DE1573097C

DE1573097C - Device for inductive flow measurement

Info

Publication number: DE1573097C
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Lang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-09-07

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur induktiven Durchflußmessung, mit einem Meßrohr, an dem eine Induktionsspule und zwei Elektroden angebracht sind, wobei letztere eine Verstärker- und Gleichrichterschaltung speisen, deren Ausgangssignal über ein ein galvanomagnetisches Bauelement enthaltendes Netzwerk zur Kompensation der Eingangswechselspannung rückgeführt ist.The invention relates to a device for inductive flow measurement, with a measuring tube on which an induction coil and two electrodes are attached, the latter being an amplifier and Feed rectifier circuit, the output signal of which via a galvanomagnetic component containing Network to compensate for the AC input voltage is fed back.

Eine derartige Kompensationsschaltung ist notwendig, um eine Reihe von auftretenden Störeinflüssen zu eliminieren.Such a compensation circuit is necessary to counteract a number of interfering influences that may occur eliminate.

Es sind Einrichtungen zur induktiven Durchflußmessung mit Kompensationsschaltungen bekannt, bei denen das galvanomagnetische Bauelement ein Hallgenerator ist, der von dem Verstärkerausgang mit Hilfe eines veränderlichen Gleichfeldes gesteuert wird, wobei sein Strompfad von einem Wechselstrom durchflossen wird, der die gleiche Frequenz und Phasenlage wie der die Induktionsspule erregende Wechselstrom hat. Die so erzeugte Hallspannung wird dem an den Elektroden abgegriffenen Wechsel-Stromsignal entgegengeschaltet. Schaltungen mit Hallgeneratoren sind relativ aufwendig aufgebaut und schwierig zu justieren, da insbesondere der Temperaturgang des Hallgenerators und die daraus resultierende Nullpunktunsicherheit zu berücksichtigen ist.Devices for inductive flow measurement with compensation circuits are known at where the galvanomagnetic component is a Hall generator that is connected to the amplifier output With the help of a variable DC field, its current path is controlled by an alternating current is traversed, which has the same frequency and phase position as that exciting the induction coil Has alternating current. The Hall voltage generated in this way becomes the alternating current signal tapped at the electrodes switched in the opposite direction. Circuits with Hall generators are relatively complex and complex difficult to adjust, especially because of the temperature response of the Hall generator and the resulting Zero point uncertainty must be taken into account.

Es besteht die Aufgabe, die bekannten Einrichtungen zur induktiven Durchflußmessung mit Kornpensationsschaltung in Richtung eines einfacheren Aufbaus zu verbessern. Weiter soll die Möglichkeit geschaffen werden, mit Hilfe von Bauteilen der Kornpensationsschaltung das Feld der Induktionsspule zu beeinflussen.It is the task of the known devices for inductive flow measurement with compensation circuit in the direction of a simpler structure. Next should be the possibility be created with the help of components of the compensation circuit to influence the field of the induction coil.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Netzwerk eine Widerstandsbrückenschaltung ist, die als galvanomagnetisches Bauelement mindestens einen magnetfeldabhängigen Widerstand enthält, der sich im Feld der Induktionsspule befindet und dem ein nach Richtung und Stärke veränderbares Gleichfeld eines Hilfsmagneten zur Einstellung des Arbeitspunkts und/oder zur Erzeugung eines inhomogenen Magnetfelds im Meßrohr überlagert ist.The solution to this problem is achieved in a device of the type mentioned at the outset, that the network is a resistance bridge circuit as a galvanomagnetic component at least contains a magnetic field-dependent resistor located in the field of the induction coil and the direction and strength variable constant field of an auxiliary magnet for setting the Working point and / or to generate an inhomogeneous magnetic field in the measuring tube is superimposed.

Eine Brückenschaltung mit einem magnetfeldabhängigen Widerstand, kurz Feldplatte genannt, ist einfach aufzubauen, da die Feldplatte als passiver Zweipol anzusehen ist, wohingegen der für diese Zwecke ebenfalls bekannte Hallgenerator als aktiver Vierpol Störeinflüssen mehr ausgesetzt ist und entsprechend schwieriger zu schalten und auch, räumlieh gesehen, anzubringen ist.A bridge circuit with a magnetic field-dependent resistance, or field plate for short, is easy to set up, since the field plate is to be viewed as a passive two-pole, whereas the one for this one Purposes also known Hall generator as an active quadrupole is more exposed to interference and accordingly more difficult to switch and also, spatially seen, is to be attached.

Als Hilfsmagnet kann in einfacher Weise ein Permanentmagnet verwendet werden, es ist jedoch auch möglich, einen Elektromagneten zu benützen.A permanent magnet can be used as an auxiliary magnet in a simple manner can be used, but it is also possible to use an electromagnet.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines besonders empfindlichen magnetfeldabhängigen Widerstandes aus Indium-Antimonid mit gerichtet eingebauten Nickel-Antimonid-Nadeln erwiesen.The use of a particularly sensitive magnetic field-dependent device has proven to be particularly advantageous Resistance made of indium-antimonide with directionally built-in nickel-antimonide needles.

Um das an sich homogene Wechselfeld der Induktionsspule zu beeinflussen, ist weiter vorgesehen, die Lage des Hilfsmagneten mit gegebenenfalls einem zugehörigen weichmagnetischen Kreis, der die Feldplatte enthält, im Feld der Induktionsspule parallel und senkrecht zur Verbindungsachse der Elektroden des Meßrohrs verschiebbar zu machen.In order to influence the inherently homogeneous alternating field of the induction coil, it is also provided that Position of the auxiliary magnet with, if necessary, an associated soft magnetic circuit that forms the field plate contains, in the field of the induction coil parallel and perpendicular to the connecting axis of the electrodes to make the measuring tube displaceable.

Die damit gezielt erreichbare Inhomogenität des Magnetfelds der Induktionsspule kann zur Korrektur des Meßfehlers dienen, den turbulente Flüssigkeiten bei homogenem Magnetfeld erzeugen.The inhomogeneity of the magnetic field of the induction coil that can be achieved in a targeted manner can be used for correction the measurement error that turbulent liquids generate in a homogeneous magnetic field.

An Hand der Zeichnung, in der eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, soll diese näher erläutert werden.With reference to the drawing, in which an advantageous embodiment of the invention is shown, should these are explained in more detail.

Durch ein Rohr R aus nicht magnetisierbarem Werkstoff strömt eine Flüssigkeit Fl, deren Durchflußmenge bestimmt werden soll. In dem Rohr sind isoliert gegen die Rohrwandung zwei Elektroden 1 und 2 angebracht. Eine Spule L_M, die aus einem Generator oder aus dem Netz gespeist werden kann, erzeugt in dem Rohr R ein Magnetfeld, das sowohl gegen die Rohrachse, also gegen die Strömungsrichtung, als auch gegen die Verbindungsachse der Elektroden senkrecht gerichtet ist. Durch die Bewegung der Flüssigkeit und der darin enthaltenen Ionen entsteht unter dem Einfluß des Magnetfeldes infolge der sogenannten Lorentz-Kraft an den Elektroden I und 2 eine Spannung, die einem Verstärker zugeführt wird. Zweckmäßig wird die Spule L'_M mit Wechselstrom gespeist, so daß an den Elektroden 1 und 2 eine modulierte Spannung abgegriffen wird, die über einen Übertrager O₁ einem Wechselstromverstärker V₁ zugeführt werden kann. An den Verstärker V₁ ist ein phasenabhängiger Gleichrichter G angeschlossen, dessen Referenzspannung einem Stromwandler W entnommen wird, der in Serie zur Induktionsspule L_M liegt. Das Ausgangssignal des phasenabhängigen Gleichrichters G wird in einem Gleichspannungsverstärker V₀ verstärkt, dessen Ausgangsstrom einen Lastwiderstand R_L und eine Brücke B durchfließt, die aus den ohmschen Widerständen R₁, R.„ R^ und dem magnetfeldabhängigen Widerstand F, z. B. aus Indium-Antimonid mit gerichtet eingebautem Nickel-Antimonid, besteht, der sich im Felde der Induktionsspule L_M befindet. Da die Größe des magnetfeldabhängigen Widerstandes sich nur in Abhängigkeit des Betrages der Feldstärke unabhängig von deren Richtung ändert, muß dem mit der Spule L_M erzeugten Wechselfeld ein konstantes Magnetfeld überlagert werden. Es sind daher ein oder mehrere Permanentmagnete M vorgesehen, in deren Feld sich der magnetfeldabhängige Widerstand F befindet. Die Permanentmagnete können durch ein Weicheisenjoch überbrückt sein. Die Brücke wird dann im Takt der von dem Generator Q gelieferten Wechelpannung und in Abhängigkeit des von der Spule L_M erzeugten Magnetfeldes verstimmt. Ihre Diagonalspannung wird über einen Übertrager U₂ dem Eingang des Verstärkers V₁ in solcher Polarität zugeführt, daß die Meßspannung bis auf eine kleine Restspannung kompensiert wird. Eine derartige Schaltungsanordnung bewirkt, daß der Ausgangsstrom des Verstärkers unabhängig ist von der Frequenz und der Größe des Stromes des Generators Q. Der Ausgangsgleichstrom der Anordnung ist proporlional der mittleren Strömungsgeschwindigkeit. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Brücke ist es möglieh, einen der Widerstände R₁... R₃ durch einen A liquid Fl, the flow rate of which is to be determined, flows through a tube R made of non-magnetizable material. In the pipe, two electrodes 1 and 2 are attached, insulated from the pipe wall. A coil L _M , which can be fed from a generator or from the network, generates a magnetic field in the tube R , which is directed perpendicularly both against the tube axis, i.e. against the direction of flow, and against the connecting axis of the electrodes. As a result of the movement of the liquid and the ions it contains, a voltage is created under the influence of the magnetic field due to the so-called Lorentz force at the electrodes I and 2, which voltage is fed to an amplifier. The coil L ' _M is expediently fed with alternating current, so that a modulated voltage is tapped off at the electrodes 1 and 2, which voltage can be fed to an alternating current amplifier V ₁ via a transformer O _1. A phase-dependent rectifier G is connected to the amplifier V ₁ , the reference voltage of which is taken from a current transformer W which is in series with the induction coil L _M. The output signal of the phase-dependent rectifier G is amplified in a DC voltage amplifier V ₀ , the output current of which flows through a load resistor R _L and a bridge B , which consists of the ohmic resistors R ₁ , R. "R ^ and the magnetic field-dependent resistor F, z. B. made of indium antimonide with directionally built-in nickel antimonide, which is located in the field of the induction coil L _M. Since the magnitude of the magnetic field-dependent resistance changes only as a function of the magnitude of the field strength, regardless of its direction, a constant magnetic field must be superimposed on the alternating field generated by the coil L _M. One or more permanent magnets M are therefore provided, in whose field the resistance F, which is dependent on the magnetic field, is located. The permanent magnets can be bridged by a soft iron yoke. The bridge is then detuned in time with the alternating voltage supplied by the generator Q and as a function of the magnetic field generated by the coil L _M. Its diagonal voltage is fed via a transformer U _{2 to} the input of the amplifier V ₁ in such a polarity that the measurement voltage is compensated for except for a small residual voltage. Such a circuit arrangement has the effect that the output current of the amplifier is independent of the frequency and the magnitude of the current of the generator Q. The output direct current of the arrangement is proportional to the mean flow velocity. To increase the sensitivity of the bridge, it is possible to connect one of the resistors R ₁ ... R ₃ with a

magnetfeldabhängigen Widerstand zu ersetzen und diesen ebenfalls im Felde der Induktionsspule L_M zu sammen mit einem Permanentmagneten anzuordnen.To replace the magnetic field-dependent resistance and to arrange this also in the field of the induction coil L _{M together} with a permanent magnet.

Claims

... claims:

1. Device for inductive flow measurement, with a measuring tube on which an induction coil and two electrodes are attached, the latter having an amplifier and rectifier

feed circuit whose output signal is fed back via a network containing a galvanomagnetic component to compensate for the input AC voltage, characterized in that the network is a resistance bridge circuit (F, R ₁ , R ₂ , R ₃ ) which, as a galvanomagnetic component, has at least one magnetic field-dependent resistance ( F), which is located in the field of the induction coil (L _M ) and on which a constant field of an auxiliary magnet (M), variable in direction and strength, is superimposed to set the operating point and / or to generate an inhomogeneous magnetic field in the measuring tube (R) .

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field-dependent

Resistor (F) consists of indium-antimonide with built-in nickel-antimonide needles.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the auxiliary magnet (M) is at least one permanent magnet.

4. Device according to claim I or 2, characterized in that the auxiliary magnet (M) is an electromagnet.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary magnet (M) and the magnetic field-dependent resistor (F) containing magnetic circuit in the field of the induction coil (L _M ) perpendicular and parallel to the connecting axis of the electrodes (1, 2) of the Measuring tube (R) is arranged displaceably.

1 sheet of drawings