axial lageabhängig zum Magneten justierbar von einer Tauchhülse aufgenommen am Gehäusedeckel des Gaszählers befestigt ist.

Durch Einschieben der Hülse in Wellenrichtung kann der Erfassungspunkt für die Sensorsignale feinfühlig und optimal eingestellt werden.

Die Impulsdrahtsensoren sind in einer bevorzugten Ausführungsform in einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff eingebettet, wodurch die Lage der Impulsdrahtsensoren zueinander festgelegt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Abschirmelement auf der Welle des Meßorgans im Wirkungsbereich des Magnetfeldes angeordnet. Dieses Abschirmelement dient als magnetische Abschirmung gegenüber dem Meßorgan.

Mit dem erfindungsgemäßen Doppel- oder Dreifachsensor läßt sich in einfacher montagefreundlicher Art und Weise eine zweikanalige Signalerfassung und -auswertung realisieren, die auch den Forderungen im eichrechtlichen Verkehr nach einer Redundanzüberwachung genügt.

Hieraus läßt sich der Vorteil der hohen Flexibilität und Variabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina erkennen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Zweikanal-Im pulserfassung mit einem Doppelsensor,

Fig. 2 Impulsbilder mit Drehrichtungserkennung im Rechts- und Linkslauf,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Signalauswertung für einen Dreifach-Sensor mit zwei separaten Zählausgängen und statischer Drehrichtungserkennung mit Microcontroler und Redundanzprüfung,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Signalauswertung für einen Dreifach-Sensor nach Fig. 3 ohne Redundanzprüfung,

Fig. 5 den Impulsverlauf mit Drehrichtungserkennung durch Zuweisung eines Richtungsbits nach Fig. 3 und 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Dreifach-Sensor-An ordnung und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 6.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 zeigt die Anordnung zweier Impulsdrahtsensoren mit dazugehöriger Auswerteschaltung. Quer zur Wellenachse 1 eines Drehkolbens 2 des Gaszählers 3 ist ein Stabmagnet 4 am Wellenende 30 befestigt, der zusammen mit dem Drehkolben 2 eine Drehbewegung um die Wellenachse 1 ausführt. Im Wirkungsbereich des Magnetfeldes des Stabmagneten 4 sind zwei Impulsdrahtsensoren 5 und 6 in einer Hülse 7 ortsfest mit einer Tauchhülse 8 an einem Gehäusedeckel 9 des Gaszählers 3 befestigt. Die beiden Sensoren 5 und 6 liegen mit ihren Längsachsen A parallel zueinander und berühren sich. Sobald sich der Stabmagnet 4 bei seiner Umdrehung mit seinem magnetischen Nordpol N den Impulsdrahtsensoren 5 und 6 nähert entstehen nacheinander durch Ummagnetisierung kurze Spannungsimpulse in Höhe von etwa 3 V und einer Impulsdauer von ca. 10 µs. Die jeweils entstehenden Spannungsimpulse oder Sensorsignale S1 und S2 der beiden Sensoren 5 und 6 werden in voneinander getrennten, aus Transistoren bestehenden handelsüblichen Verstärkungsanordnungen 10 und 11 verstärkt und direkt an interruptfähige Anschlüsse 12 und 13 eines Microcontrolers 14 geführt. Der Microcontroler 14 verfügt über zwei steuer- und latchbare Zähler, einem Meßzähler 15 und einem Vergleichszähler 16. Mit diesen Zählern sowie nachgeschalteten Softwarezählern 24 werden die Zeiten T(n) von Umlauf zu Umlauf und die Zeitdifferenzen zwischen den Sensorsignalen S1 und S2 als ΔT(n) in Abhängigkeit vom Umlauf durch Einzählen einer schnelleren Zählfrequenz als die Meßfrequenz jeweils immer wieder neu ermittelt. Die Zählfrequenz ist dabei signifikant höher zu wählen als es den zu erfassenden Zeiten entspricht. Um beispielsweise ein Signal von 30 Hz zu erfassen, ist eine Zählfrequenz mit dem Faktor 100 mal dem 30-Hz-Signal ausreichend.

Durch einen Vergleich der Zählerstände mittels einer entsprechenden Software auf die Bedingungen

ΔT(n) < T(n)/2 und
ΔT(n) < T (n)/2

wird festgestellt (siehe Fig. 2), ob ein Rechts- oder Linkslauf des Drehkolbens vorliegt.

Mit einer Ausfallüberwachung der Sensorsignale S1 und S2 wird eine Redundanzüberwachung durch Vergleich der Zähler 15 und 16 durchgeführt.

Ausführungsbeispiel 2

Die Anordnung von Stabmagnet und Impulsdrahtsensoren entspricht dem Beispiel 1.

