DE2804131A1

DE2804131A1 - Elektromagnetisches stroemungsmessgeraet

Info

Publication number: DE2804131A1
Application number: DE19782804131
Authority: DE
Inventors: William L Gardner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1979-08-02

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Strömungsmeßgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Speziell betrifft die Erfindung ein elektromagnetisches Strömungsmeßgerät, das mit der den Fluidstrom begrenzenden Wand fluchtet und keine Bauteile aufweist, die in den Fluidstrom hineinragen.
Elektromagnetische Strömungsmeßgeräte sind in den verschiedensten Ausbildungen bekannt. Diese bekannten Geräte weisen alle ein Paar elektrischer Kontakte auf, die mit dem strömenden Fluid in Berührung stehen. Sie weisen weiterhin eine elektromagnetische Feldkomponente auf, die senkrecht zum Fluidstrom steht. Zwischen den Elektroden stellt sich ein elektrisches Potential ein, das der Geschwindigkeit des an den Elektroden vorbeiströmenden Fluids und der magnetischen Feldstärke proportional ist. Die gebräuchlichste Ausbildung dieser Meßgeräte weist einen stabförmigen Meßfühler auf (US-PSen 2 969 673 und 3 677 082).
Bei den Geräten dieser Art wird das elektromagnetische Feld durch einen Elektromagneten erzeugt, der in einer stabförmigen Hülse angeordnet ist. Diese Hülse wird als Meßsonde direkt in den Fluidstrom eingetaucht. Im Fall der US-PSen 2 969 673 und 3 677 082 ist der so ausgebildete Meßfühler unter dem Rumpf eines Schiffes aufgehängt. Die Elektroden sind zu beiden Seiten des Stabes angeordnet und stehen direkt mit dem vorbeiströmenden Wasser in Berührung. Rein meßtechnisch arbeitet diese Anordnung durchaus zufriedenstellend. Nachteilig an dem bekannten Gerät ist jedoch die unterhalb des Schiffskörpers anzubringende Struktur des stabförmigen Meßfühlers. Insbesondere unter kleineren Segelbooten sind solche außerhalb des Bootskörpers liegende Strukturen unvorteilhaft.
Weiterhin sind Strömungsmeßgeräte bekannt, bei denen die Elektroden im wesentlichen fluchtend in der Oberfläche angeordnet sind, die den Fluidstrom an der Meßstelle begrenzt.
Auch in diesem Fall wird zwischen -den beiden Elektroden ein entsprechendes elektromagnetisches Feld erzeugt. Ein solches Strömungsmeßgerät ist beispielsweise aus der US-PS 3 119 960 bekannt. Das elektromagnetische Feld wird durch einen an sich bekannten und gebräuchlichen Elektromagneten hergestellt.
Für die Anbringung dieses Strömungsmeßgerätes werden spezielle Halterungen benötigt. Das Gerät ist außerdem insgesamt im Vergleich zu seiner Leistung relativ groß.
Es ist festzustellen, daß alle bekannten Strömungsmeßgeräte rein meßtechnisch zwar durchaus gute Daten liefern, insgesamt aber alle aufwendige und sperrige Halterungen und Anordnungen erfordern, die sie insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Booten, vor allem kleineren Segelbooten, Motorbooten oder in anderer Weise angetriebenen Vergnügungsbootenungeeignet sein lassen. Für solche Boote werden einfache Geräte, die einfach anzubringen und einfach zu warten sind, benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Strömungsmeßgerät zu schaffen, das in der an die Fluidströmung angrenzenden bzw. diese begrenzenden Wand fluchtend und ohne in den Fluidstrom hineinragende Meßfühler ausgebildet ist und einfach und problemlos eingebaut und ausgebaut werden kann, ohne daß dazu aufwendige Halterungen und erschwerte Montage erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Strömungsmeßgerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Zusammengefaßt schafft die Erfindung also ein elektromagnetisches Strömungsmeßgerät, das im wesentlichen fluchtend in der Oberfläche eingepaßt ist, an der die Strömung des zu messenden Fluids vorbeiströmt bzw., die am Meßort den Fluidstrom begrenzt. Ein räumlich voneinander getrennt angeordnetes Elektrodenpaar steht mit dem Fluid in Berührung und ist so angeordnet, daß die Verbindungslinie zwischen beiden Elektroden senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids liegt. Gleichzeitig wird von einem Stabelektromagneten ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Feldlinien im wesentlichen senkrecht sowohl zum Fluidstrom als auch zu der die Elektroden miteinander verbindenden Linie verlaufen. Auf diese Weise wird zwischen den Elektroden ein elektrisches Potential erzeugt, das der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids proportional ist.
