DE3120085C2 - Differenzdruckmeßgerät mit Meßstellenumschaltmöglichkeit - Google Patents

Abstract

Das vorgeschlagene Differenzdruckmeßgerät mit Meßstellenumschaltmöglichkeit dient zur Messung von Differenzdrücken mit sehr großer Genauigkeit über einen Meßbereich von mehreren Zehnerpotenzen. Dazu wird eine Differenzdruckmeßumformerkette (3), bestehend aus mehreren Differenzdruckmeßumformern unterschiedlicher Meßbereiche, verwendet, aus der eine Steuerelektronik den für den anliegenden Differenzdruck genauesten Meßumformer ausgewählt und über Magnetventile automatisch anschließt. Beim Betrieb dieser Differenzdruckmeßumformerkette wird zunächst der Differenzdruckmeßumformer (61) mit dem niedrigsten Meßbereich mit dem anliegenden Differenzdruck beaufschlagt und dessen Meßwert an die Auswerteelektronik weitergeleitet. Bei Überschreiten einer bestimmten, vorgebbaren Schwelle wird der nächst höhere Differenzdruckmeßumformer angeschlossen, während der erste zur Vermeidung von Beschädigungen durch Überdruck belüftet wird. Das Umschalten setzt sich solange fort, bis der Differenzdruckmeßumformer mit dem geeigneten Meßbereich angeschlossen ist. Diese Differenzdruckmeßumformerkette (3) eignet sich besonders in Verbindung mit einem Meßstellenumschaltsystem (2), welches das wahlweise Anschließen verschiedener Meßstellen an die Differenzdruckmeßumformerkette ermöglicht.

Description

a) die Differenzdruckmeßumformer (61, 62, is .. .6m) mit den verschiedenen Meßbereichen sind so untereinander über die Leitungen und Ventile verbunden, daß sie eine Kette (3) bilden Dei der jeder Differenzdruckmeßumformer (61, 62,.. .6m) mit jeweils zwei Meßstellenanschlußleitungen (11,12... Λη) verbindbar ist,

b) der Steuerelektronikteil (8) enthält eine Auswahlschaltung, welche die Differenzdruckmeßumformer (61, 62, ...6m), denen jeweils ein Schwellwert zugeordnet ist, nach abnehmenden Empfindlichkeiten anschließt und denjenigen automatisch auswählt, dessen Schwellwert gerade noch nicht erreicht ist.

2. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch 1, gc- jo kennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Differen/.druckmeßumformer (61, 62, .. .6m)s\nd parallel geschaltet.

b) Es sind Magnetventile (41, 42, ..Aw), 51, 52, r> .. .5m) zum öffnen und Schließen jedes Schenkels jedes Diffcrcnzdruckmeßumformers vorhanden.

c) Es sind Magnetventile (71, 72, ... 7m)&l, 82,

.. Am) zum Belüften jedes Schenkels jedes Dif- 4« ferenzdruckmeßumformers vorhanden.

3. Differenzdruckmeßgerät nach Anspruch I, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

4^ri

a) Die Differenzdruckmeßumformer (161, 162, .. .16/77,1 sind in Serie geschaltet.

b) Jeder Differenzdruckmeßumformer ist mittels einer durch Magnetventile (141, 142, .. .14/nJ verschließbaren Leitung (151, 152, .. .\5m) überbrückbar.

4. Differenzdruckmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Es sind Engstellen in den Zuleitungen zu den Schenkeln (40, 50) zur Diiferenzdnickmeßumformerkette (3) angeordnet.

6. Differenzdruckmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Steuerelekironikteil (8) ist mit der Differenzdruckmeßumformerkette (3) und dem Meßstellenumschaltsystem (2) über elektrische Leitungen (4, 5, 6, 7) verbindbar und getrennt aufstellbar.

b) Der Steuerelektronikteil (8) enthält Auswahlschalter für die Meßstellenanwahl, eine AuswerteelektroniK für die Meßsignalc, eine Auswahlschaltung für den jeweils gcnauesten Differcnzdruckmeßumformer. Anzeigen für die Druckmeßwerte und den jeweils in Betrieb befindlichen Differenzdruckmeßumformer und eine Anschlußmöglichkeit für eine Datenverarbeitungsanlage (10).

7. Differenzdruckmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

a) Die Schwellenwerte, bei denen eine Umschaltung zwischen den Diffcrenzdruckmeßumformcrn verschiedener Meßbereiche erfolgt, sind regelbar.

