DE1914335C3 - Induktiver strömungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Strömungsmesser, bestehend aus einem Rohr' aus Isolierstoff oder einem mit Isolierstoff ausgekleideten Metallrohr und einer Vorrichtung ^ur Erzeugung eines senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden, räumlich stationären Magnefeldes mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl über den Umfang des Rohres verteilten Elektroden, deren aufgenommene Signale jeweils mit dem Sinus des Winkels zwischen Magnetfeldachse und Elektrodenverbindungslinie als Faktor gewichtet und summiert werden.

Es wurde von S m y t h, C. (1961) — S. B.Thes i s, Mecti. Eng. Dept. M.LT., vor längerer Zeit gezeigt, daß das über die Berandung eines Querschnittes genommene Integral über die Meßspannung bei homogenem Magnetfeld stets, unabhängig vom Strömungsprofil, exakt die mittlere Durchflußgeschwindigkeit liefert. S m y t h hat weiter bereits im Zusammenhang mit Betrachtunpen über leitende Rohrwandungen im Meßgerät dargelegt, daß wahrscheinlich schon eine geringe Zahl von Elektroden für die meisten praktischen Bedürfnisse ausreichend sei, besonders wenn größere Wandstärken angewendet werden

Bekannt ist eine Anordnung mit vier Elektroden füi induktive Durchflußmesser, bei der sich die Gerade durch ein Elektrodenpaar mit der Richtung des magnetischen Wechselfeldes unter einem Winkel von vorzugsweise 50" schneidet, wobei die Lage des zweiten Elektrodenpaares zweifelhaft bleibt.
In bestimmten konkreten Fällen kann eine solche Anordnung befriedigende Meßergebnissc liefern, während aber bei anderen in der Praxis vorkommenden Strömungsprofilen die Genauigkeit der Messung bei demselben Gerät nicht mehr ausreichend ist.

ίο Bei einer weiteren Vier-Elektrodenanordnung ist der oberen und der unteren Hälfte des Rohrquerschnittes je ein Elektrodenpaar zugeordnet, wobei unterstellt wird, daß sich die Strömungsgeschwindig-Keiter. in den beiden Hälften getrennt messen lassen.

Schließlich ist eine Bauart bekannt, welche nur drei Elektrodenpaare in einem elliptischen oder ähnlichen, von der Kreisform abweichenden Rohrquerschnitt im vorzugsweise zweipoligen Drehfeld aufweist. Die Erzeugung des Drehfeldes kompliziert den Aufbau und

ao die nachfolgende elektronische Schaltung erheblich.

Auch nach der Erfindung wird eine geringe Zahl von Elektroden verwendet, und zwar wurde gefunden, daß aus der Vielzahl möglicher Anordnungen weniger Elektrodeneine bestimmte Sechs-Elektrodenanordnung durch besondere Vorteile herausragt.

Die Erfindung ibt gekennzeichnet durch drei Elektrodenpaare, bei denen die Verbindungslinien der sich diametral gegenüberliegenden äußeren Elektroden jeweils einen Winkel von 45" zu der Verbindungslinie der diametral gegenüberliegenden mittleren Elektroden einschließen.

Ein so ausgebildeter Strömungsmesser arbeitet bei den verschiedensten Strömungsprofilen genauer als viele andere mögliche Anordnungen mit mehr als zwei Elektroden. Zur theoretischen Untersuchung der Verhältnisse am induktiven D"rchflußmesser ist es zweckmäßig, eine mathematische Reihenentwicklung der Feldstärke und der Strömupgsprofile vorzunehmen. Dabei läßt sich zeigen, daß Störgrößen steigender Ordnung auftreten, deren Einfluß mit der Höhe der Ordnungszahl geringer wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung entfallen die wichtigsten dieser Störgrößen.
Bei homogenem Fe|d und radialsymmetrischem Strömungsprofil mißt die neue Ausbildung stets exakt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit. Bei winkelabhängigen Strömungsprofilen und homogenem Feld werden die Meßfehler dadurch praktisch eliminiert, aaß alle Störgrößen bis zur sechsten Größenordnung verschwinden. Dasselbe gilt bei inhomogenem Feld für beliebige Stromungsprofile.

Ls entfallen also alle Störgrößen, die auf die praktischen Messungen einen Einfluß von Bedeutung haben. Die neue Ausbildung genügt daher auch erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit bei allen technischen Geräten, gleichviel welcher lichten Weite und gleichviel welcher Baulänge.

Diese Vorteile bestehen auch gegenüber bekannten Durchflußmessern mit zwei Elektroden und inhomogcncm Feld, in welchem das Produkt aus Wertigkeitsfaktor und Feldstärke in jedem Querschnittspunkt annähernd gleich ist, insbesondere bezüglich der Unabhängigkeit des Meßergebnisses bei radiaUymmetnsi.lii.-ii AhderutigLMi A.: Strömung, also 1. B. beim

6,5 Übergang v.n laminarer zu turbulenter Strömung.
In der Zeichnung zeigt

l· 1 g. 1 schematisch die Anordnung der Elektroden, H 1 g. 2 die zugehörige Schaltung,

F i g. 3 und 4 Querschnitt und Längsschnitt schematisch einer Varianten, in der das Wichten durch Versetzen der Elektroden in der Strömungsrichtung erreicht wird.

Das Meßrohr 1 ist mit einer isolierenden Auskleidung 2 versehen. Die Mittelachse des mittleren Elektrodenpaares 3 weist gegenüber den Achsen der beiden äußeren Elektrodenpaare 4 einen Winkel von π-Viertel auf. Das räumlich stationäre Wechselfeld wird durch die Magnetspulen 5 erzeugt.

Bei dem angegebenen Winkel zwischen den Elektrodenachsen ergibt sich das Verhältnis der zugeordneten Gewichtsfaktoren \Ι\?~ϊ.

Die Realisierung einer solchen Anordnung mit elektronischer Wichtung zeigt die F i g. 2. Das Wichten wird dadurch vorgenommen, daß ein Verstärker 6 von den Elektroden 3, 4 über geeignet bemessene Vorwiderstände 7 gespeist wird. Die Gevvichtsfaktoren ergeben sich aus den Verhältnissen der Vorwiderstände zueinander, die Vorwiderstände müssen zwecks Erzielung der erforderlichen MeUgenauigkeit dabei wesentlich größer als der Innenwiderstand des Meß-

gebers, gemessen zwischen zwei gegenüberliegenden Elektroden 3, 4, sein.

Das Wichten durch Ausnutzung der Inhomogenität des Magnetfeldes in Strömungsrichtung 9 zeigen die F i g. 3 und 4. Der Verlauf der Induktion B ist durch

ίο die in F i g. 4 eingezeichnete Kurve 8 gegeben. Die Elektrodenpaare 4 sind in der Strömungsrichtung so weit versetzt, daß die Ausgangssignale der Elektroden schon von Haus aus die gewünschte Relation aufweisen und somit ohne nachträgliche elektronische

Wichtung weiterverarbeitet werden können. Bei Verwendung desselben Summ.iervcrstärkers wie im Bcispiei nach F i g. 2 sind demzufolge die Vorwiderstände gleich groß zu wählen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

I 914 Patentansprüche:

1. Induktiver Strömungsmesser, bestehend aus einem Rohr aus Isolierstoff oder aus einem mit Isolierstoff ausgekleideten Metall und einer Vorrichtung zur Erzeugung eines senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden, räumlich stationären Magnetfeldes mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl über den Umfang des Rohres verteilten Elektroden, deren aufgenommene Signale jeweils mit dem Sinus des Winkels zwischen Magnetfeldachse und Elektrodenverbindungslinie als Faktor gewichtet und summiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektrodenpaar': (3, 4) ausgewählt sind, hei denen die Verbindungslinie der sich diametral gegenüberliegenden äußeren Elektroden (4) jeweils einen Winkel von 45 zu der Verbindungslinie der diametral gegenüberliegenden mittleren Elektroden (3) einschließen.

2. Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wichten elektronisch derart vcgenommen wird, daß die den Elektrodenpaaren(3.4) zugeordneten Verstärkungsfaktoren des nachgeschalteten Verstärkers (6) im selben Verhältnis wie die entsprechenden Gewichtsfaktoren stehen.

3. Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Strömungsrichtung inhomogenere Magnetfeld das Wichten durch Versetzen der E'ektroden (3,4) in Strömungsrichtung (9) vorgenomme wird.

4. Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewichtsfaktoren durch Veränderung der den einzelnen Elektroden bzw. den Elektrodenpaaren zugeordneten Verstärkungsfaktoren des nachgeschalteten elektronischen Verstärkers fein eingestellt werden kann.