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Zählvorrichtung für einen elektromagnetischen Durchflußmesser Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zählvorrichtung für einen elektromagnetischen Durchflußmesser,
bei welchem eine der Meßspannung entgegengesetzt gerichtete Kompensationsspannung
durch einen Generator erzeugt wird und eine verstärkte Differenzspannung zwischen
Meß- und Kompensationsspannung zur Steuerung eines Motors dient, durch welchen die
Differenzspannung gegen Null gebracht wird.
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Bei der Durchflußmessung nach dem elektromagnetischen Meßprinzip,
das auf dem Induktionsgesetz von Faraday beruht, strömt die zu messende Flüssigkeit
durch ein senkrecht zur Strömungsrichtung herrschendes magnetisches Wechselfeld,
und an feststehenden Elektroden wird eine der Strömungsgeschwindigkeit und Feldstärke
proportionale Wechselspannung abgegriffen.
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Im allgemeinen reicht aber die von der Meßspannungsquelle her zur
Verfügung stehende Leistung nicht zur Registrierung oder Zählung aus, so daß man
sie zunächst verstärken muß. Zur Vermeidung von Linearitätsfehlern bedient man sich
hierbei meist eines Kompensationsverfahrens, d. h., man erzeugt eine der Meßspannung
entgegengesetzt gerichtete, gleich große Spannung, schaltet diese der Meßspannung
entgegen und steuert mit der Differenz zwischen Meß- und Gegenspannung über einen
Verstärker die Kompensationsspannung so, daß die Differenz möglichst klein wird.
Der Verstärkerausgang liefert hierbei eine für die Anzeigevorrichtung ausreichende
Leistung. Zu diesem Zweck wird z. B. der Ausgangsstrom des Verstärkers einem Motor
zugeführt, der die Spannungsdifferenz zwischen der Meßspannung und der an einem
Spannungsteiler, dessen Stellung angezeigt wird, abgegriffenen Kompensationsspannung
durch Verstellen des Spannungsteilers auf Null abgleicht.
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Diese Vorrichtungen eignen sich direkt nur zur Anzeige der Meßgröße
nicht aber zur Zählung. Zur Integration müssen zusätzliche Einrichtungen wie Abtastzählwerke
oder Stromzähler herangezogen werden. Die nicht unbeträchtlichen Fehler dieser Zähler
können sich zu den übrigen Fehlern der Meßanlage noch addieren, so daß die Mengenzählung
nicht die den Aufwand entsprechende Genauigkeit erreicht.
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Weiterhin ist eine Vorrichtung zur elektrischen Integration von Meßgrößen
nach dem Wirbelstromprinzip bekannt, bei welchem die Antriebsgeschwindigkeit eines
mechanischen Zählwerkes durch Verändern der Lage von zwei Wirbelstromankern gegenüber
gehäusefest angeordneten Magneten von der Meßgröße geändert wird. Dieser Vorrichtung
haftet der Nachteil an, daß die zur Verschiebung der Magnete erforderliche Leistung
von der Meßgröße aufgebracht werden muß.
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Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile setzt nunmehr die Erfindung
bei der eingangs angegebenen Zählvorrichtung für einen elektromagnetischen Durchflußmesser
ein. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die von dem Generator erzeugte
Kompensationsspannung von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängig gemacht ist
und die Umdrehungen des Motors in an sich bekannter Weise zur Anzeige der integrierten
Durchflußmenge durch ein Zählwerk erfaßt werden.
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Die Kompensationsspannung wird beispielsweise hierbei mittels Schleifringen
von den Enden einer zylinderförmigen Trommel abgegriffen, deren Mantel vom Motor
durch einen Luftspalt eines wechselspannungserregten Magnetjoches gedreht wird.
Um ein Kurzschließen der erzeugten Gegenspannung in den Teilen der Trommel, die
im Moment nicht im Luftspalt des Magneten stehen, zu verhindern, muß das Magnetfeld
genau wie im Durchfiußgeber eine genügende Breite und Länge haben. Die Breite des
Magnetfeldes kann schließlich soweit gesteigert werden, daß es den ganzen Trommelumfang
bedeckt.
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Die hierbei erzielte Gegenspannung hat wie die Meßspannung des magnetischen
Durchflußgebers eine Phasenverschiebung von 900 gegen die erregende Spannung. Die
Feldstärke ist wiederum wie beim Durchfiußgeber proportional der Erregerspannung,
so daß Spannungsschwankungen keinen Einfluß auf die Messung haben, wenn beide Erregerspannungen
aus demselben Netz entnommen werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der drehzahlabhängigen Kompensationsspannung
bietet ein Kollektorgenerator, der bei Erregung mit Wechsel-
spannung
an den Stromabnehmern ebenfalls eine drehzahlabhängige Wechselspannung abgibt, deren
Frequenz der Erregerfrequenz entspricht. Hierbei ist die Phasenlage allerdings nicht
der des Gebers gleich, doch kann eine Phasenverschiebung bei den in Frage kommenden
kleinen Spannungen und Leistungen ohne Schwierigkeit im erforderiichen Maße verwirklicht
werden.
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Weiterhin können Induktionsgeneratoren zur Gegenspannungserzeugung
verwendet werden. Diese Generatoren sind wie Einphasen-Induktionsmotoren mit Hilfswicklung
(Steuerwicklung) aufgebaut. Wird die Hauptwicklung (Erregerwicklung) mit Wechselspannung
erregt, so entsteht an der Hilfs-(Steuer-) Wicklung eine von Drehzahl und Erregung
abhängige Wechselspannung mit der Frequenz der Erregung.
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Der Rotor eines solchen Induktionsgenerators kann sowohl als Kurzschlußläufer
wie auch als Wirbelstromläufer ausgebildet sein. Auch gekuppelte Einheiten, wie
z. B. steuerbare Induktionsmotore mit angebautem als Induktionsgenerator ausgeführtem
Tachogenerator können Verwendung finden. Dabei kann außer der bekannten Vereinigung
der Welle für Motor- und Generatorteil auch noch der Läufer und/oder die Erregerwicklung
beider Teile vereinigt werden.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist es in einfacher Weise möglich,
neben der Zählvorrichtung eine Anzeigevorrichtung vorzusehen, indem man die Generatorspannung
anzeigt oder mit der Motorwelle z. 3. ein Wirbelstrom- oder Fliehkrafttachometer
kuppelt.
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Die Ein- bzw. Umschaltung des Meßbereiches kann mit Hilfe eines ohmschen
Spannungsteilers erfolgen. Weiterhin erlaubt die Zählvorrichtung Kombinationen mitVorwahlkontakten
und umschaltbaren Zählwerken, sowie den Einbau von Impulskontakten zur Fernzählung.
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Die Erfindung ist an Hand eines in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Die zu messende Flüssigkeit in einem Rohr 1 strömt durch ein senkrecht
zur Strömungsrichtung bestehendes Wechselmagnetfeld2. An Elektroden3 wird eine der
Strömungsgeschwindigkeit - proportionale Meßwechselspannung UM abgegriffen. Ein
Motor 4 treibt eine mit der Motorwelle 5 starr verbundene Trommel 6 an, die um einen
radialmagnetisierten Magnetkern 7 gedreht wird. Durch einen magnetischen Rückschluß
8 wird der magnetische Fluß durch die Trommel verstärkt. Die Magnetspule 9 wird
vornehmlich wie der Erregermagnet des Feldes 2 von der Netzspannung gespeist. Die
in der Trommel infolge ihrer Drehung im Magnetfeld induzierte Spannung wird mittels
Schleifringen 10 abgegriffen und einem festen oder zur Meßbereichswahl umschaltbaren
Spannungsteiler 11 zugeführt, an dem die Kompensationsspannung UK abgegriffen wird.
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Die Differenz zwischen Meß- und Kompensationsspannung wird mittels
eines Verstärkers 12 verstärkt und dem Motor 4 zugeführt, der damit auf eine solche
Drehgeschwindigkeit gesteuert wird, daß Meß- und Kompensationsspannung übereinstimmen.
Die Drehzahl des Motors wird mittels eines mit der Motorwelle gekuppelten Zählwerkes
13 erfaßt, das bei entsprechender Eichung die integrierte Durchflußmenge
anzeigt.
Eine Anzeige der momentanen Durchfluß-. werte kann durch einen zu. m Spannungsteiler
11 parallelgeschalteten Spannungsmesser 14 erfolgen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darein, den Meßwert primär
durch eine Zählung erfassen zu können. Die DrehgeschEwindigkeit bzw. Drehzahl des
Motors bestimmt gleichzeitig Kompensationsspannung und Zählergebnis unter Einsparung
zusätzlicher Umwandlungsvorrichtungen, wie sie etwa Abtastzähler oder Stromzähler
verlangen würden.
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Im Falle der elektromagnetischen Durchflußmessung bietet die beschriebene
Anordnung noch den besonderen Vorzug, daß Meß- und Kompensationsspannung nach dem
gleichen physikalischen Gesetz der Spannungsinduktion in bewegten Leitern gewonnen
wird, womit auch theoretische Anforderungen an höchste Genauigkeit erfüllt sind.