DE2744845B2

DE2744845B2 - Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung mit periodisch umgepoltem magnetischem Gleichfeld

Info

Publication number: DE2744845B2
Application number: DE2744845A
Authority: DE
Inventors: Juerg A. Arlesheim Boss (Schweiz)
Original assignee: Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1980-04-03
Also published as: JPS5489658A; FR2405466B1; DE2744845A1; IT1099763B; BE870876A; US4210022A; FR2405466A1; JPS6250764B2; NL7809681A; DD139762A5; CH634408A5; GB1586417A; DE2744845C3; IT7828477A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven DurchfluBmessung mit periodisch ungepoltem magnetischem Gleichfeld, bei welchem das Nutzsigril dadurch erhalten wird, daß die Signalspannung jeweils bei den einander gleichen, gegenpoligen Werten des Magnet!· 'des abgetastet und gespeichert wird und die Differenz der gespeicherten Abtastwerte gebildet wird.

Bei diesem Verfahren, das aus der DE-AS 20 52 175 bekannt ist, wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Nutzspannung mi*, dem Magnetfeld ihre Polarität wechselt, während die elektrochemische Störgleichspannung ihre Polarität beibehält Man erhält somit durch die Abtastung bei dem einen Wert dc.i Magnetfeldes die Summe aus Nutzspannung und Störgleichspannung und durch die Abtastung bei dem anderen Wert des Magnetfeldes die Differenz dieser beiden Spannungen. Aus der Differenz der beiden gespeicherten Abtastwerte erhält man dann die von der Störgleichspannung befreite Nutzspannung. Bei diesem bekannten Verfahren wird vorausgesetzt, daß sich die elektrochemische Störgleichspannung zeitlich nicht ändert. In Wirklichkeit wurde jedoch festgestellt, daß sich die elektrochemische Störgleichspannung im Verlauf der Zeit erheblich ändert, wobei sie Werte erreichen kann, die ein Vielfaches der zu messenden Nutzspannung betragen. Dadurch wird einerseits die MeUgenauigkeit beeinträchtigt, weil jeder Fehler bei der Differenzbildung zwischen zwei fast gleich großen Werten sich voll auf die geringe Differenz auswirkt, die die Nutzspannung darstellt Andererseits besteht nach kurzer Zeit die Gefahr einer Übersteuerung der für die Messung verwendeten Verstärker und sonstigen linearen Schaltungen. Maßnahmen zur Kompensation von zeitlichen Änderungen der Störgleichspannung sind bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen.

In der gleichen Druckschrift ist ein anderes Verfahren beschrieben, bei welchem anstelle eines periodisch umgepolten magnetischen Gleichfeldes ein periodisch ein- und ausgeschaltetes Gleichfeid angewendet wird. In diesem Fall wird bei ausgeschaltetem Magnetfeld die Störgleichspannung abgetastet und gespeichert, und bei eingeschaltetem Magnetfeld wird die Summe aus Nutzspannung und Störgleichspannung abgetastet und gespeichert Die Differenz der beiden gespeicherten Abtastwerte ergibt dann wieder die Nutzspannung. Auch dieses Verfahren setzt aber voraus, daß sich die Störgleichspannung zeitlich nicht ändert Gegenüber dem mit Umpolung des Magnetfeldes arbeitenden Verfahren weist dieses Verfahren den zusätzlichen Nachteil auf, daß sich bei stehender Flüssigkeit beträchtliche elektrochemische Potential: an den Elektroden aufbauen können, die sich dann, wenn die Messung beim Einsetzen der Strömung beginnt, besonders störend bemerkbar machen.

Aus der US-PS 33 16 762 ist gleichfalls ein Verfahren zur induktiven Durchflußmessung mit periodisch umgepoltem magnetischem Gleichfeld bekannt, bei welchem das Magnetfeld in jeder Periode zwei aufeinanderfol gende Impulse der einen Polarität und zwei aufeinan derfolgende Impulse der entgegengesetzten Polarität aufweist zwischen denen jeweils eine Magnetfeldpause liegt Die Signalspannung wird zwei parallelen Meßkanälen zugeführt; im ersten Meßkanal wird in jedem Magnetfeldimpuls und in jeder Magnetfeldpause eine Abtastung vorgenommen, während im zweiten Meßkanal nur in jeder zweiten Magnetfeldpause eine Abtastung erfolgt Die Abtastwerte werden in jedem Meßkanal durch geeignete Invertierungen auf die gleiche Polarität gebracht und über eine ganze Periode integriert; die in den beiden Meßkanälen erhaltenen integrierten Werte werden voneinander subtrahiert nachdem der integrierte Wert des zweiten Meßkanals vervierfacht worden ist Die zur Gewinnung des

^J5 Nutzsignals der Differenzbildung unterworfenen Abtastwerte enthalten also einerseits die Summe aus Nutzspannung und Störspannung und andererseits die Störspannung allein. Die Kompensation der zeitlichen Änderung einer vorhandenen Slörgldchspannung ist bei diesem bekannten Verfahren ebenfalls nicht vorgesehen, so daß die zuvor geschilderten Erscheinungen einer Übersteuerung der Verstärker und des absoluten Fehlers bei der Differenzbildung in vollem Umfang bestehen.

« Andererseits ist aus der DE-AS 24 10 407 ein Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung bekannt mit dem auch zeitliche Änderungen der Störgleichspannung kompensiert wer-

w den Bei diesem bekannten Verfahren wird das Magnetfeld periodisch zwischen zwei Werten hin- und he.-geschaltet, von denen der eine Wert Null sein kann. Die Signalspannung wird zur Gewinnung des Nutzsignals abwechselnd bei dem einen und dem anderen

M Wert des Magnetfeldes abgetastet. Zur Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Störgleichspannung und insbesondere zur Vermeidung einer Übersteuerung der Verstärker und Subtrahierschaltungen infolge der sich langsam auf einen sehr großen Wert aufbauenden

so Störgleichspannung sind in jeder Teilperiode des einen Magnetfeldwertes zwei Kompensationszeitintervalle vorgesehen, in denen die Signalspannung auf den Wert Null kompensiert wird; das erste Kompensationszeitintervall liegt unmittelbar am Anfang dieser Teilperiode, und das zweite Kompensationszeitintervall liegt am Ende der gleichen Teilperiode im Anschluß an die im Verlauf dieser Teilperiode vorgenommene Abtastung. Am Ende jedes Kompensationszeitintervalls hat somit

die der Abtastung unterworfene kompensierte Signalspannung zunächst den Wert Null, und der nächste Abtastwert ist in der gleichen Teilperiode die zeitliche Änderung der Störgleichspannung und in der nächsten Teilperiode die Summe der Nutzspannung und der zeitlichen Änderung der Störgleichspannung. Die zeitliche Änderung der Störgleichspannung ist zwischen den Kompensationszeitintervallen verhältnismäßig gering, so daß eine Übersteuerung der Verstärker durch die sich allmählich aufbauende Störgleichspannung, die ι ο ein Vielfaches der Nutzspannung erreichen kann, vermieden wird. Als Nachteil ist jedoch die diesem Verfahren innewohnende Unsymmetrie anzusehen. Einerseits wird die bei dem einen Wert des Magnetfeldes bestehende Nutzspannung vollkommen wegkompensiert, so daß es im Hinblick auf die Leistungsbilanz zweckmäßig ist, diesen Wert des Magnetfeldes möglichst klein zu halten oder vorzugsweise gleich Null zu machen. Ferner sind die abwechselnden Abtastwerte, aus denen das Nutzsignal durch Differenzbildung gewonnen wird, voneinander sehr verschieden, denn der in der einen Teilperiode erhaltene Abtastwert ist, unabhängig von dem in dieser Teilperiode bestehenden Wert des Magnetfeldes, stets nur die zeitliche Änderung der Störgleichspannung seit dem letzten Kompensationszeitintervall, während der in der anderen Teilperiode erhaltene Abtastwert gleich der Summe von Nutzspannung und zeitlichem Anstieg der Störgleichspannung ist. Schließlich bestehen in den beiden Teilperioden unterschiedliche zeitliche Verhältnisse: In der einen Teilperiode liegen zwei Kompensationszeitintervalle und dazwischen ein Abtastzeitintervall, wogegen in der anderen Teilperiode kein Kompensiitionszeitintervall, sondern nur ein Abtastzcilintervall liegt. Zur Schaffung gleicher Änderungszeiten für die Störgleichspannung müssen daher die Teilperioden verschieden bemessen oder die Abtastzeitpunkte innerhalb der Teilperioden verschieden gelegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen An, bei welchem die Kompensation der zeitlichen Änderungen der Störgleichspannung ohne schaltungstechnischen Mehraufwand bei Anwendung eines Magnetfeldes wechselnder Polarität in völlig symmetrischer Weise erhallen wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Teilperioden des Magnetfeldes jeweils durch eine Magnctfeldpause voneinander getrennt sind, in der jeweils zu einem gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signalspannung während eines Kompensationszeitintervalls eine der Signalspannung entgegengeschaltete Kompensationsspannung erzeugt wird, welche die Signalspannung innerhalb dieses Kompensationszeitintervalls auf den Wert Null kompensiert und bis zum nächsten Kompensationszeitintervall beibeha!- ten wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Magnetfeld zwischen drei Werten umgeschaltet, nämlich zwei gleich großen entgegengesetzt gepolten Werten und dem Wert Null. Die Abtastung der Signalspannung zum Zweck der Gewinnung des Nutzsignals erfolgt jeweils beim Vorhandensein des Magnetfeldes, so daß jeder Abtastwert die Nutzspannung enthält; die Abtastwerte entsprechen abwechselnd der Summe und der Differenz von Nutzspannung und *>⁵ Störspannung, so daß bei der Differenzbildung die doppelte Nutzspannung t ihalten wird, während sich die Störspannungen aufheben. Dagegen erfolgt in den Magnetfeldpausen keine Abtastung der Signalspannung, die dann die reine Störspannung ist, zum Zweck der Differenzbildung; die Magnetfeldpausen werden nur zur Kompensation der zeitlichen Änderung der Störgleichspannung verwendet, wobei in jeder Magnetfeldpause nur eine einzige Kompensation vorgenommen wird. Die Messung erfolgt dadurch vollkommen symmetrisch. Im Vergleich zu dem eingangs angegebenen bekannten Verfahren ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß bei gleichem Leistungsaufwand für die Erzeugung des Magnetfeldes das erhaltene Meßwertsignal doppelt so groß ist, wodurch der Störabstand wesentlich verbessert wird.

Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Übersichtsschema einer Meßanordnung,

F i g. 2 ein vereinfachtes Schema der Spulensteuerung bei der Anordnung von F i g. 1,

F i g. 3 dns Schaltbild der Signalverarbeitungsanordnung der Anordnung von Fig. 1,

F i g. 4 Diagramme zur Erläuterung aer Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 1 bis 3 und

F i g. 5 einige der Diagramme von F i g. 4 in größerem Zeitmaßstab.

Fig. ■ zeigt schematisch ein Rohr 1, durch das eine elektrisch leitende Flüssigkeit senkrecht zur Zeichenebene strömt. Eine Magnetfeldspule 2, die aus Symmetriegründen aus zwei gleichen, zu beiden Seiten des Rohres 1 angeordneten Hälften besieht, erzeugt im Rohr ein senkrecht zur Rohrachse gerichtetes Magnetfeld BX, B2. Im Innern des Rohres I sind zwei Elektroden 3 und 4 angeordnet, an denen eine induzierte Spannung abgegriffen werden kenn, die der mittleren Durchflußgeschwindigkeit der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch das Magnetfeld proportional ist. Die Elektroden 3 und 4 sind mit den beiden Eingängen 5 bzw. 6 einer Signalverarbeitungsanordnung 7 verbunden, die an ihrem Ausgang 8 ein für die Weiterverarbeitung geeignetes Signal liefert, das ein Maß für die Durchflußgeschwindigkeit ist. Die Signalverarbeitungsund Steueranordnung liefert an zwei weiteren Ausgängen 9 und 10 Steuersignale, die den beiden Eingängen 11 bzw. 12 einer Spulensteuerünordnung 13 zugeführt werden. An die Ausgänge 14 und 15 der Spulensteueranordnung 13 sind die beiden Spulenhälften 2 in Reihe angeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Spulensteueranordnung 13 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Sie enthält vier Schalter 16,17,18,19, die nach Art einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei die Magnetspule 2 in der einen Brückendiagonale liegt, während die andere Brückendiagonale in Reihe mit einem KonstantstromfCTierator 20 an eine Gleichspannungsquelle 21 angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle 21, die beispielsweise eine .Spannung von 24 Volt liefert, kann entweder ein Netzgerät oder eine Batterie sein.

Die Schalter 16 bis 19, die in Wirklichkeit natürlich elektronische Schalter sind, werden paarweise durch die den Eingangsklemriien 11 und 12 zugeführten Signale betätigt. Wenn am Eingang 11 ein Impuls anliegt, werden die beiden Schalter 16 und 18 geschlosser, die in diametral entgegengesetzten Zweigen der Brücke liegen; in diesem Fall fließt der von dem Konstantstromgenerator 20 gelieferte eingeprägte Strom / in der Richtung des Pfeils B ί clurcli die Magnetspule 2, so daß diese in der Rohrleitung 1 ein Magnetfeld BX erzeug!, dessen Richtung durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angegeben ist. Wenn am Eingang 12 ein Impuls

anliegt, werden die beiden Schalter 17 und 19 geschlossen, so daß die Magnetspule 2 von dem eingeprägten Strom / in der entgegengesetzten Richtung durchflossen wird, wie durch den gestrichelten Pfeil B2 angedeutet ist; demzufolge hat das im Rohr 1 erzeugte Magnetfeld Bl die durch die gestrichelten Pfeile angedeutete entgegengesetzte Richtung. Die Induktionswerte B 1 und Bl haben den gleichen Betrag, aber entgegengesetzte Vorzeichen. Wenn an keinem der Eingänge 11 und 12 ein Impuls anliegt, sind alle Schalter geöffnet, und das Magnetfeld im Rohr 1 hat den Induktionswert Null.

F i g. 3 zeigt ein genaueres Schaltbild der Signalverarbeitungs- und Steueranordnung 7 von Fig. I. Die beiden Eingangsklemmen 5 und 6 sind die Eingänge eines durch einen Differenzverstärker gebildeten Meßverstärkers 22. an dem somit die zwischen den Elektroden 3 und 4 F*ntct*=>h<=>nrlii Ctnnalcnanniinn anliefert Δη r\e*r\ Aticnonn

des Meßverstärkers 22 sind zwei Abtast- und Speicherschaltungen 23 und 24 angeschlossen, und zwar die Abtast- und Speicherschaltung 23 direkt und die Abtast- und Speicherschaltung 24 über einen Inverter 25. der die Polarität des Ausgangssignals des Meßverstärkers 22 umkehrt. Zur Vereinfachung ist angedeutet, daß die Abtast- und Speicherschaltung 23 einen Schalter 51 enthält, der durch ein an einen Steuereingang 26 angelegtes Signal geschlossen wird und dann einen Speicherkondensator Cl über einen Widersland /? 1 mit dem Ausgang des Meßverstärkers 22 verbindet, so daß sich der Speicherkondensator Cl auf eine Spannung auflädt, die von der Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 abhängt. Die Schaltungselemente RU Ci bilden zusammen ein Integrierglied, das die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 während der Schließzeit des Schalters 51 integriert. Der Ausgang der Abtast- und Speicherschaltung 23 ist mit dem Eingang eines Trennverstärkers 28 verbunden, der verhindert, daß sich der Kondensator Cl nach dem öffnen des Schalters 51 entladen kann: der auf dem Kondensator Cl gespeicherte Abtastwert steht somit bis zum nächsten Schließen des Schalters 51 am Ausgang des Trenn verstärkers 28 zur Verfügung.

In gleicher Weise enthält die Abtrst- und Speicherschaltung 23 einen Schalter 52, der durch ein an einen Steuereingang 27 angelegtes Steuersignal geschlossen wird, sowie einen Speicherkondensator C2. der zusammen mit einem Widerstand ein Integrierglied bildet, das die Ausgangsspannung des Inverters 25 während der Schließzeit des Schalters 52 integriert. Die nach dem Öffnen des Schalters 52 erreichte Ladespannung des Kondensators C2 steht bis zum nächsten Schließen des Schalters S 2 am Ausgang eines der Abtast- und Speicherschaltung 24 nachgeschalteten Trennverstärkers 29 zur Verfugung.

Die Ausgänge der beiden Trennverstärker 28 und 29 sind über Summierwiderstände 30 bzw. 31 mit dem invertierenden Eingang eines als Summierverstärker wirkenden Operationsverstärkers 32 verbunden, in dessen Rückkopplungskreis ein Widerstand 33 parallel zu einem Kondensator 34 liegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 32 entspricht dem Ausgang 8 der Signalverarbeitungs- und Steueranordnung.

Der Meßverstärker 22 weist einen zusätzlichen Kompensationseingang 35 auf, der an den Ausgang einer speichernden Regelschaltung 36 angeschlossen ist. Als Beispiel ist angedeutet, daß die speichernde Regelschaltung einen Operationsverstärker 37 enthält, der durch einen im Rückkopplungskreis liegenden Kondensator 38 in Verbindung mit einem Eingangswiderstand 39 als Integrator geschaltet ist. Der als Bezugseingang dienende, nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 ist an Masse gelegt. Der Eingangswiderstand 39 ist in Serie mit einem Schalter 53 an den Ausgang des Meßverstärkers 22 angeschlossen. Es ist somit zu erkennen, daß dann, wenn der Schalter 53 geschlossen ist, der Operationsverstärker 37 eine Ausgangsspannung annimmt, die am Kompensa-

in tionseingang 35 des Meßverstärkers 22 anliegt und so bemessen ist. daß die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 auf den Wert Null geregelt wird. Wenn der Schalter 53 geöffnet wird, hält der Operationsverstärker 37 den erreichten Kompensationsspannungswert bis zum nächsten Schließen des Schalters 53 fest.

Eine von einem Taktgeber 40 gesteuerte Steuerschaltung 41 liefert an drei Ausgängen die Steuersignale für die Schslisr 51 52 53' zwei weitere

s^sp."" de

Steuerschaltung 41 entsprechen den Ausgängen 9 und 10 von Fig. 1 an, an denen die Steuersignale für die Spulensteueranordnung 13 abgegeben werden.

Wenn die beschriebene Anordnung vom Netz gespeist wird, kann der Taktgeber 40 einen Synchronisiereingan? 42 haben, an dem er durch die Netzspannung synchronisiert werden kann. Diese Synchronisierung kann bei einem batteriebetriebenen Gerät entfal'^n.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Schaltung soll anhand der Diagramme von F i g. 4 und 5

jo erläutert werden.

Das Diagramm A von F i g. 4 ^eigt die Steuerimpulse am Ausgang 9. und das Diagramm B zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 10 der Signalverarbeitungsuiid Steueranordnung 7 von Fig. I. Infolge der zuvor geschilderten Funktionsweise der Spulensteueranordnung 13 (F i g. 2) nimmt somit das Magnetfeld im Rohr 1 abwechselnd die im Diagramm Cvon F i g. 4 dargestellten Induktionswerte B 1. B 2 an, zwischen denen jeweils eine Pause besteht, in der das Magnetfeld die Induktion Null hat. Die Periode, die gleich der Dauer Tm eines Meßzyklus iit, ist groß gegen die Periode der Netzfrequenz; die Signale werden vorzugsweise durch digitale Frequenzteilung mit dem Teilerfaktor 32 aus der Netzfrequenz gewonnen, so daß bei einer Netzfrequenz von 50 Hz der Meßzykhis eine Dauer Tm von 640 ms hat: dies entspricht einer Frequenz der Felderregung von 1,5625 Hz. Bei dem dargestellten Beispie! ist angenommen, daß innerhalb jeder Periode die beiden Magnetfeldimpulse sowie auch die dazwischenliegenden Pausen jeweils die gleiche Dauer haben, die bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel also 160 ms beträgt.

Die Diagramme 51, 52 und 53 zeigen die Steuerimpulse, die von der Steuerschaltung 41 zur Betätigung der Schalter 51, 52 bzw. 53 von Fig.3 abgegeben werden. Diese Steuerimpulse sind wesentlich kürzer als die für die Magnetfeldsteuerung erzeugten Steuerimpulse der Diagramme A und B und demzufolge auch wesentlich kürzer als die von der Magnetspule 2 erzeugten Magnetfeldimpulse. Vorzugsweise steht die Dauer der Abtaststeuerimpulse 51, 52 und der Kompensationssteuerimpulse 53 gleichfalls in Beziehung zu der Periode der Netzspannung; sie beträgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 40 ms, also das Doppelte der Netzperiode. Der Deutlichkeit wegen sind im Diagramm A von F i g. 5 die gegenseitigen zeitlichen Lagen der Magnetfeldimpulse Bi, B2 und der Steuerimpulse 51, 52, 53 für eine

Periode in größerem Maßstab dargestellt. Die Abtaststeuerimpulse 5 1 fallen in die positiven Magnetfeldimpulse öl und Jie Abtaststeuerimpulse 52 fallen in die negativen Magnetfeldimpulse B 2. Sie liegen vorzugsweise in der Nähe des Hinterendes dieser Impulse, ϊ damit sich im Abtastzeitintervall stationäre Verhältnisse eirvistellt haben und eventuelle Einschwingvorgänge abgeklungen sind. Bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel kann jeder Abiaststeuerimpuls S1,52 in einem Zeitabstand von 100 ms nach derr Beginn des in entsprechenden Magnctfeldimpulses öl bzw. Ö2 beginnen, so daß er 20 ms vor dem finde des Magnetfeldimpulses endet.

Die Kompcnsationsstcuerimpulsc 53 fallen in die Pausen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden r> Magnetfeldimpiilsen. Sie beginnen beispielsweise gleichfalls in einem Zeitabstand von 100 ms nach dem FnHr Ητς vorhergehenden Magnetfeldimpulses. so daß nach dem Ende jedes Kompcnsationssteuerimpulscs 53 noch ein Zeitintervall von 20 ms bis zum Beginn des :n nächsten Magnetfeldimpulses besteht. Zwischen dem linde jedes Kompensalionssteuerimpulses 53 und dem Beginn des nächsten Abtaststeuerimpulses 51 besteht somit ein stets gleiches Zeitintervall von 120 ms.

