DE2744845C3

DE2744845C3 - Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung mit periodisch umgepoltem magnetischem Gleichfeld

Info

Publication number: DE2744845C3
Application number: DE2744845A
Authority: DE
Inventors: Juerg A. Arlesheim Boss
Original assignee: Flowtec Ag Reinach Basel; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1985-08-08
Also published as: BE870876A; US4210022A; GB1586417A; IT7828477A0; DE2744845B2; FR2405466B1; DE2744845A1; CH634408A5; NL7809681A; IT1099763B; JPS6250764B2; JPS5489658A; FR2405466A1; DD139762A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung 1,1 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.

Bei diesem Verfahren, das aus der DE-AS 20 52 175 bekannt ist, wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Nutzspannung mit dem Magnetfeld ihre Polarität wechselt, während die elektrochemische Störgleich- _4(l Spannung ihre Polarität beibehält. Man erhält somit durch die Abtastung bei dem einen Wert des 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 _w 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 ._s Meßgenauigkeit 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 ₆₍₎ 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 Gleichfeld 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 Potentiale 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 Durchfluß-.nessung mit periodisch umgepoltem magnetischem Gleichfeld bekannt, bei welchem das Magnetfeld in jeder Periode zwei aufeinanderfolgende Impulse der einen Polarität und zwei aufeinanderfolgende Impulse der entgegengesetzten Polarität aufweist zwischen denen jeweils eine Magnetfeldpause liegt Die Signalspannung wird zwei parallelen Meßkanälen zugeführt; im ersten Meßkanal wird in jedem Magneti'eldimpuls und in jeder Magnetfeidpause 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 Nutzsignals der Differenzbildung unterworfenen Abtastwerte enthalten also einerseits die Summe aus Nutzspannung und Störspannung und andererseits die Störspannung allein. Die Kompensation der zeitlichem Änderung einer vorhandenen Störgleichspannung 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 werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Magnetfeld periodisch zwischen zwei Werten hin- und hergeschaltet, von denen der eine Wert Null sein kann. Die Signalspannung wird zur Gewinnung des Nutzsignals abwechselnd bei dem einen und dem anderen Wert des Magnetfeldes abgetastet. Zur Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Störgleichspannung und insbesondere zur Vermeidung einer Übersteuerung der Verstärker und Subtrahierschaltungen infolge deir sich langsam auf einen sehr großen Wert aufbauenden 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 Signalspanming zunächst den wert Null, und der nächste Abiastwert is» in der gieiehen Teilperiode die zeitliche Änderung der Störglcichspannung und in der nächsten Teilperiode die Summe der Nutzspannung und der zeitlichen Änderung der Störgleichspannung. Die zeitliche Änderung der Störgleichspamiung ist zwischen den Kompensationszeitintervallen verhältnismäßig gering, so daß eine Übersteuerung der Verstärker durch die sich allmählich aufbauende Störgleichspannung, die 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 zweckmäßig ist, diesen Wert des Magnetfeldes möglichst klein zu halten oder vorzugsweise gleich Null zu machen. Ferner sind die abwechselnden Abtastwerte, aus denen da.·= Nutzsignal durch Differenzbildung gewonnen wird, voneinander sehr verschieden, denn der in der einen Teilperiode erhaltene Abiastweri ist, unabhängig von dem in dieser Teilperiode bestehenden Wert des Magnetfeldes, stets nur die zeitliche Änderung der Störgleichspannung seit dem letzten Kompensationszeitiiuervall, während der in der anderen Teiiperiode erhaltene Abtastwert gleich der Summe von Nutzspnnnung 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 Abtasizeitintervall, wogegen in der anderen Teilperiode kein Kompensationszeitintervall, sondern nur ein Abtastzeitintervall liegt. Zur Schaffung gleicher Änderungszeiten für die Slörgleichspannung müssen daher die Teilperioden verschieden bemessen oder die Abtastzeitpunkte innerhalb der Teilperioden verschieden gelegt werden. In der JP-OS 49-1 14 289 ist ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät beschrieben, bei welchem /wischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfcldimpulsen entgegengesetzter Polarität eine Pause besteht, in der das Magnetfeld Null ist, zur Gewinnung des Nutzsignals die Signalspannung bei einander gleichen, gegenpoligen Induktionswerten des Magnetfelds abgetastet wird und in jeder Magnetfeldpause aus der Signalspannung eine Kompensationsspannung gebildet wird, die gespeichert und der Signalspannung während des nächsten Magnetfeldimpulses überlagert wird. Im Gegensatz zu dem zuvor geschilderten Stand der Technik erfolgt aber bei diesem bekannten Durchflußmeßgerät keine Differenzbildung zwischen jeweils zwei nacheinander erhaltenen Abtastwerten zur Unterdrückung einer Störgleichspannung; vielmehr werden alle Abtastwerte zur Bildung der Nutzspannung auf die gleiche Polarität gebracht. Durch die Kompensalionsspannung soll die Transformatorkomponente unterdrückt werden, die in aufeinanderfolgenden Magnetfcldpausen jeweils entgegengesetzte Vorzeichen hat, und zwar immer das gleiche Vorzeichen wie beim nächsten Magnetfeldimpuls. Zur Bildung der Kompensationsspannung wird die Signalspannung während jeder Magnetfeldpause abgetastet, aber nicht zu Null kompensiert. Der gespeicherte Abtastwert wird mit einem fest eingestellten Faktor multipliziert, der so berechnet ist, daß die Transformatorkomponente bei der Signalabtastung während des nächsten Magnetfeldiinpulscs durch die Kompensationsspannung gerade aufschoben ist. Diese Kompensationsspannung wird der Signalspaunung nur wahrend des näehsden
feldimpulses überlagert. Sie darf auf keinen !-'all auch während der nächsten Magnetfeldpause überlagert werden, weil sich sonst die Kompensalionsspannung zu der Transformatorkomponente addieren würde. Mit diese.i Maßnahmen ist die Kompensation von zeitlichen Änderungen der Störgleichspannung nicht möglich.