Zusätzlich zu den beiden Impulsdrahtsensoren 5 und 6 ist ein dritter Impulsdrahtsensor 17 in der Hülse 7 zu einem Dreifach-Sensor zusammenfaßt.

Die Längsachsen A der Impulsdrahtsensoren sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 berühren sich gegenseitig und bilden ein Bündel.

Die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 sind gleichsinnig gepolt, d. h. elektrisch in Reihe geschaltet. Gegenüber den Impulsdrahtsensoren 5 und 6 ist der dritte Impulsdrahtsensor 17 gegensinnig, d. h. negativ, gepolt. Die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 schalten somit am Nordpol, der Impulsdrahtsensor 17 dagegen am Südpol. Der Impulsdrahtsensor 17 hat einen etwas größeren Abstand E gegenüber dem Abstand D der Impulsdrahtsensoren 5 und 6 von der Wellenachse 1 bzw. Drehachse des Magneten (siehe Fig. 7).

Er ist so angeordnet, daß er etwas oberhalb der beiden Impulsdrahtsensoren 5 und 6 auf diesen aufliegt. Die elektrischen Ausgänge der Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 sind zu separaten, aus Transistoren bestehenden handelsüblichen Verstärkungsanordnungen 10, 11 und 18 geführt, in denen die Sensorimpulse S1, S2 und S3 verstärkt werden.

Die verstärkten Sensorimpulse S1 und S2 werden den S-Eingängen jeweils separater RS-Flip-Flop's 19 und 20 zugeführt. Das verstärkte Sensorsignal S3 wird auf den R-Eingang des RS-Flip-Flop's 19 und 20 gelegt. Beide RS-Flip-Flop's 19 und 20 sind über ein D-Flip-Flop 21 verknüpft, indem der D-Eingang des D-Flip-Flop's 21 auf den Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 und das verstärkte Sensorsignal S2 in den CP-Eingang des D-Flip-Flop's 21 geführt ist.

Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 19 ist auf den Pulseingang 22 eines Zählers 23 und der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 ist auf den Zähleingang 34 eines Zählers 35 des Microcontrolers 14 geführt.

Der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's 21 liegt am Richtungspin 36 des Microcontrolers 14 an, wodurch den Sensorsignalen S1 und S2 ein Richtungsbit "1" oder "0" zugewiesen werden (siehe Fig. 3 und 5), womit zwischen Rechts- und Linkslauf der Drehkolben unterschieden werden kann.

Durch einen Vergleich der Zähler 23 und 35 wird die Redundanzprüfung durchgeführt.

Alternativ kann aber auch wie in Fig. 4 dargestellt der Microcontroler 14 entfallen. Der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's 21 liegt dann an einem Vor/Rückeingang 25 und der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 mit dem Signalpuls S1 liegt am Zähleingang 32 des Zählers 26 des Hardware-Zählmoduls 33 an.

Fig. 6 stellt den Einbau des erfindungsgemäßen Dreifach-Sensors in einen Drehkolbengaszähler 3 dar. Im Gehäusedeckel 9 befindet sich eine Öffnung 27, in der eine Tauchhülse 8 angeordnet ist, die sich parallel zur Wellenachse 1 der Drehkolben 2 in das Innere des Gehäuses 28 des Gaszählers 3 erstreckt. In die Tauchhülse 8 ist die Hülse 7 mit den darin in nicht leitendem Kunststoff eingebetteten Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 in Tiefe und Winkellage justierbar eingeschoben. Der Einschub der Hülse 7 erfolgt bis auf eine solche Tiefe, bei der optimale Sensorsignale S1 bis S3 erreicht werden. Der diese Signale verursachende Stabmagnet 4 ist von einem Magnetträger 29 aus magnetisierbarem Material gehalten. Der Magnetträger 29 ist am Wellenende 30 befestigt, so daß bei Drehung des Drehkolbens 2 der Stabmagnet 4 sich entsprechend mitdreht.

Mit dem Magnetträger 29 wird ein Abschirmelement 31, beispielsweise ein Ölspritzblech, befestigt, das nach der Magnetachse C des Stabmagneten 4 ausgerichtet ist. Es schirmt die zur Lagerseite der Welle 1 liegenden Bauteile gegen magnetische Störeinflüsse ab, wodurch die Bremskräfte, die aufgrund des magnetischen Feldes auf die Drehkolben 2 wirken könnten, klein gehalten werden.

In dem wechselnden Magnetfeld erzeugen die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 Sensorsignale S1 und S2 in einer Frequenz, die proportional der Drehzahl ist. Mit dem Sensorsignal S3 erfolgt eine Drehrichtungserkennung entsprechend dem auf die Drehkolben 2 wirkenden Druckgefälles.

