DE2720546C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Korrigieren der volumetrischen Messung einer Fluidströmung in bezug auf einen vorgegebenen physikalischen Standardzustand des Fluides in Abhängigkeit von einem variablen physikalischen Zustand des Fluides. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 20 24 295 bekannt.

Volumendurchflußmessungen führen häufig zu ungenauen Ergebnissen, da sich das Volumen eines strömenden Mediums, insbesondere von Flüssigkeiten, stark mit der Temperatur ändert. Beispielsweise beim Einkauf von flüssigen Kraftstoffen ist das Gewicht derselben ein viel reellerer Maßstab als das Volumen. Andererseits ist das Volumen im allgemeinen viel leichter erfaßbar als das Gewicht eines solchen Mediums. Es besteht daher der Wunsch und die Notwendigkeit, auf Volumenbasis erzielte Meßergebnisse zu korrigieren. Mit dieser Aufgabe befaßt sich die aus der genannten Druckschrift bekannte Vorrichtung.

Vorrichtungen der genannten Art werden häufig nicht am Stromnetz betrieben, sondern von einer Batterie mit Strom versorgt, sei es, weil die Vorrichtung transportabel betrieben wird, wie beispielsweise bei Tankwagen, sei es, weil sie an einem entlegenen Ort, beispielsweise an der Stelle einer Rohrleitung betrieben wird, an der kein Stromanschluß zur Verfügung steht. Eine fortlaufende Erfassung der Strömungsmengen bedingt daher einen re­ lativ hohen Stromverbrauch der Meßvorrichung und ihrer Korrekturvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei der Korrekturberechnung der erforderliche Stromverbrauch für die Berechnungseinrichtung vermindert ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ber der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung startet jedes Impulssignal, das bei der Volumenmessung ausgelöst wird, einen Berechnungszyklus, wobei freilich für die Berechnung selbst weit weniger Zeit gebraucht wird, als dem Impulsintervall entspricht. Daher wird die Stromversorgung zu der Berechnungsvorrichtung nach einer Zeit, die ausreichend ist, um die Berechnung durchzuführen, abgeschaltet. Es bleibt lediglich die zur Impulszählung benötigte Stromversorgung aufrechterhalten.

Die Berechnung wird digital mit Hilfe herkömmlicher logischer Bauelemente, wie monostabiler Multivibratoren, Verknüpfungsglieder, voreingestellter Zähler und Teiler in einer relativ einfachen Schaltung durchgeführt. Grundsätzlich wird eine Impulsfolge eines Oszillators durch eine Torschaltung geleitet, die für eine variable Zeitdauer geöffnet ist, die von einem monostabilen Multivibrator gesteuert wird, dessen Rückkippzeit beispielsweise durch einen Temperaturfühler gesteuert wird, der die Temperatur der Fluidströmung an dem Strömungsmesser erfaßt. Durch Zurückzählen einer von Hand voreingestellten Zahl wird die Ausgangszahl für die absolute Temperatur auf einen Wert gebracht, der der ab­ soluten Temperatur des Fluides entspricht. Ein Stoßgenerator erzeugt eine Impulsfolge, die eine feste Anzahl von Impulsen hat, die einer gewählten Standardtemperatur entspricht. Diese Impulsfolge wird als Eingangssignal einem durch N teilenden Teiler zugeführt, wobei N die die absolute Temperatur der Fluidströmung angebende Zahl ist und durch die zuvor beschriebene Rückwärtszählung abgeleitet wird. Der Teiler erzeugt einen einzelnen Ausgangsimpuls für jede ganze Zahl, die sich aus der Teilung ergibt, und speichert jeden verbleibenden Rest für die nächste Division. Diese Ausgangsimpulse werden in einem Register gesammelt und geben die zur Grundtemperatur korrigierte Volumenströmung an.

Die Temperaturerfassung und Korrektur ist hier nur als Beispiel angegeben, andere Systemparameter können bei der Messung der Volumenströmung des Fluids entsprechend einem Standardwert ebenfalls korrigiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den Merkmalen nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

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

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, hat ein Temperaturfühler 11 einen Widerstand, der proportional zu 1/T ist, wobei T die erfaßte (absolute) Temperatur ist. Dieser Fühler ist in der Nähe einer in einem Rohr 12 vorhandenen Fluidströmung angeordnet. Ein Fluidströmungsmesser 13 bewirkt für eine gegebene, in dem Rohr 12 fließende Volumenströmungseinheit ein momentanes Schließen eines Schalters 14.

Ein Widerstand 15 und ein Kondensator 16 sind in bezug auf den Widerstand des Temperaturfühlers 11 so abgestimmt, daß ein mit ihnen verbundener monostabiler Multivibrator 17 im quasistabilen Zustand eine Rückkippzeit hat, die proportional zur vom Temperaturfühler 11 erfaßten Temperatur ist.

Das Volumeneinheiten-Ausgangssignal vom Schalter 14, das in Fig. 2 unter A gezeigt ist, wird an eine Glättungsschaltung 18 gegeben, die die Einflüsse von Schalterprellen unterdrückt und auf einer Leitung 38 einen in Fig. 2 unter B gezeigten Ausgangsimpuls erzeugt. Dieser Impuls B ist, wie dargestellt, unabhängig von den Einflüssen des Schalterprellens.

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

Die Vorderflanke des Impulses C auf der Leitung 19 betätigt einen Festkörperschalter 20, der Strom von einer Stromquelle 21 über eine Leitung 22 an den monostabilen Multivibrator 17 gibt und ein Sperrsignal auf der Leitung 37 beseitigt, um die Einschaltung eines Oszillators 23 zu bewirken. Nach einer bestimmten Zeitverzögerung T₂ sperrt der Festkörperschalter 20 die Stromzufuhr zu dem monostabilen Multivibrator 17 und gibt ein Sperrsignal auf die Sperrleitung 37, um den Oszillator 23 abzuschalten, bis der nächste Meßimpuls auftritt. Die unter D in Fig. 2 gezeigte bestimmte Zeitverzögerung T₂ ist lang genug gewählt, um die später beschriebene Berechnung zu beenden, und ist erheblich geringer als die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen, wie dieses später erläutert wird.

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

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

Am Ende der Druchlaßperiode kann die auf der Ausgangsleitung 29 erscheinende Anzahl repräsentativ für die absolute Temperatur der Fluidströmung an dem Fühler 11 durch geeignete Wahl des Voreinstellzählerstandes bei 28 gemacht werden. Ein Zahlenbeispiel zeigt später, wie dieses durchgeführt wird.

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

Ein Impulsgenerator 30 wird durch die Information, betreffend die Standardtemperatur, auf einer Voreinstelleitung 31 voreingestellt und erzeugt für eine gegebene Standardtemperatur eine feste Anzahl von Impulsen. Der Generator 30 wird durch einen beim Schließen des UND-Gliedes 25 erscheinenden Impuls H von dem monostabilen Multivibrator 17 auf einer Leitung 32 in den eingeschalteten Zustand gesteuert, so daß die Zahl auf der Leitung 29 vervollständigt ist, bevor der Generator 30 beginnt, eine feste Anzahl von Impulsen J auf einer Leitung 33 zuzuführen.

Die feste Anzahl von Impulsen J vom Generator 30 wird auf der Leitung 33 als Eingangssignal an einen Teiler 34 gegeben. Die Kapazität des Teilers 34 wird durch die auf der Leitung 29 erscheinende Anzahl bestimmt. Wenn die Anzahl der Impulse auf der Leitung 33 gleich der Anzahl auf der Leitung 29 ist, fließt der Teiler 34 über und erzeugt einen einzelnen Ausgansimpuls auf der Leitung 35. Alle weiteren Impulse auf der Leitung 33 bleiben in dem Teiler 34 zu einer Benutzung beim nächsten Divisionsvorgang.

Die Impulse auf der Leitung 35 werden in einem Register 36 zusammengefaßt und geben die Volumenströmung in dem Rohr 12 an, die bezüglich der auf der Leitung 31 voreingestellten Standardtemperatur korrigiert ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die auf der Leitung 29 erscheinende Zahl sich mit der erfaßten Temperatur ändert. Diese Zahl ist der Teiler N für den Teiler 34 und wird für jeden Impuls C auf der Leitung 19 berechnet. Auf diese Weise wird der Rückwärtszähler 27 durch die Vorderflanke des Impulses C voreingestellt, und der Zähelr wird für die Eingabe eines neuen Zählerstandes gelöscht. Der durch 10 teilende Teiler 26 wird auch durch die Vorderflanke des Impulses C auf der Leitung 19 zurückgesetzt und für die Eingabe eines neuen Zählerstandes gelöscht.

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

Wenn der Oszillator 23 ein Signal von 1 MHz als Impulsfolge E erzeugt und am Fühler 11 eine Temperatur von etwa 15°C herrscht, dann führt die davon abhängige Rückkippzeit F zu 5200 Impulsen G für den durch 10 teilenden Teiler 26, wodurch 520 Impulse an den Rückwärtszähler 27 gegeben werden. Eine Voreinstellung von 1040 am Voreinstelleingang 28 ergibt einen Teiler auf der Leitung 29 von 1040-520=520, der die absolute Temperatur am Fühler 11 angibt. In gleicher Weise wird für eine Temperatur von etwa 48°C am Fühler 11 das UND-Glied 25 etwa 4600 Impulse erzeugen, und es ergibt sich etwa ein Teiler von 1040 - 460 = 580 auf der Leitung 29.

Es wird angenommen, daß die Standardtemperatur etwa 15°C beträgt. Dann wird der Impulsgenerator 30 durch eine Information auf der Leitung 31 voreingestellt, um 460 + 60 = 520 Impulse J auf der Leitung 33 zu erzeugen. Bei einer Fühlertemperatur von etwa 48°C ist das Ausgangssignal für das Register 36 Impulse. Da dieses weniger als 1 Impuls ist, tritt keine Änderung in dem summierten Ausgangssignal auf. Jedoch fließt der Teiler 34 bei dem nächsten Meß-Ausgangssignal A über, wodurch ein Ausgangssignal für das Register 36 erhalten wird und in dem Teiler 34 1040 - 580 - 460 Impulse zurückbleiben. Die Temperatur wird für jeden Meß-Impuls berechnet. Verbleibende Reste werden nicht verworfen, sondern in dem Teiler 34 gespeichert. Aus diesem Beispiel wird klar, daß das sich ergebende geteilte Impulsausgangssignal für das Register 36 jederzeit während der Impulsfolge auftreten kann, wie dieses unter J in Fig. 2 gezeigt ist, oder überhaupt nicht auftritt. Jede Standardtemperatur kann so gewählt werden, daß

wobei

Vc = das korrigerte Volumen Vu = das nichtkorrigierte Volumen T _Standard = Standardtemperatur T _Strömung = die Temperatur des strömenden Fluids

sind.

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

zu dem Wert Vu innerhalb von ±0,5% korrigiert wird.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß T₁ die Meßimpulsperiode und T₂ die Zeitdauer ist, während der der Oszillator 23 eingeschaltet ist und dem monostabilen Multivibrator 17 Strom zugeführt wird. Während T₁ in Abhängigkeit von der Volumenströmungsgröße sich erheblich ändern kann, wird T₂ immer erheblich kleiner als T₁ gemacht, da für die digitale Berechnung eine solche kleine Zeitdauer ausreicht. In typischer Weise ist

Da der Oszillator 23 und der monostabile Multivibrator 17 eine große Energie verbrauchende Bauelemente des Systems sind und da ihr Arbeitszyklus in der vorstehend gezeigten Weise minimal gemacht wird, kann das erfindungsgemäße System mit einer Batterie als Stromquelle bei einer annehmbaren Lebensdauer der Batterie benutzt werden. Dieses ist ein erheblicher Vorteil über die bekannten, kontinuierlich betriebenen Korrektursysteme.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Korrigieren der volumetrischen Messung einer Fluidströmung in bezug auf einen vorgegebenen physikalischen Standardzustand des Fluides in Abhängigkeit von einem variablen physikalischen Zustand des Fluides, enthaltend Einrichtungen zum Erfassen des variablen physikalischen Zustandes des Fluides und zum Erzeugen eines davon abhängigen Signals, eine Einrichtung zum Erzeugen eines einzelnen Impulssignals für jede Volumeneinheit der Fluidströmung, und stromverbrauchende Berechnungseinrichtungen, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal und dem von dem variablen Zustand des Fluides abhängigen Signal die auf den Standardzustand des Fluides korrigierte Strömungsmenge zu berechnen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20) zur Verkürzung der Einschaltzeit der Stromzuführung zu wenigstens einem Teil (17-36) der Berechnungseinrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (17-36) von jedem der Impulse (A) einschaltbar ist, und nach einer Zeitdauer (T₂) abschaltbar ist, die wesentlich geringer als die Impulsperiodendauer (T₁) ist, jedoch ausreichend ist, um die Berechnung zu beenden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung einen monostabilen Multivibrator (17) und einen Zeitschalter (20) aufweist, der auf die Impulse (A) anspricht, um dem monostabilen Multivibrator (17) für eine bestimmte Zeitdauer (T₂) Strom zuzuführen, die wesentlich geringer als die Impulsperiodendauer (T₁) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung einen Oszillator (23) aufweist, der über den Zeitschalter (20) zeitgleich mit dem Multivibrator (17) mit Strom versorgt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Einrichtung zum Erfassen des variablen physikalischen Zustandes des Fluides ist ein Temperaturfühler (11) zum Fühlen der absoluten Temperatur des Fluides,
• b) eine Impulserzeugungseinrichtung (23, 17, 25) zur Erzeugung einer Impulsfolge (G), deren Anzahl umgekehrt proportional zu der absoluten Temperatur der Fluidströmung ist,
• c) eine einen voreingestellten Rückwärtszähler (27) auf­ weisende Einrichtung (28, 27) zum Ableiten einer Zahl aus der Impulsfolge (G), die die absolute Temperatur der Fluidströmung angibt,
• d) eine Einrichtung (30) zum Erzeugen einer festen Anzahl von Impulsen (J), die sich auf eine bestimmte Standardtemperatur bezieht,
• e) eine Einrichtung (34) zum Teilen der festen Anzahl von Impulsen durch die die absolute Temperatur der Fluidströmung angebende Zahl,
• f) eine Einrichtung (34), die einen einzigen Ausgangsimpuls für jede ganze Zahl erzeugt, die sich aus dieser Teilung ergibt, und den Rest aus der Teilung zum Gebrauch bei der nächsten Teilung speichert, und
• g) eine Einrichtung (36) zum Speichern der summierten Zahl von Impulsen, die sich aus dieser Teilung ergeben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator (17) ein veränderliches Torsignal (F) für eine Zeitdauer erzeugt, die durch den Temperaturfühler (11) bestimmt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (E) des Oszillators (23) mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes (25) verbunden ist, dessen anderer Eingang das veränderliche Torsignal (F) empfängt.