DD139762A5 - Verfahren und anordnung zur induktiven durchflussmessung - Google Patents

Description

Berlin, den 9.2.1979 54 209/17

Verfahren und Anordnung zur induktiven Durchflußmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur induktiven Durchflußmessung mit periodisch umgepoltem Magnetfeld, bei welchem das ITutzsignal dadurch erhalten wird, daß die Signalspannung bei einander gleichen gegenpoligen Induktionswerten des Magnetfelds abgetastet und gespeichert wird und die Differenz der gespeicherten Abtastwerte gebildet wird, sowie. auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens*

Char a k t er i s_r ti k d er bekannte η ^t e c hni se hen Lös un-ge η

Bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung besteht bekanntlich das Problem, daß der den Durchfluß anzeigenden Meßapannung eine Störgleichspannung (Unsymmetriespannung) überlagert ist_$ die ihre Ursache in unterschiedlichen elektrochemischen Gleichgewichtspotentialen hat» Die Storgleich·- spannung kann Werte erreichen, die wesentlich größer als die Meßspannung sind« · .

Außerdem können der Meßspamiung auch Sbörwechselkomponenten überlagert sein_f die insbesondere vom Hetz herrühren können und Frequenzen haben, die der Netzfrequenz oder deren Harmonischen entsprechen»

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Bei den bekannten Verfahren der eingangs angegebenen Art wird das Magnetfeld periodisch zwischen zwei gleichen In~ duktionswerten entgegengesetzten Vorzeichens umgeschaltet· Man nutzt dabei die Tatsache, daß die Meßspannung mit dem Magnetfeld ihre Polarität wechselt, während die Unsyimnetriespannung ihre Polarität beibehält· Man erhält somit durch die Abtastung bei dem einen Induktionswert die Summe aus Meß- und Unsyminetriespannung und durch die Abtastung bei dem anderen Induktionswert die Differenz von Unsymmetrie-" spannung minus Meßspannung· Aus der Differenz der beiden gespeicherten'Abtastwerte erhält man dann das von Unsymme- triespannungen befreite Meßsignal» Dieses Verfahren setzt aber voraus, daß sich die Unsymmetriespannung innerhalb des Meßzyklus nicht merklich ändert, da sonst die Änderung als Meßfehler eingeht. Ferner darf die Unsymmetriespannung keine zu großen Werte annehmen, weil sonst der Linearitätsbereich des Meßverstärkers überschritten wird« Auch vierden bei großen Werten der Unsymmetriespannung hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Differenzbildung gestellt, weil sich jeder Fehler voll auf den als Differenz erhaltenen Meßwert auswirkt.

Es ist auch bekannt, anstelle eines zwischen zwei entgegengesetzten Induktionswerten umgepolten Magnetfeldes ein periodisch ein- und ausgeschaltetes Gleichfeld anzuwenden» In diesem Fall wird bei ausgeschaltetem Magnetfeld die Unsymmetriespannung abgetastet und gespeichert, und bei eingeschaltetem Magnetfeld wird die Summe aus Meß- und Unsymmetrieapannung gleichfalls abgetastet und gespeichert.

Die: Differenz der beiden gespeicherten Signale ergibt dann wieder die .Meßspannung» Auch dieses Verfahren setzt

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aber voraus, daß sich die Unsymmetriespannung während des Meßzyklus nicht ändert· Gegenüber dem mit Umpolung des Magnetfelds arbeitenden Verfahren weist dieses Verfahren den zusätzlichen ITachteil auf, daß sich bei stehender Flüssigkeit beträchtliche elektrochemische Potentiale an den Elektroden aufbauen können, die sich dann, wenn die Messung beim Einsetzen der Strömung beginnt, besonders störend bemerkbar machen«

