DE2720546C2 - - Google Patents
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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.
Applications Claiming Priority (1)
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