DE2939721A1

DE2939721A1 - Vorrichtung und verfahren zum berichtigen eines gasvolumens bei druckund/oder temperaturschwankungen

Info

Publication number: DE2939721A1
Application number: DE19792939721
Authority: DE
Inventors: Paul Webster Geery
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1980-04-10
Also published as: FR2438257B1; GB2034895A; NL7906907A; FR2438257A1; CA1133140A; US4238825A; GB2034895B

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Berichtigen eines Gasvolumens bei Druck- und/oder Temperaturschwankungen

Die Erfindung bezieht sich auf die Technik des Messens und Prüfens. Wenn nicht das Gegenteil der Fall ist, mißt ein Volumengasmesser das tatsächliche durch ihn hindurchgehende Gasvolumen. Bei Dichteschwankungen des Gases oder übertragung von vorherrschenden Druck- und/oder Temperaturzuständen kann sich ohne Berichtigung dieses sich ändernden Parameter ein wesentlicher Fehler oder eine Ungenauigkeit der Meßgeräteablesung ergeben. Bei Naturgas als Brennstoff ist somit zu erkennen, daß die interessierende Ware nicht aus ihrem Volumen, sondern aus ihrem Kaloriengehalt pro Gewichtseinheit besteht. Ohne Berichtigung bei vorherrschenden Druck- und/oder Temperaturzuständen können erhebliche wirtschaftliche Vorteile oder Nachteile sowohl für den Lieferanten als auch für den Kunden des Erzeugnisses aus einer Gasleitung entstehen. Es ist deshalb gewöhnlich erwünscht, das tatsächlich gemessene Volumen in das entsprechende Volumen zu berichtigen, wenn es auf einem Normgrundzustand von Druck und Temperatur gemessen wird.

Es ist seit vielen Jahren eine Vielfalt von Einrichtungen zum Druckführen solcher Berichtigungen entwickelt worden, von denen viele nur gute Annäherungen sind, aber nicht den Bestimmungen in bezug auf das Arbeiten mit Gas entsprechen. Ein mechanisches Gerät zum Berichtigen von Druck- und/oder Temperaturparametern wird beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 2.059.W; 2.093.151; 2.122.529; 3.169.399 und 4.111.042 beschrieben. Elektronische Geräte

3 0 0· ^: / ^r. 8 ο 0

zum Durchführen solcher Berichtigungen werden in den amerikanischen Patentschriften 3.537.312; 3.588.481; 3.605.497; 3.831.011 und 3.862.405 gezeigt. Die mechanischen Geräte sind durch die Verwendung komplizierter Nocken, Zahnräder, Gestänge usw. und durch die Eigenträgheit der Mechanismen gekennzeichnet, mit denen sie arbeiten. Andererseits waren elektronische Geräte nichtsdestoweniger durch ihre übermäßige Zahl von Verfahrensschritten mit ihren entsprechend vielen Funktionselementen zum Ausführen der erwünschten Berichtigungen gekennzeichnet, obwohl sie gegenüber den mechanischen Geräten eine erhebliche Vereinfachung darstellen. Da diese Grenzen der bisherigen Technik erkannt worden sind, war es bisher nicht bekannt, wie eine Temperatur- und/oder Druckberichtigung verhältnismäßig einfacher und unter Befolgen der gesetzlichen Bestimmungen zu erzielen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berichtigen eines gemessenen Gasstromvolumens bei Druck- und/oder Temperaturveränderungen im allgemeinen und auf ein selbstständiges elektronisches Berichtigungsgerät, das in Verbindung mit einem Gasmeßgerät zum Messen des tatsächlichen hindurchgegangenen Gasvolumens betrieben werden kann, um ein berichtigtes, einer äquivalenten Normtemperatur und/oder einem Normdruck entsprechendes Volumen anzuzeigen, im besonderen. Das Gerät ist gekennzeichnet durch eine hohe Genauigkeit, ist aber ohne die Komplexität elektronischer Geräte, die für ähnliche Zwecke der bisherigen Technik benutzt werden.

Dies wird durch Verwenden von Sensorwandlern erreicht, die der Gasströmung zum Messen der Parameter von Druck-

