DE19714351A1 - Method and device for detecting gas and liquid volumes with volume counters - Google Patents
Method and device for detecting gas and liquid volumes with volume countersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, bei dem beim berührungslosen Vorbeibewegen eines an der Welle des Meßorganes befestigten Dauermagneten an feststehenden Impulsdrahtsensoren durch deren Ummagnetisierung Spannungsimpulse erzeugt werden, mit denen das vom Meßorgan bestimmte Volumen mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung erfaßt und von einem elektronischen Zählwerk angezeigt wird. The invention relates to a method for detecting Gas and liquid volumes with volume counters, especially rotary lobe, turbine and Oval gear meter, in which the non-contact Moving one past the shaft of the measuring element fixed permanent magnets on fixed Pulse wire sensors due to their magnetic reversal Voltage pulses are generated with which the Measuring device determined volume with an electronic Pulse processing device detected and by one electronic counter is displayed.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum zum Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina mit Volumenzählern, insbesondere Drehkolben-, Turbinenrad- und Ovalradzähler, mit einem Gehäuse, in dessen Meßraum ein oder mehrere Meßorgan(e) drehbar gelagert sind, deren Welle einen einzigen Magnet trägt, der quer zur Wellenachse in Achsrichtung beabstandet vom Meßorgan angeordnet ist, mit mehreren Impulsdrahtsensoren, die senkrecht zur Magnetachse im Wirkungsbereich des Magneten von einem Wandteil des Gehäuses ortsfest gehaltert sind, und mit einer elektronischen Impulsverarbeitungseinrichtung, der ein elektronisches Zählwerk mit Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist,The invention further relates to a device for for recording gas and liquid volumes with Volume meters, especially rotary lobe, turbine and Oval gear meter, with a housing, in the measuring space one or several measuring element (s) are rotatably mounted, the shaft of one only carries a magnet that is transverse to the shaft axis Axial direction is spaced from the measuring element, with several pulse wire sensors that are perpendicular to the magnetic axis in the Area of action of the magnet from a wall part of the housing are held stationary, and with an electronic Pulse processing device, which is an electronic Counter with display device is assigned,
Aus der DE 42 11 704 A1 ist eine Meßanordnung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl eines auf einer Welle angeordneten Bauteiles mit mehreren umlaufenden Magneten bekannt, in deren Magnetfeldern ein stationärer Impulsdrahtsensor angeordnet ist. Die Magnete sind radial und derart angeordnet, daß jeder Impuls von zwei in axialem Abstand zueinander liegenden gegensätzlichen Polen (N, S) ausgelöst wird.DE 42 11 704 A1 describes a measuring arrangement for non-contact detection of the speed one on one Shaft arranged component with several revolving Known magnets in their magnetic fields stationary pulse wire sensor is arranged. The magnets are radial and arranged in such a way that every pulse of two axially spaced opposite polar poles (N, S) is triggered.
Des weiteren ist aus der DE 87 14 182.5 ein digitaler Drehzahlgeber mit magnetbestücktem Geberrad für ruhend angeordnete Impulsdrahtsensoren bekannt, die durch einen umfangsseitigen Luftspalt von dem mit einer Maschinenwelle gekuppelten Geberrad getrennt sind. Es sind ein oder mehrere Impulsdrahtsensoren in einer über einen Teil des Geberrades erstreckten Sensorkassette untergebracht, die elektrisch und mechanisch mit einer steifen Leiterplatte zu einer Einheit verbunden ist. Diese Einheit ist justierbar an einer ebenen Frontfläche befestigt. Am Geberrad sind umfangsseitig mit Setz- und Rücksetzmagneten angeordnet, die an den ortsfesten Impulsdrahtsensoren berührungslos vorbeigeführt werden.Furthermore, DE 87 14 182.5 is a digital one Speed sensor with magnet-equipped sensor wheel for stationary arranged pulse wire sensors known by a circumferential air gap from that with a Machine shaft coupled encoder wheel are separated. There are one or more pulse wire sensors in one stretched over part of the encoder wheel Sensor cassette housed, the electrical and mechanically with a rigid circuit board to one Unit is connected. This unit is adjustable on attached to a flat front surface. Are on the encoder wheel on the circumference with setting and resetting magnets arranged on the fixed pulse wire sensors be passed without contact.
Bekannt ist aus der EP 0 484 716 auch ein elektromagnetischer Geber zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung eines Rotors mit mindestens einem an dem Rotor angebrachten Dauermagneten und mit mindestens einen seitlich neben dem Rotor angeordneten bistabilen magnetischen Schaltelement mit zugehöriger Sensorspule, das sprungartig in einem großen Barkhausensprung ummagnetisierbar ist.One is also known from EP 0 484 716 electromagnetic encoder for determining the speed and / or direction of rotation of a rotor with at least one permanent magnets attached to the rotor and with at least one arranged laterally next to the rotor bistable magnetic switching element with associated Sensor coil that jumps into a big one Barkhausen jump is reversible.
