DE1272011B - Vorrichtung zur UEbertragung von fuer industrielle Verfahrensablaeufe charakteristischen Signalen, insbesondere fuer magnetische Stroemungsmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIf

Deutsche Kl.: 42 e- 23/05

Nummer: 1272 011

Aktenzeichen: P 12 72 011.5-52 (F 35200)

Anmeldetag: 24. Oktober 1961

Auslegetag: 4. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von für industrielle Verfahrensabläufe charakteristischen Signalen, insbesondere für magnetische Strömungsmesser, die ein Gleichstromsignal erzeugt, welches einerseits von einem Wechselstrom-Meßsignal, das von einer auf eine Verfahrensgröße ansprechenden Meßeinrichtung erhalten wird, und andererseits von der Amplitude einer Speise-Wechselspannung für eine Einrichtung zur Messung eines Zustands abhängig ist, von welcher die Meßeinrichtung einen Teil bildet und welche beispielsweise aus einem magnetischen Strömungsmesserkopf bestehen kann, wobei das Wechselstrom-Meßsignal dem Eingangskreis eines Verstärkers zugeführt und das Gleichstromsignal vom Ausgangskreis dieses Verstärkers abgenommen wird und wobei ein Teil dieses Gleichstromsignals zur Regelung eines gegenpolig in Reihe mit dem Wechselstrom-Meßsignal an den Eingangskreis des Verstärkers angekoppelten Rückkopplungskreises verwendet wird.

Es sind bereits magnetische Strömungsmesser zur Messung der Durchflußmenge verschiedener Flüssigkeiten bekannt, die im allgemeinen einen Durchflußkopf aufweisen, in welchem Spulen zur Erzeugung eines starken magnetischen Wechselfelds im Flüssigkeitsstrom und zwei mit der Flüssigkeit in Kontakt stehende Elektroden zur Messung des durch die Bewegung der Flüssigkeit durch das Magnetfeld erzeugten elektrischen Signals angeordnet sind. Da dieses Signal äußerst schwach ist, ist weiterhin ein Verstärker vorgesehen, welcher das vom Durchflußkopf erzeugte Signal auf einen zum Betrieb eines Strömungsanzeigers oder -aufzeichners geeigneten Wert erhöht. Für diese Zwecke geeignete Registriergeräte weisen z. B. einen von einem Motor angetriebenen, über die Vorderseite eines bewegten Aufzeichnungsblatts fahrenden Stift auf, wobei in üblicher Weise Motor und Verstärker in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind.

Bei Verwendung einer derartigen Anordnung muß das Anzeige- oder Registriergerät in der Regel in der Nähe der zu messenden Flüssigkeit angeordnet werden, und zwar insbesondere deshalb, weil die Kapazität der Verbindungsleitungen zwischen dem Durchflußkopf und dem Verstärker bei Verwendung langer Kabel dem Durchflußkopf zu viel Strom entnimmt, was wegen der sehr hohen effektiven Innenimpedanz des Durchflußkopfs die Genauigkeit der Messung herabsetzt. Diese Verschlechterung der Genauigkeit macht sich besonders bei Flüssigkeiten mit niedriger Leitfähigkeit bemerkbar.

Bei vielen größeren industriellen Systemen zur Vorrichtung zur Übertragung
von für industrielle Verfahrensabläufe
charakteristischen Signalen, insbesondere
für magnetische Strömungsmesser

Anmelder:

The Foxboro Company,
Foxboro, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:
Dr. phil. G. Henkel

und Dr. rer. nat. W. D. Henkel, Patentanwälte,
8000 München 90, Eduard-Schmid-Str. 2

Als Erfinder benannt:

Robert Wilson Cushman, Sharon, Mass.;

Alfred Nazareth jun., Rehoboth, Mass.;

Wilfred Harned Howe,
Sharon, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1960
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Überwachung und Steuerung von Vorgängen, bei denen nicht nur Meß- und Steuereinrichtungen für die Durchflußmenge, sondern auch Vorrichtungen zum Messen und/oder Regeln des Flüssigkeitsstands usw. vorgesehen sind, ist es meistens von großem Vorteil, wenn alle Registrier- und Meßgeräte in einer Zentrale zusammengefaßt sind. Unter Berücksichtigung des Umfangs heutiger industrieller Anlagen ist es ersichtlich, daß sich derartige Zentralen normalerweise in einer größeren Entfernung von den Stellen befinden, an denen die Ausgangs-Meßsignale erzeugt werden, so daß Ferngeber für die den Ausgangs-Meßwerten entsprechenden, an die Zentrale zu übertragenden Signale vorgesehen werden müssen.
Die Signale sind vorzugsweise Gleichstromsignale, deren Höhe dem Wert des gemessenen Verfahrenszustands proportional ist. Bei einer Anzahl derartiger zur Zeit verwendeter Meßsysteme wird die Stärke des

