APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF THE SPEED AND IF NECESSARY THE DIRECTION OF ROTATION OF THE VANE WHEEL OF A TURBINE-TYPE FLOW METER IN FLOWING LIQUIDS

Abstract: In this device, three electrodes (3, 4, 5) are arranged adjacently to one another at a distance in a flowing fluid. During its rotation, the vane wheel moves with one edge of its vanes closely past the electrodes (3, 4, 5) to which complementary pulses of an alternating voltage are applied by means of a pulse generator (8) for measuring the impedance of the fluid in an electrical analysing circuit which comprises a synchronous demodulator which is clocked by the alternating voltage (Us) of a short-time pulse transmitter (12) which, in turn, is driven by the pulse generator (8). To form a dynamic voltage divider, the centre electrode (4) is connected to a load resistor (R7) with respect to ground, across which a varying measurement voltage (U4) is picked up. This voltage is applied to a gate circuit (14), the enabling time of which is controlled by the short-time synchronising/demodulation signal (Us) and which is short compared with the duration of the pulses of the alternating voltage at the outer two electrodes (3, 5). <IMAGE>

Description: Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und gegebenenfalls der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flugelrad-Durchflussmessers in strömenden Flüssigkeitenl welches durch die Strömung der Flüssigkeit antreibbar ist, mit einem Gehäuse, in dem drei Elektroden in Abstand benachbart voneinander angeordnet und von der Flüssigkeit benetzt sind, wobei in Rotation das Flügelrad mit einer Kante seiner Flügel dicht an den Elektroden vorbeistreichend angeordnet ist, an die mittels eines Impulsgenerators komplementäre Impulse einer Wechselspannung gelegt sind zur Messung der sich bei Rotation ändernden Impedanz der Flüssigkeit in einer elektrischen Auswerteschaltung, die einen Synchron-Demodulator umfasst, der von der Wechselspannung des lmpulsgenerators getaktet ist Durch die US-PS 43 33 354 ist ein Messprinzip bekannt geworden, dass nämlich ein Rotor oder ein Flügelrad innerhalb eines Flügelrad-Durchflussmessers die Impedanz der strömenden Flüssigkeit bei Rotation verändert, wobei diese Veränderungen mittels einer elektrischen Schaltung gemessen werden können. Dazu weist die Vorrichtung drei Elektroden auf, an denen das Flügelrad dicht vorbei streicht und dadurch die Impedanzen zwischen den Elektroden ändert, wobei die Änderung an der mittleren Elektrode abgegriffen wird. Desweiteren ist durch die DE-PS 32 41 222 eine derartige Vorrichtung bekannt geworden, die ein Gehäuse aufweist, in dem Elektroden in Abstand benachbart voneinander angeordnet und von der elektrolytischen Flüssigkeit benetzt sind, wobei in Rotation das Flügelrad mit einer Kante seiner Flügel dicht an den Elektroden vorbeistreichend angeordnet ist, an die mittels eines Impulsgenerators komplementäre Impulse einer Wechselspannung gelegt sind zur Messung der sich bei Rotation ändernden Impedanz des Elektrolyten innerhalb einer elektrischen Auswertschaltung, wobei die Drehzahl und deren Änderung angezeigt wird. Dabei sind mindestens zwei Elektroden in einer Brückenschaltung geschaltet > so dass die Impedanz bzw. die Impedanzen des Elektrolyten zwischen den Elektroden mindestens einen Brückenwiderstand bilden. Der Brückenindikator ist ein Synchron-Demodulator, dessen Ausgangssignale in Rechteckimpulse zur Bestimmung der Drehzahl des Flügelrades umgewandelt werden. Dabei sind die mittels des Impulsgenerators erzeugten komplementären Impulse an die Elektroden über eine Treiberstufe gelegt, aus der für den Synchron-Demodulator und für