CH634408A5 - Verfahren und anordnung zur induktiven durchflussmessung. - Google Patents

Description

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, Schaltung verbunden ist, die in jedem Kompensationszeitinter-mit dem die elektrochemische Störgleichspannung bei der in- vali mit dem Ausgang des Messverstärkers verbunden wird, duktiven Durchflussmessung auf einfache Weise und mit gerin- einen die Ausgangsspannung des Messverstärkers auf den Wert gern Aufwand auch dann automatisch kompensiert wird, wenn is Null regelnden Kompensationsspannungswert bildet und diesen sie sich innerhalb des Messzyklus ändert, bei dem sich keine Kompensationsspannungswert bis zum nächsten Kompensa-

elektrochemischen Spannungen bei stehender Flüssigkeit auf- tionszeitintervall am Kompensationseingang des Messverstär-bauen und bei dem eine Übersteuerung der Verstärker durch zu kers aufrechterhält.

grosse Unsymmetriespannungen verhindert ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung nach der

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen 20 Erfindung besteht darin, dass die Regelschaltung den Kompen-Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, das zwischen sationsspannungswert durch Integration der im Kompensations-jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen entge- zeitintervall bestehenden Ausgangsspannung des Messverstär-gengesetzter Polarität eine Pause gebildet wird, in der das Ma- kers bildet, und dass die Dauer des Kompensationszeitintervalls gnetfeld Null ist, dass in einem in jeder Magnetfeldpause im gleich einer Periode der Netzfrequenz oder eines Vielfachen gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signal- 2$ davon ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass Störwech-spannung liegenden Kompensationszeitintervall eine Kompen- selkomponenten mit der Messfrequenz oder einer ihrer Harmo-sationsspannung erzeugt wird, welche die Signalspannung im nischen sowie gegebenenfalls auch Störwechselkomponenten, Kompensationszeitintervall auf den Wert Null kompensiert, und deren Frequenz ein Bruchteil der Netzfrequenz ist, automatisch dass der im Kompensationszeitintervall erzeugte Kompensa- eliminiert werden.

tionsspannungswert gespeichert und bis zum nächsten Kompen- 30 Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgen-sationszeitintervall angewendet wird. den Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht darauf, dass eine Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

sich zeitlich ändernde Unsymmetriespannung, wenn eine lineare Fig. 1 ein Übersichtsschema einer Anordnung zur indukti-Änderung vorausgesetzt wird, ausgehend von dem Wert Null ven Durchflussmessung nach der Erfindung,

am Ende des Kompensationszeitintervalls bis zu dem nächsten 35 Fig. 2 ein vereinfachtes Schema der Spulensteuerung bei der Abtastintervall stets den gleichen Wert erreicht. Die bei den Anordnung von Fig. 1,

entgegengesetzten Induktionswerten zeitlich nacheinander ab- Fig. 3 das Schaltbild der Signalverarbeitungsanordnung der getasteten Signalspannungen enthalten somit stets den gleichen Anordnung von Fig. 1,

Anteil an Unsymmetriespannung, der bei der Differenzbildung Fig. 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der eliminiert wird. Da ferner sich die Unsymmetriespannung zwi- 40 Anordnung von Fig. 1 bis 3 und sehen zwei Kompensationszeitintervallen, die voneinander in ei- Fig. 5 Diagramme in grösserem Zeitmassstab zur Erläute-nem Zeitabstand liegen, welche der Hälfte des Messzyklus ent- rung der Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung, spricht, keine allzu grossen Werte erreichen kann, ist eine Über- Fig. 1 zeigt schematisch ein Rohr 1, durch das eine elek-steuerung der Verstärker durch die Unsymmetriespannung ver- trisch leitende Flüssigkeit senkrecht zur Zeichenebene strömt, hindert. Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit perio- 45 Eine Magnetfeldspule 2, die aus Symmetriegründen aus zwei disch umgepoltem Magnetfeld gearbeitet wird, bleibt der Vor- gleichen, zu beiden Seiten des Rohres 1 angeordneten Hälften teil erhalten, dass sich bei stehender Flüssigkeit keine elektro- besteht, erzeugt im Rohr ein senkrecht zur Rohrachse gerichtechemischen Spannungen aufbauen, wie es bei der Anwendung tes Magnetfeld.Bl, B2. Im Innern des Rohres 1 sind zwei Elek-eines reinen Gleichfelds oder bei ein- und ausgeschaltetem troden 3 und 4 angeordnet, an denen eine induzierte Spannung

