DE2062450A1

DE2062450A1 - Method and arrangement for the compensation of non-exciter field disturbance variables in inductive flow measurement

Info

Publication number: DE2062450A1
Application number: DE19702062450
Authority: DE
Inventors: Wilfried 3514 Hedemunden Kiene
Original assignee: Fischer and Porter GmbH
Current assignee: Fischer and Porter GmbH
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1972-06-22

Description

Verfahren und Anordnung zur Kompensation von erregerfeldfremden Störgrößen bei der induktiven Burchflußmessung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Kompensation von erregerfeldfremden Störgrößen bei der induktiven Durchflußmessung für elektrisch leitfähige Medien unter Verwendung eines Meßwertgebers, dessen störgrößenbehaftete Elektrodenspannung in einem rückgeführten Kompensationsverstärker in eine durchflußmeßabhängige elektrische Meßgröße umgewandelt und diese einem Ausgangskreis zugeführt wird.Method and arrangement for the compensation of external disturbance variables in inductive flow measurement The invention relates to a method and an arrangement for compensating for disturbance variables extraneous to the exciter field in inductive Flow measurement for electrically conductive media using a transducer, its electrode voltage, which is subject to disturbances, in a feedback compensation amplifier converted into a flow measurement-dependent electrical measured variable and this to an output circuit is fed.

Die dabei verwendeten Meßwertgeber weisen ein Meßrohr mit diametral angeordneten Meßelektroden auf, an denen eine Elektrodenspannung abgenommen werden kann, wenn das elektrisch leitfähige strömende Medium von einem Erregerwechselfeld der Induktion B durchsetzt ist, das von an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Erregerspulen geliefert wird. Die Elektrodenspannung ist von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig und hat die gleiche Frequenz wie das Erregerwechselfeld. An den Meßelektroden des Meßwertgebers treten aber außer von dem Wechselfeld auch noch von Störgrößen herrührende Spannungen auf, die z.B. von vagabundierenden Strömen herrühren und die das Meßergebnis in unerwunschter Weise verfälschen. Um den Einfluß solcher Störgrößen herabzusetzen oder möglichst zu beseitigen, ist es bekannt, die Ableitung von vagabundierenden Strömen aus der Meßleitung zu versuchen, was jedoch im Hinblick auf die Kirchhofftschen Gesetze nur zum Teil erfolgversprechend sein kann.The transducers used here have a measuring tube with diametrically arranged measuring electrodes, at which an electrode voltage can be taken can, if the electrically conductive flowing medium from an excitation alternating field the induction B is permeated by being connected to an alternating voltage source Excitation coils is supplied. The electrode voltage depends on the flow velocity dependent and has the same frequency as the alternating excitation field. At the measuring electrodes of the transducer, in addition to the alternating field, there are also disturbance variables resulting voltages, e.g. resulting from stray currents and which falsify the measurement result in an undesired manner. To the influence of such disturbances to reduce or, if possible, to eliminate, it is known to derive from vagabonding To try to flow from the measuring line, but what about the Kirchhofftschen Laws can only partially be promising.

Es sind ferner Kompensationsmaßnahmen bekannt, bei denen über zusätzliche Elektroden Längsspannungen an der durchströmten Rohrleitung abgegriffen werden, die der an den Meßelektroden abgenommenen Wechselspannung entgegengeschaltet werden. Diese mit einem konstruktiven Mehraufwand behafteten Maßnahmen haben darüber hinaus den Nachteil, daß lediglich Teilwirkungen und diese nur unter der Voraussetzung erzielt werden können, daß die galvanischen Bedingungen der Rohrleitungen konstant sind.There are also known compensation measures in which additional Electrode longitudinal voltages at the flowed through Pipeline tapped that are switched in the opposite direction to the alternating voltage taken from the measuring electrodes will. These measures, which involve additional design effort, have more than that in addition, the disadvantage that only partial effects and these only under the condition can be achieved that the galvanic conditions of the pipelines constant are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Meßanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in jedem Falle eine praktisch vollständige Beseitigung des Einflusses von Störgrößen auf die der Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Meßgröße ausschließt.The invention is based on the object of a method and a measuring arrangement of the type mentioned to create, in each case a practically complete Elimination of the influence of disturbance variables on the one corresponding to the flow velocity Measured variable excludes.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß intervallweise der Meßwertgeber und der Rückführungskreis des Kompensationsverstärkers vorübergehend umgeschaltet und während dieser Zeit aus der Störgröße eine Kompensationsgröße gewonnen und zur Störgrößenkompensation dem Kompensationsverstärker zugeführt wird und daß nach der Störgrößenkompensation der Meßwertgeber und der Rückführungskreis wieder normalgeschaltet werden und die gespeicherte Kompensationsgröße als zusätzliche Rückfuhrungsgröße dem Kompensatiänsverstärker während der Meßphase zugeführt wird. Diese Maßnahme genügt, wenn der Ausgangskreis nicht dauernd die Meßgröße anzeigen muß, sondern nur in der eigentlichen Meßphase. Für den Fall, daß auch während der Kompensationsphase, d.h. ständig, im Ausgangskreis die Meßgröße anstehen soll, ist es vorteilhaft, daß mit dem Meßwertgeber und dem Rückführungskreis auch der Ausgangskreis vorübergehend abgeschaltet und die vor dem Abschalten herrschende Meßgröße gespeichert wird. Auf diese Weise gelingt es, eine Meßgröße zu erhalten, die ohne jeglichen merklichen Einfluß von Störgrößen ist und somit eine genaue Erfassung des strömenden Mediums hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch der Durchflußmenge unter allen betrieblichen Voraussetzungen gestattet.The object is achieved according to the invention in that that at intervals the transducer and the feedback circuit of the compensation amplifier temporarily switched and during this time a compensation variable from the disturbance variable obtained and fed to the compensation amplifier for disturbance compensation and that after the disturbance variable compensation, the transducer and the feedback circuit can be switched back to normal and the saved compensation variable as an additional Feedback variable is fed to the compensation amplifier during the measurement phase. This measure is sufficient if the output circuit does not continuously display the measured variable must, but only in the actual measuring phase. In the event that even during the Compensation phase, i.e. continuously, the measured variable should be present in the output circuit it is advantageous that the output circuit, along with the transducer and the feedback circuit temporarily switched off and the measured variable prevailing before switching off is stored will. In this way it is possible to obtain a measured variable without any there is a noticeable influence of disturbance variables and thus an accurate detection of the flowing Medium with regard to the flow rate and possibly also the flow rate permitted under all operational conditions.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nachfolgend näher erläutert. Es ist dabei vorausgesetzt, daß auch andere Regelanordnungen als die dargestellten in der gleichen Weise nach der Erfindung betrieben werden können.The invention is shown schematically on the basis of one in the drawing Exemplary embodiment of a measuring arrangement for carrying out the method below explained in more detail. It is assumed that other rule arrangements than those shown can be operated in the same way according to the invention.

Zur induktiven Durchflußmessung ist ein Meßwertgeber 1 über ein elektronisches Schaltmittel 24 an eine Speisewechselspannung 2 angeschlossen. Der Meßwertgeber 1 besteht aus einer vom strömenden Medium durchflossenen Meßrohr 5, in das an zwei gegenUberliegenden Stellen Meßelektroden 6 ragen. An den Meßelektroden können Elektrodenspannungen abgenommen werden, die sowohl von der Strömungsgeschwindigkeit als auch von der Größe der Induktion B eines Magnetfeldes 4 abhängig sind, das von wechselspannungsgespeisten Erregerspulen 3 erzeugt wird. Der Meßwertgeber 1 enthält außerdem noch ein Mittel zur Erfassung der Magnetfeldgröße, z.B. einen der Erregerspulenanordnung vorgeschalteten Stromwandler 7, der sekundärseitig einen Impedanzwandler 14 speist. Die dem Durchfluß und der Induktion B proportionale Elektrodenwechselspannung wird einem Differentialverstärker 8 und von diesem dem einen Eingang eines zweiten Differentialverstärkers 9 zugeführt, der der Funktionsgruppe eines Kompensationsverstärkers bekannter Art zugehört. Dem zweiten Eingang des iifferentialverstärkers 9 wird eine Rückführungsgröße zugeführt. Die Ausgangsgröe des Differentialverstärkers 9 wird über einen phasenselektiven Gleichrichter 10 und einen Verstärker 11 auf den Eingang eines Impulsgenerators 12 der Funktionsgruppe gegeben, dessen Digitalausgang mit dem einen Eingang des Multiplikators 13 verbunden ist. Der zweite Eingang des Multiplikators 13 ist mit dem Ausgang des vorerwähnten Impedanzwandlers 14 verbunden. Die Frequenz des Impulsgenerators 12 stellt ein proportionales Maß für den Durchfluß dar, die mit der abgeleiteten Größe der Induktion B (herrührend aus dem Stromwandler 7 und dem Impedanzwandler 14) amplitudenmäßig multipliziert wird und als Rückführungsgröße über einen Bereichssteller 15 und einen nachgeordneten Verstärker 16 dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers 9 zugeführt wird. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 16 und dem Ausgang des Impedanzwandlers 14 ist ein Potentiometer zur Einstellung des Nullpotentials vorgesehen. Der Digitalausgang des Impulsgenerators 12 kann entweder unmittelbar oder über einen Digital-Analogwandler 19 der Funktionsgruppe dem Spannungs-/Stromwandler 22 des Ausgangskreises zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal als Stromeinheitssignal auftritt. Die vorbeschriebene Anordnung stellt eine an sich bekannte Kompensationsverstärkerschaltung dar, die jedoch in bekannter Weise weitgehend abgewändert werden kann, je nach den Erfordernissen des Meßvorganges. Zur Durchführung des Kompensationsverfahrens nach der Erfindung ist im Rückführungskreis zwischen dem Ausgang des Verstärkers 16 und dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers 9 ein Schaltmittel 17 vorgesehen, das in der Meßphase den Rückführungskreis schließt und das stets den gleichen Schaltzustand hat wie das Schaltmittel 24 im Stromkreis des Meßwertgebers 1. Zur Null-Kompensierung der Störgrößen, die an den Meßelektroden 6 durch erregerfeldfremde Einflüsse auftreten, ist beispielsweise mit dem Analogausgang des Digital-Analogwandlers 19 über ein in der Kompensationsphase geschlossenes Schaltmittel 23 ein verstärkender, analog arbeitender Speicher 25 angeordnet, der mit dem einen Eingang eines zweiten Multiplikators 27 verbunden ist, dessen anderer Eingang über einen Phasenschieber 26 ständig an die speisende Wechselspannungsquelle 2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Multiplikators ist ständig mit dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers 9 verbunden. Vorzugsweise ist auch der Ausgangskreis mit einem verstärkenden, analog arbeitenden Speicher 21 versehen und über ein während der Meßphase geschlossenes Schaltmittel an den Analogausgang des Digital-Analogwandlers 19 angeschlossen.For inductive flow measurement, a transducer 1 is via an electronic Switching means 24 connected to an alternating supply voltage 2. The transducer 1 consists of a measuring tube 5 through which the flowing medium flows, into which two opposite points measuring electrodes 6 protrude. Electrode voltages can occur on the measuring electrodes taken from both the flow rate and the Size of the induction B of a magnetic field 4 are dependent on that of the alternating voltage Excitation coils 3 is generated. The transducer 1 also contains a means for detecting the magnetic field size, e.g. one upstream of the excitation coil arrangement Current converter 7, which feeds an impedance converter 14 on the secondary side. The flow and the electrode alternating voltage proportional to the induction B is applied to a differential amplifier 8 and fed from this to one input of a second differential amplifier 9, which belongs to the functional group of a compensation amplifier of a known type. To the A feedback variable is fed to the second input of the differential amplifier 9. The output of the differential amplifier 9 is via a phase-selective Rectifier 10 and an amplifier 11 to the input of a pulse generator 12 of the function group, the digital output of which is connected to one input of the Multiplier 13 is connected. The second input of the multiplier 13 is with connected to the output of the aforementioned impedance converter 14. The frequency of the pulse generator 12 represents a proportional measure of the flow that is derived with the Size of the induction B (originating from the current transformer 7 and the impedance transformer 14) is multiplied in terms of amplitude and as a feedback variable via a range adjuster 15 and a downstream amplifier 16 to the second Receipt of the Differential amplifier 9 is supplied. Between the output of the amplifier 16 and the output of the impedance converter 14 is a potentiometer for setting the Zero potential provided. The digital output of the pulse generator 12 can either directly or via a digital-to-analog converter 19 of the function group to the voltage / current converter 22 of the output circuit are supplied, the output signal as a current unit signal occurs. The above-described arrangement represents a compensation amplifier circuit which is known per se represents, which can be largely modified in a known manner, depending on the Requirements of the measuring process. To carry out the compensation process according to of the invention is in the feedback loop between the output of amplifier 16 and a switching means 17 is provided at the second input of the differential amplifier 9, that closes the feedback loop in the measuring phase and that always has the same switching status has like the switching means 24 in the circuit of the transducer 1. For zero compensation the disturbance variables that occur at the measuring electrodes 6 due to influences external to the exciter field, is, for example, with the analog output of the digital-to-analog converter 19 via a Switching means 23, which is closed in the compensation phase, is an amplifying, analog working memory 25 arranged with one input of a second multiplier 27 is connected, whose other input via a phase shifter 26 is constantly on the feeding AC voltage source 2 is connected. The output of the multiplier is constantly connected to the second input of the differential amplifier 9. Preferably is also the output circuit with an amplifying, analog working memory 21 provided and via a switching means closed during the measurement phase to the Analog output of the digital-to-analog converter 19 connected.

