DE1473041B2 - Magnetischer Strömungsmesser insbesondere für dielektrische Flüssigkeiten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen magnetischen det werden kann, bei denen nur sehr schwache

Strömungsmesser insbesondere für dielektrische Signale auftreten.

Flüssigkeiten, der mit einer Magnetanordnung zur Der magnetische Strömungsmesser gemäß der vorErzeugung eines im wesentlichen gleichförmigen liegenden Erfindung läßt sich natürlich auch zum magnetischen Wechselfeldes innerhalb eines von der 5 Messen der Strömung von elektrisch leitenden Flüs-Flüssigkeit durchflossenen Rohres und mit minde- sigkeiten verwenden, wird aber vor allem, wie erstens zwei flächigen Meßelektroden und mit einer wähnt, zum Messen von nichtleitenden oder sehr das Rohr umschließenden Abschirmung innerhalb schwach leitenden Flüssigkeiten eingesetzt. Nichtder Magnetanordnung ausgestattet ist. . homogene Flüssigkeiten wie Aufschlämmungen kön-

Strömungsmesser der genannten Art für elektrisch io nen gleichfalls, mit. dem erfindungsgemäßen Strö-

leitende Flüssigkeiten sind bereits bekannt, beispiels- mungsmesser gemessen werden, der darüber hinaus

weise nach der deutschen Patentschrift 937 560. Bei auch linear anspricht.

dieser bekannten Vorrichtung sind die das Magnet- Das durch das Magnetfeld in der Strömung in-

feld erzeugenden Spulen in möglichst großem Ab- duzierte elektrische Feld erzeugt in der Flüssigkeit

stand von den abgeschirmten Meßelektroden ange- 15 Polarisationsströme, die zur Betätigung eines entspre-

ordnet und ebenfalls mit einer zusätzlichen Abschir- chend empfindlichen elektronischen Spannungsdetek-

mung versehen. Durch diese Anordnung und die tors ausreichen.

Abschirmungen gelingt es zwar, die kapazitiven Da der erfindungsgemäße Strömungsmesser ins-Einwirkungen der das . Magnetfeld erzeugenden besondere zum Messen der Strömung von dielek-Ströme auf die Meßelektroden zu vermeiden, dieser 20 irischen und sehr schwach leitenden Flüssigkeiten bekannte Strömungsmesser konnte jedoch bisher nicht bestimmt ist, erzeugt das Gerät als elektrischer Genemit Erfolg zum Messen von sehr schwach leitenden rator nur eine sehr kleine Nutzleistung. Die Meß-Flüssigkeiten eingesetzt werden, da die Stromver- elektroden müssen daher über eine verhältnismäßig luste im Verhältnis zu der geringen Signalspannung, breite Fläche angeordnet werden, um vom Ausdie auf Grund der Polarisation einer nicht leitenden 25 gang des zugeordneten elektrischen Netzwerkes die Flüssigkeit auftritt, zu groß sind. Zu diesen Flüssig- größtmögliche Nutzleistung zu erhalten,
keiten gehören beispielsweise tiefgekühlte Treibstoffe, Damit nun die Meßelektroden einerseits eine breite wie flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff, . Fläche bestreichen und andererseits Wirbelstromversowie nahezu alle Arten von Erdölprodukten und luste vermieden und vor allem jegliche Störeinwireine große Anzahl von Chemikalien in flüssigem 30 kung auf das magnetische Wechselfeld verringert Zustand und in nichtionisierenden Lösungen. Bei werden, bestehen die Meßelektroden vorteilhaftereinem aus der USA,-Patentschrift 2 733 604 bekann- weise aus einer Anzahl von an einer Sammelschiene ten magnetischen Durchflußmesser sind neben den sitzenden Elektrodenelementen, die im Abstand vonflächigen Meßelektroden, und zwar in Strömungs- einander angeordnet und gegeneinander isoliert sind, richtung davor und dahinter, Schirmelektroden in 35 Das im Strömungsmesser verwendete Rohr weist der gleichen Ebene angeordnet, die auf gleichem einen runden Querschnitt auf, und dementsprechend Potential gehalten werden wie die Meßelektroden. sind die Meßelektroden gekrümmt ausgebildet, um Dadurch werden Kurzschlußeffekte in den Rand- sich eng an die Außenfläche des Rohres anschmiegen gebieten der Meßelektroden beseitigt, die zu merk- zu können.

liehen Signalschwächungen führen können. Diese 40 Die Schirmelektroden und die Masseelektrode

Maßnahme reicht jedoch nicht aus, um die Empfind- bestehen ähnlich wie die Meßelektroden aus einer

lichkeit des Strömungsmessers auf das für dielektri- Anzahl von an einer Sammelschiene sitzenden Elek-

sche Meßmedien erforderliche Maß zu steigern. trodenelementen, die im Abstand voneinander an-