- 10 -

0 3 0 0 1 ;^: / 0 3 8 0

oder Temperatur ausgesetzt sind. Diese Sensorenwandler erzeugen für jede Parameter ein analoges Ausgangsspannungssignal, das linear und proportional auf die absoluten Werte der gemessenen Parameter anspricht und ein ; Einheitssignal beim Grundzustand liefert. Durch Umwandeln des gemessenen Ausgangssignals in ein digitales Signal über einen A/D-Konverter wird ein Berichtigungsfaktor gewonnen. Das tatsächliche, am Meßgerät gemessene Volumen wird durch einen Impulsgenerator in eine sich wiederholende Impulsreihe vom Berichtigungsfaktor zum Liefern eines digitalen Ausgangssignals umgewandelt, das mit dem berichtigten Volumen für den Normzustand in Beziehung steht, an dem die Berichtung gesucht wird. Wenn der Berichtigungsfaktor, der die Impulse teilt, auch eine willkürliche Konstante enthält, die die technischen, zu verwendenden Einheiten darstellt, kann ein zweckmäßigeres Ausgangssignal erhalten werden. Auf diese Weise eine geringete Zahl von Verfahrensschritte nutzend, werden die erwähnten Hindernisse der bisherigen mechanischen Berichtigungsgeräte leicht überwunden, während im Vergleich mit bekannten elektronischen Geräten sie dadurch verhältnismäßig viel einfacher sind.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Vorrichtung zum Berichtigen des tatsächlichen Volumens einer Gasströmung, in ein auf einer äquivalenten Basis von Druck und/oder Temperatur berichtigtes Volumen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch Verfahrensschritte gelöst, die eine höhere Einfachheit im Vergleich mit bekannten Anlagen für ähnliche Zwecke ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:

-U-

0 3 o o r;/.;;: ö 0

- ii -

Figur 1 ein Strömungsdiagramm in Blockform für die Anlage nach der Erfindung;

Figur 2 ein elektrisches Schaltschema zur Temperaturberichtigung;

Figur 3 ein elektrisches Schaltschema zur Druckberichtigung;

Figur 4- eine Teilabänderung der Schaltung nach Figur 3 zur Druck- und Temperaturberichtigung;

Figur 5 eine Teilabänderung der Schaltung zur Druck- und Temperaturberichtigung mit einem Superkompressivitätsgasfaktor für Naturgas; und die

Fig. 6 und 7 sind graphische Darstellungen der Superkompressivitätsgasfaktoren für Naturgas bei sich ändernden Zuständen von Druck bzw. Temperatur.

Vor der Erläuterung der Zeichnungen ist es für die Erfindung von Bedeutung; daß die ihr unterliegenden Prinzipien eindeutig verständlich sind. Nach den gesetzlichen Bestimmung für die Lieferung von Gas sind die Beziehungen zum Berichtigen des tatsächlichen Gasvolumens in einen Grundzustand für Temperatur und/oder Druck allein oder kombiniert durch die folgenden Gleichungen gegeben:

ν = q

()Χ)
3) ν = q-i- J*- 4) ν = q -^- —2- 2 //

(^Pb)(^Tf) (^Pb) (^Tf) (

03001 h/0S80

worin v q

^Pb

^Pf

pv

- 12 -

β berichtigtes Gasvolumen

= unberichtigtes Gasvolumen

= Norm- Grunddruck (absolut)

= Druck des Gasstromes (absolut)

= Norm- Grundtemperatur

= Temperatur des Gasstromes (absolut)

= Superkompressivitätsfaktor vom AGA

= für einen guten Verschiebegasmesser

Durch Wahl eines Grundwertes entweder für die Druck- oder für die Temperatureinheit z.B. 1000 Volt können die vorstehenden Gleichungen umgeschrieben werden zu:

7) V

6)

8) V =

_ 1

In Figur 1 liegt das Abtastelement 12 des Sensorenwandlers 10 im Strom des durch das Messgerät 14 hindurchgehenden Gases, der ein Verschiebemeßgerät ist. Der Wandler 10 liefert ein Signal 16 einer analogen Spannung,-das vom Grundwert stammt, der einheitlich und unmittelbar proportional zum gemessenen Parameter von absolutem vom Element 12 abgetasteten Druck und/oder Temperatur darstellt. Dann wird das analoge Signal 16 über einen A/D-Konverter 18 in ein

03üü ■;

digitales Ausgangssignal "N" 20 umgewandelt, das einen Berichtigungsfaktor zum Arbeiten als ^ivisor in einer der genannten Gleichungen 5 bis 8 bildet, der an einen Teil - durch -"N"- Zähler 22 gegeben wird. Gleichzeitig hiermit betätigt auch ein Strömungsmesser 14, der wahlweise als unberichtigtes Register 24 zum Anzeigen des tatsächlichen Volumens arbeitet, einen Impulsgenerator 26 zum Erzeugen einer sich wiederholenden Reihe vom Impulsen 28. Diese Impulse gelangen auch an den Zähler 22, um als Teiler in den Gleichungen 5 bis 8 zu dienen. Im Teilzähler werden die Impulse 28 durch den Berichtigungsfaktor geteilt und liefern ein digitales Ausgangssignal 30, das
zum Betätigen eines berichtigten Registers 32 verwendet werden kann, das wahlweise an eine Summier-, Strömungsgeschwindigkeits- oder Fernmeßstelle usw. gelangt, die
örtlich oder in Entfernung zur Aufnahme des Signals zur Verfügung steht.

Figur 2 zeigt die Schaltung, durch die die Temperaturberichtigung nach der Gleichung 5 in einem bevorzugten
selbsterregten Ausführungsbeispiel erhalten wird. Der
Sensorwandler 34 hierfür ist ein handelsübliches Modell AD 590 der Firma Analog Devices of Norwood, Massachusetts und enthält einen Serienstromregler, der zum Liefern von einem Mikroampere pro Grad Kelvin entsprechend seiner Temperaturanzeige geeicht ist. Es fließt Strom durch einen Präzisionswiderstand, um die gewünschten Spannungsmaßstäbe zu erhalten.