Sämtliche Schaltmittel 17, 20, 23 und 24 sind vorzugsweise als elektronische Schaltglieder ausgebildet und mit einem gemeinsamen Taktgeber 28 gekoppelt, so daß die Schaltglieder 17, 20 und 24 stets den gleichen Schaltzustand haben, der dem Schaltzustand des Schaltgliedes 23 jeweils entgegengesetzt ist.All switching means 17, 20, 23 and 24 are preferably electronic Switching elements formed and coupled to a common clock generator 28 so that the switching elements 17, 20 and 24 always have the same switching state that the Switching state of the switching element 23 is opposite in each case.

Beim Abschalten des Meßwertgebers 1 treten an den Meßelektroden 6 nur die netzfreien Störgrößen auf, das das erregende Wechselfeld 4 Null wird. Die Störgröße beaufschlagt in der Kompensationsphase allein den Kompensationsverstärker und bildet eine der Störgröße proportionale Kompensationsspannung, die vom Digital-Analogwandler 19 über das geschlossene Schaltmittel 23 dem Speicher 25 zugeführt wird. Da über den Phasenschieber 26 vom Netz her eine dem normalen Meßwert phasengleiche Bezugsspannung dem Mu:ttfplikator 27 zugeführt wird, tritt an dessen Ausgang eine der wirksamen Störgrößenkomponente gleiche Rückführungsgröße auf, die den Differentialverstärker 9 so beaufschlagt, daß die Differenz aus der Rückführungsgröße und der Störgröße nach Null geht. Während der Kompensationsphase ist der Ausgangskreis über das Schaltmittel 20 vom Kompensationsverstärker getrennt und erhält vom Speicher 21 die letzte Meßgröße zugeführt. Da auch der eigentliche Rückführungskreis durch das geöffnete Schaltmittel 17 unterbrochen ist, kann die Kompensation der Störgröße einwandfrei vorgenommen werden. Sobald die Null-Kompensation gegeben ist, wird vom Taktgeber 28 eine Umschaltung sämtlicher Schaltmittel vorgenommen, bei der der Meßwertgeber, der Ausgangskreis und der eigentliche Rückführungskreis eingeschaltet und der Hilfsrückführungskreis vom Ausgang des Kompensationsverstärkers getrennt wird. In dieser Meßphase erhält der Differentialverstärker den vom Speicher 25 bereitgestellten Kompensationswert der Störgröße, so daß nunmehr am Ausgang 22 der allein dem Durchfluß entsprechende Meßwert abgenommen werden kann, der keine Verfälschung durch eine Störgröße erfährt.When the transducer 1 is switched off, the measuring electrodes 6 are touched only the grid-free disturbance variables, that the exciting alternating field 4 is zero. the Disturbance affects only the compensation amplifier in the compensation phase and forms a compensation voltage proportional to the disturbance variable, which is generated by the digital-to-analog converter 19 is fed to the memory 25 via the closed switching means 23. Over there the phase shifter 26 from the network a reference voltage in phase with the normal measured value the main applicator 27 is fed, occurs at its output one of the effective Disturbance component equal feedback variable that the differential amplifier 9 applied so that the difference between the feedback variable and the disturbance variable goes to zero. During the compensation phase, the output circuit is via the switching means 20 separated from the compensation amplifier and receives the last measured variable from memory 21 fed. There is also the actual feedback loop through the open switching means 17 is interrupted, the compensation of the disturbance variable can be carried out properly will. As soon as the zero compensation is given, the clock generator 28 switches over all switching means made in which the transducer, the output circuit and the actual feedback circuit switched on and the auxiliary feedback circuit is separated from the output of the compensation amplifier. Receives in this measurement phase the differential amplifier receives the compensation value provided by the memory 25 the disturbance variable, so that now at the output 22 the only corresponding to the flow Measured value can be taken which is not falsified by a disturbance variable.

Es können auch digitale Speicher 21 und 25 vorgesehen sein, die dann unter Fortfall des Digital-Analogwandlers 19 unmittelbar mit dem Digitalausgang des Impulsgenerators 12 über die Schaltmittel des Impulsgenerators 12 über die Schaltmittel 20 bzw. 23 verbunden sind.Digital memories 21 and 25 can also be provided, which then with the elimination of the digital-to-analog converter 19 directly to the digital output of the pulse generator 12 via the switching means of the pulse generator 12 via the switching means 20 and 23 are connected.

Der Ausgangskreis enthält in diesem Fall auch ein digitales Zählwerk, das eine integrierende Messung gestattet.In this case, the output circuit also contains a digital counter, which allows an integrating measurement.

Claims

Process Process for the compensation of disturbance variables external to the exciter field in inductive flow measurement for electrically conductive media, using of a transducer, whose electrode voltage, which is subject to disturbances, is fed back into a Compensation amplifier converted into a flow-dependent electrical measured variable and this is fed to an output circuit, characterized in that the transducer and feedback loop of the compensation amplifier temporarily switched and a compensation variable obtained from the disturbance during this time and is fed to the compensation amplifier for interference variable compensation and that after the disturbance variable compensation the transducer and the feedback circuit again can be switched to normal and the stored compensation variable as an additional Feedback variable is fed to the compensation amplifier during the measurement phase.

2. The method according to claim 1, characterized in that with the Transmitter and the feedback circuit, the output circuit is also temporarily switched over and the measured variable prevailing before the switchover is stored.

3. Measuring arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the output (12, 19) of the function group (9, 10, 11, 12, 19) of the compensation amplifier via a switchable (17) feedback circuit (13, 15, 16, 18) to input (9) of the function group dependent on the transducer (1) is fed back and the output (12, 19) via a switchable (23) auxiliary feedback circuit (25, 27) with an electrical storage (25) and a permanent one of the normal Measured value in-phase reference voltage dependent multiplier (27) on the input (9) is returned to the functional group.

4. Measuring arrangement according to claim 3, characterized in that the one Input of the multiplier (27) with the output of the switchable memory on the input side (25) and the other input with the output of a mains-fed phase shifter (26) are connected and that the output of the multiplier (27) to the input (9) the function group is managed.

5. Measuring arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that between the output (12, 19) of the function group (9, 10, 11, 12, 19) and the an output circuit (22) having a memory (21) having a switching element (20) is.

6. Measuring arrangement according to claims 3 to 5, characterized in that that for switching the transmitter, the feedback and the auxiliary feedback circuit and the output circuit contactless semiconductor switches (24, 23, 21, 17) are provided and are brought into control dependence by a clock generator (28).

L. e r s e i t e