DE2240054C3 - Induktiver Strömungsmesser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen induktiven Strömungsmesser nachdem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ein solcher Strömungsmesser ist aus der US-PS 28 08 723 bekannt, der ohne die nachteiligen Polansationserscheinungen an den Meßelektmden und ohne transformatorische Störspannungen arbeitet, in dem ein Sinuswellengenerator einen Gleichrichter speist, der über eine periodisch betätigte I Inischalteinrichtung den Erregerkreis des Strömungsmessers speist, wobei das Elektrodensignal über einen synchron betätigten Signalabtaster verstärkt einem Indikator im Meßkreis zugeführt wird. Zur synchronen Betätigung der Umschalteinrichtung und des Signalabtasters dienen zwei vom Sinuswellengenerator mit Wechselspannung betriebene Relais.

Aus der US-PS 33 29 018 ist ein induktiver Strömungsmesser bekannt, bei dem ein Rechteckwellengenerator die Erregerwicklung speist, die ein Wechselfeld mit Abschnitten konstanter Amplitude erzeugt Die vorverstärkte Signalspannung an den Elektroden wird abschnittsweise in einen Gleichstromverstärker mit steuerbarem Rückführkreis verstärkt und die verstärkten Signalabschnitte über gesteuerte Schalter einem Meßkreis zugeführt. Rückführkreis und Schalter werden synchron vom Rechteckwellengenerator gesteuert, so daß nur der störsignalfreie Abschnitt konstanter Amplitude (Nutzsignal) der Signalspannung verstärkt auf den Meßkreis gelangt. Auf diese Weise wird zwar ein Abgleich der induzierten Störspannung überflüssig, jedoch ist ein gesonderter Rechteckwellengenerator sowie ein Gleichstromverstärker mit steuerbarer Rückführung und ein steuerbarer Schalter im Ausgangskreis des Gleichstromverstärkers sowie eine Steuervorrichtung im Rechteckwellengenerator erforderlich.

Durch die DE-OS 20 52 175 ist es bekanntgeworden, eine induktive Durchflußmessung mit einem getasteten magnetischen Gleichfeld vorzunehmen und die angenähert rechteckförmige Signalspannung während der relativ langen Zeitspanne konstanter Feldstärke, bei der keine Störspannung induziert werden kann, im Meßkreis abzutasten. Auf diese Weise kann ebenfalls ohne Abgleich das Nutzsignal ausgetastet werden. Die Bereitstellung einer Gleichstromenergie bedeutet einen zusätzlichen Aufwand, bedingt durch gesonderte Gleichstromquellen oder bei Anschluß an das Wechselstromnetz durch gesonderte Gleichrichter. Da eine reine Gleichfelderregung zu Polarisationserscheinungen führen würde, muß eine Umschaltvorrichtung zur Erzeugung eines alternierenden Gleichfeldes vorgesehen werden. Dabei müssen die während der Umschaltvorgänge induzierten Spannungsspitzen von den empfindlichen Meßkreisen und Auswerteschaltungen durcn Begrenzungsmittel ferngehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gesonderte Energiequellen, wie Sinuswellen- oder Rechteckwellengeneratoren, Gleichstromquellen, Gleichrichter, gesteuerte Schalteinrichtungen, Gleichstromverstärker, Relais und Spannungsbegrenzungsmittel der vorgenannten Art in Fortfall kommen zu lassen und mit einfacheren Maßnahmen die Abtastung des Nutzsignals vorzunehmen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt gemäß den Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Hauptanspruches.

Durch die direkte Speisung der Erregerwicklung aus dem Netz wird die Erregergrundlast direkt vom Netz geliefert, so daß die zu regelnde Leistung auf ein geringes Maß beschränkt und die hierfür vorgesehene Einrichtung entsprechend klein gehalten werden kann. Außerdem werden durch Fortfall von Umschaltmaßnahmen sprunghafte Feldänderungen vermieden.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß eine hinreichend lange Zeitspanne für die Signalauswertung dadurch erreicht werden kann, daß außer der ersten zeitlichen Ableitung des Wechselfeides möglichst viele folgende zeitliche Ableitungen des Wechselfeldes Null werden, um auf diese Weise ein?n möglichst angenähert rechteckförmigen Feldverlauf in

den einzelnen Halbwellen zu erhalten.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung ist an Hand einiger in der Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert Es zeigen dabei die

F i g. 1 den Verlauf des magnetischer; Wechselfeldes,

F i g. 2 bis 4 verschiedene Mittel zur Erzwingung des in F i g. 1 gezeigten Wechselfeldes und

F i g. 5 einen Meßkreis des Gebers.

Gemäß Fig. 1 wird das entsprechend der sinusförmigen Netzwechselspannung sinusförmige magnetische Wechselfeld y> durch die nachfolgend erläuterten Maßnahmen bei Erreichen des Wertes ± Ho auf diesen Höchstwert während der Dauer Δ t in jeder Halbwelle begrenzt. Dabei kann während dieser Zeit keine Störspannung an den Meßelektroden des Gebers induziert werden, so daß das reine Nutzsignal abgegriffen werden kann.

Die gezeigte Amplitudenbegrenzung kann gemäß F i g. 2 durch einen Strombegrenzer B irr. Stromkreis der von einem Wechselspannungsnetz N gespeisten Erregerwicklung E des Gebers G erreicht werden. Der Strombegrenzer B besteht vorteilhafterweise aus einem in beiden Stromrichtungen arbeitenden (bipolaren) Stellglied S, das z. B. aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern aufgebaut im, die ihre Stellbefehle vor einem Regler RE erhalten, dem die konstente Größe Ho des Feldes .¹O als Sollwert und die Ausgangsgröße eines hochohmigen Operationsverstärkers V als Istwert zugeführt ist. Hierzu ist der Operationsverstärkei V eingangsseitig mit einem vom Erregerstrom durchflossenen Shunt ^verbunden.

Das Stellglied 5 ist mit einer Steuerschaltung SS verbunden, die ihrerseits einen Signalabtaster SA im Meßkreis der Meßelektroden M so betätigt, daß nur während der Zeitspanne Δ t, in der die konstante Feldamplitude Ho herrscht und somit keine Störspannung indziert werden kann, der Signalabtaster SA das Nutzsignal von der Meßelektrode Mauf einen Indikator / gelangen läßt. Auf die vorgenannte Weise wird die Feldbegrenzung durch eine Strombegrenzung erzwungen.

In F i g. 3 ist eine andere Möglichkeit der Feldbegrenzung angegeben. Hier ist die Erregerwicklung E in Reihe mit einer Sekundärwicklung eines Transfonnators Tan ein Wechselspannungsnetz N angeschlossen. Die Primärspule des Transformators ist über ein bipolares Stellglied S an die gleiche Wechselspannung gelegt. Das Stellglied S ist in Steuerabhängigkeit von einem Regler RE gebracht, dem als Sollwert wiederum die Feldgröße Ho und als Istwert die Spannung eines mit dem Feld der Erregerwicklung E induktiv gekoppelten Störsignalaufnehmers S7~im Geber zugeführt wird. Entsprechend dem Ausgangswert des Reglers RE wird während der Zeit Δ t der Transformator T gespeist, so daß er die Spannung für die Erregerwicklung im Sinne einer Konstanthaltung der Feldstärke Ho beeinflußt.

Eine abgewandelte Anordnung nach der Erfindung hat gemäß Fig. 4 an Stelle des Transformatos eine Hilfsspule Ü, die induktiv dem Wechselfeld der Erregerwicklung in der Zeit Δι entgegenwirkt im Sinne einer Konstanthaltung der Feldstärke Ho, d. h. die Hilfsspule überlagert eine gegengerichtete sinusförmig verlaufende Feldkomponente während Δ t.

Die in F i g. 3 und 4 ohne Geber G und Meßkreis mit Signalabtaster gezeigten Ausführungsformen können auch, wie gestrichelt oder strichpunktiert angedeutet ist, auf einen gemäß Fig. 5 angeordneten Signalabtaster SA arbeiten, der über einen Meßumformer MU den

J5 Indikator / speist. Ein solcher Meßkreis ist auch für die in F i g. 2 gezeigte Schaltung anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   !. Induktiver Strömungsmesser mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes mit Abschnitten konstanter Amplitude, das an Meßelektroden eines vom Wechselfeld durchsetzten und vom zu messenden Medium durchströmten Gebers eine Signalspannung hervorruft, aus der in jeder Halbwelle durch einen vom Erregerkreis to beeinflußten Signalabtaster ein störungsfreier Abschnitt als Nutzsignal abgetastet und einem Meßkreis zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung von Netzwechselspannung gespeist ist und eine den Strom, die ^|5 Spannung oder das magnetische Wechselfeld der Erregerwicklung (E) im Sinne einer Ampütudenkonstan'haltung des Wechselfeldes während einer längeren Zeitspanne in jeder Halbwelle beeinflussende Einrichtung (B, T, Ü) dem Felderregerkreis zugeordnet ist.
2. 2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strombegrenzer (B) mit einem im Stromkreis der Erregerwicklung (E) angeordneten bipolaren Stellglied (Sj und einem das Stellglied (S) beeinflussenden Regler (RE) vorgesehen ist, dem ein dem konstanten Wert (Ho) des Wechselfeldes entsprechender Sollwert sowie ein über einen Shunt (R) abgenommener stromproportionaler Istwert zugeführt ist. JO
3. 3. Strömungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Shunt (R) abgegriffene Spannung einem hochohmigen Operationsverstärker (V) zugeführt ist, dessen Ausgang an den Istwerteingang des Reglers (RE)angeschlossen ist. *5
4. 4. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Erregerwicklung (E) die Sekundärwicklung eines primärseitig über ein bipolares Stellglied gespeisten Transformators (T) angeordnet ist und daß das Stellglied in *o Abhängigkeit von einem Regler (RE) steht, dem als Istwert die Spannung eines induktiven Störspannungsaufnehmers (STjdes Gebers (Gjzugeführt ist.
5. 5. Strömungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Transformators eine wechselspannungsgespeiste Hilfsspule (Ü) in Abhängigkeit vom Stellglied (S) gebracht ist, die dem Wechselfeld der Erregerwicklung (E) feldbegrenzende Feldkomponenten überlagert.
6. 6. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (S) den Signalabtaster (SA) im Meßkreis über eine Steuerschaltung (SSjschaltet.