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Gleichstrom vorteilhafterweise im Bereich von 10 bis Art verbesserten Übertrager zu schaffen, der ein mit 50 mA verändert, um eine Veränderung des gemes- Hilfe einer gewöhnlichen Doppelleitung über eine senen Verfahrenszustands über den ganzen Skalen- große Entfernung übertragbares Gleichstromsignal bereich anzuzeigen. Die Verwendung von Gleich- zu erzeugen vermag, das die tatsächliche Meßgröße Stromsignalen hat gegenüber der Verwendung von 5 unabhängig von Änderungen der Amplitude oder Wechselstromsignalen den Vorteil, daß störende Frequenz der Speisespannung wiedergibt. Streufeldeinflüsse und ähnliche Effekte auf ein Min- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

destmaß herabgesetzt werden. Weiterhin hat die Ver- löst, daß der Rückkopplungskreis ein Element aufwendung von Stromsignalen gegenüber Spannungs- weist, das einen elektrischen Verschiebestrom erzeugt, Signalen den Vorteil, daß mehrere Empfänger, wie io dessen Stärke ein Eingangskreis und dessen Richtung Aufzeichnungsgeräte, Regler u. dgl., ohne ins Ge- bezüglich zweier Ausgänge neben der Bewegungswicht fallende Beeinflussung der Signalstärke in die linie des Verschiebestromes ein zweiter Eingangsübertragungsleitung eingeschaltet werden können. kreis steuert, daß der eine Eingangskreis den vom Die Konstruktion derartiger Geber für magnetische Geber erzeugten Gleichstrom erhält und daß die Strömungsmesser bringt eine Anzahl von Schwierig- 15 Wechselspannungsquelle den anderen Eingangskreis keiten mit sich, die teilweise darauf beruhen, daß das speist.

vom Durchflußkopf abgegebene Signal eine Wechsel- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorspannung (normalerweise 60 Hz) äußerst niedriger richtung befinden sich die Ausgänge an gegenüber-Amplitude ist. Außerdem darf der Geber den Elek- liegenden Seiten der Bewegungslinie, ist die Wechseltroden des Durchflußkopfs keine merklichen Strom- 20 Spannungsquelle an einen eine Wicklung aufweisenstärken entnehmen, d. h., er muß eine sehr hohe Ein- den Eingangskreis des Elements angeschaltet, erzeugt gangsimpedanz besitzen. Bei herkömmlichen magne- dieser Kreis einen den Verschiebestrom zwischen den tischen Strömungsmessern wird diese hohe Eingangs- Ausgängen vor und zurück ablenkenden wechselnden impedanz im allgemeinen dadurch erreicht, daß dem Fluß, wobei die auf diese Weise erzeugte Wechselvom Durchflußkopf abgegebenen Signal eine Rück- 25 spannung praktisch um 180° gegenüber dem Wechsel-Wechselspannung gegengeschaltet wird, die beispiels- Stromsignal phasenverschoben ist. weise durch eine stellungsempfindliche Vorrichtung, Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der

wie einen Regeltransformator oder ein Schleif draht- Vorteil erzielt, daß bei größeren industriellen Systemen potentiometer, erzeugt wird, deren bewegliches EIe- zur Überwachung und Steuerung von Vorgängen, bei ment mit dem Registrierstift verbunden ist. Eine der- 30 denen Meß- und Steuereinrichtungen für z. B. die artige Anordnung zur Erzeugung einer Rück-Wechsel- Durchflußmenge vorgesehen sind, alle Registrier- und spannung ist jedoch für den vorliegenden Fall un- Meßgeräte in einer Zentrale zusammengefaßt werden geeignet, da der Geber ein elektrisches (Gleichstrom-) ' können, die sich in einer größeren Entfernung von Signal erzeugt und keinen Stift od. dgl. physikalisch den Stellen befinden kann, an denen die Ausgangsbewegt. 35 Meßsignale erzeugt werden, und daß Ferngeber für Weitere bei der Konstruktion derartiger Geräte die den Ausgangs-Meßwerten entsprechenden, an die auftretende Schwierigkeiten beruhen darauf, daß das Zentrale zu übertragenden Signale vorgesehen werden vom Durchflußkopf abgegebene Signal mit der Ampli- können.

tude oder Frequenz der Speisespannung schwankt. Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines

Schwankungen in der Amplitude der Speisespannung 40 Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Die Fig. la bewirken unmittelbar eine entsprechende Änderung und Ib ergeben, entlang der entsprechenden Schmalder Stärke des durch die Magnetspule fließenden seite zusammengesetzt, das Schaltschema dieses AusStroms, wodurch das in der strömenden Flüssigkeit führungsbeispiels.

aufgebaute Magnetfeld und damit die Amplitude der Der in der linken unteren Ecke von F i g. 1 a einüber den Elektroden erzeugten Spannung verändert 45 gezeichnete herkömmliche Durchflußkopf 10 besteht wird. aus einem von der zu messenden Flüssigkeit durch-