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

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, 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.

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 Störspannung, so daß bei der Differenzbildung die doppelte Nutzspannung erhalten 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.

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 beider Anordnung von Fig. 1,

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

F i g. 4 Diagramme zur Erläuterung der 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. 1 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 besteht, erzeugt im Rohr ein senkrecht zur Rohrachse gerichtetes Magnetfeld Sl, Bl. Im Innern des Rohres 1 sind zwei Elek^troden 3 und 4 angeordnet, an denen eine induzierte Spannung abgegriffen werden kann, 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 Spulensteueranordnung 13 zugefühü 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 Konstantstromgenerator 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 Eingangsklemmen 11 und 12 zugeführten Signale betätigt. Wenn am Eingang 11 ein Impuls anliegt, werden die beiden Schalter 16 und 18 geschlossen, die in diametra! entgegengesetzten Zweigen der Brücke liegen; in diesem Fall fließt der von dem Konstantstromgenerator 20 gelieferte eingeprägte Strom / in der Richtung des Pfeils B1 durch die Magnetspule 2, so daß diese in der Rohrleitung 1 ein Magnetfeld B1 erzeugt, _; 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 52 angedeutet ist; demzufolge hat das im Rohr 1 erzeugte Magnetfeld 52 die durch die gestrichelten Pfeile angedeutete entgegengesetzte Richtung. Die Induktionswerte B1 und 52 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 F i g. 1. 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 entstehende Signalspannung anliegt. An den Ausgang _e 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 angelegtes Signal geschlossen wird und dann einen Speicherkondensator Cl über einen Widerstand Al 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 Ä1, Cl 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 s bis zum nächsten Schließen des Schalters 51 am Ausgang des Trennverstärkers 28 zur Verfügung.

In gleicher Weise enthält die Abtast- und -Speicherschaltung 24 einen Schalter 52, der durch ein an einen Steuereingang angelegtes Steuersignal geschlossen (i wird, sowie einen Speicherkondensator C2, der zusammen mit einem Widerstand ein Integrierglicd bildet, das die Ausgangsspannung des Inverters 25 während der Schließzeit des Schalters 52 integriert. Die nach dem öffnen des Schalters 52 erreichte Ladespans nung des Kondensators C2 steht bis zum nächsten Schließen des Schalters 52 am Ausgang eines der Abtast- und Speicherschaltung 24 nachgeschalteten Trennverstärkers 29 zur Verfügung.

Die Ausgänge der beiden Trennverstärker 28 und 29

ο sind über Summierwidersiände 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

s 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 Kompensationseingang 35 des Meßverstärkers 22 anliegt und so bemessen ist, daß die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 auf den Wert Null geregelt wird. Wenn der Schalter S3 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 Schalter 51, 52, 53; zwei weitere Ausgänge der Steuerschaltung 41 entsprechen den Ausgängen 9 und 10 von F i g. 1 an, an denen die Steuersignale für die Spulensteueranordnung 13 abgegeben werden.

Wenn die beschriebene Anordnung vom Net/, gespeist wird, kann der Taktgeber 40 einen Synchronisiereingang 42 haben, an dem er durch die Netzspannung synchronisiert werden kann. Diese Synchronisierung kann bei einem batteriebetriebenen Gerät entfallen.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Schaltung soll anhand der Diagramme von Fig.4 und 5 erläutert werden.

Das Diagramm A von F i g. 4 zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 9, und das Diagramm S zeigt die Steuerimpulse am Ausgang 10 der Signalverarbeitungsund Steueranordnung 7 von Fig. 1. Infolge der zuvor geschilderten Funktionsweise der Spulensteueranordnung 13 (Fig. 2) nimmt somit das Magnetfeld im Rohr 1

abwechselnd die im Diagramm Cvon F i g. 4 dargestellten Induktionswerte B 1, B2 an, zwischen denen jeweils eine Pause besteht, in der das Magnetfeld die Induktion Null hat. Die Periode, die gleich der Dauer Tm eines Meßzyklus ist, 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 Meßzyklus eine Dauer Tm von 640 ms hat; dies entspricht einer Frequenz der Felderregung von 1,5625 Hz. Bei dem dargestellten Beispiel 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 Sl, S2 und S3 zeigen die Steuerimpulse, die von der Steuerschaltung 41 zur Betätigung der Schalter Sl, S2 bzw. S3 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 Si, S2 und der Kompensationssteuerimpulse S3 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 Sl, ß 2 und der Steuerimpulse Sl, S2, S3 für eine Periode in größerem Maßstab dargestellt. Die Abtaststeuerimpulse S1 fallen in die positiven Magnetfeldimpulse Bi und die Abtaststeuerimpulse S2 fallen in die negativen Magnetfeldimpulse Bl. Sie liegen vorzugsweise in der Nähe des Hinterendes dieser Impulse, damit sich im Abtastzeitintervall stationäre Verhältnisse eingestellt haben und eventuelle Einschwingvorgänge abgeklungen sind. Bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispie! kann jeder Abtaststeuerimpuls S1, S2 in einem Zeitabstand von 100 ms nach dem Beginn des entsprechenden Magnetfeldimpulses öl bzw. B2 beginnen, so daß er 20 ms vor dem Ende des M:ignetfcldimpulses endet.

Die Kompcnsalionssteuerimpulse S3 fallen in die Pausen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Magnetfeldimpulscn. Sie beginnen beispielsweise gleichfalls in einem Zeitabstand von 100 ms nach dem Ende des vorhergehenden Magnetfeldimpulses, so daß nach dem Ende jedes Kompensationssteuerimpulses S3 noch ein Zeitintervall von 20 ms bis zum Beginn des nächsten Magnetfeldimpulses besteht. Zwischen dem Ende jedes Kompensationssteuerimpulses S3 und dem Beginn des nächsten Abtaststeuerimpulses Sl besteht somit ein stets gleiches Zeitintervall von 120 ms.

Das Diagramm D von F i g. 4 zeigt den Verlauf der aus der Oberlagerung von Störgleichspannung Us und von Meßspannung Um erhaltenen Signalspannung für den Fall einer zeitlich konstanten Störgleichspannung Us. von der angenommen ist, daß sie kleiner als die Meßspannung U_M ist. In dieses Diagramm sind auch die durch die Abtaststeuerimpulse Sl, S2 bewirkten Abtastungen eingetragen, wobei zunächst angenommen ist, daß der Kompensationskreis mit der speichernden Regelschaltung36 nicht vorhanden ist. Das Diagramm E von F i g. 4 zeigt unter den gleichen Voraussetzungen die Verhältnisse für den Fall einer sich zeitlich

ändernden Störgleichspannung Us- 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 g. 5 nochmals in größerem Maßstab für einen Meßzyklns dargestellt.

Im Fall des Diagramms D besteht während der Magnetfeldpausen jeweils die konstante Störgleichspannung Us. der sich während der Dauer des positiven Magnetfeldimpulses B1 eine positiv gerichtete Meßspannung Um und während der Dauer des Magnetfeldimpulses B 2 die negativ gerichtete Meßspannung Um überlagert. Da sich die Abtastung stets auf den Nullwert bezieht, wird während der Dauer des Abtaststeuerimpulses S 1 ein Abtastwert Us+ Um und während der Dauer des Abtaststeuerimpulses S2 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- U_m) = 2U_m

Durch diese Differenzbildung ist somit die Störgleichspannung Us kompensiert worden.
Wenn sich dagegen die Störgleichspannung Us 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 Sl besteht eine Störgleichspannung Um, so daß der

in Abtastwert Us\ + Um gespeichert wird. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuerimpuls S2 hat sich die Störgleichspannung um den Wert AUs vergrößert; es wird somit der Abtastwert Us+AUs— Um abgetastet. Die anschließende Differenzbildung ergibt somit:

"^lS Us, + Um-(U_SI+AUs-Um) =2 Um-AUs

Die Messung ist also mit einem Fehler behaftet, der gleich der Änderung Δ Us der Störgleichspannung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Abtastun-

4Ii gen ist. Das Diagramm E von F i g. 4 läßt noch eine weitere nachteilige Folge der sich ändernden Störgleichspannung erkennen: Die Summe aus Störgleichspannung und Meßspannung kann schnell sehr große Werte annehmen, die den linearen Ausstcuerungsbe-

,., reich 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.

si. 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 S3 wird während eines Kompensationszeitintervalls Tio 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

_6II diesem Zeitpunkt bestehende Störgleichspannung aus. Nach dem Ende des Kompensationszeitintervalls Tk ändert sich dann die Störgleichspannung entsprechend den herrschenden Bedingungen, ausgehend von dem Wert Null. Bei der Abtastung durch den Abtaststeuer-

₍,₅ impuls Sl hat sie dann einen gewissen Wert AUs erreicht. Somit wird in diesem Abtastzeitintervall der Abtast wert A Us+ Um abgetastet und gespeichert.
Vor dem darauffolgenden negativen Magnetfeldim-

ίο

puls B 2 wird die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 22 erneut in einem Kompensations/eitintervall T_K auf Null geregelt. Sie steigt anschließend, ausgehend von diesem Wert Null, wieder an. Wenn eine 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 AUs- Um abgetastet und gespeichert wird. Die anschließende Differenzbildung ergibt dann: in

AUs + Um - (AUs- U_M) = 2 U_M

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

Ferner ist zu erkennen, daß die Störgieichspannup.g stets nur sehr kleine Werte erreichen kann, da sie jeweils nach der Hä'fte einer Meßzyklusdauer wieder auf den Wert Null geregelt wird und davon ausgegangen werden kann, daß sie sich in diesem Zeitraum nicht 2(1 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 Signa! zu Null wird.

Die Wahl der sehr niedrigen Arbeitsfrequenz, die nur ein Bruchteil der Netzfrequenz ist und bei dem angegebenen Beispiel 1,5625 Hz für eine Netzfrequenz von 50 Hz beträgt, ergibt mehrere Vorteile. Einerseits besteht nach d<:m Einschalten der Spulenströme bis zur .,,, Abtastung der Signalspannung ausreichend Zeit, daß die Einschwingvorgänge abklingen können und sich stationäre Verhältnisse einstellen. Andererseits können die Spulen bei so niedrigen 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 Selbstinduktivität der Spulen im allgemeinen ein mehr trapezförmiger Verlauf der Spulenströme einstellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Kompensation der elektrochemischen Störgleichspannung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung 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 Teilperiorien des Magnetfeldes jeweils durch eine Magnetfeldpause voneinander getrennt sind, in der jeweils zu einem gleichen Zeitabstand vor der nächsten Abtastung der Signalspannung während eines Kompensationszeitintervaüs eine der Signalspannung entgegengeschaltete Kompensationsspannung erzeugt wird, welche die Signalspannung i₍, innerhalb dieses Kompensationszeitintervalls auf den Wert Null kompensiert und bis zum nächsten Kompensationszeitintervall beibehalten wird.