8. Diffcrenzdriickmcßgerät n;ich einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

Es sind Schalter (804) vorhanden, die das Überschlagen eines Meßumformers bei der automatischen Auswahl bewirken.

a) Jede Anschlußleitung ist über mit Magnetventilen (21, 22, ...2n) zu öffnende Leitungen mit dem einen Schenkel (40) der Differenzdruckmeßumformcrkeue (3) verbindbar.

b) )cde Anschlußlcitiing ist über mit Magnetventilen (31, 32 In) /u öffnende Leitungen mit

dem anderen Schenkel (50) der Differenzdrueknießuinformerkcttc (3) verbindbar.

5. Differcnzdruckmcßgcrät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

h5 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Differcnzdruckmeßgcrät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, insbesondere mit sehr großer Genauigkeit über einen Meßbereich von mehreren Zchnerpotenzen. Bei den bisher bekannten Druck- und Diffcrenzdruckmeßgcrätcn mit Meßstellenumschaltung treten zwei grundsätzlich verschiedene Konzepte auf:

Erstens gibt es Geräte, bei denen nur ein Druckmcßumformer vorhanden ist, an den die Meßleitungen wahlweise angeschlossen werden können. In diesem Fall gibt es auch nur einen Meßbereich des Druckmeßumformers, was zu Meßungenauigkeiten führt, wenn die verschiedenen Mcßstcllen mit um /ehncrpotenzcn verschiedenen Drücken beaufschlagt sind, lün Gerät dieses Kon/epts wird in einem Katalog der !'irma SCANI-VAI.Vl· INC. , San Diego. Calif., USA. von 1973 unter der Bezeichnung »Computer Input Pneumatic Scanner«, Modell SSS-64C MK3 beschrieben. Dieses Geräl ist allerdings nur für einfache Driickmessiingen gedacht und müßte für Differenzdruckmessung noch erweitert weiden.

Das /weite Konzept sieht für jede Melistelle einen

eigenen Druckmeßumformer vor. Das hat zwar den Vorteil, daß die Meßwerte aller Meßstellen gleichzeitig aufgenommen werden können, was für dynamische Messungen eventuell nötig sein kann, für «.juadistationäre Anordnungen aber erheblich zu aufwendig ist. Darüber hinaus ist eine Erweiterung um eine oder mehrere Meßstellen recht aufwendig. Ein solches Gerät wird in einer Werbeschrift der Firma PS1-PRESSURE SYSTEMS INCORPORATED, Hampton, Virginia 23 666, USA, vom. März 1979, unter der Bezeichnung »Electronically scanned pressure sensor«, ESP32, beschrieben. Für Differenzdruckmessung, insbesondere für beliebige Kombinationen zwischen den Meßstellen ist das Gerät nicht ohne weiteres geeignet.

In der Zeitschrift Technisches Messen atm, Heft 11, 1976, Seiten 337—340 wird ein Druckmeßgerät mit vielen Meßstellen beschrieben, welches mehrere Differcnzdruekmeßumformcr mit unterschiedlichen Meßbereichen enthält. Dabei sind jeweils Gruppen von Meßsicllcn den verschiedenen Differenzdruckmeßumformern zugeordnet, diese Zuordnung ist jedoch nicht willkürlich veränderbar. Außerdem werden die Differenzdruckmeßumformer mit einem Schenkel gegen Normaldruck betrieben, also nicht im eigentlichen Sinne als Differenzdruckmeßumformer eingesetzt. Durch Speichernaschen wird die Messung mehrerer Drücke zur gleichen Zeit ermöglicht, was jedoch zu einer verhältnismäßig langsamen Umschaltzeit führt.

