DD201727A5

DD201727A5 - Anordnung zur erzeugung magnetischer gleichfelder wechselnder polaritaet fuer die magnetisch-induktive durchflussmessung

Info

Publication number: DD201727A5
Application number: DD81233719A
Authority: DD
Inventors: Peter Hafner; Peter Flecken
Original assignee: Flowtec Ag
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-08-03
Also published as: JPS5764910A; GB2084827A; IT8124179A0; US4410926A; DE3037305C2; SE8105807L; FR2491620A1; CH655795A5; JPS6325691B2; NL8104462A; SE458311B; IT1138649B; BE890573A; FR2491620B1; GB2084827B; DE3037305A1

Abstract

Bei der magnetisch-induktiven Durchflussmessung werden die fuer die Messung erforderlichen Gleichfelder wechselnder Polaritaet mittels einer Feldspule erzeugt, die ueber abwechselnd gesteuerte Schalter mit einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, so dass sie abwechselnd von entgegengesetzt gerichteten Gleichstroemen durchflossen wird. Zur Beschleunigung des Umschaltvorgangs ist waehrend der sich an die Umsteuerung der Schalter anschliessenden Umschaltzeit ein Kondensator mit der Feldspule zu einem von der Gleichspannungsquelle getrennten Schwingkreis verbunden. Die Kapazitaet C des Kondensators hat in Abhaengigkeit von der gewuenschten Umschaltzeit Delta t im wesentlichen den Wert wobei L d. Induktivitaet und R der ohmsche Widerstand der Feldspule sind.

Description

3/19 5 Berlin, den 26.1.1982

59 799/17

Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetisch-induktive Durchflußmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetisch-induktive Durchflußmessung mittels einer Feldspule, die über abwechselnd gesteuerte Stellglieder mit einer Gleichspannungsquelle verbunden wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Anordnungen dieser Art, die beispielsweise aus der DE-AS 27 44 845 bekannt sind, besteht das Problem, daß der durch die Feldspule geschickte Gleichstrom nicht schlagartig seine Richtung ändern kann, so daß die Umpolung des Magnetfelds eine gewisse Zeit dauert. Bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung ist man bestrebt, diese Umschaltzeit möglichst kurz zu halten, weil sie für die Beobachtung des Durchflusses nicht nutzbar ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, diese langen Umschaltzeiten zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, die mit geringem zur^*¹ büchern

-2FEU1982*U87432

71 9

25.1.1УОІ2 -2- 59 799/17

Aufwand die Einstellung einer gewünschten, wesentlich kürzeren Umschaltzeit ermöglicht·

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß während der sich an die Umsteuerung der Stellglieder anschließenden Umschaltzeit ein Kondensator mit der Feldspule zu einem von der Gleichspannungsquelle getrennten Schwingkreis verbunden ist, und daß die Kapazität C des Kondensators in Abhängigkeit von der gewünschten Umschaltzeit /it im wesentlichen den Wert

π-

hat, wobei L die Induktivität und R der ohmsche Widerstand der Feldspule sind«

Die Feldspule liegt in der ersten Diagonale einer Brückenschaltung, an deren zweite DiagHonale die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist· In den vier Brückenzweigen liegen Stellglieder, wobei die in einander diametral gegenüberliegenden Brückenzweigen liegenden Stellglieder paarweise abwechselnd stromführend gemacht und gesperrt werden· Der Kondensator ist parallel zu der zweiten Brückendiagonale geschaltet«

Zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensators und der Gleichspannungsquelle ist ein Schaltglied eingefügt, das die Verbindung während der Umschaltzcit sperrt*

Das Schaltglied ist vorteilhaft eine Diode·

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о о / ι э э _ ₃ _ _{59 799/17}

Zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensator j und der Gleichspannungsquelle ist ein Stromregler eingefügt.

Es kann auch eine Klemme der Feldspule über je ein Stellglied mit den beiden Ausgangsklemmen einer Gleichspannungsquelle verbunden sein, die zwei zum Potential eines Bezugspunktes symmetrische Ausgangsspannungen liefert, wobei die andere Klemme der Feldspule mit dem Bezugspunkt verbunden ist* Dann ist je ein Kondensator einerseits am Bezugspunkt und andererseits an der Verbindung zwischen einem Stellglied und der zugeordneten Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle angeschlossen.

Dann ist zweckmäßig;, zwischen dem Anschlußpunkt jedes Kondensators und der zugeordneten Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle ein Schaltglied eingefügt, das die Verbindung während der Umschaltzeit sperrt.

Auch hier ist das Schaltglied vorteilhaft eine Diode.

In jede Verbindung zwischen der Feldspule und einer Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle ist ein Stromregler eingefügt, wobei jeder Stromregler durch das entsprechende Stellglied gebildet ist«,

Das Stellglied kann durch einen mechanischen Kontakt gebildet sein, es ist aber auch vorteilhaft, wenn jedes Stellglied durch ein steuerbares elektronisches Schaltglied gebildet ist.

Dann ist jedes elektronische Schaltglied durch ein nur in einer Richtung stromführendes steuerbares Schaltelement und eine gegenparallel geschaltete Diode gebildet.

233719 5

26.1.1982 - 4 - 59 799/17

Das steuerbare Schaltelement ist vorteilhaft ein Transistor

Dae steuerbare Schaltelement kann aber auch ein Thyristor sein«

Die gegenparallel geschaltete Diode ist vorteilhaft eine Substratdiode·

Es ist von Vorteil, wenn die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle während der Umschaltzeit erhöht wird,

Ausführungsbeispiel

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig, 1: das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung in einem Betriebszustand;

Fig. 2: die Anordnung von Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand ;

Fig, 3: das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4: das Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung·

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Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform liegt die Feldspule 1 in der einen Diagonale einer Brückenschaltung 2 aus vier Stellgliedern 3; 4; 5; 6, die zur Vereinfachung als mechanische Schalter dargestellt sind· Die Stellglieder können Relaiskontakte sein, oder auch elektronische Schaltglieder, wie später anhand der in den Fig* 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert wird« An der anderen Brückendiagonale liegt eine Speisegleichspannung, die von einer Gleichspannungsqueile 7 geliefert wird. Als Beispiel ist angenommen, daß die Gleichspannungsquelle 7 ein Netzteil ist, dessen Eingangsklemmen 7a; 7b eine Wechselspannung empfangen und das an seinen Ausgangsklemmen 7c; 7d eine gleichgerichtete Spannung abgibt· Das Netzteil 7 hat außerdem einen Spannungssteuereingang 7e; durch ein an/diesen Eingang angelegtes Steuersignal wird die Größe der am Ausgang 7c; 7d abgegebenen Gleichspannung bestimmt. Die das negative Ausgangspotential führende Ausgangsklemme 7d des Netzteils 7 ist mit Masse verbunden. Die das positive Potential führende Ausgangsklemme 7c ist über einen Stromregeltransistor 8 und eine Diode 9 mit dem Eckpunkt 2a der Brückenschaltung 2 verbunden. Der gegenüberliegende Brückeneckpunkt 2b ist über einen Strommeßwiderstand 10 mit Masse verbunden. Die Feldspule 1 ist zwischen den beiden anderen Brückeneckpunkten 2c; 2d angeschlossen.

Wenn bei der bisher beschriebenen Schaltung die beiden in entgegengesetzten Brückenzweigen liegenden Schalter 3 und geschlossen sind, wie in Fig. 1 dargestellt ist, während gleichzeitig die beiden anderen Schalter 4 und б offen sind, fließt ein Gleichstrom I_p, dessen Größe durch den Stromregeltransistor 8 bestimmt ist, von der Ausgangsklemme 7c

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^W - б - 59 799/17

des Netzteils 7 durch den Stromregeltransistor 8 und die Diode 9 zum Brückeneckpunkt 2a, von dort durch den geschlossenen Schalter 3, die Feldspule 1 und den geschlossenen Schalter 5 zum Brückeneckpunkt 2b und schließlich über den Strommeßwiderstand IO nach Masse» Dieser Stromweg ist in Fig, 1 durch Pfeile angedeutet, die in vollen Linien gezeichnet sind* Wenn dagegen die Schalter 4 und б gleichzeitig geschlossen sind, während die Schalter 3 und offen sind, fließt der Gleichstrom I_ zwischen den Brückeneckpunkten 2a und 2b über die Schalter б und 4 und in entgegengesetzter Richtung durch die Feldspule 1; diesjist in Fig« 1 durch gestrichelte Pfeile angedeutet· Wenn die Schalter 3; 5 einerseits und die Schalter 4; б andererseits in der geschilderten Weise gleichzeitig paarweise im Gegentakt betätigt werden, werden durch die Feldspule abwechselnd Gleichströme in entgegengesetzter» Richtungen geschickt, so daß die Feldspule 1 abwechselnd Magnetfelder gleicher Größe, aber entgegengesetzten Vorzeichnens erzeugt· Diese bekannte Spulenansteuerung wird auch als "H-Schaltung" bezeichnet·

Der geschilderte Betrieb wird durch eine Steuer- und Regelschaltung 11 gesteuert» Diese hat einen Takteingang 11a, an dem sie ein Taktsignal empfängt, das beispielsweise durch eine Rechteckspannung gebildet ist, die abwechselnd die Spannungswerte O und 1 annimmt« An einem weiteren Eingang 11b empfängt die Steuer- und Regelschaltung 11 die am Strommeßwiderstand 10 abfallende Spannung, die ein Maß für den über die Feldspule 1 fließenden Strom ist. Ein Ausgang^llc liefert ein Steuersignal zur gleichzeitigen Betätigung der Schalter 3 und 5, und ein weiterer Ausgang lld liefert ein Steuersignal zur gleichzeitigen Betätigung

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der Schalter 4 und 6. An einem Ausgang He liefert die Steuer- und Regelschaltung 11 ein Regelsignal für die Einstellung des Stromregeltransistors 8„ Schließlich ist ein weiterer Ausgang Hf der Steuer- und Regelschaltung 11 mit dem Spannungssteuereingang 7e des Netzteils 7 verbunden,

Die Steuer- und Regelschaltung 11 ist so ausgebildet, daß sie bei dem einen Wert des ihrem Takteingang 11a zugeführten Taktsignals am Ausgang Hc ein Signal abgibt, das die angeschlossenen Schalter 3 und 5 schließt, während sie gleichzeitig am Ausgapg Hd ein Signal abgibt, das die angeschlossenen Schalter 4 und 6 öffnet; beim anderen Wert des Taktsignals werden diese Steuersignale umgekehrt. Somit erfolgt die Gegentaktbetätigung der Schalterpaare 3; 5 und 4; 6 in dem durch das Taktsignal bestimmten Rhythmus. Das am Eingang Hb empfangene Signal zeigt der Steuer- und Regelschaltung 11 die Größe des über die Feldspule 1 fließenden Stroms an. Sie gibt am Ausgang He ein Regelsignal ab, durch das der Wert dieses Stroms im stationären Zustand durch den Stromregeltransistor 8 auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten wird.

Infolge der Induktivität der Feldspule 1 kann der durch die Feldspule ließende Strom I_p nicht schlagartig seine Richtung wechseln. Bei jedem Umschaltvorgang vergeht daher eine gewisse Umschaltzeit At, bis der Strom I_p von seinem konstanten Festwert des einen Vorzeichens auf den gleichen Festwert des entgegengesetzten Vorzeichens gegangen ist. Es besteht das Bestreben, diese Umschaltzeit möglichst kurz zu halten.

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Zur Verkürzung der Umschaltzeit ist bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ein in besonderer Weise bemessener Kondensator 12 zwischen dem Brückeneckpunkt 2a und Masse angeschlossen«

Die Wirkung des Kondensators 12 während des Umschaltvorgangs soll anhand von Fig. 2 erläutert werden. Diese Figur zeig: die Anordnung von Fig. 1 unmittelbar nach der Auslösung des Umschaltvorgangs, also nach dem Öffnen der Schalter 3; 5 und dem Schließen der Schalter 4; 6,

Vor dem öffnen der Schalter 3; 5 (Fig. 1) war der Kondensator 12 auf eine Spannung aufgeladen, die gleich der Ausgangsspannung des Netzteils 7_f verringert um die Spannungsabfälle am Stromregeltransistor 8 und an der Diode 9, war.

Unmittelbar nach dem öffnen der Schalter 3; 5 und dem Schließen der Schalter 4; 6 (Fig. 2) erzwingt die Feldspule 1 einen Strom, der zunächst noch die gleiche Richtung wie der Strom I_p im vorhergehenden Schaltzustand (Fig. 1) hat* Dieser Strom ist in Fig. 2 durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angedeutet. Er fließt jedoch nunmc' г von Masse über den Strommeßwiderstand IO zum Brückeneckpunkt 2b und von da über den geschlossenen Schalter 4, die Feldspule 1 und den geschlossenen Schalter 6 zum Brückeneckpunkt 2a_# Die Diode 9 verhindert, daß dieser Strom zum Netzteil 7 zurückfließen kann. Daher muß dieser Strom vom Kondensator 12 aufgenommen werden, dessen Ladung vergrößert wird, so daß sich seine Klemmspannung erhöht.

Infolge der sich am Kondensator 12 aufbauenden Gegenspannung und der inneren Verluste nimmt der Strom ab. Nach Erreichen

О О О 7 1 Q Ц 26.1.1982

£0 О / \ Ό Ό _ _g ^ _{5g 799/17}

des Wertes Null kehrt sich die Stromrichtung um, so daß nunmehr ein Strom vom Kondensator 12 zum Brückeneckpunkt 2a, durch den Schalter 6, die Feldspule 1 und den Schalter 4 zum Brückeneckpunkt 2b und von da durch den Strommeßwiderstand IO nach Masse fließt; diese Stromrichtung ist in Fig_# 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Solange die Klemmenspannung des Kondensators 12 größer als die Ausgangsspannung des Netzteils 7 ist, ist die Diode 9 gesperrt, so daß der Strom ausschließlich vom Kondensator geliefert wird. Sobald die Klemmenspannung des Kondensators 12 auf einen Wert gefallen ist, der gleich der Ausgangsspannung des Netzteils 7 ist, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung.

Die entsprechende Wirkung ergibt sich beim Übergang in den entgegengesetzten Schaltzustand, wie aus der Symmetrie der Schaltung unmittelbar zu erkennen ist.

Es ist somit zu erkennen, daß während jedes Umschaltvorgangs die Feldspule 1 mit dem Kondensator 12 zu einem Schwingkreis verbunden ist, der durch die Diode 9 vom Netzteil 7 abgetrennt ist. Wenn der Kondensator 12 die Kapazität C hat und die Feldspule 1 eine Induktivität L und einen ohmschen Widerstand R aufweist, ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises durch die folgende, für gedämpfte elektrische Schwingkreise bekannte Beziehung gegeben:

\ LC -

4L

Für eine gewünschte Umschaltzeit at ist dann die Kapazität C (in Farad) des Kondensators 12 in erster Näherung durch die

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- 10 - 59 799/17

folgende Beziehung bestimmt:

C = 2 g- F (2)

L . (IT /Δ* + IC/4L*)

Wenn man die folgenden Größen einführt:

Up: Ladespannung des Kondensators 12 vor der Auslösung des Umschaltvorgangs;

U : Maximale Klemmenspannung am Kondensator 12; (Tl 3 X

U_: Speisegleichspannung an der Brücke;

so ergibt sich für das dynamische Verhalten des Schwing- kreises unter Vernachlässigung der ohmschen Verluste der folgende Zusammenhang:

1 ^Uc ^ия

~ ^{arc sin} U ^{arc sin} XF^ Ϊ ^s ^³^

max max

Dabei wird etwa die folgende maximale Klemmenspannung am Kondensator 12 erreicht:

Durch das Vorhandensein des ohmschen Widerstands im Schwingkreis tritt einerseits eine Verlängerung der Umschaltzeit und andererseits ein Energieverlust aui_β Damit nach der Umpolung der dem Betrag nach gleiche Stromwert in der Feldspule erreicht wird, muß das Netzgerät in Funktion treten. Damit die Vorteile der beschriebenen Anordnung erreicht werden, müssen die Schwingkreisgrößen die folgende Bedingung

3 7 19 5 26.1.1982

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erfüllen?

Ъ "* ^R-^c

Nach der Umpolung des Feldes liegt der Absolutwert des Spulenstroms I_p infolge der ohmschen Verluste unter dem Sollwert« Eine Spannungsanhebung am Ausgang 7c des Netzteils 7 beschleunigt das Wiedererreichen des Sollwerts des Stroms I_ durch die Feldspule 1. Diesem Zweck dient die in den Fig· 1 und 2 dargestellte Verbindung zwischen dem Ausgang Hf der Steuer- und Regelschaltung 11 und dem Steuereingang 7e des Netzteils 7« Die Steuer- und Regelschaltung 11 gibt am Ausgang Hf während des Umschaltvorgangs ein Steuersignal ab, das die Ausgangsspannung des Netzteils 7 vorübergehend erhöht, bis der Strom durch die Feldspule 1 seinen Sollwert erreicht hat, was durch das dem Eingang 11b zugeführte Signal angezeigt wird.

In Fig« 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich von der Ausführungsform von Fig. l und 2 nur dadurch unterscheidet, daß die Stellglieder 3; 4; 5; 6, die in Fig. 1 und als mechanische Schalter (z. B₀ Relaiskontakte) darge~ stellt waren, durch Transistoren 13; 14; 15; 16 gebildet sind« Der Kollektor des Transistors 13 ist mit dem Brückeneckpunkt 2a und sein Emitter mit dem Brückeneckpunkt 2c verbunden* In entsprechender Weise sind die Kollektor-Emitter-Kreise des Transistors 14 zwischen den Brückeneckpunkten 2c; 2b, des Transistors 15 zwischen den Brückeneckpunkten 2d; 2b und des Transistors 16 zwischen den Brückeneckpunkten 2a; 2d angeschlossen· Die Basen der Transist-ыогеп 13 und 15 empfangen über Basiswiderstände 13a bzw· 15a gemeinsam ein Steuersignal vom Ausgang Hc der

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О ό / \ <J O -12- 59 799/17

Steuer- und Regelschaltung 11, und die Basen der Transistoren 14 und 16 empfangen über Basiswiderstände 14a bzw. 16a gemeinsam ein Steuersignal vom Ausganj lld der Steuer- und Regelschaltung 11. Da Transistoren, im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten mechanischen Schaltern, einen Strom nur in einer Richtung übertragen können, ist der Kollektor-Emitterstrecke jedes Transistors eine Diode 17; 18; 19 bzw. 20 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallelgeschaltet.

Die übrigen Bestandteile der Anordnung von Fig. 3 haben den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise wie die entsprechenden Bestandteile der Anordnung von Fig. 1 und 2, und sie sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet. Insbesondere ist auch die Kapazität des Kondensators 12 in der zuvor geschilderten Weise so bemessen, daß die gewünschte Umschaltzeit ^t erzielt wird.

Wenn angenommen wird, daß die Steuer- und Regelschaltung am Ausgang lic ein Signal abgibt, das die Transistoren und 15 stromführend macht, während gleichzeitig am Ausgang lld ein Signal abgegeben wird, das die Transistoren 14 und 16 sperrt, hat die Anordnung von Fig. 3 den in Fig. dargestellten Betriebszustand. Es fließt dann ein Strom von der Klemme 7c des Netzteils 7 über den Stromregeltransistor 8, die Diode 9 zum Brückeneckpunkt 2a, von dort über den stromführenden Transistor 13 durch die Feldspule und den stromführenden Transistor 15 zum Brückeneckpunkt 2b und von da schließlich über den Strommeßvviderstand nach Masse.

О О О 7 1 Q R 26.1.1982

LO О / I Ό О _₁₃- 59 799/17

Die in Fig« 3 eingezeichneten Pfeile entsprechen dem Betriebszustand von Fig. 2, d_# h. den Verhältnissen beim Übergang von dem zuvor geschilderten Schaltzustand in den entgegengesetzten Schaltzustand, also unmittelbar nr.ch dem Sperren der Transistoren 13; 15 und dem öffnen der Transistoren 14; 16.

Im Anfangszustand hält die Feldspule 1 einen Strom in der gleichen Richtung wie zuvor aufrecht; dieser Strom ist in Fig. 3 durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angedeutet« Dieser Strom fließt nunmehr von Masse über den Strommeßwi«derstand IO zum Brückeneckpunkt 2b und von da über die Diode 18, die Feldspule 1 und die Diode 20 zum Brückeneckpunkt 2a. Da dieser Strom infolge der Sperrwirkung der Diode 9 nicht zum Netzteil 7 zurückfließen kann, wird er vom Kondensator 12 aufgenommen, dessen Klemmenspannung sich in der zuvor geschilderten Weise erhöht» Wenn dieser Strom zu Null wird, kehrt sich die Stromrichtung um, und es fließt nunmehr der durch gestrichelte Pfeile angedeutete Strom vom Kondensator 12 zum Brückeneckpunkt 2a, von da durch den stromführenden Transistor 16, die Feldspule 1 und den stromführenden Transistor 14 zum Brückeneckpunkt 2b und schließlich über den Strommeßwiderstand 10 nach Masse.

Diese Vorgänge laufen in der gleichen Weise ab, wie sie zuvor für die mechanischen Schalter von Fig. 1 und 2 erläutert worden ist. Es ist somit zu erkennen, daß jeder der Transistoren 13; 14; 15; 16 von Fig, 3 mit der gegenpolig parallelgeschalteten Diode 17; 18; 19; 20 die gleiche Funktion wie der entsprechende mechanische Schalter von Fig. 1 und 2 erfüllt« Insbesondere ist auch bei der Anord-

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nung von Fig, 3 die Feldspule 1 mit dem Kondensator 12 während des Umschaltvorgangs zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet, der durch die Diode 9 vom Netzteil 7 abgetrennt ist.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 liegt die Feldspule 21 nicht in der Diagonale einer Brückenschaltung, sondern in Reihe mit dem Strommeßwiderstand 22 im Querzweig einer T-Schaltung 23 zwischen dem Schaltungspunkt 24 und Masse. In diesem Fall werden nur zwei Stellglieder benötigt, die in den beiden Längszweigen der T-Schaltung 23 liegen. In Fig. 4 ist angenommen, daß die Stellglieder, wie im Fall von Fig. 3, wieder durch Transistoren 25; 26 gebildet sind, wobei dem Kollektor-Emitterkreis jedes Transistors eine Diode 27 bzw» 28 gegenpolig parallelgeschaltet ist.

Diese Schaltung setzt voraus, daß das Netzteil 30, das an den Eingangsklemmen 30a; 30b wieder eine Wechselspannung empfängt, an seinen Ausgangsklemmen 30c und 3Od zwei in bezug auf Masse symmetrische Gleichspannungen abgibt. Die Ausgangsklemme 30c, welche die gegen Masse positive Spannung liefert, ist über eine Diode 31 mit dem Kollektor des Transistors 25 verbunden, dessen Emitter an den Schaltungspunkt 24 angeschlossen ist. Die die negative Spannung liefernde Ausgangsklemme 3Od ist über eine Diode 32 mit dem Emitter des Transistors 26 verbunden, dessen Kollektor mit dem Schaltungspunkt 24 verbunden ist«,

Am Verbindungspunkt zwischen der Diode 31 und dem Kollektor des Transistors 25 ist die eine Klemme eines Kondensators angeschlossen, dessen andere Klemme an Masse liegt. In entsprechender Weise ist am Verbindungspunkt zwischen der

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Diode 32 und dem Emitter des Transistors 26 die eine Klemme eines Kondensators 34 angeschlossen, dessen andere Klemme an Masse liegt» Oeder dieser beiden Kondensatoren hat eine Kapazität C, die in Abhängigkeit von der Induktivität L und dem Widerstand R der Feldspule 21 sowie von der gewünschten Umschaltzeit 4t in der zuvor beschriebenen Weise bemessen ist*

Der Betriebsablauf der Schaltung wird dur<-h die Steuer- und Regelschaltung ?5 gesteuert, die an ihrem Eingang 35a ein Taktsignal empfängt, das den Umschalttakt bestimmt· Der Eingang 35b empfängt den Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 22, der ein Maß für den über die Feldspule 21 fließenden Strom ist. Die Basis des Transistors 25 ist mit einem Ausgang 35c und die Basis des Transistors 26 mit einem Ausgang 35d der Steuer- und Regelschaltung 35 verbunden» Schließlich liefert ein Ausgang 35e der Steuer- und Regelschaltung 35 ein Steuersignal zum Spannungssteuereingang 3Oe des Netzteils 30.

Bei der dargestellten Anordnung ist kein besonderer Stromregeltransistor vorgesehen, sondern die beiden als Stellglieder dienenden Transistoren 25; 26 übernehmen zugleich die Funktion der Stromregelung, Die Steuer- und Regelschaltung 35 ist daher so ausgebildet, daß sie an ihren Ausgängen 35c; 35d Steuersignale liefert, die in Abhängigkeit von dem am Einga-©ng 35b anliegenden Signal den über den jeweils geöffneten Transistor 25 oder 26 fließenden Strom auf den gewünschten konstanten Wert regeln.

Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise:

3 7 19 5 «.i

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Beim einen Wert des am Eingang 35a anliegenden Taktsignals gibt die Steuer- und Regelschaltung 35 am Ausgang 35c ein Signal ab, das den Transistor 25 stromführend macht, während sie gleichzeitig am Ausgang 35d ein Signal abgibt, das den Transistor 26 sperrt« Demzufolge fließt ein Gleichstrom von der Ausgangsklemme 30c des Netzteils 30 über die Diode 31 und den geöffneten Transistor 25 zum Schaltungspunkt 24 und von da über die Feldspule 21 und den Strommeßwiderstand 22 nach Masse· Der Kondensator 33 ist dabei im wesentlichen auf die positive Spannung der Klemme 30c aufgeladen, abgesehen vom Spannungsabfall an der Diode 31»

Beim anderen Wert des Taktsignals wird der Transistor 2i gesperrt und der Transistor 26 geöffnet, so daß nunmehr ein Strom von Masse über den Strommeßwiderstand 22 und die Feldspule 21 zum Schaltungspunkt 24 fließt, von wo er über den geöffneten Transistor 26 und die Diode 32 zur Klemme 3Od des Netzteils 30 geht. Der Kondensator 34 ist dabei im wesentlichen auf die negative Spannung der Klemme 3Od aufgeladen, abgesehen vom Spannungsabfall an der Diode 32«

Es soll nun der Umschaltvorgang unmittelbar nach dem Sperren des Transistors 25 und dem Offnen des Transistors 26 betrachtet werden.

Vor der Auslösung des Umschaltvorgangs hat der Strom in der Feldspule 21 die Richtung, die durch den in voller Linie gezeichneten Pfeil angedeutet ist, also vom Schaltungspunkt 24 nach Masse» Nach dem Sperren des Transistors 25 hält die Feldspule 21 zunächst die Stromrichtung aufrecht, jedoch muß nunmehr dieser Strom vom Kondensator 34 geliefert werden· Es fließt daher ein Strom vom Kondensator 34 über

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die Diode 28 zum Schaltungspunkt 24, wie durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angedeutet ist. Die negative Klemmenspannung des Kondensators 34 nimmt daher dem Betrag nach zu, wodurch die Diode 32 in der Sperrrichtung vorgespannt wird. Wenn der Strom in der Feldspule 21 zu Null wird, kehrt sich die Stromrichtung um, und es fließt dann ein Strom in der durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Richtung von Masse durch den Strommeßwiderstand 22 und die Feldspule 21 zum Schaltungspunkt 24 und von da durch den geöffneten Transistor 26 zum Kondensator 34. Sobald die negative Klemmenspannung des Kondensators 34 dem Betrag nach gleich der Spannung an der Ausgangsklemme 3Od des Netzteils 30 wird, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung.

Es ist somit zu erkennen, daß während des Umcchaltvorgangs der Kondensator 34 mit der Feldspule 21 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist, in dem die gleichen Vorgänge ablaufen, wie sie zuvor für die Anordnung von Fig, I und 2 erläutert worden sind. Dieser Schwingkreis ist während des Umschaltvorgangs durch die Diode 32 vom Netzteil 30 getrennt.

Der Umschaltvorgang in den entgegengesetzten Schaltzustand ergibt sich unmittelbar aus der Symmetrie der Schaltung» Beim Sperren des Transistors 26 und dem öffnen des Transistors 25 fließt der Strom in der Feldspule 21 zunächst weiter in der durch den gestrichelten Pfeil angegebenen Richtung. Dieser Strom geht über die Diode 27 zum Kondensator 33, wodurch dessen positive Klemmenspannung erhöht wird, so daß die Diode 31 in der Sperrichtung vorgespannt wird. Beim Nulldurchgang des Stroms kehrt sich die Strom-

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richtung um, so daß ein Strom vom Kondensator 33 über den geöffneten Transistor 25 zum Schaltungspunkt 24 und von da in der entgegengesetzten Richtung durch die Feldspule 21 und den Strommeßwiderstand 22 nach Masse fließt. Sobald die Klemmenspannung des Kondensators 33 auf die Spannung an der Ausgangsklemme 30c gefallen ist, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung· Bei diesem Umschaltvorgang ist somit der Kondensator 33 mit der Feldspule 21 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet.

Auch bei der in Fig« 4 dargestellten Ausführungsform können die Stellglieder durch mechanische Schalter (z. B. Relaiskontakte) gebildet sein; in diesem Fall ist es jedoch erforderlich, in jedem Längszweig der T-Schaltung einen zusätzlichen Stromregeltransistor vorzusehen.

Ferner kann auch bei der Schaltung von Fig. 4 eine weitere Verkürzung der Umschaltzeit dadurch erreicht werden, daß die Ausgangsspannung des Netzteils während des Umschaltvorgangs vorübergehend erhöht wird« Dies geschieht durch das vom Ausgang 35e der Steuer- und Regelschaltung 35 zum Steuereingang 3Oe des Netzteils 30 gelieferte Steuersignal,

Anstelle von Transistoren können auch andere Halbleiterschaltungselemente als Stellglieder Verwendung finden. Soweit es sich um Schaltungselemente handelt, die den Strom nur in einer Richtung übertragen können, ist ihnen jeweils eine Diode mit entgegengesetzter Polung parallelzuschalten· Diese Dioden können getrennte Schaltungselemente sein; bei Transistoren oder Thyristoren, die mit Substratdioden ausgebildet sind, können die Substratdioden diese Funktion übernehmen.

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_ _lg _ _{59 799/17}

Bei allen dargestellten Ausführungsformen kann zwischen die Phasen mit gegenpoligem Magnetfeld eine feldfreie Phase eingelegt werden, indem jeweils nach dem Schließen der zuvor geöffneten Stellglieder die anderen StellgMeder durch die Steuer- und Regelschaltung erst nach einer Pause geöffnet werden.

Claims

Erfindungsanspruch

Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetisch-induktive Durchflußmessung mittels einer Feldspule, die über abwechselnd gesteuerte Stellglieder mit einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, gekennzeichnet dadurch, daß während der sich an die Umsteuerung der Stellglieder anschließenden Umschaltzeit ein Kondensator mit der Feldspule zu einem von der Gleichspannungsquelle getrennten Schwingkreis verbunden ist, und daß die Kapazität C des Kondensators in Abhängigkeit von der gewünschten Umschaltzeit dt im wesentlichen den Wert

hat, wobei L die Induktivität und R der ohmsche Widerstand der Feldspule sind.
2« Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Feldspule in der ersten Diagonale einer Brückenschaltung liegt, an deren zweite Diagonale die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und in deren vier Brücl'^nzweigen Stellglieder liegen, wobei die in einander diametral gegenüberliegenden Brückenzweigen liegenden Stellglieder paarweise abwechselnd stromführend gemacht und gesperrt werden, und daß der Kondensator parallel zu der zweiten Brückendiagonale geschaltet ist.
3 7 19 5 ^26119S2

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3· Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensators und der Gleichspannungsquelle ein Schaltglied eingefügt ist, das die Verbindung während der Umschaltzeit sperrt.
4* Anordnung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Schaltglied eine Diode ist.
5· Anordnung nach einem der Punkte 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensators und der Gleichspannungsquelle ein Stromregler eingefügt ist·
6« Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die eine Klemme der Feldspule über je ein Stellglied mit den beiden Ausgangsklemmen einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, die zwei zum Potential eines Bezugspunktes symmetrische Ausgangsspannungen liefert, daß die andere Klemme der Feldspule mit dem Bezugspunkt verbunden ist, und daß je ein Kondensator einerseits am Bezugspunkt und andererseits an der Verbindung zwischen einem Stellglied und der zugeordneten Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist«
7# Anordnung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Anschlußpunkt jedes Kondensators und der zugeordneten Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle ein Schaltglied eingefügt ist, das die Verbindung während der Umschaltzeit sperrt.

7 1 Q С 26,1.1982

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8* Anordnung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Schaltglied eine Diode ist.
9. Anordnung nach einem der Punkte б bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß in jede Verbindung zwischen der Feldspule und einer Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle ein Stromregler eingefügt ist.
10* Anordnung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Stromregler durch das entsprechende Stellglied gebildet ist«
11· Anordnung nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Stellglied durch einen mechanischen Kontakt gebildet ist.
12« Anordnung nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Stellglied durch ein steuerbares elektronisches Schaltglied gebildet ist.
13· Anordnung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß jedes elektronische Schaltglied durch ein nur in einer Richtung stromführendes steuerbares Schaltelement und eine gegenparallel geschaltete Diode gebildet ist.
14« Ano! Jnung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß das steuerbare Schaltelement ein Transistor ist.
15· Anordnung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß das steuerbare Schaltelement ein Thyristor ist.
16« Anordnung nach Punkt 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die gegenparallel geschaltete Diode eine Substratdiode ist.
17« Anordnung nach einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle während der Umschaltzeit erhöht wird.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen