DE2712797C2 - Meßvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur, der Geschwindigkeit und des Gasblasengehalts einer leitfähigen Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur, der Geschwindigkeit und -to des Gasblasengehalts einer leitfähigen Flüssigkeit, bestehend aus einem in die Flüssigkeit eingetauchten Meßfühler, der drei axial nebeneinander angeordnete Spulen enthält, aus einem Wechselspannungsgenerator, der mit der mittleren der drei Spulen verbunden ist, und aus einer Auswerteeinrichtung für die in den beiden äußeren Spulen induzierten Meßspannungen, wobei die Auswerteeinrichtung erstens eine Addierschaltung für die beiden Meßspannungen zur Bildung eines temperaturabhängigen Ausgangssignals, zweitens eine Subtra- hierschaltung für die beiden Meßspannungen zur Bildung eines geschwindigkeitsabhängigen Ausgangssignals und drittens eine phasenempfindliche Schaltung enthält, mit der ein von der relativen Phase zwischen dem Wechselspannungsgenerator und den induzierten Meßspannungen abhängiges, den Gasblasengehalt repräsentierendes Ausgangssignal gebildet wird.

Eine derartige Meßvorrichtung ist aus der Literaturstelle »Kurzvorträge der Reaktortagung«, Karlsruhe 1973, S. 466—469, bekannt Mit Hilfe dieser bekannten Meßvorrichtung ist es möglich, einen Nachweis von Vol.-% Gasblasenanteil dadurch zu ermöglichen, indem man Änderungen in der Phase der Ausgangsspannung mißt. Dieses bekannte Verfahren wird von Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur kaum beeinflußt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Meßvorrichtung der eingangs genannten Art mit einer besonders einfach aufgebauten Schaltung zur Bestimmung des Gasblasengehalts zu versehen.

Ausgehend von der Meßvorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die phasenempfindliche Schaltung ein phasenselektiver Gleichrichter ist, dessen Takteingang über ein Phasenschieberglied mit dem Wechselspannungsgenerator verbunden ist und dessen Signaleingang das Ausgangssignal der Addierschaltung oder Subtrahierschaltung empfängt

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß das Phasenschieberglied die Phase derart verschiebt, daß das Ausgangssignal des phasenselektiven Gleichrichters Null ist, wenn der Gasblasengehalt Null ist

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf dia Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften Meßfühlers,

Fig.2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Meßfühlers gemäß F i g. 1,

Fig.3 ein Vektordiagramm zur Darstellung der Phasenbeziehung zwischen dem geschwindigkeitsabhängigen Ausgangssignal und dem temperaturabhängigen AusgangssigaaL die vom Meßfühler gemäß F i g. 1 geliefert werden,

F i g. 4 ein Blockschaltbild der gesamten Meßvorrichtung, und

F i g. 5 ein detaillierteres Schaltbild der Vorrichtung gemäß F ig. 4.

F i g. 1 veranschaulicht den Aufbau eines beispielhaften, bei der Erfindung verwendbaren Meßfühlers, der einen Spulenkern U, eine um diesen herumgewickelte Erregerspule 12 sowie um den Spulenkern 11 in solcher Lage herumgewickelte Meßspulen 13 und 14, d?.ß sie die Erregerspule 12 zwischen sich einschließen, aufweist Ein solcher Detektor wird in »ine zu überwachende leitfähige Flüssigkeit in der Weise eingesetzt, daß die Mittelachse des Spulenkerns 11 mit der Strömungsrichtung F übereinstimmt Wenn an die Erregerspule 12 ein Wechselstromsignal angelegt wird, wird bei strömender leitfähiger Flüssigkeit (vgl. die gestrichelte Linie b in Fig.2), der Magnetfluß Φ gegenüber dem ruhenden Zustand (vgl. die ausgezogene Linie a in Fig.2) verändert Eine Temperaturänderung der Flüssigkeit äußert sich dagegen in einer Änderung der Breite der Magnetflußverteilung. Infolgedessen kann die Strömungsgeschwindigkeit durch Berechnen des Unterschieds zwischen den Meßspannungen ei und ei der Meßspulen 13 und 14 bestimmt werden, während die Temperatur durch Berechnen der Summe der Meßspannungen e 1 und e 2 bestimmt werden kann.

Falls in der zu überwachenden, leitenden Flüssigkeit Gasblasen auftreten wird die Amplitude der Ausgangssignale (e\— e?) und (e\ + ej) verändert Es ist daher prinzipiell möglich, das Vorhandensein von Gasblasen durch Feststellung der Amplitudenschwankung in den Ausgangssignalen (e\ — ei) oder (e\ + ei) zu bestimmen. Da jedoch in der Praxis die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit keinen festen Wert besitzt, sondern ständig geringfügig variiert, ist es schwierig, zu unterscheiden, ob die gemessene Amplitudenschwankung im Ausgangssignal von Gasblasen oder von einer Änderung der Geschwindigkeit oder Temperatur der Flüssigkeit herrühren. Aus diesem Grunde wird im vorliegenden Fall einer Phasenmessung zur Bestimmung des Gasbla-

sengehalts der Vorzug gegeben.

Im Zuge der Entwicklung wurde aufgrund von Untersuchungen folgendes festgestellt:

1. Die maximale Ansprechempfindlichkeit im geschwindigkeitsabhängigen Ausgangssignal (et — C₂) wird erreich;, wenn dessen Phase praktisch mit derjenigen des Anregungssignals koinzidiert

2. Beim te.-iperaturabhängigen Ausgaagssinal >o (e\ + ei), das bei Verwendung eines nicht magnetischen Materials für den Spulenkern erhalten wird, wird die maximale Ansprechempfindlichkeit erzielt, wenn die Phase dieses Signals einen Phasenunterschied von +60° bis +70° gegenüber dem '5 Anregungssignal besitzt

Fig.3 zeigt ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung der zuvor geschilderten Optimalbedingungen.

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Meßvorrichtung, in welchem mit 10 der Meßfühler gernäS Fig.! angedeutet ist, der aus einer Erregerspule 12 sowie zu deren beiden Seiten angeordneten Meßspulen 13 und 14 besteht Die Ausgangsklemme eines Wechselspannungsgenerators 15 ist mit der Erregerspule 12 verbunden. Ein geschwindigkeitsabhängiges Ausgangssignal (e 1 — e2) ist an einer Ausgangsklemme 21 abnehmbar. Weiterhin enthält die Schaltung eine phasenselektive Gleichrichterschaltung 30 und gemäß dem gewählten Beispiel ein 90°-Phasenschieberglied 31. Der Gleichrichter 30 bewirkt die synchrone Gleichrichtung des geschwindigkeitsabhängigen Ausgangssignals (e 1 — e 2) durch das vom Phasenschieberglied 31 gelieferte Signal, dessen Phase gegenüber derjenigen des Anregungssignals um +90° verschoben ist

Fig.5 ist ein detailliertes Schaltbild dargestellt, in welchem den Teilen von F i g. 4 entsprechende Teile mit denselben Symbolen wie dort bezeichnet sind. Die Schaltung umfaßt einen Verstärker 2/4 zum Verstärken des Meßsignali der Meßspule 13, einen Verstärker 2ß für das Meßsignal der Meßspule 14, eine Addierschaltung 3A zum Addieren des Ausgangssignds ei des Verstärkers 2A und des Ausgangssignals C₂ des Verstärkers 2B zwecks Lieferung eines temperaturab- ■" hängigen Signals, er eine Subtrahierschaltung 3B zum Subtrahiere» des Ausgangssignals ei des Verstärkers 2B vom Afsgangssignal ei des Verstärkers 2A zwecks Lieferung eines strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Signals e_n Gleichrichterschaltungen 4Λ und AB sowie Anzeigegeräte 5 und 6, die so geschallet sind, daß ersteres die Temperatur und letzteres die Strömungsgeschwindigkeit der zu überwachenden Flüssigkeit anzeigt Der phasenselektive Gleichrichter 30 besteht aus einem Operationsverstärker Ai, welcher das Signal ey von der Subtrahierschaltung 3B abnimmt, aus einem Operationsverstärker A₂ mit Rückkopplungskreis in Form einer Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator sowie aus Schalterkreisen S\ und Si. Ein Anzeigegerät 7 dient zur Wiedergabe des vom Gleichrichter 30 gelieferten Gasblasensignals e& Das 90°-Phasenschieberglied 31 besteht aus einem Operationsverstärker A3 zur Aufnahme des Ausgangssignals des Wechserspannungsgenerators 15 über eine Phasenschieberschaltung aus einem Widerstand Rv und einem Kondensator C, einem Verstärker A4 sowie einem Rechteckwellen-Oszillator OS, welcher das Ausgangssignal des Verstärkers Aa, als Triggersignal empfängt und einen Signalimpuls zum Ansteueri der Schalter S\ und S₂ des Gleichrichters 30 erzeugt Ü:e Phase des vom Rechteckwellen-Oszillators OS gelieferten Ausgangssignals ist durch Einstellung des Werts des Widerstands RV auf +90° oder jeden beliebigen anderen Winkel gegenüber dem Erregersignal (Ausgangssignal des Wechselspannungsgenerators 15) regelbar. Die Schalter Si und S₂ des phasenselektiven Gleichrichters 30 werden durch die Ausgangsimpulse des Rechteckwellen-Oszillators OS in der Weise betätigt, daß d~r eine Schalter abgeschaltet ist (sperrt), wenn der andere Schalter eingeschaltet (durchgeschaltet) ist, und umgekehrt. Wenn der Schalicr Si sperrt und der Schalter S₂ durchgeschaltet ist, wird die Signalkomponente des geschwindigkeitsabhängigen Signals ev über den Verstärker A\ dem Verstärker A₂ zugeführt, so daß eine im Signal e_v enthaltene 90°-Komponente bzw. ein Gasblasensignal en an der Ausgangsklemme des Verstärkers A₂ erhalten wird.

Die Phasenverschiebung kann anstatt +90° auch -90° betragen.

Ar «teile des geschwindigkeitsabhängigen Signals e_v kann auch das temperaturabhängige Signal er an die Eingangsklemme des Gleichrichters 30 angelegt werden. In diesem Fall wird das Signal zur Betätigung der Schalter Si und S₂ so eingestellt, daß seine Phase um + 90° gegenüber dem temperaturabhängigen Signal er verschoben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Meß vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur, der Geschwindigkeit und des Gasblasengehalts eines leitfähigen Flüssigkeit, bestehend aus einem in die Flüssigkeit eingetauchten Meßfühler, der drei axial nebeneinander angeordnete Spulen enthält, aus einem Wechselspannungsgenerator, der mit der mittleren der drei Spulen verbunden ist, und aus einer Auswerteeinrichtung für die in den beiden äußeren Spulen induzierten Meßspannungen, wobei die Auswerteeinrichtung erstens eine Addierschaltung für die beiden Meßspannungen zur Bildung eines temperaturabhängigen Ausgangssignals, zweitens eine Subtrahierschaltung für die beiden Meßspannungen zur Bildung eines geschwindigkeitsabhängigen Ausgangssignals und drittens eine phasenempfindliche Schaltung enthält, mil der ein von der relativen Phase zwischen dem Wechselspannung-Sgenerator und den induzierten Meßspannun- gen abhängiges, den Gasblasengehalt repräsentierendes Ausgangssignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenempfindliche Schaltung ein phasenseiektiver Gleichrichter (30) ist, dessen Takteingang über ein Phasenschieberglied (31) mit dem Wechselspannungsgenerator (15) verbunden ist und dessen Signaleingang das Ausgangssignal der Addierschaltung (3A) oder Subtrahierschaltung (3B) empfängt

2. Nietvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenschieberglied (31) die Phase derart verschiebt, daß das Ausgangssignal des phasenseJektiven Gleichrichters (30) Null ist, wenn der Gasblasengehalt NJi ist

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