In einer bevorzugten Art würden 1000 Volt bei einer Temperaturanzeige entsprechend einer gewählten Grundtemperatur von beispielsweise 288,7° K entstehen.

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3 0 0 16/0380

Das Signal 16 aus dem Wandler 34- gelangt an den A/D-Konverter 18, der einen getasteten Oszillator 58, einen Inverter 76, einen Zähler 62, einen Flip-Flop 56 und eine Vergleichseinrichtung 68 enthält. Der Zähler 62 enthält binär bewertete Ausgangsklemmen Q^ bis 0^2* ^⁶ ^/2R Widerstandsschaltung, die an den binären Ausgangsklemmen des Zählers 62 in Verbindung mit der jeweiligen, an der Klemme 64- liegenden Spannung liegt, bewirkt die Analog-Digital-Umwandlung in bekannter Weise. Die binäre Ausgangsklemme des R/2R-Widerstandsschaltung 66 steigt in diesem Beispiel um ein Millivolt in jedem Eingangszyklus, der so gezählt wird, daß sein Ausgang als positive Treppenstufenspannung von Null auf ein Millivolt pro Stufe (pro Zahl) ansteigt. Diese Spannung gelangt zum nicht-invertierenden (+)-Eingang des Spannungsvergleichers 68, um sie der Spannung aus dem Temperatursensor 34- gleichzumachen, und gelangt zum Invertierenden (-)-Eingang der Vergleichseinrichtung 68. Solange, wie dieser Eingang stärker positiv als der nicht-invertierende Eingang ist, bleibt die Vergleichseinrichtung 68 ein logischer niedriger Wert.

Die einzige (und endgültige) Millivoltstufe am Ausgang der Widerstandsschaltung 66, die den nicht-invertierenden Eingang der Vergleichseinrichtung positiver als den invertierenden Eingang werden läßt, läßt den Ausgang der Vergleichseinrichtung ansteigen und setzt den Flip-Flop zurück. Bei diesem Zurücksetzen wird die Q-Klemme niedrig und hält den getasteten Oszillator 58 an. Zu diesem Zeitpunkt stellt die binäre Bit-Zahl an den Klemmen Q1 bis Q12 die Millivoltzahl dar, die gleich der vom Temperatursensor 34 erzeugten Spannung ist. Die Bitzahl liegt unmittelbar an entsprechenden binär bewerteten J-Eingängen

- 15 030015/fiöÖO

der einstellbaren Zählern 43 und 45 des Teiler-Zählers 22.

Der Verschiebemesser 14 ist an einen rotierenden neten 36 angepaßt, der einen Wechselstrom und eine Wechselspannung erzeugt, wie es beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift 3·636·392 beschrieben wird. Die Wechselspannung wird über eine Diodenschaltung 38 gleichgerichtet und lädt eine Nickel-Cadmium-Batterie 40, die für dieses Beispiel Energie für die ganze elektronische Anlage auf einer unabhängigen Grundlage liefern kann.

Von einem Differentialverstärker 42 werden Wechselspannungsumkehrungen festgestellt, um scharfe Rechteckspannungsimpulse zu erzeugen, die in einer zum tatsächlichen durch das Meßgerät hindurchgehenden Gasvolumens direkt proportionalen Geschwindigkeit zurücklaufen. Der Generator und seine Kupplung zum Meßgerät 14 können so beschaffen sein, daß er beispielsweise 100 Impulse pro Kubikfuß (0,0283 nr⁵) gemessenen Gases liefert. Die Volumenimpulse des Generators 26 werden auf der Leitung 28 an den Eingang des Teiler-Zählers 22 gegeben, der programmiert mit einer Bericht igungssignalbitzahl von 1000 einen Ausgangsimpuls für Je 10 Kubikfuß (0,283 m*) vom Meßgerät gemessenen Volumen erzeugt.

Der Teiler-Zähler 22 enthält Zähler 43 und 45 als integrierte Schaltungen, die einstellbare Abwärtszähler sind, die auf eine programmierte Zahl eingestellt werden, die durch jeden Eingangstaktimpuls um eine Zahl verringert wird. Wenn die verbleibende Speicherzahl Null erreicht hat, wer-

- 16 030CIi-/ΠΠ80

den die Null-Teststellklemmen 78 und 80 niedrig und der Ausgang von NOR 5^· hoch und wird der Einschaltausgangsimpuls. Dieser Impulsanstieg wird auch an den Setzimpuls 81 des Flip-Flops 56 gekoppelt, wodurch die Q-Klemme 70 hoch wird. Diese Logik legt positives Potential an den Temperatursensor 34-, während er auch den getasteten Oszillator einschaltet. Das von diesem erzeugte Hochfrequenzsignal, das beispielsweise 50 kHz betragen kann, wird an die Eingangsklemme des Zählers 62 gelegt. Dieser ist vorher auf Null zurückgestellt worden und beginnt aufwärtszuzählen, wobei er um eine Zahl bei jedem Zyklus des empfangenen Oszillatorsignals vorrückt.

