AT235593B - Kompensationsschaltung zur Messung elektrischer Größen, insbesondere für magnetische Durchflußmesser - Google Patents

Description

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    Kompensationsschaltung zur Messung elektrischer Grössen, insbesondere für magnetische Durchflussmesser   
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    X XHilfsmagnetfeldes.   Die Kompensationsspannung kann also am Eingang des Verstärkers direkt gegen die Messspannung geschaltet werden. Eine Temperaturkompensation des Hall-Generators bereitet keine
Schwierigkeiten, da im magnetischen Gleichfeld des Hall-Generators keine störenden Wechselspannungen in Zuleitungen u. dgl. induziert werden können. 



   Zuweilen ist es zweckmässig, eine Anzeige des Messstromes in beiden Richtungen möglich zu machen, also gegensinnig gerichtete Messströme zu erzeugen.   Erfindungsgemäss   ist hiefür eine Schaltung vorgesehen, bei der ein Gegenstrom über die Feldspule des Hall-Generators und über ein   Anzeige- oder Registrier-   bzw. ein Regelgerät geleitet ist. 



   Die Vorteile der Kompensationsschaltung nach der Erfindung sind nicht-nur bei magnetfeldabhängigen Grössen gegeben, sondern auch bei andern Messgrössen, die multiplikativ mit einer weiteren elektrischen Grösse verknüpft sind. Bei Messbrücken ist z. B. die Ausgangsspannung der Brücke das Produkt aus der Brückenspeisespannung und der eigentlichen Brückenänderung, die zu messen ist. Durch die Anwendung der erfindungsgemässen Schaltung kann in diesem Fall die Abhängigkeit der Messgrösse von der Speisespannung der Brücke beseitigt werden.

   Für Wechselstrombrücken hat die erfindungsgemässe Kompensationsschaltung insbesondere noch folgenden Vorteil : Die am Ausgang des Verstärkers notwendige phasenabhängige Gleichrichteranordnung, vorzugsweise eine   Ringmodulationsgleichrichtung,   unterdrückt Störspannungen, deren Phasenlage gegenüber der Messspannung um 900 verschoben ist, solange sie im Vergleich zur Messspannung nicht zu gross sind, ohne weitere Schaltmassnahmen. Es treten beispielsweise bei   Leitfähigkeitsmessungen   die Polarisationsspannungen an den Elektroden annähernd als um 900 phasenverschobene Störspannungen auf. Solche die Messung störende Polarisationseffekte werden mit der erfindungsgemässen Messanordnung weitgehend unterdrückt.

   Die verbesserte Schaltung hat demzufolge dieselbe Wirkung wie eine Leitfähigkeitsmessanordnung wesentlich grösseren Aufwandes mit einem stabilisierten Tonfrequenzgenerator für Frequenzen von 100 Hertz bis 5 Kilohertz und mit einem zugehörigen stabilisierten Verstärker für die Ausgangsspannung. 



   Ähnliche Vorteile ergeben sich bei der Anwendung der Schaltung nach der Erfindung in Verbindung mit Differential-Transformatoren. Bei diesen Transformatoren ist die Ausgangsspannung das Produkt der an der Feldspule anliegenden Spannung und der zu messenden Bewegung des Eisenkernes. Mit der erfindungsgemässen Kompensationsschaltung ist eine Stabilisierung der Versorgungsspannung des Transformators nicht erforderlich. 



   Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht nur auf Messgrössen beschränkt, die von einer andern 
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 induktiven   Durchflussmessung   liegen sie z. B. als induzierte   Wechselspannungskomponente   vor. Wie oben schon erwähnt, sind bei Anordnungen zur Messung der Leitfähigkeit additive Störspannungen als weitere Folge von Polarisationseffekten zu berücksichtigen. Sind diese Störspannungen klein, so werden sie in der für den Verstärkerausgang vorgesehenen phasenabhängigen Gleichrichteranordnung ohne weiteres 
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 sationsschaltungen angewendet, d. h. es wird für jede additiv auftretende Störkomponente ein HallGenerator in einem eigenen elektromagnetischen Gleichfeld als Hall-Multiplikator verwendet.

   Für jeden einzelnen der Hall-Multiplikatoren ist eine eigene phasenabhängige Gleichrichteranordnung vorgesehen, die auf die Phasenlage der jeweiligen Störspannung eingestellt ist. Durch derartige Vielfachanordnungen, bei denen jeder phasenabgeglichene Gleichrichter den Gleichstrom für das Gleichfeld des Hall-Generators liefert, können auch Störspannungen unterdrückt werden, die gegenüber der Messspannung nur wenige Grad Phasenverschiebung besitzen. Die Steuerströme der einzelnen Hall-Generatoren besitzen die entsprechenden Phasenlagen. Eine weitere Abhängigkeit der Messspannung von einer multiplikativen Störgrösse wird, wie oben angegeben, durch entsprechende Abhängigkeiten des entsprechenden Hall-Steuerstromes beseitigt. 



   Die Fig. 1-4 zeigen Schaltungsbeispiele nach der Erfindung, insbesondere solche für magnetische   Durchflussmesser,   die mehreren praktischen Anwendungsfällen entsprechen, die nachfolgend beschrieben sind. 



   Die Fig. 1 zeigt die verbesserte Kompensationsschaltung in Verbindung mit einem magnetischen   Durchnussmengenmesser.   An die   Durchflussmessstrecke   mit den beiden Elektroden 1 sind aussen die Feldspulen 2 und 2'angelegt. Der Hall-Generator 3 ist im magnetischen Gleichfeld einer Spule 4 angeordnet. 
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 und die daraus resultierende Differenzspannung an den Eingang des Verstärkers 7 gelegt. Die verstärkte Messspannung wird zunächst mittels der   phasenabhäng ; gen   Gleichrichteranordnung 8 gleichgerichtet. 



  Diese Gleichrichteranordnung 8 erhält die die Phasenlage bestimmende Bezugsspannung mittels eines Transformators 9 aus dem Feldstrom des an der Messstrecke aufrechterhaltenen Magnetfeldes 2, 2' ; Der   Ausgangsgleichstrom   des Ringmodulators 8 wird im Gleichstromverstärker 10 weiterverstärkt und dient 

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 dann zur Speisung des magnetischen Gleichfeldes 4 für den Hall-Generator 3. Der verstärkte Gleichstrom gibt ferner an einem Anzeige- oder Registriergerät 11 den Messwert wieder. 



   In der Fig. 2 ist eine Kompensationsschaltung mit den   erfindungsgemässen   Merkmalen wiedergegeben, bei der eine Messbrücke 12 die Messspannung liefert. Die Spannung des Hall-Generators 3 und die Ausgangsspannung der Brücke 12 sind in diesem Fall so gegeneinander geschaltet, dass die resultierende Differenzspannung wiederum am Eingang des Verstärkers   7 liegt.   Der Steuerstrom des Hall-Generators 3 ist aus der Spannungsquelle 13 entnommen, die auch die Brücke 12 speist. In Reihe mit dem Hall-Generator 3 liegt ein Widerstand   14,   um durch eingeprägten Strom thermische Widerstandsänderungen des Hall-Generators zu kompensieren.

   Die Verstärkeranordnung 7, 8 und 10 sowie die Speisung des magnetischen Gleichfeldes 4 für den Hall-Generator 3 und die Wiedergabe des Messwertes an einem Anzeigeoder Registriergerät 11 entsprechen vollständig den in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsmerkmalen. Die Ringmodulationsspannung für den Ringmodulator 8 wird in diesem Fall über den Transformator 9 der gleichen Stromquelle 13 entnommen, die auch die Brücke 12 speist und den Hall-Steuerstrom liefert. 



   Die Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemässe Schaltung für die Kompensation mehrerer auftretender Störspannungen. Die Messspannung   U1   ist mit mehreren Hall-Generatoren 3 a, 3   bund 3   c in Reihe geschaltet ; die daraus insgesamt resultierende Differenzspannung liegt am Eingang des Verstärkers 7. In dieser Anordnung kann die Messspannung U1 neben einer eventuellen multiplikativen Störkomponente noch mehrere additive Störkomponenten bekannter Phasenlagen enthalten. Für die zu messende Komponente ist nach der Vorverstärkung im Verstärker 7 die phasenabhängige Gleichrichteranordnung 8 a und eine eventuelle Gleichstromnachverstärkung 10 für die Feldspule 4 a vorgesehen, in deren magnetischem Gleichfeld sich der Hall-Generator 3 a befindet.

   In entsprechender Weise ist für jede additiv auftretende Störkomponente je eine weitere phasenabhängige Gleichrichteranordnung 8 b, 8 c dem Verstärker 7 nachgeschaltet. Die entsprechenden Feldspulen 4 b und 4 c zur Erzeugung je eines Gleichfeldes für die HallGeneratoren 3 b und 3 c können gegebenenfalls ohne weitere Gleichstromverstärkung an den Gleichstromausgang der Gleichrichteranordnungen 8 b und 8 c angeschlossen sein. Der über die Feldspule 4 a fliessende Strom gibt an einem Anzeige- oder Registriergerät 11 gleichzeitig die von den Störeinflüssen befreite Messgrösse wieder. Die Bezugsspannungen Ua, Ub und Uc der phasenabhängigen Gleichrichter- 
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 b und 8Phasenlage wie die entsprechenden Komponenten der Eingangsspannung.

   Der Steuerstrom ic des Hall-
Generators 3 a der Messkomponente besitzt ferner die gleiche Abhängigkeit von magnetischen Feldern, von Netzspannungsschwankungen bzw. von andern multiplikativen elektrischen Störgrössen wie die Messkomponente. 



   In Fig. 4 ist eine Kompensationsschaltung wiedergegeben, bei welcher dem Wechselspannungsverstärker 7 eine Ringmodulations-Gleichrichteranordnung, bestehend aus den Elementen 15, 16 und   17,   mit anschliessender Siebung durch einen Kondensator 18 nachgeschaltet ist. Es folgt eine Gleichstromverstärkung   19,   deren verstärkter Ausgangsstrom über das Anzeigegerät 11 und die Feldspule 4 des HallGenerators 3 fliesst. Eine nach beiden möglichen Seiten gerichtete Anzeige des die Messgrösse wiedergebenden Stromes kommt auf folgende Weise zustande : Ein Gegenstrom wird von der zusätzlichen Spannungsquelle 20 über einen Widerstand   21,   die Feldspule 4 und das Anzeigegerät 11 geleitet.

   Demzufolge werden insgesamt zwei Spannungsquellen 20 und 22 benötigt, oder beide gegenläufig gerichteten Ströme werden mittels eines Spannungsteilers aus einer Spannungsquelle entnommen. 



   Für die erfindungsgemässe Anordnung der Hall-Generatoren 3 in einem unabhängigen Hilfsmagnetfeld 4 können sogenannte   Luftspalttransformatoren   verwendet werden, in deren Luftspalt die Hall-Generatoren eingefügt sind. Die Feldspulen dieser Luftspalttransformatoren sind mit dem Gleichstromausgang der Verstärkeranordnung 8 bzw. 10 verbunden. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Kompensationsschaltung zur Messung Störspannungen enthaltender elektrischer Grössen, insbesondere für magnetische Durchflussmesser, unter Verwendung eines Hall-Generators, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Generator in einem elektromagnetischen Feld angeordnet ist, das vom Ausgangsgleichstrom des Verstärkers erzeugt ist, an dessen Verstärkereingang die Hall-Spannung mit der Messspannung in Serie geschaltet ist.

Claims (1)

1. 2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, bei der eine multiplikative Abhängigkeit der Messgrösse von einer Störgrösse gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerstrom für den im Gleichstromfeld des Verstärkerausgangs angeordneten Hall-Generator ein der multiplikativen Störgrösse proportionaler Strom von gleicher Phasenlage wie die Messspannung verwendet ist.

   3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangswechselstrom des Verstärkers phasenabhängig gleichgerichtet, gesiebt und vor der Anzeige und Kompensation in einem Gleichstromverstärker weiterverstärkt ist.

   4. Kompensationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines gegensinnig gerichteten Messstromes ein Gegenstrom über die Feldspule des Hall-Generators und das Anzeige-, Registrier- oder Regelgerät geleitet ist. <Desc/Clms Page number 4>

   5. Kompensationsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4 für Messanordnungen, bei denen neben der eigentlichen Messspannung eine oder mehrere phasenverschobene Störspannungen additiv auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung mehrerer phasenverschobener Störspannungen eine entsprechende Anzahl von Hall-Generatoren mit vom Ausgangsgleichstrom der Verstärkeranordnung durchflossenen Feldspulen vorgesehen ist, die sämtlich hintereinander und mit der Messspannung in Serie geschaltet sind.

   6. Kompensationsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der hintereinander und mit der Messspannung in Reihe geschalteten Hall-Generatoren einen Steuerstrom erhält, dessen Phasenlage derjenigen der zu beseitigenden Störspannungen entspricht, wobei die jeweilige Feldspule von einem Gleichstrom durchflossen ist, der von der zugehörigen phasenabhängigen Gleichrichteranordnung, die auf die entsprechende Phasenlage eingestellt ist, geliefert wird.

   7. Kompensationsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei der die von den Elektroden gelieferte Messspannung von einem Magnetfeld abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung dieser Abhängigkeit der Feldstrom des Magneten (2, 2') als Steuerstrom für den Hall-Generator verwendet ist.

   8. Kompensationsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Anwendung bei Brückenschaltungen, bei der die Brückenausgangsspannung von Brückenspeisespannung abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung dieser Abhängigkeit ein der Brückenspeisespannung proportionaler Strom als Steuerstrom für den Hall-Generator verwendet ist.

   9. Kompensationsschaltung nach den Ansprüchen l bis 4 zur Anwendung bei Differential- Transformatoren, bei denen die Ausgangsspannung von der Speisespannung des Differential-Transformators abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung dieser Abhängigkeit ein der Speisespannung des Differential-Transformators proportionaler Strom als Steuerstrom für den Hall-Generator verwendet ist.

   10. Kompensationsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Hall-Multiplikators, bestehend aus einem Luftspalttransformator, in dessen Luftspalt der HallGenerator angeordnet ist und dessen Spule vom Ausganggleichsstrom des Verstärkers durchflossen ist.