Gleichfeld der Fall ist. Da ferner der Anteil an Unsymmetrie- 50 abgegriffen werden kann, die der mittleren Durchflussgeschwin-spannung in jedem Abtastwert klein gegen den Anteil an Mess- digkeit der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch das Magnetspannung ist, bestehen nur geringe Genauigkeitsanforderungen feld proportional ist. Die Elektroden 3 und 4 sind mit den bei-an die Differenzbildung. den Eingängen 5 bzw. 6 einer Signalverarbeitungsanordnung 7

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen verbunden, die an ihrem Ausgang 8 ein für die Weiterverarbei-Verfahrens besteht darin, dass bei gleicher Empfindlichkeit im 55 tung geeignetes Signal liefert, das ein Mass für die Durchflussge-Vergleich zu den bekannten Verfahren mit umgeschaltetem schwindigkeit ist. Die Signalverarbeitungs- und Steueranord-

Gleichfeld oder ein- und ausgeschaltetem Gleichfeld wegen der nung liefert an zwei weiteren Ausgängen 9 und 10 Steuersigna-Pausen, in denen das Magnetfeld Null ist, ein geringerer Lei- le, die den beiden Eingängen 11 bzw. 12 einer Spulensteueran-stungsverbrauch besteht. Ordnung 13 zugeführt werden. An die Ausgänge 14 und 15 der

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der 60 Spulensteueranordnung 13 sind die beiden Spulenhälften 2 in Erfindung für die induktive Durchflussmessung einer in eine Reihe angeschlossen.

Rohrleitung fliessenden elektrisch leitenden Flüssigkeit enthält Ein Ausführungsbeispiel der Spulensteueranordnung 13 ist in bekannter Weise einen Magnetfelderzeuger, der ein die in Fig. 2 schematisch dargestellt. Sie enthält vier Schalter 16,17,

Rohrleitung senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzendes, 18,19, die nach Art einer Brückenschaltung zusammengeschal-periodisch umgepoltes Magnetfeld erzeugt, zwei in der Rohrlei- 65 tet sind, wobei die Magnetspule 2 in der einen Brückendiagona-tung angeordnete Elektroden, die mit den Eingängen eines len liegt, während die andere Brückendiagonale in Reihe mit

Messverstärkers verbunden sind, Abtast- und Speicherschaltun- einem Konstantstromgenerator 20 an eine Gleichspannungsgen, die an den Ausgang des Messverstärkers angeschlossen quelle 21 angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle 21, die

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biespielsweise eine Spannung von 24 Volt liefert, kann entweder ein Netzgerät oder eine Batterie sein.

Die Schalter 16 bis 19, die in Wirklichkeit natürlich elektronische Schalter sind, werden paarweise durch die den Eingangsklemmen 11 und 12 zugeführten Signale betätigt. Wenn am Eingang 11 ein Impuls anliegt, werden die beiden Schalter 16 und 18 geschlossen, die in diametral entgegengesetzten Zweigen der Brücke liegen; in diesem Fall fliesst der von dem Konstantstromgenerator 20 gelieferte eingeprägte Strom I in der Richtung des Pfeils B1 durch die Magnetspule 2, so dass diese in der Rohrleitung 1 ein Magnetfeld B1 erzeugt, dessen Richtung durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angegeben ist. Wenn am Eingang 12 ein Impuls anliegt, werden die beiden Schalter 17 und 19 geschlossen, so dass die Magnetspule 2 von dem eingeprägten Strom I in der entgegengesetzten Richtung durchflössen wird, wie durch den gestrichelten Pfeil B2 angedeutet ist; demzufolge hat das im Rohr 1 erzeugte Magnetfeld B2 die durch die gestrichelten Pfeile angedeutete entgegengesetzte Richtung. Die Induktionswerte B1 und B2 haben den gleichen Betrag, aber entgegengesetzte Vorzeichen. Wenn an keinem der Eingänge 11 und 12 ein Impuls anliegt, sind alle Schalter geöffnet, und das Magnetfeld im Rohr 1 hat den Induktionswert Null.