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe geordnet sind und gegeneinander isoliert sind,
zugrunde, einen Strömungsmesser der eingangs ge- 45 Auch hier werden durch diese Anordnung nannten Art zu schaffen, der nicht nur für leitfähige, wiederum Wirbelstromverluste vermieden und Einsondern auch für dielektrische Flüssigkeiten geeig- Wirkungen auf das magnetische'Wechselfeld verringert. net ist. Bei der besonderen Ausbildung enthält die dem

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Strömungsmesser zugeordnete elektrische Schaltung löst, daß zwischen jeder der beiden flächigen Meß- 50 eine Verstärkereinrichtuhg, deren Eingang mit den elektroden und der an Masse angeschlossenen äuße- Meßelektroden verbunden ist, während der Ausgang ren Abschirmung in Abstand und isoliert zu diesen der Verstärkereinrichtung mit einem phasenabhängibeiden Teilen je eine Schirmelektrode mindestens gen Detektor in Verbindung steht, der mit einer Angleicher Flächengröße wie die der zugehörigen Meß-~ Zeigevorrichtung einerseits und andererseits mit einer

elektroden angeordnet ist, deren Potential während 55 den Detektor steuernden magnetischen Abtastvorder Messung stets etwas höher gehalten, wird als.das richtung verbunden ist, die im Magnetfeld angeordnet der zugehörigen Meßelektrode. ' ; ist. In der elektrischen Schaltung kann eine Rück-

Bei dieser Anordnung tritt an der Außenfläche kopplungsschaltung'vorgesehen werden, um das ge-

der Meßelektroden praktisch keine elektrische Feld- wünschte Signal an. die Schirmelektroden anzulegen,

stärke auf. Die Meßelektroden sind also gegen äußere 60· Diese Rückkopplungsschaltung liegt am Ausgang der

Einwirkungen sowie gegen das Erdpotential abge- Verstärkereinrichtung.

schirmt und weisen nur eine geringe kapazitive Be- Die in Form einer magnetischen Schleife ausgebil-

lastung auf. dete Abtasteinrichtung kann einer weiteren Rück-

Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Strö- kopplungseinrichtung zugeordnet sein und steuert

mungsmessers hat den Vorteil, daß die Stromver- 65 diese, um die im Eingangsmeßkreis transformatorisch

luste der Meßelektrode und deren kapazitive BeIa- induzierte Störspannung zu kompensieren,

stung so weit verringert werden, daß der Strömungs- Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von

messer auch für dielektrische Flüssigkeiten verwen- Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt

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F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Rohr- effektes die Randbedingung, so daß der Magnetleitung mit dem erfindungsgemäßen Strömungs- fluß praktisch vom Gehäuse begrenzt wird,
messer, Das Gehäuse 30 besteht daher aus einem leitenden

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Strömungs- und/oder magnetischen Werkstoff. In das Gehäuse

messer längs Linie 2-2 in Fig. 1, 5 30 ist ein zylindrischer Körper 37 aus magnetischem

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Strömungs- Werkstoff eingepaßt. Beispielsweise kann der Zylin-

messer gemäß Fig. 1, der 37 aus Eisenpulver bestehen, das bekanntlich

F i g. 4 schematisch die Anordnung der Meßelek- eine hohe Permeabilität besitzt. Im Inneren des Zy-

troden auf der Außenseite des von der Flüssigkeit linders 37 ist die Erregerwicklung 40 angeordnet. Wie

durchströmten Rohres; . io F i g. 2 zeigt, besteht diese Wicklung aus einer An-

F i g. 5 schematisch die Anordnung der Schirm- zähl einzelner Drähte, die parallel zum Rohr und an elektroden auf einem Teil des das Rohr umgeben- den entgegengesetzten Enden der Wicklung quer zur den Isolierkörpers; . Längsachse der Anordnung verlaufen (Fig. 3). Wie .. Fig. 6 schematisch die Anordnung der Masse- aus der in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Wickelektrode auf einem weiteren das Leitungsrohr um- 15 lung ersichtlich, weist diese Wicklung eine untergebenden Isolierkörper, . schiedliche Dicke auf, wobei ihre größte Dicke in

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie7-7 in Fig. 3, der waagerechten Mittelebene der Anordnung und

/ F i g. 8 schematisch die relative Zuordnung der ihre kleinste Dicke entlang einer Senkrechten ver-

Meß-und Schirmelektrodensowie der Masseelektrode, läuft. Genauer ausgedrückt, die Dicke der Wicklung

.FFg. 9 schematisch die Zuordnung der Meß- und 20 nimmt allmählich so weit ab,; bis sie entlang der

Schirmelektroden sowie der Masseelektrode bei einem zuvor erwähnten Senkrechten praktisch Null ist.