Wenn die Flip-Flop-Klemme 70 niedrig wird, führt sie kurzzeitig die asynchronen Einstellklemmen 72 und 7^- im Zähler 4-3 bzw. 4-5» was ein unmittelbares Einschalten der Zähler über die J-Eingänge ergibt. Für eine' kurze Dauer wird das Flip-Flop-Signal an den Inverter 76 gelegt, wodurch der Zähler 62 auf Null zurückgesetzt wird, nachdem seine ganze Bitzahl auf die Zähler 4-3 und 4-5 übertragen worden ist. Wenn dann die Zähler 4-3 und 45 gesetzt werden, werden ihre Klemmen 78 und 80 hoch und beenden die Dauer des Ausgangssignalsimpules, wenn Nor 5^- niedrig wird. An dieser Stelle erfolgt eine ganze A/D-Konversion und der Temperaturberichtigungswert wird in den Teiler-Zähler 22 als Divisor "N" zur Temperaturberichtigungsströmungsmeßimpulszahl eingeführt.

Diese Zahl gelangt auch an den Teilerzähler 22 als Dividend, während sie auf die berichtigten gewünschten technische Einheiten reduziert wird.

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0 3 0 C WJ 0 3 0

Während des Intervalls zwischen den Ausgangsimpulsen des NOR 54 wird die Basis des Transistors 44 so niedrig gehalten, daß dessen Kollektor-Emitterstrecke abgeschaltet wird, um wiederum den Energie-Transistor 46 und die elektromagnetische Spule 48 abgeschaltet zu halten. Damit lädt die Spannung der Batterie 40 den Kondensator über den Widerstand 52 auf die volle Batteriespannung, bevor der nächste folgende Ausgangsimpuls eintrifft. Nach dessen Eintrffen leitet der Transistor 44 und bringt den Transistor 46 in Sättigung, um das untere Ende der Spule 48 in den gemeinsamen Kreis zu schalten. Dann wird die Spule 48 an die Klemmen des voll aufgeladenen Speicherkondensators 50 gelegt, der ausreichende Energie an die Spule abgibt, um eine Zahl im elektromechanischen Zählerregister 32 vorzurücken. Der ganze Ablauf erfolgt in wenigen Millisekungen kurz bevor der nächste folgende Volumenimpuls vom Strömungsmesser 14 bei maximaler Kapazität und Impulsrate erzeugt worden ist. Auf diese Weise wird die Temperaturberichtigung am Ende jedes Einheitsvolumens der Strömung durch das Meßgerät auf den neuesten Stand gebracht.

Nach Figur 3 beginnt die Druckberichtigung nach der Gleichung 6 beim Druckwandler 82, der den Druck des strömenden Gases abtastet und ein analoges, dem absoluten Druck proportionales Spannungssignal erzeugt. Ein üblicher, im Handel erhältlicher Druckwandler 82 wird mit einem elektrischen Stromausgang von 4 bis 20 Milliampere über einen Empfindlichkeitsbereich von 0 bis p.s.i.a versehen. Für diese Zwecke geeignete Geräte können von vielen Stellen z.B. der Firma Foxboro Co. aus Foxboro, Massachusetts bezogen werden.

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0 3 0 0 1-/0880

Der Stromausgang des Wandlers 82 kann über den Wider-" stand 86 geführt werden, um eine Spannung für den Operationsverstärker 84 mit entsprechendem Verstärkungsgrad und Abschalteinstellung zu erhalten. Dieser gibt dann am D-Eingang des Analog-Teilers 88 eine Spannung, die dem absoluten Druck proportional ist und einen Wert von 1000 Volt für den gewählten Grunddruck besitzt. Der Analogteiler 88 ist als integrierte Schaltung als Typ 4291-K von der tfirma Burr-Brown aus Tucson, Arizona erhältlich. Das Ausgangssignal auf der Leitung 16 wird eine Analogspannung, die numerisch gleich dem Re-

p ziproken des Druckberichtigungsfaktors _f nach der

Gleichung 2 und (P_f) nach Gleich 6 ist.

Wie erwähnt, wird die R/2R-Analog-Digital-Konversionstechnik im A/D-Konverter 18 benutzt, um die aus der erwähnten Analogspannung abgeleiteten Bitzahl zu liefern. Anders als im vorhergehenden Beispiel ist die Zahl der Q-Ausgänge, die von den Konverterzählern 90 und 92 verlangt wird, größer, damit die Bitzahl 10 000 gegenüber der niedrigeren Maximalzahl überschreiten kann, die beim Beispiel nach Figur 2 erforderlich ist. Diese Differenz erfordert auch eine entsprechend größere äpannungsquelle für die Zähler an den an die Leitung 9^ angeschlossenen Klemmen, Darüber hinaus können wegen des relativ großen Bereichs des Druckberichtigungsfaktors höhere Drücke eine unerwünscht niedrige Spannung nach der Teilung durch den Analogteiler 88 ergeben, was das Multiplizieren des Ergebnisses mit 10 erleichtert, was zum Teiler 88 gehört. Dies erfordert, daß beim Grunddruck die analoge zu digi-

- 19 03001^/0 080

talisierende Spannung 10 Volt betragen kann und in eine Bitzahl von 10000 umgewandelt wird, die eine Teilung von "q" durch 10000 ausführt, um die gewünschten technischen Einheiten zu erreichen. Ferner liegt bei höheren auftretenden Drücken die für "N" entwickelte Bitzahl nahe 1000, wodurch sichergestellt wird, daß das kleinste diskrete Element zum Ändern in den Wert "N" ein ansteigender Schritt von etwa 0,1% bleibt, was eine erwünschte Auflösung für den schlimmsten Fall beibehält. Mit den erwähnten Ausnahmen ist die Schaltung in der Funktion den vergleichbaren Teilen von Figur 2 gleich, nach der bestimmte Elemente die gleichen Bezeichnungen tragen.

Figur 4 zeigt die kombinierte Druck-Temperaturberichtigung nach Gleichung 7 so weit, wie sie von Figur 3 abweicht. Der Ausgleich der nicht gezeigten Schaltung ist dem Teil rechts von der Linie A-A in Figur 3 gemeinsam. Der Leitungsströmungsdrück wird vom Druckwandler 82 festgestellt und wie vorher ist sein analoger Spannungsausgang direkt proportional dem absoluten Druck und wird an den normalisierenden Verstärker 84 gegeben, um einen auf 1000 Volt an der Eingangsklemme D des Analogteilers 98 ansprechenden Grunddruck zu liefern. Die Leitungstemperatur wird vom Wandler 34 festgestellt. Die Analogspannung ist der absoluten Temperatur direkt proportional und wird an den verstärkenden und normalisierenden Verstärker 96 gegeben, der eine Grundtemperatur entsprechend 1000 Volt an der N-Eingangsklemme des Analogteilers 98 liefert. Im Analogteiler 98 wird der Temperaturparameter durch

T den Druckparameter im Verhältnis f geteilt. Aus den er-

^f wähnten Gründen wird das Verhältnis mit 10 mulipliziert,

- 20 030015/0880

um eine ausreichende Spannung für die gewünschte Auflösungsgenauigkeit in der Millivoltzahl im A/D-Konverter 18 zu bewahren. Wenn die Temperatur des Gastromes diesem Verhältnis der Grundtemperatur entspricht, würde T» ständig bei 1000 Volt bleiben. Folglich würde unter diesen Umständen der Betrieb der Schaltung nach *'igur 4 dadurch identisch dem nach Figur 3 ablaufen, daß er nur auf Druckschwankungen anspricht, wie sie vom Druckwandler 82 gemessen werden.

Die Schaltung nach Figur 5 arbeitet nach der Gleichung 8, die sowohl Temperatur als auch Druck durch Einführen eines Superkompressivitätsfaktors berichtigen läßt. Der nicht-gezeigte Teil dieser Schaltung ist der nach Figur 3 rechts von der Linie A-A gemeinsam. Die Superkompressivitätsfaktoren nach den Figuren 6 und 7 sind für Naturgas bestimmt, wenn es mit einem Verschiebemeßgerät verwendet wird, das vom Gas-Measurement Committee der American Gas Association (AGA) für abbiegende Abweichungen des Naturgases von den idealen Gasgesetzen entwickelt worden ist. Diese Figuren zeigen, daß über dem Druckbereich nach Figur 6 bei 71⁰G (die höchste vorkommende Temperatur) der Bruchteil des Faktors linear variiert und die kleinste Steigung besitzt. Bei einer niedrigeren Temperatur ist die Ansprechschelle verschiedener Drücke ebenfalls linear aber besitzt eine größere Steigung. Der Temperaturanstieg nach Figur 7 ist bei einem festen Druck nicht linear und die Kurve wird mathematisch durch den Ausdruck y = 2 beschrieben, worin χ umgekehrt auf den Temperaturwert bezogen und y ein Vervielfacher ist, der an die lineare Druckansprechschwelle angelegt wird, die entsteht, obwohl die Temperatur auf 71° festgelegt war.

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0300 ί : .■ :-i?o

Nach Figur 4 wird das Ausgangsspannungssignal des Druckwandlers, das durch den Widerstand 86 geführt worden ist, über den Verstärker verstärkt und normalisiert, der seinen Ausgang am Y-Eingang des Analogvervielfachers 102 hat. In gleicher Weise liefert der Temperaturwandler 3^ sein Analogsignal über einen Pufferverstärker 104, der eine der Strömungstemperatur T~ analoge Spannung liefert, die zum N-Eingang des Analogteilers 106 verstärkt und normalisiert gelangt.

Zum Einführen des Superkompressivitatsfaktors wird das Temperaturausgangssignal des Verstärkers 104 umgekehrt, verstärkt und mit dem Logarithmus von 2 durch den Operationsverstärker 108 invertiert. Der Ausgang des Verstärkers 108 liegt wiederum am Analogverstärker 110 und liefert eine Antilog-Spannung, die das Analogum des y in der Funktion y = 2^X ist, worin χ die Umkehrung des Wertes von Τ,, ist. Die Spannung y wird am y-rEingang an den Vervielfacher 112 gegeben. Gleichzeitig verstärkt und normalisiert der Operationsverstärker 114 die Drucksignalspannung in die lineare Ansteigsfunktion, die als die Druckänderung über den interessierenden Bereich und mit dem Neigungswert verlangt wird, der durch den höchsten auftretenden Temperaturzustand (^1⁰C) notwendig wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 114 gelangt an die X-Eingangsklemme des Vervielfachers 112, der ein resultierendes Produksignal an den Verstärker 116 liefert, das richtig verstärkt wird, so daß der Ausgang von 116 der analoge Spannungswert wird, der numerisch gleich (F_„) ist,

pv ρ

während der Vervielfacher 102 das Produkt von P» . (F ) liefert, um ein resultierendes Signal zu erhalten, das als ein Zehntel des Produkts xy am Verstärker 118 liegt, in dem der gewünschte Wert durch einen Verstärkungsgrad von

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0 3 0 0 Ί ::■ / fJ HBO

Zehn zurückgewonnen wird. Dieser wird wiederum als Nenner des Analog-Teilers 106 geliefert. Der Ausgang des Teilers 106 ist numerisch gleich dem Divisor der Gleichung 8 zum Teilen der unberichtigten Volumenimpulse "q" zum Erhalten berichtigter Impulse in den gewünschten technischen Einheiten. Bei dieser Anordnung sind nur die Verstärker 108, 114-, und 116 in Verbindung mit den analogen Geräten 102, 110 und 112 zum richtigen Berechnen des Superkompressivitätsfaktors über dem begrenzten, aber ganz adequaten Druck- und Temperaturbereich notwendig, der normalerweise beim Messen von Naturgasverteilungsanlagen auftritt. Jeder der Analog-Verteiler 88,98 und 100, die Vervielfacher 102 und 112 und der logarythmische Verstärker 110 sind sehr genau arbeitende Geräte, die von der Firma Burr-Brown in Tucson, Arizona, zu beziehen sind.

Zum Bestimmen der Eichwerte wird zuerst der Ausgangsimpulsgenerator 26 am Meßgerät 14 bestimmt. Die Zahl der Impulse pro tatsächlicher Volumeneinheit kann im Bereich von etwa unter 1000 am unteren Ende bis gut über 10000 am oberen Ende zum Verringern auf die Volumeneinheit pro, im berichtigten Ausgangssignal erwünschten Impuls liegen. Es wird dann eine Zählerteilung zum Verringern der Meßausgangsimpulse auf endgültige technische Einheiten bestimmt, wenn keine Berichtigung verlangt wird, d.h. bei Grundbedingungen. Diese Zähler-T_eilung ist die ¹¹N", die vom A/D-Konverters 18 angefordert wird, wenn sich die Zustandsparameter auf dem Grundwert befinden. Die Zahl "N" ist eine ganze Zahl von drei, vier oder mehr aufeinanderfolgenden, sehr hochwertigen Dezimalziffern, die proportional aus der Analogspannung abgeleitet werden, die das Reziprok des Berichtigungsfaktors darstellt, der von dem

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0 3 0 0';:/ ο β 8 0

oder den Strömungszustandsparametern verlangt wird. Der Spannungswert pro Bit in der Zahl "N" diktiert die, Analogspannung, die zum A/D-Konverter für Zustände ohne Berichtigung gegeben wird. Mit dem für die Grundbedingungen bestimmten Analogspannung ohne Berichtigung kann die Normalisierung der verstärkten Spannung aus den Zustandsparametersensoren zum Ergänzen des oder der diktierten Werte eingestellt werden.

Es ist ein neuartiges System und eine neuartige Vorrichtung zum Berichtigen von Druck und/oder Temperatur eines tatsächlichen Gasvolumens zu einem entsprechenden Volumen bei einem gewählten Grundzustand beschrieben worden. Die Anlage ist vergleichbar einfach auszuführen, während die hohe Genauigkeit, die für solche Anlagen notwendig sind, behalten werden. Um diese Ergebnisse zu erzielen, ist es für die Anlage nur wichtig, daß sie entsprechend fundamentaler Beziehungen arbeitet:

1) die Teile -durch -N- Zahlteilung für unberichtigte Meßausgangsimpulse, die mit annehmbaren Zuwachsauflösungen bestimmt werden;

2) das endgültige zum Eingang des A/D-Konverters geführte Analogum, wenn Druck- und/oder Temperatursensoren bei Grundzuständen eine digitale Bitzahl geben müssen, die am Konverterausgang gleich der Zahl N ist, die in den vorhergehenden Schritten gewählt worden ist; und

3) der Spannungsausgang der Druck- lind/oder Temperaturwandler müssen zum Erzielen der Gleichungsfunktionen und zum Erzeugen der endgültigen berichtigten Analog-

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0 3 o j ■·■ . ·:, : 8 u

spannung für die Grundzustände verstärkt und normalisiert werden.

Die verstärkten und normalisierten Wandlerausgänge müssen ebenfalls direkt proportional der absoluten Temperatur oder dem absoluten Druck sein.

In Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung ist des verständlich, daß die Verwendung genauer Spannungen wie 1000 Volt, 10 000 Volt wie auch genaues Teilen durch N -1000 oder 10 000 die Beschreibung und die Zeichnungen des Arbeitsablaufs erheblich vereinfacht. D.h. durch Einstellen der Grundzustandsspannung auf 1000 Volt ist es leicht zu verstehen, wie die Parameterspannung direkt der Berichtigungsfaktor oder das Reziprok dieses entsprechend dem Erscheinen von 1000 unter oder über der Drucklinie wird. Durch Einstellen dieser Spannung bei einem gewählten Wert, der nicht 1000, ist, mit der Erkenntnis, daß sein Wert äquivalent der numerischen Eins ist, dann variieren seine Parameterspannungswerte in ähnlicher Weise, wie der Berichtigungsfaktor oder das Reziprok dieses sich ändert. Folglich ist die Berichtigungsanlage äußerst flexibel indem

a) Impulse pro tatsächlichem Volumeneinheit eine beliebige Zahl sein kann;

b) die berichtigten Ausgangssignalimpulse, Jede gewünschte technische Einheit darstellen können;

c) ein beliebiger gewünschter Spannungswert für jede Bitzunahme im A/D-Konverter aufgestellt werden kann; und

d) ein absoluter Grunddruck und eine absolute Grundtemperatur auf jeden gewünschten Spannungswert eingestellt werden kann.

Zusammenfassend: Die Teile -durch -N- Zahl, die als der Wert zum Teilen der unberichtigten Meßimpulse angenommen

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0 3 0 0 1 i^;. / ü J 8 0

wird, während keine Druck- oder Temperaturberichtigungen vorgenommen werden, können eine beliebige Zahl sein, die ausreicht, um die Zunahmeauflösung zu ermöglichen. In gleicher Weise müssen am Meßgerät erzeugte Impulse runde Zahlen pro Volumeneinheit sein und der Ausgang des Teile- durch N- Zählers braucht nicht in genauen technischen Einheiten angegeben sein. Ferner kann eine zusätzliche Zählverstärkung am Meßgerät vor dem geregelten Zähler oder hinter diesem ausgeführt werden.

Es sind viele Änderungen der beschriebenen Anlage und viele stark unterschiedliche Ausführungen der Erfindung ohne Abweichen von ihrem Umfang möglich. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungen beschränkt.

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03 0 0 ι ι-, I (^ 8 Q

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Berichtigen des tatsächlichen Strömungsvolumens bei vorherrschenden Druck- und Temperaturbedingungen eines strömenden Mediums in einen entsprechenden Normzustand für Druck und/oder Temperatur, gekennzeichnet durch:

a) einen Generator (26) zum Erzeugen von mit dem tatsächlichen Volumen des Mediums bei vorherrschenden Bedingungen in Beziehung stehenden Volumenimpulsen;

b) einem Sensorwandler (10), der auf den Zustandspararaeter anspricht, für den die Beziehung hergestellt »erden und zur Anzeige des Mediums bei den genannten Bedingungen geeignet sein soll und der ein Ausgangssignal liefert, das dem absoluten Wert des gemessenen Parameters proportional istj

c) einen Verstärker (42) zum Liefern eines verstärkten Ausgangssignals des Sensorwandlers, das einen eine

030015/0880

■ Zweigstelle (§ 28 PaO) TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: Manchen: 1 - 856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK Aa W. MEISSNER. BLN-W St. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/39160 37 BERLIN» 122 82 -109 8000 MÖNCHEN 22 033/892 23 83 3696716000 TEL.: 069/22 35 44

OR/G/NAL INSPECTED

Einheit darstellenden Crrund zu standswert aufweist und

d) einen Teilerzähler (22) zum Teilen der unberlentigten Volumenimpulse durch das verstärkte Signal und zum Liefern eines digitalen Ausgangssignale, das auf das Volumen des Strömungsmediums bezogen ist, das auf die Parameterempfindlichkeit des Sensorwandlers (10) berichtigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Sensorwandler (10) auf Änderungen der temperatur bei vorherrschenden Bedingungen des Strömungsmediums anspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet , daß der Sensorwandler (10) auf die Änderungen des Drucks bei vorherrschenden Bedingungen des Strömungsmediums anspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorwandler auf die Temperatur und ein anderer auf den Druck anspricht und daß jeder Wandler ein Ausgangssignal liefert, das dem absoluten Wert seines gemessenen Parameters proportional ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem Gasstrom als Strömungsmedium eine Superkompressivitätsfaktoreinrichtung das abgegebene Ausgangssignal der Sensorwandler (10) in Beziehung zu den Superkompressivitätscharakteristiken des (Jasstroms variiert.
6. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß das vom Sensor-

03001B/0880 - ³ -

wandler (10) abgegebene Signal ein Analogsignal ist und daß ein Analog-Digital-Wandler (18) das verstärkte Wandlersignal in ein entsprechendes digitales Signal umwandelt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Teiler (22) für das verstärkte Signal einen Paktor enthält, der den gewünschten technischen Einheiten zur erhaltenen Berichtigung entsprioht.
8. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch:

a) einen Strömungsmesser (14), durch den das Strömungsmedium hindurchgeht;

b) einen Generator (26), der vom Strömungsmesser (14) betätigt wird und die Volumenimpulse erzeugt, die auf das tatsächliche Volumen des Mediums bei vorherrschenden Bedingungen bezogen ist, die vom Strömungsmesser geführt werden;

c) einen Sensorwandler (10), der auf den Zustandparameter anspricht, für den die Berichtigung durchgeführt werden und zum Anlegen des Strömungsmediums bei den vorherrschenden Zuständen geeignet sein soll, und daß der Sensorwandler (10) ein Ausgangssignal liefert, das dem absoluten Wert des gemessenen Parameter proportional ist;

d) einen Verstärker zum Liefern eines verstärkten Ausgangssignals des Sensorwandlers (10) , das einen Grundzustandswert enthält, der eine Einheit darstellt; und

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e) einen Teilerzähler (22) zum Teilen der unberichtigten Volumenimpulse durch das verstärkte Signal und zum Liefern eines digitalen Ausgangssignals, das mit dem Volumen des auf die Parameterempfindlichkeit des Sensorwandlers berichtigte Strömungsmedium bezogen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmesser (14) vom Medium zum Messen des tatsächlichen hindurchgehenden StrömungsVolumens dient.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das ^usgangssignal des Sensorwandlers (10) analog ist und daß ein Analog-Digital-Wandler (18) das verstärkte Wandlersignal in ein entsprechendes Digitalsignal umwandelt.
11. Vorrichtung naah Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , da R d.^s Meßgerät (14) ^in Verschiebpgerät zum Messen von Naturgas ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein berichtigtes Register (32) vom Ausgangssignal des Teilerzählers (22) betrieben wird und die Menge des bei einer gewählten Grundbedingung hindurchgegangenen Strömung anzeigt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Aufnahme des Ausgangssignals des Teilerzählers (22) dient.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorwandler (10) auf Temperaturechwankungen anspricht und daß ein

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Wechselstromgenerator (36) vom Meßgerät betrieben wird und elektrische Energie an die elektrisch betriebenen Elemente der Anlage liefert.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurchfrekernzeichnet , daß, wenn das tatsächliche Strömungsvolumen sowohl für Temperatur als auch für Druck berichtigt werden soll, ein Sensorwandler auf die Temperatur und ein anderer auf Druck anspricht und beide je ein Ausgangssignal liefern, das dem absoluten Wert seines gemessenen Parameters proportional ist.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Strömungsmedium

ein Gas is I und die Superkompressivitätsfaktoreinrichtun<? das gelieferte Ausgangs signal der Wandler in Beziehung zu den Superkompressivitätscharakteristiken des strömenden Grases variiert.
17. Verfahren zur Benutzung einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß

a) Volumenimpulse erzeugt werden, die auf das tatsächliche Volumen des Strönungsmediums bei vorherrschenden Zuständen bezogen ist,

b) der Zustandsparameter festgestellt wird, für den die Berichtigung bei den vorherrschenden Zuständen bewirkt wird, und ein Ausgangssignal geliefert wird, das dem absoluten Wert des gemessenen Parameters proportional ist,

c) das verstärkte Ausgangssignal des Sensorwandlere(10^

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einen Grundzustandswert enthält, der eine Einheit darstellt und ein digitales Ausgangssignal liefert, das auf das Volumen für den festgestellten Parameter darstellt, und ein verstärktes Signal liefert; und

d) die Impulse des unberechtigten Volumens durch das verstärkte Signal geteilt werden, um ein digitales Ausgangssignal zu erhalten, das auf das Volumen des Strömungsmediums bezogen ist, das auf den festgestellten Parameter berichtigt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet , daß TemperaturSchwankungen in den vorherrschenden Zuständen der Strömung festgestellt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß Druckschwankungen in den vorherrschenden Zuständen der Strömung festgestellt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet , daß das tatsächliche ^trömungsvolumen sowohl hinsichtlich der temperatur als auch des Drucks berichtigt wird und Temperatur und Druck gleichzeitig abgetastet werden und getrennte Ausgangssignale erzeugt werden, die dem absoluten Wert jedes gemessenen Parameters proportional sind.
21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein Gas ist und das

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festgestellte Ausgangssignal der abgetasteten Parameter, die "bezogen auf die Superkompressivitätscharäkteristiken des Gases sind, schwanken.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß das auf den Wert des gemessenen Parameters erzeugte Signal ein Analossignalist und das verstärkte Signal in ein entsprechendes Digitalsignal umgewandelt wird.

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