Aus der DE-AS 24 10 407 ist ein Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der induktiven Durchflußmessung mit periodisch zwischen zwei Induktionswerten hin- und hergeschaltetem Gleichfeld bekannt, mit dem auch Störgleichspannungen kompensiert werden können, die sich innerhalb des Meßzyklus merklich anderne Dabei wird die zulässige Annahme gemacht, daß die vorkommenden Änderungen, die gewöhnlich nach einer Exponentialfunktion mit sehr großer Zeitkonstante erfolgen, innerhalb des Meßzyklus als näherungsweise linear angesehen werden können. Die Kompensation erfolgt dann dadurch, daß bei Vorliegen eines der beiden Induktionswert.e mindestens zweimal zu verschiedenen Zeitpunkten die Summe aus liutzspannung und sich langsam ändernden Werten der überlagerten Störgrößen erfaßt und gespeichert wird, daß aus diesen gespeicherten Werten der Wert der Summe, aus Hutzspannung und Störspannung inter- oder extrapoliert wird, der zum Zeitpunkt der Messung von Summe aus !Mutζspannung und Störspannung bei dem anderen Induktionswert besteht, und daß von dem zu diesem Zeitpunkt .gemessenen Signal der Inter- oder Extrapolationswert, der aus den zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Werten gewonnen wurde, subtrahiert wird« Dieses Verfahren ist offensichtlich verhältnismäßig kompliziert, und die zu seiner Durchführung ε-rforderliche Schaltung ist entsprechend auf-

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wendig.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es_s die Schwierigkeiten bei der Messung zu überwinden und den erforderlichen Aufwand zu senken.

Wes ens, der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem die elektrochemische Störgleichsspannung bei der induktiven Durchflußmessung, auf einfache Weise und mit geringem Aufwand auch dann automatisch kompensiert wird, wenn sie sich innerhalb des Meßzyklus ändert, bei dem sich keine elektrochemischen Spannungen bei stehender Flüssigkeit aufbauen und bei dem eine Übersteuerung der Verstärker durch zu große Unsymmetriespannungen verhindert ist·

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht_s" daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldiinpulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause gebildet wird, in der das Magnetfeld ITuIl ist, daß in einem in jeder Magnetfeldpause im gleichen Zeitabstand von der nächsten Abtastung der Signalspannung liegenden Kompensationszeitintervall eine Kompensationsspannung erzeugt wird, Vielehe die Signalspannung im KompenBationszeitintervall auf den Wert Hull kompensiert, und daß der im Kompensationszeitintervall erzeugte Kompensationsspannungswert gespeichert und bis zum nächsten Kompensationszeitintervall angewendet'wird·

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf₉ daß eine sich zeitlich ändernde Unsymmetriespannung, wenn eine lineare

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Änderung vorausgesetzt wird, ausgehend von dem Wert Null am Ende des Kompensationszeitintervalls bis zu dem nächsten Abtastintervall stets den gleichen Wert erreichte Die bei den entgegengesetzten Induktionswerten zeitlich nacheinander abgetasteten Signalspannungen enthalten somit stets den gleichen Anteil an Unsymmetriespannung, der bei der Differenzbildung eliminiert wird. Da ferner sich die Unsymmetrie» spannung zwischen zwei Kompensationszeitintervallen, die voneinander in einem Zeitabstand liegen, welche der Hälfte des Meßzyklus entspricht, keine allzu großen V/erte erreichen kann, ist eine Übersteuerung der Verstärker durch die Unsymmetriespannüng verhindert* Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit periodisch umgepoltem Magnetfeld gearbeitet wird j bleibt der Vorteil erhalten, daß sich bei stehender Flüssigkeit keine elektrochemischen Spannungen aufbauen, wie es bei der Anwendung eines reinen Gleichfelds oder bei ein- und ausgeschaltetem Gleichfeld der Pail ist» Da ferner der Anteil an Unsymmetriespannung in jedem Abtastwert klein gegen den. Anteil an Meßspannung ist, bestehen nur geringe Genauigkeitsanforderungen an die Differenzbildung·

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin» daß bei gleicher Empfindlichkeit im Vergleich au den bekannten Verfahren mit umgeschaltetem Gleichfeld oder ein« und ausgeschaltetem Gleichfeld wegen der Pausen, in denen das Magnetfeld Null ist, ein geringerer Leistungsverbrauch besteht«

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung für die induktive Durchflußmeasung.einer in eine Rohrleitung fließenden·elektrisch leitenden Flüssigkeit enthält in bekannter Weise einen Magnetfelderzeuger, der