Das Auslösen des Barkhausensprunges in dem bistabilen magnetischen Schaltelement und das Rücksetzen des bistabilen magnetischen Schaltelementes erfolgt durch den gleichen Dauermagneten. Der Dauermagnet ist versetzt zur Achse des Rotors so angebracht, daß seine beiden Magnetpole in Umfangsrichtung des Rotors nebeneinander angeordnet sind.Triggering the Barkhausen jump in the bistable magnetic switching element and resetting the bistable magnetic switching element is made by the same permanent magnet. The permanent magnet is offset to the axis of the rotor so that its two magnetic poles in the circumferential direction of the rotor are arranged side by side.
Zur drehrichtungsabhängigen Drehzahlerfassung sind mindestens zwei bistabile magnetische Schaltelemente vorgesehen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Drehrichtung wird aus dem Vorzeichen der Spannungsimpulse erkannt.For speed direction-dependent speed detection at least two bistable magnetic switching elements provided that are electrically connected in series. The direction of rotation is from the sign of the Voltage pulses recognized.
Mit diesem bekannten Geber ist es zwar möglich neben der Drehzahl auch die Drehrichtung zu erfassen, es steht jedoch nur ein Signalkanal zur Verfügung, der keine Redundanzüberwachung zuläßt. With this known encoder it is possible besides the speed also capture the direction of rotation it however, only one signal channel is available, the no redundancy monitoring is permitted.
Dies führt bei der eichrechtlichen Abrechnung zu Problemen, weil keine Redundanzprüfung möglich ist. Der Einsatz dieser bekannten Meßanordnung ist deshalb für den eichrechtlichen Verkehr ungeeignet.This leads to legal-for-trade accounting Problems because no redundancy check is possible. The use of this known measuring arrangement is therefore unsuitable for custody transfer.
In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das bzw. die es erlaubt, neben der Drehzahl auch die Drehrichtung und Meßwertübertragung in voneinander unabhängigen Signalkanälen bei einfachem Aufbau, hoher Genauigkeit in einem großen Meßbereich und mit geringerem Stromverbrauch unter weitgehendem Ausschluß von Bremskräften auf die Meßorgane zu erfassen.Knowing this state of the art Invention based on the object, a method and a Device of the type mentioned are available place that allows, in addition to the speed also the direction of rotation and measured value transmission in independent signal channels with simple Construction, high accuracy in a large measuring range and with lower power consumption under extensive Exclusion of braking forces on the measuring elements capture.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit zwei gleichgepolten Impulsdrahtsensoren kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse erzeugt werden, die von Vor- und Rückzählern gezählt und denen ein gemeinsamer, von einem zu den gleichgepolten Impulsdrahtsensoren gegengepolten Impulsdrahtsensor erzeugten als Richtungsimpuls dienender Spannungsimpuls zugewiesen wird, der in ein Richtungsbit umgewandelt wird, mit dem die Zähler die Zählrichtung erkennen und der angezeigte Zählerstand für eine Redundanzprüfung herangezogen wird. This task is accomplished with the procedure of the beginning mentioned type according to the invention solved in that with two pulse wires with the same polarity short successive, serving as counting impulses in the same direction voltage pulses are generated by Counted up and down counters and to whom a common, from one to the same polarized pulse wire sensors reverse polarized pulse wire sensor generated as Directional pulse serving voltage pulse assigned which is converted into a direction bit with the the counters recognize the counting direction and the one displayed Meter reading used for a redundancy check becomes.
Impulsdrahtsensoren schalten beispielsweise bei Annäherung des magnetischen Nordpols je nach Polung der Impulsdrahtsensoren. Das Sensorprinzip beruht auf dem Wiegand-Effekt, der darin besteht, daß bei Vorbeiführen eines Impulsdrahtes an den Polen eines Dauermagneten eine plötzliche Ummagnetisierung stattfindet, die zu einem kurzen Spannungsimpuls führt. Der Südpol des Magneten bereitet den Impulsdraht auf die Zündung vor, der Nordpol löst die Zündung aus. Am elektrischen Ausgang des Impulsdrahtsensors steht im Augenblick der Zündung dieser Spannungsimpuls als Signal zur Verfügung.Pulse wire sensors switch on, for example Approximation of the magnetic north pole depending on the polarity of the Pulse wire sensors. The sensor principle is based on the Wiegand effect, which is that when passing a pulse wire on the poles of a permanent magnet a sudden magnetic reversal takes place that increases a short voltage pulse. The south pole of the Magnet prepares the pulse wire for ignition, the north pole triggers the ignition. On the electrical Output of the pulse wire sensor is at the moment Ignition of this voltage pulse as a signal Available.
Die Signale der drei Impulsdrahtsensoren werden durch Transistoren verstärkt. Die beiden gleichsinnigen Zählimpulse werden über Flip-Flop's an die Eingänge eines Microcontrolers gelegt und von jeweils einem Standard-Vor/Rückzähler gezählt. Mit dem Impuls des gegengepolten Impulsdrahtsensors wird ein Richtungsbit gewonnen, mit dem die Vor- und Rückzähler die Zählrichtung erkennen, bevor die Impulse der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren weiterverarbeitet werden. Durch einen Vergleich des Zählerstandes werden die beide Zähler abgeglichen und die Redundanz der Zähler geprüft. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit einer geeigneten Software.The signals from the three pulse wire sensors are through Transistors amplified. The two like-minded Count pulses are sent to the inputs via flip-flops a microcontroller and one each Standard up / down counter counted. With the impulse of reverse-polarized pulse wire sensor becomes a direction bit won, with which the up and down counter the Recognize the counting direction before the impulses of the two processed the same polarized pulse wire sensors will. By comparing the meter reading which matched both counters and the redundancy of the Counter checked. This is conveniently done with suitable software.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die zweikanalige Impulsabgabe der gleichsinnige Zählimpuls eines der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren jeweils mit einem Hardware-Zähler gezählt. Mit dem Impuls des gegengepolten Impulsdrahtsensors und dem Impuls des anderen gleichgepolten Impulsdrahtsensors wird diesem Hardware-Zähler die Zählrichtung zugewiesen.According to a preferred embodiment of the The inventive method is for the two-channel Pulse delivery of the same direction count pulse of one of the two equally polarized pulse wire sensors each with counted a hardware counter. With the impulse of reverse-polarized pulse wire sensor and the pulse of other polarity wire with the same polarity is this Hardware counter assigned the counting direction.
Es ist natürlich auch möglich, die Impulse der beiden gleichgepolten Impulsdrahtsensoren auf zwei separate Hardware-Zähler zu legen und durch Vergleich der beiden Zählerstände eine Redundanzprüfung vorzunehmen.It is of course also possible to get the impulses of the two polarized pulse wire sensors on two separate Hardware counters to put and compare the two Meter readings to perform a redundancy check.
Im Fall des zuvor beschriebenen Verfahrens wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung dadurch gelöst, daß zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren für eine zweikanalige Impulsabgabe und ein weiterer jedoch entgegengesetzt gepolter Impulsdrahtsensor für die Richtungserkennung vorgesehen sind, deren Längsachsen zueinander parallel angeordnet und zu einem eng aneinander gelegten Bündel zusammengefaßt sind, und daß der Abstand der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren von der Drehachse (Wellenachse) des Magneten gegenüber dem Abstand des gegengepolten Impulsdrahtsensors von der Drehachse entweder größer oder kleiner ist.In the case of the method described above, the Object achieved by a device that two same-polarized pulse wire sensors for one two-channel pulse delivery and another however oppositely polarized pulse wire sensor for the Direction detection are provided, their longitudinal axes arranged parallel to each other and close together laid bundles are summarized, and that the distance of the same polarized pulse wire sensors from the axis of rotation (Shaft axis) of the magnet versus the distance of the reverse-polarized pulse wire sensor from the axis of rotation either is larger or smaller.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stehen die elektrischen Ausgänge der gleichgepolten Impulsdrahtsensoren jeweils über getrennte Verstärkungsanordnungen mit dem S-Eingang je eines ersten und zweiten getakteten, statischen RS-Flip-Flop's und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors jeweils mit dem R-Eingang beider RS-Flip-Flop's in Verbindung, wobei ein D-Flip-Flop mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's und mit seinem CP-Eingang auf den S-Eingang des zweiten RS-Flip-Flop's gelegt ist, und daß der Q-Ausgang des ersten RS-Flip-Flop's auf einen Vor-/Rück-Zähler, der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's auf einen Eingangspin und der Q-Ausgang des zweiten RS-Flip-Flop's auf einen weiteren Vor/Rück-Zähler eines Microcontrolers für die Zählung, Anzeige und Redundanzprüfung geführt ist.In a preferred embodiment of the device according to the invention are the electrical outputs of the same polarity Pulse wire sensors each via separate Amplification arrangements with the S input of a first and second clocked, static RS flip-flops and the electrical output of the reverse polarized pulse wire sensor each connected to the R input of both RS flip-flops, a D flip-flop with its D input on the Q output of the first RS flip-flop and with its CP input is connected to the S input of the second RS flip-flop, and that the Q output of the first RS flip-flop is on one Up / down counter, the Q output of the D flip-flop on one Input pin and the Q output of the second RS flip-flop another up / down counter of a microcontroller for the Counting, display and redundancy check is performed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung steht der elektrische Ausgang eines gleichgepolten Impulsdrahtsensors mit dem S-Eingang eines RS-Flip-Flop's, der elektrische Ausgang des anderen gleichgepolten Impulsdrahtsensors mit dem CP-Eingang eines D-Flip-Flop's und der elektrische Ausgang des gegengepolten Impulsdrahtsensors jeweils über getrennte Verstärkungsanordnung in Verbindung, wobei das D-Flip-Flop mit seinem D-Eingang auf den Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's gelegt ist. Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's ist zu einem Eingang eines Vor/Rück-Zäh lers eines Hardwaremoduls geführt und der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's steht mit einem Vor- und Rückeingang des Hardwaremoduls für die Zuweisung der Zählrichtung in Verbindung.In a further preferred embodiment of this The device according to the invention is electrical Output of an equally polarized pulse wire sensor with the S input of an RS flip-flop, the electrical output of the other same-polarized pulse wire sensor with the CP input of a D flip-flop and the electrical Output of the reverse polarized pulse wire sensor each connected via separate reinforcement arrangement, the D flip-flop with its D input on the Q output of the RS flip-flop is set. The Q output of the RS flip-flop is to an input of a forward / backward count Hardware module and the Q output the D flip-flop is with a front and back input of the hardware module for assigning the counting direction in connection.
Die Aufgabe wird weiter mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß durch zwei gleichgepolte Impulsdrahtsensoren kurz aufeinanderfolgende, als Zählimpulse dienende gleichsinnige Spannungsimpulse für eine zweikanalige Impulsabgabe derart verarbeitet werden, daß die Zeiten T(n) für einen Umlauf des Magneten und die Zeitdifferenzen ΔT(n) zwischen den erzeugten Spannungsimpulsen mit zwei steuer- und latchbaren Zählern ermittelt und anschließend durch Einzählen in mehreren hintereinandergeschalteten Softwarezählern mit einer vorgegebenen Zählfrequenz, die schneller ist als die Meßfrequenz, T(n) und ΔT(n) erneut festgestellt werden und daß durch Vergleich der Zählerstände eines Meßzählers mit einem Vergleichszähler nach der Bedingung ΔT(n) < T(n)/2 und ΔT(n) < T(n)/2 die Drehrichtung ermittelt wird, wobei mittels der Softwarezähler eine Redundanzprüfung vorgenommen wird.The task continues with a procedure solved that by two same polarity Pulse wire sensors in quick succession, as Counter pulses serving in the same direction for processed a two-channel pulse output in this way be that the times T (n) for one revolution of the Magnets and the time differences ΔT (n) between the generated voltage pulses with two control and latchable counters determined and then by Counting in several cascaded Software counters with a predetermined counting frequency, which is faster than the measuring frequency, T (n) and ΔT (n) be determined again and that by comparing the Meter readings with a Comparison counter according to the condition ΔT (n) <T (n) / 2 and ΔT (n) <T (n) / 2 the direction of rotation is determined, where a redundancy check using the software counter is made.
Der Microcontroler verfügt über zwei voneinander getrennte steuer- und latchbare Zähler.The microcontroller has two of them separate controllable and latchable counters.
Mit diesen Zählern und den nachgeschalteten Softwarezählern werden von Umlauf zu Umlauf die Zeiten T(n) und ΔT(n) neu ermittelt und durch Vergleich der Zählerstände die Drehrichtung ermittelt.With these counters and the downstream ones Software counters change times from round to round T (n) and ΔT (n) newly determined and by comparing the Counter readings determine the direction of rotation.
Zählfrequenzen, die mindestes 100 mal höher sind als die zu erfassende Frequenz, sind vollkommen ausreichend.Count frequencies that are at least 100 times higher than the frequency to be detected are perfect sufficient.
Die Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei zu einem Bündel angeordnete gleichsinnig gepolte Impulsdrahtsensoren für eine zweikanalige Impulsabgabe vorgesehen sind, deren Längsachsen zueinander parallel und nahe nebeneinander angeordnet einen etwa gleichen Abstand zur Drehachse des Magneten aufweisen, und daß die elektrischen Ausgänge der beiden Impulsdrahtsensoren direkt mit interruptbaren Anschlüssen eines Microcontrolers in Verbindung stehen, der mindestens aus zwei steuer- und latchbaren Zählern besteht, denen jeweils getrennte nachgeschaltete Softwarezähler und eine gemeinsame Zählclock zugeordnet sind.The task is also carried out with a device for Implementation of the aforementioned procedure solved according to the invention in that two to one Bundles arranged in the same polarity Pulse wire sensors for two-channel pulse delivery are provided, the longitudinal axes of which are parallel to one another and arranged close to one another, approximately the same Have distance to the axis of rotation of the magnet, and that the electrical outputs of the two Pulse wire sensors directly with interruptible ones Connections of a microcontroller are connected, of at least two controllable and latchable counters exists, each of which has separate downstream Software counter and a common counter clock assigned are.
Das Verfahren mit dem Dreifachsensor hat gegenüber dem Verfahren mit dem Doppelsensor den Vorteil, daß es auch für Drehfrequenzen < 0,1 Hz geeignet ist und der Microcontroler zeitlich nicht mit der Drehrichtungserkennung belastet ist, wodurch die Batterielebensdauer des Microcontrolers spürbar erhöht wird.The method with the triple sensor has compared to that Procedure with the double sensor has the advantage that it too is suitable for rotational frequencies <0.1 Hz and the Microcontroler does not time with the Direction of rotation detection is loaded, causing the Battery life of the microcontroller noticeably increased becomes.
Von Vorteil ist ferner, wenn die Impulsdrahtsensoren in einer druckdichten Hülse angeordnet sind, die ihrerseits axial lageabhängig zum Magneten justierbar von einer Tauchhülse aufgenommen am Gehäusedeckel des Gaszählers befestigt ist.It is also advantageous if the pulse wire sensors in a pressure-tight sleeve are arranged, the in turn axially adjustable depending on the magnet received by an immersion sleeve on the housing cover of the Gas meter is attached.
Durch Einschieben der Hülse in Wellenrichtung kann der Erfassungspunkt für die Sensorsignale feinfühlig und optimal eingestellt werden.By inserting the sleeve in the direction of the shaft Detection point for the sensor signals sensitive and can be optimally adjusted.
Die Impulsdrahtsensoren sind in einer bevorzugten Ausführungsform in einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff eingebettet, wodurch die Lage der Impulsdrahtsensoren zueinander festgelegt ist. The pulse wire sensors are in a preferred one Embodiment in an electrically non-conductive Embedded plastic, causing the location of the Pulse wire sensors are fixed to each other.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Abschirmelement auf der Welle des Meßorgans im Wirkungsbereich des Magnetfeldes angeordnet. Dieses Abschirmelement dient als magnetische Abschirmung gegenüber dem Meßorgan.In a further advantageous embodiment of the The device according to the invention is a shielding element on the shaft of the measuring element in the effective range of the Magnetic field arranged. This shielding element serves as a magnetic shield against the measuring element.
Mit dem erfindungsgemäßen Doppel- oder Dreifachsensor läßt sich in einfacher montagefreundlicher Art und Weise eine zweikanalige Signalerfassung und -auswertung realisieren, die auch den Forderungen im eichrechtlichen Verkehr nach einer Redundanzüberwachung genügt.With the double or triple sensor according to the invention can be installed in a simple manner and Way a two-channel signal acquisition and evaluation realize that also meet the demands in custody transfer after redundancy monitoring enough.
Hieraus läßt sich der Vorteil der hohen Flexibilität und Variabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Erfassen von Gas- und Flüssigkeitsvolumina erkennen.This gives the advantage of high flexibility and variability of the method according to the invention and the device according to the invention when detecting Detect gas and liquid volumes.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.Further advantages and details emerge from the following description of two preferred Embodiments with reference to the attached drawings.
Es zeigen im einzelnen:The individual shows:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Zweikanal-Im pulserfassung mit einem Doppelsensor, Fig. 1 is a schematic representation of the two-channel in the pulse detection with a double sensor,
Fig. 2 Impulsbilder mit Drehrichtungserkennung im Rechts- und Linkslauf, Fig. 2 pulse images with rotation detection in the forward and reverse rotation,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Signalauswertung für einen Dreifach-Sensor mit zwei separaten Zählausgängen und statischer Drehrichtungserkennung mit Microcontroler und Redundanzprüfung, Fig. 3 is a schematic diagram of the signal evaluation for a triple sensor with two separate counting outputs and static direction of rotation detection with microcontroller and redundancy check,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Signalauswertung für einen Dreifach-Sensor nach Fig. 3 ohne Redundanzprüfung, Fig. 4 is a schematic diagram of the signal evaluation for a triple sensor of FIG. 3 without a redundancy check,
Fig. 5 den Impulsverlauf mit Drehrichtungserkennung durch Zuweisung eines Richtungsbits nach Fig. 3 und 4, Fig. 5 shows the pulse waveform with rotation direction detection by assigning a direction bits of Fig. 3 and 4,
Fig. 6 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Dreifach-Sensor-An ordnung und Fig. 6 is a side view of the device according to the invention with a triple sensor arrangement and
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 6. Fig. 7 is a section along the line BB of Fig. 6.
Die Fig. 1 zeigt die Anordnung zweier Impulsdrahtsensoren mit dazugehöriger Auswerteschaltung. Quer zur Wellenachse 1 eines Drehkolbens 2 des Gaszählers 3 ist ein Stabmagnet 4 am Wellenende 30 befestigt, der zusammen mit dem Drehkolben 2 eine Drehbewegung um die Wellenachse 1 ausführt. Im Wirkungsbereich des Magnetfeldes des Stabmagneten 4 sind zwei Impulsdrahtsensoren 5 und 6 in einer Hülse 7 ortsfest mit einer Tauchhülse 8 an einem Gehäusedeckel 9 des Gaszählers 3 befestigt. Die beiden Sensoren 5 und 6 liegen mit ihren Längsachsen A parallel zueinander und berühren sich. Sobald sich der Stabmagnet 4 bei seiner Umdrehung mit seinem magnetischen Nordpol N den Impulsdrahtsensoren 5 und 6 nähert entstehen nacheinander durch Ummagnetisierung kurze Spannungsimpulse in Höhe von etwa 3 V und einer Impulsdauer von ca. 10 µs. Die jeweils entstehenden Spannungsimpulse oder Sensorsignale S1 und S2 der beiden Sensoren 5 und 6 werden in voneinander getrennten, aus Transistoren bestehenden handelsüblichen Verstärkungsanordnungen 10 und 11 verstärkt und direkt an interruptfähige Anschlüsse 12 und 13 eines Microcontrolers 14 geführt. Der Microcontroler 14 verfügt über zwei steuer- und latchbare Zähler, einem Meßzähler 15 und einem Vergleichszähler 16. Mit diesen Zählern sowie nachgeschalteten Softwarezählern 24 werden die Zeiten T(n) von Umlauf zu Umlauf und die Zeitdifferenzen zwischen den Sensorsignalen S1 und S2 als ΔT(n) in Abhängigkeit vom Umlauf durch Einzählen einer schnelleren Zählfrequenz als die Meßfrequenz jeweils immer wieder neu ermittelt. Die Zählfrequenz ist dabei signifikant höher zu wählen als es den zu erfassenden Zeiten entspricht. Um beispielsweise ein Signal von 30 Hz zu erfassen, ist eine Zählfrequenz mit dem Faktor 100 mal dem 30-Hz-Signal ausreichend. Fig. 1 shows the arrangement of two pulse wire sensors with associated evaluation circuit. A bar magnet 4 is fastened to the shaft end 30 transversely to the shaft axis 1 of a rotary piston 2 of the gas meter 3 and, together with the rotary piston 2, carries out a rotary movement about the shaft axis 1 . In the effective range of the magnetic field of the bar magnet 4 , two pulse wire sensors 5 and 6 are fixed in place in a sleeve 7 with an immersion sleeve 8 on a housing cover 9 of the gas meter 3 . The two sensors 5 and 6 are parallel to each other with their longitudinal axes A and touch. As soon as the bar magnet 4 approaches the pulse wire sensors 5 and 6 during its rotation with its magnetic north pole N, short voltage pulses amounting to approximately 3 V and a pulse duration of approximately 10 microseconds are generated in succession by magnetic reversal. The voltage pulses or sensor signals S1 and S2 produced by the two sensors 5 and 6 are amplified in commercially available amplification arrangements 10 and 11 which are separate from one another and are routed directly to interruptible connections 12 and 13 of a microcontroller 14 . The microcontroller 14 has two controllable and latchable counters, a measuring counter 15 and a comparison counter 16 . With these counters and downstream software counters 24 , the times T (n) from cycle to cycle and the time differences between the sensor signals S1 and S2 as ΔT (n) are determined again and again as a function of the cycle by counting in a faster counting frequency than the measuring frequency. The counting frequency should be chosen significantly higher than the times to be recorded. In order to detect a signal of 30 Hz, for example, a counting frequency with a factor of 100 times the 30 Hz signal is sufficient.
Durch einen Vergleich der Zählerstände mittels einer
entsprechenden Software auf die Bedingungen
By comparing the meter readings to the conditions using appropriate software
ΔT(n) < T(n)/2 und
ΔT(n) < T (n)/2
ΔT (n) <T (n) / 2 and
ΔT (n) <T (n) / 2
wird festgestellt (siehe Fig. 2), ob ein Rechts- oder Linkslauf des Drehkolbens vorliegt.it is determined (see FIG. 2) whether the rotary piston is clockwise or counterclockwise.
Mit einer Ausfallüberwachung der Sensorsignale S1 und S2 wird eine Redundanzüberwachung durch Vergleich der Zähler 15 und 16 durchgeführt.With failure monitoring of sensor signals S1 and S2, redundancy monitoring is carried out by comparing counters 15 and 16 .
Die Anordnung von Stabmagnet und Impulsdrahtsensoren entspricht dem Beispiel 1.The arrangement of bar magnet and pulse wire sensors corresponds to example 1.
Zusätzlich zu den beiden Impulsdrahtsensoren 5 und 6 ist ein dritter Impulsdrahtsensor 17 in der Hülse 7 zu einem Dreifach-Sensor zusammenfaßt.In addition to the two pulse wire sensors 5 and 6 , a third pulse wire sensor 17 is combined in the sleeve 7 to form a triple sensor.
Die Längsachsen A der Impulsdrahtsensoren sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 berühren sich gegenseitig und bilden ein Bündel.The longitudinal axes A of the pulse wire sensors are aligned parallel to one another. The pulse wire sensors 5 , 6 and 17 touch each other and form a bundle.
Die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 sind gleichsinnig gepolt, d. h. elektrisch in Reihe geschaltet. Gegenüber den Impulsdrahtsensoren 5 und 6 ist der dritte Impulsdrahtsensor 17 gegensinnig, d. h. negativ, gepolt. Die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 schalten somit am Nordpol, der Impulsdrahtsensor 17 dagegen am Südpol. Der Impulsdrahtsensor 17 hat einen etwas größeren Abstand E gegenüber dem Abstand D der Impulsdrahtsensoren 5 und 6 von der Wellenachse 1 bzw. Drehachse des Magneten (siehe Fig. 7). The pulse wire sensors 5 and 6 are polarized in the same direction, ie electrically connected in series. Compared to the pulse wire sensors 5 and 6 , the third pulse wire sensor 17 is polarized in opposite directions, that is to say negatively. The pulse wire sensors 5 and 6 thus switch at the north pole, while the pulse wire sensor 17 at the south pole. The pulse wire sensor 17 has a somewhat larger distance E than the distance D of the pulse wire sensors 5 and 6 from the shaft axis 1 or axis of rotation of the magnet (see FIG. 7).
Er ist so angeordnet, daß er etwas oberhalb der beiden Impulsdrahtsensoren 5 und 6 auf diesen aufliegt. Die elektrischen Ausgänge der Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 sind zu separaten, aus Transistoren bestehenden handelsüblichen Verstärkungsanordnungen 10, 11 und 18 geführt, in denen die Sensorimpulse S1, S2 und S3 verstärkt werden.It is arranged so that it rests slightly above the two pulse wire sensors 5 and 6 on them. The electrical outputs of the pulse wire sensors 5 , 6 and 17 are routed to separate, conventional transistor amplification arrangements 10 , 11 and 18 , in which the sensor pulses S1, S2 and S3 are amplified.
Die verstärkten Sensorimpulse S1 und S2 werden den S-Eingängen jeweils separater RS-Flip-Flop's 19 und 20 zugeführt. Das verstärkte Sensorsignal S3 wird auf den R-Eingang des RS-Flip-Flop's 19 und 20 gelegt. Beide RS-Flip-Flop's 19 und 20 sind über ein D-Flip-Flop 21 verknüpft, indem der D-Eingang des D-Flip-Flop's 21 auf den Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 und das verstärkte Sensorsignal S2 in den CP-Eingang des D-Flip-Flop's 21 geführt ist.The amplified sensor pulses S1 and S2 are fed to the S inputs of separate RS flip-flops 19 and 20, respectively. The amplified sensor signal S3 is applied to the R input of the RS flip-flop 19 and 20 . Both RS flip-flops 19 and 20 are linked via a D flip-flop 21 , by connecting the D input of the D flip-flop 21 to the Q output of the RS flip-flop 20 and the amplified sensor signal S2 in the CP input of the D flip-flop 21 is performed.
Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 19 ist auf den Pulseingang 22 eines Zählers 23 und der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 ist auf den Zähleingang 34 eines Zählers 35 des Microcontrolers 14 geführt.The Q output of the RS flip-flop 19 is connected to the pulse input 22 of a counter 23 and the Q output of the RS flip-flop 20 is connected to the counter input 34 of a counter 35 of the microcontroller 14 .
Der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's 21 liegt am Richtungspin 36 des Microcontrolers 14 an, wodurch den Sensorsignalen S1 und S2 ein Richtungsbit "1" oder "0" zugewiesen werden (siehe Fig. 3 und 5), womit zwischen Rechts- und Linkslauf der Drehkolben unterschieden werden kann.The Q output of the D flip-flop 21 is present at the direction pin 36 of the microcontroller 14 , as a result of which a direction bit "1" or "0" is assigned to the sensor signals S1 and S2 (see FIGS. 3 and 5), and counterclockwise rotation of the rotary lobes can be distinguished.
Durch einen Vergleich der Zähler 23 und 35 wird die Redundanzprüfung durchgeführt. The redundancy check is carried out by comparing the counters 23 and 35 .
Alternativ kann aber auch wie in Fig. 4 dargestellt der Microcontroler 14 entfallen. Der Q-Ausgang des D-Flip-Flop's 21 liegt dann an einem Vor/Rückeingang 25 und der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop's 20 mit dem Signalpuls S1 liegt am Zähleingang 32 des Zählers 26 des Hardware-Zählmoduls 33 an.Alternatively, as shown in FIG. 4, the microcontroller 14 can also be omitted. The Q output of the D flip-flop 21 is then present at a forward / reverse input 25 and the Q output of the RS flip-flop 20 with the signal pulse S1 is present at the counter input 32 of the counter 26 of the hardware counting module 33 .