Aus der DE-PS 8 59 536 ist eine mechanische Meßumformerkette mit mehreren Druckanzeigegeräten unterschiedlicher Empfindlichkeit bekannt, welche jedoch weder für Differenzdruckmessungen noch für eine schnelle Abfrage von vielen Meßstellen geeignet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Differenzdruckmeßgerät mit Meßstellenumschaltmöglichkcit, welches über einen Druckbereich von mehreren /ehnerpotenztn mit großer relativer Genauigkeit arbcitci. Dabei soll der Meßwert in möglichst kurzer Zeit ermittelt werden, damit Messungen auch bei schneller Folge der Mcßstellenanwahl, beispielsweise durch einen Rechner, möglich sind. Eine solche Aufgabenstellung tritt /.. B. an Strömungsmodellen oder ähnlichen Versuchsanlagen auf. Die Anzahl der Meßstellen kann dabei sehr groß werden, beispielsweise 50 oder 100. Eine gleichzeitige Erfassung der Drücke an allen Mcßstcllen ist jedoch nicht nötig, da solche Strömungsmodelle meist in einem quasi-stationären Zustand betrieben werden. Eine schnelle, gegebenenfalls in der Reihenfolge programmierte Anwahl der verschiedenen Meßstellen und Aufzeichnung der zugehörigen Meßwerte nacheinander reicht im allgemeinen aus.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Differenzdruckmcßgcrät gemäß dem Hauptanspruch voi geschlagen. Entscheidend für das Konzept der vorliegerden Erfindung ist das Vorhandensein mehrerer Differenzdruck· meßumformer mit unterschiedlichen Meßbereichen, die untereinander über Leitungen und Ventile so verbunden sind, daß sie eine Kette bilden, bei der jeder Differen/druckmeßumformer mit jeweils zwei Mcßstcllenanschlußlcitungen verbindbar ist. Ein Steuerelektronikteil enthält eine Auswahlschaltung, welche die Differen/druekmcßumformer. denen jeweils ein Schwellwert zugeordnet ist, nach abnehmenden Empfindlichkeiten anschließt und denjenigen automatisch auswählt, dessen Sehwellwert gerade noch nicht erreicht ist.

Aul diese Weise benötigt man nur eine vergleichsweise geringe Anzahl Differcn/.druckmcßumformer, deren Meßbereiche so gestaffelt sein müssen, daß für alle vorkommenden Differenzdrücke ein Meßumformer mit geeignetem, genauem Bereich vorhanden ist. Ein Überlappen der Meßbereiche ist wünschenswert und aus Redundanzgründen wichtig.

In Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch ? eine Möglichkeit angegeben, wie die Differenzdruckmeßuniformer geschaltet sein können. Durch Parallelschaltung der Differenzdruckumformer wird eine »Kette« gebildet, bei der die Differenzdruckmeßumformer

ίο zwischen zwei Druckleitungen angeordnet ist. Dabei sind Magnetventile zum öffnen und Schließen jedes Schenkels jedes Differenzdruckmeßumformers vorhanden. Fernerhin sind Magnetventile zum Belüften jedes Schenkels jedes Differenzdruckmeßumformers vorgesehen. Mit Hilfe dieser Anordnung kann die Steuerelektroiiik durch Öffnen bzw. Schließen der entsprechenden Ventile immer einen der Differenzdruckmeßumformer zwischen die beiden Druckleitungen schalten, während alle anderen Differenzdruckmeßumformer abgesperrt und belüftet sein können.

Statt der Parallelschaltung der verschiedenen Differenzdruckmeßumformer ist auch eine Serienschaltung gemäß Anspruch 3 möglich. Je nach den Betriebsbedingungen und den Anforderungen an die Schnelligkeit der Meßwerterfassung genügt auch diese einfachere Ausführungsform der Differenzdruckmeßumformerkette. In diesem Falle werden alle Differenzdruckmeßumformer in Serie geschaltet und für jeden Differenzdruckmeßumformer ist eine durch Magnetventil verschließbare Brückenleitung vorgesehen. Wird die Differenzdruckmeßumformerkette an beiden Seiten mit dem Druck der ausgewählten Meßstellen beaufschlagt, so kann die Steuerelektronik durch Schließen eines der Ventile in den Brückenleitungen bei gleichzeitig geöffneten Ventilen der übrigen Brückenleitungen den beaufschlagten Druck wiederum an genau einen Meßumformer anlegen. Diese Ausführungsform fordert den geringsten Material- und Schaltaufwand, ist jedoch nicht für alle Meßumformertypen geeignet, da die jeweils nicht in Betrieb befindlichen Meßumformer an beiden Schenkeln mit unter Umständen hohem Druck beaufschlagt werden müssen.