Das Diagramm D von F^: i g. 4 zeigt den Verlauf der 2\ aus der Überlagerung von Störgleiehspanniing Us und von Meßspannung Usi erhaltenen Signalspannung für den Fall einer zeitlich konstanten Störgleiehspanniing Us. von der angenommen ist. daß sie kleiner als die M ßspannung I hi ist. In dieses Diagramm sind auch die m durch die Abiaststeiicrimpiilse 51. 52 bewirkten Abtastungen eingetragen, wobei zunächst angenommen ist. daß der Kompensationskreis mit der speichernden Regelschaltung 36 nicht vorhanden ist. Das Diagramm F von F i g. 4 zeigt unter den gleichen Voraussetzungen '"> die Verhältnisse für den Fall einer sich zeitlich ändernden Störgleichspannung i'>. Schließlich ist im Diagramm F von F i g. 4 für den dem Diagramm E entsprechenden Fall die Wirkungsweise des Kompensationskreises dargestellt. Der Deutlichkeit wegen sind die -"> Diagramme D. Fund Fin F i t. 5 nochmals in größerem Maßstab für einen Meßzyklus dargestellt.

Im Fall des Diagramms D besteht während der Magnetfeldpausen jeweils die konstante Störgleichspannung Us. der sich während der Dauer des positiven ·"· Magnetfeldimpulses B I eine positiv gerichtete Meßspannung Usi und während der Dauer des Magnetfeldimpulses 6 2 die negativ gerichtete Meßspannung Usi überlagert. Da sich die Abtastung stets auf den Nullwert bezieht, wird während der Dauer des Abtaststeuerim- ϊ<> pulses 51 ein Abtastwert Us+Um und während der Dauer des Abtaststeuerimpulses 52 ein Abtastwert Us- Um abgetastet. Durch die Invertierung im Invertierer 25 und die anschließende Summierung wird die Differenz der beiden Abtastwerte gebildet:

Us+ Um - (Us-Um) = 2 Um

Durch diese Differenzbildung ist somit die Störgleichspannung Us kompensiert worden.

Wenn sich dagegen die Störgleichspannung Us ^b0 zeitlich ändert, wie im Diagramm E dargestellt ist, ist eine vollständige Kompensation der Störgleichspannung durch die Differenzbildung nicht mehr möglich. Während der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls 51 besteht eine Störgleichspannung t/51, so daß der Abtastwert Us\ + Um gespeichert wird. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls 52 hat sich die Störgleichspannung um den Wert AUs vergrößert: es wird somit der Abtastwert Us+AUs- Um abgetastet. Die anschließende Differenzbildung ergibt somit:

t/s 1 + Um - (Us\+AUs- Um) = 2Um-AUs

Die Messung ist also mit einem Fehler behaftet, der gleich der Änderung AUs der Störgleichspannung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen ist. Das Diagramm E von Fig.4 läßt noch eine weitere nachteilige Folge der sich ändernden Störgleichspannung erkennen: Die Summe aus Störgleichspannunj: und Meßspannung kann schnell sehr große Werte annehmen, die den linearen Aussteuerungsbereich des Meßverstärkers überschreiten. Eine Messung ist dann nicht mehr möglich. Wenn ferner die Störgleichspannung groß gegen die Meßspannung ist, wirken sich Fehler in der Differenzbildung sehr stark auf die Genauigkeit des erhaltenen Meßergebnisses aus.

Die Diagramme F von F i g. 4 und 5 zeigen, wie die geschilderten Erscheinungen durch die Wirkungsweise der speichernden Regelschaltung 36 in Verbindung mit der angewendeten besonderen Art der Feldsteuerung vermieden werden. Durch jeden Kompensationssteuerimpuls 53 wird während eines Kompensationszeitintervalls 7\. das kurz vor dem Beginn jedes Magnetfeldimpulses liegt, die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 auf Null geregelt. Da diese Regelung während der Magnetfeldpausen erfolgt, wirkt sie sich nur auf die in diesem Zeitpunkt bestehende Störgleichspannung aus. Nach dem Ende des Kompcnsationszeitintervalls Tk ändert sich dann die Störgleichspannung entsprechend den herrschenden Bedingungen, ausgehend von dem Wen Null. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls 51 hat sie dann einen gewissen Wert AUs erreicht. Somit wird in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert. 1 LJs+ Usi abgetastet und gespeichert.

Vor dem darauffolgenden negativen Magnetfeldimpuls B 2 wird die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 erneut in einem Kompensationszeitintervall 7\· auf Null geregelt. Sie steigt anschließend, ausgehend von diesem Wert Null, wieder an. Wenn eir° gleichbleibend lineare Änderung der Störgleichspannung angenommen wird, erreicht sie bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls 52 wieder den gleichen Wert AUs. so daß in diesem Abtastzeitintervall der Abtastwert J Us— Usi abgetastet und gespeichert wird. Die anschließende Differenzbildung ergibt dann:

AUs+ Um - (J Us- Usi) = 2 Usi

Es ist somit zu erkennen, daß die Störgleichspannung vollständig kompensiert wird, obwohl sie sich zeitlich ändert.

Ferner ist zu erkennen, daß die Störgleichspannung stets nur sehr kleine Werte erreichen kann, da sie jeweils nach der Hälfte einer Meßzyklusdauer wieder auf den Wert Null geregelt wird und davon ausgegangen werden kann, daß sie sich in diesem Zeitraum nicht sehr ändert. Es besteht somit keine Gefahr einer Übersteuerung des Meßverstärkers.

Schließlich bleibt die bei jeder Differenzbildung zu eliminierende Störgleichspannung A Us stets klein im Verhältnis zur Meßspannung Um, so daß die Genauigkeit der Differenzbildung voll in die Meßgenauigkeit eingeht.

Dadurch, daß die durch die Steuerimpulse 51,52 und 53 abgetasteten Signale jeweils über die Dauer eines Zeitintervalls von 40 ms integriert werden, das gleich zwei Perioden der Netzfrequenz ist, werden die überlagerten Störfrequenzen, die ein Vielfaches der

halben Netzfrequenz (25 Hz) sind, unwirksam gemacht, da ihr Gleichstrom-Mittelwert für das getastete Signal zu Null wird.

Die Wahl der sehr niedrigen Arbeitsfrequenz, die nur ein Bruchteil dir Netzfrequenz ist und bei dem angegebenen Beispiel 1,5625 Hz für eine Netzfrequenz von 50 Hz bet; dgt, ergibt mehrere Vorteile. Einerseits besteht nach dem Einschalten der Spulenströme bis zur Abtastung der Signalspannung ausreichend Zeit, daß die Einschwingvorgänge abklingen können und sich stationäre Verhältnisse einstellen. Andererseits können die

10

Spulen bei so nieurigen Frequenzen praktisch als reine Widerstände angesehen werden, so daß keine große Blindleistung erforderlich ist.

Die Spulenströme und die durch sie erzeugten Magnetfelder sind zur Vereinfachung als Rechteckimpulse dargestellt worden. Das beschriebene Verfahren ist aber unabhängig von der Kurvenform der Spulenströme und Magnetfelder. Selbst bei rechteckigen Ansteuerimpulsen wird sich wegen der Selbstinduktivitat der Spulen im allgemeinen ein mehr trapezförmiger Verlauf der Spiilenströme einstellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Kompensation (!er elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven DurchfluBmessung mit periodisch umgepoltem magnetischem Gleichfeld, bei welchem das Nutzsignal dadurch erhalten wird, daß die Signalspannung jeweils bei den einander gleichen, gegenpoligen Werten des Magnetfeldes abgetastet und gespeichert wird und die Differenz der gespeicherten Abtastwerte gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilperioden des Magnetfeldes jeweils durch eine Magnetfeldpause voneinander getrennt sind, in der jeweils zu einem gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signalspannung während eines Kompensationszeitintervalls eine der Signalspannung entgegengeschaltete Kompensationsspannung .erzeugt wird, welche die Signalspannung innerhalb dieses Kompensationszeitintervalls auf den Wert Null kompensiert und bis zum nächsten Kompensationszeitintervall beibehalten wird.