Fig. 6 stellt den Einbau des erfindungsgemäßen Dreifach-Sensors in einen Drehkolbengaszähler 3 dar. Im Gehäusedeckel 9 befindet sich eine Öffnung 27, in der eine Tauchhülse 8 angeordnet ist, die sich parallel zur Wellenachse 1 der Drehkolben 2 in das Innere des Gehäuses 28 des Gaszählers 3 erstreckt. In die Tauchhülse 8 ist die Hülse 7 mit den darin in nicht leitendem Kunststoff eingebetteten Impulsdrahtsensoren 5, 6 und 17 in Tiefe und Winkellage justierbar eingeschoben. Der Einschub der Hülse 7 erfolgt bis auf eine solche Tiefe, bei der optimale Sensorsignale S1 bis S3 erreicht werden. Der diese Signale verursachende Stabmagnet 4 ist von einem Magnetträger 29 aus magnetisierbarem Material gehalten. Der Magnetträger 29 ist am Wellenende 30 befestigt, so daß bei Drehung des Drehkolbens 2 der Stabmagnet 4 sich entsprechend mitdreht. Fig. 6 shows the installation of the triple sensor according to the invention in a rotary piston gas meter 3. In the housing cover 9 there is an opening 27 in which an immersion sleeve 8 is arranged, which is parallel to the shaft axis 1 of the rotary piston 2 in the interior of the housing 28 of the Gas meter 3 extends. In the immersion sleeve 8 , the sleeve 7 is inserted with the pulse wire sensors 5 , 6 and 17 embedded therein in non-conductive plastic so as to be adjustable in depth and angular position. The sleeve 7 is inserted to such a depth that optimal sensor signals S1 to S3 are achieved. The bar magnet 4 causing these signals is held by a magnet carrier 29 made of magnetizable material. The magnet carrier 29 is attached to the shaft end 30 , so that the bar magnet 4 rotates accordingly when the rotary piston 2 rotates.
Mit dem Magnetträger 29 wird ein Abschirmelement 31, beispielsweise ein Ölspritzblech, befestigt, das nach der Magnetachse C des Stabmagneten 4 ausgerichtet ist. Es schirmt die zur Lagerseite der Welle 1 liegenden Bauteile gegen magnetische Störeinflüsse ab, wodurch die Bremskräfte, die aufgrund des magnetischen Feldes auf die Drehkolben 2 wirken könnten, klein gehalten werden.A shielding element 31 , for example an oil splash plate, is fastened with the magnetic carrier 29 and is aligned with the magnetic axis C of the bar magnet 4 . It shields the components lying on the bearing side of the shaft 1 against magnetic interference, so that the braking forces which could act on the rotary pistons 2 due to the magnetic field are kept small.
In dem wechselnden Magnetfeld erzeugen die Impulsdrahtsensoren 5 und 6 Sensorsignale S1 und S2 in einer Frequenz, die proportional der Drehzahl ist. Mit dem Sensorsignal S3 erfolgt eine Drehrichtungserkennung entsprechend dem auf die Drehkolben 2 wirkenden Druckgefälles. In the changing magnetic field, the pulse wire sensors 5 and 6 generate sensor signals S1 and S2 at a frequency that is proportional to the speed. The sensor signal S3 detects the direction of rotation in accordance with the pressure gradient acting on the rotary pistons 2 .
11
Wellenachse
Shaft axis
22nd
Drehkolben
Rotary lobe
33rd
Gaszähler
Gas meter
44th
Dauermagnet, Stabmagnet
Permanent magnet, bar magnet
55
, ,
66
gleichsinnige Impulsdrahtsensoren
same-direction pulse wire sensors
77
Hülse
Sleeve
88th
Tauchhülse
Immersion sleeve
99
Gehäusedeckel
Housing cover
1010th
, ,
1111
Verstärkungsanordnung
Reinforcement arrangement
1212th
, ,
1313
Anschlüsse
connections
1414
Microcontroler
Microcontroler
1515
Meßzähler
Measuring counter
1616
Sollzähler
Target counter
1717th
gegensinniger Impulsdrahtsensor
opposing pulse wire sensor
1818th
Verstärkungsanordnung
Reinforcement arrangement
1919th
, ,
2020th
RS-Flip-Flop
RS flip-flop
2121
D-Flip-Flop
D flip-flop
2222
Zähleingang zum Zähler Counter input to the counter
2323
2323
Zähler des Microcontrolers
Counter of the microcontroller
2424th
Softwarezähler
Software counter
2525th
Vor/Rückeingang
Front / back entrance
2626
Zähler im Hardware-Zählermodul Counter in the hardware counter module
3333
2727
Öffnung im Gehäusedeckel Opening in the housing cover
99
2828
Gehäuse
casing
2929
Magnetträger
Magnetic carrier
3030th
Wellenende des Drehkolbens
Rotary piston shaft end
3131
Abschirmelement
Shielding element
3232
Eingang des Hardware-Zählmoduls Input of the hardware counter module
3333
3333
Hardware-Zählmodul
Hardware counting module
3434
Zähleingang des Zählers Counter input of the counter
3535
3535
Zähler im Microcontroler Counter in the microcontroller
1414
3636
Eingangspin im Microcontroler Input pin in the microcontroler
1414
A Längsachse der Impulsdrahtsensoren
S1, S2, S3 Sensorsignale
C Magnetachse
D Abstand Impulsdrahtsensor-Magnetachse
E Abstandsvergrößerung Impulsdrahtsensor-Magnetachse
A Longitudinal axis of the pulse wire sensors
S1, S2, S3 sensor signals
C magnetic axis
D Distance between the pulse wire sensor and the magnetic axis
E Increase in distance between the pulse wire sensor and the magnetic axis
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