einen nachgeschalteten Komparator das Bezugspotential gewonnen wird. Diese bekannte Vorrichtung ist aufgrund der Verwendung einer Brückenschaltung für die heute auf dem Markt befindlichen elektronischen Bausteine noch nicht optimal ausgelegt, weil zum einen der Synchron-Demodulator eine hohe Versorgungsspannung benötigt und weil die Brücken-Auswertschaltung zum Aufbau in Gate-Array-Anwendung nicht geeignet ist. Desweiteren hat sich gezeigt, dass die Funktion einer derartigen Vorrichtung mit Flügelrad offensichtlich unabhängig davon ist, ob das strömende Medium ein Elektrolyt ist oder nicht. Bei hinreichend grosser Störunterdrückung und hoher Selektion und Verstärkung in der nachfolgenden Auswerteschaltung können auch die dielektrischen Verschiebungsströme bzw. -spannungen diskriminiert werden, die an der mittleren Elektrode auftreten, wenn ein Wechselfeld auf die äusseren Elektroden aufgegeben ist und somit diese beiden äusseren Elektroden quasi einen Kondensator bilden, in dessen Dielektrikum sich die dritte Elektrode befindet. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und gegebenenfalls der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelraddurchflussmessers für strömende Flüssigkeiten zu schaffen, welche ohne Brückenschaltung arbeitet, einfacher im Schaltungsaufbau ist und deshalb für eine Gate-Array-Anwendung geeignet ist; insbesondere soll die Vorrichtung hoch diskriminierend ausgelegt sein, damit auch Änderungen des dielektrischen Verschiebungsstromes zwischen den äusseren beiden Elektroden bei nichtelektrolytischen, strömenden Flüssigkeiten diskriminiert weden können. Ebenso soll die Vorrichtung gegen Störungen weitestgehend unanfällig sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch den Patentanspruch 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in Unteranspruch 3 gekennzeichnet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass diese nunmehr auf eine volle Brückenschaltung verzichten kann. Die Spannung kann an der mittleren Elektrode direkt mit Masse verglichen werden, weshalb die Auswerteschaltung viel einfacher in ihrem Aufbau ist. Desweiteren fällt die doppelt so hohe Versorgungsspannung für den Synchron-Demodulator weg. Die gesamte Schaltung benötigt nur noch extrem geringe Versorgungsströme, weshalb sie für einen Batteriebetrieb bestens geeignet ist. Ebenso kann nunmehr die gesamte Schaltung in Gate-Array-Technik aufgebaut werden, wodurch eine preiswerte Massenfertigung möglich ist. Denn die erfindungsgemässe Vorrichtung dient ja als Baustein in der Erfassung der W rmekostenverteilung, weshalb eine technisch einfache und preiswerte Lösung für die Massenfertigung notwendig ist. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung den entscheidenden Vorteil, dass diese insbesondere zur Diskriminierung von sich ändernden dielektrischen Verschiebungsströmen bei nichtelektrolytischen Flüssigkeiten geeignet ist. Zur Messung dieser nur geringfügigen elektrischen Veränderung auf der mittleren Elektrode müssen Störungen weitestgehend ausgeblendet und unterdrückt werden. Aufgrund der sehr kurzen Synchron-Demodulationsimpulse, herrührend aus einem Kurzzeit-lmpulsgeber zur Öffnung der Torschaltung, gegenüber der Dauer der Impulse an den äusseren beiden Elektroden werden Störungen weitestgehend ausgeblendet. Zusätzlich werden durch den Komparator in der nachfolgenden Messschaltung Störungen ebenfalls ausgeblendet und unterdrückt. Inbesondere durch diese Massnahme ist die erfindungsgemässe Vorrichtung praktisch nicht storanfällig für Störungen, die vom Impulsgenerator, den Elektroden oder den elektronischen Vorgängen hieran herrühren. Dadurch, dass die Spannung an der mittleren Elektrode nur sehr kurzfristig impulsmässig abgefragt wird, ist keine Mittelwertbildung notig. Vorzugsweise wird die Spannung an der mittleren Elektrode im Zeitpunkt der negativen Flanke an einer der beiden äusseren Elektroden abgefragt. Die Schaltung stellt somit in vorteilhafter Weise einen dynamischen Spannungsteiler dar, wobei der Lastwiderstand vorzugsweise ein ohmscher Widerstand, aber auch induktiv oder kapazitiv sein kann In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Torschaltung mit Kondensator und der Kurzzeit-Impulsgeber zur Erzeugung zweier um 180 Grad phasenverschobener Synchron-Demodulationssignale U5 und U5 doppelt vorhanden, wobei dadurch zwei um 180 Grad phasenverschobene Ausgangsspannungen u14 und u14 der Torschalter erzeugt werden, deren Differenz vom Verstärker verstärkt wird. Dadurch entfällt das Zeltglled zur Abtrennung des Gleichspannungsanteils; ebenso entsteht am Ausgang des Verstärkers eine grössere Differenzspannung und das Ausgangssignal Ist vor allen Dingen gegen Störeinwirkungen, wie Änderung der Versorgungsspannung oder Spannungssprünge beim Einschalten, unemptindlich, weil wegen Fehlen des Zeitgiledes und dessen Zeitkonstante eine Verschiebung des Arbettspunktes nicht eintreten kann. In erflndungsgemasser Ausgestaltung werden als mittlere Elektrode die Flügel des Flügelrades verwendet, die dafür metallisch leitend sind. Dadurch kann direkt am Flügelrad über den Lastwiderstand eine sinusförmige Messspannung abgegriffen werden, weil sich das Flügelrad innerhalb des dielektrischen Feldes zwischen den beiden äusseren Elektroden befindet, wenn an diese die genannten komplementären Impulse einer Wechselspannung gelegt sind. Die beiden äusseren Elektroden bilden somit einen Kondensator, das Volumen zwischen diesen Elektroden bildet das Dielektrikum, wobei Änderungen des dielektrischen Verschiebungsstromes und der dadurch am Lastwiderstand gegen Masse hervorgerufene Spannungsabfall als Messspannungssignale diskriminiert werden, die weiter verarbeitet werden. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, die Vorrichtungen schaltungstechnisch noch weiter zu vereinfachen Auch das am Flügelrad abgenommene Signal kann galvanisch, kapazitiv oder induktiv ausgekoppelt werden. Alle Schaltungsvarianten lassen sich auch mit unipolarer getakteter oder einer statischen Ansteuerung realisieren, allerdings erhält man dann elektrolytische Vorgänge an den Elektroden. Bei statischer Ansteuerung kann das Ausgangssignal direkt verstärkt und einer Auswertung zugeführt werden. Zwei Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschliessend beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 das schematische Prinzip der in der Vorrichtung verwendeten Schaltung Figur 2 ein Blockschaltbildung der Messschaltung Figur 3 den Aufbau einer Messschaltung nach Figur 2 im Detail Figur 4 a-d die Spannungsverläufe an markanten Stellen der Messschaltung in Figur 3 Figur 5 ein sslockschaltbiidung einer weiteren Messschaltung, bei der zwei Torschaltungen oder Schalter vorhanden sind und Figur 6 a-e die Spannungsverläufe an markanten Stellen der Messschaltung gemäss der Figur 5. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. figur 1 zeigt die schematische Grundschaltung von drei Elektroden 3, 4 und 5. Über zwei vorzugsweise gleiche Kondensatoren C 1 und C2 werden komplementäre Impulse aus einem Impulsgenerator 8 (Figur 2) auf die beiden äusseren Elektroden 3 und 5 gegeben. Zwischen diesen beiden Elektroden 3 und 5 liegt eine mittlere Elektrode 4, wobei die Elektroden auf einem Kreisbogen oder auf einer Geraden angeordnet sein können. Die Elektroden 3, 4 und 5 sind dergestalt zueinander angeordnet, dass die Impedanz ZC E 3,4 zwischen den Elektroden 3 und 4 und die Impedanz ZC,E 4,5 zwischen den Elektroden 4 und 5 elektrisch in Reihe liegen. Dabei bedeutet der Index "C", dass die impedanz kapazitiv sein kann, der Index E bedeutet, dass die Impedanz ein Leitwert sein kann, falls es sich um eine elektrolytische Flüssigkeit handelt. Die beiden Impedanzen ZC,E 3,4 und ZC,E4,5 können somit als Halbbrücken 6 bezelchnet werden. Die mittlere Elektrode 4 ist über einen Lastwiderstand, der vorzugsweise ein nur ohmscher Widerstand R7 ist, mit Masse verbunden, so dass bei Aufgabe der komplementären Impulse auf die Kondensatoren Cl und C2 an der mittleren Elektrode bzw. am Lastwiderstand R7 eine variable Spannung u4 gegen Masse abgegriffen werden kann, die dem Verhältnis der Impedanz ZC > E3 > 4/ZC'E4,S proportional ist. Durch diese Verhättnisbildung wird somit der Absolutwert der Impedanzen eliminiert. Diese Schaltung ist somit eine Spannungsteilerschaltung, die beiden Impedanzen zwischen den Elektroden 3-4 und 4-5 können deshalb als Halbbrücke 6 gegen Masse mit Mittenabgriff über die Elektrode 4 angesehen werden. Der ohmsche Lastwiderstand R7 ist im allgemeinen hochohmig gewählt. Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die mittlere Elektrode 4 durch die Flügel des Flügelrades gebildet, die in diesem Fall metallisch und somit elektrisch leitend sind. Die äusseren Elektroden 3,5 sind derart zueinander angeordnet, dass sich zwischen diesen beiden Elektroden bei Aufgabe der komplementären Impulse ein elektrisches Feld ausbildet, innerhalb dem sich die Flügel des Flügelrades drehen, wodurch sich aufgrund der dielektrischen Verschiebungsströme am Flügelrad ein der Stellung des Flügelrades proportionales elektrisches Spannungssignal u4 sensieren Iänt, das aufgrund der Drehung des Flügelrades sinusförmigen Verlauf mit einer überlagerten Gleichspannungskömponente besitzt. Dieses Signal wird nach dem Flügelrad vorzugsweise galvanisch, aber auch kapazitiv oder induktiv ausgekoppelt. Die galvanische Auskopplung ist hier die einfachste, weil die Spannung direkt mit Masse verglichen werden kann und die Sinusspannung direkt am Flügelrad entsteht. Figur 2 zeigt ein Blockschaltbildung der Messschaltung gemäss vorliegender Erfindung. Ein Impulsgenerator 8 erzeugt Impulse, die über einen Frequenzteiler 9 heruntergeteilt werden. Dieses Signal wird über einen Inverter 10 und dem nachgeschalteten Kondensator C1 auf die Elektrode 3 aufgegeben. Gleichzeitig wird das Signal aus dem Frequenzteiler 9 nichtinvertiert über den Kondensator C2 auf die Elektrode 5 aufgegeben. Die mittlere Elektrode 4 ist über den ohmschen Lastwiderstand R7 mit Masse verbunden, so dass an der mittleren Elektrode 4 das Spannungssignal u4 abgegriffen werden kann. Dieses Spannungssignal U4 wird auf einen elektronischen Schalter oder eine Torschaltung 14 gegeben, wobei in der Zeichnung diese Torschaltung als Schalter 14 dargestellt ist. Vorzugsweise wird die Torschaltung 14 durch einen CMOS-Array-Tranststor gebildet. Zur kurzzeitigen Öffnung dieser Torschaltung 14 wird ein Synchron-Demodulat ionssignal US verwendet, welches in einem Kurzzeit Impulsgeber 12 erzeugt wird. Dieser Kurzzeit-Impulsgeber 12 wird dabei vom Ausgangssignal des Frequenzteilers 9 direkt angesteuert. Die innerhalb dieses Kurzzeit Impulsgebers 12 erzeugten Steuerimpulse Us für die Durchschaltung der Torschaltung 14 sind kurzzeitig gegenüber den Impulsen aus dem Frequenzteiler 9 und damit gegenüber den Impulsen an den Elektroden 3 und 5. Auf diese Weise stellt der Steuerimpuls Us ein echtes Synchron-Demodulationssignal US dar, welches aus dem Impulsgenerator 8, dem FrequenZteiler 9 und dem Kurzzeit Impulsgeber 12 zur Ansteuerung der Torschaltung 14 erhalten wird. Der nun die Torschaltung 14 kurzzeitig passierende Spannungsimpuls U4 während der Dauer der Öffnung der Torschaltung 14 durch das Synchron-Demodulationssignal U5 lädt einen Kondensator C15 auf die jeweilige Messspannung u4 auf bzw. der Kondensator C15 wird auf die Messspannung U4 entladen. Damit besitzt die Spannung UCI e;(t) am Kondensator C15 bei sich drehendem Flügelrad zeitlich einen si#nusähnlichen Verlauf. Diese Kondensatorspannung uC 15(t) wird nun durch eine nachfolgende Verstärkerschaltung auf Amplitudenwerte von ca 0,5 Volt oder mehr verstärkt. Dazu wird die Kondensatorspannung einem Verstärker 16 zugeführt, vorzugsweise dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers, der z.B. ein reiner Wechselspannungsverstärker ist. Die ohmschen Widerstände Rl7, R18 und R20 einschliesslich des Kondensators Cl9 dienen zur Beschaltung des Operationsverstärkers 16, wobei der Kondensator zusammen mit dem Widerstand R20 ein Zeitglied mit einer bestimmten Zeitkonstante bilden. Über den Widerstand R18 wird der Gleichanteil des Ausgangssignals des Verstärkers 16 zum invertierten Eingang desselben gegengekoppelt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 wird nun einem Komparator zugeführt, der hier vorzugsweise ein Schmitt-Trigger 21 ist. Dadurch wird die immer noch sinusähnliche Ausgangsspannung des Verstärkers 16 in eine rechteckförmige Ausgangsspannung mit definierFer Amplitude umgeformt. Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers 2 wird nun über nachfolgende Frequenzteiler 22 > 23 heruntergeteilt, wobei der besseren Apassbarkeit wegen nach den Schmitt-Trigger 21, dem ersten Frequenzteiler 22 und dem zweiten Frequenzteiler 22 jeweils Ausgänge 25,26 und 27 vorhanden sind. Figur 3 zeigt ein Beispiel der kompletten Messschaltung vorliegender Erfindung unter Zugrundelegung des Blockschaltbilds der Figur 2. Die aus dem Frequenzteller 9 kommenden Rechteckimpulse werden über die beiden Inverter 33, 10 und über den Kondensator Cl auf die Elektrode 3 aufgegeben. Zwischen den beiden Invertern 33 und 10 wird das Signal aus dem Frequenzteiler 9 abgegriffen und auf zwei weitere Inverter 34, 11 und über den Kondensator C2 auf die Elektrode 5 aufgegeben. Die beiden Elektroden 3 und 5 bilden die äusseren Elektroden, zwischen denen eine mittlere Elektrode 4 angeordnet ist, die auch das Flügelrad des Flügelraddurchflussmessers sein kann. An die mittlere Elektrode 4 ist ein ohmscher Lastwiderstand R7 nach Masse geschaltet, an dem die Messspannung u4 galvanisch abgegriffen wird. Die Messspannung u4 wird der Torschaltung T28 zugeführt, die vorzugsweise ein CMOS-Gate-Array-Transistor ist. Die von diesem Transistor T28 durchgelassenen Spannungsimpulse werden auf den Kondensator C15 gegeben und laden oder entladen diesen auf die Messspannung. Zur Schaltung des Transistors T28 dient das Synchron-Demodulatlonssignal Us, welches in dem Kurzzeit Impulsgeber 12 generiert wird. Dieser Kurzzeit Impulsgeber 12 besteht aus einem veränderbaren Laufzeitgl ied 13 und einem NOR-Gatter 29. Das vom Frequenzteiler 9 herrührende Signal wird, vorzugsweise über einen Inverter 42, direkt auf den einen Eingang 30 des NOR-Gatters 29 gelegt. Gleichzeitig wird das aus dem Frequenzteiler 9 herrührende Signal, vorzugsweise nach dem Inverter 42, auf ein Laufz.eitglied 13 gegeben, welches auf den anderen Eingang 31 des NOR-Gatters 29 geschaltet ist. Das Laufzeitglied 13 besteht dabei vorzugsweise aus einer Reihe von Invertern 43, 44, 45, 46 und 47, wobei über den Inverter 46 ein Kondensator C32 gelegt ist. Dieser Kondensator C32 wird dann eingesetzt, falls die Laufzeit des Laufzeitgliedes 13 zu kurz sein sollte. Das Ausgangssignal des NOR-Gatters 29 ist sehr kurzzeitig und stellt das Schaltsignal US, also das Synchron-Demodulationssignal Us, für den Transistor T28 dar, weshalb das Signal U5 an das Gate des Transistors T28 gelegt ist. Die sinusähnliche Kondensatorspannung ucl5(t) wird nun (Schaltungspunkte A-A) auf einen VorverstÅarker gegeben, der durch einen Transistor T 35 realisiert ist. Das vorverstärkte Signal wird nun einem Differenzverstärker 40 zugeführt, der im wesentlichen aus den Transistoren T36, T37 > T38 und T39 und der dazugehörigen Schaltung besteht. Danach wird das Signal einem Stromspiegel-Verstärker 41 und danach einem Komparator 21 zugeführt, der vorzugsweise ein Schmitt-Trigger ist; danach wird das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 21 frequenzmässig in den Frequenzteilern 22 und 23 angepasst. Die Ausgangsspannung aus einem der beiden Frequenzteiler 22, 23 dient nun zur Drehzahlbestimmung des Flügelrades, wobei die Ausgangsfrequenz der Frequenzteiler 22, 23 direkt proportional der Drehzahl des Flügelrades ist. Die hier gezeigte Schaltung benötigt nur einen minimalen Speisestrom von Werten im Bereich einiger weniger Mikro-Ampere, wobei mit dieser Schaltung ein grosser Drehzahlbereich des Flügelrades erfasst werden kann. Insbesondere ist diese Schaltung auch bei geringen Drehzahlen des Flügelrades genau, was einer geringen Strömungsgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit und deren Erfassung entspricht, weshalb auch nur geringe Drehzahlen und somit geringe Durchflussmengen exakt angezeigt werden können. Die Kurzzeitigkeit des Synchron-Demodulationssignals U5 ist von entscheidender Bedeutung, weil die Vorgänge am Spannungsteiler gemäss der Figur 1 dynamische Vorgänge sind. Nur während sehr kurzer Abtastzeiten, also sehr kurzer Durchlässigkeit der Torschaltung 14 oder P28 hat die Schaltung Spannungsteilerfunktion, nur dann arbeitet die Schaltung als dynamischer Spannungsteiler Die in Figur 3 verwendeten Transistoren sind vorzugsweise CMOS-Array-Transistoren, wie auch die Torschaltung T28. Die Figuren 4a bis 4d zeigen die Spannungsverläufe an markanten Stellen der Schaltung gemäss den Figuren 2 oder 3. Figur 4a zeigt den Spannungsverlauf am Inverter 10 und somit an der Elektrode 3; Figur 4b zeigt den Spannungsverlauf am Inverter 11 und somit an der Elektrode 5. Figur 4c zeigt das Synchron-Demodulationssignal US > welches das Ausgangssgnal des NOR-Gatters 29 ist. Diese Ausgangssignale U5 sind zeitlich sehr kurz und verhalten sich zeitlich zu den Signalen an den Elektroden wie ca. 1:600. Somit sind die Öffnungszeiten der Torschaltung 14 bzw. T28 sehr kurz. Ebenso ist ersichtlich, dass jeweils zu jeder negativen Flanke des Impulses am Inverter 10 bzw. an der Elektrode 3 ein Steuerimpuls U5 generiert wird. Figur 4d zeigt den zeitlichen Verlauf der sinusähnlichen Ausgangsspannung nach der Verstärkung durch den Verstärker 16 bzw 41 im Messpunkt 24 Dabei ist erslchtllch, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers aus einem Gleichanteil und einem sinusähnlichen Wechselantell besteht. Diese Ausgangsspannung wird nun einem Komparator bzw. Schmttt-Trtgger 2 1 aufgegeben. Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung, bei der zwei Schalter 14, 14 mit je einem Kondensator C15, C15' und zwei Kurzzeit-Impulsgeber 12, 12' vorhanden sind. Die strichliniert umrahmten Teile entsprechend exakt den gleich bezifferten Teilen in der Schaltung der Figur 2, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Lediglich ist hier die mittlere Elektrode 4 zur Unterdrückung eines Gleichspannungsanteils kapazitiv über einen Kondensator C48 an den Lastwiderstand R7 gelegt, an dem gegen Masse die (identischen ) Messspannungssignale u4 und U4 abgegriffen werden. Auch in dieser Schaltung ist der Lastwiderstand R7 bevorzugt ein ohmscher Widerstand, jedoch ist auch eine induktive oder kapazitive Beschaltung möglich. Das Messspannungssignal U4 wird an die Torschaltung 14 gelegt, die über das Synchron-Demodulationssignal U5 aus dem Kurzzeit-Impulsgeber 12 gesteuert wird. Das Ausgangssignal u14,C15 wird als Elngangssignal an den nichtinvertierten Eingang des Verstärkers 16 gelegt. Ebenso wird das Messspannungssignal u4 über eine Leitung 49 an eine Torschaltung 14 gelegt und steht dort als Messspannungssignal u4 an. Der Ausgang dieser Torschaltung 14' ist über einen Kondensator C 15 an den invertierten Eingang des Verstärkers 16 als Eingangssignals u14C15 gelegt. GleIchzeitig wird das Ausgangsslgnal des Frequenzteilers 9 über eine Leitung 50 auf einen Inverter 51 gegeben, dessen Ausgangssignal wiederum einen Kurzzeit-Impulsgeber 12 ansteuert, dessen Synchron-Demodulationssignal US somit um 180 Grad phasenversetzt gegenüber dem Synchron-Demodulationssignai U5 die Torschaltung 14 ansteuert. Deshalb liegen am Verstärker 16 zwei um 180 Grad phasenversetzte Spannungen u1 4 > C 15und u 14 C 1 5 an, wobei nur deren Ditferen2 verstärkt wird Der Verstärker arbeitet somit in diesem Fall a!s reiner Wechselspannungsverstärker, eine Beschaltung mit einem zusätzlichen RC-Glied entfällt. Die Figuren 6 a-e zeigen die Spannungsverläufe an markanten Punkten der Schaltung gemäss Figur 5. Die Figuren 6 a und b zeigen die Spannungsverläufe an den Elektroden 3 und 5, wobei ja die Spannungen um 180 Grad phasenversetzt sind. Die Figuren 6 c und d zeigen die zugehörigen sehr kurzzeitigen Synchron-Demodul at ionssignale US und Us, die ebenfalls gegeneinander um 180 Grad phasenversetzt sind und jeweils an der abfallenden Flanke der Spannungen UC 1 bzw. Urr, auftreten. Die Figur 6e zeigt die beiden Eingangsspannungen U14,C15 unci u l 4 c l 5 am Verstärker 16, wobei nur deren Differenz verstärkt wird. Die Weiterbehandlung des Ausgangssignals des Verstärkers 16 ist gleich der Signalverarbeitung gemäss der Schaltung Figur 2, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Liste der Bezugszeichen: C1, C2 Kondensatoren 3 > 4, 5 Elektroden ZC,E3,4ZC,E4,5 Impedanzen 6 Halbbrücke R7 Lastwiderstand 8 Impulsgenerator 9 Frequenzteiler 10, 11 Inverter 12, 12 Kurzzeit-Impulsgeber 13 Laufzeitglied 14, 14 elktrische Schalter wie Torschaltungen ±15, C15 Kondensatoren 16 Verstärker R177 ,R18, R20 Widerstände C 19 Kondensator 21 Schmitt-Trigger 22, 23 Frequenzteiler 24 Messpunkt 25, 26, 27 Ausgänge T28 elektr. Torschaltung 29 NOR-Gatter 30, 31 Eingänge des NOR-Gatters C32 Kondensator 33, 34 Inverter T35 Transistor-Vorverstärker T36, T37, T38, T39 Transistoren 40 Differenzverstärker 41 Stromspiegel-Verstärker 42, 43, 44, 45, 46 > 47 Inverter C48 Koppel kondensator 49,50 Leitungen 51 Inverter u4, u4 Messspannungen US > US Synchron-Demodulationssignale u14, u 14 Elngangsspannungen des Verstärkers 16 UC 1 sUC2 Spannungen an den Elektroden 3 und 5

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und gegebenenfalls der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelrad-Durctlflussmessers in strömenden Flüssigkeiten, welches durch die Strömung der Flüssigkeit antreibbar ist, mit einem Gehäuse, in dem drei Elektroden in Abstand benachbart voneinander angeordnet und von der Flüssigkeit benetzt sind, wobei in Rotation das Flügelrad mit einer Kante seiner Flügel dicht an den Elektroden vorbeistreichend angeordnet ist, an die mittels eines Impulsgenerators komplementäre Impulse einer Wechselspannung gelegt sind zur Messung der sich bei Rotation ändernden Impedanz der Flüssigkeit in einer elektrischen Auswerteschaltung, die zur Erzeugung eines Synchron-Demodulationssignals einen Synchron-Demiodulator umfasst, der von der Wechselspannung des fmpulsgenerators getaktet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der mittleren Elektrode (4) zur Bildung eines Spannungsteilers ein Lastwiderstand (R7) gegen Masse geschaltet ist, an dem ein Messspannungssignal (u4) abgegriffen wird, das auf mindestens eine elektrische Torschaltung (14,14', T28) gegeben wird, deren durch das Synchron-Demodulationssignal (U5 , Us) des Impulsgenerators (8) gesteuerte Öffnungszeit kurzzeitig gegenüber der Dauer der Impulse (UC1, Uc2) an den äusseren beiden Elektroden (3,5) ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messspannungssignal (U4, u4#) von der mittleren Elektrode (4) über einen Koppelkondensator (C48) ausgekoppelt und nach Passieren der elektrischen Torschaltung (14, 14', T28) auf mindestens einen Kondensator (C15, , C 15) gelegt wird, wobei der Lastwiderstand (R7) während der Dauer der Synchron-Demodulationssignale (Us, US ) parallel zum Kondensator (C , ±15') geschaltet ist und danach die Kondensatorspannung (uC15(t), uC (t)) verstärkt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Torschaltung (14, 14') mitsamt dem Kondensator (C15 ,C15) doppelt vorhanden und an beide das Messspannungssignai (u4, u4) gelegt ist und das Synchron-Demodulationssignal (US, U5') auf die eine Torschaltung (14) direkt und auf die andere Toschaltung (14') invertiert gegeben und die Differenz der beiden Messspannungssignale (u14 > u l 4 ) im Verstärker (16)verstärkt wird. 4 Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche aadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsslgnal des Verstärkers (16) auf einen Komparator gegeben wird. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als mittlere Elektrode (4) die Flügel des Flügelrades dienen, die elektrisch leitend sind, wobei die übrigen Elektroden (3,5) der3rt angeordnet sind, dass sich zwischen diesen eln e.ektrisches Feld ausbildet, welches entsprechend der Stellung des Flügelrades auf demselben eine entsprechende Wechselspannung (ul) hervorruft. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des kurzzeitigen Synchron-Demodulationssignal, (U5, U5,) das Tastsignal des Impulsgenerators. (8) auf mindestens einen Kurzzeit-lmpulsgeber (12, 12') gegeben wird. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeit-lmpulsgeber (1 2) aus einem veränderbaren Lautzeitglied ( 13) und einem NOR-Gatter (29) besteht, wobei auf den einen Eingang (30) das Tastsignal des Impulsgenerators (8) direkt und auf den anderen Eingang (3 1) das Tastsignal verzögert durch das Laufzeitglied(13) aufgegeben wird, wobei das Ausgangssignal (U5)des NOR-Gatters (29) das Schaltsignal der nachfolgenden Torschaltung (1 4 > T28) darstellt. 8 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messspannungssignal (uq) von der mittleren Elektrode (4) galvanisch ausgekoppelt und nach Passieren der elektrischen Torschaltung (14, T28) auf einen Kondensator (C 15) gelegt wird, wobei der Lastwiderstand (R7) während der Dauer der #ynchron-Demodulationssignale (Us) parallel zum Kondensator (C15) geschaltet ist und danach die Kondensatorspannung (u± 5(t)) verstärkt wird. 9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Anspruche dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwiderstand ein ohmscher Widerstand (R7) ist. o O Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (R7) hochohmig ist.

Inventors: ENGELMANN,HANS, ROETTER, JUERGEN, DR.-ING., SCHMITT,FRANZ-KARL, TISCHLER, REINHARD E., RöTTER, Jürgen, Dr.-Ing.
Applicants: ENGELMANN, HANS
Application year: 1985
Main classification: G01P5
IPC codes: G01F1, G01P13