Zweiphasenströmungsmesser,·'■- . Diese besondere Ausbildung der Wicklung ist an

Fig. 10 den Aufbau einer in einem Zweiphasen- sich bekannt. Durch diese spezielle Ausbildung er-

strSmungsmesser verwendeten Magnetspule, gibt sich in dem in der Mitte der Anordnung vor-

: Fig. 11 schematisch die Zuordnung der Meß- 25 gesehenen Rohr ein im wesentlichen gleichförmiges

und Schirmelektroden sowie der Masseelektrode bei Magnetfeld. ν ^: ■

einem Dreiphasenströmungsmesser und Die zu messende Flüssigkeit fließt durch ein inne-

- Fig. 12 die zum Strömungsmesser gehörende res Rohr 44, das aus einem geeigneten dielektrischen

Schaltung. .::.; Λ /.:. i Material bestehen kann. Dieses Irinenrohr 44 hat

In den Zeichnungen sind die gleichen Bauelemente 3° eine möglichst dünne Wandstärke, etwa 0,3 bis mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt 0,7mm. An der Außenseite des Innenrohres44 ist eine Rohrleitung 20, durch die eine Flüssigkeit fließen eine Anzahl. von Meßelektroden 46, 47 angeordnet, kann. Der Wandler 21 des Strömungsmessers ist mit die vorzugsweise einander gegenüberliegend angedieser Rohrleitung so verbunden, daß die gesamte ordnet sind. Wie in Fig. 8 gezeigt, erstreckt sich Flüssigkeit durch ihn hindurchfließt. Mit dem Wand- 35 jede Elektrode über einen Kreisbogen von etwa ler verbunden sind zwei Leiter 22, die zu einem ge- 100°. Die Länge des Kreisbogens, über den sich eigneten Hochfrequenzgenerator, wie beispielsweise die Elektrode erstreckt, kann zwar den jeweiligen einem Oszillator, führen, der die nachstehend be- Arbeitsbedingungen angepaßt^; werden, doch sollte schriebenen Magnetspulen mit einer geeigneten Fre- dieser Kreisbogen nicht zu klein;' sein, um die gequenz von beispielsweise 1OkHz erregen kann. Von. 4° wünschte verhältnismäßig große Fläche zu erhalten, den' elektrischen Bauelementen der Schaltuhgsanord- -.. In F i g. 4 ist das Rohr 44 schematisch als in einer nung sind einige Bauelemente in einem Gehäuse 25 Ebene liegend dargestellt. Die Meßelektrode 46 beuntergebracht, das mit Stützen 26 auf dem Wandler steht aus einer Anzahl von elektrisch leitenden, längruht. Der im Gehäuse 25 untergebrachte Teil der liehen Elektrodenelementen 46'jdie im größeren Äb-^; elektrischen. Anlage weist eine Anzahl von Leitern 45 stand voneinander,angeordnet und dadurch elektrisch auf, die mit: einer geeigneten Stromquelle sowie mit gegeneinander isoliert sind.- Diese elektrisch gegendem übrigen Teil. der. elektrischen Schaltung' ver-: einander isolierten Elektrodenelemente 46' sind ihrerbunden sind. ,.·.■■■. :·.:■ , <■ α; λ. ; ': : :. -■:.:■: ; . :" seits an den: oberen Enden über eine Sammelschiene ■Die Fig. 2 und 3 zeigen ein als Hohlzylinder aus- 50 miteinander verbundenes, auch Fig. 2). '.■'■■"■ ^v
gebildetes äußeres Gehäuse 30 mit zwei an den Stirn-" 5° -In gleicher Weise bestehrauch die Meßelektrode sehen vorgesehenen: Ringflanschen 31, 32 zum An-- 47, (Fig. 4) aus einer Anzahl von elektrisch■'leitenschluß. der Rohrleitung. In die Flansche 31, 32. sind: den, länglichen Elektrodenelernenteri 47', die' im mit I Gewinden 33', 34'. versehene Rohranschlüsse 33 größeren Abstand voneinander angeordnet und ihrer- bzw. 34 eingepaßt, die mit dem. mit einem ent-- seits an den unteren Enden durch eine^: SanimeP sprechenden Gewinde versehenen Ende der Rohrlei- 55 schiene 51 verbunden sind. c'\ .;■. :
tung verschraubt werden können. Die Rohranschlüsse Wie aus den Darstellungen ersichtlich, bestreichen 33,34 weisen außerdem noch Gewinde 33" bzw. 34'' die Meßelektroden eine verhältnismäßig breite Fläche, aufV die zur Aufnahme des!nachstehend beschriebe-: wobei jedoch gleichzeitig verhindert ist, daß durch nentZwischenaufbaus dienen. .., ; das hochfrequente Wechselfeld merkliche Wirbel- - Um den Strömungsmesser möglichst klein zu hal-J 60: ströme gebildet werden, die die Stärke und die Richten, wird die Erregerwicklung.von einem aus Eisen- tung der gewünschten magnetischen Induktion in pulver bestehenden Körper umgeben, der von den nachteiliger Weise beeinflussen wurden.
Induktionsströmen durchflossen wird. In dem mit Fig. 4 zeigt einen Leiter 52, der mit der Sammeldiesem magnetischen Werkstoff ausgefüllten Bereich. schiene50 verbunden ist. Gemäß Fig. 12 erstreckt kann dann die Kraftliniendichte ziemlich hoch sein, 65 sich dieser Leiter um die Außenseite des Rohres 44 um diesen Bereich verhältnismäßig klein zu halten. und stellt die Verbindung zu einer Leitung 53 her, Ein den aus Eisenpulver bestehenden Körper um- die aus dem Gehäuse heraus nach außen in der gebendes Metallgehäuse bildet infolge seines Skin- nachstehend beschriebenen Weise verläuft. In glei-

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eher Weise ist ein Leiter 54 (F i g. 4) mit der Sammel- stehung von Wirbelstromverlusten verhindert wird, schiene 51 verbunden. Auch dieser Leiter erstreckt Obwohl die Meß- und die Schirmelektroden sowie sich um die Außenseite des Rohres 44 und stellt die die Masseelektroden in den Figuren als Gitter dar-Verbindung zu einer Leitung 55 her, die gleichfalls gestellt sind, sind auch andere Ausbildungen, wie aus dem Gehäuse heraus nach außen in der nach- 5 Flächenausbildungen, möglich, sofern in einer solstehend beschriebenen Weise verläuft. chen Anordnung die Hauptflächen der einzelnen

Wie F i g. 2 zeigt, ist ferner ein Körper 57 aus Elektrodenelemente gegeneinander isoliert und nur

Isoliermaterial vorgesehen, der aus Faserglas besteht, an bestimmten Stellen miteinander verbunden sind,

das die notwendigen dielektrischen und magnetischen Wie F i g. 12 zeigt, führen die Leitungen 53 und

Eigenschaften selbst bei sehr tiefen Temperaturen i° 55 aus dem Gehäuse nach außen, wobei sie von

aufweist. Der Werkstoff sollte einen hohen Elastizi- Isolierrohren 80 bzw. 81 umgeben sind. Diese Iso-

tätsmodul und im Bereich der Betriebstemperatur lierrohre sind ihrerseits von den zuvor beschriebenen

einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten Hohlleitern 65 bzw. 69 umgeben, die ihrerseits

haben. wiederum durch die Isolierrohre 82 bzw. 83 führen.

Außerdem sind zwei Schirmelektroden 60, 61 vor- 15 Diese Isolierrohre 82, 83 schließlich sind wieder von

gesehen, die aus elektrisch leitendem Werkstoff be- Hohlleitern 77 bzw. 78 umschlossen. Diese Anord-

stehen und eine gekrümmte Form haben (F i g. 2). nung kann als eine dreiachsige Leiteranordnung an-

Diese Schirmelektroden 60, 61 sind an der Außen- gesehen werden, bei der die von den Meßelektroden

seite der Abfühlelektroden 46 bzw. 47 angebracht, kommenden Adern 53, 55 durch die Hohlleiter 65

wobei der von ihnen gebildete Bogenwinkel größer ²° bzw. 69 vorzugsweise möglichst weit bis an den

ist als der von den benachbarten Meßelektroden ge- elektrischen Teil der Anlage abgeschirmt sind,

bildete Bogenwinkel (Fig. 8). So.können sich z.B. Die Hohlleiter 77 und 78 dienen als Erdabschir-

die Schirmelektroden über eine Bogenlänge von mung und reichen gleichfalls möglichst nahe an den

170° erstrecken, während der von den Meßelektro- elektrischen Teil der Anlage heran, um eine elektri-

den gebildete Kreisbogen 100° beträgt. . : - ²5 sehe Beeinflussung von außen zu verringern. Wie

Gemäß Fig. 5 bestehen die Schirmelektroden 60, Fig. 12 zeigt, ist der: Hohlleiter 78 gegen das Ge-

61 aus einer Anzahl von elektrisch leitenden EIe- häuse30 durch ein Isolierrohr 85 isoliert, während

menten60', 61', die im Abstand und elektrisch ge- dagegen der Hohlleiter 77 mit dem Gehäuse 30 ver-

geneinander isoliert angeordnet und an den oberen bunden ist, das seinerseits an Erde liegt.