Eine Änderung der Frequenz der Speisespannung strömten Rohrstück 12 aus rostfreiem Stahl und zwei dagegen bewirkt eine Änderung der Impedanz der zu beiden Seiten des Rohrs angeordneten Magnet-Spulen des Durchflußkopfs und dadurch ebenfalls spulen 14 und 16, die in der Flüssigkeit ein magneeine Änderung der Amplitude des Stroms durch die 5° tisches Kraftfeld aufbauen. Diese Spulen sind über Spulen und der Höhe der über den Elektroden er- zwei Drähte 18 an eine 60-Hz-Wechselstromquelle 20 zeugten Spannung. Da sich der Ohmsche Widerstand angeschlossen. An diametral gegenüberliegenden der Spulen nicht ändert, verschiebt darüber hinaus Seiten des Rohrs sind in diesem zwei Elektroden 22 jede Änderung der Frequenz der Speisespannung das in Kontakt mit der Flüssigkeit angeordnet, welche die Verhältnis von induktivem Widerstand zu Ohmschem 55 durch die Bewegung der Flüssigkeit durch das Kraft-Widerstand und damit die Phasenlage des Spulen- feld in dieser erzeugte 60-Hz-Spannung aufnehmen Stroms und somit auch die Phasenlage der erzeugten und über die Leitungen 24 und 26 einem allgemein Spannung gegenüber der Phase der Speisespannung, mit 28 bezeichneten Verstärker zuführen, wodurch wiederum die Ausbildung einer dem vom Die Verstärkerleitungen 24 und 26 sind an die ab-

Durchfiußkopf abgegebenen Signal dauernd entgegen- 60 geglichenen Sekundärwicklungen 30 und 32 eines gesetzt gerichteten Rück-Wechselspannung kompli- Transformators 34 mit einem Kern 36 und zwei parziert wird. Ersichtlicherweise sollte also der Über- allelgeschalteten abgeglichenen Primärwicklungen 38 trager so gebaut sein, daß das von ihm abgegebene und 40 gelegt. Wie im folgenden noch genauer be-Stromsignal unabhängig von derartigen Schwankun- schrieben werden wird, wird den Primärwicklungen gen der Speisespannung jederzeit die tatsächliche 65 ein Wechselstromsignal aufgeprägt, das sich aus einer Durchflußmenge genau wiedergibt. negativen Gegenkomponente und einer »Nulleinstell«-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Komponente mit normalerweise konstanter Amplitude gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen dieser zusammensetzt. Diese Nulleinstell-Komponente be-

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findet sich in Phase mit dem vom Durchflußkopf 10 geschlossen. Parallel zum Widerstand 66 liegt ein

abgegebenen Signal und dient als künstliches Signal Nulleinstell-Potentiometer 70, während der Wider-

zur Einstellung der Stärke des vom Geber bei ruhen- stand 66 und die Drossel 68 durch einen Widerstand

der Flüssigkeit abgegebenen Gleichstromsignals. 72 und ein Abgleichpotentiometer 74 verbunden sind.

Die negative Rückkomponente in den Wicklungen 5 Die Parameter der einzelnen Schaltelemente sind so 30 und 32 ist sowohl dem Ausgangssignal des Durch- aufeinander abgestimmt, daß die der Stromquelle 20 flußkopfs 10 als auch der Nulleinstellkomponente durch diese Glieder (einschließlich der Spulen 54) konstanter Amplitude entgegengerichtet und gleicht entgegenwirkende Impedanz praktisch den gleichen diese praktisch gegeneinander ab, so daß dem Ver- Phasenwinkel hat wie die der Stromquelle durch die stärker 28 nur ein schwaches »Differenz«-Signal zu- io Magnetspulen 14 und 16 des Durchflußkopfs entgeführt wird. Wie später noch genauer beschrieben gegenwirkende Impedanz. Mit anderen Worten ist werden wird, wird dieses 60-Hz-Differenzsignal in also das Verhältnis von induktivem zu ohmschem den Kaskadenstufen des Verstärkers 28 verstärkt und Widerstand des magnetischen Erregerstromkreises einem allgemein mit 42 (Fig. 1 b) bezeichneten einschließlich Spulen54 im wesentlichen gleich dem phasenempfindlichen Detektor zugeführt, der ein ent- 15 Verhältnis von induktivem zu ohmschem Widerstand sprechendes Gleichstromsignal erzeugt, welches über der Durchflußkopf spulen 14 und 16.
eine Rückkopplungs-Regelvorrichtung 44 und eine Dies hat zur Folge, daß der durch die Spulen 54 Doppelleitung 46 einem ferngesteuerten Empfänger, fließende Strom in Phase mit dem durch die Spulen beispielsweise einem herkömmlichen Blattaufzeichner 14 und 16 des Durchflußkopfs fließenden Strom ist 48, einer entfernt gelegenen zentralen Regelstation 20 und dieses Verhältnis auch bei Frequenzänderungen zugeführt wird. der Stromquelle 20 erhalten bleibt. Außerdem sind

Die nachstehend erläuterte Rückkopplungswirkung sowohl die Ausgangsspannungen des Durchflußkopfs

gewährleistet, daß die Höhe des dem Aufzeichner 48 10 als auch die der Rückkopplungs-Regelvorrichtung

zugeführten Gleichstroms proportional der Amplitude 44 mit dem durch die entsprechenden Magnetspulen

des vom Durchflußkopf 10 erzeugten Wechselstrom- 25 fließenden Strom in Phase, da diese Spannungen in

signals ist, so daß die aufgezeichnete Kurve 50 die beiden Fällen in Abhängigkeit von einem magne-

gemessene Durchflußmenge der Flüssigkeit wieder- tischen Fluß erzeugt werden, der seinerseits durch

gibt. Gewünschtenfalls können je nach der für das den Spulenstrom selbst erzeugt wird. Aus diesem

jeweilige Verfahren erforderlichen Instrumentierung Grund ist die von der Vorrichtung 44 zwischen den

auch andere Empfangsgeräte, wie Durchflußregler, in 30 Klemmen 62 und 64 erzeugte Spannung mit der vom

Reihe mit dem Aufzeichner 48 geschaltet oder an Durchflußkopf 10 erzeugten Spannung in Phase und

dessen Stelle verwendet werden. ändert sich die Höhe dieser beiden Spannungen ent-

Die Rückkopplungs-Regelvorrichtung 44 ist ein sprechend etwaigen Schwankungen der Höhe der

magnetischer Wandler, der mit Hilfe einer noch zu Stromquellenspannung.

beschreibenden magnetischen Abweichschaltung ein 35 Bei manchen Strömungsmessern ist die vom ma-Wechselstrom-Rücksignal erzeugt, dessen Amplitude gnetischen Durchflußkopf erzeugte Spannung auf linear proportional zur Größe des vom Geber er- Grund von durch ein dickwandiges Metallrohrstück zeugten Gleichstromsignals ist. Zu diesem Zweck eingeführten Feldverzögerungseffekten nicht genau in weist die Vorrichtung 44 ein dünnes Halbleiterplätt- Phase mit dem Spulenstrom. In der Praxis beträgt die chen, wegen dessen geringer Empfindlichkeit gegen- 40 sich daraus ergebende Phasenabweichung nur einige über Temperaturschwankungen vorzugsweise aus In- Grad. Um jedoch auch auf diesem Effekt beruhende diumarsenit, auf, das in einem von zwei ober- bzw. geringfügige Fehler zu vermeiden, ist das erfindungsunterhalb der großflächigen ebenen Plättchenober- gemäße Gerät mit einer aus der Drossel 68 und dem flächen angeordneten Spulen erzeugten magnetischen Abgleichpotentiometer 74 bestehenden einstellbaren 60-Hz-Wechselfeld liegt. Das vom Geber erzeugte 45 Kompensationsschaltung versehen. Mit Hilfe dieses Stromsignal wird den Anschlüssen 56 und 58 an den Potentiometers läßt sich die Phase des durch die gegenüberliegenden Enden der Platte zugeführt und Spulen 54 fließenden Stroms um einen geringen Beerzeugt darin eine entsprechende Verschiebung der trag verschieben, um zu gewährleisten, daß die an elektrischen Ladung, d. h. einen Elektronenstrom. den Anschlüssen 62 und 64 erzeugte Spannung in

Bekanntlich lenkt das durch die Spulen 54 erzeugte 50 Phase mit der vom Durchflußkopf erzeugten Span-Magnetfeld die bewegten Ladungen je nach der Rieh- nung ist.

tung des magnetischen Flusses zur anderen Seite des Der Anschluß 64 der Rückkopplungs-Regelvorrich-Plättchens 52 ab. Da sich die Richtung des Magnet- tung 44 ist mit einem herkömmlichen »Entbrumm«- felds mit einer Frequenz von 60 Hz ändert, werden Kreis in Form einer mit den Magnetspulen 54 gedie bewegten Ladungen mit dieser Frequenz peri- 55 koppelten Wicklung 76 mit Mittelanzapfung verodisch vor und zurück, d. h. von einer zur anderen bunden, deren Enden durch ein Potentiometer verSeite abgelenkt. Diese periodische Ablenkung erzeugt bunden sind. Dieser Kreis führt in den Ausgangskreis gemäß den bekannten, gewöhnlich als »Hall-Effekt« der Vorrichtung 44 eine Abgleich-Wechselspannung bezeichneten Lehren der Elektrodynamik zwischen einstellbarer Größe ein, welche die durch das Magnetden seitlichen Anschlüssen 62 und 64 des Plättchens 60 feld der Spulen 54 in den Ausgangsleitungen indu-52 eine entsprechende Spannung von 60 Hz, deren zierte 90°-Verschiebungsspannung kompensiert.
Höhe linear proportional zur Größe des durch die Der Ausgangsstromkreis der Rückkopplungs-Regel-Endanschlüsse 56 und 58 des Plättchens fließenden vorrichtung 44 wird durch eine Verbindung zwischen Gleichstroms und ebenfalls linear proportional zur dem Mittelabgriff des Potentiometers 78 mit dem Größe des durch die Spulen 54 fließenden Stroms ist. 65 oberen Ende des Nulleinstell-Potentiometers 70 und