Fig. 3 zeigt ein genaueres Schaltbild der Signalverarbei-tungs- und Steueranordnung 7 von Fig. 1. Die beiden Eingangsklemmen 5 und 6 sind die Eingänge eines durch einen Differenzverstärker gebildeten Messverstärkers 22, an dem somit die zwischen den Elektroden 3 und 4 entstehende Signalspannung anliegt. An den Ausgang des Messverstärkers 22 sind zwei Abtast- und Speicherschaltungen 23 und 24 angeschlossen, und zwar die Abtast- und Speicherschaltung 23 direkt und die Abtast- und Speicherschaltung 24 über einen Inverter 25, der die Polarität des Ausgangssignals des Messverstärkers 22 umkehrt. Zur Vereinfachung ist angedeutet, dass die Abtast- und Speicherschaltung 23 einen Schalter S1 enthält, der durch ein an einen Steuereingang 26 angelegtes Signal geschlossen wird und dann einen Speicherkondensator Cl über einen Widerstand R1 mit dem Ausgang des Messverstärkers 22 verbindet, so dass sich der Speicherkondensator Cl auf eine Spannung auflädt, die von der Ausgangsspannung des Messverstärkers 22 abhängt. Die Schaltungselemente Rl, Cl bilden zusammen ein Integrierglied, das die Ausgangsspannung des Messverstärkers 22 während der Schliesszeit des Schalters S1 integriert. Der Ausgang der Abtast- und Speicherschaltung 23 ist mit dem Eingang eines Trennverstärkers 28 verbunden, der verhindert, dass sich der Kondensator Cl nach dem Öffnen des Schalters S1 entladen kann; der auf dem Kondensator Cl gespeicherte Abtastwert steht somit bis zum nächsten Schliessen des Schalters S1 am Ausgang des Trennverstärkers 28 zur Verfügung.

In gleicher Weise enthält die Abtast- und Speicherschaltung 23 einen Schalter S2, der durch ein an einen Steuereingang 27 angelegtes Steuersignal geschlossen wird, sowie einen Speicherkondensator C2, der zusammen mit einem Widerstand ein Integrierglied bildet, das die Ausgangsspannung des Inverters 25 während der Schliesszeit des Schalters S2 integriert. Die nach dem Öffnen des Schalters S2 erreichte Ladespannung des Kondensators C2 steht bis zum nächsten Schliessen des Schalters S2 am Ausgang eines der Abtast- und Speicherschaltung 24 nachgeschalteten Trennverstärkers 29 zur Verfügung.

Die Ausgänge der beiden Trennverstärker 28 und 29 sind über Summierwiderstände 30 bzw. 31 mit dem invertierenden Eingang eines als Summierverstärker wirkenden Operationsverstärkers 32 verbunden, in dessen Rückkopplungskreis ein Widerstand 33 parallel zu einem Kondensator 34 liegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 32 entspricht dem Ausgang 8 der Signalverarbeitungs- und Steueranordnung.

Der Messverstärker 22 weist einen zusätzlichen Kompensationseingang 35 auf, der an den Ausgang einer speichernden

Regelschaltung 36 angeschlossen ist. Als Beispiel ist angedeutet, dass die speichernde Regelschaltung einen Operationsverstärker 37 enthält, der durch einen im Rückkopplungskreis liegenden Kondensator 39 als Integrator geschaltet ist. Der als s Bezugseingang dienende nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 ist an Masse gelegt. Der Eingangswiderstand 39 ist in Serie mit einem Schalter S3 an den Ausgang des Messverstärkers 22 angeschlossen. Es ist somit zu erkennen,

dass dann, wenn der Schalter S3 geschlossen ist, der Operations-io Verstärker 37 eine Ausgangsspannung annimmt, die am Kompensationseingang 35 des Messverstärkers 22 anliegt und so bemessen ist, dass die Ausgangsspannung des Messverstärkers 22 auf den Wert Null geregelt wird. Wenn der Schalter S3 geöffnet wird, hält der Operationsverstärker 37 den erreichten Kompen-15 sationsspannungswert bis zum nächsten Schliessen des Schalters S3 fest.

Eine von einem Taktgeber 40 gesteuerte Steuerschaltung 41 liefert an drei Ausgängen die Steuersignale für die Schalter Sl, S2, S3: zwei weitere Ausgänge der Steuerschaltung 41 entspre-20 chen den Ausgängen 9 und 10 von Fig. 1, an denen die Steuersignale für die Spulensteueranordnung 13 abgegeben werden.

Wenn die beschriebene Anordnung vom Netz gespeist wird, kann der Taktgeber 40 einen Synchronisiereingang 42 haben, an dem er durch die Netzspannung synchronisiert werden kann. 25 Diese Synchronisierung kann bei einem batteriebetriebenen Gerät entfallen.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Schaltung soll anhand der Diagramm von Fig. 4 und 5 erläutert werden.

Das Diagramm A von Fig. 4 zeigt die Steuerimpulse am 30 Ausgang 9, und das Diagramm B zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 10 der Signalverarbeitungs- und Steueranordnung 7 von Fig. 1. Infolge der zuvor geschilderten Funktionsweise der Spulensteueranordnung 13 (Fig. 2) nimmt somit das Magnetfeld im Rohr 1 abwechselnd die im Diagramm C von Fig. 4 darge-35 stellten Induktionswerte Bl, B2 an, zwischen denen jeweils eine Pause besteht, in der das Magnetfeld die Induktion Null hat. Die Periode, die gleich der Dauer TM eines Messzyklus ist, ist gross gegen die Periode der Netzfrequenz; die Signale werden vorzugsweise durch digitale Frequenzteilung mit dem Teilerfaktor 40 32 aus der Netzfrequenz gewonnen, so dass bei einer Netzfrequenz von 50 Hz der Messzyklus eine Dauer TM von 640 ms hat; dies entspricht einer Frequenz der Felderregung von 1,5625 Hz. Bei dem dargestellten Beispiel ist angeommen, dass innerhalb jeder Periode die beiden Magnetfeldimpulse sowie 45 auch die dazwischenliegenden Pausen jeweils die gleiche Dauer haben, die bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel also 160 ms beträgt.

Die Diagramme SI, S2 und S3 zeigen die Steuerimpulse, die von der Steuerschaltung 41 zur Betätigung der Schalter SI, S2 so bzw S3 von Fig. 3 abgegeben werden. Diese Steuerimpulse sind wesentlich kürzer als die für die Magnetfeldsteuerung erzeugten Steuerimpulse der Diagramme A und B und demzufolge auch wesentlich kürzer als die von der Magnetspule 2 erzeugten Magnetfeldimpulse. Vorzugsweise steht die Dauer der Abtast-55 Steuerimpulse SI, S2 und der Kompensationssteuerimpulse S3 gleichfalls in Beziehung zu der Periode der Netzspannung ; sie beträgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 40 ms, also das Doppelte der Netzperiode. Der Deutlichkeit wegen sind im Diagramm A von Fig. 5 die gegeseitigen zeitlichen Lagen der 60 Magnetfeldimpulse Bl, B2 und der Steuerimpulse Sl, S2, S3 für eine Periode in grösserem Massstab dargestellt. Die Abtaststeuerimpulse Sl fallen in die positiven Magnetfeldimpulse Bl und die Abtaststeuerimpulse S2 fallen in die negativen Magnetfeldimpulse B2. Sie liegen vorzugsweise in der Nähe des 65 Hinterendes dieser Impulse, damit sich im Abtastzeitintervall stationäre Verhältnisse eingestellt haben und eventuelle Einschwingvorgänge abgeklungen sind. Bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel kann jeder Abtaststeuerimpuls SI, S2 in

einem Zeitabstand von 100 ms nach dem Beginn des entsprechenden Magnetfeldimpulses Bl bzw B2 beginnen, so dass er 20 ms vor dem Ende des Magnetfeldimpulses endet.

Die Kompensationssteuerimpulse S3 fallen in die Pausen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen. Sie beginnen beispielsweise gleichfalls in einem Zeitabstand von 100 ms nach dem Ende des vorhergehenden Magnetfeldimpulses, so dass nach dem Ende jedes Kompensationssteuerimpulses S3 noch ein Zeitintervall von 20 ms bis zum Beginn des nächsten Magnetfeldimpulses besteht. Zwischen dem Ende jedes Kompensationssteuerimpulses S3 und dem Beginn des nächsten Abtaststeuerimpulses Sl besteht somit ein stets gleiches Zeitintervall von 120 ms.