ξ Enden über eine gemeinsame Sammelschiene 62 bzw. 3o Gemäß Fig. 7 weist der Hohlleiter 69 vorzugs-

.67 verbunden sind. Mit der Sammelschiene 62 bzw. weise einen Längsschlitz 69' auf, um zu verhindern,

67 ist ein Leiter 63 bzw. 68 verbunden, der gemäß daß dieser Leiter eine geschlossene Schleife bildet

Fig. 12 um den Isolierkörper bis zu einer bestimm- und damit Wirbelstromverluste verursacht. Aus dem

ten Stelle verläuft, wo er mit einem nachstehend gleichen Grund ist auch der Hohlleiter 78 mit einem

noch zu beschreibenden Hohlleiter 65 bzw. 69 ver- 35 Längsschlitz 78' versehen. Die Schlitze 69' und 78'

bunden ist. ^: -^; sind unter Winkeln von 180° einander zugeordnet,

; Die in Fig. 5 gezeigte Schirmelektrodenanord- wodurch die größtmögliche Abschirmung erreicht

. nung ist der in F i g. 4 dargestellten Meßelektroden- wird.- . ^

anordnung ähnlich. _: Wie ferner erkennbar ist, er- Auch die Hohlleiter 65 und 77' sind mit derartigen

strecken sich die Schirmelektroden nicht nur.über 40 Längsschlitzen versehen. - _■■·.- :

einen größeren Kreisbogen als dem der Meßelek- : Nach F i g. 3; ist ein magnetisches Abtastmittel in

troden, sondern sie ragen auch in Längsrichtung über Form einer aus elektrisch leitendem Werkstoff, wie

die jeweiligen Enden der Meßelektroden hinaus, so Kupfer, bestehenden Schleife 90 vorgesehen,, die an

daß diese von den Schirmelektroden vollständig um- der Außenseite des Isolierkörpers 72 und neben dem

faßt werden und dadurch wirksam gegen äußere 45 inneren Teil der Erregerwicklung angeordnet ist, um

elektrische Beeinflussungen geschützt sind. Schwankungen-: des- Magnetfeldes abzutasten. Die

Wie aus Fi g. 2 erkennbar, sind die Schirmelek- Schleife 90. führt, aus denv Gehäuse 30 nach außen

troden von einem beispielsweise aus Fiberglas be- und ist von einem Isolierrohr 91 umgeben. Der äußer*

stehenden Isolierkörper 72 umgeben,, an dessen Isolierkörper ist an seinen beiden Enden mit einem

Außenseite eine aus. den Elementen 73' bestehende 5o Gewinde versehen, so "daß zwischen ihm und. dem

Masseelektrode 73 angeordnet ist.. Diese Elemente Gewinde 33', 34' der Rohfanschlüsse 33 bzw. 34 eine

73' sind im Abstand und elektrisch: gegeneinander Schraubverbindung hergestellt werden kann. Auf

isoliert angeordnet, und ihre oberen Enden liegen diese Weise läßt sich) der Strömungsmesser-leicht,

an einer gemeinsamen .Sammelschiene 75. Mit der ein-und ausbauen. :.; ^; !

Sammelschiene 75 ist ein Leiter 76 verbunden,: der 55 F i g. 12 zeigt unter anderem einen Verstärker 100,

seinerseits mit den^: nachstehend. noch zu beschrei- an dessen Eingang die i Leiter 53 und 55 der Meß-:

benden Hohlleitern 77 und 78 verbunden ist. elektroden liegen; Der: Verstärker kann als . vier-

Die Isolierkörper 57, und 72 . können auch als-.; stufiger Verstärker: mit Gegenkopplung ausgebildet Einzelteile ausgebildet sein oder mit einem einheit- sein. Das Eingangssignal.wirdbei diesem Verstärkerlichen Aufbau eine Einheit bilden. Auf, jeden Fall 60 typ "in ein Einseitensignal umgewandelt. Der Verbesteht ihre Aufgabe darin, die Meß- und Schirm- stärker ist daher als Verstärker mit einem Einseitenelektroden sowie die Masseelektröde elektrisch ge- ausgang dargestellt, ;; ;-r;'^:'.'A geneinander zu isolieren. ■ ;'. ;■ . Die erste Verstärkerstufe wird vorzugsweise mög-

Wie Fig. 8 zeigt, erstrecken sich die Elemente73' liehst nahe an den Wandler des Strömungsmessers