Die Magnetspulen 54 sind einerseits in Reihe mit durch eine Verbindung zwischen dem Mittelabgriff

einem Widerstand 66 und andererseits in Reihe mit dieses Potentiometers 70 mit einem Potentiometer 80

einer Drossel 68 an eine Wechselstromquelle 20 an- zur Einstellung der Größe des Meßbereichs ge-

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schlossen, dessen anderes Ende zum Anschluß 62 der Ausgang entsprechend, wobei diese Veränderung des Vorrichtung 44 zurückgeführt ist. Hierdurch wird das Rückkopplungssignals bestrebt ist, den Abfall im Meßbereich-Einstellpotentiometer 80 nicht nur durch echten und künstlichen Signal zu kompensieren, so die über den Anschlüssen 62 und 64 erzeugte daß der vom Geber erzeugte Gleichstrom im wesent-Wechselspanmmg, sondern auch durch die durch den 5 liehen konstant gehalten wird. Stromfluß in den Spulen 54 im Nulleinstell-Potentio- Wenn sich andererseits die Frequenz der Strommeter 70 hervorgebrachte Wechselspannung erregt. quelle 20 ändert, ändert sich auch der induktive Demzufolge stellt die über dem Potentiometer 80 er- Widerstand der Spulen 14 und 16 des Durchflußzeugte Spannung ein aus zwei Komponenten zu- kopfs, wodurch die Größe und Phase des durch diese sammengesetztes Signal dar, von denen die eine dem io Spulen fließenden Stroms und damit die Amplitude durch die Anschlüsse 56 und 58 der Vorrichtung 44 und die Phase des vom Durchflußkopf abgegebenen fließenden Gleichstrom und die andere der Einstellung Signals geändert werden. Diese Änderung der Fredes Nulleinstell-Potentiometers 70 proportional ist. quenz der Stromquelle erzeugt jedoch effektiv die

Ein Teil des über dem Potentiometer 80 zur Ein- gleiche proportionale Veränderung des induktiven stellung der Größe des Meßbereichs erzeugten zu- 15 Widerstands der Magnetspulen 54 der Rückkoppsammengesetzten Signals wird durch den beweglichen lungs-Regelvorrichtung 44, so daß sich die Amplitude Mittelabgriff dieses Potentiometers abgenommen und und Phase des durch diese Spulen und daher auch den Primärwicklungen 38 und 40 des Transformators durch den Widerstand 66 und das Nulleinstell-34 zugeführt. Ersichtlicherweise legt die Einstellung Potentiometer 70 fließenden Stroms in ähnlicher des Potentiometers 80 für einen vorgegebenen Aus- 20 Weise ändern. Demzufolge werden sowohl die gangs-Gleichstrom die Größe des negativen Gegen- Gegenkopplungskomponente als auch die künstliche signals fest und steuert hierdurch die schrittweise Signalkomponente in den Transformatorwicklungen Änderung des vom Geber erzeugten Signals für eine 38 und 40 hinsichtlich Amplitude und Phase im vorgegebene schrittweise Veränderung der Strömungs- gleichen Ausmaß geändert, wie das vom Durchflußgeschwindigkeit. Demzufolge kann der Geber durch 25 kopf 10 erzeugte Signal, so daß der vom Geber das Potentiometer 80 so eingestellt werden, daß er erzeugte Gleichstrom konstant bleibt, für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten jeweils Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei dieser

einen den ganzen Meßbereich ausnutzenden Strom Anordnung das 10-mA-Signal für die Strömung Null erzeugt. bei Änderungen der Leitungsspannung oder -frequenz

Ein auf die jeweilige Betriebsbedingung an- 30 praktisch konstant gehalten wird, wodurch sich besprechender Geber erzeugt vorzugsweise ein elek-_ sondere Regler, wie Zener-Dioden od. dgl., wie sie irisches Signal endlicher Größe, wenn der gemessene bei herkömmlichen Geräten mit fließendem NuIl-Zustand einen Minimalwert eines gewählten Bereichs, strom verwendet werden, erübrigen, beispielsweise Null, annimmt. Zu diesem Zweck ist Der Verstärker 28 ist im einzelnen wie folgt auf-

der hier beschriebene Geber so eingerichtet, daß er 35 gebaut: Die erste Verstärkerstufe besteht aus einem bei der Strömungsgeschwindigkeit Null einen Strom abgeglichenen Stromkreis mit zwei Transistoren 90 von 10 mA erzeugt und bei maximaler Strömungs- und 92, deren Basiselektroden über Kondensatoren geschwindigkeit in einem bestimmten, eingestellten 94 und 96 an die Verstärkereingänge 24 und 26 Meßbereich einen Strom von 50 mA erzeugt. angekoppelt sind. Die Emitterelektroden dieser Tran-

Genauer gesagt, ist die den Transformatorwick- 40 sistoren sind an die Basiselektroden von zwei weitelungen 38 und 40 vom Nullemstell-Potentiometer 70 ren Transistoren 98 und 100 angeschlossen, deren über das Meßbereich-Einstellpotentiometer 80 zu- Emitterelektroden wiederum über Widerstände 102 geführte Wechselspannungskomponente mit der nor- und 104 an Erde liegen, während die Kollektormalerweise vom Durchflußkopf 10 empfangenen elektroden an die Außenenden der in der Mitte an-Spannung in Phase, so daß diese Komponente ein 45 gezapften Primärwicklung 106 eines Transformators künstliches Eingangssignal für den Verstärker 28 108 angeschlossen sind.

erzeugt. Das Potentiometer 70 wird so eingestellt, Die Arbeitsspannung für die Kollektorelektroden

daß der vom Geber erzeugte Strom bei der Strö- der Transistoren 98 und 100 wird durch eine Vermungsgeschwindigkeit Null 10 mA beträgt. Bei Um- bindung zwischen der Mittelanzapfung 110 des Stellung des Meßbereichs des Instruments durch 50 Transformators 108 und einem aus zwei Wider-Verstellen des Potentiometers 80 ändert sich die ständen 112 und 114 bestehenden Spannungsteiler Amplitude der Nulleinstell-Komponente ent- zwischen einer positiven Sammelleitung 116 und sprechend, so daß die Geber-Ausgangsleistung auch Erde zur Verfügung gestellt, während die Arbeitsbei der neuen Einstellung immer noch 10 mA für Spannung für die Kollektorelektroden der Trandie Strömungsgeschwindigkeit Null beträgt. 55 sistoren 90 und 92 in ähnlicher Weise einerseits über

Ein wichtiger Vorteil der beschriebenen Rück- eine Verbindung zur gemeinsamen Klemme dieser kopplungs- und Hilfssignalanordnung besteht darin, Widerstände und andererseits über zwei an die daß die Geber-Ausgangsleistung durch Änderungen Basiselektroden dieser Transistoren angeschlossene in der Amplitude oder Frequenz der Stromquelle 20 Widerstände 118 und 120 geliefert wird. Zwischen nicht beeinflußt wird. Wenn die 60-Hz-Speise- 60 der Mittelanzapfung 110 und Erde ist ein Ableitspannung sinkt, verringert sich selbstverständlich das kondensator 121 eingeschaltet, vom Durchflußkopf erzeugte Signal entsprechend. Da Durch diese abgeglichene Verstärkeranordnung

der der Regelvorrichtung 44 zugeführte 60-Hz- wird der Einfluß von Streuspannungen, wie zirku-Speisestrom aber ebenfalls abnimmt, verringert sich lierenden Massenströmen, am Verstärkerausgang auch die über dem Potentiometer 70 erzeugte künst- 65 beträchtlich herabgesetzt. Außerdem erzeugt die liehe Signalkomponente entsprechend. Wegen der Anordnung von zwei Transistorpaaren, bei der die Abnahme der Stärke des Magnetfelds der Regelvor- Emitter des ersten Paares 90, 92 den gesamten richtung 44 verringert sich aber auch deren 60-Hz- Basisstrom für das zweite Paar 98,100 liefern, eine

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vorteilhafte hohe Verstärker-Eingangsimpedanz und gewährleistet dadurch einen verhältnismäßig geringen Abstrom vom Durchflußkopf 10.