Die Elektrodenzuleitungen sind dabei relativ zum Elektromagneten so gelegt, daß die Kopplungsspannung möglichst klein ist. Die Spule des Elektromagneten ist als Bifilarwicklung ausgebildet.
Der Elektromagnet wird von einem im Gegentakt arbeitenden Wechselstromtreiber beaufschlagt. Die Elektrodensignale werden in der Weise auf einen synchron geschalteten Detektor gegeben, daß dieser eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Gleichstromspannung erzeugt.
Im einzelnen schafft die Erfindung also einen elektromagnetischen Strömungsmesser, der mit der die Strömung begrenzenden Wandfläche fluchtend bzw. in dieser Wandfläche abschließend liegend, ausgebildet ist. Der Meßfühler des StrömungsmeBgerätes ist ein elektromagnetischer Wandler, der keinerlei Spezialhalterungen oder schwierige Einbauweisen erfordert, sondern in einfacher an sich gebräuchlicher Weise montierbar ist.
Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist ein Elektrodenpaar so in einem Gehäuse angeordnet, daß die beiden Elektroden in einer Ebene räumlich voneinander getrennt sind, die bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Strömungsmeßgerätes im wesentlichen senkrecht zur Fluidströmung steht.
Die Kontakte der Elektroden stehen mit dem Fluid in Berührung.
Die Zuleitungen zu den Kontakten werden im wesentlichen parallel zu dieser Abstandsebene geführt, und zwar über die gesamte Länge des Wandlerkörpers. Durch einen Elektromagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, das im wesentlichen senkrecht zum Fluidstrom steht. Der Elektromagnet ist zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden so angeordnet, daß ein Pol des Magneten zwischen den Elektroden liegt und die Achse des Elektromagneten in ein und derselben Ebene mit den Elektrodenzuleitungen liegt. Die Homogenität der elektromagnetischen Felderzeugung ist durch eine Bifilarwicklung gewährleistet, die auf einen langgestreckten stabförmigen Kern gewickelt ist und den Elektromagneten im Gegentakt treibt.
Prinzipiell kann das elektromagnetische Feld durch einen Strom beliebiger Wellenform aufgebaut werden. Nach einer Weiterbildung wird der Elektromagnet jedoch mit einer Rechteckwelle beaufschlagt, die in der Lage ist, den Kern des Elektromagneten zu sättigen. Unter diesen Bedingungen braucht der dem Elektromagneten zugeführte Treiberstrom nicht übermäßig genau geregelt zu werden. Auch bei kleineren Schwankungen des Treiberstroms bleibt das erzeugte elektromagnetische Feld zumindest im wesentlichen konstant. Vorzugsweise ist die Pulsfolgefrequenz der Ströme, mit denen der Elektromagnet beaufschlagt wird, relativ klein, um die Frequenz der Arbeitscyclen des Strömungsmeßgerätes zu senken und dadurch den Leistungsbedarf des MeB-gerätes zu senken.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein zweites Kontaktpaar in einer Ebene vorgesehen, die im wesentlichen parallel zum Fluidstrom liegt. Dadurch kann auch jede Querströmungskomponente erfaßt werden, die nicht in der senkrecht zum ersten Elektrodenpaar angenommenen Hauptströmungsrichtung liegt. Die aus den Meßwerten beider Elektrodenpaare erhaltenen Geschwindigkeitsvektoren können dann in an sich bekannter Weise verarbeitet werden und als Ausgangsdaten für beliebige benötigte abzuleitende Parameter dienen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Schnitt das Gehäuse eines elektromagnetischen Strömungsgeschwindigkeitswandlers in einer für Durchführungen in Schiffskörpern an sich gebräuchlichen Montageweise; Fig. 2 einen Schnitt nach 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 in Draufsicht von unten einen Ausschnitt aus einem Bootskörper mit dem durchführungsartig in diesem Bootskörper befestigten elektromagnetischen Wandlergehäuse; Fig. 4 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in fester Einbauweise; Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach 5-5 in Fig. 1; Fig. 6 in schematischer Darstellung den Anfang einer Bifilarwicklung für den im Strömungsmeßgerät verwendeten Elektromagneten; Fig. 7 in schematischer Darstellung eine zusätzliche Rückwicklung des in Fig. 6 gezeigten Elektromagneten; Fig. 8 ein Blockschaltbild der zur Erzeugung eines die Geschwindigkeit abbildenden Signals aus dem über die Elektroden des Wandlers erzeugten elektrischen Potentials erforderlichen Schaltung und Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung des Strömungsmeßgerätes.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Axialschnitt in Fig. 1 gezeigt. Das Strömungsgmeßgerät ist zum Einbau, und zwar zum leicht auswechselbaren Einbau in eine Schiffskörperwand ausgelegt. In der Fig. 1 ist das Meßgerät bzw. sein Fühler im eingebauten Zustand gezeigt. Die Elemente, mit denen und die Ausgestaltung in der dieser Einbau erfolgt, entsprechen den üblichen Anordnungen und Abmessungen für die Herstellung von Durchführungen durch Schiffswände. Dieser als auswechselbare Durchführung ausgelegte Strömungsmesser besteht aus einer zylindrischen Montagehülse 2, die von außen in den Schiffsrumpf eingeschraubt ist. Der Fuß der Montagehülse ist mit einem senkkopfartigen abgeschrägten Flansch 4 versehen, der in eine komplementär ausgebildete Ausnehmung 6 einer Wand eines Schiffsrumpfes 8 eingreift. Der Flansch 4 kann gegen den Bootskörper in an sich bekannter Weise abgedichtet sein, vorzugsweise durch den in Fig. 1 dargestellten O-Ring 10. Die Montagehülse 2 wird einfacherweise und wie an sich gebräuchlich durch eine Gegenmutter 12 festgelegt. In der Montagehülse 2 ist eine zylindrische Bohrung 14 ausgebildet, die der Aufnahme des Wandlers dient. Bei nichteingesetztem Wandler bildet die Montagehülse 2 einen Verbindungskanal zwischen dem Wasser außerhalb des Bootskörpers und dem Inneren des Bootskörpers.
Das eigentliche Wandlergehäuse 16 ist gebräuchlicherweise zylindrisch und im wesentlichen ausfüllend in die Bohrung 14 eingepaßt. Der Ringspalt zwischen dem Außenmantel des Wandlergehäuses und der Innenwand der Bohrung 14 ist durch O-Ringe 18 abgedichtet. Das Wandlergehäuse wird durch eine Verschlußkappe 20 in der Bohrung 14 fixiert.
In der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise weisen der obere Rand der Montagehülse 2 und des Wandlergehäuses 16 ineinandergreifende Federn 22 und Nuten oder Schlitze 24 auf, die eine bestimmungsgemäße Ausrichtung des Wandlergehäuses relativ zur Montagehülse gewährleisten, wobei die Montagehülse so ausgerichtet ist, daß die beiden einander diametral gegenüberliegenden Nut-Feder-Eingriffe genau in der Längsachse des Bootes liegen.
Im Wandlergehäuse 16 ist beim Strömungsmeßgerät der Erfindung ein elektromagnetischer Wandler untergebracht. Der Wandler besteht aus einem zentralachsial im Gehäuse angeordneten stabförmigen Elektromagneten 26, dessen unterer Pol 28 nahe am Boden des Gehäuses liegt. Der Pol des Elektromagneten ist selbst jedoch vom Wasser durch einen relativ dünnen Boden 30 des Gehäuses 16 hermetisch abgetrennt. Zur Vereinfachung des Aufbaus des Wandlers enden alle Zuleitungen zum Elektromagneten 26 am oberen Ende des Elektromagneten und sind dann zentral über mehrere elektrische Leiter 32 auf ein abgeschirmtes Kabel 34 geschaltet, das den E]ektromagneten mit einem weiter unten näher beschriebenen Spulentreiber verbindet.
Die Meßfühlerelektroden 36, die mit dem vom Elektromagneten 26 und dem strömenden Fluid, hier dem strömenden Wasser, erzeugten elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung stehen, sind am Fuß des Wandlergehäuses 16 so angeordnet, daß sie mit dem Wasser in Berührung stehen. Die Elektroden 36 sind symmetrisch zu jeder Seite des Elektromagneten 26 angeordnet, während die Montagehülse 2 und der Wandler selbst so ausgerichtet sind, daß die Geschwindigkert des am Bootskörper vorbeiströmenden Wassers im wesentlichen senkrecht zu der die Elektroden 36 schneidenden Linie liegt. In der in Fig. 3 gezeigten Weise ist zusätzlich zu den Fühlerelektroden 36 im Boden des Wandlergehäuses 16 eine Abgleichelektrode 39 zum Abgleich des Meßuntergrundes angeordnet. Auch die Abgleichelektrode steht in direkter Berührung mit dem Wasser.
In der Fig. 3 ist weiterhin ein Ausführungsbeispiel des Strömungsmeßgerätes gezeigt, das zusätzlich zu dem Fühlerelektrodenpaar 36 ein zweites Fühlerelektrodenpaar 37 aufweist, das ebenfalls aus zwei diametral einander gegenüberliegenden Elektroden 37 besteht. Die Verbindungslinie zwischen den beiden Elektroden 37 steht senkrecht auf der die beiden Elektroden 36 verbindenden Linie. Die Verbindungslinie zwischen den beiden Elektroden 37 liegt zumindest im wesentlichen in der Strömungsrichtung des Fluids. Die Elektroden 37 arbeiten im wesentlichen ebenso wie die Elektroden 36 und dienen der Erfassung von Querkomponenten.
Um eine Phasenverschiebung oder Transformatorkopplung des elektromagnetischen Feldes des Elektromagneten 26 auf die Elektrodenzuführungen 42 zu unterdrücken, sind die Zuführungen in Bohrungen 40 angeordnet, die symmetrisch und parallel zu der den Elektromagneten 26 aufnehmenden Bohrung verlaufen. Die Elektrodenzuführungen 42 sind in abgeschirmten Kabeln angeordnet, um in die Elektrodenkreise eingreifende Interferenzen zu unterdrücken. Die Abschirmungen 38 sind gemeinsam auf die Abschirmung eines abgeschirmten zweiadrigen Kabels 44 geschaltet, das den Fühler mit dem Meßwertverarbeitungsgerät verbindet.
Die räumliche Anordnung der abgeschirmten Elektrodenkabel ist in Fig. 5 gezeigt. Insbesondere ist aus der Fig. 5 die wesentliche räumliche Anordnung der Elektrodenzuleitungen relativ zum Elektromagneten 26 ersichtlich. Die dem Abgleich dienende Erdelektrode 39 braucht nicht abgeschirmt zu sein und ist einfach durch eine Erdleitung 41, die durch eine Bohrung 43 zugeführt ist, auf die Abschirmungen 38 am Kopf des Wandlergehäuses geschaltet.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das dargestellt Ausführungsbeispiel betrifft eine veränderte Ausbildung der Montagehülse für den elektromagnetischen Wandler. Die Ausbildung ist für jene Fälle gedacht, bei denen der Wandler selbst nicht auswechselbar im Schiffs rumpf gehaltert zu werden braucht. In diesen Fällen kann ein modifiziertes Wandlergehäuse 46 verwendet werden, das ohne Zwischenschaltung einer separaten Montagehülse direkt in einer Ausnehmung 49 im Schiffsrumpf 8 befestigt und gehaltert werden kann. Das Wandlergehäuse 46 ist direkt durch eine Gegenmutter 12 fixiert. Wiederum ist die Ausrichtung des Elektromagneten 26, der Elektroden 36 und der Zuleitungen 42 zu den Elektroden die gleiche wie vorstehend beschrieben.
Vorzugsweise wird das Strömungsmeßgerät, genauer gesagt der Elektromagnet des Strömungsmeßgerätes, im Gegentakt getrieben.
Dies erfordert jedoch eine mittig angezapfte Spule für den Elektromagneten. Um unter diesen Umständen sowohl homogene und gleiche elektromagnetische Kenndaten zu jeder Seite der angezapften Spule zu gewährleisten als auch gleichzeitig zu gewährleisten, daß alle Spulenzuleitungen am Kopf des Wandlergehäuses 16 herausgeführt werden können, ist die Spule in der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Weise bifilar gewickelt. In der in Fig. 6 schematisch dargestellten Weise sind die parallelen Leiter 48 und 50 gemeinsam und gleichsinnig um den Kern 52 des Elektromagneten gewickelt, und zwar zunächst in der in Fig. 6 gezeigten Weise über die gesamte Länge des Kerns 52.
Dieses Leiterpaar wird dann ebenfalls parallel zueinander und gemeinsam in der in Fig. 7 gezeigten Weise über die gesamte Länge des Kerns zum Ausgangspunkt der Wicklung zurückgewickelt.
Durch diese Art der Wicklung werden zwei im wesentlichen identische Windungen auf dem Kern 52 erhalten. Je ein Leiter jeder dieser identischen Windungen wird mit seinem entsprechenden Gegenleiter verbunden und bildet so eine Mittelanzapfung für den Gegentakttreiber. Die Leiter sind dabei für die Anzapfung so gewählt, daß das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld bei jedem Halbtakt des Gegentakttreibers umgekehrt wird, um eine Polarisation der Elektroden 36 während der Meßoperation und damit eine Verfälschung der aufgenommenen Meßwerte zu unterbinden.
Das Strömungsmeßgerät kann mit niedriger Arbeitstaktfrequenz intermittierend betrieben werden. Bei dieser Arbeitsweise muß dafür gesorgt werden, daß die Meßwertaufnahme nur dann erfolgt, wenn auch das elektromagnetische Feld vorliegt.
Zu diesem Zweck ist ein synchron getaktetes Detektorsystem vorgesehen, das die an den Elektroden 36 auftretenden Signalspannungen nur dann verarbeitet, wenn die Kraftlinien des elektromagnetischen Feldes in Gegenwart eines aufgebauten Treiberfeldes tatsächlich vorliegen. In der in Fig. 8 gezeigten Weise ist daher das über die Meßfühlerelektroden 36 auftretende elektrische Signal über Leitungen 42 auf die Eingänge eines Differenzialverstärkers 54 mit sehr hoher Eingangsimpedanz geschaltet. Durch die hohe und extrem hohe Eingangsimpedanz mit der nachfolgend sehr geringen Last kann das Strömungsmeßgerät sowohl in Süßwasser als auch in Salzwasser betrieben werden, obwohl die spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten für Süßwasser und Salzwasser stark voneinander abweichen. Bei dieser Schaltung ist die auf den Verstärker gelangende Meßspannung jedoch ausschließlich auf die Bewegung des durch das elektromagnetische Feld strömenden Fluids, hier des Wassers, zurückzuführen. Diese Signalspannung ist praktisch unabhängig von dem zwischen den Elektroden fließenden elektrischen Strom.
Das auf der Leitung 56 auftretende Ausgangssignal des Differentialverstärkers 54 wird auf den Eingang eines Synchrondetektors 58 geschaltet. Auf den Detektor 58 ist weiterhin ein vom elektromagnetischen Feld erzeugtes Steuersignal geschaltet.
Das am Meßwerteingang des Detektors auftretende Verstärkersignal wird im Detektor nur dann verarbeitet, wenn gleichzeitig auch das elektromagnetische Feld durch das Treiberspulensignal erzeugt wird.
Das auf der Leitung 62 auftretende Ausgangssignal des Detektors 58 ist eine Gleichstromspannung, das dem zwischen den Meßfühlerelektroden 36 auftretenden Elektrodenpotential direkt proportional ist. Dieses wiederum wird praktisch ausschließlich durch die Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes und des strömenden Wassers erzeugt, ist also eine Abbildung der Fluidströmungsgeschwindigkeit. Das auf der Signalleitung 62 auftretende Gleichspannungssignal ist also direkt proportional der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, hier des Wassers bzw.
der Geschwindigkeit des Schiffes oder Bootes, das mit dem Strömungsmeßgerät ausgerüstet ist. Das auf der Signalleitung 62 auftretende Gleichspannungssignal ist normalerweise ein Signal mit kleiner Amplitude, das zunächst in einem Verstärker 64 nachverstärkt wird. Das Ausgangssignal des Nachverstärkers 64 tritt auf einer Signalleitung 66 auf, die über einen Eichwiderstand 68 auf eine Leitung 70 geschaltet ist, die ihrerseits auf ein Anzeigegerät 72 geschaltet ist, das beispielsweise als Tachometer geeicht sein kann.
In an sich bekannter Weise kann das Anzeigegerät 72 zur Anzeige verschiedener Strömungsgeschwindigkeitsbereicheausgelegt sein.
Die Umschaltung von einem Meßbereich bzw. Anzeigebereich in den anderen kann dabei automatisch unter Steuerung durch ein Anzeigeumschaltesignal erfolgen, das über eine Signalleitung 74 auf den Verstärker 64 geschaltet ist.
Insbesondere bei der Verwendung des Strömungsmeßgerätes zul- Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Fahrgeschwindigkeit von Wasserfahrzeugen kann das aufgenommene Geschwindigkeitssignal selbstverständlich auch ohne weiteres in ein die zurückgelegte Fahrstrecke anzeigendes Signal, also ei:i E:ntfernungssignal, umgerechnet werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise in der in Fig. 8 gezeigten Weise eine Leitung 76 vorgesehen, die das auf der Leitung 70 auftretende Anzeigesignal abgreift und auf einen Integrator 78 schaltet. Das am Ausgang des Integrators 78 auftretende Entfernungssignal kann dann über eine Anzeigeleitung 80 direkt auf ein Entfernungsanzeigegerät 82 gegeben werden.
Das im Strömungsgeschwindigkeits-Meßsystem benutzte Spulentreibersignal stammt aus einem Oszillator 84, der je nach den Erfordernissen des Einsatzgebietes Wellen beliebiger Form erzeugen kann. Die für das Strömungsmeßgerät verwendeten Wellen sind vorzugsweise Rechteckwellen, die eine Sättigung des Elektromagneten herbeiführen. Dadurch braucht für den Betrieb des Elektromagneten 26 kein Stromkonstanthalter vorgesehen zu sein. Die vom Oszillator 84 für die Meßzwecke erzeugten Treibersignale weisen weiterhin eine relativ kurze Impulsdauer (Impulsbreite) und eine relativ niedrige Impulsfolgefrequenz, also einen relativ großen zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, auf. Dadurch kann die Arbeitsbelastung des Gerätes spürbar vermindert werden, also die Leistungsaufnahme des Gerätes erheblich gesenkt werden.
Im einzelnen erzeugt der Oszillator 84 ein Spulentreibersignal, das über eine Signalleitung 86 auf einen Spulentreiber 88 geschaltet ist. Der Treiber 88 ist im wesentlichen ein Leistungsverstärker, dessen Ausgang direkt auf den Elektromagneten geschaltet ist. Diese Aufschaltung erfolgt in der in Fig. 8 gezeigten Weise in einer Gegentaktschaltung über zwei äußere Anschlußleitungen 90 und 92 und eine Mittelanzapfung 94.
Auf einer Signalausgangsleitung 100 des Spulentreibers 88 tritt weiterhin ein Spulentreibersignal auf, das über einen Detektortreiberverstärker 102 auf die Steuersignalleitung 60 gegeben wird. Das auf dieser Leitung auftretende und auf den Synchrondetektor 58 geschaltete Signal steuert die Verarbeitung des auf der Leitung 56 auftretenden und auf den Verarbeitungseingang des Detektors 58 geschalteten Meßwertsignals.
Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das am Meßeingang des meßwertverarbeitenden Detektors auftretende Signal nur dann auch tatsächlich verarbeitet wird, wenn das erforderliche elektromagnetische Meßfeld vorliegt.
In dem schematischen Blockdiagramm der Figur 8 sind die Grundoperationen der Meßwertverarbeitung des Strömungsmeßgerätes dargelegt. Ein Beispiel für eine Realisierung dieser Schaltung ist in Fig. 9 gezeigt. Die in Fig. 9 gezeigte Schaltung ist ausschließlich aus an sich bekannten und im Handel erhältlichen Bauelementen zusammengestellt.

Claims

Elektromagnetisches Strömungsmeßgerät Patentansprüche Strömungsmeßgerät mit einem elektromagnetischen Wandler, dessen Elektromagnet so angeordnet ist, daß seine Länge achse im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Fluidstroms steht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein Endpolstück des Elektromagneten im wesentlichen angrenzend an aber abgetrennt vom Fluid angeordnet ist, wobei der Elektromagnet länglich stabförmig ausgebildet ist und mit einer Bifilarwicklung versehen ist, deren Wicklungsleiter an einem Polstück enden, das dem im wesentlichen an das Fluid angrenzenden Polstück gegenüber liegt, daß angrenzend an das dem Fluid zugewandte Polstück des Elektromagneten ein direkt mit dem Fluid in Berührung stehendes Elektrodenpaar angeordnet ist, und zwar in der Weise, daß die Strömungsrichtung des Fluids zwischen den Elektroden im wesentlichen senkrecht zu einer zwischen den Elektroden gedachten Abstands linie verläuft, und daß die elektrischen Elektrodenzuleitungen im wesentlichen parallel zur Achse des Elektromagneten und im wesentlichen äquidistant voneinander angrenzend an oder in unmittelbarer Nachbarschaft des Elektromagneten geführte elektrische Leiter sind.
2. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Treiber, der die Bifilarwicklung des Elektromagneten mit einer im wesentlichen rechteckigen Welle beaufschlagt, wobei diese Rechteckwelle durch eine relativ kurze Impulsdauer und einen relativ großen zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Impulsen gekennzeichnet ist und wobei die Beaufschlagung weiterhin so ausgelegt ist, daß der Elektromagnet während der Beaufschlagung im Sättigungsbereich betrieben wird.
3. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Meßfühlergehäuse, dessen Achse im wesentlichen senkrecht zu einer am Meßort den Fluidstrom begrenzenden Oberfläche steht, wobei das Meßfühlergehäuse eine Begrenzungsfläche aufweist, die im wesentlichen glatt und fluchtend eingepaßt in der durch die Oberfläche der den Fluidstrom am Meßort begrenzenden Wand definierten Ebene liegt, durch einen im wesentlichen stabförmigen Elektromagneten, der in dem Meßfühlergehäuse angeordnet ist und dessen Achse im wesentlichen parallel zur Achse des Gehäuses verläuft und im wesentlichen senkrecht zu der den Fluidstrom am Meßort begrenzenden Oberfläche steht und wobei der Elektromagnet ein Endpolstück aufweist, das unmittelbar angrenzend an die den Fluidstrom am Meßort begrenzende Oberfläche angeordnet ist, ohne jedoch mit dem Fluidstrom selbst direkt in Berührung zu gelangen, durch ein Elektrodenpaar, das in der Begrenzungsfläche des Meßfühlergehäuses angeordnet ist und direkt mit dem Fluid in Berührung steht, wobei die Abstandslinie zwischen den Elektroden im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids liegt, durch ein Paar Elektrodenzuleitungen, die von den Elektroden an das den Elektroden gegenüberliegende seitliche Ende des Fühlergehäuses führen, wobei diese Leiter im wesentlichen parallel zur Achse des Elektromagneten und äquidistant von diesem in geringer Entfernung von diesem geführt sind, durch einen den Elektromagneten beaufschlagenden Treiber, der im Fluid um die Elektroden herum in Gegenwart eines Treibersignals, mit dem der Elektromagnet beaufschlagt wird, ein elektromagnetisches Feld erzeugt, und durch eine Meßeinrichtung, die das aufgrund der Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes und der Strömung des Fluids zwischen den Elektroden auftretende elektrische Potential aufzunehmen und zu verarbeiten vermag und ein die Strömungsgeschwindigkeit abbildendes Signal erzeugt, das der Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstromes im wesentlichen proportional ist.
4. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlüsse der Bifilarwicklung des Elektromagneten an der der Fluidströmung abgewandten gegenüberliegenden Seite des Fühlergehäuses angeordnet sind und die Spule mittig angezapft ist, wobei die Beaufschlagung durch den Treiber über die seitlichen Zuleitungen im Sinne einer Gegentaktbeaufschlagung der mittig angezapften Spule mit Bifilarwicklung des Elektromagneten erfolgt.
5. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Meßfühlergehäuse aus einem dauerhaft und fest mit der den Fluidstrom am Meßort begrenzenden Wand verbundenen Gehäuseteil besteht, in dem ein leicht entfernbares und austauschbares Gehäuseteil angeordnet ist, das den Elektromagneten, die Elektroden und die Elektrodenzuleitungen enthält.
6. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßeinrichtung einen mit den Elektrodenzuleitungen verbundenen Verstärker enthält, der eine ausgesprochen hohe Eingangsimpedanz aufweist, daß die Meßeinrichtung weiterhin einen synchron arbeitenden Detektor enthält, der mit dem Ausgangs signal des Verstärkers und einem vom Spulentreiber gelieferten Signal beaufschlagt ist und aus diesen beiden Daten ein Strömungsgeschwindigkeitssignal ableitet, das der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids an der den Fluidstrom am Meßort begrenzenden Oberfläche im wesentlichen proportional ist.
7. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die die beiden Meßfühlerelektroden verbindende Abstandslinie senkrecht zum Fluidstrom ausgerichtet ist und daß die Längsachse des im wesentlichen stabförmigen Elektromagneten senkrecht zu der durch die Strömungsrichtung und die Abstandslinie zwischen den Elektroden definierten Ebene steht.