über einen Kreisbogen von nahezu 360°, so daß 65 angeordnet und ist dementsprechend in dem zuvor

zwischen ihren Enden jeweils nur ein kleiner Zwi- beschriebenen Gehäuse 25 untergebracht, um die

schenraum besteht. Diese Elemente bilden also keine Zuleitungen möglichst kurz zu halten. Die übrigen

vollständige Schleife, wodurch die eventuelle Ent- drei Verstärkerstufen sowie der Detektor und die

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Anzeige- und Bedienungseinrichtung können in ge- Der durch die gestrichelte Linie entsprechend beeigneter Entfernung vom Wandler angeordnet werden. zeichnete phasenabhängige Detektor 120 bis 129 ist Selbstverständlich muß die zwischen beiden Stellen mit der Sekundärwicklung eines Übertragers 120 verbefindliche Verdrahtung sorgfältig abgeschirmt sein. bunden; die Primärwicklung des Übertragers 120 liegt

Der Ausgang des Verstärkers ist mit der Primär- 5 am Ausgang des Verstärkers 100. Zum phasenabhän-

wicklung eines Übertragers 101 verbunden, der in gigen Detektor gehören zwei Widerstände 121, die

einer von der gestrichelten Linie entsprechend be- mit einer Anzahl von Dioden 123 verbunden sind,

zeichneten Rückkopplungsschaltung liegt. Die Sekun- Die Zusammenschaltung dieser Bauelemente ist in

därwicklung dieses Übertragers liegt in Reihe mit der üblichen Weise vorgenommen, so daß diese An-

einem Potentiometer 102, einem Widerstand 103, io Ordnung nur auf die durch die Strömung induzierte

einem Regelwiderstand 104, einem Widerstand 105 Spannung anspricht. Da der unerwünschte Über-

sowie einem Potentiometer 106. Der Übertrager 101 tragerbrumm gegenüber der durch die Strömung in-

ist insofern erforderlich, als der Ausgang des Ver- duzierten Spannung um 90° phasenverschoben ist,

stärkers als Einseitenausgang, während der Eingang wird er auch nicht im phasenabhängigen Detektor er-

als Gegentakteingang anzusehen ist. Der Übertrager 15 faßt.

wandelt daher das Einseitenausgangssignal in ein In ähnlicher Weise wird von den Widerständen

Gegentaktsignal zur Verwendung in der Rückkopp- 125 die Bezugsphasenspannung an die Dioden 123

lungsschaltung um. über die Kopplungskondensatoren 126 angelegt, Der

Zu einem von der gestrichelten Linie entsprechend Widerstand 128 und der Kondensator 129 bestimmen

bezeichneten Brummkompensator 110 bis 115 gehört 20 die Zeitkonstante des phasenempfindlichen Detektors

die zuvor beschriebene magnetische Abtastschleife und stellen eine Ausgangsspannung bereit, um eine

90. Dieser Brummkompensator wird zur Erzeugung Anzeigevorrichtung 130 wie etwa ein Voltmeter zu

einer Spannung benutzt, die: so groß ist wie der vom betätigen.

Übertrager im Abtastkreis erzeugte Brumm, jedoch Die unterste Wicklung des Übertragers 109 hat im

diesem gegenüber um 180° phasenverschoben. Dieser 25 Idealfall eine Spannung, die gegenüber dem magne-

Bnimm ist proportional der Stärke und Frequenz des tischen Wechselfeld um 90° phasenverschoben ist.

Magnetfeldes und unabhängig von der Strömungsge- Zum Betrieb des phasenempfindlichen Detektors muß

schwindigkeit. eine Spannung vorliegen, die mit dem magnetischen

Die vom Brummkompensator erzeugte Spannung Wechselfeld in Phase übereinstimmt. Die unterste

wird in den Eingang des Verstärkers gegeben, um 30 Sekundärwicklung des Übertragers 109 ist daher mit

den nicht gewünschten Brumm zu unterdrücken. Die einer Phasenverschiebungsschaltung verbunden, die

in der magnetischen Abtastschleife 90 erzeugte Span- aus den Festwiderständen 133, einem Regelwider-

nung ist direkt proportional der Stärke und Frequenz stand 134 und einem· Festkondensator 135 besteht,

des Magnetfeldes. Die Abtastschleife ist mit der Pri- Der Ausgang dieser Schaltung liegt an einem Poten-

märwicklung des Übertragers 109 verbunden, um die 35 tiometer 137, das mit der Primärwicklung eines Über-

Schleife vom übrigen Teil der Schaltung elektrisch tragers 139 verbunden ist. Die Sekundärwicklung die-

zu trennen. ses Übertragers liegt an dem oben beschriebenen

Die von der magnetischen Abtastschleife erzeugte phasenabhängigen Detektor.

Spannung muß auf die richtige Amplitude und Phase Die magnetische Abtasteinrichtung dient also soeingestellt werden, bevor sie dem Eingang des Ver- 40 wohl zur Steuerung der Rückkopplung der Schirmstärkers zugeführt wird. Die Phasenverschiebung er- elektroden als auch zur Steuerung des phasenabhänfolgt in der üblichen Weise durch die Phasenver- gigen Detektors entsprechend den Schwankungen des Schiebungsschaltung, die mit den beiden oberen Se- magnetischen Wechselfeldes. _:
kundärwicklungen des Übertragers 109 verbunden ist . Fig. 9 und 10 zeigen das Schema einer Zwei-(Fig. 12) und die Festwiderstände 110, die Regel- 45 phasenanordnung, die im wesentlichen aus zwei erwiderstände 111 und die Festkondensatoren 112 um- findungsgemäßen magnetischen Strömungsmessern, fassen. Die Stärke des in den Verstärkereingang ein- die geometrisch senkrecht zueinander angeordnet zugebenden Signals wird an den Potentiometern 115 sind, besteht. Jeder Strömungsmesser erzeugt sein eingestellt. .■■■■.·■■: _: ^: eigenes entsprechend gleichförmiges Magnetfeld. Zwi-

Zur Stabilität der Amplitude ist eine beträchtliche 5° sehen beiden Magnetfeldern beträgt die Phasendiffe-

Rückkopplung erforderlich. Die Widerstände 103 und renz 90°, um ein gleichförmiges,-jedoch rotierendes

105 bestimmen das Ausmaß der Rückkopplung und Magnetfeld zu erzeugen. Dieses Feld kann in Abhän-

damit die effektive Verstärkung des Verstärkers. Die gigkeit von der Phasengabe der beiden Erregerwick-

Regelwiderstände 104 ermöglichen die Ausbalancie- lungen entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenrung des Verstärkers gegen Erde. Die Widerstände 55 sinn rotieren.

117 sind Gitterableitwiderstände aus der ersten Stufe Gemäß Fig. 9 werden bei dieser Anordnung vier

des Differentialverstärkers und müssen einen hohen Meßelektroden 135,136,137 und 138 zusammen mit

Widerstandswert aufweisen, um einen Verstärker mit vier den Meßelektroden zugeordneten Schirmelektro-

hochohmigem Eingang vorzusehen. den 140, 141,142 und 143 verwendet. Bei dieser be-

Die an die Schirmelektroden angelegte Spannung ⁶° sonderen Anordnung der Meßelektroden wird im kann an den Potentiometern 102 und 106 eingestellt Gegensatz zu der zuvor. beschriebenen Anordnung, werden, die über die Leiter 102' bzw. 106' mit den bei der ein Einphasenverstärker verwendet wird, ein Hohlleitern 65 bzw. 69 verbunden sind, die ihrerseits Zweiphasenverstärker für das Zweiphasensignal einwiederum an den Schirmelektroden liegen. Durch gesetzt. Die Meß- und die Schirmelektroden erdiese Anordnung können die Schirmelektroden mit 65 strecken sich über einen Kreisbogen von 70°, wäheiner etwas höheren Spannung als der Signalspannung rend wie bei der zuerst beschriebenen Anordnung die gesteuert werden, wodurch die Eingangskapazität Masseelektrode 144 praktisch vollständig die Meßvermindert wird. und Schirmelektroden umgibt.

Claims (12)

1. Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Viertel einer der bei einem Zweiphasenströmungsmesser verwendeten Erregerwicklungen, und zwar sind zwei Wicklungssätze vorgesehen, wobei der erste Satz 145 durch Kreise und der zweite Satz 146 durch schwarze Punkte dargestellt ist. Beide Wicklungssätze greifen ineinander und sind geometrisch senkrecht zueinander angeordnet.

   Fig. 11 zeigt das Schema eines. Dreiphasenströmungsmessers, wobei drei Meßelektroden 150, 151 und 152 und drei Schirmelektroden 153,154 und 155 verwendet werden. Die Meß- sowie die Schirmelektroden können sich über einen Kreisbogen von etwa 100° erstrecken, wobei wie bei der zuerst beschriebenen Anordnung eine Masseelektrode 156 die Meß- und Schirmelektroden nahezu vollständig umgibt.

   Bei diesem Strömungsmesser wird eiri Dreiphasenverstärker verwendet, und die Erregerwicklung muß ■* so ausgebildet sein, daß drei Magnetfelder mit einer Phasendifferenz von jeweils 120° erzeugt werden.

   Der erfindungsgemäße Strömungsmesser kann auch für Mengenmessungen benutzt werden. Bei pollosen Flüssigkeiten können die Meßelektroden als Kapazitätszelle verwendet werden, um die Dielektrizitätskonstante zu messen. Der für die Messung der Dielektrizitätskonstante vorgesehene Stromkreis würde in einem solchen Fall mit einer anderen Frequenz betrieben werden und zum Trennen der Information nachgeschaltete ,Abstimmkreise benötigen. Durch Auswertung' der Größe der Elektrizitätskonstante in Verbindung mit- den anderen gemessenen Werten läßt sich sodann das Volumen leicht abstimmen. Ein Mengenzähler kann auch pollose Flüssigkeiten messen, sofern aucji die Temperatur der gemessenen Flüssigkeit überwacht wird.

   :'„ Patentansprüche: :

   ; 1. Magnetischer Strömungsmesser insbesondere

   für dielektrische Flüssigkeiten, ■ bestehend aus einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines im wesentlichen gleichförmigen magnetischen Wechselfeldes innerhalb eines von der Flüssigkeit durchflossenen Rohres, mit mindestens zwei flächigen Meßelektroden und einer das Rohr umschließenden Abschirmung innerhalb der Magnetanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder der beiden flächigen Meßelektroden (46, 47) und der an der Masse angeschlossenen äußeren Abschirmung (73, 144, 156) in Abstand und isoliert zu diesen beiden Teilen , je eine Schirmelektrode (60, 61) mindestens gleicher Flächengröße wie die der zugehörigen Meßelektrode angeordnet ist, deren Potential während der Messung stets etwas höher gehalten wird als das der zugehörigen Meßelektrode. }"■'
2. 2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (46, 47) aus einer Anzahl von an einer Sammelschiene (50, 51) sitzenden Elektrodenelementen (46', 47') bestehen, die im Abstand voneinander angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind.
3. 3. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (44) von der Erregerwicklung (40) umschlossen ist und die Elektrodenelemente (46', 47') an der Außenseite des Rohres (44) gekrümmt angeordnet sind.
4. 4. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektroden (60, 61) eine große Fläche abdeckend gekrümmt ausgebildet sind, wobei jede Schirmelektrode (60, 61) sich über einen Kreisbogen erstreckt, der größer ist als der von der ihr zugeordneten Meßelektrode gebildete Kreisbogen, und dabei in Längsrichtung über die beiden Enden der ihr zugeordneten Meßelektrode hinausragt.
5. 5. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektroden (60, 61) und die Masseelektrode (73) aus einer Anzahl von an einer Sammelschiene (62, 67 bzw. 75) sitzenden Elektrodenelementen (60', 61' bzw. 73') bestehen, die im Abstand voneinander angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind.
6. 6. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (46, 47) von einem Isolierkörper (57) umschlossen sind, auf dessen Außenfläche die Schirmelektroden (60, 61) gegen die Meßelektroden isoliert angeordnet sind.
7. 7. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektro-

   . den (60, 61) von einem Isolierkörper (72) umgeben sind, auf dessen Außenfläche die Masseelektrode (73) angeordnet ist.
8. 8. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (73) von der Erregerwicklung (40) umfaßt und die Wicklung (40) von einem zylindrischen Körper (37) aus' magnetisch durchlässigem Material umgeben'ist, der von einem aus magnetisch durchlässigen Werkstoff bestehenden Gehäuse (30) umgeben ist, aus dem Leitungen nach außen geführt sind, wobei eine der Leitungen mit sämtlichen Meßelektroden und eine andere mit sämtlichen Schirmelektroden verbunden ist.
9. 9. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,' daß eine magnetische Abtastvorrichtung (90) im Magnetfeld neben der Erregerwicklung angeordnet ist.
10. ' 10. Strömungsmesser nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkereinrichtung (100) vorgesehen ist, deren Eingang mit den Meßelektroden (46, 47) verbunden ist, während der Ausgang der Verstärkereinrichtung mit einem phasenabhängigen Detektor (120 bis 129) * in Verbindung steht, der mit einer Anzeigevorrichtung (130) einerseits und andererseits mit der den Detektor steuernden" magnetischen Abtastvorrichtung (90) verbunden ist. ■ " ■ -
11. 11. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Verstärkereinrichtung (100) eine Rückkopplungseinrichtung (101 bis 106) vorgesehen ist, um an den Schirmelektroden (60, 61) ein elektrisches ' Potential zu erzeugen. '
12. 12. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Rückkopplungseinrichtung (110 bis 115) vorgesehen und mit der Verstärkereinrichtung (100) und der magnetischen Abtastvorrichtung (90) zur Rückkopplungssteuerung verbunden ist, um die im Eingangsmeßkreis transformatorisch induzierte Störspannung zu kompensieren.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen