CH647863A5 - Turbinendurchflussmesser mit einem messrotor. - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt im Gebiet der Durchflussmesser vom Turbinentyp, wie in der US-PS 3 733 910 beschrieben und bezieht sich auf einen Turbinendurchflussmesser mit einem Messrotor mit Rotorflügeln, die in einem Winkel zur Rotationsachse des Messrotors ausgerichtet sind und mit einer Einrichtung, die durch den Messrotor beeinflusst wird, um einen Ausgangswert zu erzeugen, der repräsentativ ist für den Fluidfluss durch den Rotor.

Die Durchflussmesser vom Turbinentyp wurden schon vor vielen Jahren in der Fluidmessung verwendet, wobei diese Art von Messung aufgrund ihrer Einfachheit, Wiederholbarkeit, Betriebssicherheit und relativ guter Genauigkeit gegenüber anderen Fluidmessarten, insbesondere bei grossen Durchsätzen zunehmend populärer wurde.

Es ist generell einzusehen, dass jedes dieser nach herkömmlichen Methoden hergestellte und zusammengesetzte Messgerät ihre eigene und nur für dieses Gerät gültige Registrier- oder Kalibrierkurve besitzt. Bei der Herstellung der Geräte wird jedes Gerät in einer Testanordnung mittels eines vorbestimmten Fluidstroms kalibriert. Der in der Testanordnung verwendete sogenannte Flussprüfer ist ein hochpräzises Instrument, das selbst kalibriert wurde, um Durchflussmengen mit einem hohen Grad von Genauigkeit zu messen. Die nach herkömmlichen Methoden hergestellten Durchflussmesser zeigen jeder einzelne eine leicht differente Durchflussmenge für die gleiche vom Flussprüfer festgestellte Durchflussmenge. Dies wird durch eine Anzahl Faktoren bewirkt. So können beispielsweise verschiedene Lagerpaare in einem Gerät verschiedene leichte Widerstände auf die Rotation des Rotors bewirken. Ebenso variieren die Winkel, mit denen die Propellerblätter in bezug auf die Strömung ausgerichtet sind, von Gerät zu Gerät und damit auch der Querschnitt der ringförmigen Durchstromöffnung für das zu messende Fluid durch das Durchflussgerät. In der Praxis ist es unmöglich, bei den angewendeten herkömmlichen Produktionsmethoden solche einflussbringende Abweichungen zu verhüten bzw. die Effekte aus diesen Faktoren für jedes Gerät präzise gleich zu machen. Auch die mechanische Belastung des Gerätes durch die verschiedenen Antriebsmittel wie Getriebe, Magnetkupplung usw., die zwischen dem Rotor und dem Anzeigemechanismus wirken, variieren ebenso von Gerät zu Gerät. Diese Abweichungen aus den genannten Faktoren führen dazu,

dass jedes Gerät für die gleiche mit dem Flussprüfer festgestellte Durchströmung einen eigenen Wert anzeigt. Das Verhältnis der Geräteablesung und irgendeines gegebenen Flusses aus dem Flussprüfer ist angegeben als die «Prozentigkeit der Erfassung». Zeigt also ein Durchflussmessgerät für einen gegébenen Fluss 9991 an, wobei dieser Fluss durch den Flussprüfer mit 10001 angegeben wird, dann beträgt die Erfassung 99,9%; das heisst das Gerät misst 99,9% des wirklichen Flusses. Die Kurve, die durch Aufzeichnung verschiedener Prozentigkeit der Erfassung eines Durchflussmessers bei verschiedenen Durchflussraten erhalten wird, ist eine sogenannte Kalibrationskurve und jedes Gerät hat somit seine eigene Kalibrationskurve.

Wird nun beim Gebrauch eines solchen Durchflussmessers nach einer gegebenen Zeitperiode am Anzeigeelement angegeben, dass beispielsweise eine Menge von 10 000 1 durch das Messgerät strömten, wobei dieses Gerät eine Prozentigkeit der Erfassung von 99,9% aufweist, muss der abgelesene Wert 10 0001 mit 0,999 dividiert werden, was ein Resultat von 10 0101 wirklich durchgeströmtes Fluid ergibt. Wenn also die Kalibrationskurve die Prozentigkeit der Erfassung für verschiedene Schliessraten über den ganzen Betriebsbereich des Gerätes angibt, so kann durch Dividieren mit diesem Wert die angezeigte Durchflussmenge bei der entsprechenden Fliessrate des Gerätes korrigiert und die eigentliche Durchflussmenge berechnet werden.

Im Laufe der weiten Erfahrungen im Gebrauch solcher Durchflussmesser hat sich gezeigt, dass einer oder mehrere der oben erwähnten Faktoren, welche die Kalibrationskurve beeinflussen, im Laufe der Zeit sich verändern können. Beispielsweise können sich die Rotorlager durch den ständigen Gebrauch abnützen, wobei eine grössere Lagerreibung entsteht, Fremdmaterialien im gemessenen Fluid können sich in den Lagern ansammeln, der Querschnitt des ringförmigen Durchflusses kann ebenfalls ändern durch Akkumulation fremder Stoffe an den Wänden, was alles zu zunehmenden Fehlablesungen führen kann. Nimmt beispielsweise die Lagerreibung langsam zu und überträgt eine zusätzliche Belastung auf den Rotor, so kann anstatt der angezeigten 99,9% der Erfassung, wie es im Beispiel dargestellt wurde, nur noch 98,9% anzeigen. In diesem Falle zeigt das Gerät 1,1% weniger als 10 0001, also nur noch 98901 an. Wenn nun derjenige, der dieses Gerät abliest, keinen Anhaltspunkt hat, dass das Gerät nicht gemäss der Kalibrationskurve arbeitet, so wird er die Ablesung von 9890 1 durch die ihm bekannte Prozentigkeit der Erfassung von 99,9% dividieren, was natürlich ein falsches Resultat (9890/0,999) von 99001 ergibt.

In der Vergangenheit was es ein übliches Vorgehen, periodisch die Messgeräte aus dem Rohrsystem herauszumontieren, um es zu prüfen und gegebenenfalls mit Hilfe eines Flussprüfers wieder zu rekalibrieren. Dieses erforderte natürlich einen beträchtlichen Aufwand an Zeit und Mittel und

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nicht selten arbeiteten diese Messgeräte viel zu lange, bis sie wieder erneut kontrolliert und kalibriert wurden. In der US-Patentschrift Nr. 4 091 653 von Rockwell International Corp. wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Genauigkeit und Kalibration von Turbinendurchflussmesser beschrieben, wobei das Gerät ohne aus dem System herausmontiert und ohne Unterbrechung des Betriebes ausgemessen und neu kalibriert werden kann. Darin ist auch beschrieben, dass Veränderungen in der Kalibration oder der Prozentigkeit der Erfassung gefunden wurden durch Änderungen des Winkels der Propellerblätter, an welchen das Fluid vorbeiströmte. Wird zum Zeitpunkt der ersten Kalibrierung ein Ausgangswinkel des den Rotor verlassenden Fluids spezifiziert, so kann bei periodischer Überprüfung des Ausgangswinkels des Fluids während das Gerät in Betrieb ist, irgendwelche Abweichungen festgestellt werden, was dem Überwachenden anzeigt, dass die Gerätekalibration sich verändert hat. Es sind ferner Einrichtungen beschrieben, welche im Gerät angebracht werden, um den Ausgangswinkel des Fluids anzuzeigen. Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des Verfahrens und der Vorrichtung aus dem US-Patênt 4 091 6$3 und beschreibt eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Ausgangswinkels des Fluids derart, dass wenn Änderungen im Ausgangswinkel festgestellt werden, diese Änderungen umgehend benützt werden, um die Prozentigkeit der Erfassung zu korrigieren, so dass in Übereinstimmung mit diesen Änderungen eine kontinuierliche und präzise Angabe des Fluidsflusses durch das Gerät gewährleistet ist.

Frühere Bemühungen um hohe Genauigkeiten in Turbi-nendurchflussmessern zu erreichen, sind in der US-Patentschrift Nr. 3 142 179 von Souriau und in der US-Patentschrift Nr. 3 934 473 von Griffo beschrieben. Das Patent von Souriau beschreibt einen Turbinendurchflussmesser, in welchem das Fluid beim Eintritt in das Gerät eine Tangentialgeschwindig-keit erfährt, hervorgerufen durch feste, in einem bestimmten Winkel angeordnete Leitbleche. Dieses, eine tangentiale Geschwindigkeit aufweisende Fluid trifft auf die Leitflügel eines Messrotors und bringt diesen zum Rotieren. Entsprechend dieser Lehre arbeitet dieses Messgerät bei einer merklich erhöhten Genauigkeit, wenn die Tangentialgeschwindig-keitskomponente vollständig auf den Messrotor übertragen wird. Vorgesehen ist weiter eine Bremse zur Erzeugung eines Bremsmomentes auf dem Messrotor, wobei die Grösse des Momentes durch die Rotation eines Fühlrotors steuerbar ist, welcher im Abwärtsstrom des Messrotors angeordnet ist.

Weist der die Leitschaufeln des Messrotors verlassene Fluidstrom noch irgendwelche Tangentialgeschwindigkeits-komponenten auf, welche durch den Messrotor noch nicht aufgenommen wurden, so wird der Fühlrotor in Bewegung gesetzt. Die Rotation des Fühlrotors variiert entsprechend der Grösse der Bremskraft, welche auf den Messrotor gegeben wird, bis der Messrotor mit einer Geschwindigkeit rotiert, welche sämtliche Tangentialgeschwindigkeitskomponenten im Fluid aufhebt, welche die Schaufeln des Messrotors anregen. In der vorliegenden Erfindung wird keine Tangential-komponente dem auf die Messrotorflügel zufliessenden Fluid aufgeprägt und es wird auch nicht versucht, tangentiale Komponenten der Geschwindigkeit des Fluids aus dem Messrotor auszumessen.

Das Patent von Griffo beschreibt einen Turbinendurchflussmesser, in welchem ein Fühlrotor im Ausgangsstrom des Messrotors angeordnet ist und in entgegengesetzter Richtung der Rotationsrichtung des Messrotors rotiert und dies ungefähr in derselben Rotationsgeschwindigkeit wie der Messrotor, wobei die Geschwindigkeit des Fühlrotors mit den Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit des Messrotors variiert. Es ist aber vorteilhafter, den Fühlrotor in beiden Rotationsrichtungen bei einer stark reduzierten Geschwindigkeit nahe bei Null zu betreiben.

Weitere Bemühungen, um die Genauigkeit von Turbinen-durchflussmessern zu verbessern, werden im US-Patent

3 241 366 von Allen und im US-Patent 3 710 622 von Ham-mond et al. beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Turbinendurchflussmesser zu schaffen, um auf praktische, einfache, sichere und hochgenaue Weise innerhalb eines weiten Bereiches von Druck und Fliessraten kontinuierlich die Genauigkeit eines Turbinendurchflussmessers aufrechtzuerhalen, während dieser Durchflussmesser in Betrieb steht.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, in einem Turbinendurchflussmesser die kontinuierliche Überwachung des Ausgangswinkels des Fluidstroms aus dem Messrotor und die Korrektur des angezeigten Durchsatzes in Übereinstimmung mit irgendwelchen Änderungen im Ausgangswinkel des Fluids zu bewerkstelligen, um eine genaue Anzeige der Strömung durch das Gerät zu erreichen.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, in einem Turbinendurchflussmesser die kontinuierliche Überwachung des Ausgangswinkels des Fluids, welches den Messrotor verlässt, und die Modifizierung des Betriebes des Messrotors in Übereinstimmung mit den Veränderungen dieses Ausgangswinkels zu bewerkstelligen.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, die Abfühlung von Veränderungen im Ausgangswinkel des den Messrotor verlassenden Fluidstromes und durch Rückführung von Betriebswerten die Veränderung der Bremswirkung am Messrotor in Abhängigkeit mit den Änderungen des Ausgangswinkels zu bewerkstelligen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebene Kombination von Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird nun unter Zuhilfenahme der nachfolgend aufgeführten Figuren eingehend beschrieben.

Fig. 1 zeigt die teilweise geöffnete, seitliche Ansicht eines Turbinendurchflussmessers mit Sicht auf die Messkammer;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Messkammer;

Fig. 3 zeigt die Darstellung einer Ausführung eines konstantgenauen Turbinendurchflussmessers, bei dem eine Pitot Röhre zur Detektion der Fliessrichtung gemäss Patent Nr.

4 091 653 verwendet wird;

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines konstantgenauen Turbinendurchflussmessers ;

Fig. 5,6A, 6B, 7A und 7B: sind Geschwindigkeitsdiagramme, bezogen auf den Ausgangswinkel eines Fluids aus dem Messrotor und dem Fühlrotor, der diesen Ausgangswinkel abfühlt und die abgefühlte Grösse an die Einrichtung weitergibt, welche die Änderungen im Ausgangswinkel korrigiert, die eingekreisten Teile in den Fig. 6A und 7A sind in vergrösserter Form in den Fig. 6B und 7B dargestellt;

Fig. 8 ist ein Schnitt entlang 8-8 in Fig. 2;

Fig. 9 zeigt die Frontplatte der Elektronikeinrichtung solch eines Messgerätes, auf welchem verschiedene Werte, Limiten usw. von Parametern angezeigt werden ;

Fig. 10 zeigt eine elektrische Schaltung zur Selbstkorrektur, wie sie in der elektronischen Einrichtung von Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 11 zeigt eine elektrische Schaltung zur Selbstkontrolle, wie sie in der elektronischen Einrichtung von Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 12 zeigt die Beziehungen zwischen Messrotorgeschwindigkeit und Fühlrotorgeschwindigkeit für die Zustände innerhalb einem Bereich von Reynoldszahlen für dieses Messgerät;

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm der Computerarchitektur zur Ausführung eines Prozesses in einer weiteren Ausführung dieser Erfindung;

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Fig. 14 zeigt Signale für den Zeitablauf innerhalb des Blockdiagramms von Fig. 13;

Fig. 15 zeigt eine Anzeigetafel zur Anzeige des Fluidflus-ses und zur Anzeige von Warnsignalen;

Fig. 16 zeigt ein Detail aus dem Blockdiagramm der Fig. 13;

Fig. 17A, 17B und 17C zeigen zusammen das detaillierte Schaltbild der Blockschaltung aus Fig. 13;

Fig. 18Abis 18F zeigen ein Flussdiagramm des Betriebablaufes, wie er durch die angegebenen Schaltungen der Fig. 13, 17A, 17B und 17C ausgeführt wird.

Zum besseren Verständnis wird in der Beschreibung der Erfindung der Stand der Technik aus US-PS 4 091 653 in die Beschreibung miteinbezogen. Diese Druckschrift beschreibt, dass Änderungen des Winkels im fliessenden Fluid, hervorgerufen durch den Messrotor (dieser Winkel sei mit 0) bezeichnet, indikativ für Änderungen der Anzeige des Gerätes sind. Dabei wird lediglich der Ausgangswinkel auf einer Anzeigeeinheit angezeigt, um einen Wert zu vermitteln, mit dem eine Korrektur der Durchflussangabe des Gerätes korrigiert werden kann. Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung solch ein Gerät, bei dem der Ausgangswinkel überwacht und auf einem festen Wert gehalten wird.

Eine Pitot-Röhre 12 zur Feststellung der Flussrichtung, gleich wie in der US-PS 4 091 653 beschrieben, ist im Ausgangsstrom des Messrotors 20 angeordnet, wie dies in der genannten Patentschrift und in Fig. 3 gezeigt wird. Bei der anfänglichen Kalibrierung wird die Pitot-Röhre 12 entsprechend einem gewünschten Ausgangswinkel 0 eingestellt. Ist dann der Ausgangswinkel 0 gleich diesem Wert, so wird kein Ausgangssignal in Form einer Druckdifferenz Ap angezeigt. Ändert sich aber im Laufe der Betriebszeit der Ausgangswinkel 0 von der anfänglichen Kalibrierung, so zeigt das Pitot-Rohr eine Druckdifferenz proportional zur Abweichung A0 an. Dieses Druckdifferential Ap, welches repräsentativ für irgendeine Abweichung A0 des Ausgangswinkels 0 vom kalibrierten Wert 0 ist, wird von einem Druckdifferenzübertrager 14, wie der in Fig. 3 abgebildet ist, übernommen. Der Übertrager 14 wandelt die Druckdifferential Ap in ein elektronisches Fehlersignal, welches direkt proportional mit der Änderung der Druckdifferential und damit mit Änderungen A0 im Ausgangswinkel ist. Dies ergibt folgende Beziehung

Ap oc A0 oc Fehlersignal

Die Abweichung bzw. das Fehlersignal wird dann einem Prozessor 16 zugeführt, indem es verstärkt und zu einer Grösse weiterverarbeitet wird, die geeignet ist, eine Bremsvorrichtung 18 zu steuern. Die Bremsvorrichtung 18 überträgt eine Bremskraft auf den Messrotor, deren Grösse durch das Fehlersignal aus dem Prozessor bestimmt wird. Fällt nun im Laufe des Betriebes die Rotationsrate des Messrotors 20 bei einer gegebenen Flussrate langsam ab, beispielsweise durch Lagerverschleiss oder andere Gründe, so nimmt der Ausgangswinkel 0 im Fluid ebenso zu, was im Pitot-Rohr 12 eine Druckdifferenz erzeugt, welche vom Übertrager 14 als positiver Druck abgefühlt wird. Das Ausgangssignal vom Prozessor 16 über den Übertrager 14, welches repräsentativ für die Änderungen im Ausgangswinkel 0 ist, wird auf die Bremsvorrichtung 18 gegeben, deren Funktion darin besteht, die Bremswirkung auf den Messrotor zu verringern, wobei dieser an Geschwindigkeit zunimmt und dabei der Ausgangswinkel 0 kleiner wird. Die anfängliche Adjustierung der Bremskraft kann nicht genügend gross sein, um den Winkel 0 wieder auf seinen kalibrierten Wert zu bringen. Ist dies der Fall, so dauern Ap und das Fehlersignal aus dem Übertrager an und bewirken im Prozessor eine Anzahl sukzessiver Adjustierungen. Das Messgerät 10 zeigt dann wieder ganz genau den

Fluiddurchsatz innerhalb der anfänglich festgelegten Genauigkeitsgrenzen an. Aus dem Vorangegangenen kann gesehen werden, dass die Bremseinrichtung 18 so funktionieren muss, dass zu jeder Zeit eine definierte Bremswirkung auf den Messrotor 20 gegeben werden kann, auch wenn das Messgerät 10 in seiner Kalibrierung ist und zwischen erlaubten Grenzen der Abweichung des Ausgangswinkels 0 vom kalibrierten Winkel 0* arbeitet.

Wenn aus irgendeinem Grund die Geschwindigkeit des Messrotors 20 für eine gegebene Schliessrate über die kalibrierte Geschwindigkeit ansteigen sollte, so nimmt der Ausgangswinkel 0 dem entsprechend ab und bewirkt in der Pitot-Röhre 12 einen Druckunterschied, welcher vom Übertrager 14 abgefühlt und als negativer Druck registriert wird. Damit zeigen auch die Ausgangssignale des Übertragers 14 negative Werte, welche den Prozessor 20 veranlassen, ein abnehmendes Ausgangssignal zu erzeugen, was auf die Bremseinrichtung derart wirkt, dass die Bremswirkung auf dem Messrotor zunimmt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Messrotors auf den kalibrierten Wert reduziert wird und der Ausgangswinkel verkleinert sich, bis das Fehl'ersignal verschwindet.

Bis jetzt wurde eine Anordnung beschrieben, in der der Betrieb eines Turbinendurchflussmessers 10 in Abhängigkeit der Abweichungen der Rotationsgeschwindigkeit des zugehörigen Messrotors von der ursprünglichen kalibrierten Geschwindigkeit adjustiert wird, so dass die Ausgangswerte des Gerätes sich jederzeit akkurat zwischen den Limiten der Ausgangskalibration befinden.

Wie beschrieben, werden Abweichungen von einem eingestellten oder kalibrierten Betrieb durch den Ausgangswinkel 0 des Fluids, welches den Messrotor 20 verlässt, angezeigt, wobei die Änderungen durch eine Pitot-Röhre zur Detektion der Flussrichtung abgefühlt werden. Ein Nachteil bei der Anwendung einer Pitot-Röhre, um diese Änderungen im Ausgangswinkel abzufühlen, ist der, dass die Öffnungen und Durchgänge in der Pitot-Röhre durch Akkumulation von Fremdpartikeln im gemessenen Fluid langsam zuwachsen, sobald solch eine Pitot-Röhre über längere Zeit in ständigem Betrieb steht.

Es wurde herausgefunden, dass ein zweiter Rotor 22, der für freie Rotation in einer bestimmten Distanz im Ausgangsstrom vom Messrotor 20 angeordnet ist, ebenfalls benützt werden kann, um Änderungen im Ausgangswinkel des Fluids, welches den Messrotor verlässt, abzufühlen, was gleich nachfolgend beschrieben werden soll.

Die Fig. 1,2 und 8 zeigen innere Details eines Turbinendurchflussmessers 10 mit einem Fühlrotor 22 im Ausgangsstrom des Messrotors 20, zum Abfühlen des Ausgangswinkels 0 des Fluids, welches den Messrotor 20 verlässt. Der Turbinendurchflussmesser 10 hat ein Gehäuse 50 mit den Flanschen 52 und 54 am Eingang und am Ausgang, zur gasdichten Konnexion mit der Fluidleitung. Auf der Einströmseite der Messkammer 58 ist eine Fliessleiteinrichtung 56 angebracht, welche im Gehäuse 50 durch radial abstehende Leitflügel 57 befestigt ist. Zusätzlich zur Halterung der Fliessleiteinrichtung 56 dienen die Leitflügel 57 zur Minimierung oder Eliminierung irgendwelcher tangentialen Komponenten in Fliessrichtung des Fluids, bevor es in die Messkammer 58 eintritt. Die Messkammer 58 besteht aus einer inneren und äusseren, zueinander konzentrisch angebrachten Zylinderwand 63 und 65, die durch radial angebrachte Streben 114 gegeneinander befestigt sind und so einen ringförmigen Kanal 60 bilden. Das Ganze ist gasdicht in das Gehäuse 50 eingepasst, so dass der gesamte Fluidstrom durch den Kanal 60 (Fig. 2 und 8) der Kammer fliesst.

Im Inneren der Messkammer 58 ist der Messrotor 20 mit den radial verlaufenden Flügeln oder Schaufeln 62 eingepasst, wobei die Flügel oder Schaufeln 62 sich ganz über die

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Ausdehnung des Fliesskanals 60 erstrecken. Der Rotor 20 ist auf einer Welle 64 mit einer Nut 66 aufgesteckt und mit einer Unterlagsscheibe 70 sowie einer Schraube 68 festgehalten. Eine interne Befestigung 77 besteht aus den Wänden 77a und 77b, die durch longitudinale Fortsätze 77c und 77d zusammengefügt sind. Die Wände 77a und 77b sowie die Fortsätze 77c und 77d sind zu einer Einheit zusammengefasst, welche von der Wand 81 gehalten ist mit Hilfe von geeigneten Mitteln wie eine Anzahl Schrauben 83 und für die Wand 81 durch eine Anzahl Schrauben 83a. Die Wände 63 und 81 können vollständig ausgeformt sein und mit der Wand 81a durch geeignete Mittel, wie nicht dargestellte Schrauben, festgehalten werden. Das Lager 72 wird durch einen Teil der Nabe des Rotors 20 auf der Welle 64 gehalten und das Lager 74 ist in der Wand 77b befestigt und gesichert durch einen Befestigungsring 69, die mittels Schrauben an die Wand 77b gepresst wird. Die inneren Wände 77a, 81 und 81a bilden die Kammer 71, sowie die Halterung für ein Zahnradgetriebe zur Anzeige 48 und zur Rotationsabfühleinrichtung, welche später beschrieben wird. Öffnungen (von denen eine bei 75 zu sehen ist) sind vorgesehen für Filter 75a, sie bewirken eine Druckbalance zwischen dem Fluid aus dem Rohrsystem und dem Innenraum der Kammer 71, wobei der Filter Verunreinigungen von der Kammer fernhält. Mit dem Zahnradgetriebe zum Register 48 wird eine mechanische Anzeige des akkumulierten Fluiddurchflusses durch das Messgerät 10 ermöglicht. Es besteht aus einem Schneckengetriebe 76, verbunden mit der Rotorwelle 64, die ein Schneckenrad 78 antreibt. Das Schnek-kenrad 78 ist auf einer Zwischenwelle 80 mit einem Dorn durch die Nabe 79 auf dem Schneckenrad 78 und der Zwischenwelle 80 befestigt. Die Welle 80 läuft in Lagern 82 und 84 zwischen den Teilen 77d und 77c. Das eine Ende der Welle 80 führt durch das Lager 84 im Teil 77c hindurch und trägt ein Zahnrad 86. Das Zahnrad 86 ist im Eingriff mit dem Getrieberad 88, welches auf die Welle 90 montiert ist und rotierbar in der äusseren Wand der Messkammer 58 in einem Lager 85 auf die Anzeige 48 führt. Sobald die Welle 90 rotiert, wird durch die Anordnung 92 in Fig. 1, welche eine magnetische Kupplung und ein Reduktionsgetriebe enthält, eine mechanische Kraft auf die Anzeige 48 auf dem Durchflussmessergehäuse übertragen. Die Magnetkupplung und das dazu angeordnete Reduktionsgetriebe 92 sind bei Turbinendurchflussmesser gut bekannt, beispielsweise beschrieben im US-PS 3 858 488, welches durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung am 7. Januar 1975 angemeldet wurde.

Zusätzlich zur mechanischen Anzeige des Flusses ist eine elektronische Abgreifvorrichtung 100 in der Kammer 71 vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem Schlitzfühler 102 (Fig. 8), welcher an der Innenwand der Kammer 71 befestigt ist, sowie aus einem Metallflügelrad 104 mit einer Anzahl radialen Schlitzen 106, das auf der Rotorwelle 64 angebracht ist. Der Fühler 102 ist so angeordnet, dass ein Teil des Flügelrades 104 in den Schlitz des Fühlers eingreift, so dass bei der Rotation des Flügelrades der Fühler das Passieren der Schlitze 106 wahrnimmt. Eine ganze Anzahl von solchen Fühlern sind im Handel erhältlich, der hier verwendete Typ ist eine Ausführung von R.B. Denison mit der Modellbezeichnung SJ3, 5N. Dieser Fühlertyp ist mit einem ständigen, elektrischen Signal von ungefähr 40 kHz versehen. Das abwechselnde Vorbeibewegen von Schlitzen und metallischen Teilen des Flügelrades im Schlitz des Fühlers ändert die Modulation in der Amplitude des Signals, mit dem der Fühler versehen ist. Diese Modulationen werden gleichgerichtet oder auf eine andere Art verarbeitet, um letztlich für jeden passierenden Schlitz einen Puls zu erzeugen. Über die Leitungen 108 in Fig. 2 ist der Fühler 2 mit einem Schaltkreis, der später beschrieben wird, nach aussen verbunden.

Unmittelbar im Ausströmbereich des Messrotors 20 ist eine Druckplatte 110 vom entsprechenden Durchmesser und axialer Länge angeordnet, die eine Anzahl Öffnungen 112 am Umfang aufweist, welche, wenn die Palette oder Scheibe 110 sich in einer Position befindet, in der die Flügel 62 des Rotors 20 und die Flügel 67 des Fühlrotors 22 aufeinander ausgerichtet sind, den Ringkanal 60 axial fortsetzen. Die Teile der Scheibe 110, die radial einwärts liegen, sind koextensiv mit den von den Flügeln 62 und 67 radial einwärts liegenden Teilen der Rotoren 20 und 22. Der periphere Teil der Scheibe 110 steht als Schulter 120 im Gehäuse der Messkammer über und wird durch einen Satz Schrauben 116 festgehalten. Unmittelbar im Ausströmbereich der Druckplatte 110 ist der Fühlrotor 22 mit den Rotorblättern 67 angeordnet. Die Konstruktion ist gleich wie die des Messrotors, ausser dass der Winkel der Rotorblätter in bezug auf den Fluidfluss verschieden ist und keine mechanischen Vorrichtungen nötig sind, um diesen Rotor abzugreifen. Ein Befestigungsteil 122 gleich wie das Befestigungsteil 77 steht in Verbindung mit der Wand 123 und mit der Wand 124, welche die Kammer 138 umschliessen. Die Rotorwelle 126 ist in den Wänden 123 und 124 gelagert mit Hilfe von Lagerungen 134 und 136 und der Rotor 22 ist auf der Welle 126 mit Hilfe einer Schraubenmutter 132 und einer Unterlagsscheibe 130 gesichert. Der Fühlrotor ist so in freier Rotation unmittelbar im Ausströmungsbereich des Messrotors 20 und der Druckplatte 110.

Die Kammer 138 enthält eine elektronische Abgreifvorrichtung 144, bestehend aus einem Flügelrad 148 gleich dem Flügelrad 104, das auf der Welle 126 des Fühlrotors 22 montiert ist. Ein Schlitzfühler 146 gleich dem Fühler 102 zeigt zwei im Abstand voneinander angebrachte Arme, die das Flügelrad gemäss Figur einschliessen. Das Flügelrad 148 hat Schlitze gleich wie das Flügelrad 104, jedoch nicht gleich viele. Das Flügelrad 148 und der Fühler 146 kooperieren in der gleichen Weise wie dies das Flügelrad 104 mit dem Fühler 102 tut, um vom Fühlrotor 22 abhängige Pulse zu erzeugen, die von einer Leitung 150 nach aussen geführt werden. Die Öffnungen 140 und die Filter 142 in den Wänden 122, 123... und 124 ergeben einen Druckausgleich zwischen der Kammer 138 und der Fluidleitung des Messgerätes.

Das Fluid fliesst, bevor es die Rotorflügel 62 des Messrotors 20 errreicht, in der Richtung des Vektors Vi parallel zur Rotationsachse 23 des Messrotors 20, wie es in Fig. 5 abgebildet ist. Als Resultat des Vorbeifliessens an den Rotorflügeln 62 des Messrotors 20, um den Fluid und Nichtfluid-Widerstand zu überwinden, wird der Fluidstrom, der den Rotor verlässt, in Richtung und Geschwindigkeit beeinflusst, wie dies durch den Vektor V2 dargestellt ist. Das Fluid, das durch den Turbinendurchflussmesser 10 fliesst, erreicht den Rotor 20, wie es in Fig. 5 abgebildet ist, entlang der Richtung, wie sie der Vektor Vi anzeigt, wobei der Strom auf die Flügel 62 auftrifft, und den Rotor 20 um einen Winkel 0 entsprechend einer Linie parallel zur Rotationsachse, um die der Rotor 20 rotiert, verändert. Die Beziehung zwischen den verschiedenen relevanten Parametern kann sehr einfach verstanden werden mit Hilfe der Darstellung der Geschwindigkeitsdiagramme der Rotorflügel in den Fig. 5 bis 7B, worin:

ß der Winkel der Inklination beschreibt, welche die Messrotorflügel in bezug auf die Rotationsachse des Rotors 20 beschreiben;

0 ist der Fluidausgangswinkel, das ist der Winkel, um den das Fluid vom axialen Fluss ausgelenkt wird als Effekt beim Vorbeiströmen am Messrotor;

Va ist die axiale Komponente der absoluten Geschwindigkeit von Vi des Fluids, das durch das Messgerät fliesst und gleich Q/A ist;

Q ist die Fliessrate des Fluids durch das Messgerät;

A ist der effektive Querschnitt des Flusses durch das Messgerät;

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Vi ist ein Vektor, welcher die Richtung und die Grösse der absoluten Fluidgeschwindigkeit darstellt, wenn das Fluid sich den Rotorflügeln des Rotors 20 nähert und wird in seiner Richtung als parallel zur Rotationsachse angenommen, in welchem Fall Vi = Va ist. 5

V2 ist ein Vektor, der die Richtung und die Grösse der absoluten Fluidgeschwindigkeit darstellt, wenn das Fluid die Rotorflügel 62 des Messrotors 20, wie dies in den Fig. 5 bis 7B dargestellt ist, verlässt, wobei die Richtung aus dem axialen Fluss durch den Winkel 0 beispielsweise dem Ausgangs- 10 winkel des Fluids abgelenkt wird;

Um ist ein Vektor, welcher die Richtung und die Grösse der Tangentialgeschwindigkeit des Messrotors 20 beschreibt. Der Vektor Um ist parallel zu einer Tangente an den Umfang des Rotors 20 und ist angenommen von einem Punkt, der um 15 den Abstand des Radius r von der Rotationsachse entfernt ist, und durch folgende Beziehung dargestellt werden kann:

rf+ 17

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worin rt der äussere Radius des Messrotors 20 und rr der innere Radius, an dem die Rotorblätter 62 entspringen, bedeuten;

Ui ist ein Vektor, der die Richtung und die Grösse einer 25 idealen, tangentialen Geschwindigkeit ohne Schlupf des Rotors 20 darstellt (bei einem effektiven Radius r). Diese Grösse repräsentiert die Geschwindigkeit eines Rotors, der keiner mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wie beispielsweise Lagerreibung, Belastung durch das Getriebe einer 30 Anzeigeeinheit und Fluidfriktion ;

AUm ist die Differenz zwischen der idealen Tangentialgeschwindigkeit Ui und der wirklichen Tangentialgeschwindigkeit Um des Messrotors 20, die der Lagerreibung, Fluidfriktion und anderen Widerständen ausgesetzt ist; 35

y ist der Winkel der Inklination der Rotorflügel 67 des Fühlrotors 22 in bezug auf die Rotationsachse der Rotoren 20 und 22;

Us ist ein Vektor, der die Richtung und die Grösse der tangentialen Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 darstellt, und 40 zwar an seinem effektiven Radius, welcher in derselben Weise definiert ist, wie dies schon beim Messrotor beschrieben wurde;

Vi ist ein Vektor, der die Richtung und die Grösse der absoluten Geschwindigkeit des Fluids beeinflusst von den 45 Rotorflügeln 67 des Fühlrotors 22 beschreibt.

Grössen, die durch einen Stern bezeichnet werden, beziehen sich durch die ganze vorliegende Beschreibung auf kalibrierte Werte.

Schliesst nun das Fluid durch das Durchflussmessgerät 10 50 und nähert sich den Rotorblättern 62 des Messrotors 20, so ist die Schliessrichtung wie durch den Vektor Vi angegeben,

parallel zur Rotationsachse der Rotoren 20 und 22, d.h. keine signifikante, tangentiale Komponente ist im Fluidfluss vorhanden. Sobald das Fluid auf die mit einem gewissen Winkel 55 zur Flussrichtung stehenden Rotorblätter 62 des Messrotors 20 auftrifft, entsteht an den Rotorblättern 22 ein Drehmoment, das den Rotor 20 synchron zur Fluidfliessgeschwindig-keit in Rotation versetzt. Gegeben durch die Reibung der Rotorlager, Fluidfriktion, mechanische Belastungen des 60 Rotors durch Anzeigegetriebe und andere Faktoren, resultiert ein verzögertes Drehmoment auf den Rotor 22, welches zuerst überwunden werden muss, bevor der Rotor 22 mit synchroner Geschwindigkeit zu rotieren beginnt. Die Richtung des Fluid-flusses wird von ihrer rein axialen Richtung Vi nach V: abge- 65 lenkt, sobald das Fluid an den Rotorblättern 62 des Rotors 20 vorbeiströmt. Die Grösse des abgelenkten Fluidstroms von der rein axialen Flussrichtung ist der Winkel, bei welchem der

Strom den Messrotor an seinem Ausgang verlässt und ist als Ausgangswinkel 0 bezeichnet. Wie gezeigt, wird das Fluid dann auf den Fühlrotor 22 geführt in einer Richtung, die durch den Vektor V2 angezeigt ist.

Es ist aus dem Vorangegangenen verständlich, dass wenn der Winkel, d.h. der Winkel der Fühlrotorblätter gleich ist wie der Ausgangswinkel 0 der Fühlrotor weder in der einen noch in der anderen Richtung zu rotieren beginnt. In dieser Situation übt der Fluidfluss keine Rotationskraft auf den Fühlrotor 22 aus. Wenn der Ausgangswinkel 0 kleiner ist als der Winkel der Rotorblätter, wie dies in den Fig. 7A und 7B dargestellt ist, beginnt der Fühlrotor 22 in der Richtung des Vektors U5 zu rotieren. Es muss hier erwähnt werden, dass der Winkel, bei welchem das Fluid auf den Fühlrotor 22 auftrifft, etwas kleiner ist als der Ausgangswinkel 0, gegeben durch den Mischeffekt, wenn das Fluid durch den Raum zwischen den zwei Rotoren durchfliesst und auch gegeben durch weitere Faktoren. Die Differenz ist im allgemeinen sehr klein und der Winkel des Fluids, das auf die Fühlrotorblätter auftrifft, ist zudem proportional zum Fluidausgangswinkel 0. Zum Zwecke der Diskussion wird der Winkel des Fluids, wie es auf die Fühlrotorblätter auftrifft, als der gleiche angenommen wie der Ausgangswinkel 0 des Fluids, das aus dem Messrotor ausströmt.

Fig. 4 zeigt ein System gleich dem der Fig. 3, in dem eine variable Bremskraft auf den Messrotor 20 in Abhängigkeit der Änderungen des Ausgangswinkels 0 des Fluids, welches den Messrotor verlässt, angewendet wird, um die Genauigkeit der Ablesung der Geräteanzeige aufrechtzuerhalten. Im System der Fig. 4 wird der Ausgangswinkel durch einen frei rotierbaren Fühlrotor 22 abgefühlt, dies anstelle einer Pitot-Röhre. Die innere Ausführung des Messgerätes, wie es in der Fig. 4 angewendet wird, kann ähnlich dem von Fig. 2 sein, welches speziell für den Betrieb in den selbst überwachenden und selbst korrigierenden Messsystemen des Inhabers entwik-kelt wurden, welche später detailliert beschrieben werden. In dem in Fig. 4 abgebildeten System wird kein Flügelrad 104 benützt und der Fühlrotor ist anders ausgestaltet, eine Kodierscheibe 28 ersetzt das Flügelrad 148 der Fig. 2; Fotodetektoren oder andere Abnehmer kommen anstelle des Schlitzfühlers, wie er im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben wurde.

Das System, welches in Fig. 4 dargestellt ist, arbeitet mit einer ständigen Bremskraft auf den Messrotor während der ganzen Zeit, der Fühlrotor ist so ausgelegt, dass er bei einer niedrigen Rotationsrate alternierend in verschiedenen Richtungen durch die Null-Stellung hindurch oder unter stationären Bedingungen arbeitet. Die Fig. 6A und 6B zeigen in der Vektordarstellung den Effekt des Fluidflusses durch die Mess- und Fühlrotoren. In diesem System bildet der kalibrierte Wert des Ausgangswinkels 0 (0*) den Mittelwert, wenn das Messgerät unter normalen Bedingungen arbeitet, wobei die angewendete Bremskraft auf den Messrotor automatisch durch das System bestimmt wird. Dieser Zusammenhang wird nachfolgend beschrieben. Nimmt der Winkel 0 mit der Belastung des Messrotors zu, so dass der Winkel y der Fühlrotorblätter ungefähr gleich dem Winkel 0 der Kalibration (0*), wird der Winkel y ein klein wenig grösser gemacht, als der kalibrierte Wert des Winkels 0 sein würde, wenn keine Bremskraft auf den Rotor wirkt.

Wird der Wert des Winkels 0* konstant gehalten und ist der Winkel y gleich dem von 0*, so bleibt der Fühlrotor stationär. Nimmt die Geschwindigkeit des Messrotors 20 ab gegenüber dem kalibrierten Wert, so nimmt der Ausgangswinkel 0 zu und der Fühlrotor 22 beginnt in eine Richtung zu rotieren, wenn 0 > v ist, während eine Zunahme der Geschwindigkeit des Messrotors 20 eine Abnahme des Ausgangswinkels bewirkt, so dass der Fühlrotor 22 in der anderen

7

647 863

Richtung rotiert, wenn 0<y ist. Fig. 6A zeigt, dass wenn der Ausgangswinkel 0 des Fluidstromes den Messrotor auf höhere Geschwindigkeit bringt, so wird der Winkel 0 grösser als der Winkel 0* und der Fluidstrom, der gegen die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 gerichtet ist, berührt die rechter Hand liegende Oberfläche der Rotorblätter 67 in Fig. 6A, was bewirkt, dass der Fühlrotor nach links oder in Gegenuhrzeigersinn zu rotieren beginnt, wie dies im unteren Teil der Fig. 6A dargestellt ist. Im umgekehrten Sinn, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Messrotors 20 zunehmen soll, so nimmt der Winkel 0 ab und wird kleiner als der Winkel y, wobei der Fluidfluss die Rotorflügel des Fühlrotors 22 an der linken Oberfläche trifft und den Rotor 22 veranlasst, nach rechts oder im Uhrzeigersinn zu drehen, wie dies ebenfalls im unteren Teil der Fig. 6A dargestellt ist. Die Rotation des Fühlrotors 22 wird über eine Welle und ein Getriebe 26 auf eine Dekodierscheibe 28 übertragen, wie in Fig. 4 dargestellt. Eine nicht dargestellte Lichtquelle ist so angebracht, dass der Lichtstrahl durch die Öffnungen der Kodierscheibe 28 auf einen Fotodetektor, der ebenfalls nicht dargestellt ist, fallen kann. Diese Scheibe hat zwei konzentrische Reihen von Öffnungen, um die Achse der Scheibe sich derart überlappend, dass der Lichtstrahl periodisch unterbrochen wird und das Fotodetektorpaar einen Pulszug 30 und 32 für beide Richtungen im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn des Fühlrotors erzeugt. Die konzentrischen Öffnungen sind radial ausgerichtet in einer Weise, dass die Ausgangspulszüge mit ±90~ Phasenverschiebung zueinanderstehen. Rotiert die Scheibe 28 in der einen Richtung, so eilt das Pulssignal 30 dem Pulssignal 32 um 90° vor, während eine Rotation in der entgegengesetzten Richtung eine Nacheilung des Pulssignals 30 gegenüber dem Pulssignal 32 um 90° bewirkt. Die Phasenbeziehung zwischen den beiden Pulssignalen gibt einen Anhaltspunkt für die Rotationsrichtung der Scheibe 28. Die Ausgangssignale des Fotodetektors werden einem Phasendetektor 34 zugeführt, welcher die Phasenbeziehung zwischen dem Pulssignal 30 und 32 und damit auch die Rotationsrichtung der Scheibe 28 feststellt. Der Phasendetektor erzeugt zwei digitale Ausgangssignale 35 und 37, welche einem Binärzähler 36 mit umschaltbarer Zählrichtung zugeführt werden. Das Signal auf der Leitung 35 bringt den Zähler 36 in eine Zählrichtung (auf oder ab) entsprechend der Phasenbeziehung zwischen den Signalen 30 und 32.

In Abhängigkeit der Phasenbeziehung zwischen den Signalen 30 und 32, wie sie durch den Phasendetektor 34 festgestellt werden, wird ein Auf/ab-Kontrollsignal über die Linie 35 geleitet und bringt den Zähler 36 in den Zustand des Aufwärts- oder Abwärtszählens der Pulswerte auf der Leitung 37. Sowie der Fühlrotor rotiert, leitet die Leitung 37 die von den Fotodetektoren herstammenden Pulse zum Zähler 36, welche dort entweder auf- oder abgezählt werden, entsprechend dem Auf/ab-Signal, das vom Phasendetektor 34 über die Leitung 35 erhalten wird und abhängig ist von der Rotationsrichtung des Fühlrotors und der Kodierscheibe 28.

Ein logischer Schaltkreis 38 zur Einstellung von Schwellwert und Vorspannung enthält die üblich bekannten Bauteile ( 1 ) einen Analog/Digital-Wandler, welcher den Analogspan-nugnswert aus dem Puffer 46, der aus dem Vorspannungswert im D/A-Puffer 40 bestimmt wird, in einen digitalen Wert wandelt; (2) Logikbauteile, welche Offsetwerte für die Vorspannung abgeben, die durch den D/A-Wandler verarbeitet werden; diese Offsetwerte bestimmen Plus- und Minus-Schwellwerte für die Vorspannung; (3) ein Vergleicher vergleicht die Pulsanzahl im Zähler 36 mit den Plus- und Minus-Schwellwerten, sobald aus dem logischen Schaltkreis 38 der Befehl dazu gegeben wird, um zu bestimmen, ob die Pulsanzahl im Zähler 36 inner- oder ausserhalb den von den Schwelhverten gegebenen Bereichen liegt.

Ein Zeitschaltkreis 41 steuert den logischen Schaltkreis 38 periodisch nach fixierten Zeitintervallen für den nachfolgend beschriebenen Betrieb. Wenn mit Hilfe eines manuell betätigten Schalters der Betrieb initialisiert wird, ist der logische Schaltkreis durch anfängliche oder Initial-Vorspannungen vorprogrammiert. Diese Initial-Vorspannungen sind Erfahrungswerte und werden jeweils für den vorgesehenen Betrieb ausgewählt. Zur besseren Darstellung soll angenommen werden, dass ein Vorspannungswert den Wert 100 aufweist. Sobald der logische Schaltkreis 38 mit dem Vorspannungswert 100 programmiert ist, wird dieser Wert auf den Zähler 36 gegeben und der D/A-Puffer 40 empfängt ein Signal, welches bewirkt, dass der Wert im Zähler 36 gespeichert wird. Der D/A-Puffer enthält nun den anfänglichen Vorspannungswert. Dieser Wert oder Faktor wird gleichzeitig auf den D/A-Wandler 44 gegeben, welcher seinerseits ein analoges Signal zum Puffer 46 abgibt, das dem Initial-Vorspannungswert entspricht. Der Puffer 46 erzeugt ein Ausgangssignal zur Bremse 42, wobei eine Initialbremskraft ausgelöst wird entsprechend dem Initial-Vorspannungswert von 100, die dann auf den Messrotor zu wirken beginnt. Mit der Initial-Programmierung des logischen Schaltkreises 38 werden Offset-Werte berechnet für die positiven und negativen Schwellwerte und für den Vorspannungswert. Beispielsweise soll angenommen werden, dass der logische Schaltkreis 38 programmiert ist, um einen Offsetwert von ± 10 anzugeben, so dass die Schwellwerte auf 90 und 110 angesetzt sind.

Unmittelbar nachdem der logische Schaltkreis 38 mit dem Initial-Vorspannungswert programmiert ist, wird dem Zähler 36 signalisiert, sich bereitzuhalten, um die ankommenden Pulse vom Messrotor zu zählen. Zur gleichen Zeit wird auch der Zeitkreis 41 freigegeben, um Zeitimpulse in definierten, festen Zeitintervallen an die Schaltung 38 abzugeben. Während des ersten Zeitintervalls inkrementiert oder dekremen-tiert der Zähler 36 entsprechend der Drehrichtung des Fühlrotors. In diesem Beispiel soll angenommen werden, dass der Initial-Vorspannungswert den Messrotor so belastet, dass der Fühlrotor in einer Richtung zu rotieren beginnt, bei der der Zähler 36 inkrementiert. Am Ende des ersten Zeitintervalls gibt der Zeitkreis ein Signal an den logischen Schaltkreis 38, welches bewirkt, dass die nächste Betriebssequenz unmittelbar eingeleitet wird. Dann wird ein Vergleich gemacht zwischen den existierenden Werten der Pulszählung im Zähler 36 mit den anfänglich eingegebenen Schwellwerten von 90 und 110. Ist die Pulszählung ausserhalb dieses Bereiches der Schwell werte, beispielsweise bei 115, so signalisiert der Vergleicher im logischen Schaltkreis 38 dem D/A-Puffer 40 den aktuellen Pulszählwert im Zähler 36 als neuen Vorspannungswert anzunehmen. Der Puffer 40 gibt dann ein neues Signal an den D/A-Wandler 44 und bewirkt so ein neues Analogsignal auf den Puffer 46 und daraus ein neues Signal auf die Bremse, was bewirkt, dass die Bremskraft sich vergrössert. Dabei wird die Geschwindigkeit des Messrotors verkleinert.

Der A/D-Wandler im logischen Schaltkreis 36 fühlt den neuen Ausgangswert vom Puffer 46 ab (entsprechend dem Vorspannungswert 115) und wandelt ihn digital um, womit der logische Schaltkreis 38 die neuen Schwellwerte von 105 und 125 errechnet. Alle Funktionen für das erste Zeitintervall des logischen Schaltkreises 38 sind nun ausgeführt.

Am Ende des zweiten Zeitintervalls wird die Pulszählung im Zähler 36 wieder mit den Schwellwerten 105 und 125 verglichen. Wenn der Pulswert im Zähler 36 innerhalb dieses Bereiches liegt, geschieht nichts, bis zu diesem Zeitpunkt, an dem die akkumulierten Pulse im Zähler 36 wiederum ausserhalb dieses Bereiches liegen. Wenn der neue Vorspannungswert und die daraus resultierende Zunahme der Bremskraft nicht genügend ist, um die Rotationsrichtung des Fühlrotors umzukehren, so wird die Inkrementierung im Zähler 36 so

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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lange fortgesetzt, bis der obere Schwellwert überschritten wird. Wenn am Ende eines darauffolgenden Intervalls der Zählwert im Zähler 36 125 übersteigt, beispielsweise 126, wird ein neuer Vorspannungswert von 126 mit neuen Schwellwer-ten von 116 und 136 gebildet, was zu einer neuen, leichten 5 Zunahme der Bremskraft auf den Messrotor führt, genügend gross, um den Fühlrotor zu veranlassen, seine Drehrichtung umzukehren, was sich auf die Phasenbeziehung zwischen den Pulszügen 30 und 32 auswirkt und den Zähler 36 veranlasst, von 126 zu dekrementieren. Die Pulszählung wird so lange 10 dekrementiert, bis die untere Schwelle überschritten wird. Hat also der Zähler 36 auf einen Wert unterhalb 116 dekrementiert, beispielsweise 115, wird ein neuer Vorspannungswert von 115 zusammen mit den neuen Schwellwerten 105 und 125 gebildet, was bewirkt, dass die Bremskraft auf den Messrotor 15 nun abnimmt und dabei die Geschwindigkeit des Messrotors erhöht wird; dabei ändert der Fühlrotor wieder seine Drehrichtung und der Zähler 36 beginnt wieder zu inkrementieren. Die Inkrementierung bleibt dann beibehalten, bis der obere Schwellwert von 125 wieder überschritten wird und ein neuer 20 Vorspannungswert grösser 125 wird dabei gebildet, beispielsweise 126. In den darauffolgenden Zeitintervallen werden abwechselnd die Vorspannungswerte 115 und 126 angenommen, wobei der Fühlrotor jeweils seine Drehrichtung ändert, wenn einer dieser Vorspannungswerte festgelegt wird. Das 25 bewirkt dann, dass die Bremskraft auf den Messrotor abwechselnd zu- und abnimmt und sich daraus eine abwechselnde Zu- und Abnahme der Messrotorgeschwindigkeit ergibt, mit der damit zusammenhängenden, jeweiligen Umkehrung der Drehrichtung des Fühlrotors. Bei diesem 30 Prozess wird ein Mittelwert der Messrotorgeschwindigkeit und des Ausgangswinkels 9 festgelegt, welche als Normaloder Kalibrierwerte betrachtet werden können.

Es wird dabei vorausgesetzt, dass das Signal vom Messrotor zur Anzeige zu Beginn so adjustiert wird, dass eine Durch-35 flussanzeige von 100% angezeigt wird, wenn der Messrotor und der Fühlrotor bei den kalibrierten Werten arbeiten.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Messrotors ändert sich, wenn die Fluidflussrate sich ändert oder ein Fehler im Betrieb des Messrotors wirksam wird. Automatisch werden 40 dann neue Vorspannungswerte und Schwellwerte festgelegt, um die Bremskraft auf den Messrotor so wirken zu lassen,

dass der Messrotor mit einer Geschwindigkeit läuft, die auf der Anzeigeeinheit einen Wert von 100% Durchfluss ergibt. Die Anwendung eines Fühlrotors 22, um den Fluidausgangs- 45 winkel 0 aus dem Messrotor abzufühlen, benötigen eine Vorrichtung, die wesentlich weniger anfällig ist auf Fehlfunktionen, hervorgerufen durch Verunreinigungen aus dem Fluid-strom. Die angewendeten Einrichtungen zur Abfühlung des Ausgangswinkels 0 eines Fluids durch einen vollständig ring- 50 förmigen Fliesskanal, ergibt einen viel besseren Durchschnitt der Ausgangswinkelablesung als die unidirektionale Pitot-Röhre abgeben kann.

Beide Systeme der Fig. 3 und 4 verwenden ein System mit Rückführschlaufe sowie eine Bremsvorrichtung mit variabler 55 Bremskraft, durch welche die Bremskraft auf den Messrotor 20 entsprechend den Abweichungen verändert werden kann, die vom Ausgangswinkel 0 und vom Winkel y der Fühlrotorblätter herstammen, um den Ausgangswinkel 0 auf einem Durchschnittswert zu halten, der gleich dem Winkel der Fühl- 60 rotorblätter (beispielsweise 0 = 0* = y) ist und dabei eine Genauigkeit der Messresultate erreicht, die der Kalibrierung entsprechen.

Es wurde auch herausgefunden, dass die Endresultate von konstantgenauen Messungen unter Aufrechterhaltung eines 65 konstanten Fluidausgangswinkels und stillstehendem Fühlrotor mit Hilfe eines Bremssystems, das auf den Messrotor wirkt, über eine Rückführschlaufe, ebenso in alternativer

Weise erreicht werden können, durch ein neues Messsystem, das nur aus einem Standard-Messrotor 20 und einem freilaufenden Fühlrotor 22 im Ausgangsstrom des Messrotors, wie es Fig. 2 zeigt, besteht, ohne dass eine Bremsvorrichtung oder eine Rückführung benötigt wird. Mehr noch, dieses Messsystem ist nicht nur selbstkorrigierend, um automatisch und kontinuierlich die Messgenauigkeit bei Kalibrierbedingungen aufrechtzuerhalten, sondern sie ist auch noch selbstüberwachend und zeigt automatisch und kontinuierlich unter Betriebsbedingungen an, dass das Messgerät innerhalb der vorgewählten Abweichungsgrenzen von der Kalibration arbeitet und zudem wird noch die Grösse einer solchen Abweichung angegeben. Das Grundkonzept dieses neuen Messsystems mit dieser selbstkorrigierenden und selbstüberwachenden Chrakteristik ist dargestellt in den Fig. 7A und 7B.

Gemäss der Definition der Vektoren, Winkel und anderen" Parametern im Zusammenhang mit den Fig. 7 A und 7B, kann ein Ausdruck entwickelt werden für die Messwertregistrierung des Messrotors 20 als Basis zur Entwicklung eines selbstkorrigierenden Messsystems, welches eine Hysterese der Bremse 42, wie in Fig. 4 abgebildet, nicht benötigt. Als erstes wird die Messwertregistrierung des Messrotors 20 definiert als Verhältnis der aktuellen tangentialen Geschwindigkeit Um zur idealen tangentialen Geschwindigkeit U; des Messrotors 20 in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck:

Messer-Erfassung = Um/Ui

(1)

Wie aus dem Geschwindigkeitsdiagramm der Ausgangsgeschwindigkeit \i des Fluidstromes aus dem Messrotor 20 in Fig. 7 ersichtlich, ist die aktuelle Tangentialgeschwindigkeit Um des Messrotors 20 die Differenz zwischen der idealen Tangentialgeschwindigkeit U; und dem Messrotorschlupf AUm, hervorgerufen durch den Widerstand des Messrotors oder eine Belastung, die auf den Messrotor wirkt.

Die Gleichung (1) kann durch die folgende, einfache Substitution und Umordnung ausgedrückt werden:

Um Ui

(Ui-AUm) = AUm

Ui

Ui

(2)

Im weiteren sei vermerkt, dass wenn der Messrotor 20 nicht belastet ist, die Ausgangsströmung des Fluids aus dem Messrotor im wesentlichen die gleiche Grösse aufweist wie das in den Messrotor 20 eintretende Vi und die Richtung im wesentlichen parallel zur Rotorachse steht, wie dies in Fig. 7A dargestellt ist. Die Grösse des Widerstandes oder der Belastung AUm kann dann unter Benützung des Vektordiagram-mes folgendermassen berechnet werden:

AUm Va

= tan 0

(3)

Löst man nun diese Gleichung nach ÄUm auf, so ergibt sich folgende Gleichung:

AUm = Va tan 0

(4)

Gleicherweise, für Fig. 7A, kann die ideale Tangentialgeschwindigkeit Ui ausgedrückt werden:

Ui

— = tanß Va

(5)

Wird die Gleichung (5) umgeformt, so kann die ideale Geschwindigkeit U; durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

9

647 863

Ui = Vatanß (6)

Gleichung (4) und (6) in die Gleichung (2) eingesetzt, ergibt:

Um Va tan 6 tan 9

Ui ~ Va tan ß ~ tan ß { )

Die Gleichung (7) zeigt, dass eine Änderung der aktuellen Rotorgeschwindigkeit Um des Rotors 20 oder die Messerfassung (Um Uj.) von der Änderung des Ausgangswinkels 0 abhängig ist. Wenn die Rotorgeschwindigkeit Um des Messrotors abnimmt, so nimmt der Ausgangswinkel 9 zu und umgekehrt. Es ist dadurch evident, dass in einem konventionellen Messgerät die Messerfassung (Genauigkeit) vom Ausgangswinkel 0 und dessen Veränderungen abhängig ist.

In der näheren Darstellung einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist es erwünscht, dass der Fühlrotor so angepasst ist. dass er in der gleichen Richtung rotiert wie der Messrotor, jedoch mit einer wesentlich kleineren Geschwindigkeit. Wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 dargestellt wurde, bleibt der Fühlrotor bewegungslos, wenn seine Rotorblätter in einen Winkel y angeordnet sind, der gleich dem Ausgangswinkel 0 ist. Wird der Flügelwinkel y ein klein wenig grösser gemacht als der Ausgangswinkel 9. so bewirkt dies, dass der Fühlrotor in der gleichen Richtung wie der Messrotor rotiert, jedoch bei wesentlich geringerer Geschwindigkeit.

Die Messerfassung des Fühlrotors 22 als Ausdruck der idealen Rotorgeschwindigkeit Uj des Messrotors 20 für einen kleinen Flügelwinkel y der Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 und für einen kleinen Angriffswinkel (y —9) des Fluids, das aus dem Messrotor 20 austritt und gegen die Rotorblätter 67 des Fühlrotors strömt, soll nachfolgend entwickelt werden.

Aus den Fig. 7A und 7B kann man sehen, dass die Fühlrotorgeschwindigkeit Us folgendermassen angeschrieben werden kann:

Us = Va tan y - Va tan 9 (8)

Damit wird der Fühlrotor mit dem Ausdruck der idealen Geschwindigkeit Uj des Messrotors folgendermassen ausgedrückt:

L"s Va tan y — Va tan 9

Setzt man die Gleichung (6) in die Gleichung (9) ein. so erhält man:

Us _ Va tan y — Va tan 9 _ tan y tan 9 ^ j (.

Ui Va tan ß tan ß tan ß

Der Ausdruck (10) zeigt, dass irgendwelche Änderungen im Ausgangswinkel 9 des Messrotors 20 eine Änderung der Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 bewirkt. Eine Zunahme des Ausgangswinkels 9 bewirkt eine Abnahme der Fühlrotorgeschwindigkeit Us. In anderen Worten, sobald der Ausgangswinkel 9 grösser wird, wird der Angriffswinkel des Fluids, welches vom Messrotor 20 (in Fig. 7A) gegen die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 fliesst. kleiner, wobei die Gesamtkraft auf die Rotorblätter 67 ebenfalls kleiner wird. Im Falle, dass der Ausgangswinkel 9 grösser wird als der Blattwinkel y des Fühlrotors, beispielsweise 9>y. dann resultiert auch tan 0 > tan y. Die Gleichung (10) zeigt, dass die Fühlrotorgeschwindigkeit Us negativ wird, wenn der Winkel 9 über die Grösse des Winkels y hinauswächst. Physikalisch betrachtet, sagt dies, dass der Fühlrotor 22 dann in entgegengesetzte Richtung rotiert, wie dies durch den Vektor Us in Fig. 7A angezeigt ist, beispielsweise der Fühlrotor 22 ist nun in entgegengesetzter Richtung rotierend wie der Messrotor 20. Die oben dargestellte Gleichung ist gültig für irgendwelche Grösse der Änderung der Geschwindigkeit des Messrotors 20. was in irgendwelcher Grösse der Veränderung im Ausgangswinkel 9 (9 kann grösser oder kleiner y sein), resultiert, und für beide Rotationsrichtungen des Fühlrotors 22. Wie nachfolgend näher erklärt wird, in der Praxis ist es so, dass bevor der Wert des Winkels 9 die Grösse erreicht, um die Rotationsrichtung des Fühlrotors zu ändern, zeigt ein Signal an, dass das Messgerät ausserhalb der erlaubten Abweichungen von der Kalibrierung arbeitet, so dass es aus den Betrieb genommen werden kann.

Die oben dargestellten Gleichungen (7) und (10) zeigen, dass wenn die Rotormesserfassung (Um/Uj) ändert. Ausgangswinkel 0 sich ebenfalls ändert, und die Fühlrotormesser-fassung (Us L'j) auch ändert. Betrachtet man die Differenz Uc zwischen der Messrotorgeschwindigkeit oder Erfassung und der Fühlrotorgeschwindigkeit oder Erfassung (die Fühlrotorgeschwindigkeit wird als positiv angenommen, wenn sie in der gleichen Richtung wie die Geschwindigkeit des Messrotors 20 steht, siehe Fig. 7A und negativ, wenn sie gegenläufig rotieren), so ergibt sich aus den Ausdrücken (7) und (10) hergeleitet folgender, neuer Ausdruck:

Uc f Um Us A _ f tan 9 A Ui 1 Ui Ui J l tan ß J

} ^ y (11)

_/ tan y _ tan H J _ j _ tan y ^ tan ß tan ß J ~ tan ß

Der Ausdruck (11) zeigt, dass für die erste Näherung die Differenz der Rotorgeschwindigkeit (oder Erfassung) Uc Ui zwischen dem Messrotor und dem Fühlrotor nur vom Winkel ß der Messrotorflügel und dem Winkel y der Fühlrotorflügel abhängt und für ein gegebenes Messgerät konstant sind. Es besteht also keine Abhängigkeit von der wechselnden Belastung am Messrotor 20 oder dem zugehörigen Ausgangswinkel 9. Der physikalische Grund dafür ist der, dass wenn die Messrotorgeschwindigkeit Um bei einer gegebenen Fliessrate ändert, als Auswirkung einer Änderung beispielsweise durch Lagerreibung und Fluidbelastung. so zeigt der Ausgangswinkel 9 eine Änderung entsprechend dem Ausdruck (7). Diese Änderung von 9 bewirkt eine entsprechende Änderung in der Fühlrotorgeschwindigkeit Us entsprechend dem Ausdruck

(10). Man sieht, dass die Ausdrücke (10) und ( 11 ) bei jeder Änderungsgrösse der Messrotorgeschwindigkeit Um eine ebenso grosse Änderungsgrösse in der Fühlrotorgeschwindigkeit U5. wobei keine Änderung in Uc resultiert, wenn die Differenz Uc zwischen der Messrotorgeschwindigkeit und der Fühlrotorgeschwindigkeit als Basiswert gemessen wird, um für ein verbessertes selbstkorrigiertes Messsystem zu verwenden. In anderen Worten, die algebraische Differenz zwischen der Geschwindigkeit Um des Messrotors und der Geschwindigkeit Us des Fühlrotors verhält sich praktisch konstant für alle Werte der Messrotorgeschwindigkeit bei einer gegebenen Fliessrate, solange der Fühlrotor 22 in normalen Betriebskonditionen arbeitet. Diese Beziehung, welche aus dem Ausdruck

(11) hervorgeht und die Selbstkorrektureigenschaften der vorliegenden Erfindung liefert, kann auch in folgender Form als Prozenterfassung angegeben werden:

Nc = Nm —Ns = konstant (12)

Mit Rotorblättern am Messrotor 20. die einen Winkel von 45: gegenüber der Fliessrichtung des Fluids im Gerät 10 auf5

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55

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10

weisen, ist es üblich, dass der Ausgangswinkel 0* beim Kalibrieren in der Grössenordnung von 2Z liegt. Die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 können mit einem Winkel y versehen werden, welcher bewirkt, dass der Rotor normal in der gleichen Richtung rotiert wie der Messrotor, jedoch mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit. In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist die Geschwindigkeit des Messrotors 20 derart, dass der Messrotor 20 eine Anzeige liefert. die ungefähr 106°o des wirklichen Flusses durch das Gerät, geprüft mit einem in Serie geschalteten Flussprüfer, beträgt, wobei die Anzeige am Flussprüfer als 100'' » angenommen wird. Die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 werden dann mit einem Winkel derart versehen, dass der Fühlrotor 22 in der gleichen Richtung wie der Messrotor 20 rotiert und seine Geschwindigkeit so ist. dass die Ausgangssignale ungefähr 6-o des wirklichen, vom Flussprüfer geprüften Flusses betragen. Die Ausgangswerte des Messrotors und des Fühlrotors können als Offset vom wirklichen oder kalibrierten Wert des Flusses durch den Durchflussmesser betrachtet werden. Die Beziehung zwischen der selbstkorrigierten Prozenterfassung Nc und der Prozenterfassung des Messrotors Nm und dem Fühlrotor Ns ist durch die Gleichung ( 12) gegeben.

Nc=Nm —Ns = 106% — 6% = 100%.

Diese Beziehung ist in Fig. 12 graphisch mit den durchgezogenen Linien dargestellt, für sämtliche Reynolds-Zahlen innerhalb des Arbeitsbereichs des Messgerätes. In der Messtechnik wird eine Messung üblicherweise durch Aufzeichnung der Prozentigkeit der Erfassung eines Messgerätes gegen die Reynolds-Zahlen dargestellt. Die Reynolds-Zahl ist ein Parameter, der in der Technik gut bekannt ist und für eine Kombination von Effekten wie Geschwindigkeit eines Fluid-stromes durch das Messgerät, die kinematische Viskosität eines Fluids und die charakteristischen Dimensionen im Messgerät steht.

Die Gültigkeit der in der Gleichung (12) ausgedrückten Beziehung bleibt auch dennoch aufrechterhalten, wenn die Geschwindigkeit des Messrotors 20 von seinem kalibrierten Wert 106"o auf 105"o abnimmt. Solch eine Abnahme der Geschwindigkeit kann erfolgen, beispielsweise durch Lager-verschleiss oder Fremdpartikel, die sich in den Lagern des Messrotors 20 ansammeln. Geschieht dies in einem konventionellen Durchflussmessgerät, so wird die Durchflussangabe des Gerätes geringer sein als der kalibrierte Wert und damit geringer als der aktuelle Durchsatz durch das Messgerät. In der vorliegenden Erfindung resultiert eine Abnahme von 1% Erfassung beim Messrotor 20 in einer Zunahme des Rotorschlupfs AUm und damit mit einer Zunahme im Ausgangswinkel 0 des Messrotors (tan 0/tan ß bei Zunahme von 10o = 0,01 oder 0 nimmt ungefähr um 0,57: zu), wie dies in der Gleichung (7) ausgedrückt w-ird.

Diese Zunahme im Ausgangswinkel verkleinert den Auftreffwinkel (y — 0) des Fühlrotors um 0,57:, woraus eine Abnahme in der Prozentigkeit der Erfassung von derselben Grösse (beispielsweise 1%) resultiert, wobei der Fühlrotor mit (6" " — 1° ■-■) = 5° o Erfassung rotiert, was man von der Gleichung (10) ausgehend auch beobachten kann. Die korrekte Prozentigkeit der Erfassung Nc bleibt also ohne Änderung entsprechend den Gleichungen (11) und (12), wenn

Nc = Nm-N,= 105" „ - 5" o = 100» o.

Diese Beziehung zwischen Prozenterfassung der beiden Rotoren 20 und 22 zu der korrigierten Prozenterfassung die ständig bei 100"» Erfassung verbleibt, auch wenn der Messrotor von I06"'i auf 105"» abnimmt, ist graphisch durch die gestrichelten Linien in der Fig. 12 dargestellt.

Gleicherweise, wenn die Geschwindigkeit des Messrotors zunimmt, über ihren kalibrierten Wert, beispielsweise auf 107°» bei der gleichen aktuellen Fliessrate, so nimmt der Ausgangswinkel 0 um 0,57: ab (oder tan 0/tan ß verkleinert sich um 0,01). Diese Verkleinerung des Ausgangswinkels 0 ver-grössert den Auftreffwinkel (v — 0) des Fluids auf die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22, resultierend in einer Zunahme der Prozent Erfassung des Fühlrotors 22 um die gleiche Grösse, beispielsweise um 1% von 6% auf 7%. Die korrigierte Prozenterfassung Nc verbleibt ebenfalls die gleiche, beispielsweise 100" o, wenn,

Nc = Nm — Ns = 107° o - 7% = 100° o.

Diese Beziehung wird ebenfalls durch unterbrochene Linien in Fig. 12 dargestellt. Dabei ist zu sehen, dass eine Messwertausgabe als algebraische Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Messrotors 20 und der Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 bei gegebener Fliessrate eine Wertangabe von 100% Genauigkeit bei allen Messrotorgeschwindigkeiten ergibt, auch wenn der Messrotor in seiner Geschwindigkeit vom kalibrierten Wert abweicht, der Fühlrotor 22 funktioniert dabei einwandfrei. Dies ist die Charakteristik, die in dieser Erfindung selbstkorrigierend genannt wird.

Es sei dabei bemerkt, dass die ausgelegte Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 irgendeinen Wert relativ zu ausgelegter Geschwindigkeit des Messrotors 20 haben kann, wobei der obengenannte Ausdruck für die Selbstkorrektur seine Gültigkeit beibehält. In einer praktischen Betrachtung ist es wünschbar, den Fühlrotor 22 in einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit rotieren zu lassen in bezug auf die Geschwindigkeit des Messrotors 20, um die Anzahl der Rotationen zu minimieren, was geringere Radial- und Schubbelastungen bewirkt und damit weniger Verschleiss an den Fühlrotorlagern, wobei die Wahrscheinlichkeit einer Fühlrotorfehlfunktion minimiert wird. Auch ist es wünschbar, dass die Geschwindigkeit des Fühlrotors viel kleiner ist als die des Messrotors, um die Vorteile der vorliegnden Erfindung voll ausschöpfen zu können. In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Rotorblätter 67 des Fühlrotors 22 mit einem Winkel von ungefähr 3 bis 4: (beispielsweise y = 3 bis 4: ) versehen, um bei der Kalibrierung 6°» Erfassung zu erhalten, während die Rotorflügelwinkel ß des Messrotors 20 mit ungefähr 45: angeordnet sein sollen, um bei der Kalibration 106° o Erfassung zu erhalten.

Ebenso ist der oben dargestellte Ausdruck gültig, im Falle, wenn der Fühlrotor 22 so ausgelegt ist, dass er im entgegengesetzten Drehsinn mit dem Messrotor 20 rotiert. In einem Messgerät, in welchem der Fühlrotor 22 so ausgelegt ist, dass er in entgegengesetzter Richtung bei kalibrierten Geschwindigkeiten gegen den Messrotor 20 dreht, muss der Winkel y der Fühlrotorblätter 67 in bezug zur Richtung des Fluidflusses kleiner sein als der Ausgangswinkel 0 und kann dabei auch negative Werte annehmen: das heisst die divergierend von der Rotationsachse in einer Richtung, die dem Ausgangswinkel 0 entgegengesetzt ist. Nimmt dann die Geschwindigkeit des Messrotors 20 gegenüber seinem kalibrierten Wert ab, was eine Zunahme des Ausgangswinkels 0 bewirkt, so nimmt dann die Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 zu und umgekehrt eine Zunahme der Geschwindigkeit des Messrotors 22 über seinen kalibrierten Wert bewirkt eine Abnahme der Geschwindigkeit des Fühlrotors. Ist also die Geschwindigkeit des Messrotors 20 auf einen Wert von 94°» Erfassung kalibriert und die Geschwindigkeit des Fühlrotors in umgekehrter Drehrichtung beträgt 6"». so ergibt sich die Beziehung

Nc = Nm — Ns = 94':' o — ( — 6° » ) = 100" »

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

11

647 863

und eine Abnahme von l,;,o der Messrotorgeschwindigkeit bewirkt l'-'o Zunahme in der Fühlrotorgeschwindigkeit, aber in umgekehrter Richtung, so dass

Nc = 93" o - ( -1" o) = 100° o.

Die vorliegende Erfindung erbringt also eine Selbstkorrekturmöglichkeit, wenn die Rotoren in gegenläufigem Drehsinn arbeiten, ebenso auch wenn sie in einem gleichgerichteten Drehsinn rotieren. Wenn jedoch die zwei Rotoren in 1 einem einander entgegengesetzten Drehsinn rotieren, so ist die Selbstüberwachungscharakteristik nicht so zuverlässig, als wenn die beiden Rotoren im gleichen Drehsinn rotieren, was nachfolgend begründet werden soll.

Wie schon beschrieben, erstreckt sich die Selbstkorrektur- 1 Charakteristik der Erfindung für 100° o Erfassung über alle Geschwindigkeiten des Messrotors 20 bei gegebener Fliessrate. so lange der Fühlrotor 22 sauber funktioniert. Es ist daraus für den Messrotor 20 ohne weiteres möglich, bei Geschwindigkeiten geringer als 50" o des kalibrierten Wertes zu arbeiten und dabei korrekte Messwerte Nc zu liefern bei einer akuraten Erfassung. Diese Selbstkorrektureigenschaften ergeben keine Anzeige, wenn der Messrotor 20 oder der Fühlrotor 22 versagt. Um in der Praxis einer grösseren Beschädigung des Messers vorzubeugen, ist es wünschbar, dass der Durchflussmesser aus dem Betrieb genommen und repariert wird, wenn die Geschwindigkeit des Messrotors über eine bestimmte Abweichung von der Kalibrierung aus gemessen, aufweist.

Die hier beschriebene Erfindung und die Wichtigkeit der Abfühlung des Ausgangswinkels kann durch die folgenden Ausführungen noch besser verstanden werden. Wiederum bezugnehmend auf die Fig. 5, die Genauigkeit des Durchflussmessers ohne Fühlrotor, ist gleich dem Verhältnis der aktuellen Geschwindigkeit Um des Messrotors zur idealen Geschwindigkeit U,- des Messrotors, welches die Geschwindigkeit ist. bei der kein Widerstandsdrehmoment auf den Rotor wirkt. Die Durchflussmessergenauigkeit (oder Erfassung) ist mathematisch durch die Formeln (1). (2) und (7) ausgedrückt, welche der Einfachheit halber hier noch einmal angeschrieben werden.

20

Um Ui

Ui-AUm Ui

= 1-

AUm Ui tan 6 tan ß

In diesem Ausdruck ist es evident, dass die Messgenauigkeit vom Wert des Ausgangswinkels 0 abhängig ist. Es ist aus der Technik sut bekannt, dass tan 0 =

(Tn + Tf)m (r A) p Q-

(13)

worin

Tn das nicht vom Fluid herrührende Widerstandsdrehmoment auf den Messrotor ist. 55

Tf ist das Widerstandsdrehmoment vom Fluid auf den Messrotor.

(Tn + Tf)m ist das totale Widerstandsdrehmoment auf den Messrotor w irkend,

r ist der effektive Radius des Rotors. 60

A ist der effektive Flussquerschnitt.

p ist die Fluiddichte und Q ist die Fluidfliessrate durch den Messer.

Für kleine Werte von 0 (normalerweise ungefähr 3: ) ist der tan 0 ungefähr gleich dem Winkel 0. Daraus ergibt sich 65

(Tn + Tf)m (r A) p Q-

(14)

Die Grösse (Tn + Tf)m/(r/A) p Q- ist generell klein, jedoch variabel, da der Fluidausgangswinkel in konventionellen Durchflussmessern nicht konstant ist, so dass die für die Messgenauigkeit stehende Formel 1 — tan 0/tan ß auch nicht konstant ist. Da die einzigen Faktoren, die die Genauigkeit des Durchflussmessers beeinflussen, der Winkel 0 und der Flügelwinkel ß sind, wobei der Flügelwinkel als konstant angenommen werden kann, ist in einem Turbinendurchflussmesser, in welchem der Winkel 0 konstant gehalten wird, oder unabhängig vom Winkel 0 arbeitet, dann ist auch die Messergenauigkeit konstant. Wie oben beschrieben, zeigen die Durchfiussmesser der Fig. 3 und 4 konstante Genauigkeit, indem der Ausgangswinkel 0 konstant gehalten wird, während die Durchflussmesser der Fig. 10 und 11 unabhängig vom Ausgangswinkel 0 sind. Die Art, in der dies erreicht wird, durch die vorliegende Erfindung, kann noch eingehender verstanden werden, aufgrund der folgenden Analyse.

Bei der Ausführung in Fig. 7A ist der Schub des Fluids auf den Fühlrotor geringer als auf den Messrotor (da der Flügelwinkel geringer ist als der Winkel ß). die Lagerbelastung des Fühlrotors ist damit geringer als die Lagerbelastung des Messrotors und darum ist auch das Nichtfluid-Drehmoment des Fühlrotors (Tn)s kleiner als das Nichtfluid-Drehmoment auf den Messrotor (Tn)m, beispielsweise

(TnJ^Tn^

(15)

35

Das Widerstandsdrehmoment aus dem Fluidwiderstand, das auf den Messrotor (T,-)m und den Fühlrotor (T,-y wirkt, in tangentialer Richtung und in Proportion zum Sinus des Mess-rotorflügelwinkels ß und zum Sinus des Fühlrotorflügelwin-kels y. Dies ergibt die Beziehung

(Tf)m « sin ß und (T,-)s oc sin y

Da die relative Geschwindigkeit des Fluids, das den Fühlrotor verlässt. kleiner ist als die relative Geschwindigkeit des Fluids, das den Messrotor verlässt. ist das Verhältnis ihrer Drehmomente durch das Fluid (Tf)s/(Tf)m kleiner als das Verhältnis von siny/sin ß. Daraus folgt:

ilù (Tf)

sin y sin ß

sin 3: sin 45:

1

14.2

(16)

Dies zeigt, dass die Verhältnisse bezüglich der resultierenden Drehmomente aus dem Fluidwiderstand wesentlich kleiner als 1 sind.

(Tf)s (Tf)m

(17)

Da das nicht vom Fluid stammende Drehmoment, das auf den Fühlrotor wirkt, kleiner ist als das. das auf den Messrotor wirkt, und da das Verhältnis des Fluidwiderstandsdrehmo-ment, das auf den Fühlrotor wirkt, zu dem das auf den Messrotor wirkt, sehr viel kleiner als 1 ist. wird es dabei klar, dass das totale Widerstandsmoment auf den Fühlrotor (Tn + Tf)s sehr viel kleiner ist als das totale Widerstandsmoment, das auf den Messrotor wirkt. Damit gilt:

0

und

(Tn + Tf)s<(Tn + Tf)m Aus dem Ausdruck ( 14) (Tn + Tf)m

(r A) p Q:

(18)

(14)

647 863

12

e.

(Tf+Tf)s (r A) p Q:

ergibt sich mit dem Ausdruck (18) der Ausdruck (Tn + Ts)s (Tn + Tf)m

0,

(r A) p Q:

s 0 ?

(r A) p Q:

(19)

(20)

Es kann damit gezeigt werden, dass 05 sehr viel kleiner als 0 ist.

Der Ausdruck für die Messergenauigkeit (Messerfassung) für einen Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung, in dem beide Rotoren in der gleichen Richtung drehen, ist

Messergenauigkeit =

(Um —Us) (Ui)

welche folgendermassen angeschrieben werden kann: (Um) (Us)

(Ui)

(Ui)

(21)

(22)

Aus dem Ausdruck (7). (Um) (Ui) = 1 - tan 0/tan ß und von Fig. 7B Us = Va tan y —Va tan (0 + 0s).

Damit kann der Ausdruck (22) folgendermassen dargestellt werden:

Um Ui

Us Ui tan 0

tan ß J

Va tan y — Va tan ( H + Bs Ui

(23)

Wird die in Fig. 7 A dargestellte Formel Ui = Va tan ß in die Gleichung (23) eingesetzt, entsteht ein Ausdruck für die Genauigkeit eines Durchflussmessers, in welchem beide Rotoren in die gleiche Richtung drehen:

Messergenauigkeit =

tan 6 tan ß

tan y tan(0 + 0s)

tan ß

tan ß

Wie oben dargestellt, ist 05 viel kleiner als 0 und für alle praktischen Anwendungen kann die dadurch vereinfachte Form verwendet werden :

Messergenauiskeit= 1 -

tan h tan ß

tan tan H

tan ß tan ß

oder

Messergenauigkeit = 1 -

tan y tan ß

= konstant

40

(24)

(25)

(26).

In einem Turbinendurchflussmesser mit Selbstkorrektureigenschaften gemäss der Erfindung wird der variable Fluid-ausgangswinkel 0 durch den konstanten Rotorflügelwinkel y ersetzt.

Entsprechend einer Analyse, ähnlich wie sie zur Entwicklung des Ausdruckes (24) führte, kann gezeigt werden, dass der Ausdruck für die Genauigkeit eines Durchflussmessers, in welchem die zwei Rotoren in gegenläufigem Sinne zueinander rotieren, folgende ist:

Messergenauigkeit =

Um-(-Us)

= 1 +

U,

tan y tan 0> tan ß tan ß

(27)

(28)

Wenn in solch einem Durchflussmesser der Fühlrotor so ausgelegt ist. dass er ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit rotiert wie der Messrotor, wie es beispielsweise im Patent Nr. 3 934 473 von Griffo beschrieben ist. so ist der Flügelwinkel v des Fühlrotors im wesentlichen der gleiche wie der Flügelwinkel ß des Messrotors (tan y tan ß = druck (28) nimmt folgende Form an:

i und der Aus-

Messergenauigkeit = 1 +1 -

tan 0; tan ß

oder

20

= 2 1-':

tan 0. tan ß

(29)

(30)

Es soll dabei bemerkt werden, dass die Messergenauigkeit mit der Hälfte des Wertes vom Fühlrotorablenkungswinkel 05 variiert. Wenn in einem solchen Durchflussmesser beide Rotoren mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit rotieren, so werden die respektiven Fluidablenkungswinkel ungefähr gleich (05 « 0) und die Grösse der Änderung in der Erfassung ist dann nur halb so gross, als sie in einem konventionellen Durchflussmesser wäre.

Dies stimmt jedoch nur so lange, als der Fühlrotor keine Fehlfunktion aufweist, und es muss speziell erwähnt werden, dass wenn der Fühlrotor ungefähr in der gleichen Geschwindigkeit rotiert wie der Messrotor, die Möglichkeit eines Versagens des Fühlrotors in der gleichen Grössenordnung ist wie beim Messrotor.

Für einen Durchflussmesser, in welchem die beiden Rotoren in entgegengesetztem Drehsinn rotieren, wobei die Geschwindigkeit des Fühlrotors beispielsweise um eine Grössenordnung kleiner ist als die des Messrotors, so wird 0ä verglichen zu 0 klein und kann dadurch vernachlässigt werden. Der Ausdruck (28) sieht dann folgendermassen aus:

Messergenauigkeit = 1 +

tan y tan ß

(31)

Wenn dann die Genauigkeit solch eines Durchflussmessers unabhängig ist von irgendwelchen variablen Faktoren, so wird im wesentlichen eine komplette Korrektur erreicht und eine 100°.:. Erfassung ermöglicht. Wie vorher schon erwähnt. 50 geben die Durchflussmesser, bei denen die beiden Rotoren in entgegengesetzter Richtung sich zueinander bewegen, weniger Betriebssicherheit gegenüber Fehlfunktionen.

In der vorangegangenen Analyse wurde 05 vernachlässigt, wenn die Fühlrotorgeschwindigkeit wesentlich kleiner (bei-55 spielsweise eine Grössenordnung) als die Geschwindigkeit des Messrotors beträgt. Dies kann so verstanden werden, dass der Faktor 05 in den Ausdrücken (23) und (28) dadurch, dass der Fühlrotor in Wirklichkeit nur eine sehr geringe Störung einführt, sehr klein ist und dadurch auch der Fehler in der 60 Messgenauigkeit sehr klein ist. Wenn die Fühlrotorgeschwindigkeit (und 0S) um eine Grössenordnung kleiner ist als die Messrotorgeschwindigkeit (und 0). so ist die Abweichung von 100':'v Genauigkeit, hervorgerufen durch den Fühlrotor so klein, dass er innerhalb der akzeptierten Limiten der wieder-65 holbaren Messungen des Durchflussmessers liegt (±0.10 o) und hat darum keine praktischen Konsequenzen.

Es wurde gefunden, dass das Verhältnis von der Geschwindigkeit des Messrotors 20 zur Geschwindigkeit des

13

647 863

Fühlrotors 22 ein Mittel ist, um anzuzeigen, ob der Messrotor 20 oder der Fühlrotor 22 oder beide fehlerhaft funktionieren. Dies ist so zu verstehen, dass in einem Messer, in welchem die Geschwindigkeit des Fühlrotors signifikant kleiner ist als die des Messrotors, also zwischen den zwei Rotoren, irgendwelche Fehlfunktion wahrscheinlich durch den Messrotor 20 hervorgerufen werden, weil die relativ hohe Belastung in radialer und axialer Richtung sowie auch die höhere Geschwindigkeit mit der der Messrotor im Vergleich zum Fühlrotor 22 rotiert, dies eher herbeiführen.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, in dem die anfänglichen kalibrierten Werte der Messrotorgeschwindigkeit und der Fühlrotorgeschwindigkeit die folgenden sind

Nm*=106% und Ns* = 6%

bei 100% korrigierter Erfassung das Verhältnis von Messrotorgeschwindigkeit zur Fühlrotorgeschwindigkeit

Nm/Ns = Nm*/Ns* = 106/6 = 17,67 ergibt.

Ist es erwünscht, den Messrotor innerhalb ± 1% Erfassung zu betreiben, so betragen die nötigen Kalibrierwerte bei

- 1%, Nm/Ns = 106- 1/6 - 1 = 105/5 = 21 und bei

+ 1%, Nm/Ns = 106+ 1/6 + 1 = 107/7= 15,29.

Solange das Verhältnis von der Geschwindigkeit des Messrotors 20 zur Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 innerhalb der Limiten von 15,29 bis 21 liegt, so liegt die Geschwindigkeit des Messrotors 20 innerhalb + 1% auf den kalibrierten Wert bezogen. Verschiebt sich die Geschwindigkeit des Messrotors 20 unterhalb die vorgeschriebenen Limiten, sagen wir 2° o unterhalb des kalibrierten Wertes, so ergibt sich bei

- 2%, Nm/NS = 106 - 2/6 - 2 = 104/4 = 26 > 21

Gleicherweise, wenn die Geschwindigkeit des Messrotors sich um 2% über den kalibrierten Wert anhebt, so ergibt dies bei

+ 2°o, Nm/Ns = 106 + 2/6 + 2 = 108/8 = 13,5 < 15,29.

Bei kontinuierlicher Überwachung des Wertes von Nm/Ns ergibt dies ein Mittel um Abweichungen der Geschwindigkeit des Messrotors 20 von seinem kalibrierten Wert über die vorgeschriebenen Limiten hinaus festzustellen, solange der Fühlrotor einwandfrei funktioniert.

Sollte aber andererseits der unglückliche Fall vorkommen, dass der Fühlrotor zu versagen beginnt, während der Messrotor einwandfrei funktioniert, so wird das Verhältnis Nm/Ns ebenfalls ausserhalb die vorgeschriebenen Limiten von 15,29 und 21 fallen. Um dies zu zeigen, wird angenommen, dass in der oben dargestellten Ausführungsform die Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 um 1% kleiner ist als sie sein sollte, während der Messrotor 20 mit dem kalibrierten Wert arbeitet. Dann ist

Nm/Ns = 106/6 -1 = 106/5 = 21,00,

welches > ist als 21.

Wenn die Geschwindigkeit des Fühlrotors um 1% grösser ist als sie sein dürfte, während der Messrotor 20 mit dem kalibrierten Wert rotiert, dann ist

Nm/Ns = 106/6+ 1 = 106/7= 15,14,

welches kleiner ist als 15,29.

Arbeitet der Messrotor 20 innerhalb ± 1% um den kalibrierten Wert, so ist das Verhältnis Nm/Ns innerhalb der vorgeschriebenen Limiten und die korrigierte Erfassung Nc wird dann auch in den vorgeschriebenen Limiten sein, so dass die korrigierte Erfassung Nc 100% Genauigkeit ergibt, so immer der Fühlrotor 22 einwandfrei funktioniert. Eine Abweichung von ± 1% der Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 von seinem Normalwert bewirkt, dass das Verhältnis Nm/Ns ausserhalb der vorgeschriebenen Limiten fällt, so immer der Messrotor 20 bei seinem kalibrierten Wert arbeitet. Ein System wird nachfolgend beschrieben, in welchem die Geschwindigkeit von beiden Rotoren überwacht wird und ein Ausgangssignal bereitgestellt wird, das indiktiv für die Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Messrotors 20 und des Fühlrotors 22 ist. Dieses System ist also so ausgelegt, dass sobald das Verhältnis Nm/Ns ausserhalb die Limiten fällt, in welchem das das Messgerät und das System arbeiten soll, dies angezeigt wird. Ein Überwacher wird damit aufmerksam gemacht, dass der eine, der andere oder beide Rotoren von ihren kalibrierten Geschwindigkeitswerten abweichen.

In den Ausführungen, die oben beschrieben wurden, wird angenommen, dass der Messrotor 20 jeweils von seinem kalibrierten Wert abweicht, während der Fühlrotor 22 unter normalen Bedingungen arbeitet. Obschon die Möglichkeit besteht, wenn der Fühlrotor 22 bei einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit rotiert als der Messrotor 20, ist es immer noch möglich für den Fühlrotor 22, noch langsamer zu rotieren, als sein normaler Wert es vorschreibt, bewirkt durch zunehmende Lagerreibung. In diesem Falle kann die Anzeige für Limitenüberschreitung in Betrieb gesetzt werden, auch wenn der Messrotor 20 innerhalb der beschriebenen Limiten arbeitet.

In der beschriebenen Ausführungsform, bei der die kalibrierten Werte der Geschwindigkeit des Messrotors und des Fühlrotors mit Nm = 106% und Ns = 6% festgelegt wurden, wird nun angenommen, dass der Messrotor 0,5% langsamer und der Fühlrotor ebenfalls 0,5% langsamer rotiert als die vorgeschriebenen Normalwerte.

Die Geschwindigkeitsabnahme im Messrotor bewirkt eine Zunahme des Ausgangswinkels, wodurch eine entsprechende Absenkung der Geschwindigkeit im Fühlrotor (0,5%) erfolgt und wenn der Fühlrotor 0,5% langsamer läuft, dann hat man

Nm = 106 - 0,5 = 105,50 und Ns = (6 - 0,50) - 0,50 = 5,00

und

Nm/Ns = 105,50/5,00 - 21,10 > 21,0.

In solch einem Fall wird die Limitenüberschreitungsanzeige in Betrieb gesetzt, auch wenn die Geschwindigkeit des Messrotors innerhalb der vorgeschriebenen Limiten von ± 1% liegt.

Betrachtet man den Fall, in dem beide Rotoren im Normalbetrieb in der gleichen Drehrichtung rotieren, und nimmt man an, dass die wahrscheinlichste abnormale Bedingung die ist, dass beide, der Messrotor 20 und der Fühlrotor 22, gleichzeitig versagen, bzw. gleichzeitig langsamer rotieren als im Normalbetrieb, hervorgerufen beispielsweise durch zunehmende Lagerreibung bei jedem einzelnen Rotor von der Grösse (ANm) und (ANs). Die korrigierte Messerfassung Nc hat dann nicht mehr eine 100% Genauigkeit und es ergibt sich

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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14

ein Fehler (ANc) gleich gross wie die Geschwindigkeitsabnahme ANs des Fühlrotors 22, nämlich

ANc = ANs (32).

s

Wenn die Abweichungslimiten von der Kalibrierbedingung dieses selbstüberwachenden und selbstkorrigierenden Durchflussmessers mit Aa bezeichnet und ± 1% gesetzt werden, so kann gezeigt werden, dass die Limiten Aa= ± 1% ausserhalb dem Bereich liegen und die «Limiten überschritten»- 10 -Anzeige erzeugt die Summe der Messrotorabweichung (ANm) und der Fühlrotorabweichung (ANs), welche die gesetzte Limite von 1% erreicht, in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck:

15

- [(ANm) + (ANs)] « - 1 % = Aa (33)

in der (ANm) und (ANs) nur dimensionslose numerische Werte sind.

Die Gleichung (12) zeigt, dass die korrigierte Messwert- 20 ausgabe Nc= Nm — Ns solange 100% genau ist wie der Fühlrotor 22 normal funktioniert (beispielsweise ANc = ANs = 0). Weist der Fühlrotor 22 jedoch einen Fehler auf, und zwar den maximal möglichen Fehler der korrigierten Messwertausgabe, so wird das (ANc) Maximum die vorgeschriebene Limite von 25 Aa nicht überschreiten, wenn

(ANc)max = (ANs)max = ]Aa| -(ANm)«|Aa| (34)

Betrachtet man den Fall, in dem der Fühlrotor in entge- 30 gengesetzter Drehrichtung arbeitet wie der Messrotor, und betrachtet man ferner die abnormale Bedingung, dass beide, der Messrotor 20 und der Fühlrotor 22, an Geschwindigkeit abnehmen, beispielsweise durch erhöhte Lagerreibung, und zwar um den Betrag (ANm) und (ANs). Wie im vorangegan- 35 genen Fall zeigt die korrigierte Messwertausgabe nicht mehr 100% Genauigkeit, sondern einen Fehler (ANc) gleich der Grösse der Geschwindigkeitsabweichung des Fühlrotors nach unten, nämlich

40

ANc = ANs (32)

Wenn die Limiten der Abweichung von der Kalibration Aa mit ± 1% angenommen werden, so überschreiten die Limiten Aa= ± 1% die Differenz zwischen der Fühlrotorge- 45 schwindigkeitsabnahme ANs und der Messrotorgeschwindig-keitsabnahme ANm die gesetzte Limite von ± 1% ungefähr erreicht, wobei diese Beziehung folgendermassen ausgedrückt werden kann:

50

[(ANs) — (ANm)] «Aa= ± 1% ungefähr (35)

Aus den Gleichungen (32) und (35) ergibt sich, dass die korrigierte Messerablesung Nc= Nm — Ns solange 100%

genau ist wie der Fühlrotor 22 unter normalen Bedingungen 35 arbeitet (beispielsweise im Falle ANc = ANs = 0), dies auch im vorher beschriebenen Fall, in dem die Rotoren gegenläufig zueinander arbeiten. Ist nun der Fühlrotor fehlerhaft arbeitend (ANs^O), so kann der maximal mögliche Fehler der korrigierten Messerablesung (ANc)max die gesetzten Limiten von 60 Aa= ± 1% überschreiten, ohne eine Fehlermeldung zu erzeugen. Beispielsweise sei angenommen, dass der Messrotor 20 ein Prozent langsamer läuft (ANm= 1%) und der Fühlrotor 22 eine Geschwindigkeitsabnahme von 1,5% unter den Sollwert erfährt, woraus ein Fehler von 1,5% in der korrigierten Meter- 65 ablesung (ANc = ANs = 1,5%) entsteht, ohne eine Fehlermeldung zu erzeugen, dass die gesetzten Limiten Aa = ± 1% überschritten wurden gemäss der Gleichung (35)

[(ANs) —(ANm)] = [l,5%— 1%]= +0,5%< l% = Aa d.h. also immer noch innerhalb der vorbestimmten Grenzwerte Aa= ± 1%.

Wenn nun die Messrotorgeschwindigkeit um 1% abnimmt, bewirkt dies eine Abnahme der Geschwindigkeit des Fühlrotors von mindestens 2%, woraus zumindest ein 2%iger Fehler (ANc = ANs = 2%) entsteht, der anzeigt, dass die Limiten von Aa= ± 1% erreicht bzw. überschritten wurden, gemäss

[ANs - ANm] = [2% -1%] = + 1% = Aa.

Aus der obigen Beschreibung zeigt sich klar, dass wenn zwei Rotoren bei normalen Betriebsbedingungen im gleichen Drehsinn arbeiten, bei der bevorzugten Auslegung für die Selbstkontrolle die Wahrscheinlichkeit, dass der Fühlrotor 22 ebenfalls fehlerhaft arbeitet, beispielsweise durch abnorme Bedingungen herbeigeführt, eher gering ist.

Aus der eben durchgeführten Analyse kann geschlossen werden, dass Durchflussmessgeräte mit einem Fühlrotor, welcher in entgegengesetzter Richtung rotiert, wie der Messrotor und bei einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen gleich ist wie der Messrotor, wie dies in der Patentbeschreibung von Griffo der Fall ist, dies eine Verbesserung der Genauigkeit gegenüber konventionellen Messgeräten herbeiführt und dass ein Durchflussmesser, in welchem der Fühlrotor bei einer signifikant geringeren Geschwindigkeit arbeitet als der Messrotor, eine weitere Verbesserung der Genauigkeit möglich ist, ungeachtet der relativen Drehrichtung der beiden Rotoren. Ein Durchflussmesser, in welchem die zwei Rotoren in entgegengesetztem Drehsinn arbeiten, ist eine betriebssichere Fehleranzeige für fehlerhaften Betrieb (Selbstüberwachung) nicht in jedem Falle gewährleistet. Darum ist eine optimale Ausführung dann erreicht, wenn der Fühlrotor so ausgelegt ist, dass er in der gleichen Drehrichtung arbeitet wie der mit ihm kooperierende Messrotor bei einer Geschwindigkeit, die um eine Grössenordnung geringer ist als die Geschwindigkeit des Messrotors. Dies will so verstanden sein, dass ein Messer, in welchem der Fühlrotor bei einer signifikant geringeren Geschwindigkeit arbeitet als der Messrotor innerhalb des beschriebenen Erfindungsbereiches ist, unbeachtet der relativen Drehrichtung der beiden Rotoren.

Es ist ein übliches Vorgehen im Gebiet der Turbinendurchflussmesser, Stromaufwärts-Glättungsflügel vor dem Messrotor einzubauen gleich wie die Flügel 57 der in der Fig. 1 abgebildeten Messerausführung, um tangentiale Geschwindigkeitskomponenten zu minimieren, die in Richtung des Fluidflusses auftreten, bevor sie die Rotorschaufeln des Messrotors anströmen. Störungen oder Verstopfungen stromaufwärts des Messgerätes können Strudel oder Wirbel (mit tangentialen Komponenten) im Fluid erzeugen, das in den Durchflussmesser einströmt und die nicht vollständig durch die Glättungsflügel beseitigt werden können. Solche Störungen führen auch zu Inhomogenitäten in der Geschwindigkeitsverteilung im zum Durchflussmesser strömenden Fluid. Mit anderen Worten, die Axialgeschwindigkeit des Fluids an verschiedenen Punkten des Messereinlasses können grosse Inhomogenitäten aufweisen. In konventionellen Durchflussmessern beeinflussen solche Wirbel, Strudel und ungleiche Geschwindigkeitsverteilung im eintretenden Fluid-strom auf den Messrotor die Messgenauigkeit. Tests haben gezeigt, dass der Durchflussmesser gemäss Erfindung verhältnismässig wenig sensitiv auf solche Phänomene reagiert. Dies bedeutet, dass die Genauigkeit eines Durchflussmessers gemäss der vorliegenden Erfindung in seinem Betrieb durch Wirbel und ungleichmässige Geschwindigkeitsverteilung im Fluidstrom nicht nachteilig beeinflusst wird.

15

647 863

Die Weise, in welcher die Messsignale vom Messrotor und vom Fühlrotor weiterverarbeitet werden zu einer korrigierten Messerablesung, wird nun nachfolgend mit Hilfe der Fig. 10 beschrieben. Bei einer Ausführungsform, in welcher die Geschwindigkeit des Messrotors bei der Kalibrierung eine Anzeige von 105,3% erzeugt, und die Geschwindigkeit des Fühlrotors 5,3% Anzeige zeigt, so dass bei der Subtraktion des Fühlrotorausganges vom Messrotorausgang die Differenz repräsentativ für 100% Anzeige ist, wird durch die Gleichung (12) beschrieben. Die Ausführung, die in Fig. 10 gezeigt wird, zählt die Anzahl der Pulse Pm aus dem Messrotor, die durch den Fühler 102 für jeweils 500 Pulse Ps vom Fühlrotor über den Fühler 146 erzeugt werden. In dieser Ausführung sind 500 Pulse aus dem Fühlrotor äquivalent 1623,641 Fluid durch den Durchflussmesser 10 in geeichtem Zustand. Eine Sequen-tierschaltung 154 enthält logische Bauteile so verknüpft, dass eine sequentielle Ordnung der Kommandis für verschiedene andere Elemente des Systems bewirkt wird, sowie ein Zeitkreis, welcher den Zeitablauf in Pulsen mit einer Frequenz in der Grössenordnung von 100 kHz regelt. Das Intervall zur Probennahme ist die Zeit, die der Zähler 151 benötigt, um 500 Pulse aus dem Sensor 146 zu akkumulieren. Zu Beginn des Betriebes werden alle Zähler und Verriegelungsschaitungen initialisiert, d.h. auf 0 gesetzt und der Sequentier-Schaltkreis 154 befindet sich auch in einem vorbestimmten Initialmodus, indem er Signale aus dem Zähler 151 erwartet, signalisierend dabei, dass der Zähler 500 Pulse akkumuliert hat. Sobald der Zähler 151 diese 500 Pulse beisammen hat, erzeugt er ein Signal zur Sequentier-Schaltung, durch welches die Sequen-tier-Schaltung in den zweiten Modus übergeht und dies anzeigt, in welchem die Übertragung der Pulszähler der Zähler 151 und 155 über die Verriegelungsschaltung 157a und 157b freigegeben wird. Dies wird ermöglicht durch ein Übertragungssignal zu den Verriegelungsschaltungen 157a und 157b, die dann bewirkt, dass durch diese Schaltungen der Durchgang der Pulse aus den Zählern freigegeben wird. Das Übertragungssignal bewirkt im Sequentier-Schaltkreis selbst die Indexierung in den dritten Modus über eine Rückführung des Übertragungssignals zur Sequentier-Schaltung. Im dritten Modus sendet die Sequentier-Schaltung ein Reset-Signal zu beiden Zählern 151 und 155, um sie in den anfänglichen Stand zurückzusetzen, um wieder Pulse von den Sensoren zu akkumulieren. Die Akkumulierung von 500 Pulsen im Zähler 151 dauert über eine verhältnismässig lange Zeitperiode, verglichen mit der Zeit, in der das System die Signale aus den Zählern und Verriegelungsschaltungen verarbeitet, weswegen die Sequentierschaltung eine verhältnismässig lange Zeitdauer im ersten Modus verleibt, verglichen mit der Zeitdauer der nachfolgenden Modi. Der Zweck der Verriegelungsschaltungen ist der, die Zählungen der Pulse aus den Sensoren 102 und 146 anzunehmen und zu speichern, bis am Ende von 500 Pulsen aus dem Sensor 146, so dass die Zähler am Ende eines jeden dieser Intervalle unmittelbar wieder in die anfängliche Kondition gebracht werden können, um eine neue Serie von Pulsen aus dem Sensor zu zählen, während die akkumulierte Pulsmenge des vorangegangenen Probenintervalls durch die Schaltung verarbeitet wird. Das Reset-Signal, das an die Zähler abgegeben wird, wird wieder auf die Sequentier-Schaltung zurückgeführt, um diese automatisch in ihren vierten Modus zu bringen.

Im vierten Modus sendet die Sequentier-Schaltung ein Kommandosignal zu den Multiplikatoren 152 und 156, durch das sie in die Lage versetzt werden, die Signalwerte an den Ausgängen der Verriegelungsschaltungen 157a und 157b zu akzeptieren. Die Multiplikatoren führen dann die Multiplikation der Signalwerte aus den Verriegelungsschaltungen 157a und 157b durch, wobei eine Skalierung mit den Faktoren Ks und Km stattfindet. Diese Faktoren sind programmierbar und repräsentieren die Anzahl Pulse, die durch den Messrotor und den Fühlrotor erzeugt werden, bzw. für jede Litermenge Fluid, die durch den Durchflussmesser bei Eichbedingung passieren, wobei diese Faktoren für jedes einzelne Messgerät bei der Kalibrierung individuell festgelegt werden.

Nach der Durchführung der Multiplikation geben die Multiplikatoren ein Signal an die Sequentier-Schaltung, das bewirkt, dass diese Schaltung in den fünften bzw. Subtraktier-modus übergeht. In diesem Modus gibt die Sequentierschaltung ein Signal an den Subtrahierer 158 ab, das ihn in die Lage versetzt, die binären Signale der Multiplizierer anzunehmen. Dann wird von dem Subtrahierer der Wert aus dem Multiplikator 152 vom Wert aus dem Multiplikator 156 subtrahiert und anschliessend ein Signal abgegeben, das die Sequentier-Schaltung in den sechsten Modus überführt. Am Ausgang des Subtrahierers steht dann ein binäres Signal an, das die Anzahl Liter repräsentiert, die durch den Durchflussmesser geflossen sind, während jedes einzelnen Probenahmeintervalls von 500 Pulsen aus dem Fühlrotor. Im sechsten Modus steuert die Sequentier-Schaltung den Rückwärts-Zäh-ler 159 an, damit er das binäre Ausgangssignal vom Subtrahierer 158 akzeptiert. Wiederum wird das Übertragungssignal auf die Sequentier-Schaltung zurückgeführt, um ihn in den siebenten und letzten Modus zu bringen.

Im letzten bzw. Dekrementiermodus signalisiert die Sequentier-Schaltung simultan den Rückwärts-Zähler 159 und den Dividierer/Zähler 161, dass die Zeitimpulse vom Zeitkreis in der Sequentier-Schaltung angenommen werden können. Für jeden Zeitimpuls, der vom Rückwärts-Zähler empfangen wird, wird eine Pulszählung dekrementiert. Gleichzeitig akzeptiert der Dividierer/Zähler die Pulse aus dem Zeitkreis, so dass für jede einzelne Zählung, bei welcher der Rückwärts-Zähler dekrementiert, der Dividierer/Zähler eine Pulszählung erhält und akkumuliert. In diesem Vorgang wird also die Pulszählung des Rückwärts-Zählers aus dem Subtrahierer zum Dividier/Zähler überführt.

Sobald der Dividierer/Zähler 10 000 Pulse empfangen hat, erzeugt er einen Puls, welcher auf das Register 160 gegeben wird und gleichzeitig um eine Einheit inkrementiert, entsprechend einem Volumen von 28,32 1 (1 cu.ft.). Für jeden Puls also, der aus dem Dividierer/Zähler abgegeben wird (und für jeweils 10 000 Pulse, welche der Rückwärts-Zähler dekrementiert), zeigt das Register 160 eine zusätzliche Menge von 28,32 1 (1 Kubikfuss) Fluid an, das den Durchflussmesser durchströmt hat. Nachdem der Dividierer/Zähler einen Puls für jeweils 10 000 empfangene Pulse erzeugt hat, empfängt er irgendwelche weitere Anzahl Pulse aus dem Rückwärts-Zäh-ler, die weniger als 10 000 betragen, wobei er diese Restmenge überträgt und zur nächsten Serie von Pulsen aus dem Rückwärts-Zähler addiert. Wenn der Rückwärts-Zähler durch die Zeitimpulse bis auf 0 dekrementiert hat, gibt er ein Signal an die Sequentier-Schaltung ab, mit der Bedeutung «Dekremen-tierung ausgeführt», was bewirkt, dass diese Schaltung wieder in ihren ersten bzw. Initialmodus übergeht, wobei der Rück-wärts-Zähler und der Dividier/Zähler gesperrt werden und keine weiteren Zeitimpulse annehmen, so dass das System sich wieder in der Ausgangsbedingung befindet, um den ganzen Prozess, beginnend mit dem Empfang der nächsten 500 Pulse aus dem Zähler 151, wieder durchzuführen.

In der beschriebenen Ausführungsform erzeugt die mit Schlitzen versehene Scheibe 104 vier Pulse bei jeder Umdrehung des Messrotors und die mit Schlitzen versehene Scheibe 148 erzeugt sieben Pulse für jede Umdrehung des Fühlrotors. In dieser Anordnung kann gesehen werden, dass für jede 500 Pulse Ps, die erzeugt werden durch den Fühlrotor, die Durchschnittsanzahl der Pulse Pm, die durch den Messrotor erzeugt werden, während eines Probennahmeintervalls gegeben ist durch die Gleichung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

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65

647 863

16

Pm = 4/rxPsx 1,0103 x ( 1+ -J°°A Ì 1 a*+Aa J

(36)

worin

1,0103 eine Messerkonstante ist, welche die kleine Differenz des effektiven Flussquerschnittes zwischen den zwei s Rotoren berücksichtigt, ebenso sind darin enthalten die schwachen Effekte der Fluidkoppelung zwischen den beiden Rotoren. Der exakte Wert dieser Konstante wird während der Eichung oder Kalibrierung bestimmt.

ä* ist die Prozentadjustierung oder die Fühlrotoranzeige bei der Kalibrierung.

Aa bedeutet die Prozentabweichung vom Eich- oder Kalibrierwert.

In dieser Ausführungsform zeigt die Kalibrierung, dass die Fühlrotoranzeige 5,3% beträgt. Die Durchschnittsanzahl '5 Pm der Pulse aus dem Messrotor bei der Kalibrierung für jede Anzahl 500 Pulse aus dem Fühlrotor wird durch die Gleichung (36) bestimmt, wobei für ä* = 5,3 und Aa = 0 angenommen wird.

f 100 A - 20

Pm = 4/:x500x 1,0103 1+ =5735,018.

Es ist zu verstehen, dass die gebrochene Zahl (5735,018) der Pulse einen Mittelwert darstellt, der durch die Mittelung der erhaltenen Pulszahl aus dem Messrotor über verschie- 25 dene, aufeinanderfolgende Probennahmeintervalle ermittelt wurde und dass die aktuelle Anzahl der erhaltenen Pulse in jedem gegebenen Probenahmeintervall um verschiedene Pulse über oder unter dem Mittelwert variieren kann. Wie oben schon erwähnt, repräsentieren 500 Pulse aus dem Fühl-rotor die Menge von 1623,64 1 Fluid, die unter kalibrierten Bedingungen den Messer durchströmt haben, d.h. bei Aa = 0. Wenn bei der Kalibrierung 500 Pulse vom Zähler 151 gezählt wurden, so hat gleichzeitig der Zähler 155 die Durchschnittsanzahl von 5735,018 Pulsen akkumuliert und damit die 35 Signale am Ausgang des Zählers 155 und am Ausgang der Verriegelungsschaltung 157b den Wert 5735,018 anzeigt,

wenn die Ausgänge des Zählers 151 und der Verriegelungsschaltung 157a einen Wert von 500 aufweisen. Die Multiplizierer 156 und 152 multiplizieren die Signale der Verriege- 40 lungsschaltungen 157b und 157a mit den Faktoren Km und Ks. Die Rotorfaktoren Km und Ks werden gleichzeitig mit der Eichung oder Kalibrierung bestimmt und repräsentieren die Literanzahl der Anzeige für den entsprechenden Rotor für jeden Puls, der durch sie erzeugt wird. Der Faktor Km wird 45 erhalten durch die Multiplikation des Flusses durch den Durchflussmesser, der vom Flussprüfer mit 1623,64 angezeigt wird mit einem Faktor von 1,053 (damit beträgt die Anzeige des Messrotors = 105,3%) und dividiert durch die Anzahl Pulse Pm aus dem Messrotor 50

Km =

1623,64x 1,053 5735

= 0,2981 1/Pm.

Gleich wie im Falle von Km wird der Fühlrotorfaktor Ks gefunden durch die Multiplikation des Flusses durch den Durchflussmesser bei einem Faktor von 0,053 (die Anzeige des Fühlrotors = 5,3%) und dividiert durch die Pulsanzahl Ps aus dem Fühlrotor.

Ks =

1623,64x0,053 500

= 0,1721 1/Ps.

Das Signal aus der Verriegelungsschaltung 157b mit einem Durchschnittswert von 5735,018 Pulsen wird multipliziert im Multiplizierer 156 mit dem Faktor Km zur Erzeugung 65 eines binären Ausgangssignals, das einen Durchschnittswert von 1709,66 1 repräsentiert. Gleicherweise hat das Signal aus der Verriegelungsschaltung 157a einen Wert von 500 Pulsen,

wird multipliziert im Multiplizierer 152 mit Ks, um ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das die Menge von 86,051 repräsentiert.

Die Signale aus den Multiplizierern 156 und 152, welche die Wert von 1709,66 1 und 86,05 1 darstellen, werden auf den Subtrahierer 158 gegeben, welcher die letztere Literanzahl von der ersteren subtrahiert und in binärer Form einen Durchschnittswert von 1623,61 1 bereithält. Das binäre Ausgangssignal der Subtraktion wird dann auf den Rückwärts-Zähler gegeben, derart, dass 573 390 Zeitimpulse aus dem Zeitkreis benötigt werden, um den Zähler auf 0 zu dekremen-tieren. Wie oben ausgeführt, erzeugt der Dividierer/Zähler 159 einen Ausgangspuls für jeweils 10 000 empfangene Zeitimpulse, wobei dann 570 000/10 000 bzw. 57 Pulse auf die elektromechanische Anzeigeeinheit 160 gegeben werden, die dann einen Durchfluss von 16141 anzeigt. Die verbleibenden 3390 Pulse werden vom Di vidierer/Zähler zurückbehalten, und zu den Pulsen, die vom Rückwärts-Zähler beim nächsten Probenahmeintervall aufgenommen werden, dazu addiert. Durch die aufeinanderfolgenden Probenahmeintervalle resultiert der schliessliche Effekt des Systems darin, dass der Ausgang des Fühlrotors vom Ausgang des Messrotors subtrahiert wird, um eine akkurate Anzeige des Flusses in der Anzeigeeinheit 160 zu ermöglichen. Es muss dabei berücksichtigt werden, dass diese Anzeigeeinheit 160 nur in Einheiten von einem Kubikfuss (28,32 1) inkrementiert, fraktionierte Werte werden für das nächste Probenahmeintervall aufbehalten und dazu addiert.

Es muss dabei noch erwähnt werden, dass das Signal aus dem Multiplizierer 156, welches die Messrotoranzeige von 105,3% und einen Mittelwert von 1709,66 1 sowie das Signal vom Multiplizierer 152 die Anzeige von 5,3% bzw. das Volumen von 86,05 1 repräsentieren, durch den Subtrahierer 158 in Übereinstimmung mit der Gleichung (12) verarbeitet werden, so dass

Nc= 1709,66-86,05 = 1623,61 1

ergeben (100% Anzeige).

Im Laufe des Betriebes nimmt die Geschwindigkeit des Messrotors um einen gewissen Betrag gegenüber dem kalibrierten Wert ab, beispielsweise 2% auf 103,3% Anzeige,

wobei eine Zunahme des Ausgangswinkels 0 erfolgt. Die Zunahme des Ausgangswinkels 0 des Flusses aus dem Messrotor 20 bewirkt, dass der Fühlrotor 22 seine Geschwindigkeit ebenfalls absenkt, bzw. die Anzeige Ns um 2% auf 3,3% Anzeige verändert. Wenn die Fliessrate des Fluids durch den Durchflussmesser 10 konstant verbleibt, so dauert es eine längere Zeitperiode, bis der Fühlrotor die 500 Pulse erzeugt hat, woraus dann resultiert, dass mehr Fluid durch den Durchflussmesser 10 fliesst, während der Fühlrotor diese 500 Pulse erzeugt. Diese dann neu zunehmende Menge des Fluidflusses kann errechnet werden durch die Multiplikation des geeichten Flusses mit dem Verhältnis der Fühlrotoranzeige bei der Eichung (5,3%) zur neuen Anzeige (3,3%):

287,41 x 5,3/3,3 =2607,66.

Wenn also der Messrotor 20 in seiner Geschwindigkeit um 2% abnimmt, so zeigt der Fühlrotor 22 für jeweils 500 Pulse 2607,66 1 an. Weil es eine längere Zeit dauert, bis der Fühlrotor die 500 Pulse Ps erzeugt hat, nimmt auch die Anzahl der Pulse Pm zu. Der neue Durchschnittswert der Pulse Pm für 500 Pulse Ps kann errechnet werden gemäss der Formel (36), in welcher Aa = — 2% eingesetzt wird oder aber auch gemäss der nachfolgenden Formel

Pm = Pm* x Rm/Rm* x Rs*/Rs

(37)

17

647 863

worin

Pm* = die Durchschnittsanzahl der Pulse aus dem Messrotor bei der Kalibrierung bedeutet,

Pm = die neue Durchschnittsanzahl der Pulse aus dem Messrotor,

Rm* = die Rate der Messrotoranzeige bei Kalibration,

Rm = die neue Rate der Anzeige des Messrotors,

Rs* = die Rate der Anzeige des Fühlrotors bei Kalibration,

Rs = die neue Rate der Anzeige des Fühlrotors,

dies ergibt nach Einsetzen in die Formel p™-5735 ("iti) *(jj) -9035A

Wenn die Geschwindigkeit des Messrotors 20 von seinem Eichwert 2% nach unten abweicht, so wird eine durchschnittliche Pulsanzahl von 9035,1 Pulsen erzeugt, während der Fühlrotor seine 500 Pulse produziert.

Über einige nachfolgende Probenahmeintervalle beträgt die Pulsanzahl aus der Verriegelungsschaltung 157b zum Multiplizierer 156 einen Durchschnittswert von 9035,8 Pulsen, welche dann mit Km multipliziert werden, um ein Ausgangssignal mit dem Mittelwert von 2693,67 1 zu bilden, was einer Anzeige von 103,3% entspricht, währenddessen der aktuelle Fluidfluss durch den Messer nur 2607,62 1 beträgt. Wenn der Fühlrotor während dieses Zeitintervalls 500 Pulse erzeugt, beträgt das Signal aus dem Multiplizierer 152 einen Wert, der 86,05 1 oder 3,3% Anzeige entspricht. Wenn die zwei Signale durch den Subtrahierer 158 verwertet werden, indem der Wert des Signales vom Multiplizierer 152 vom Wert des Signales vom Multiplizierer 156 subtrahiert wid, so entsteht ein Ausgangssignal mit dem Durchschnittswert von 2607,27 1 entsprechend der 100%igen Anzeige.

Wird der Messrotor veranlasst, 2% schneller zu rotieren als sein Eichwert, so kann der oben beschriebene Vorgang wieder verwendet werden, und es wird gefunden, dass wenn der Fühlrotor 500 Pulse erzeugt, 1178,79 1 Fluid durch den Durchflussmesser strömen und über mehrere, aufeinanderfolgende Probenahmeintervalle die Pulszahl aus der Verriegelungsschaltung 157b zum Multiplizierer 156 einen Mittelwert aufweist von 4242,85 Pulsen, welche, wenn sie mit Km multipliziert werden, dem Ausgangssignal entsprechend 1264,841 erzeugen, was einer Anzeige von 107,3% entspricht. Der Subtrahierer subtrahiert das Signal aus dem Multiplizierer 152, welches einen Wert von 86,051 aufweist vom Wert des Signales aus dem Multiplizierer 156, welches einen Wert von 1264,841 entspricht und einen Ausgangswert von 1178,79 1 erzeugen, was einer Anzeige von 100% entspricht. Es kann dabei gesehen werden, dass die Subtraktion des Volumens, dargestellt aus der Anzahl Umdrehungen des Fühlrotors vom Volumen, dargestellt durch die Anzahl Umdrehungen des Messrotors, immer ein Resultat erzeugt, das der 100% Erfassung entspricht bei allen Geschwindigkeitswerten des Messrotors, so lange der Fühlrotor keinen Fehlbetrieb aufzeigt.

Die Fig. 11 zeigt ein System für die Einführung der Selbstüberwachungseigenschaft der vorliegenden Erfindung. Die Pulse Pm, vom Messrotor kommend, werden über den Verstärker 186 auf den Zähler 188 geführt, in dem sie gezählt werden und das digitale Ausgangssignal des Zählers wird auf dem Vergleicher 190 geführt. Die Pulse Ps vom Fühlrotor werden ebenfalls durch einen Verstärker 180 zum Zähler 182 geführt. Eine Schalterbatterie oder Reihenschalter 184 gibt die Möglichkeit, die Bedingungen für den Zähler 182 zu setzen für eine ausgewählte Anzahl Pulse Ps, die dem Zähler 182 zugeführt werden sollen. In der beschriebenen Ausführung ist der Zähler 182 so konditioniert, dass er einen Ausgangspuls erzeugt für jeweils 500 Eingangspulse Ps vom Fühlrotor. Das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen vom Zähler 182 definieren ein Probenahmeintervall für das in Fig. 11 abgebildete System. Während dieser Probenahmeintervall akkumuliert der Zähler 188 die Pulse Pm. Jeder Puls aus dem Zähler 182 wird benützt als Freigabesignal für den Vergleicher 190 zum Vergleichen der Anzahl Pulse im Zähler 188 mit der unteren und oberen Begrenzung, die durch die Schalter 192 und 194 gegeben sind. Der Vergleicher 190 enthält logische Elemente zur Durchführung eines Vergleichsprozesses, der dann veranlasst, dass der Zähler 188 auf Null zurückgesetzt wird und der Zähler 182 auf einen Wert gesetzt wird, der durch die Schalteranordnung 184 gegeben ist, um ein neues Probenahmeintervall zu initialisieren. Die Schalter 192 und 194 sind mit dem Vergleicher 190 verbunden, damit dieser eine obere und eine untere Limite für akzeptierte Abweichungen in der gegebenen Anzahl Pulse Pm vom kalibrierten Wert für jede 500 Pulse aus dem Fühlrotor erhält. Die Fig. 9 zeigt eine Anzeigetafel, in welcher die korrigierte Anzeige bei 196 angezeigt wird und die ausgewählte obere Limite, die durch Schalter gesetzt wurde, bei 198 und die ausgewählte untere Limite bei 200 abgelesen werden kann.

Die Beziehung zwischen dem Mittelwert der Pulse Pm aus dem Messrotor und der Anzahl Pulse Ps vom Fühlrotor in dieser Ausführung, in welcher die Messrotorscheibe 104 vier Pulse pro Umdrehung erzeugt, und die Fühlrotorscheibe 148 sieben Pulse pro Umdrehung erzeugt, wird durch die schon vorher dargestellte Gleichung (17) ausgedrückt. Damit gilt,

Pm = (4/:)xPsx 1,0103 x ^1+ . ^ (36)

wobei in dieser beschriebenen Ausführungsform bei der Eichung

ä* = 5,3% und Aa = 0 beträgt und für 500 Pulse aus dem Fühlrotor

Pm* = (4/t)x500x 1,0103 x ^1 + . J

oder

Pm* = 5735 Pulse.

Wenn das Gerät mit den Eichwerten arbeitet, wird für jeden Puls vom Zähler 182 zum Vergleicher 190 ein binäres Signal vom Zähler 188 zum Vergleicher 190 übertragen, das repräsentativ für 5735 Pulse Pm des Messrotors ist. Es wird dabei verstanden, dass in der folgenden Diskussion bezüglich der Selbstüberwachung die errechneten Pulswerte und diese, die in der nachfolgenden Tabelle angegeben werden, immer auf ihren nächsten ganzzahligen Wert gerundet wurden.

Wo es erwünscht ist, dass der Messrotor innerhalb Limiten von ± 1% arbeitet, so ergibt dies, in die Gleichung (36) eingesetzt:

Pm = 4/: x 500 x 1,0103 x ^1 + s 3 j°(°_ ^ =7002 Pulse und wenn a= + 1% beträgt:

Pm = 4/:x500x 1,0103 x [l+—1 =4870 Pulse.

\_ 5,3.+ 1 J

Ist es also erwünscht, den Messrotor innerhalb der Abweichung von ± 1% arbeiten zu lassen, so müssen die Schalter

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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18

192 und 194 den Vergleicher 190 für 4870 Pulse und 7002 Pulse konditionieren. Mit dem so konditionierten Vergleicher 190 ist das Signal vom Zähler 188 durch den Vergleicher 190 so abgefühlt, dass die Anzahl der Messrotorpulse zwischen den Limiten 7002 und 4870 für jeden Freigabepuls des Zählers 182 liegt, der Vergleicher 190 zeigt dann ein Ausgangssignal an die «Normal»-Anzeigeleuchte 206, um anzuzeigen, dass der Messrotor innerhalb der vorgeschriebenen Limiten der Genauigkeit arbeitet. Ist das Signal vom Zähler 188 zum Vergleicher indikativ für mehr als 7002 Pulse Pm für jeden Freigabepuls vom Zähler 182, so erzeugt der Vergleicher 190 ein Ausgangssignal zum «untere Limite überschritten» Anzeigeleuchte 204, um anzuzeigen, dass die Geschwindigkeit des Messrotors oder die Geschwindigkeit des Fühlrotors mehr als 10 o abgenommen hat gegenüber dem Eichwert oder dass die kombinierte Abweichung mehr als 1% unterhalb dem kalibrierten Wert liegt. Wenn das Signal vom Zähler 188 zum Vergleicher 190 indikativ für weniger als 4870 Pulse Pm für jeden Freigabepuls aus dem Zähler 182 ist, so wird ein Ausgangssignal erzeugt an die «obere Limite überschritten» -Anzeigeleuchte 202, um anzuzeigen, dass die Geschwindigkeit des Messrotors oder die Geschwindigkeit des Fühlrotors mehr als l°b schneller läuft als der Eichwert oder dass deren kombinierte Abweichung mehr als 1 °'o grösser ist als die kalibrierten Werte. Der Vergleicher 190 enthält auch einen Schaltkreis, welcher die Anzahl der aufeinanderfolgenden Vergleiche zählt, für welche die Pulse Pm ausserhalb der vorgeschriebenen Limiten liegt und wenn dieser Vorgang abnormal persistent ist für eine gegebene Anzahl von Vergleichen, beispielsweise die Anzahl 15, so erzeugt der Vergleicher 190 ein Ausgangssignal an die «abnormal» Anzeigeleuchte 208, um anzuzeigen, dass der abnormale Betrieb nicht nur vorübergehend war.

Es ist wichtig zu bemerken, dass bei der Auslegung des Fühlrotors 22, damit er wesentlich langsamer rotiert (üblicherweise eine Grössenordnung weniger) als der Messrotor und daraus eine viel kleinere axiale Belastung oder Stossbela-stung auf den Fühlrotor bzw. dessen Lager resultiert, als dies beim Messrotor bzw. dessen Lagern der Fall ist, so ist anzunehmen, dass der Fühlrotor generell weniger Wahrscheinlichkeit für ein Fehlfunktionieren aufzeigt gegenüber dem Messrotor 20. Wenn also die «ausserhalb der Limite»-Anzeigeleuchte brennt, so heisst dies meistens, dass der Messrotor ausserhalb der gewählten Limiten arbeitet, dass aber die korrigierte Meterablesung Nc = Nm — Ns immer noch beim kalibrierten Wert liegt, d.h. bei der 100° o Anzeigegenauigkeit.

Nachfolgend ist eine Tabelle mit Ps = 500 Pulsen gezeigt, sowie die obere und die untere Messrotor-Pulslimite für alle Werte der Abweichung zwischen 0 und ± 4°-o, gültig für die Ausführungsform, die eben beschrieben wurde und für eine Eichung des Fühlrotors mit 5,3° o. Mit solch einer Tabelle wird es einem Operator ermöglicht, irgendwelche gewünschten Limiten der Genauigkeit durch Setzen der Schalter 192 und 194 einzugeben. Da die kalibrierten Werte der Fühlrotorgeschwindigkeit bei jedem Exemplar leicht variieren, muss für jedes Gerät eine gleicherart ausgearbeitete Tabelle beigegeben werden, die die Pulswerte für einen Genauigkeitsbereich, und zwar eigens für die kalibrierten Werte des Fühlrotors für jedes Messgerät zeigt.

Aa

Pm

Aa

Pm

0

5735 = Pm

-0,10

5840

+ 0,10

5634

-0.2U

5949

+ 0,20

5537

-0,30

6062

+ 0,30

5443

-0,40

6180

+ 0,40

5353

-0,50

6302

+ 0,50

5265

Aa

Pm

Aa

Pm

0

5735 = Pm

-0,60

6430

+ 0,60

5181

-0,75

6633

+ 0,75

5060

—1.00

7002

+ 1,00

4870

-1,25

7416

+ 1,25

4696

-1,50

7885

+ 1,50

4534

-1,75

8420

+ 1,75

4384

-2,00

9036

+ 2,00

4243

-2,50

10598

+ 2,50

3989

-3,00

12839

+ 3,00

3766

-3,50

16325

+ 3,50

3569

-4,00

22493

+ 4,00

3392

Es sei noch bemerkt, dass der in Klammern stehende Anteil der Gleichrichtung (36) proportional zum Verhältnis der Geschwindigkeiten der beiden Rotoren sowie auch zum Verhältnis der Pulse ist. Wenn also beide Rotoren bei den Eichwerten arbeiten,

Ns = 5,3°o und Nm= 105,3° o

Eingesetzt in den Klammeranteil der Gleichung (36) ergibt dies :

f1 + —ì = (1 + =19'87

\ a* + Aa J 5,3 + 0 J

dann kann festgesetzt werden:

Nm = (Pm/4) _ f _m_\ 3 Ns (Ps/7) (1,0103) ^ ä* + Aa J v ;

Aus der vorangegangenen Beschreibung des in Fig. 10 und 11 dargestellten Systems, in dem eine vorselektierte Anzahl Pulse vom Fühlrotor verwendet wurden zur Definition eines Zeitintervalls, in dem die Pulse vom Messrotor gezählt werden und die Anzahl Pulse vom Messrotor kombiniert werden durch Vergleich mit einer vorselektierten Anzahl Pulse, um eine korrigierte Anzeige zu erhalten, sowie auch eine Anzeige für die Abweichung vom kalibrierten Wert. Als eine weitere Alternative kann eine präselektierte Anzahl von Pulsen aus dem Messrotor verwendet werden, um das Zeitintervall zu definieren, in welchem die Pulse aus dem Fühlrotor gezählt werden, wobei die Pulse von beiden Rotoren verglichen werden in Übereinstimmung mit dem bisher Gesagten. So ist es auch möglich, in den Systemen der Fig. 10 und 11 nach festen Taktzeiten zu arbeiten und die Pulse von jedem Rotor während eines gegebenen Zeitintervalls, das von den Taktzeiten festgelegt wird, zu zählen. Solch eine Anwendung wird nachfolgend mit Hilfe der Fig. 13 bis 18F beschrieben.

Wie in Fig. 13 gezeigt, ist das Computersystem 300 ein Teil der Ausführungsform dieser Erfindung, in welcher ein Programm im Speicher 312 abgespeichert ist, welches Konstanten benützt, die in einem programmierbaren Konstantenspeicher 314 abgelegt sind und unter der Kontrolle des Prozessors 302 verarbeitet werden. Es kann dabei ein Prozessor verwendet werden, der vom Inhaber dieser Erfindung unter der Bezeichnung R 6502-11 erhältlich ist. Ein Taktkreis 310 erzeugt einen Ausgang, wie er in Fig. 14 dargestellt ist, und gibt diese Serie von Taktimpulsen als Clock auf den Mikroprozessor 302. Die Eingangs- und Ausgangssignale gehen ausschliesslich über einen Eingangs/Ausgangs-Schaltkreis bzw. I/O-Kreis 306. Ferner ist in der Fig. 16 zu sehen, dass die Geschwindigkeiten des Messrotors 20 und des Fühlrotors

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

. 60

65

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22 durch die Schlitzdetektoren 102 und 146 abgefühlt werden und das entstandene Signal über die Verstärker 336 und 334 an die Eingänge eines Kommunikationskreises 338 führt, was in Fig. 16 als Teil des I/O-Kreises 306 dargestellt ist. Beide, der Speicher 312 und der programmierbare Konstantenspeicher 314 sind mit dem Prozessor 302 über einen Bus 308 in Fig. 13 verbunden. Der I/O-Kreis 306 enthält weiter ein Ausgangskommunikationskreis 340, welcher via den Bus 304 mit dem Prozessor 302 verbunden ist zur Abgabe von Ausgangssignalen für die Leuchten in der Anzeigeeinheit, wie es die Rechenanzeigeleuchte 324, die Normalanzeigeleuchte 326 und die Abnormalanzeigeleuchte 328 sowie auch die elektro-mechanische Anzeige 322, auf der das Total des gemessenen Fluids angezeigt wird. Wie in Fig. 16 weiter gezeigt wird, steuert der Kommunikationskreis eine Vielzahl von Treibern 344, 346,348 und 350 an, die für den Betrieb der Anzeigen 322, 328, 326 und 324 vorgesehen sind. Zusätzlich gibt der Kommunikationskreis 340 ein Signal über den Treiber 342, welches indikativ ist für die Fliessrate durch das Durchflussgerät 10. Die Anzeigeelemente, die in Fig. 16 dargestellt sind, sind auf einer Anzeigetafel 320 angebracht, wie in Fig. 15 gezeigt, wobei die Anzeige 322 und die Leuchten 324, 326 und 328 von einem Operator leicht beobachtet werden können.

In den Fig. 17A, 17B und 17C wird ein detaillierteres Blockdiagramm des Computersystems 300 gezeigt. Die Schlitzdetektoren 146 und 102 in Fig. 17C sind verbunden mit den Kontakten 1, 2, 3 und 4, wobei die zugehörigen Eingänge über die Verstärker 336 und 334 führen zu Spannungswandler, die im wesentlichen aus den Transistoren Q1 und Q2 bestehen. Die spannungsverschobenen Ausgänge werden von den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 abgenommen und über die Leitungen 304b und 304c auf die Eingänge CAI und CA2 des I/O-Kreises 306 in Fig. 17B geführt, welcher 1/ O-Kreis 306 unter der Bezeichnung 6522-11 beim Inhaber dieser Erfindung erhältlich ist. Die Ausgangssignale werden von den Klemmen 10, 11, 12 und 13 des I/O-Kreises 306 abgenommen und über eine Gruppe von Leitungen mit der Referenznummer 304d kollektiv auf eine Treiberanordnung 318 in Fig. 17C geführt, um die Signale zu erzeugen, die den totalen Fluss und das Vorhandensein von Normal-, Abnormal* und Berechnungskonditionen anzuzeigen. Zusätzlich gibt der I/O-Kreis 306 eine digitale Darstellung des analogen Selbstüberwachungssignals ab, die an den Klemmen 2 bis 9, kollektiv durch die Referenznummer 304f angezeigt, anliegen. Die Klemmen 11 bis 13 des I/O-Kreises 306 sind auch, wie dies Fig. 17C zeigt, über eine Gruppe von Leitungen 304e mit den Pufferverstärkern 346, 348 und 350 verbunden für den Betrieb der Anzeigeeinheiten 324, 326 und 328. Zusätzlich werden die Signale von den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 abgeleitet und über die Treiberanordnung 380 geführt, um Signale bereitzustellen, die indikativ sind für die Rotation des Mess- und Fühlrotors.

Eine Stromversorgung 376 versieht das Computersystem 300 mit einer + 5 Volt Gleichspannung. In den Fig. 17A und 17B werden zwei verschiedene Speicher beschrieben. Ein erster Speicher 312 besteht aus einem Paar von ROM 364 und 366 und sind via einen Adressen-Bus 308 und einen Daten-Bus 308a mit dem Mikroprozessor 302 verbunden. Wie dargestellt. werden die meist signifikanten Bit auf den Adressen-Bus vom Prozessor 302 einem Decoder 372 zugeführt, welcher während des Betriebes und abhängig vom Status dieser Bit entweder das ROM 364 oder das ROM 366 auswählt als der Speicher, von welchem gewisse Information gelesen wird. Die ROM 364 und 366 können unter der Bezeichnung R 2332 beim Inhaber dieser Erfindung bezogen werden. Während der Entwicklungszeit dieses Systems können die beiden ROMs 364 und 366 durch EPROMs substituiert werden,

wobei dann die Möglichkeit besteht, zu reprogrammieren.

wenn Änderungen in das System 300 eingebracht werden sollten. Ein zweiter Speicher 312' besteht aus RAM-Elementen 368 und 370, welche benützt werden für eine temporäre Datenabspeicherung, und sie sind verbunden mit dem Prozessor 302 über einen Adressen-Bus 308 und einen Daten-Bus 308a. Die RAMs 368 und 370 können vom Typ sein, wie sie bei der Intel Corporation unter der Bezeichnung 2114 erhältlich sind, sie werden auch adressiert über den Adressendecoder 372. In der gleichen Weise wie es für die ROM 364 und 366 vorher schon beschrieben wurde, gibt der Decoder 372 ein Chip-Auswahlsignal zu den RAMs 368 und 370, das ermöglicht, dass diese Schaltkreise auf den Adress-Bus 308 ansprechen.

Ein sogenannter Speisung-An-Rücksetzschaltkreis 374 ist in Fig. 17A abgebildet und spricht an auf die erste Einschaltung des Gleichstroms + 5 Volt für das System und erzeugt einen Puls, welcher über die Leitung 304a den Prozessor 302 zurücksetzt, wobei eine Initialisierung und eine Speisung-anRoutine ausgeführt wird. Ein Taktsignal, wie es in Fig. 14 abgebildet ist, wird erzeugt durch den System-Taktkreis 310, welcher einen Oszillator 362 enthält mit einem Kristall, der bei 4 MHz oszilliert. Der Ausgang aus dem Oszillator 362 wird durch den Dividierer 360 geteilt, wobei dieser Dividierer ein Paar von Flip-Flop enthält, über die das Signal geführt wird und schliesslich als Takteingang im Prozessor 302 verwendet zu werden, wobei dieses Taktsignal noch für den restlichen Schaltkreis verwendet wird. Der programmierbare Konstantenspeicher 314 ist in Fig. 17B dargestellt und über den Adressen-Bus 308 und den Daten-Bus 308a mit dem Speicher 312 und dem Prozessor 302 verbunden, wobei ein Satz von Konstanten, der darin programmiert ist, so in dem System verwendet werden können. Der Dividierer 360 und der Speicher 314 können vom Typ sein, der bei National Semiconductor Corporation unter der Bezeichnung 74LS74 und DM8577n erhältlich ist. Im weiteren gibt es einen Ana-log-Ausgang indikativ und proportional für den Fehlerausgang, welcher von der digitalen Darstellung des Ausgangssignals von 304f hergeleitet wird, erzeugt durch den I/O-Schaltkreis 306 und erscheinend auf den Klemmen 2 bis 9 in Zusammenhang mit den in Kaskade verbundenen Transistoren Q4 und Q3 des Analog-Digitalwandlers 306a.

Die Gleichung (12) kann somit umgeschrieben werden in Terme der Messrotor- und Fühlrotorpulse, wie folgt:

Vc = Pm/Km—Ps/Ks (38)

worin Vc das korrigierte Volumen in Litern des Flusses durch das Durchflussmessgerät ist, während einer gegebenen Zeitdauer: Pm und Ps sind die Pulse vom Messrotor und vom Fühlrotor akkumuliert während dieser Zeitperiode und Km und Ks sind die Messrotor- und Fühlrotorfaktoren in Pulsen pro Liter Strömung durch das Messgerät, wobei diese Faktoren bei der Eichung bestimmt werden. Das System 300 fühlt und zählt die Anzahl der Pulse Pm und Ps, die von den Mess-und Fühlrotoren erzeugt werden und löst mit diesen Werten die Gleichung (38) für das korrigierte Volumen Vc.

Die Berechnung für das korrigierte Volumen wird durchgeführt mit einer kontinuierlichen 1-Sekunden-Zeitbasis,

diese Zeitbasis wird bestimmt durch ein Zählintervall, gesetzt durch das Zeitsignal (1 Sekunde), welches vom System-Taktkreis 310 geliefert wird. Das berechnete, korrigierte Volumen Vc wird repetitiv nach jeder dieser 1-Sekunden-Zeitinterval-len der elektromechanischen Anzeige 322 zugeführt, wobei die Flusswerte über eine Zeitperiode summiert werden, um die totale Flussmenge des Flusses durch den Durchflussmesser 10 während dieser Zeit zu erhalten. Das Computer-System 300 ist beispielsweise so ausgeführt bzw. programmiert, dass verschiedene Kontrollen im Betrieb des Messgerätes 10 statt-

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finden. Beispielsweise, ob die Geschwindigkeit des Messrotors 20 signifikant abgefallen ist von seinem kalibrierten Wert ausserhalb die vorgeschriebenen Limiten, dann wird ein Fehler oder ein Fehlbetrieb festgestellt. Der Fühlrotor 22 wird ausgelegt, dass er signifikant langsamer rotiert (ungefähr eine Grössenordnung) als der Messrotor 20. Unter solchen Bedingungen wird normalerweise erwartet, dass die Lager des Messrotors 20 sich schneller abnützen als die des Fühlrotors 22 mit dem Resultat, dass die Geschwindigkeit des Messrotors stark abnimmt gegenüber dem Eichwert ausserhalb der vorgeschriebenen Limiten. In solch einem Fall wird der Faktor Pm/Km kleiner als der Faktor Ps/Ks. Um solch eine Bedingung ausfindig zu machen, kontrolliert das System 300 periodisch die Grösse von Pm/Km relativ zur Grösse von Ps/ Ks. Ist dann Pm/Km kleiner als Ps/Ks, dann wird das Volumen Vc gemäss der folgenden Gleichung adjustiert:

Vc = Ps/Ks

(39)

Das adjustierte Volumen Vc gemäss der Gleichung (39) ist eine Approximierung des Fluidsflusses. Beim Detektieren der Bedingung, bei der Pm/Km kleiner ist als Ps/Ks, wird eine Fehlerbedingung angezeigt und die Abnormal-Anzeige-leuchte 328 beginnt zu leuchten.

Die Selbstkontrolle wird ausgeführt durch die Bestimmung der Prozentigkeit der Abweichung a für die Fühlrotorgeschwindigkeit vom kalibrierten Wert in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung, die aus der Gleichung (36) hergeleitet wurde:

Aa =

100

Pm Ks/Ps Km-:

(40)

Die Abweichung der Fühlrotorgeschwindigkeit von ihrem Eichwert wird kontinuierlich berechnet. In der Berechnung für die Selbstkontrolle fühlt das System 300 eine vorbestimmte Anzahl Pulse Pm vom Messrotor ab und wenn diese Anzahl gleich der vorbestimmten Anzahl ist, beispielsweise 25 000, entsprechend 50 Sekunden maximaler Fliessrate, wird die Gleichung (40) gelöst und die berechneten Werte von Aa mit den Limiten ± Aap, die durch den programmierbaren Baustein 314 vorgegeben werden, verglichen. Werden diese vorgegebenen Limiten überschritten, beispielsweise der Betrag | Aa | grösser als | Aap|, dann arbeitet das Messgerät ausserhalb der gewählten Fehlergrenzen und die Abnormal-Anzeigeleuchte 328 in der Frontplatte wird periodisch an-und abgeschaltet. Ist der Wert vom Betrag | Aa | kleiner als die vorgegebene Limite |Aap|, dann arbeitet der Durchflussmesser 10 im Normalbetrieb und die Normal-Anzeigeleuchte 326 ist in Betrieb.

Das Computer-System 300 hat auch die Möglichkeit, eine Anzeige für die Fliessrate F in Form einer Frequenz anzuzeigen in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung:

p Pm/Km r = —— x

100

100 + a*

xfm

(41)

worin Pm die Messrotor-Geschwindigkeitspulsrate in Pulsen pro Stunde bedeutet, welche 3600 Pm t in Sekunden beträgt, wenn P als Probenahmeintervall, beispielsweise 1 Sekunde, beträgt, Qmax ist die Nennflussrate des Durchflussmessers 10 in Liter pro Stunde und fmax ist die gewünschte maximale Ausgangsfrequenz bei maximalem Fluss. Das im System 300 abgelegte Programm berechnet die Fliessrate f in Übereinstimmung mit der Gleichung (41), basierend auf ein Pulsintervall von t, beispielsweise 1 Sekunde, bestimmt durch das Taktsignal aus dem Taktgeber-Schaltkreis 310. Das Fliessra-

tensignal wird an der Ausgangsklemme 16 des Ausgangstreibers 380 in Fig. 17C abgegriffen.

Eine weitere Kontrolle durch das Computer-System 300 wird ausgeführt für die Bestimmung, ob die minimale Fliess-5 bedingung nicht unterschritten ist, da in diesem Fall die Gleichung kein genaues Resultat für den Fluss liefert, indem bestimmt wird, ob die Frequenz der Fühlpulse kleiner ist als I Hz und die Frequenz der Messrotorpulsrate kleiner ist als 2 Hz für einen gegebenen Zeitabschnitt, beispielsweise 1 10 Minute. Dies bedeutet, dass die normalen Bedingungen eingehalten werden und eine Anzeige für diese Bedingung wird vom System 300 geliefert, was nachfolgend noch beschrieben werden soll. Ist ferner die Messrotorpulsrate kleiner als 2 Hz und die Fühlrotorpulsrate grösser als 1 Hz für eine kontinu-15 ierliche Zeitdauer von einer Minute, so wird dieserZustand als feste Messrotorbedingung betrachtet und eine Anzeige, welche beispielsweise durch das System 300 geliefert wird, wird ebenfalls nachfolgend noch beschrieben.

Das Computer-System 300 arbeitet so, dass es kontinuier-20 lieh das adjustierte Volumen Va und die Fliessrate F berechnet, sowie kontinuierlich verschiedene Betriebsbedingungen überprüft, wobei jeweils eine Anzeige für normale oder abnormale Betriebsweise abgegeben werden.

Bezugnehmend nun auf die Fig. 18A bis 18F wird in Form 25 eines Flussdiagrammes die im Computer-System 300 abgespeicherten Programme beschrieben, was insbesondere auf die beiden Speicher 364 oder 366 zutrifft. In Fig. 18A wird ein Ausführungsprogramm dargestellt, welches das System 300 der Fig. 17A, 17B und 17C initialisiert, nachdem die Anwe-30 senheit der Speisespannung von + 5 Volt d.c. durch den Rücksetz-Schaltkreis 374 festgestellt wurde. Beginnend mit dem Start, der mit der Referenznummer 400 bezeichnet ist, folgt darauf der Schritt 402, der den I/O-Schaltkreis 306 konditioniert und im speziellen dessen Eingang- und Ausgang-35 Schaltungen für den Empfang und die Ausgabe von Daten, ebenso wird veranlasst, dass die Anzeigeleuchten 324,326 und 328 in Betrieb gesetzt werden. Dann werden die Speicherinhalte in den Speichern RAM 368 und 370 im Schritt 404 gelöscht. Die Konstanten, wie die Messerfaktoren Km 40 und Ks, sowie die Skalierungsfaktoren, inkl. fmax werden im Schritt 406 in den programmierbaren Speicher 314 und in die RAM 368 und 370 geladen. Im Schritt 408 werden diese Konstanten benützt, um den Frequenzfaktör zu errechnen, welcher als Skalierungsfaktor in den Schritten 518 und 434, wie 45 nachträglich beschrieben, benützt wird, um eine Anzeige für die Fliessrate aus dem Ausgangstreiber 380 von Fig. 17C abzugeben.

Als nächster Schritt wird ein nicht dargestellter Timer Tz, der sich innerhalb des I/O-Schaltkreises 306 befindet, auf 30 einen bestimmten Wert gebracht und in Betrieb gesetzt, um die Taktgeberpulse aus dem Taktgeber-Schaltkreis 310 abzugeben, damit repetitive und exakte beabstandete Taktsignale erzeugt werden, die dann vom Prozessor 302 dafür verwendet werden, um die Selbstkontrollberechnungen anzusetzen und 55 verschiedene Statuskontrollen-Durchflussmesserbetrieb durchzuführen. Die bestimmte Anzahl der Pulse aus dem Taktgeber-Schaltkreis 310 werden im Timer Ta gezählt zur Definierung eines Zeitintervalls, beispielsweise 50 Ms und der Ablauf eines solchen Intervalls wird dann über 20 Perio-60 den vom Prozessor 302 gezählt mit Hilfe eines nachfolgend beschriebenen Timers T3, um die Einsekundenzeit-Basis zu erzeugen, welche nötig ist für die Selbstkorrekturberrechnungen, für die Kontrolle, ob ein Schluss vorhanden ist oder nicht und für die festen Messrotorkontrollen, wie schon 65 beschrieben. Diese oben beschriebenen Schritte werden nur durchgeführt, wenn die Speisespannung zuerst angelegt wird, die Schritte 400 bis 410 können damit als Initialisierung oder «Spannung-ein»-Routine betrachtet werden, wobei das

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System, wie es in den Fig. 17A, 17B und 17C abgebildet ist, vorbereitet wird für den Überwachungsvorgang, indem der Turbinendurchflussmesser 10, wie er in den Fig. 1 und 2 abgebildet ist, selbstkorrigierend im Sinne, dass sein Durch-fluss erfasst und die Messung korrigiert wird, und selbstkontrollierend wird und dass verschiedene Fehlerbedingungen erfasst werden, wobei bei Auftreten solcher Warnleuchten wie die Leuchte 324, 326 und 328 in Betrieb gesetzt werden.

Im Schritt 412 wird der Ausgang des Timers T2 gezählt mit Hilfe eines auf eine Sekunde programmierten Timers T3, der nicht abgebildet ist, aber als Programm innerhalb des einen RAM 368 oder des anderen RAM 370 vorliegt und bestimmt, ob 20 x 50 Millisekunden Pulse gezählt wurden und dann feststellt, dass eine Sekunde abgelaufen ist. Wird innerhalb dieser Zeit keine Kontrolle des Timers T3 durchgeführt, so gibt dieser den Ablauf genau einer Sekunde an. An diesem Punkt wird die Selbstkontrollerrechnung durchgeführt und im Schritt 414 die Leuchte 324 zur Anzeige der Rechnung eingeschaltet. Wird im Laufe der Berechnung in der Selbstkorrektur- oder Selbstkontrolle-Routine in Abnormal-Flag gesetzt, so wird unmittelbar die Abnormal-Anzeigeleuchte 328 eingeschaltet, was im Schritt 418 geschieht. Ist dies aber nicht der Fall, was im Schritt 416 entschieden wird, so geht der Betrieb weiter über den Übertragungspunkt 5 zu Schritt 420 in der Fig. 18B, in dem der auf eine Minute programmierte Timer T4, der ebenso nicht abgebildet ist, aber in den RAM-Speichern 368 oder 370 vorliegt, getestet, um zu bestimmen, ob er im Schritt 446 aktiviert wurde oder nicht. Ist er aktiviert, wird die Zählung im Timer T4 um eines inkrementiert (was aussagt, dass eine Sekunde vorbeigegangen ist). Ist aber der Timer T4 nicht aktiviert, so geht der Ablauf auf den Schritt 426 über, indem bestimmt wird, ob ein Berechnungs-Flag gesetzt wurde, um die Berechnung für die Volumenkorrektur zu initialisieren im Rahmen der Selbstüberwachungsrechnung oder ob die Pulse noch weiter gezählt werden sollen. In dieser hier beschriebenen speziellen Ausführungsform wird die Selbstkorrekturberechnung des korrigierten Volumens jede Sekunde einmal durchgeführt, währenddem die Selbstkontrollberechnungen jeweils nach Ablauf von 25 000 Messrotor-Pulsen Pm ausgeführt werden. Ist also das Berech-nungs-Flag nicht gesetzt, so geht der Prozess zum Schritt 428 über, in dem die Pm- und Ps-Pulse, die von den Schlitzsensoren 102 und 146 stammen, und welche während einer Zeitdauer von genau einer Sekunde, bestimmt durch den Timer T3 gezählt werden, von einem ersten Register Pmi und Psi übertragen (das sind Unterbrechungs-Zählregister, in welchen die Pulse, die anfänglich bis zum Ablauf eines 2-Sekunden-Intervalls die Zählung unterbrachen, gezählt werden), die beide in den RAM-Speichern 368 und 370 angeordnet sind, in ein zweites Register Pmc und Psc (Berechnungs-Register), die über die zugehörigen Adressen ebenfalls in den RAM-Speichern 368 und 370 angeordnet sind. Dieser zweite Registersatz wird für alle Berechnungen verwendet, während der erste Registersatz nur für eine temporäre Speicherung benützt wird, wobei die abgespeicherten Zählwerte darin während der Interrupt-Ausführung leicht inkrementiert werden können. Das Berechnungs-Flag wird im Schritt 430 gesetzt und der Ablauf springt dann in die Hauptberechnungs-Subroutine, beispielsweise die Selbstkontrolle und Selbstkorrektur-Routi-nen. Nach der Ausführung einer der beiden, die Selbstkontrolle oder die Selbstkorrektur-Routine, kehrt das Programm wieder in den Betriebsablauf zurück, der in Fig. 18B abgebildet ist, worin dann die Halbperiode für die Flussratefrequenz im Schritt 518 berechnet wird in Form eines Taktskalierungsfaktors, welcher bestimmt wird durch den Frequenzfaktor, berechnet in Schritt 408 und die Messrotor-Pulsfrequenz Pmf wird auf einen programmierbaren Dividierer gegeben, der innerhalb des I/O-Schaltkreises 306 ist, um einen skalierten

Ausgangswert bereitzustellen, der indikativ ist für die Fliessrate und an der Klemme 16 des Ausgangstreibers 380 abgegriffen werden kann. Der nächste Schritt 436 kontrolliert, ob irgendwelche Flags gesetzt wurden, welche den Status von einem der Anzeigeleuchten 324,326 und 328 ändern könnten.

Wie in Fig. 18B abgebildet, wird beim Schritt 432 ein Sprung in die Hauptberechnungssubroutine ausgeführt, die mit Hilfe der Fig. 18C nun beschrieben wird. Die Hauptberechnungssubroutine beginnt beim Schritt 440 und bewirkt als erstes beim Schritt 442 ein Zurücksetzen des ersten Registersatzes Pmi und Psi in den RAM-Speichern 368 und 370, um sie zur Aufnahme einer nächsten Serie von Pulsen Ps vom Fühlrotordetektor 146 und Pulsen Pm vom Messrotordetektor 102 vorzubereiten. Im nächsten Schritt, derein Entscheidungsschritt 444 ist, werden die Pulse Pm in das Register des zweiten Registersatzes in den RAM-Speichern 368 und 370 übertragen und geprüft, ob die vorher akkumulierten Pulse Pm vom Messrotor weniger als 2 betragen, was bedeuten würde, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Messrotors 20 stark nach unten vom Eichwert abweichen würde und würde dies tatsächlich eintreten, so würde ein Einminuten-Flag gesetzt, um über den Timer T3 ein Intervall zu initialisieren, in dem durch den Schritt 448 bestimmt würde, ob diese reduzierte Geschwindigkeitsbedingung des Messrotors 20 während der Zeitdauer einer Minute fortbesteht. Solange das Pulsakkumulierungsintervall durch den Timer T3 eingeleitet wurde mit Hilfe der Zählung von zwanzig 50 Millisekunden Intervallen, welche durch den I/O-Schaltkreis 306 erzeugt werden im Zusammenhang mit dem Taktgeber 310 durch den Timer T2, so werden die akkumulierten Pulse des Messrotorsensors 102 und des Fühlrotorsensors 146 während diesem Sekundenintervall in der Anzahl gleich der Frequenz der respektiven Rotorsignale. Wenn die reduzierte Geschwindigkeitsbedingung des Messrotors 20 nicht über das ganze Minutenintervall besteht, so geht der Betriebsablauf zu Schritt 460 über, doch wenn die vorgenannte Fehlbedingung die Zeitdauer einer Minute erreicht, so wird der Schritt 450 eingeleitet, indem bestimmt wird, ob die Geschwindigkeit des Sensorrotors 22, angezeigt durch die Pulszählung Ps, die mit einem Sekundenintervall getaktet ist, eine vorbestimmte Frequenz, beispielsweise 1 Hz, überschreitet. Ist die Frequenz der Fühlrotorpulse nicht über diesen 1 Hz, so zeigt dies an, zusammen mit einer langsamen Messerrotorpulsfrequenz durch den Schritt 444 bestimmt, dass der Fluidfluss durch den Turbinendurchflussmesser 10 unterhalb einer bestimmten Menge arbeitet, für welche Bedingung das System 300 eine adäquate Lösung liefert, der Schritt 452 bewirkt, dass die Normalanzeigeleuchte 326 eingeschaltet wird, während die Abnormal-Anzeigeleuchte 328 ausgeschaltet bleibt. Ist andererseits die Geschwindigkeit des Fühlrotors 22 grösser als 1 Hz, was bedeutet, dass der Messrotor 20 fehlerhaft arbeitet, so wird im Schritt 454 die Normal-Anzeigeleuchte 326 eingeschaltet und die Abnormal-Anzeigeleuchte 328, welche eine Fehlfunktion des Turbinendurchflussmessers 10 anzeigt, eingeschaltet. Wenn im Schritt 444 festgestellt wird, dass der Messrotor 20 unterhalb einer vorbestimmten, minimalen Drehzahl rotiert, so wird das Einminuten-Flag zurückgesetzt und dabei der Einminuten-Timer T4 reinitialisiert, um eine neue Einminu-ten-Zeitperiode zu bestimmen im Falle die Messrotorfrequenz, bestimmt durch die Entscheidung im Schritt 444, während eines nachfolgenden Zyklus der Programmausführung weniger als 1 Hz aufweist.

An diesem Punkt des Betriebsablaufes nach Fig. 18C wird festgestellt, ob das System operativ ist oder nicht und ob die Berechnung für das korrigierte Volumen Vc in Übereinstimmung mit der Gleichung (38) stattfindet. Im speziellen bestimmt der Schritt 460, ob beide, die akkumulierten Messrotorpulse Pm oder die Fühlrotorpulse Ps 0 betragen, was zei5

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gen würde, dass jeder der Mess- und Fühlrotoren 20 und 22 im Stillstand sind, und wäre dies der Fall, so geht der Betriebsablauf über den Übertragungspunkt 3. Wenn dies nicht der Fall ist, so bestimmt der Schritt 462, ob die Messrotorpulse Pm null sind und so dem ist, wird mit dem Schritt 464 ein Flag gesetzt, das anzeigt, dass der Messrotor 20 sich im Stillstand befindet bzw. dass kein Fluidfluss durch das Messgerät 10 stattfindet, was davon herrühren kann, dass der Messrotor 20 blockiert ist oder möglicherweise ein Fehler im Fühler 102 vorliegt oder auch im System, das vom Fühler auf den Detektor 102 führt. Ist aber Pm nicht gleich null, was der Schritt 462 feststellt, so zeigt dies an, dass der Messrotor 20 arbeitet. Ist dann zur selben Zeit der Fühlrotor im Stillstand, d.h. es werden keine Fühlrotorpulse abgegeben, so ist die Routine gemäss Fig. 18C in der Lage, die Berechnungen für das korrigierte Volumen Vc abzubrechen. Im Schritt 466 wird der Wert Pm/Km berechnet, um dann in einer später beschriebenen Weise verwendet zu werden. Im Schritt 468 wird eine Entscheidung herbeigeführt, ob die Anzahl Pulse Ps gleich Null sind, beispielsweise, wenn der Fühlrotor keine Pulse abgibt, ist dem so, so wird der normalerweise im Schritt 466 berechnete Wert Pm/Km dem Schritt 470 zugeordnet, um das korrigierte Volumen Vc darzustellen, da der Wert des Faktors Ps/Ks (Gleichung 38) für die Bedingung Ps gleich Null ebenfalls Null beträgt. An diesem Punkt geht der Betriebsablauf über den Übertragungspunkt 2. Weitergehend vom Schritt 468, berechnet der Schritt 472 die Werte Ps/Ks. Wenn im Schritt 474 festgestellt wird, dass der Messrotor keine Pulse abgibt, beispielsweise, dass Pm = Null ist, dann werden die Werte von Ps/Ks dem Schritt 476 zugeordnet als Wert für das korrigierte Volumen Vc und gleicherweise geht der Ablauf über den Punkt 2 in die in Fig. 18D dargestellte Subroutine über, wobei eine Anzahl Schritte im Prozess nicht ausgeführt werden und damit die Rechenzeit reduziert werden kann. Sind die Fühlrotorpulse Ps vorhanden, wie dies beim Schritt 468 festgestellt wurde, und sind Messrotorpulse Pm vorhanden, wie dies in Schritt 474 festgestellt wurde, so zweigt der Schritt 474 über den Ausgang 1 in die in Fig. 18D dargestellte Subroutine. Im letzteren Fall ist es dann nötig, die ganze Subroutine auszuführen, während im Falle, wo keine Fühlrotorpulse und keine Messrotorpulse vorhanden sind, die Routine über den Punkt 2 verlassen wird und dabei eine Anzahl von Rechenschritten in der Routine der Fig. 18D eingespart werden. Wie aus der Fig. 18C ersichtlich ist, wird diese Berechnungseinsparung durch die Aufspaltung der Berechnung der Werte Pm/Km und Ps/Ks erreicht.

Die Übergangspunkte 1,2 und 3 aus der Routine von Fig. 18C übertragen den Betriebsablauf auf verschiedene Punkte in der Subroutine nach Fig. 18D. Wenn die Messrotor- und Fühlrotorpulse durch die Prozessschritte 462 und 468 als vorhanden festgestellt werden, so geht der nächste Schritt über den Punkt 1 zu Schritt 500 über, in dem dann festgestellt wird, ob der Faktor Pm/Km kleiner ist als der Faktor Ps/Ks und ist dies nicht der Fall, so wird das korrigierte Volumen Vc im Schritt 504 gemäss der Gleichung (38) berechnet. In einer speziellen abnormalen Situation, in der der Messrotor an einem Punkt arbeitet, an dem der Faktor Ps/Ks grösser wird als der Faktor Pm/Km gemäss Schritt 500, wird eine Approximierung des korrigierten Volumens im Schritt 502 gemacht, worin dann die vorher berechneten Werte von Ps/Ks als approximierte Werte von Vc genommen werden. An diesem Punkt ist der Wert Vc über die Schritte 504 oder 502 bzw. über einen der Schritte 470 oder 476 nach Fig. 18C berechnet worden.

Es ist also so zu verstehen, dass der oben beschriebene Vorgang das korrigierte Fluidvolumen Vc am Ende jedes einzelnen Einsekundenintervalls berechnet wird. Ist der Wert Vc für dieses Intervall nicht genügend gross, um das Register 322

zu inkrementieren, so wird dieser Wert Vc in den RAM-Spei-chern 368 und 370 als Rest R gespeichert und der darauffolgenden Vc-Berechnung im nächsten Einsekunden-Intervall zuaddiert.

5 Nun ist es nötig, zu bestimmen, ob der Wert des totalen, korrigierten Volumens inklusive dem Rest R aus dem vorangegangenen Intervall genügend gross ist, um die mechanische Totalanzeige 322 in Fig. 15 zu inkrementieren. Wenn ja, so wird dieser elektromechanische Totalisator 322 inkrementiert. 10 Im Schritt 506 wird der Rest R, welcher als Fraktion von den Inkrementierungen übrigblieb, zu den neuerlich berechneten Werten des korrigierten Volumens Vc, das im eben abgelaufenen Einsekunden-Intervall berechnet wurde, dazu addiert, um das totale Volumen Ri zu erhalten, das mit dem Totalisa-15 tor-Faktor verglichen wird. Der Totalisator-Faktor ist das Volumen, beispielsweise 101, das nötig ist, den elektromecha-nischen Totalisator 322 um einen Schritt zu inkrementieren. Beim nächsten Schritt 508 wird der ganzzahlige Teil I der Volumensumme des neu errechneten Wertes Ri abgespalten. 20 Der ganzzahlige Wert I wird dann verglichen, um festzustellen, ob er gleich oder grösser als der Totalisator-Faktor ist, und wenn dies zutrifft, wird die Anzahl N der Inkremente des elektromechanischen Zählers 322 durch den Schritt 512 bestimmt. Der neue Rest R, welcher abgespeichert wurde für 25 die nachfolgende Volumenberechnung, wird im Schritt 514 als Differenz zwischen Ri und N x I festgelegt. Ist der ganzzahlige Volumenwert I kleiner als der Totalisator-Faktor, dann wird das neu berechnete und adjustierte Volumen Ri abgespeichert für die unmittelbar nachfolgende, korrigierte 30 Volumenberechnung, wobei diese Abspeicherung in den RAM- Speichern 368 und 370 an einem Speicherplatz erfolgt, der verschieden ist vom Speicherplatz für R. Der Prozess geht dann über zum Schritt 518 (Fig. 18B), um eine neue Halbzählperiode zu berechnen, welche als Skalierungsfaktor für den 1/ 35,0-Schaltkreis 306 über den Schritt 434 dient zur Erzeugung einer Frequenz, entsprechend der Fliessrate gemäss der Gleichung (41).

An diesem Punkt verlässt der Betriebsablauf über den Punkt 4 diese Subroutine und geht in die in Fig. 18E darge-40 stellte Selbstkontroll-Subroutine über, in der bestimmt wird, ob das System unter normalen oder abnormalen Bedingungen arbeitet und die entsprechenden Signale zur Betätigung der Anzeigeleuchten 324,326 und 328 liefert. In den Schritten 520 und 522 werden die Mess- und Fühlpulse Pm und Ps vom 45 ersten Satz Register Psi und Pmi in einen weiteren dritten Satz von Registern Psr und Pmr (Pulsakkumulierungsregister) überführt, die ebenfalls in den RAM-Speichern 368 und 370 lokalisiert sind und werden zu den schon darin enthaltenen Werte dazuaddiert, bis 25 000 Messrotorpulse gezählt bzw. 30 abgelaufen sind. Der dritte Satz von Speicherregistern ist nötig, da verschiedene Programmprobenahmezyklen nötig sind, bis die 25 000 Messrotorpulse akkumuliert sind. Deswegen ist es vorteilhaft, eine verhältnismässig lange Zeitperiode zwischen den Selbstkontrollberechnungen vorzusehen, so 33 dass die Genauigkeit der Selbstkontrollberechnungen oder Schritte gesichert ist. In einem dargestellten Beispiel, in dem das System 300 und im speziellen der Mikroprozessor 302 auf das Taktsignal reagiert, das vom Systemtaktgeber 310 erzeugt wird, um die Selbstkorrekturberechnungen in jeder Sekunde 60 durchzuführen, während das oben beschriebene System unterdessen 25 000 Messrotorpulse zählt, was bei einer maximalen Flussrate ungefähr 50 Sekunden dauert. Aus diesem Grunde wird im Schritt 524 festgestellt, ob die Anzahl der Messrotorpulse Pmr grösser als 25 000 ist und wenn dies 65 zutrifft, werden die verschiedenen Selbstkontrollberechnungen angesetzt, um festzustellen, ob das Messsystem korrekt arbeitet. Sind diese 25 000 Messrotorpulse noch nicht gesamthaft akkumuliert, so geht der Betrieb zum Schritt 526 über,

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bei dem das Berechnungsflag zurückgesetzt wird und die Pulszählung in den Pm- und Ps-Registern weiter fortgeführt wird. Nach der Detektion einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise 25 000 Messpulse initialisieren die Inhalte Pmr und Psr des dritten Registersatzes die Selbstkontrollberech- 5 nung, indem die Gleichung (40) gelöst wird für die Abweichung von den Eichkonditionen in Form von Aa durch den Schritt 528. Die Abweichung des Wertes Aa wird mit der anfänglich festgelegten Sublimite Aap, die ein annehmbarer Abweichungswert darstellt, verglichen und wenn der Wert innerhalb der Sublimiten liegt, so wird im Schritt 532 die Normal-Anzeigeleuchte 526 eingeschaltet und dabei die Abnormal-Leuchte 328 ausgeschaltet. Wenn die berechnete Abweichung Aa grösser ist als der vorbestimmte Wert Aap, so wird im Schritt 534 eine weitere Entscheidung ausgeführt, um is zu bestimmen, ob die Abweichung Aa grösser oder kleiner ist als die Limite (ä* - 1) und ist sie kleiner, so wird im Schritt 538 die Normalleuchte 326 ausgeschaltet und die Abnormalleuchte 328 zum Blinken gebracht, um anzuzeigen, dass die Limite nicht überschritten wurde, aber über dem Aap-Wert 20 liegt. Ist jedoch der Wert der Abweichung Aa grösser als die Limite, die im Schritt 534 vorgegeben ist, so wird im Schritt 536 die Normal-Anzeigeleuchte 326 abgeschaltet und die Abnormal-Leuchte 328 so eingeschaltet, dass sie kontinuierlich leuchtet (also nicht blinkt), um anzuzeigen, dass ein 25 ernsthafter Fehler vorliegt. Die Anwendung einer Blinkbedingung wird erleichtert durch das sogenannte «Blinkflag», das im Schritt 538 gesetzt wird, deren Status im Schritt 416 getestet wird, was bewirkt, dass die Abnormalbetriebs-Leuchte 328 eingeschaltet wird. Im Schritt 540 werden der dritte Satz 30 Speicherregister für die Akkumulation der Messrotorpulse Pmr und der Fühlrotorpulse Psr auf Null gesetzt, bevor das Rechenflag im Schritt 542 zurückgesetzt wird und anschliessend wird über den Eintrittspunkt 412 ins Hauptprogramm übergegangen. 35

Übergehend zur Fig. 18F wird darin eine Subroutine gezeigt, mit der das System in die Lage versetzt wird, irgendeinen von den drei möglichen Unterbrechungen (Interrupts)

anzunehmen und zu verarbeiten. Beim Vorliegen eines Interrupts springt das Programm aus irgendeinem Befehlsschritt der Programme von 18A bis 18E zum Eintrittspunkt 650 der Interruptsausführungsroutine.

Im Schritt 652 wird eine erste Entscheidung durchgeführt, ob der ankommende Puls aus dem Messrotorcodierer über den Eingang CA2 des I/O-Schaltkreises 306 stammt. Wurde ein Messrotorpuls erzeugt, so wird das Register im RAM-Speicher 368 oder 370 im Schritt 654 inkrementiert und ein Betätigungssignal zum I/O-Schaltkreis 306 gegeben, um den Interrupt vom Eingang CA2 zurückzusetzen, so dass alle folgenden Messrotorpulse vom System angenommen und verarbeitet werden. Gleicherweise wird im Schritt 658 festgestellt, ob ein Eingangssignal an der CAI-Klemme der I/O-Schal-tung 306 anliegt, ist dies der Fall, wird der erste Registersatz für die Fühlrotorpulse Psi im RAM 368 und 370 um eines inkrementiert, ein Bestätigungssignal abgegeben, um den am Eingang CAI anliegenden Interrupt zurückzusetzen. Ebenso wird mit dem Schritt 664 festgestellt, ob der Timer T3 die 50 Millisekundenzyklen zu einem Taktsignal aufgearbeitet hat und wenn das so ist, wird der Timer T2, welcher durch den Taktgeber 412 getestet wird, im Schritt 666 um eins inkrementiert, bevor ein Rücksetz-Signal für den Interrupt im Zusammenhang mit dem Timer T3 abgegeben wird, um zu ermöglichen, dass der nächstfolgende 50 Millisekunden Zeitzyklus, der vom System abgefühlt wird, beendet werden kann. Nach der Beendigung der ganzen Interruptverarbeitungsroutine tritt der Betriebsablauf wieder in das Programm über, um die nachfolgenden Programmschritte nach dem Interrupt auszuführen.

Das beschriebene Messgerät und das dazu entwickelte elektronische System ermöglicht eine Anzeige des Fluidflus-ses durch das Durchflussmessgerät, welcher kontinuierlich korrigiert wird, auf die ursprünglichen Eichwerte. Die beschriebene Erfindung ist natürlich gleicherweise nützlich, ob nun gasförmige Fluids oder flüssige Fluids gemessen werden.

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17 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Turbinendurchflussmesser mit einem Messrotor (20) mit Rotorflügeln (62), ausgerichtet in einem Winkel (ß) zur Rotationsachse des Messrotors, und mit einer Einrichtung (48), die durch den Messrotor beeinflusst wird, um einen Ausgangswert zu erzeugen, der repräsentativ ist für den Fluidfluss durch den Messrotor, gekennzeichnet durch einen Fühlrotor (22) ausgangsseitig vom Messrotor (20) angeordnet, zur Abfühlung des Ausgangswinkels (0) des Fluids, das den Messrotor verlässt, mit Rotorflügeln (67) in einem Winkel (y) zur Rotationsachse des Fühlrotors angeordnet, wobei der Winkel der Fühlrotorflügel zur Rotationsachse kleiner ist als der Winkel der Messrotorflügel zur Rotationsachse des Messrotors, eine Einrichtung (28-46), die durch den Fühlrotor beeinflusst wird zur Modifizierung der Ausgangswerte des Messrotors in Übereinstimmung mit dem Ausgangswinkel (0) und dessen Änderungen.
2. 2. Turbinendurchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Fühlrotorflügel zur Rotationsachse des Fühlrotors im wesentlichen gleich dem Ausgangswinkel (0) des Fluids bei der Eichung ist.
3. 3. Turbinendurchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (28-46), die vom Fühlrotor beeinflusst wird, eine Bremsvorrichtung (42) enthält, um die Geschwindigkeit des Messrotors in Abhängigkeit mit den Änderungen des Fluidausgangswinkels (0) zu verändern.
4. 4. Turbinendurchflussmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (28-46), die durch den Fühlrotor (22) beeinflusst wird, Mittel (34) umfasst, um die Rotationsrichtung des Fühlrotors festzustellen, sowie Steuermittel (34-46) zur Abschwächung oder Entspannung des Bremseffektes der Bremsvorrichtung (42), die in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Fühlrotors (22) auf den Messrotor (20) wirkt.
5. 5. Turbinendurchflussmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel Mittel (34-44) enthalten, um die Grösse der Bremswirkung in Abhängigkeit der Anzahl Umdrehungen des Fühlrotors zu verändern.