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Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit von Flüssigkeitsströmen
Es ist bekannt, die Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden oder halbleitenden
Flüssigkeit in einer Leitung auf elektrischem Wege auf Grund der Erscheinung zu
messen, daß in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden elektrischen Leiter eine
elektromotorische Kraft induziert wird, deren Grole der Bewegungsgeschwindigkeit
des Leiters proportiona. l ist.
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Bei einer bekannten, auf diesem Prinzip beruhenden Vorrichtung strömt
die Flüssigkeit durch eine Leitung, dessen Achse senkrecht zu den, Kraftlinien eines
homogenen Magnetfeldes angeordnet ist ; dabei sind an geeignet gewählten Stellen
in der Wand der Leitung Elektroden angeordnet, zwischen denen die Spannung gemessen
wird.
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Um den Einfluß einer Polarisation der Elektroden zu vermeiden, ist
es ferner bekannt, an Stelle eines konstanten Magnetfeldes ein magnetisches Wechselfeld
anzuwenden. Bei sojchen Vorrichtungen ist es erforderlich, besondere Maßnahmen zum
Ausgleich der im Meßkreis transformatorisch induzierten elektromotorischen Kraft
zu treffen, wol) ei es sich um die elektromotorische Kraft handelt, die vom Wechselfeld
im Meßkreis induziert wird, auch wenn die Fliissigkeit in Ruhe ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bei der dieserAusgleich
in einfacher Weise erzielt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, bei der gleichzeitig
erreicht wird, dal3 die gemessenen Spannungen von Feldänderungen oder von Frequenzänderungen
des Erregungsstromes des Magnetkreises unabhängig sind.
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Nach der Erfindung wird bei einer Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit
von Flüssigkeitsströmen mit einer Leitung, die von der Flüssigkeit durchflossen
wird, und Organen zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes quer zur Achse der
Leitung und mit Mitteln zum Messen der elektromotorischen Kra, ft, die infolge der
Bewegung der Flüssigkeit im Magnetfeld zwischen zwei in der Leitung angebrachten
Elektroden entsteht, an der Stelle der Elektroden zusätzlich eine mit dem Feld gekoppelte
Spule angebracht, der eine elektromotorische Kraft entnommen wird, die mit der zwischen
den Elektroden erzeugten Meßspannung kombiniert wird.
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Dies kann je nach dem gewünschten Effekt auf verschiedene Weise erfolgen.
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Die im Meßkreis transformatorisch induzierte elektromotorische Kraft
ist gegenüber der elektromotorischen Kraft, die infolge der Bewegung der Fiüssigkeit
zwischen den Elektroden erzeugt wird, um 90° phasenverschoben. Dies gilt bei richtiger
An # ordnung der erwähnten Spule auch für die elektromotorische Kraft, die in dieser
Spule induziert wird und nicht von der Flüssigkeitsstromung abhängig ist.
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Wenn nach der Erfindung die der Hilfsspule entuommene Spannung in
einem phasena. bhän. gigen Demodulator mit der Meßspannung derart kombiniert wird,
la13 nur die Komponente der letzteren 90°-Phasenverschiebung gegen die Spannung
in der Hilfsspule zeigt, so wird am Ausgang des Demodulators eine Gleichspannung
erzielt, die nur von der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und der Feldstärke
abhängig ist.
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Die der Hilfsspule entnommene Spannung kann gteichzeitig zum Ausgleich
des Einflusses von An (lerungen der Feldstärke benutzt werden. Zu diesem Zweck kann
diese Spannung einem integrierenden Netzwerk zugeführt werden, so daß eine Vergleich-Spannung
entsteht. Das Verhältnis zwischen dieser Spannung und der Meßspannung ergibt die
Flüssigkeitsgeschwindigkeit unabhängig von der Stärke und der Frequenz des Magnetfeldes.
Die Spannungen werden vorzugsweise verstärkt und dann gleichgerichtet.
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Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer Flüssigkeitsleitung 1 mit einem
Magnetsystem 2, durch das ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird.
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Der Kreis 2 besteht aus lamelliertem Eisen oder aus einem nahezu
nichtleitenden ferromagnetischen Werkstoff und trägt eine Erregerwicklung.
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Der reis kann auch aus einem permanentmagnetischen und nahezu nichtleitenden
Material bestehen und ist derart magnetisiert, daß an einander diametral gegeniitaerliegenden
Punkten a, m Innenumfang des Ringes ungleichnamige Pole entstehen. Der Kraftlinienvertauf
ist durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Dem Ring2 wird dann auf mechanischem Wege eine Drehbewegung um seine
Achse gegeben. Die Magnetisierung kinn derart sein. daß das Feld an der Stelle des
() uerschnitts der Leitung nahezu homogen ist.
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An einander diametral gegenüberliegenden Punkten der Leitung befinden
sich an der Stelle des Alagnetfeides zwei Elektroden 3, 3'. Durch das magnetische
\R'echsel-oder Drehfeld wird I) ei strömender Ftüssigkeit zwischen diesen Elektroden
eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz durch die Drehgeschwindigkeit des Magneten
oder durch die Frequenz des furregerstromes bedingt wird. Die Größe ist von der
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und von der Feldstärke, jedoch nicht von
der Frequenz des Wechsetfetdes abhängig.
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Nach der Erfindung sind nel) en der Leitung an nahezu diametral einander
gegenüberliegenden Punkten pleine Spulen 4. 4'angeordnet, deren Achscu nahezu senkrecht
zur Achse der Leitung stehen. Durch das I) reh- oder Wechselfeld wird in diesen
Spulen eine Spannung induziert, die von der Feldstärke und von der Frequenz des
Wechselfeldes abhängig ist. Die Meßspannung wird im Verstärker 5 und die in den
Sputen 4. 4'induzierte Spannung wird im Verstärker 15 verstärkt. Es ist auch moglich,
nur eine Spule zn @ verwenden.
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Die Meßspannung hat ihren Höchstwert, wenn die \ erbindungslinie
der Elektroden senkrecht zu den Kraftlinien gerichtet ist. Die Spulen sind, wenigstens
wenn das Feld ein Drehfeld ist, am Umfang 11111 90' gegenüber den Elektroden verschoben.
Bei Verwendung eines Wechselfeldes braucht dieser Wert nicht genau innegehalten
zu werden. Die in den Spulen induzierte elektromotorische Kraft hat im erwähnten
Augenblick gerade ihren Minimatwert, mit anderen NN'orten, zwischen beiden Spannungen
besteht ein Phaselltlnterschied von 90°. Eine im Meßkreis transformatorisch erzeugte
elektromotorische Kraft ist im allgemeinen gleichfalls um etwa 90° gegenüber der
Meßspannung phasenverschoben. Dieser Umstand wird benutzt, um die transformatorisch
erzeugte EMK zu Inseitigen.
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Die verstärkten Spannungen werden über Transformatoren 6 und 11 dem
Demodulator7 zugeführt, der vier Gleichrichter besitzt. Diesem Demodulator wird
in bekannter Weise eine Gleichspannung entnommen, die am Widerstand 8 auftritt und
mit dem Meßinstrument 9 gemessen werden kann. Die Größe dieser Gleichspannung ist
unabhängig von der Größe der im Meßkreis transformatorisch erzeugten elektromotorischen
Kraft, die mit der in den Spulen 4, 4'induzierten elektromotorischen Kraft gleichphasig
ist, und hängt daher, wenn die Spulen auf richtige Weise gegenüber den Elektroden
angeordnet sind, ausschließlich von der infolge der Bewegung der Flüssigkeit zwischen
den Elektroden 3, 3'erzeugten Spannung ah.
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Die Anzeige des Meßinstrumentes ist bei der RTorrichtung nach Fig.
1 von der Feldstärke abbangig.
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Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der dies nicht der Fall ist. Bei
dieser Vorrichtung wird die in der Spule 4 induzierte Spannung einem Verstärker
15 und danacheinemintegrierendenNetzwerkzugeführt, welches hier als Kombination
eines Reihenwidcr standes 10 und eines Parallelkolldensators 16 dargstellt ist.
Statt dessen kann auch ein frequenzabhän giger gegengekoppelter Verstärker verwendet
wer (len.
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Die am Kondensator 16 auftretende Spannung ist dabei von der Frequenz
der Wechseispannung nahez.) unabhängig. Diese Spannung wird mittels einer Grätz
schaltung 12 gleichgerichtet. Die im Verstärker 5 ver stärkte Meßspannung wird einem
Gleichrichter 13 in Grätzschaitung zugeführt. Die beiden gleichgerich teten Spannungen
werden in der Vorrichtung 14 miteinander verglichen, und ihr Verhältnis wird vom
Instrument 9 angezeigt, das die Flüssigkeitsgeschwindigkeit unabhängig von der Stärke
und den Frequenz änderungen des Magnetfeldes angibt.