Das Diagramm D von Fig. 4 zeigt den Verlauf der aus der Überlagerung von Störgleichspannung Us und von Messspannung UM erhaltenen Signalspannung für den Fall einer zeitlich konstanten Störgleichspannung Us, von der angenommen ist, dass sie kleiner als die Messspannung Um ist. In dieses Diagramm sind auch die durch die Abtaststeuerimpulse SI, S2 bewirkten Abtastungen eingetragen, wobei zunächst angenommen ist, dass der Kompensationskreis mit der speichernden Regelschaltung 36 nicht vorhanden ist. Das Diagramm E von Fig. 4 zeigt unter den gleichen Voraussetzungen die Verhältnisse für den Fall einer sich zeitlich ändernden Störgleichspannung Us. Schliesslich ist im Diagramm F von Fig. 4 für den dem Diagramm E entsprechenden Fall die Wirkungsweise des Kompensationskreises dargestellt. Der Deutlichkeit wegen sind die Diagramme D, E und F in Fig. 5 nochmals in grösserem Massstab für einen Messzyklus dargestellt.

Im Fall des Diagramms D besteht während der Magnetfeldpausen jeweils die konstante Störgleichspannung Us, der sich während der Dauer des positiven Magnetfeldimpulses Bl eine positiv gerichtete Messspannung UM und während der Dauer des Magnetfeldimpulses B2 die negativ gerichtete Messspannung UM überlagert. Da sich die Abtastung stets auf den Nullwert bezieht, wird während der Dauer des Abtaststeuerimpulses Sl ein Abtastwert Us + UM und während der Dauer des Abtaststeuerimpulses S2 ein Abtastwert Us — UM abgetastet. Durch die Invertierung im Invertierer 25 und die anschliessende Summierung wird die Differenz der beiden Abtastwerte gebildet:

Us + UM — (Us — UM) = 2 UM

Durch diese Differenzbildung ist somit die Störgleichspannung Us kompensiert worden.

Wenn sich dagegen die Störgleichspannung Us zeitlich ändert, wie im Diagramm E dargestellt ist, ist eine vollständige Kompensation der Störgleichspannung durch die Differenzbildung nicht mehr möglich. Während der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls Sl besteht eine Störgleichspannung US1, so dass der Abtastwert USi + UM gespeichert wird. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S2 hat sich die Störgleichspannung um den Wert AUS vergrössert; es wird somit der Abtastwert Us + AUS — UM abgetastet. Die anschliessende Differenzbildung ergibt somit:

US1 + UM - (US1 + AUS - UM) = 2 UM - AUS.

Die Messung ist also mit einem Fehler behaftet, der gleich der Änderung AUS der Störgleichspannung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen ist. Das Diagramm E von Fig. 4 lässt noch eine weitere nachteilige Folge der sich ändernden Störgleichspannung erkennen: Die Summe aus Störgleichspannung und Messspannung kann schnell sehr grosse Werte annehmen, die den linearen Aussteuerungsbereich des Messverstärkers überschreiten. Eine Messung ist dann nicht mehr möglich. Wenn ferner die Störgleichspannung gross gegen die Messspannung ist, wirken sich Fehler in der Differenzbil5 634 408

dung sehr stark auf die Genauigkeit des erhaltenen Messergebnisses aus.

Die Diagramme F von Fig. 4 und 5 zeigen, wie die geschilderten Erscheinungen durch die Wirkungsweise der speichern-5 den Regelschaltung 36 in Verbindung mit der angewendeten besonderen Art der Feldsteuerung vermieden werden. Durch jeden Kompensationssteuerimpuls S3 wird während eines Kompensationszeitintervalls Tk, das kurz vor dem Beginn jedes Magnetfeldimpulses liegt, die Ausgangsspannung des Messverstär-io kers 22 auf Null geregelt. Da diese Regelung während der Magnetfeldpausen erfolgt, wirkt sie sich nur auf die in diesem Zeitpunkt bestehende Störgleichspannung aus. Nach dem Ende des Kompensationszeitintervalls TK ändert sich dann die Störgleichspannung entsprechend den herrschenden Bedingungen, ausge-15 hend von dem Wert Null. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls Sl hat sie dann einen gewissen Wert AUS erreicht. Somit wird in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert AUS + UM abgetastet und gespeichert.

Vor dem darauffolgenden negativen Magnetfeldimpuls B2 20 wird die Ausgangsspannung des Messverstärkers 22 erneut in einem Kompensationszeitintervall TK auf Null geregelt. Sie steigt anschliessend, ausgehend von diesem Wert Null, wieder an. Wenn eine gleichbleibend lineare Änderung der Störgleichspannung angenommen wird, erreicht sie bei der Abtastung 25 durch den Abtaststeuerimpuls S2 wieder den gleichen Wert AUS, so dass in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert AUS— UM abgetastet und gespeichert wird. Die anschliessende Differenzbildung ergibt dann:

30

AUs + Um- (AUS-UM) = 2U,

M

Es ist somit zu erkennen, dass die Störgleichspannung vollständig kompensiert wird, obwohl sie sich zeitlich ändert.

Ferner ist zu erkennen, dass die Störgleichspannung stets 35 nur sehr kleine Werte errichen kann, da sie jeweils nach der Hälfte einer Messzyklusdauer wieder auf den Wert Null geregelt wird und davon ausgegangen werden kann, dass sie sich in diesem Zeitraum nicht sehr ändert. Es besteht somit keine Gefahr einer Übersteuerung des Messverstärkers.

40 Schliesslich bleibt die bei jeder Differenzbildung zu eliminierende Störgleichspannung AUS stets klein im Verhältnis zur Messspannung UM, so dass die Genauigkeit der Differenzbildung voll in die Messgenauigkeit eingeht.

Dadurch, dass die durch die Steuerimpulse SI, S2 und S3 45 abgetasteten Signale jeweils über die Dauer eines Zeitintervalls von 40 ms integriert werden, das gleich zwei Perioden der Netzfrequenz ist, werden die überlagerten Störfrequenzen, die ein Vielfaches der halben Netzfrequenz (25 Hz) sind, unwirksam gemacht, da ihr Gleichstrom-Mittelwert für das getastete Signal zu Null wird.

Die Wahl der sehr niedrigen Arbeitsfrequenz, die nur ein Bruchteil der Netzfrequenz ist und bei dem angegebenen Beispiel 1,5625 Hz für eine Netzfrequenz von 50 Hz beträgt, ergibt mehrere Vorteile. Einerseits besteht nach dem Einschalten der 55 Spulenströme bis zur Abtastung der Signalspannung ausreichend Zeit, dass die Einschwingvorgänge abklingen können und sich stationäre Verhältnisse einstellen. Andrerseits können die Spulen bei so niedrigen Frequenzen praktisch als reine Widerstände angesehen werden, so dass keine grosse Blindleistung erforderlich ist.

Die Spulenströme und die durch sie erzeugten Magnetfelder sind zur Vereinfachung als Rechteckimpulse dargestellt worden. Das beschriebene Verfahren ist aber unabhängig von der Kurvenform der Spulenströme und Magnetfelder. Selbst bei recht-65 eckigen Ansteuerimpulsen wird sich wegen der Selbstinduktivität der Spulen im allgemeinen ein mehr trapezförmiger Verlauf der Spulenströme einstellen.

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60

C

4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

634 408 2 PATENTANSPRÜCHE Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur induktiven

1. Verfahren zur induktiven Durchflussmessung mit perio- Durchflussmessung mit periodisch umgepoltem Magnetfeld, bei disch umgepoltem Magnetfeld, bei welchem das Nutzsignal welchem das Nutzsignal dadurch erhalten wird, dass die Signal-dadurch erhalten wird, dass die Signalspannung bei einander Spannung bei einander gleichen gegenpoligen Induktionswerten gleichen, gegenpoligen Induktionswerten des Magnetfelds abge- 5 des Magnetfelds abgetastet und gespeichert wird und die Diffe-tastet und gespeichert wird und die Differenz der gespeicherten renz der gespeicherten Abtastwerte gebildet wird, sowie auf Abtastwerte gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwi- eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

sehen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen Bei der magnetisch-induktiven Durchflussmessung besteht entgegengesetzter Polarität eine Pause gebildet wird, in der das bekanntlich das Problem, dass der den Durchfluss anzeigenden

Magnetfeld Null ist, dass in einem in jeder Magnetfeldpause im 10 Messspannung eine Störgleichspannung (Unsymmetriespan-

gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signal- nung) überlagert ist, die ihre Ursache in unterschiedlichen elek-

spannung liegenden Komponsationszeitintervall eine Kompen- trochemischen Gleichgewichtspotentialen hat. Die Störgleich-

sationsspannung erzeugt wird, welche die Signalspannung im Spannung kann Werte erreichen, die wesentlich grösser als die

Kompensationszeitintervall auf den Wert Null kompensiert, und Messspannung sind.

dass der im Kompensationszeitintervall erzeugte Kompensa- is Ausserdem können der Messspannung auch Störwechsel-

tionsspannungswert gespeichert und bis zum nächsten Kompen- komponenten überlagert sein, die insbesondere vom Netz her-

sationszeitintervall angewendet wird. rühren können und Frequenzen haben, die der Netzfrequenz

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An- oder deren Harmonischen entsprechen.

spruch 1 für die induktive Durchflussmessung einer in einer Bei den bekannten Verfahren der eingangs angegebenen Rohrleitung fliessenden elektrisch leitenden Flüssigkeit, mit 20 Art wird das Magnetfeld periodisch zwischen zwei gleichen In-einem Magnetfelderzeuger, der ein die Rohrleitung senkrecht duktionswerten entgegengesetzten Vorzeichens umgeschaltet, zur Strömungsrichtung durchsetzendes, periodisch umgepoltes Man nutzt dabei die Tatsache, dass die Messspannung mit dem Magnetfeld erzeugt, zwei in der Rohrleitung angeordneten Magnetfeld ihre Polarität wechselt, während die Unsymmetrie-Elektroden, die mit den Eingängen eines Messverstärkers ver- Spannung ihre Polarität beibehält. Man erhält somit durch die bunden sind, Abtast- und Speicherschaltungen, die an den Aus- 25 Abtastung bei dem einen Induktionswert die Summe aus Messgang des Messverstärkers angeschlossen sind und von einer und Unsymmetriespannung und durch die Abtastung bei dem Steueranordnung so gesteuert werden, dass sie die Ausgangs- anderen Induktionswert die Differenz von Unsymmetriespan-spannung des Messverstärkers bei einander gleichen Indult- nung minus Messspannung. Aus der Differenz der beiden ge-tionswerten entgegengesetzten Vorzeichens abtasten und die speicherten Abtastwerte erhält man dann das von Unsymme-Abtastwerte bis zur nächsten Abtastung speichern, und mit ei- 30 triespannungen befreite Messsignal. Dieses Verfahren setzt aber ner Schaltung zur Bildung der Differenz der gespeicherten In- voraus, dass sich die Unsymmetriespannung innerhalb des duktionswerte, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelder- Messzyklus nicht merklich ändert, da sonst die Änderung als zeuger so gesteuert wird, dass zwischen jeweils zwei aufeinan- Messfehler eingeht. Ferner darf die Unsymmetriespannung kei-derfolgenden Magnetfeldimpulsen entgegengesetzter Polarität ne zu grossen Werte annehmen, weil sonst der Linearitätsbe-eine Pause besteht, in der die Induktion Null ist, und dass ein 35 reich des Messverstärkers überschritten wird. Auch werden bei Kompensationseingang des Messverstärkers mit dem Ausgang grossen Werten der Unsymmetriespannung hohe Anforderun-einer speichernden Regelschaltung verbunden ist, die in jedem gen an die Genauigkeit der Differenzbildung gestellt, weil sich Kompensationszeitintervall mit dem Ausgang des Messverstär- jeder Fehler voll auf den als Differenz erhaltenen Messwert kers verbunden wird, einen die Ausgangsspannung des Mess- auswirkt.

Verstärkers auf den Wert Null regelnden Kompensationsspan- 40 Es ist auch bekannt, anstelle eines zwischen zwei entgegen-

nungswert bildet und diesen Kompensationsspannungswert bis gesetzten Induktionswerten umgepolten Magnetfeldes ein pe-

zum nächsten Kompensationszeitintervall am Kompensations- riodisch ein- und ausgeschaltetes Gleichfeld anzuwenden. In aneingang des Messverstärkers aufrechterhält. diesem Fall wird bei ausgeschaltetem Magnetfeld die Unsym-

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, metriespannung abgetastet und gespeichert, und bei eingeschal-dass die Regelschaltung den Kompensationsspannungswert 45 tetem Magnetfeld wird die Summe aus Mess- und Unsymme-durch Integration der im Kompensationszeitintervall bestehen- triespannung gleichfalls abgetastet und gespeichert. Die Diffe-den Ausgangsspannung des Messverstärkers bildet, und dass die renz der beiden gespeicherten Signale ergibt dann wieder die Dauer des Kompensationszeitintervalls gleich einer Periode der Messspannung. Auch dieses Verfahren setzt aber voraus, dass Netzfrequenz oder eines Vielfachen davon ist. sich die Unsymmetriespannung während des Messzyklus nicht

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- so ändert. Gegenüber dem mit Umpolung des Magnetfelds arbei-zeichnet, dass jede Abtast- und Speicherschaltung den gespei- tenden Verfahren weist dieses Verfahren den zusätzlichen cherten Abtastwert durch Integration der während eines Ab- Nachteil auf, dass sich bei stehender Flüssigkeit beträchtliche tastzeitintervalls bestehenden Ausgangsspannung des Messver- elektrochemische Potentiale an den Elektroden aufbauen kön-stärkers bildet, und dass die Dauer jedes Abtastzeitintervalls nen, die sich dann, wenn die Mischung beim Einsetzen der Strö-gleich einer Periode der Netzfrequenz oder eines Vielfachen 55 mung beginnt, besonders störend bemerkbar machen.

davon ist. Aus der DT-AS 24 10 407 ist ein Verfahren zur Kompensa-

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch tion der elektrochemischen Störgleichspannung bei der indukti-gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger eine Magnetspule ven Durchflussmessung mit periodisch zwischen zwei Induk-enthält, die in einer Diagonale einer Brückenschaltung angeord- tionswerten hin- und hergeschaltetem Gleichfeld bekannt, mit net ist, die in jedem Brückenzweig einen Schalter enthält, dass 60 dem auch Störgleichspannungen kompensiert werden können, die andere Brückendiagonale an eine Konstantstromquelle an- die sich innerhalb des Messzyklus merklich ändern. Dabei wird geschlossen ist, und dass eine Steueranordnung abwechselnd je- die zulässige Annahme gemacht, dass die vorkommenden Än-weils zwei in diametral entgegengesetzten Brückenzweigen lie- derungen, die gewöhnlich nach einer Exponentialfunktion mit gende Schalter schliesst und in dazwischenliegenden Pausen alle sehr grosser Zeitkonstante erfolgen, innerhalb des Messzyklus Schalter öffnet. 65 als näherungsweise linear angesehen werden können. Die Kompensation erfolgt dann dadurch, dass bei Vorliegen eines der beiden Induktionswerte mindestens zweimal zu verschiedenen

Zeitpunkten die Summe aus Nutzspannung und sich langsam

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ändernden Werten der überlagerten Störgrössen erfasst und ge- sind und von einer Steueranordnung so gesteuert werden, dass speichert wird, dass aus diesen gespeicherten Werten der Wert sie die Ausgangsspannung des Messverstärkers bei einander der Summe aus Nutzspannung und Störspannung inter- oder gleichen Induktionswerten entgegengesetzten Vorzeichens abextrapoliert wird, der zum Zeitpunkt der Messung von Summe tasten und die Abtastwerte bis zur nächsten Abtastung spei-aus Nutzspannung und Störspannung bei dem anderen Induk- 5 ehern, und eine Schaltung zur Bildung der Differenz der gespei-tionswert besteht, und dass von dem zu diesem Zeitpunkt ge- cherten Induktionswerte ; sie ist nach der Erfindung dadurch messenen Signal der Inter- oder Extrapolationswert, der aus gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger so gesteuert wird, den zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Werten gewon- dass zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeld-nen wurde, subtrahiert wird. Dieses Verfahren ist offensichtlich impulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause besteht, in der verhältnismässig kompliziert, und die zu seiner Durchführung 10 die Induktion Null ist, und dass ein Kompensationseingang des erforderliche Schaltung ist entsprechend aufwendig. Messverstärkers mit dem Ausgang einer speichernden Regel-