Bezugszeichenliste

1

Wellenachse

2

Drehkolben

3

Gaszähler

4

Dauermagnet, Stabmagnet

5

,

6

gleichsinnige Impulsdrahtsensoren

7

Hülse

8

Tauchhülse

9

Gehäusedeckel

10

,

11

Verstärkungsanordnung

12

,

13

Anschlüsse

14

Microcontroler

15

Meßzähler

16

Sollzähler

17

gegensinniger Impulsdrahtsensor

18

Verstärkungsanordnung

19

,

20

RS-Flip-Flop

21

D-Flip-Flop

22

Zähleingang zum Zähler

23

Zähler des Microcontrolers

24

Softwarezähler

25

Vor/Rückeingang

26

Zähler im Hardware-Zählermodul

33

27

Öffnung im Gehäusedeckel

9

28

Gehäuse

29

Magnetträger

30

Wellenende des Drehkolbens

31

Abschirmelement

32

Eingang des Hardware-Zählmoduls

33

Hardware-Zählmodul

34

Zähleingang des Zählers

35

Zähler im Microcontroler

14

36

Eingangspin im Microcontroler

14

A Längsachse der Impulsdrahtsensoren
S1, S2, S3 Sensorsignale
C Magnetachse
D Abstand Impulsdrahtsensor-Magnetachse
E Abstandsvergrößerung Impulsdrahtsensor-Magnetachse

Claims

1. Verfahren zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, bei dem beim berührungslosen Vorbeibewegen eines an der Welle des Meßorganes befestigten Dauermagneten an feststehenden Impulsdrahtsensoren durch deren Ummagnetisierung Spannungsimpulse erzeugt werden, mit denen das vom Meßorgan bestimmte Volumen mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung erfaßt und von einem elektronischen Zählwerk angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit zwei gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5; 6) kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse (S1; S2) erzeugt werden, die von Vor- und Rückzählern (35; 23) gezählt und denen ein gemeinsamer, von einem zu den gleichgepolten Impulsdrahtsensoren gegengepolter Impulsdrahtsensor (17) erzeugten als Richtungsimpuls dienender Spannungsimpuls (S3) zugewiesen wird, der in ein Richtungsbit umgewandelt wird, mit dem die Zähler die Zählrichtung erkennen und der angezeigte Zählerstand für eine Redundanzprüfung herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweikanalige Impulsabgabe an die Impulsverarbeitungseinrichtung die gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5; 6) und der gegengepolte Impulsdrahtsensor (17) so verwendet werden, daß die Impulse (S1; S2) der Impulsdrahtsensoren (5; 6) jeweils in einem Standard-Vor/Rückzähler (35; 23) eines Mikrocontrolers (14) gezählt und mit dem Impuls (S3) des dritten Impulsdrahtsensors ein Richtungsbit gewonnen wird, mit dem die Vor- und Rückzähler die Zählrichtung erkennen, bevor die Impulse der beiden gleichsinnig gepolten Impulsdrahtsensoren weiterverarbeitet werden, wobei durch einen Zählervergleich zwischen den Zählern die Redundanz der Zähler geprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zähler Softwarezähler verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweikanalige Impulsabgabe an die Impulsverarbeitungseinrichtung die gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5; 6) und der gegengepolte Impulsdrahtsensor (17) so verwendet werden, daß der Spannungsimpuls (S1 oder S2) eines der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5 oder 6) jeweils mit einem Hardware-Zähler (26) gezählt, mit dem Impuls des gegengepolten Impulsdrahtsensors (17) und des anderen gleichgepolten Impulsdrahtsensors (6 oder 5) dem Hardware-Zähler (26) die Zählrichtung zugewiesen wird.

5. Verfahren zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, bei dem beim berührungslosen Vorbeibewegen eines an der Welle des Meßorganes befestigten Dauermagneten an feststehenden Impulsdrahtsensoren durch deren Ummagnetisierung Spannungsimpulse erzeugt werden, mit denen das vom Meßorgan bestimmte Volumen in einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung erfaßt und von einem elektronischen Zählwerk angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren (5; 6) kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse (S1; S2) für eine zweikanalige Impulsverarbeitung derart verarbeitet werden, daß die Zeiten T(n) für einen Umlauf des Magneten und die Zeitdifferenz ΔT(n) zwischen den erzeugten Spannungsimpulsen mit zwei steuer- und latchbaren Zählern ermittelt und anschließend durch Einzählen in mehreren hintereinandergeschalteten Softwarezählern mit einer vorgegebenen Zählfrequenz, die schneller ist als die Meßfrequenz, T(n) und ΔT(n) erneut festgestellt werden und daß durch Vergleich der Zählerstände eines Meßzählers (15) mit einem Vergleichszähler (16) nach der Bedingung ΔT(n) < T(n)/2 und ΔT(n) < T(n)/2 die Drehrichtung ermittelt wird, wobei die angezeigten Zählerstände der Softwarezähler (24) für eine Redundanzprüfung herangezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählfrequenz mindestens 100 mal höher ist als die zu erfassende Frequenz ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, mit einem Gehäuse, in dessen Meßraum ein oder mehrere Meßorgan(e) drehbar gelagert sind, deren Welle einen einzigen Magnet trägt, der quer zur Wellenachse in Achsrichtung beabstandet vom Meßorgan angeordnet ist, mit mehreren Impulsdrahtsensoren, die senkrecht zur Magnetachse im Wirkungsbereich des Magneten von einem Wandteil des Gehäuses ortsfest gehaltert sind, und mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung, der ein elektronisches Zählwerk mit Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren (5; 6) für eine zweikanalige Impulsverarbeitung und ein weiterer jedoch entgegengesetzt gepolter Impulsdrahtsensor (17) für die Richtungserkennung vorgesehen sind, deren Längsachsen (A) zueinander parallel angeordnet und die zu einem eng aneinander gelegten Bündel zusammengefaßt sind, und daß der Abstand (D) der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5; 6) von der Drehachse (Wellenachse) des Magneten gegenüber dem Abstand des gegengepolten Impulsdrahtsensors (17) von der Drehachse entweder größer oder kleiner ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgänge der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren (5; 6) jeweils über getrennte Verstärkungsanordnungen (10; 11) mit dem S-Eingang je eines ersten und zweiten getakteten statischen RS-Flip-Flop's (19; 20) und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors (17) jeweils mit dem R-Eingang beider RS-Flip-Flop's (19; 20) in Verbindung stehen, wobei ein D-Flip-Flop (21) mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's (19) und mit seinem CP-Eingang auf den S-Eingang des zweiten RS-Flip-Flop's (20) gelegt ist, und daß der Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's (19) auf einen Vor- und Rückzähler (23), der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's (21) auf einen Eingangspin (36) und der Q-Ausgang des zweiten RS-Flip-Flop's (20) auf einen weiteren Vor- und Rückzähler (35) eines Microcontrolers (14) für die Zählung, Anzeige und Redundanzprüfung geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Ausgang des Impulsdrahtsensors (5) mit dem S-Eingang eines RS-Flip-Flop's (20), der elektrische Ausgang des Impulsdrahtsensors (6) mit dem CP-Eingang eines D-Flip-Flop's (21) und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors (17) mit dem R-Eingang des Flip-Flop's (20) jeweils über getrennte Verstärkungsanordnungen (10; 11; 18) in Verbindung stehen, wobei das D-Flip-Flop (21) mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's (20) gelegt ist, und daß der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's (20) auf einen Eingang (32) mit einem Vor/Rück-Zähler (26) eines Hardwaremoduls (33) und der Q-Ausgang des Flip-Flop's (21) auf einen Vor- und Rückeingang (25) des Hardware-Zählermoduls (33) für die Zählung und Anzeige in Verbindung stehen.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, mit einem Gehäuse, in dessen Meßraum ein oder mehrere Meßorgan(e) drehbar gelagert sind, deren Welle einen einzigen Magnet trägt, der quer zur Wellenachse in Achsrichtung beabstandet vom Meßorgan angeordnet ist, mit mehreren Impulsdrahtsensoren, die senkrecht zur Magnetachse im Wirkungsbereich des Dauermagneten von einem Wandteil des Gehäuses ortsfest gehalten ist und mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung, der ein elektronisches Zählwerk und eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren (5; 6) für eine zweikanalige Impulsabgabe vorgesehen sind, deren Längsachsen zueinander parallel und nahe nebeneinander angeordnet einen etwa gleichen Abstand (D) zur Drehachse (Wellenachse) des Magneten (4) aufweisen, und daß die elektrischen Ausgänge der beiden Impulsdrahtsensoren (5; 6) über Verstärkungsanordnungen (10; 11) mit interuptbaren Anschlüssen (12; 13) eines Microcontrolers (14) in Verbindung stehen, der mindestens aus zwei steuer- und latchbaren Zählern (15; 16) besteht, denen jeweils getrennte nachgeschaltete Softwarezähler (24) und eine gemeinsame Zählclock (32) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdrahtsensoren (5; 6; 17) in einer druckdichten Hülse (7) angeordnet sind, die ihrerseits axial lageabhängig zum Magneten (4) justierbar von einer Tauchhülse (8) aufgenommen am Gehäusedeckel (9) des Zählers befestigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdrahtsensoren (5; 6; 17) in einem elektrisch nicht leitendem Kunststoff eingebettet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) ein Stabmagnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschirmelement (31) vorgesehen ist, das parallel zum Magneten (4) auf dem Magnetträger (29) im Wirkungsbereich des Magnetfeldes angeordnet ist und bis in Höhe der Tauchhülse (8) reicht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (31) aus magnetisierbarem Material besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) und die Tauchhülse (8) aus unmagnetisierbaren Material besteht.