Zur schnellen und besonders günstigen Ausnutzung des Differenzdruckmeßgerätes wird ein Meßstellenumschaltsystem nach Anspruch 4 vorgeschlagen. Dabei sind η Meßstellen vorhanden, von denen jede durch Öffnen entsprechender Magnetventile mit jedem Schenkel der Differenzdruckmeßumformerkette verbunden werden kann. Auf diese Weise werden folgende Vorteile gleichzeitig erreicht:

a) Jede beliebige Kombination von Meßstellen kann an die Schenkel der Differenzdruckmeßumformerkette gelegt werden.

b) ledc Meßstelle ist unabhängig von der Ausgangslage in gleicher Zeit und mit eindeutiger Zuordnung anwählbar.

c) Eine Erweiterung um eine oder mehrere Meßstellen ist ohne großen Aufwand möglich.

bo d) Durch Ausfall von einzelnen Magnetventilen wird immer nur eine Meßstelle betroffen.

Diese Anordnung ist daher besonders geeignet für eine rechnergesteuerte, vorprogrammierbare Anwahl b5 der Mcßstcllen.

Da es sinnvoll sein kann, den beaufschlagten Druck nicht in voller Stärke direkt auf die Differenzdrucl'meßumformerkette zu geben, wird im Anspruch 5 vorge-

schlagen, in die Zuleitungen zu den Schenkeln zu der Differenzdruckmeßumformerkette Engstellen einzubauen. Auf diese Weise wird das ohnehin vorhandene Volumen in den Leitungen als Puffervolumen genutzt und die Engstellen bewirken, daß der Druck an den einzelnen Differenzdruckmeßumformern nicht beliebig schnell ansteigt. In vielen Fallen ist es natürlich möglich, durch geeignete Wahl der Ventile und Leitungsdurchmesser solche Engstellcn überflüssig zu machen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sieht der Anspruch 6 vor, den Steuerelektronikteil von der Differenzdruckmeßumformerkette und dem Meßstellenumschaltsystem getrennt aufstellbar und nur über elektrische Leitungen verbindbar zu machen. Dabei enthält der Steuerelektronikteil Anwahlschalter für die Meßstellenanwahl, eine Auswerteelektronik für die Meßsignale, eine Auswahlschaltung für den jeweils genauesten Differenzdruckmeßumformer, Anzeigen für die Druckmeßwerte und den jeweils in Betrieb befindlichen Differenzdruckmeßumformer und eine Anschlußmöglichkeit für eine Datenverarbeitungsanlage. Bei einer Gestaltung des Differenzdruckmeßgerätes nach diesem Anspruch ist es möglich, den Pneumatikteil, d. h. den Teil mit Druckleitungen, in der Nähe der Versuchsanlage aufzubauen, während die Steuerelektronik in beliebiger Entfernung, beispielsweise in einer Schaltwarte, aufgebaut werden kann. So werden lange Druckmeßleitungen, die eine Verzögerung darstellen würden, vermieden.

Der Anspruch 7 sieht vor, die Schwellenwerte, bei denen eine Umschaltung zwischen den Differenzdruckmeßumformern verschiedener Meßbereiche erfolgt, regelbar zu machen. Dies kann beispielsweise in Form von Potentiometern im Steuerelektronikieil geschehen. Diese Maßnahme erhöht einerseits die Anpassungsfähigkeit der Steuerelektronik an verschiedene Differenzdruckmeßumformer und erhöht andererseits die Redundanz des Systems bei Ausfall eines Differenzdruckmeßumformers. In Verbindung mit der im Anspruch 8 vorgeschlagenen Maßnahme. Schalter vorzusehen, die das Überschlagen eines Meßumformers bei der automatischen Auswahl bewirken, wird diese Maßnahme besonders sinnvoll. Da die Meßbereiche der Differenzdruckmeßumformer sich in aller Regel überlappen, kann mit Hilfe der Merkmale der Ansprüche 7 und 8 der Ausfall eines Differenzdruckmeßumformers ohne erhebliche Nachteile für die Funktionsfähigkeit und Genauigkeit der Messung kompensiert werden.

Zur Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Verfahren beschrieben, wie ein erfindungsgemäßes Differenzdruckmeßgerät betrieben werden kann. Dabei bewirkt dieses Verfahren, daß die Differenzdruckmeßumformerkette mit großer Schnelligkeit Meßwerte erfassen und Meßergebnisse weitergeben kann. Entgegen einem in der Fachwelt üblichen Vorgehen, wird bei diesem Gerät zunächst der Differenzdruckmeßumformer mit dem kleinsten Meßbereich mit den anliegenden Drücken beaufschlagt. Daraufhin steigt der Druck an diesem Differenzdruckmeßumformer an, von dem Moment des öffnens der Ventile beginnend, und der Meßwert wird an die Steuerelektronik weitergegeben. Bei Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle durch den Meßwert bewirkt die Auswahlschaltung durch Betätigung der entsprechenden Ventile, daß der Differenzdruckmeßumformer mit dem nächstgrößeren Meßbereich mit den anliegenden Drücken beaufschlagt wird. Gleichzeitig wird der vorher beaufschlagte Differenzdruckmeßumformer abgesperrt und belüftet. Die Elektronik muß so schnell reagieren, daß eine Beschädigung des kleinsten Differcnzdruckmcßuinformers durch Überdruck nicht möglich ist. Das Belüften nach dem Umschalten auf den nächsthöheren Diffcren/.druckmeßumformer dient der gleichen Zielsetzung, da Differcn/.druckmeßumformer gegen kurzzeitigen Überdruck weniger empfindlich sind als gegen langanhaltcndcn. Der Umschaltvorgang auf den nächsthöheren Diffcrenzdruckmeßumformer bei Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle wiederholt sich so lange, bis der für die anliegende Druckdifferenz gcnaucslc Differenzdruckmeßumformer erreicht ist, d. h. bis der anliegende Druck innerhalb des Meßbereiches eines beaufschlagten Differenzdruckmeßumformers liegt. Dieses in der Fachwelt durchaus unübliche Vorgehen bewirkt eine sehr große Schnelligkeit in der Umschaltung zwischen den einzelnen Differenzdruckmeßumformern, da eine Abfrage und logische Entscheidung in der Elektronik nicht nötig sind.

Dabei kann die Anwahl der Meßstellcn in vorgebbarcr Reihenfolge und Geschwindigkeit durch einen Rechner vorgenommen werden. Die Auswahlschaltung beaufschlagt dann nach dem oben beschriebenen Verfahren den für die angewählte Druckdifferenz genaucsten Differenzdruckmeßumformer und gibt den entsprechenden Meßwert an den Rechner weiter, wo er gespeichert bzw. verarbeitet wird.

Ein Ausführungsbeispiel, mit dessen Hilfe auch die genaue Funktionsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben werden soll, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die

Fig. 1 eine Übersicht über die gesamte Anordnung bei der Diffenzdruckmessung,
F i g. 2 den Pneumatikschallplan des Meßslellcnum-

j5 schaltsyslcms und der Differcnzdruckmcßumformerkctlc,

F i g. 3 eine alternative Aufbauweisc der Differenzdruckmeßumformerkette,

F i g. 4 ein Blockschaltbild der Auswahlelektronik und F i g. 5 eine Frontansicht des Steucrclektronikteils.

In der F i g. 1 ist der schcmalischc Aufbau einer Diffcrcn/.druckmcßanordnung dargestellt. Dabei sind die verschiedenen Mcßpunktc des Strömungsniodclls 1 über Druckleitungen 11,12,13,.. An mit dem Meßstcllcnumschaltsystcm 2 verbunden. Von dort wird der Druck der durchgcschaltcten Meßslcllcn über Druckleitungen an die beiden Schenkel 40, 50 der Differenzdruckmeßumformerkette 3 wcitergeleitct. Die Anwahl der Meßstellen erfolgt über elektrische Mehrfachkabel

so 4, 5, wobei über die Leitungen 4 die Ventile betätigt werden, die die Meßstellen mit dem Schenkel 40 der Differenzdruckmeßumfornierkeiic· verbinden, "wohingegen die Ventile, die die Meßstcllen mit dem Schenkel 50 der Differenzdruckmeßumformerkette verbinden, über die Leitungen 5 betätigt werden. Die Ventile, die zur Differenzdruckmeßumformerkette gehören, werden über die elektrische Mehrfachleitung 6 betätigt, die Meßwerte der Differenzdruckmeßumformer werden über die Mehrfachleitung 7 zum Steuerelektroniktcil 8 wcitergeleitet. Der Steuerelektronikteil 8 ist daher nur über elektrische Leitungen 4, 5, 6 und 7 mit dem pneumatischen Teil der Anordnung verbunden. Zusätzlich weist der Steuerelektronikteil 8 eine Anschlußmöglichkeit für ein Verbindungskabel 9 zu einer Datenverarbcitungsanlage 10 auf.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des pneumatischen Teils des Differcnzdruckmcßgcrätcs beschrieben unter Auslassung der elektrischen Zuleitun-

gen /.ti ilen Ventilen und der MeUleitungen νυη dun Differenzdruckmeßumforincrn. |ede der von den einzelnen Meßsiellen kommenden Druckleitungen 11, 12, 13.. .1/; kann über Ventile 21, 22, .. .2« mil dem einen Schenkel 40der Difierenzdiuckmeßumformerkelte verbunden werden oder über Ventile 31, 32,.. .3/; mit dem anderen Schenkel 50. Auf diese Weise kann also die Differen/.druckmeßumformerkette mil dem Druck /wischen zwei beliebig wählbaren Meßstellen beaufschlagt werden. Eine Erweiterung um eine Meßstelle ist durch Hinzufügen zweier Ventile und einer Anschlußstelle möglich. Durch diese Anordnung des Meßstellenumsehaltsysiems 2 sind alle Meßstellen absolut gleichberechtigt, d. h. sie können unabhängig von den vorher durchgeschalieten Meßcingängen immer auf gleiche Weise und in gleicher Zeit angewählt werden. In der Differen/.druckmeßumformerkeite 3 sind m Differenzdruckmeßumformer vorhanden, leder dieser Differenzdiuekmeßumformer ist mit seinem einen Schenkel über ein Ventil 41,42,.. .4/;; mil dem Schenkel 40 verbunden und mit seinem anderen Schenkel über ein Ventil 51,52, .. .5m mit dem Schenkel 50. leder Differenzdruckmeßumformer kann an beiden Schenkeln über eine Belüftungsleitung und Ventile 72, 72, ...7m, 81, 82, .. .8/n belüftet werden. Die Funktionsweise dieser Anordnung ist die folgende:

Bei jeder neuen Meßstellenanwahl wird eine Meßstelle mit dem Schenkel 40 und eine andere beliebig gewählte Meßstellc mit dem Schenkel 50 der Differenzdruckmeßumformerkette verbunden. Gleichzeitig sind alle Ventile in den Zuleitungen zu den Differenzdruckmeßumformern geschlossen und alle Differenzdruckmeßumformcr belüftet. Nur bei dem Diffcren/.druckmeßumformer mit dem kleinsten Meßbereich (es sein im folgenden angenommen, was nicht zwingend notwendig ist. daß die Differenzdruckmeßumformer von links nach rechts immer größere Meßbereiche haben) ist es umgekehrt. Dort sind die Ventile 41 und 51 geöffnet und die Entlüftungsventil 71 und 81 geschlossen. Nun steigt der Druck am Differenzdruckmeßumformer 6t entsprechend dem an den Meßstellen anliegenden Druck an. Durch ggf. vorgesehene Engstcllcn in den Zulciiungen 40 und 50 kann die Schnelligkeit dieses Druckanstiegs gemindert werden. Der Meßwert des Diffcrenzdruckmeßumformers 61 wird an den Steuerclektronikteil weitergeleitet. Überschreitet der Druck eine vorgebbare Schwelle, so werden die Ventile 41 und 51 geschlossen und gleichzeitig die Ventile 71 und 81 geöffnet, noch bevor der Differenzdruckmeßumformer 61 durch Überdruck beschädigt werden kann. Zugleich werden die Ventile 42 und 52 des Differenzdruckmeßumformers 62 mit dem nächsthöheren Meßbereich geöffnet und dessen Entlüftungsventile geschlossen. Auch hier kann der Druck eine vorgebbare Schwelle wieder überschreiten, was zu einer analogen Umschaltung auf den nächsthöheren Differenzdruckmeßumformer führt. Nach dieser Methode liegt der Differenzdruck schließlich immer an dem Differenzdruckmeßumformer mit dem am besten geeigneten Meßbereich an. Selbst für den Fall, daß eine Höherschaltung bis in den größten Meßbereich erfolgt, kann dieser Vorgang bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in 50 ms abgeschlossen sein. Nach jeweils spätestens 50 ms wird also im Steuerclektronikteil ein sehr genaues Druckmeßsignal angezeigt, auch wenn bei den Messungen abwechselnd Drükke, die um mehrere Zchnerpotenzen verschieden sind, angelegt werden. Beim Umschalten auf eine neue Meßstellenkombination wird der Vorgang erneut gestartet.

Hei an einer MeUstellcnkombiruiiion anliegenden schwankenden Drücken kann auch ein Rückschalten in den nächstniedrigeren Differenzdruckmeßumformer bei Unierschreilen bestimmter vorgebbarer Schwellen ¹S vorgesehen werden. Der entscheidende Voneil bei einer Differenzdruckmessung, beginnend mit dem niedrigsten Meßbereich, wie sie hier entgegen dem üblichen Vorgehen in der Fachwelt vorgeschlagen wird, ist die Talsache, daß nicht erst das Einstellen eines Gleichgewichts abgewartet werden muß, bevor die Entscheidung getroffen werden kann, welcher Differenzdruckmeßumformer den günstigsten Meßbereich hat.

In F i g. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Differenzdruckmeßumformerkette dargestellt. Diese Ausführungsform stellt eine vereinfachte Form des bisher beschriebenen Ausführungsbeispiels dar. In diesem Falle sind die Differenzdruckmeßumformer 161, 162, ...16/7; hintereinandergeschaltet und in Serie zwischen die Zuleitungen 40 und 50 geschaltet, leder Differenzdruckmeßumformer kann mit Hilfe einer durch Magnetventil 141,142,.. .14m zu öffnenden Brückenleitungen 151,152,.. .15m überbrückt werden. Bei einer Messung mit einer solcherart geschalteten Differenzdruckmeßumformerkette sind alle Brückenleitungen geöffnet bis auf diejenige des Differenzdruckmeßumformers, der gerade den genauesten Meßbereich für den anliegenden Differenzdruck hat. In Analogie zu dem bisher beschriebenen Verfahren wird diese Differenzdruckmeßumformerkette folgendermaßen betrieben:

Alle Brückenventile bis auf das Magnetventil 141 sind bei Beginn der Messung geöffnet. Überschreitet der im Differenzdruckmeßumformer 161 gemessene Druck einen vorgebbaren Schwellenwert, so öffnet sich das Ventil 141 und das Ventil 142 wird geschlossen. Dieses Verfahren setzt sich so lange fort, bis der geeignete Differenzdruckmeßumformer gefunden ist. Nachteil dieser Ausführungsform ist eine geringe Schnelligkeit und die Tatsache, daß beide Schenkel jedes überbrückten Differenzdruckumformers unter dem anliegenden Druck stehen. Dennoch reicht diese Ausführungsform für manche Anwendungsfälle aus.

Fig. 4 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Auswahlclektronik im Blockschallbild unter Beschränkung auf wesentliche Bauteile. Dieses Blockschaltbild ist für fünf Differenzdruckmeßumformer 61 —65 ausgelegt. Der Meßwert jedes Differenzdruckmeßumformers wird, gegebenenfalls über einen Brückengleichrichter zur Normierung des Vorzeichens, an ein Kippglied 611—651 weitergeleitet. Dieses Kippglied liefert beim

so Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle ein Ausgangssignai. Kommt von keinem der Kippglieder ein Ausgangssignal, so steuert das 5fach-AND-GIied 612 den Endverstärker 613 an, welcher die Magnetventile 41 und 51 in den Zuleitungen des ersten Differenzdruck-

meßumformers öffnet. Überschreitet der Meßwert des Differenzdruckmeßumformers 61 die eingestellte Schwelle des Kippgliedes 611, so wird der Endverstärker 613 nicht mehr angesteuert und die Magnetventile 41 und 51 werden geschlossen. Solange der Meßwert

bo des Differenzdruckmeßumformers 62 den eingestellten Schwellenwert des Kippgliedes 621 nicht überschreitet, wird über das NAND-Glied 622 der Endverstärker 623 angesteuert, welcher die Magnetventile 42,52,71 und 81 öffnet, so daß der Druck an dem zweiten Differenzdruckmeßumformer anliegt und der erste belüftet wird. Überschreitet auch der Meßwert des Differenzdruckmeßumformers 62 die vorgegebene Schwelle des Kippgliedes 621, so wird der Endverstärker 623 nicht mehr

angesteuert, dafür aber der Endverstärker 633. Entsprechend werden die Magnetventile so betätigt, daß nun der nächsthöhere Differenzdruckmeßumformer angeschlossen ist, während der vorhergehende belüftet wird. Dieses Verfahren setzt sich bei genügend hohem beaufschlagtcm Druck gegebenenfalls bis zum höchsten Differenzdruckmeßumformer 65 fort. Überschreitet auch dort der Meßwert die vorgebbare Schwelle des Kippglicdes, so wird auch der letzte Differenzdruckmeßumformer über den Endverstärker 663 und die Magnctvcn- to tile 75 und 85 belüftet. Eine Zerstörung durch Überdruck wird auf diese Weise an allen Differenzdruckmeßumformern vermieden. Wird die Differenzdruekmeßumformkette mit einer neuen Druckdifferenz beaufschlagt, so kann über die Schalttaste 600 (RESET) wieder auf den ersten Diffcrcnzdruckrncßumforrncr umgeschaltet werden. Bei Drücken dieser Taste geschieht folgendes:

Mit Hilfe des Monoflops 652 und des Endverstärkers 673 werden alle Belüftungsventile kurz betätigt. Dadurch sind alle Differenzdruckmeßumformer ohne Ausgangssignal und es tritt wieder die eingangs beschriebene Situation ein, so daß eine neue Druckmessung beginnen kann.

Die F i g. 5 zeigt eine Frontansicht des Steuerelektronikteils 8 in einer bevorzugten Ausführungsform. Ein Netzschalter 800 dient zum Ein- und Ausschalten des Gerätes. Ein Anzeigeinstrument (vorzugsweise digital) 810 zeigt den jeweils aktuellen Differenzdruckmeßwert an. Eine Reihe von Potentiometern 801 dient zur Einstellung des Nullpunktes bei jedem Differenzdruckmeßumformer. Eine weitere Reihe Potentiometer 802 dient zur Einstellung des jeweiligen Schwellenwertes, bei dem auf den nächsten Differenzdruckmeßumformer umgeschaltet wird. Eine Reihe von Kontrollampen 803 dient zur Anzeige des jeweils in Betrieb befindlichen Diffcrenzdruckmeßumformers. Eine Reihe von Schaltern 804 ermöglicht das wahlweise Überspringen eines oder mehrerer Differenzdruckmeßumformer, beispielsweise für den Fall eines Defektes. Die RESET-Taste 600 startet eine neue Messung wie oben beschrieben. Die Tastengruppe 806, 807 dient zur Betätigung der Magnetventile 21— 2n, welche vorzugsweise in einer Matrixschaltung angeordnet sind, so daß jedes dieser Magnetventile durch Betätigung zweier Tasten angewählt wird. Das Gleiche gilt für das Tastenfeld 808, 809. mit welchem die Ventile 31—3n betätigt werden können. Beim normalen Betrieb des Gerätes, d. h. wenn nicht eine Datenverarbeitungsanlage die Anwahl der Meßstcllen übernimmt, wird folgendermaßen vorgegangen: w

Durch Drücken einer Taste aus der Reihe 806 und einer Tasie aus der Reihe 807 wird der Schenke! 40 der Diffcrenzdruckmeßumformerkette mit dem Druck einer Meßstelle beaufschlagt. Durch Drücken je einer Taste aus den Reihen 808 und 809 wird der andere Schenkel 50 ebenfalls mit dem Druck einer der Meßstellen beaufschlagt. Durch Drücken der RESET-Taste 600 wird die Messung gestartet. Die Auswahlelektronik findet den genauesten Differenzdruckmeßumformer, und der dort gemessene Wert wird auf dem Instrument 810 ange- bo zeigt. Gleichzeitig leuchtet in der Kontrolleuchtcnreihe 803 die zu dem in Betrieb befindlichen Differenzdruckmeßumformer gehörende Lampe auf.

Für den Fall, daß die Differenzdruckmeßumformer auch das Vorzeichen des anliegenden Druckes berück- b5 sichtigen, empfiehlt es sich, dieses Vorzeichen direkt auf die Anzeige zu geben und die übrige Auswerteelektronik nur mit dem Absolutbetrag des Druckes, beispielsweise über Brückengleichrichlerschallungen, zu betreiben. Auf diese Weise kann tatsächlich der Differenzdruck zwischen beliebigen Mcßsteilcn, ohne Rücksicht auf das Vorzeichen, gemessen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Differenzdruckmeßgerät mit einem Steuerelektronikteil (8) und mit mehreren Meßstellenanschlußleitungen (11,12,... in), welche wahlweise über ein Meßstellenumschaltsystem (2) nebst Leitungen und Ventilen mit mehreren Differenzdruckmeßumformern (61, 62, ...6m) verschiedener Meßbereiche derart verbindbar sind, daß momentan immer nur ein Differenzdruckmeßumformer mit dem zu messenden Druck beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: