DE2204926B2

DE2204926B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung des Ersatzes eines ersten Strömungsmittels durch ein zweites

Info

Publication number: DE2204926B2
Application number: DE2204926A
Authority: DE
Inventors: Joram Alresford Hampshire Agar
Original assignee: Joram Agar & Co., Ltd., Alresford, Hampshire
Current assignee: Sarasota Automation Ltd
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1972-02-02
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US3813924A; GB1337192A; DE2204926A1; DE2204926C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung Un₁J eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Wenn in einer Leitungsführung nacheinander unterschiedliche Strömungsmittel fließen, ist es häufig erforderlich, genau jenen Zeitpunkt zu erfassen, in dem die Grenzschicht zwischen den beiden unterschiedlichen Strömungsmitteln an einer Beobachtungsstation vorbeistreicht, um gegebenenfalls erforderliche Schaltungsmaßnahmen rechtzeitig und genau vornehmen zu können. Ein solches Problem ergibt sich beispielsweise bei Brennstoffzuleitungen für Triebwerke, wenn unterschiedliche Brennstoffe dem Triebwerk abwechselnd zugeführt werden.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Gattung ist aus der NL-PS 68 11 659 bekannt Hierbei wird zum Feststellen der Zusammensetzung eines an einer Beobachtungsstation vorbeiströmenden Mittels eine vorbestimmte physikalische Charkaterisiik, z.B. der Druck gemessen, und es werden Differenzwerte abgenommen, die den Änderungen der Messung in einem bestimmten Intervall entsprechen.

Dieses bekannte System kann jedoch dann zu einer Fehlanzeige und Fehlauslösung führen, wenn die durch die unterschiedlichen Medien bedingten unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften sich hinsichtlich ihres Meßwertes relativ wenig voneinander unterscheiden und andere Umgebungseinflüsse, beispielsweise die Umgebungstemperatur, Änderungen dieser physikali-

sehen Werte zur Folge haben können, die größenordnungsmäßig im gleichen Bereich liegen wie die durch Änderung des Strömungsmittels bedingten Änderungen, Das bekannte Gerät kann dann nämlich nicht unterscheiden, ob die Änderung der betreffenden physikalischen Meßgröße von Umgebungseinflüssen herrührt oder von einer Änderung des durchströmenden Mediums, so daß ein Signal zur Anzeige oder Steuerung geliefert wird, welches einen angeblichen Änderungszustand der Zusammensetzung des Strö rnungsmittels angibt, obgleich dieses Strömungsmittel in seiner Zusammensetzung unverändert ist und lediglich beispielsweise einer Erwärmung oder Abkühlung unterworfen wurde. Umgekehrt kann die bekannte Vorrichtung dann verabsäumen, ein entsprechendes Anzeige- oder Steuersignal zu ,liefern, wenn bei sich ändernden Flüssigkeitszusammensetzungen die dadurch bewirkte Änderung des Wertes der zu messenden physikalischen Größe durch eine durch Umgebungseinflüsse verursachte Änderung kompensiert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch bereits geringfügige Änderungen der Beschaffenheit des Strömungsmittel? schnell und sicher festzustellen, und diese Änderungen von jenen Änderungen sicher zu unterscheiden, die nur durch Umgebungsbedingungen,

z. B. Temperaturänderungen, hervorgerufen werden.

Gelöst wird die- gestellte Aufgabe verfahrensmäßig durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gelöst

Je nach den zu erwartenden Änderungen der physikalischen Größe bei Änderung des Strömungsmittels bzw. der Umgebungsbedingungen kann immer mit Sicherheit gewährleistet werden, daß die Umgebungsbedingungen durch entsprechende Einstellung des zeitlichen Abstands der Messungen ausgeschaltet werden, wobei jedoch schnelle Änderungen der physikalischen Größe infolge der anderen nachströmen-

♦5 den Flüssigkeit zuverlässig und mit der erforderlichen Schnelligkeit erfaßt werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer derartigen Vorrichtung,

F i g. 2 eine grafische Darstellung, welche die Signale wiedergibt, welche in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verarbeitet werden,

F ι g. 3 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt eine Rohrleitung 10, die an einer Anzapfstelle 11 mit einer Abzweigleitung 12 in Verbindung steht Die Strömung durch diese Anzapf stelle 11 wird durch ein Ventil 13 gesteuert Zwei aufeinanderfolgende Volumen unterschiedlicher Flüssigkeiten 14, 15 mit einer Trennfläche 16 strömen gemäß F i g. 1 durch die Rohrleitung 10 von links nach rechts, wobei die Grenzfläche 16 sich einer Dichtemeß stelle 17 nähert. In F i g. 1 wird die Grenzfläche als eben und senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufend dargestellt, obgleich natürlich in der Praxis eine solche ebene Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten im

allgemeinen nicht auftritt. Die Flüssigkeiten 14 und 15 können z, B, mittelwertige und hochwertige Benzine sein, deren Pichte sich gleichmäßig mit der Temperatur ändert, Das leichtere Benzin wird jedoch bei der gleichen Temperatur immer leichter sein als das andere, s

Ein Dichtemesser 20, z, B, ein solcher, wie er in der britischen Patentschrift 1175586 beschrieben ist, erzeugt Signale 21 (Fig.2), die die Dichte der Flüssigkeit in dem Augenblick anteigen, in dem diese durch den Bereich 17 bradurcbströmt, Dieser Bereich 17 liegt stromaufwärts von der Abzugsstelle 11, Wie aus der genannten britischen Patentschrift 1175 586 hervorgeht, hängt die Ausgangsfrequenz des Dichtemessers von der Dichte ab .'«id die Frequenz steigt mit abfallender Dichte an und umgekehrt

Die vom Meßgerät 20 ausgehenden Signale 21 gelangen in regelmäßigen Abständen in einen Digitalspeicher ^3, wobei diese Abstände kurz genug sind, um zu gewährleisten, daß Dichteänderungen infolge Temperaturänderungen in der Praxis während der Länge dieses Intervalls nicht auftreten körcien. Demgemäß werden die Signale 21 dem Speicher in Interv«Ulen von z. B. einer Minute für die Zeitdauer von 20 Millisekunden zugeführt Intervalle von einer Minute sind mehr als kurz genug für aufeinanderfolgende Signale, um keine Temperaturkompensation zu benötigen, da kein merklicher Temperaturunterschied in einer so kurzen Zeit in den Flüssigkeiten 14 und 15 auftreten kann. Tatsächlich tritt in der Praxis auch in beträchtlich längeren Zeitabschnitten, z. B. in einer Viertelstunde oder einer Stunde keine beträchtliche Temperaturänderung ein. Das Meßgerät 20 ist ferner außer während der 20 Millisekunden-Perioden an ein Register 22 angeschaltet Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Intervalle von einer Minute und Perioden von 20 Millisekunden angenommen.

Das Register 22, das auf diese Weise Signale registriert,, die die augenblickliche Dichte der den Bereich durchströmenden Flüssigkeit anzeigen, und der Speicher 23, der die Dichte der Flüssigkeit registriert, die eine Minute vorher den Bereich 17 durchströmt hat, sind an einen Differenzbildner 24 angeschlossen, der einen oder mehrere Binärkreise benutzt und bei dem diese Signale voneinander abgezogen werden. Das resultierende Signal wird einer Steuerstufe 25 zugeleitet, die dann, wenn das Signal ein Bezugssignal überschreitet, mit dem es verglichen wird, dieses Signal nach einer Ausgangsstufe 26 gelangen läßt Diese erzeugt einen Ausgang, der automatisch das Ventil 13 schließt und zwar zu einem Zeitpunkt, zu dem die gesamte Flüssigkeit 15 durch die Flüssigkeitsabzugszone 11 abgeströmt ist Stattdessen und/oder zusätzlich kann der Ausgang der Stufe 26 benutzt werden, um eine Alarmeinrichtung in Tätigkeit zu setzen.

Der Ausgang des Differenzbildners 24 kann die Form einer Impulskette oder die Form einer Spannung oder eines Stromes haben, die proportional der gemessenen Differenz sind.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung kann zur Messung sehr kleiner Dichteänderungen benutzt werden, die etwa in der Größenordnung von 10 g/l oder weniger liegen, wobei dennoch eine sehr hohe Genauigkeit aufrechterhalten wird, z. B. eine Genauigkeit von 0,1 % bis zu 10 g/l.

In Fig.3, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, ist die fahrleitung wiederum mit dem Bezugszeichen 10, die Abzweigleitung mit dem Bezugszeichen 11 und das Steuerventil mit dem Bezugszeichen 13 versehen. Dieses Ventil wird durch eine 3pu!e 13' elektromagnetisch gesteuert. Als Dichtemesser findet wiederum ein Meßgerät Verwendung, wie dieses in der britischen Patentschrift 1175586" beschrieben ist Dieses Gerät weist einen dünnen Zylinder 20' auf, der durch ejn elektromagnetisches Feld in in Umfangsrichtung verlaufende Resonanzschwingungen versetzt wird, die eine induzierte Ausgangsspannung in einer Abnahmespule 20" bei einer Frequenz /"erzeugen, die ein Maß für die Dichte darstellt Es ist demgemäß der Ausgang dieser Spule, der die Dichte darstellt Praktische Werte der Frequenz /sind je nach Dichte Bereiche zwischen etwa 5 kHz bis 2j5 kHz, wobei die Frequenz mit ansteigender Dichte abfällt

Die Ausgangsfrequenz /des Dichtemessers wird nach Verstärkung dem Eingang eines Phasenkomparator P zugeführt, der an sich bekannt ist und durch den strichlierten Block gekennzeichnet ist' Der zweite Eingang wird über einen Pufferverstärker BA von eimern Oszillator O geliefert, der durch einen strichlierten Block gekennzeichnet ist, und /an Ausgang des Pufferverstärkers BA ergibt sich eine Schwingung im wesentlichen konstanter Amplitude mit der Frequenz f, die mit fester Phase dem Ausgang des Dichtemessers zugeführt wird. Diese Schwingung wird einem Binärfrequenzte'ter Fzugeführt, der ein Gesamtteilungsverhältnis von 2^s besitzt und eine Ausgangsfrequenz von f/2⁹ an der Leitung F9 liefert Zwei weitere Ausgänge mit den Frequenzen ff2^s und /72* werden von Zwischenpunkten des Teilers F abgenommen und erscheinen an den mit F8 bzw. F6 bezeichneten Punkten. Der Ausgang bei F9 wird durch ein Gatter Gi einem 9-bit-Zähler C9 zugeführt, wenn das Gatter offen ist Das Gatter G1 wird durch einen Rechteckwellenkristalloszillator XO gesteuert, der als Zeitgeberoszillator arbeitet und eine Frequenz besitzt, die gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 MHz beträgt In bekannter Weise wird das Gatter G1 bei abwechselnden Halbwellen des Ausgangs geöffnet und während der anderen Halbwellen geschlossen. Die Rückstellung des Zählers C9 erfolgt durch ein Gatter G 2, das einen Eingang bei der Frequenz flT? von der Leitung F9 empfängt und die Zählstufe wird durch das Signal der Frequenz //2⁸ von der Leitung P getastet Die Rückstellimpulse für die Zählstufe C9 werden vom Gatter GT. zugeführt wenn dieses offen ist, und zwar in direkter Weise und über einen Inverter /JV und es wird eine Rückstellung gemäß herkömmlicher Verfahren bewirkt.

Die Information in der Zählstufe C9 wird kontinuierlich einem Eingang einer Subtraktionsstufe S bekannter Konstruktion geliefert und dem zweiten Eingang dieser Stufe wird aus einem 9-bit-Binärspeicher 1 BS9 ein Eingangssignal geliefert, Die Information in der Zählsf'fc C9 wird außerdem dem Speicher IBS9 geliefert, wenn eine Informationsübertragungssteuerstufe /Tl bekannte: Konstruktion ein Übertragungskommando erhält, so daß es offen ist Das Verfahren der Steuerung dieser Übertragungssteuerstufe ITi wird im folgenden beschrieben.

Eine Ausgangsgroße der Frequenz //2⁹, die von der Leitung F9 abgenommen wird, wird einer ersten Flip-Flop-Stufe FFl zugeführt, die ein weiteres Gatter GZ speist, und außerdem wird der Ausgang einem zweiten Flip-Flop FF2 zugeführt. Diese Flip-Flop-Stufen werden veranlaßt, beim Eintreffen eines Zeitimpulseingangs der Frequenz /72⁶ ihren Zustand zu ändern. Dieser Zeitgeberimpuls wird über die Leitung F6 zugeführt Der Ausgang des Gatters G 3 wird als

Steuereingang der Übertragungssteuerstufe ITi zugeführt und außerdem benutzt, um einen Zeitgeber TU zurückzustellen. Dieser Zeitgeber, der z. B. monostabil ausgebildet sein kann oder als eine Kippschaltung, erzeugt ein Zeitgebersignal mit regelmäßigen Intervallen, z. B. Intervallen von 1 Minute. Der Zeitgeber kann manuell in bekannter Weise derart einstellbar sein, daß er Zeitgebersignale in irgendwelchen von mehreren wählbaren Intervallen erzeugt. Der Ausgang des Zeitgebers wird als ein Eingang einem ODER-Gatter GR zugeführt, dessen Ausgang als Steuereingang benutzt wird, um das Gatter G 3 zu öffnen, so daß, wenn ein Ausgang vom ODER-Gatter vorhanden ist, das Gatter G 3 geöffnet wird. Ein solcher Ausgang wird vom ODER-Gatter vorhanden sein, wenn ein Eingang von der Zeitgeberstufe TU geliefert wird oder wenn an seiner zweiten Eingangsklemme ein Signal auftritt, das als »Sättigungs«-Eingang bezeichnet werden kann.

Die Ausgangsinformation, von der Subtraktionsstufe .5 wird einem zweiten 9-bii-Speicher 2 SS 9 über eine zweite Informationsübertragungssteuerstufe /7"2 zugeführt, wenn diese im offenen Zustand befindlich ist. Der Zustand dieser Steuerstufe wird durch den Ausgang von einem zweiten Flip-Flop FFl gesteuert.

Der vorerwähnte Sättigungseingang des ODER-Gatters wird durch eine bekannte Komparatorstufe PS geliefert, die Eingänge von geeigneten Punkten der Subtraktionsstufe S und vom Speicher 2S59 empfängt und in an sich bekannter Weise so ausgebildet und angeordnet ist, daß ein Sättigungseingangsimpuls dem zweiten Eingang des ODER-Gatters zugeführt wird, wenn die Ziffer mit dem höchsten Stellenwert im Differenzausgang der Subtraktionsstufe 5 von der Ziffer mit dem höchsten Stellenwert in der Information im Speicher 2SS9 unterschieden ist.

Die Information im Speicher 2S59 kann benutzt werden, um ein Anzeigegerät zu betätigen und/oder um ein Ventil oder mehrere Ventile zu betätigen, wenn jene Information einen vorbestimmten Wert oder eine vorbestimmte Zählung überschreitet. Wie dargestellt.

wird die Information im Speicher einem Digitalanalogwandler DA bekannter Form zugeführt, der an seinem Ausgang einen festen Pegelkomparator umfaßt. Wenn das Analogsignal, das von der Umwandlung des Digitaleinganges am Wandler herrührt, den vorbestimmten festen Pegel (dieser kann auch einstellbar sein) überschreitet, dann liefert der Wandler DA ein Ausgangssignal, welches einen Alarm auslöst oder eine Anzeigevorrichtung A betätigt und ein Ventil 13 erregt,

ίο das den Flüssigkeitseintritt nach dem Zweigrohr Il steuert.

Die Zählstufe C9 zählt während der ersten Hälfte jeder Periode der Frequenz fl2*. Z^- Zeit fi am Ende des ersten Viertels der nächsten ii;;iL>periode wird die

r. Zählung in der Zählstufe C9 dem Speicher 1B59 übertragen, wenn das Gatter G 3 geöffnet ist (d. h. wenn die bedeutsamsten Zeichen mit dem höchsten Stellenwert in der Subtraktionsdifferenz bei 5und im Speicher 2059 unterschiedlich sind oder wenn ein Signal vom Zeitgeber Tu vorhanden lsi)· Zur /'eil 12 aiii Ειιιίέ utr» nächsten Viertels der nächsten Halbperiode wird die Differenzzählung in der Subtraktionsstufe dem Speicher 2Ö59 übertragen. Während der nächsten Halbperiode wird der Zähler Γ9 zurückgestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist praktisch immun gegenüber Änderungen der Flüssigkeitsdichte infolge Temperaturschwankungen oder anderer Änderungen außer beim Auftreten einer anderen Flüssigkeit. Das GerS'. spricht nicht auf Änderungen der Flüssig-

jo keitsdichte an, die durch Temperaturänderungen veranlaßt sind, weil selche Änderungen nur sehr langsam auftreten. Das Gerät ist ebenfallt praktisch immun gegenüber kurzzeitigen rapiden Änderungen (Störeffekte) in der Strömungsmitteldichte, die durch Luftbla-

j5 sen verursacht werden können, weil solche Störeffekte nur Übergangserscheinungen sind und so schnell verlaufen, daß keine Änderungen der Frequenz f festzustellen sind, die den Frequenzteiler f zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

l_t Verfahren zur Feststellung des Ersatzes eines ersten Strömungsmittels durch ein zweites, welches an einer Beobachtungsstation in einer Leitung vorbeiströmt, durch Messung vorbestimmter physikalischer Eigenschaften — vorzugsweise durch Messung der Dichte — des an der Beobachtungsstation vorbeiströmenden Mittels in einem Intervall und Feststellung des Auftretens euies Differenzwertes, wenn ein Strömungsmittel an der Beobachtungsstation durch ein anderes ersetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwerte in regelmäßig aufeinander — folgenden Zeitinterval-ίεη, die so kurz sind, daß gewährleistet ist, daß Änderungen der physikalischen Eigenschaften während eines solchen Zeitintervalls infolge von Änderungen der Umgebungsbedingungen vernachlässigbar klein sind, nach Oberschreiten einer vorbestinigten Größe ermittelt werden.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend ein Meßgerät zum Messen einer vorbestimmten Eigenschaft — vorzugsweise der Dichte — an der Beobachtungsstation des vorbeiströmenden Mittels und zum Festetellen des Auftretens eines Differenzwertes, wenn ein Strömungsmittel an der Becbachtungsstation durch ein anderweitiges ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät Mittel (22, 23,24, C 9, 1559) enthält, die imstande sind, in regelmäßig aufeinanderfolgenden kurzen Zeitintervallen Differenzwerte abzuleiten die Änderungen in den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen repräsentieren, und daß Mittel (25,2Sf, 2BS % DA) vorgesehen sind, die auf einen Differenzwert, der eine bestimmte Größe Oberschreitet, ansprechen.