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ein die Rohrleitung senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzendes, periodisch umgepoltes Magnetfeld erzeugt, zwei in der Rohrleitung angeordnete Elektroden, die mit den Eingängen eines Meßverstärkers verbunden sind, Abtast- und Speicherschaltungen, die an den Ausgang des Meßverstärkers angeschlossen sind und von einer Steueranordnung so gesteuert werden, daß sie die Ausgangsspannung des Meßverstärkers bei einander gleichen Induktionswerten entgegengesetzten Vorzeichens abtasten und die Abtastwerte bis zur nächsten Abtastung speichern, und eine Schaltung zur Bildung der Differenz der gespeicherten Induktionswerte; sie ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelderzeuger so gesteuert wird, daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause besteht ₉ in der die Induktion Null ist, und daß ein Kompensationseingang des Meßverstärkers mit dem Ausgang einer speichernden Regelschaltung verbunden ist, die in jedem Kompensationszeitintervall mit dem Ausgang des Meßverstärkers verbunden wird, einen die Ausgangsspannung des Meßverstärkers auf den Wert Hull regelnden Kompensationsspannungswert bildet und diesen Kompensationsspannungswert bis zum nächsten Kompensationsseitintervall am Kompensa~ tionseingang des Meßverstärkers aufrechterhält.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die Regelschaltung den Kompensationsspannungswert durch Integration der im Kompensationszeitintervali bestehenden Ausgangsspannung, des Meßverstärkers bildet, und daß die Dauer des Kompensationszeitintervalls gleich einer Periode der Hetsfrequena oder eines Vielfachen davon ist« Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß Störwechselkojnpo.nenten mit der Meßfrequenz oder einer ihrer

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Harmonischen sowie gegebenenfalls auch Störwechselkomponenten, deren Frequenz ein Bruchteil der Netzfrequenz ist, automatisch eliminiert werden·

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bildet jede Abtast- und Speicherschaltung den gespeicherten Abtastwert durch Integration der während eines Abtastzeit» inter-valls bestehenden Aus gangs spannung des Meßverstärkers, wobei die Dauer jedes Abtastzeitintervalls gleich einer Periode der ÜFetzfrequenz oder eines Vielfachen davon ist·

Der Magnetfelderzeuger enthält eine Magnetspule, die zweckmäßig in einer Diagonale einer Brückenschaltung angeordnet ist, die in jedem Brückenzweig einen Schalter enthält. Die andere Brückendiagonale ist dann an eineKonstantstromquelle angeschlossen und eine Steueranordnung schließt abwechselnd jeweils zwei in diametral entgegengesetzten Brückenzweigen angeordnete Schalter und öffnet in dazwischenliegenden Pausen alle Schalter«

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung· In der Zeichnung zeigen;

1; ein Übersichtsschema einer Anordnung zur induktiven Durchflußmessung nach der Erfindung,

Pig« 2; ein vereinfachtes Schema der Spulensteuerung bei der Anordnung von Fig* 1,

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Pig. 3: das Schaltbild der Signalverarbeitungsanordnung der Anordnung von Pig. 1,

Pig. 4: Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von Pig· 1 bis 3 und

Pig. 5i Diagramme in größerem Zeitmaßstab zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach-der Erfindung·

Pig. 1 zeigt schematisch ein Rohr 1, durch das eine elektrische leitende Flüssigkeit senkrecht zur Zeichenebene strömt* Eine Magnetfeldspule 2, die aus Symmetriegründen aus zwei gleichen zu beiden Seiten des Rohres 1 angeordneten Hälften besteht, erzeugt im Rohr ein senkrecht zur Rohrachse gerichtetes Magnetfeld B1, B2. Im Innern des Rohres 1 sind zv/ei Elektroden 3 und 4 angeordnet, an denen eine induzierte Spannung abgegriffen werden kann, die der mittleren Durchflußgeschwindigkeit der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch das Magnetfeld proportional ist. Die Elektroden 3 und 4 sind mit den beiden Eingängen 5 bzw« 6 einer Signalverarbeitungsanordnung 7 verbunden, die an ihrem Ausgang 8 ein für die Weiterverarbeitung geeignetes Signal liefert, das ein Maß für die Durchflußgeschwindigkeit ist* Die Signalverarbeitungs- und Steueranordnung liefert an zwei weiteren Ausgängen 9 und 10 Steuersignale, die den beiden Eingängen 11 bzw. 12 einer Spulensteueranordnung 13 zugeführt werden» An die Ausgänge 14 und 15 der Spulensteueranordnung 13 sind die beiden Spulenhälften 2 in Reihe angeschlossen*

Ein Ausführungsbeispiel der Spulensteueranordnung 13 ist in Pig« 2 schematise!! dargestellt* Sie enthält vier Schalter 16$ 17» 18, 19 die nach Art einer Brückenschaltung zusammen-

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geschaltet sind, wobei die Magnetspule 2 in der einen Brackendiagonale liegt, während die andere Brückendiagonale in Reihe mit einem Konstantstromgenerator 20 an eine Gleichspannungsquelle 21 angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle 21, die beispielsY/eise eine Spannung von 24 Volt liefert, kann entweder ein netzgerät oder eine Batterie seine

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 Pali fließt der von dem Konstantstromgenerator 20 gelieferte eingeprägte Strom I in der Richtung des Pfeils B1^f 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 Kagnetspule 2 von dem eingeprägten Strom I in der entgegengesetzten Richtung durchflossen wird, wie durch den gestrichelten Pfeil B2^f angedeutet ist; demzufolge hat das im Rohr 1 erzeugte Magnetfeld B2 die durch die gestrichelten Pfeile angedeutete entgegengesetzte Riehtunge Die Induktionswerte B1 und B2 haben den gleichen Betrag, aber entgegengesetzte Vorzeichen· 7/enn an keinem der Eingänge 11 und 12 ein Impuls anliegt, sind alle Schalter geöffnet j und das Magnetfeld im Rohr 1 hat den Induktionswert lull.

Fig. 3 zeigt ein genaueres Schaltbild der Signalverarbeitungs- und Steueranordnung 7 von Pig» 1c Die beiden Eingangs»

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klemmen 5 und 6 sind die Eingänge eines durch einen Differenzverstärker gebildeten Meßverstärkers 22 ₃ 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 enthältj der durch ein an einen Steuereingang 26 angelegtes Signal geschlossen wird und dann einen Speicherkondensator C1 über einen Wider" stand R1 mit dem Ausgang des Meßverstärkers 22 verbindet, so daß sich der Speicherkondensator C1 auf eine Spannung auflädt, die von der Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 abhängt» Die Schaltungselemente R1, CA 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 verbünde^ der verhindert, daß sich der Kondensator C1 nach dem Öffnen des Schalters 31 entladen kann; der auf dem Kondensator C1 gespeicherte Abtastwert steht somit bis zum nächsten Schließen des Schalters S1 am Ausgang des Trennverstärkers 28 zur Verfügung.»

In gleicher Yieise 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 R2 ein Integrierglied bildet, das die Ausgangsspannung des Inverters 25 während der Schließseit des Schalters S2 integriert* Die nach dem Öffnen des Schalters S2 erreichte Ladespannung

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des Kondensators C2 steht bis zum nächsten Schließen des Schalters S2 am Ausgang eines der Abtast™ und Speicherschaltung 24 nachgeschalteten Trennverstärkers 29 zur Verfugung.

Die Ausgänge der beiden Trennverstärker 28 und 29 sind über Summierwiderstände 30 bzw. 31 mit dem invertierenden Eingang eines als Sumsierverstärker wirkenden Operationsverstärkers 32 verbunden* in dessen Rückkopplungskreis ein Widerstand 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 38 in Verbindving mit einem Eingangswiderstand 39 als Integrator geschaltet ist. Der als Besugseingang 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 Operationsverstärker 37 eine Ausgangs» spannung annimmt, die am Kompensationseingang 35 dos Meßverstärkers 22 anliegt und so bemessen ist, daß die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 auf den Wert Hui! geregelt wird. Wenn der Schalter S3 geöffnet wird* hält der Operationsverstärker 37 den erreichten Kompensationspannungswert bis zum nächsten Schließen des Schalters S3 fest.

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Eine von einem Taktgeber 40 gesteuerte Steuerschaltung 41 liefert an drei Ausgängen die Steuersignale für die Schalter S1, S2, S3» zv/ei weitere Ausgänge der Steuerschaltung 41 entsprechen den Ausgängen 9 und .-10 von Pig. 1, an denen die Steuersignale für die Spulensteueranordnung 13 abgegeben v/erden·

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« Diese Synchronisierung kann bei einem batteriebetriebenen Gerät entfallen»

Die Punktionsweise der zuvor beschriebenen.Schaltung soll anhand der Diagramme von Pig· 4 und 5 erläutert v/erden«

Das Diagramm A von Pig· 4 zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 9, und das Diagramm B zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 10 der Signalverarbeitungs·" und Steueranordnung 7 von Pig« 1β Infolge der zuvor geschilderten Punktionsweise der Spulensteueranordnung 13 (Pig* 2) nimmt somit das Magnetfeld im Rohr 1 abwechselnd die im Diagramm C von Pig· 4 dargestellten Induktionswerte B1, B2 an, zwischen denen Jeweils eine Pause besteht, in der das Magnetfeld die Induktion Null hat« Die Periode ₉ die gleich der Dauer T^ eines Meßzyklus ist, ist groß gegen die Periode der Netzfrequenz; die Signale werden vorzugsweise durch digitale Frequenzteilung mit dem Teilerfaktor 32 aus der NeISsfrequenz gewonnen, so daß bei einer Netzfrequenz von 50 Hz der Meßzyklus eine Dauer. T^ von 64Ο ms hat; dies entspricht einer Frequenz der Felderregung von 1_?5β25 Kz. Bei dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß innerhalb jeder Periode die beiden Magnetfeldimpulse sowie auch die dazwischen-

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liegenden Pausen jeweils die gleiche Dauer haben, die bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel also 160 ms beträgt·

Die Diagramm S1, S2 und S3 zeigen die Steuerimpulse, die von der Steuerschaltung 41 zur Betätigung der Schalter S1, S2 bzw. S3 von Pig. 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 Abtaststeuerimpulse SI, S2 und der Kompensationssteuerimpulse S3 gleichfalls in Beziehung zu der Periode der Eetzspannung; sie beträgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 40 ms» also das Doppelte der Netzperiode* Der Deutlichkeit wegen sind im Diagramm A von Fig. 5 die gegenseitigen zeitlichen Lagen der Magnetfeldimpulse B1, B2 und der Steuerimpulse S1, S2, S3 für eine Periode in größerem Maßstab dargestellt» Die Abtaststeuerimpulse S1 fallen in die positiven Magnetfeldimpulse B1 und die Abtaststeuerimpulse S2 fallen in die negativen Magnetfeldimpulse B2e Sie liegen vorzugsweise in der Nähe des Hinterendes dieser Impulse, damit sich im Abtastzeitintervall stationäre Verhältnisse eingestellt "haben und eventuelle Einscliwingvorgänge abgeklungen sind* Bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel kann jeder Abtaststeuerimpuls S1, S2 in einem' Zeitabstand von 100 ms nach dem Beginn des entsprechenden Magnetfeldimpulses B1 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

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Zeitabstand von 100 ms nach dem Ende des vorhergehenden Magnetfeldimpulsesj 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 S1 besteht somit ein stets gleiches Zeitintervall von 120 ms.

Das Diagramm D von Pig. 4 zeigt den Verlauf der aus der Überlagerung von Störgleichspannung Ug und von Meßspannung U™ erhaltenen Signalspannung für den Fall einer zeitlich konstanten Störgleichspannung Ug» von der angenommen ist, daß sie kleiner als die Meßspannung IL, ist. In dieses Diagramm sind auch die durch die Abtaststeuerimpulse S1, S2 bewirkten Abtastungen eingetragen, wobei zunächst angenommen ist, daß der Kompensationskreis mit der speichernden Regelschaltung 36 nicht vorhanden ist. Das Diagramm E von Pig· 4 zeigt unter den gleichen Voraussetzungen die Verhältnisse für den Fall einer sich zeitlich ändernden Störglei.chspannung Uq. Schließlich ist im Diagramm P von Pig« 4 für den dem Diagramm E entsprechenden Pall die Y/irkungsweise des Kompensationskreises dargestellt« Der Deutlichkeit wegen sind die Diagramme D, E und P in Fig. 5 nochmals in größerem Maßstab für einen Meßzyklus dargestellt· .

Im Pail des Diagramms D besteht während der Magnetfeldpausen jeweils die konstante Störgleichspannung Ug? der sich während der Dauer des positiven Magnetfeldimpulses B1 eine positive gerichtete Meßspannung Ujr und während der Dauer des Magnetfeldimpulses B2 die negativ gerichtete Meßspannung U_M überlagert« Da sich die Abtastung stets

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auf den Nullwert bezieht, wird während der Dauer des Abtaststeuerimpulses S1 ein Abtastwert Ug + U^ und während der Dauer des Abtaststeuerimpulses S2 ein Abtastwert Ug - U™ abgetastet« Durch die Invertierung im Invertierer 25 und die anschließende Summierung wird die Differenz der beiden Abtastwerte gebildet:

^US ^{+ U}M ~ % - V = ² %

Durch diese Differenzbildung ist somit die Störgleichspannung Un kompensiert worden«

Wenn sich dagegen die Stöi'gleichspannung Ug zeitlich ändert, wie im Diagramm E dargestellt ist, ist eine vollständige !Compensations der Störgleichspannung durch die Differenz-* bildung nicht mehr möglich, 7/ährend der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S1 besteht eine Störgleichspannung Ug., so daß der Abtastwert Ug.. + U™ gespeichert wird* Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S2 hat· sich die Störgleichsspannung um den Wert A Ug vergrößert; es wird somit der Abtastwert Ug H- AUg-- U„ abgetastet» Die anschließende Differenzbildung ergibt somit;

^US1 ^{+ U}M - <^US1 ^{+ Aü}S -V=^{2 U}M - *V

Die Messung ist also mit einem Fehler behaftet, der gleich der Ändei'ung&Ug der Störgleichspannung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen ist« Das Diagramm E von Pig« 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 Meßver-

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stärkers überschreiten« Eine Messung ist dann nicht mehr möglich. Wenn ferner die Störgleichspannung groß gegen die Meßspannung ist, wirken sich Fehler in der Differenzbildung sehr stark auf die Genauigkeit des erhaltenen Meßergebnisses aus«

Die"Diagramme 3? von Pig» 4 und 5 zeigen, wie die geschilderten Erscheinungen durch die Wirkungsweise der speichernden Regelschaltung 36 in Verbindung mit der angewendeten besonderen Art der Feldsteuerung vermieden werden» Durch jeden Koinpensationssteuerimpuls S3 wird während eines Kompensationszeitintervälls T^, das kurz vor dem Beginn jedes Magnetfeldimpulses liegt, die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 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 T^ ändert sich dann die Störgleichspannung entsprechend den herrschenden Bedingungen, ausgehend von dem Wert Hüll* Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S1 hat sie dann einen gewissen Wert Δ Ug erreicht. Somit wird in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert Δ Ug + U^ abgetastet und gespeichert©

Vor dem darauffolgenden negativen LIagnetfeldimpuls B2 wird die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 erneut in einem Kompensationszeitintervall \ auf UuIl geregelt*. Sie steigt anschließend, ausgehend von diesem Wert UuIl, wiedei" an* Wenn eine gleichbleibende lineare Änderung der Störgleichspannung angenommen wird, erreicht sie bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S2 wieder den gleichen Wert so daß in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert

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abgetastet und gespeichert wird. Die anschließende Differenzbildung ergibt dann:

- U_M) - 2 U_M

Es ist somit zu erkennen, daß die Störgieichspannung vollständig kompensiert wird, obwohl sie sich zeitlich ändert»

Ferner ist zu erkennen, daß die Störgieichspannung stets nur sehr kleine Werte.erreichen 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*

Schließlich bleibt die bei jeder Differenzbildung zu eliminierende Störgieichspannung ά Ug stets klein im Verhältnis zur Meßspannung U_T)T, so daß die Genauigkeit der Differenz·» bildung voll in die Meßgenauigkeit eingeht· .

Dadurch, daß die durch die Steuerimpulse S1, S2 und S3 abgetasteten Signale jeweils über die Dauer eines Zeitintervalls von 40 ms integriert werden, das gleich zwei Perioden der Hetzfrequenz ist, werden die überlagerten Störfrequenzettj, die ein Vielfaches der halben Netzfrequenz (25 Hz) sind, unwirksam gemacht, da ihr Gleichstrom-Mittelwert für das getastete Signal zu lull wird· ^

Die Wahl der sehr niedrigen Arbeitsfrequenz, die nur ein Bruchteil der Hetzfrequenz' ist und bei dem angegebenen Beispiel 1,5625 Hz für eine Hetzfrequena von 50 Hz beträgt,

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ergibt mehrere Vorteile· Einerseits besteht nach dein Einschalten der Spulenströme bis zur Abtastung der Signalspannung ausreichend Zeit, daß die Einschwingvorgänge abklingen können und 3ich stationäre Verhältnisse einstellen· Andererseits 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 rechteckigen Ansteuerimpulsen wird sich wegen der Selbstinduktivität der Spulen im allgemeinen ein mehr trapezförmiger Verlauf der Spulenströme einstellen·

Claims (1)

1. 2 0 Il 7-Ό1

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   Erfindungsanspruch

   1« Verfahren zur induktiven Durchflußmessung mit periodisch umgepolten Magnetfeld, bei welchem das Nutzsignal dadurch erhalten wird, daß die Signalspannung bei einander gleichen, gegenpoligen Induktionswerten des Magnetfeldes abgetastet und gespeichert wird und die Differenz der gespeicherten Abtastwerte gebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause gebildet wird, in der das Magnetfeld Null ist, daß in einem in jeder Magnetfeidpause im gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signalspannung liegenden Kornpensationszeitintervall eine Kompensationsspannung erzeugt wird, welche die Signalspannung im Kompensationszeitintervall auf den Wert Noil kompensiert, und daß der im Kompensationsseitintervall erzeugte Kompensationspannungswert gespeichert und bis zum nächsten Kompensationszeitintervall angewendet wird»

   2β Anordnung sur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 für die induktive Durchflußmessung einer in einer Rohrleitung fließenden elektrisch leitenden Flüssigkeit, mit einem Magnetfelderzeuger, der ein die !fahrleitung senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzendes ₉ periodisch umgepoltes Magnetfeld erzeugt, zwei in der Rohrleitung angeordneten Elektroden, die mit den Eingängen eines Meßverstärkers verbunden 3ind, Abtast- und Speicherschaltungen, die an den Ausgang des Meßverstärkers

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   angeschlossen sind und von einer Steueranordnung so gesteuert werden, daß sie die Aus gangs spannung des Meßverstärkers bei einander gleichen Induktionswerten entgegengesetzten Vorzeichens abtasten und die Abtastwerte bis zur nächsten Abtastung speichern, und mit einer Schaltung zur Bildung der Differenz der gespeicherten Induktionswerte, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetfelderzeuger so gesteuert wird, daß zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause besteht, in der die Induktion Null ist-, und daß ein Kompensationseingang des Meßverstärkers mit dem Ausgang einer speichernden Regelschaltung verbunden ist, die in jedem Kompensationsseitintervall mit dem Ausgang des Meßverstärkers verbunden wird, einem die Ausgangsspannung des Meßverstärkers auf den V/ert Null regelnden Kompensationsspannungswert bildet und diesen Kompensationsspannungswert bis zum nächsten Kompensationszeitintervall am !Compensations» eingang des Meßverstärkers aufrechterhält·

   3β Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Regelschaltung den Kompensationsspannungswert durch Integration der im Kompensationszeitintervall bestehenden Aus-» gangsspannung des Meßverstärkers bildet,,und daß die Dauer des Kompensationszeitintervalls gleich einer Periode der Netzfrequenz oder eines Vielfachen davon ist. .

   4» Anordnung nach Punkt 2 oder 3$ gekennzeichnet dadurch, daß jede Abtast™ und Speicherschaltung den gespeicherten Abtastwert durch Integration der während eines Abtastzeitintervalls bestehenden Ausgangsspannung des Meßverstärkers

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   bildet, und daß die Dauer jedes Abtastzeitintervalls gleich einer Periode der Netzfrequenz oder eines Vielfachen davon ist*

   Anordnung nach einem der Punkte 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetfelderzeuger eine Magnetspule enthält, die in einer Diagonale einer Brückenschaltung angeordnet ist, die in jedem Brückenzweig einen Schalter enthält, daß die andere Briickendiagonale an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist, und daß eine Steueranordnung abwechselnd jeweils zwei in diametral entgegengesetzten Brückenzweigen angeordnete Schalter schließt und in dazwischenliegenden Pausen alle Schalter öffnet·

   Hierzu JfL-Seiten Zeichnungen