DE2230974A1

DE2230974A1 - Einrichtung zum Überprüfen der Arbeit von Strömungsmessern

Info

Publication number: DE2230974A1
Application number: DE19722230974
Authority: DE
Inventors: Harry Statesboro Ga. Sugden jun. (V.St.A.)
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1972-12-28
Also published as: US3783248A

Description

E 489

Dr.-lng. HA \^ HUoCK
DJpWnS-Hr-N:- AGUl

DEHUi-". C3 Auguste-Viktoria-Str»B«

Emerson Electric Co., StoJQouis / Missouri (V.St .ν.Α.)

Einrichtung zum Überprüfen der Arbeit von Strömungsmessern

Die Erfindung betrifft allgemein Einrichtungen zum Überprüfen der Arbeit von Strömungsmessern und im besonderen derartige Einrichtungen, die zusammen mit Turbinenströmungsmessern zum Messen der der Strömung von Gasen oder flüssigkeiten in Strömungsrohren verwendet werden,

Turbinenströmungsmesser weisen allgemein auf ein Strömungsrohr, eine Rotoranordnung mit einem Sotor, der sich mit einer Drehzahl dreht, die allgemein proportional der Geschwindigkeit der durch das Strömungsrohr strömenden Gase oder Flüssigkeiten ist, sowie eine TJmwandlungsanordnung, die in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors elektrische Impulse erzeugt.

Turbinenströmungsmesser werden auf vielen Gebieten weitgehend verwendet wegen ihrer Genauigkeit und der Anpassungsfähigkeit an sehr verschiedene Strömungsbedingungen, und weil der Ausgang leicht summiert werden kann, so dass eine Information über das gesamte Strömungsvolumen erhalten werden kann, welcher Ausgang ohne Schwierigkeiten von einem frequenzjGleichstrom-Anzeigeinstrument so umgewandelt werden kann, dass das Ausmaß der Strömung angezeigt wird. Als typische Verwendungsbiete für solche

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Einrichtungen werden ein hohes Volumen aufnehmende Rohrleitungen und industrielle Verfahren zum Verarbeiten vorherbestimmter Mengen.

Die zurzeit bekannten lurbinenströmungsmesser werden unter Anwendung eines τοη mehreren zur Verfügung stehenden Verfahren periodisch auf Genauigkeit der Anzeige und der Beproduzierbarkeit überprüft. Häufig werden zusammen mit einem einzelnen Zähler zwei Umwandlungsabtaster verwendet, die dann durch einen Vergleich überprüft werden. Der Zähler kann ebenfalls dadurch überprüft werden, dass ein. weiterer Zähler vorgesehen wird, während die Draht leitungen dadurch überprüft werden können, dass ein weiterer Satz Drahtleitungen vorgesehen wird U3w. Die kritische Aufrechterhaltung einer genauen Messung in vielen Anwendungsgebieten, in denen Turbinenmesser benutzt werden, rechtfertigt die zusätzlichen Kosten einer doppelten Ausstattung.

Die zurzeit bekannten lurbinenströmungsmeeser weisen noch den .Machteil auf, dass deren Arbeit von elektrischen Umwandlern abhängt, so dass sie bei einem Ausfall der Stromquelle versagen. Diese Abhängigkeit hat dazu geführt, dass die zu messende Strömung bei einem Ausfall der Stromquelle unterbrochen werden musste, oder es musste eine ungemessene Strömung zugelassen werden.

Die Erfindung sieht eine Einrichtung zum Überprüfen der Arbeit eines Turbinenströstungsmessers vor, der aufweist ein Strömungsrohr, eine Eotoranordnung mit einem Eotor, der im Strömungsrohr drehbar gelagert ist, ein Umwandlungsmittel, das in Abhängigkeit von der Drehung des Eotors elektrische Impulse erzeugt, und eine Stromquelle für die Umwandlungsmittel, welche Einrichtung ferner aufweist eine Grleichheitprüfeinrichtung, die unabhängig von den Umwandlungsmitteln in Abhängigkeit von der Drehung des Eotors ein Vergleichsausgangssignal erzeugt, welche Gleichheitsprüf einrichtung mit einem zweiten Umwandlungsmittel versehen ist, das in Abhängigkeit von der Drehung des Eotors elektrische Impulse erzeugt, sowie mit einer Summierungseinrichtung, die eine Zahl anzeigt, die aus der Gesamtanzahl der Impulse innerhalb einer längeren Zeitperiode abgeleitet wird,

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und mit einer Stromquelle für das zweite Umwandlungsmittel für eine kontinuierliche Stromversorgung, die unabhängig von der ersten Stromquelle mindestens dann arbeitet, wenn die Spannung der ersten Stromquelle unter einen vorherbestimmten Wert absinkt.

Die Erfindung sieht eine Einrichtung für einen Turbinenströmungsmesser oder dergleichen vor, die eine Überprüfung der Arbeit des Strömungsmessers ermöglicht, ohne dass eine doppelte Ausstattung vorgesehen zu werden braucht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in bestehende Strömungsmesser bei nur geringerer Abänderung eingebaut werden, und führt eine Summierung der Gesamtströmung aus unabhängig von der primären Strömungsermittlungsschaltung sowie, wenn benötigt, auch unabhängig von der Stromversorgung der primären Strömungsermittlungsschaltung.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben! in den beiliegenden Zeichnungen ist die

I"ig„1 eine etwas schematische Darstellung eines Turbinenströmungsmessers mit der Gleiehheitsüberprüfung nach der Erfindung,

Fig.2 eine schaubildliche Darstellung eines den Eotor umgebenden Ringes, der bei der Einrichtung n§ch der Fig.1 verwendet wird, und die

Fig.3 eine Darstellung der Schaltung, die für das zweite Umwandlungsmittel bei der Einrichtung nach den Figuren 1 und 2 verwendet wird.

Die 3?ig.1 zeigt einen als Ganzes mit 1 bezeichneten lurbinenströmungsmesser mit der Vergleichsprüfeinrichtung nach der Erfindung. Der Strömungsmesser weist einen Rotor 2 auf, der am Umfang einen Ring 3 trägt. Der Rotor 2 ist drehbar gelagert mittels einer Abstützung 4, eines stromaufseitigen lagerkegeis 5 und eines stromabseitigen Lagerkegeis 6. Die Rotorschaufein 7 sind so bemessen und angeordnet, dass der Rotor 2 bei dem Durchfluss eines vorherbestimmten Volumens einer Flüssigkeit

durch das Messgerät 1 eine Umdrehung ausführt. Diese Konstruktion

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ist an sich bekannt. Der ümhüllungsring 3 ist herkömmlieherweise mit einer Anzahl von Löchern 31 versehen, die einen magnetischen nebenschluss für einen Umwandlungsfühlkopf 8 bilden, der an der Wandung des Strömungsrohres 9 des Messgerätes 1 angebracht ist. Der magnetische Sensor 8 erzeugt einen Impuls zug in einer Pühlschaltung 10, wenn die Löcher 31 sich am Sensor 8 vorbeibewegen· Die Schaltung 10 wird aus einer Stromquelle 12 mit Gleichstrom versorgt, der eine vorherbestimmte Spannung von z.B. 12 Volt aufweisen kann. Die Schaltung 10 umfasst ferner Anzeigeinstrumente 13» wie Summierungszähler und !Frequenz in Gleichstrom umwandelnde Mittel (Strömungsmengenanzeiger). Auch diese Anordnung ist an sich bekannt.

Der Ümhüllungsring 3 ist mit einer Zunge 20 versehen, die an der Stromabseite vorsteht. An der anderen Seite des Hinges ist diagonao entgegengesetzt zur Zunge 20 ein Gegengewicht angebracht, um den Rotor 2 auszuwuchten. An der Wandung des Strömungsrohres 9 ist stromab vom Sensor 8 ein zweiter Sensor 22 angebracht, der einer zweiten Umwandlungsschaltung 23 einen Impuls zuführt, wenn die Zunge 20 am Sensor 22 vorbeiwandert. Der Sensor 22 bildet zusammen mit der Schaltung 23 einen Teil eines zweiten Wandlers 24» der am Strömungsrohr 9 angebracht ist. Die Schaltung 23 enthält ferner einen Aufladeschalter 25, eine Batterie 26 sowie einen Verstärker 27 und einen Summierungszähler 28. Diese Schaltung ist in der lig.3 ausführlich dargestellt.

Wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, weist der Sensor 22 einen Magnetkopf 100 auf, der an der Außenseite des Strömungsrohres auf geeignete Weise angebracht wird, sowie einen Filterkondensator C₁ und eine Niederspannungsquelle 104 mit zwei Widerständen E₁ und E₂, die mit einer Spannungsquelle V₀₀ (5 V Gleichspannung) bezw. mit der Erdung verbunden sind.

Nach der fig.3 kann der Aufladeschalter 25 einfach aus einem herkömmlichen Spannungsregler mit einem Transistor Q₁, einem Widerstand R, und einer Zenerdiode D₁ bestehen, die am !Transistor Q₁ die geeignete Vorspannungs aufrechterhält, und mit einer Diode Dg. Der Spannungsregler 25 erzeugt eine Spannung, die gleich der Spannung der Batterie 26 oder etwas höher

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ist. Die Batterie bleibt daher aufgeladen, solange sie über den Schalter 25 mit Strom versorgt wird. Die Batterie 26 ist zum Schalter 25 parallelgeschaltet bei vier von fünf Einstellungen eines mechanisch verkoppelten Doppelfunktionsschalters 106. Der iunktionsschalter 106 weist auf einen Einstellungsanzeiger 108, einen ersten Kontaktring 110 und einen zweiten Kontaktring 112. Die fünf Einstellungen des Schalters sind bezeichnet mit »Ablesung". "Zählung»,"Prüfung¹¹ und »Batterie aus"

Der erste Kontaktring 110 übt zwei Funktionen aus, und zwar wird eine Verbindung mit der Batterie 26 hergestellt bei allen Einstellungen des Schalters 106 mit Ausnahme der Einstellung des Aufladeschalters 25 auf die Einstellung "Batterie Aus", und ferner wird eine Verbindung zwischen einer Leitung Vq„-(geregelte Gleichspannung 5 Volt) und dem Aufladeschalter 25 hergestellt bei der Einstellung des Schalters 106 auf "Ablesung", "Zählung" und "Prüfung".

Der zweite Kontaktring 112 führt einem Leiterpaar "SI" und "AT" wahlweise eine kleine Vorspannung zu und stellt eine Verbindung der Leiter SI, AT und RO mit der Erdung her. Bei der Einstellung "Ablesung" wird der Leiter SI über den Konijaktring 112 mit der Erdung verbunden. Bei den Einstellungen "Zählung" und "EIN" erfolgt keine Erdung der Leiter, während bei der Einstellung "Prüfung" beide Leitungen SI und AT geerdet werden, während bei der Einstellung "Batteria AUS" nur die Leitung RO geerdet wird. Zwei Widerstände R. und R,- sowie eine Diode D, erzeugen die gewünschte Spannung und die Schaltcharakteristiken für die Leitungen SI und AT. Zwei widerstände Rg und R„ sowie die Zenerdioden D₅ und D. versorgen die Leitungen Vqq und V₀Q₁ mit den gewünschten geregelten Spannungen. Die Schaltung zwischen dem Eingang des Schalters 25 und dem Ausgang der Ausgangsleitungen V_cc, V_CC1, SI, AT und RO stellt die Stromversorgung des zweiten Wandlers 24 dar.

her Summierungszähler 28 besteht aus einem elektro-optischan Zairilenanzeigeins brument mit einer Reihe von Registern 116, die den Ausgang des Verstärkers 27 und des Registers 114 in Dezimalform speichern, sowie aus einer Reihe elektronischer

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116 Anzeigeelemente 118, die die in den Registern gespeicherten Zahlenwerte anzeigen. Der Summierungszähler 28 weist ferner eine BezugsSpannungsschaltung 120 auf, die mit den Registern 116 verbunden ist. DI.se Schaltung 120 enthält einen Transistor Q₂» dessen Basiselektrode mit der Leitung RO verbunden ist, während die Emitterelektrode geerdet ist. Die Kollektorelektrode des Transistors steht mit der Batterie der Register 116 in Verbindung. Die Basiselektrode des Transistors Q« steht ferner über einen Widerstand R₈ mit der Leitung V_cc und über einen Kondensator Cp mit der Erdung in Verbindung. Die Kollektorelektrode des Transistors Q₀ steht ferner über einen Widerstand Rq mit der Leitung Y_QQ und über einen Kondensator C, mit der Erdung in Verbindung.

Die Leitungen AT, SI und V_CC1 sind mit den Anzeigeelementen 118 verbunden, wobei die folgenden Funktionen ausgeübt werden. Bei der Einstellung "Ablesung" des Schalters 106 (AT erhält Strom, SI geerdet) zeigen die Anzeigeelemente 118 die gespeicherte Zahl zu der Zeit an, in der der Schalter auf "Ablesung" eingestellt wird. Bei der Einstellung "Zählung" (beide Leiter SI und AT erhalten Strom) zeigen die Anzeigeelemente den Zahlenwert an, der in den Registern 116 enthalten ist. Bei der Einstellung "Prüfung" (beide Leiter SI und AT geerdet) zeigen die Anzeigeelemente alle Zahlenwerte zugleich an, wodurch das ordnungsgemäße Arbeiten der Anzeigeelemente bestätigt wird. Bei der Einstellung ¹¹EIiI", die die JSormaleinstellung des Schalters ist, erhalten die Leiter AT und SI eine Spannung; jedoch ist die Leitung Vq₁ abgeschaltet. Die Anzeigeelemente sind daher stromlos; jedoch fahren die Register 116 fort, die Impulse zusammenzuzählen, die aus dem Fühlelement 22, dem Verstärker 27 und dem Register 114 empfangen werden. Hieraus ist zu ersehen, dass bei allen genannten Einstellungen des Funktionsschalters 106 die Register 116 nach wie vor die Impulse zusammenzählen, die empfangen werden ungeachtet der anzeige der Anzeigeeinrichtung 118. Sollte die Hauptstromversorgung ausfallen, während der Funktionsschalter 106 in eine der genannten Einstellungen gedreht worden ist, so setzt die Batterie 26 die regulierte Sbromversorgung des Wandlers 24 fort. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Normaleinsteilung "EIN" der

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Leistungsbedarf gering ist, so dass die erfindungsgemäße Einrichtung nur mit Batteriestromversorgung längere Zeit arbeiten kann. Dieser geringe Leistungsbedarf ist nicht nur die folge der kleinen Anzahl massiver Schaltungselemente, die von der Batterie betrieben werden, sondern auch eine Polge der niedrigen Frequenz des vom Sensor 22 aufgenommenen Signals und des geringen leistungebedarfs des Sensors und der Zählschaltung im Ruhezustand.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung können verschiedene Überprüfungen der Arbeit des Strömungsmesserβ durchgeführt werden· Bei der einfachsten Überprüfung, die einzige, die im allgemeinen benötigt wird, wird lediglich die Gleichheitsprüfschaltung 24 in der Einstellung "Elfi" belassen, und eswird periodisch die Gesamtsumme überprüft (durch Umschalten auf die Einstellung "Zählung¹* oder "Ablesung¹¹) und mit der von den primären Anzeigeinstrumenten 13 angezeigten Gesamt summe verglichen. Kir Sachkundige sind ferner noch andere Prüfverfahren naheliegend. Beispielsweise kann die in der amerikanischen Patentschrift Bo. 3 171 952 (Brown) offenbarte Einrichtung, die bei einem Strömungsmesser anderer Ausführung benutzt wird, für die Verwendung bei einem !Eurbinenströmungsmesser unter Anwendung der öleichheitsprüfung nach der Erfindung eingerichtet werden.

Nachstehend werden als Beispiel die Werte einiger Schaltungselemente angegeben*

Batterie 6 Volt
Q₁ MJE3O55

Q₂ 2*3415

4,5 Kiloohm

1 Kiloohm

39 Ohm

10 EÜoohrn

10 Kiloohm

Eg 6,5 Ohm

1 Ohm

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ΊΟ

C.

'3

Dr

Register Register

Anzeigeelemente

114 116

118

10 Kiloohm

360 Ohm (bemessen für die Ausfächerung der Register)

10 Kiloohm (bemessen für die höchste

Frequenz)

0,33 Mikrofarad 0,33 Mikrofarad 0,33 Mikrofarad 1 Mikrofarad (bemessen für die

höchste frequenz)

4 Mikrofarad 1JÜ5343

10B4

IS-2

1AI5337
1N5337
SH74121JÜ
SN7490H

(zusätzlich vorgesehen für die gewünschte Ausfächerung)

5916L und S-90 (gleich der Anzahl der

Register 116)

Unter Anwendung von an sich bekannter Verfahren wird die Verbindung mit dem Verstärker so hergestellt, dass ein 50/50 Gleichstrom erzeugt wird. Die Schaltungsverbindungen zu den Registern 114 und 116 sowie zu den Anzeigegeräten sind die herkömmlichen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung der primäre Wandler und die dazugehörige Ausstattung über prüft werden, während andererseits die Arbeit der Messeinrichtung selbst bei einem Ausfall der Hauptstromversorgung fortgesetzt wird. Pur den Einbau der erfindungsgemäßen Einrichtung sind bei bereits vorhandenen Strömungsmessern nur geringfügige Ä'nerungen vorzunehmen, wobei die vorhandenen Wandler und Übertrager nicht beeinflusst werden. Da die Auflösung der Gleichheitsüberprüfung um Größenordnungen kleiner sein kann als die für den primären Wandler erforderliche Auflösung, so kann die Einrichtung für die Gleichheitsüberprüfung weit einfacher aufgebaut

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werden als der primäre Wandler und Übertrager. An der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änerungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

20ü85:i/U90

Claims

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Patent ansprüche

Einrichtung zum Überprüfen der Arbeit eines Turbinenströ'mungsmessers, der aufweist ein Strömungsrohr, eine Schaufelradanordmmg mit einem Schaufelrad, das im Strömungsrohr drehbar gelagert ist, mit einem Umwandler, der in Abhängigkeit von der Umdrehung des Schaufelrades elektrische Impulse erzeugt, und eine elektrische Stromquelle für die Stromversorgung des Umwandlers, gekennzeichnet durch eine Überprüfungseinrichtung, die unabhängig von der Umwandlungseinrichtung in Abhängigkeit von der Drehung des Schaufelrades ein untermultiples Ausgangssignal erzeugt, welche Überprüfungseinrichtung aufweist eine zweite Umwandlungseinrichtung (22), die aufgrund der Drehung des Schaufelrades (2) elektrische Impulse erzeugt, eine Summierungseinrichtung (28), die einen Zahlenwert anzeigt, der aus der ffesamtanzahl der Impulse innerhalb einer längeren Zeitperiode abgeleitet wird, und eine Stromquelle (25), die die zweite Umwandlungseinrichtung beständig mit Strom versorgt, und die unabhängig von der ersten Stromquelle (12) mindestens dann arbeitet, wenn die Spannung der ersten Stromquelle unter einen vorherbestimmten Wert absinkt.

2· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelradanordnung ein Mittel (3) aufweist, das zusammen mit der Umwandlungseinrichtung (8) bei jeder Umdrehung des Schaufelrades eine Anzahl elektrischer Impulse erzeugt, und dass die Schaufelradanordnung ein mittel (20) aufweist, das zusammen mit der zweiten Umwandlungseinrichtung (22) für jede Umdrehung des Schaufelrades eine kleinere Anzahl von Impulsen erzeugt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Mittel (3) aus einem Umhüllungsring besteht, der im Strömungsrohr (9) angeordnet ist und eine Anzahl von Elementen (31) aufweist, die mit der ersten Umwandlungseinrichtung (8) zusammenwirken, welche genannten Bauelemente sämtlich in einer zur Längsachse des Strömungsrohres senkrechten gemeinsamen Ebene gelegen sind, und dass der genannte Umhüllungsring mit einem Zusatzelement (20) versehen ist, das mit der zweiten Umwandlungseinrichtung (22) zusammenwirkt» und das außerhalb der genannten gemeinsamen Ebene gelegen ist.

4. - Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Zusatzelement (20) stromab von der genannten Ebene gelegen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Zusatzelement aus einer mit dem Umhüllungsring einstückig hergestellten Zunge besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5$ dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmittel (25) für die zweite Umwandlungseinrichtung aus einer Schaltung besteht, die mit der ersten Stromquelle (12) verbunden ist, sowie aus einer Batterie (26) in der Schaltung, die von der ersten Stromquelle aufgeladen wird, wenn deren Spannung über dem genannten vorherbestimmten Wert liegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Summierungszähler aus einer am Strömungsrohr (9) angebrachten elektro-optischen Zahlenanzeigevorrichtung (118) besteht.

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