Die parallelgeschalteten Sekundärwicklungen 122 und 124 des Transformators 108 sind einerseits mit der Basiselektrode eines Transistors 126 verbunden und liegen andererseits über einen einstellbaren Widerstand 128 und einen Kondensator 130 an Erde. Der Transistor 126 stellt die erste Stufe eines mehrstufigen, unabgeglichenen (einendigen) Verstärkers mit den in Emitterschaltung angeordneten Transistoren 132, 134,136 und 138 dar. Die erste, zweite und dritte Stufe sind mittels Dioden 140 und 142 aneinandergekoppelt, während die dritte und vierte Stufe unmittelbar aneinandergeschaltet sind. Die Kollektorelektroden der ersten vier Stufen beziehen ihre Arbeitsspannung von der positiven Sammelleitung 116 über die Widerstände 144, 146, 148 bzw. 150. Die Emitterelektroden der ersten und vierten Stufe sind über Widerstände 152 bzw. 154 an Erde gelegt, während die Emitterelektroden der zweiten und dritten Stufe unmittelbar an Erde liegen. Die Basiselektroden der zweiten und dritten Stufe sind über Widerstände 156 bzw. 158 an eine negative Sammelleitung 160 angeschlossen. Die Basiselektrode der vierten Stufe ist über einen negativen Rückkopplungskreis mit den Sekundärwicklungen des Transformators 108 verbunden, der einen parallel zu einem Kondensator 164 liegenden Reihenwiderstand 162 sowie den bereits erwähnten einstellbaren Widerstand 128 und den bereits erwähnten Kondensator 130 enthält. Die gemeinsame Klemme der Widerstände 128 und 162 ist über einen Widerstand 166 an die negative Sammelleitung 160 angeschlossen. Die Widerstände 166, 162 und 148 bilden einen Spannungsteiler, welcher der Basiselektrode des vierten Transistors 136 die notwendige Arbeitsspannung liefert. Der einen Teil des soeben beschriebenen negativen Rückkopplungskreises bildende einstellbare Widerstand dient zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers und ist bei 81 mechanisch mit dem Meßbereich-Einstellpotentiometer 80 gekoppelt, wodurch die Stabilität des gesamten Systems in den einzelnen Meßbereichen aufrechterhalten wird. Ein zweiter negativer Rückkopplungskreis ist zwischen dem Kollektor des Transistors 132 der zweiten Stufe über einen Kondensator 168 und einen Widerstand 170 und der Basis dieses Transistors ausgebildet und erhöht die Stabilität des Verstärkers, indem er die Hochfrequenz der durch den Verstärker gehenden Signale wirksam abschneidet.

Die vierte Transistorstufe 136 dient als Phasenschieber zur Einstellung der richtigen Phasenbeziehung zwischen dem verstärkten 60-Hz-Signal und der dem phasenempfindlichen Detektor 42 zugeführten 60-Hz-Erregerspannung. Genauer gesagt, haben die Kollektor- und die Emitterwiderstände 150 bzw.154 dieses Transistors gleiche Form und Größe und stellen daher in ihrer Wirkung eine geteilte Last dar, wobei das 60-Hz-Signal des Emitters um 180° gegenüber dem 60-Hz-Signal des Kollektors phasenverschoben ist.

Zwischen Kollektor und Emitter sind ein fester Widerstand 172, ein Potentiometer 174 und ein Kondensator 176 eingeschaltet, wobei der Potentiometerabgriff mit der einen Endklemme des Potentiometers verbunden ist. Hierdurch liegt die Phase des am Potentiometerabgriff erscheinenden 60-Hz-Signals zwischen den Phasen der am Kollektor und am Emitter auftretenden Signale und läßt sich diese Phase durch Verschieben des Abgriffs verändern.

Das am Potentiometer erscheinende Signal wird der Basis des Transistors 138 der fünften Stufe über einen Kondensator 178 zugeführt. Die Arbeitsspannung für diese Basiselektrode wird zwei zwischen der positiven Sammelleitung 116 und Erde eingeschalteten Widerständen 180 und 182 entnommen. Der Emitter dieses Transistors liegt über einen Widerstand 184 an Erde, während der Kollektor über die Primärwicklung 186 eines Transformators 188 an die positive Sammelleitung angeschlossen ist. Hierdurch erscheint das verstärkte 60-Hz-Signal an der in der Mitte angezapften Sekundärwicklung 190 dieses Transformators und wird von dort aus dem phasenempfindlichen Detektor 42 zugeführt.

Der phasenempfindliche Detektor 42 weist zwei Transistoren 192 und 194 auf, deren Basiselektroden an die entsprechenden Enden der Sekundärwicklung 190 angeschlossen sind.

Die Kollektorelektroden dieser Transistoren sind über entsprechende Sperrdioden 196 und 198 mit den Enden einer Sekundärwicklung 200 eines Krafttransformators 202 verbunden, dessen Mittelanzapfung 204 geerdet ist. Die Primärwicklung 206 dieses Transformators wird von der Stromquelle 20 mit 60 Hz Wechselstrom versorgt. Die Emitterelektroden der Transistoren 192 und 194 sind gemeinsam an die Mittelanzapfung 208 der Sekundärwicklung 190 angeschlossen und versorgen über einen Widerstand 210 die Rückkopplungs-Regelvorrichtung 44 und den Aufzeichner 48 mit Gleichstrom. Ein Ableitkondensator 212 dient zur Glättung des Stroms.

Wenn das an der Sekundärwicklung 190 auftretende Signal mit der Spannung an der Sekundärwicklung 200 in Phase ist, d. h. wenn die der Basiselektrode des Transistors 192 zugeführte Spannung gleichzeitig mit der dem Kollektor dieses Transistors zugeführten Spannung positiv wird, leiten beide Transistoren 192 und 194 das 60-Hz-Signal in abwechselnden Halbperioden. Die Größe der Leitfähigkeit ist proportional zur Amplitude des Signals an der Sekundärwicklung 190, und der resultierende Gleichstrom wird dem Aufzeichnungsgerät 48 über die Rückkopplungs-Regelvorrichtung 44 und die Übertragungsleitung 46 zugeführt.

Normalerweise bleibt die Phase des verstärkten 60-Hz-Signals an der Sekundärwicklung 190 unabhängig von Änderungen der Durchflußmenge der Flüssigkeit im Rohrabschnitt fest. Wenn jedoch das Signal an der Sekundärwicklung 190 beispielsweise durch Umkehrung des Flüssigkeitsstroms durch den Rohrabschnitt 12 versehentlich außer Phase in bezug auf die Spannung an der Sekundärwicklung 200 gerät, werden die Basiselektroden der Transistoren 192 und 194 positiv, wenn die entsprechenden Kollektorelektroden negativ werden, so daß die Transistoren nichtleitend werden. Diese Sperrwirkung gewährleistet, daß das System bei unbeabsichtigter Umkehrung der Phase des verstärkten 60-Hz-Signals instabil freigegeben wird.

Die positiven und negativen Sammelleitungen 116 und 160 werden von den Sekundärwicklungen 214 und 216 des Krafttransformators 202 über Gleichrichteranordnung mit Gleichstrom versorgt. Bei dieser Vollwellenanordnung sind die Enden der

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Sekundärwicklungen über Dioden 218, 220 und 222, an entsprechende, aus einer Reihendrossel 226, einem Reihenwiderstand 228 und den Parallelkondensatoren 230 und 232 bestehende Filter gelegt. Die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen liegen an Erde, während die Filterausgänge an die positiven bzw. negativen Sammelleitungen 116 und 160 angeschlossen sind.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Übertragung von für industrielle Verfahrensabläufe charakteristischen Signalen, insbesondere für magnetische Strömungsmessung, die ein Gleichstromsignal erzeugt, welches einerseits von einem Wechselstrom-Meßsignal, das von einer auf eine Verfahrensgröße ansprechenden Meßeinrichtung erhalten wird, und andererseits von der Amplitude einer Speise-Wechselspannung für eine Einrichtung zur Messung eines Zustande abhängig ist, von weleher die Meßeinrichtung einen Teil bildet und welche beispielsweise aus einem magnetischen Strömungsmesserkopf bestehen kann, wobei das Wechselstrom-Meßsignal dem Eingangskreis eines Verstärkers zugeführt und das Gleichstromsignal vom Ausgangskreis dieses Verstärkers abgenommen wird und wobei ein Teil dieses Gleichstromsignals zur Regelung eines gegenpolig in Reihe mit dem Wechselstrom-Meßsignal an den Eingangskreis des Verstärkers angekoppelten Rückkopplungskreis verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis (44) ein Element (52) aufweist, das einen elektrischen Verschiebestrom erzeugt, dessen Stärke ein Eingangskreis und dessen Richtung bezüglich zweier Ausgänge (62, 64) neben der Bewegungslinie des Verschiebestroms ein zweiter Eingangskreis steuert, daß der eine Eingangskreis den vom Geber erzeugten Gleichstrom erhält und daß die Wechselspannungsquelle (20) den anderen Eingangskreis speist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausgänge (62, 64) an gegenüberliegenden Seiten der Bewegungslinie befinden, die Wechselspannungsquelle (20) an einen eine Wicklung (54) aufweisenden Eingangskreis (54, 66, 68, 70, 72, 74, 76,78) des Elements (52) angeschaltet ist, der einen den Verschiebestrom zwischen den Ausgängen vor und zurück ablenkenden wechselnden Fluß erzeugt, und die auf diese Weise erzeugte Wechselspannung um praktisch 180° gegenüber dem Wechselstromsignal phasenverschoben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (52) aus einem Halbleitermaterial besteht und sich die Ausgänge (62, 64) an gegenüberliegenden Seiten desselben befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanz-Phasenwinkel der Wicklung (54) praktisch gleich dem Impedanz-Phasenwinkel der Magnetspule (14, 16) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Elements (52) eine in Reihe mit der Wicklung (54) liegende, eine dem Strom durch die Wicklung entsprechende Spannung hervorbringende Impedanz sowie ein Schaltungselement (70) aufweist, das mindestens einen Teil dieser Spannung dem Eingangskreis des Verstärkers (28) als NuIleinstell-Signal zuführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Elements (52) ein die Amplitude einer dem Verstärkereingang zugeführten Wechselspannung steuerndes Spannungseinstellmittel (74) zur Einstellung des Instrumenten-Meßbereichs sowie ein mit dem Spannungseinstellmittel zusammenarbeitendes zweites Schaltungselement (80) aufweist, welches die Amplitude des Nulleinstellsignals so einstellt, daß die Höhe des abgegebenen Gleichstroms unabhängig von Änderungen des Arbeitsbereichs konstant bleibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (52) den von einem phasenempfindlichen Mittel (42) abgegebenen Gleichstrom empfangende Eingänge (56, 58) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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