DE2934990C2 - Anordnung zur magnetischen Durchflußmessung - Google Patents

Description

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kannt, wobei dort die Ausgestaltung allerdings etwas gung für die erfindungsgemäße Anordnung,

anders getroffen ist, unter Verwendung von zwei Kon- Fig.6 die Charakteristik des spahnungsgcsteuerte*

densatoren, die zu-oder abgeschaltet werden können. Widerstandes,

Durch die Verwendung eines Kondensators wird die Fig.7a bis 7g verschiedene Ausführungsformen der

Zeitkonstante der Schaltungsanordnung verkürzt Zu- 5 Anordnung und

gleich bilden jedoch die Feldspule und der Kondensator Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung des Durch-

auch einen Schwingkreis. Dem Vorteil der kürzeren laßbereichs des spannungsgesteuerten Widerstandes.

Zeitkonstante steht daher die Nachteil entgegen, daß Bei der magnetischen Durchflußmessung mit pulsie-

beim Umschaltea eine ausklingende Schwingung statt- rendem Feld wird der Meßwert jeweils dann getastet,

findet Trotz dem rascheren Erreichen des Endwertes ist io wenn der Feldstrom einen konstanten Wert hat Das

dieser daher zunächst nicht stabil, sondern von einer Prinzip dieser magnetischen Durchflußmessung ist in

ausklingenden Schwingung überlagert Während des Fig. 1 gezeigt in welcher der Feldstrom abhängig von

Andauerns dieser Schwingung kann kein Meßwert er- der Zeit aufgetragen ist Mit Ti und Ti sind die Zeiträu-

faßt werden, so daß letztlich trotz der kürzeren.Zeitkon- me angegeben, über weiche die Abtastung des Meßwer-

stante dieser Anordnung keine oder nur eine geringe 15 tes erfolgt Zwischen den Zeitabschnitten T\ und T₂,

Erhöhung der Abtastfrequenz ermöglicht wird über welche der Feldstrom konstanten Wert hat ist die

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Erfassung von Meßwerten nicht sinnvoll, da sich die Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, magnetische Induktion und infolgedessen die Meßspandaß nach dem Umschalten des Feldstromes auf den nung ändert und eine transformatorische Spannung aufMeßwert ein Nachschwingen des aus Feldspule und 20 tritt Das in F i g. 1 dargestellte Abttttprinzip ermög-Kondensator bestehenden Schwingkreises verhindert licht daher im Hinblick auf einen konstanten Feidstrom wird, wodurch eine exakte Durchflußmessung bei die Messung nach einer sprunghaften Durchflußändegleichzeitiger Erhöhung der Abtastfrequenz möglich ist rung erst nach einer Totzeit die durch die Zeitdifferenz

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst zwischen den Zeitabschnitten 71 und Tz bestimmt ist daß in Serie mit dem Kondensator ein spannungsge- 23 Damit ist die Abtastung nach dem bekannten Abtaststeuertsr Widerstand vorgesehen ist Die Serienschal- prinzip von der Zeitkonstante der Anordnung abhängig, tung aus Kondensator und spannungsgesteuertem Wi- wobei die Zeitkonstante im wesentlichen durch die Inderstand liegt also parallel zu der Feldspule oder der duktivität der Feldspule im Aufnehmer und den Innen-Feldspulenanordnung. Mit dieser Maßnahme kann die widerstand der Stromquelle bestimmt ist Die Abtastfre-Dämpfung des Schwingkreises veränderbar gemacht 30 quenz begrenzt die zulässige obere Frequenz von Pulsawerden. tionen in der Strömung, die noch exakt gemessen wer-

Die Charakteristik des spannungsgesteuerten Wider- den, wie aus dem Abtasttheorem von Shannon bekannt

Standes wird vorzugsweise derart gewählt daß er bei ist

Spannungen unterhalb eines Grenzwertes hochohmig Bei der magnetischen Durchflußmessung liegt die In-

und oberhalb des Grenzwertes niederohmig ist Der 35 duktivität der Feldspule im allgemeinen zwischen eini-

spannungsgesteuerte Widerstand kann in nur einer gen 10OmH und einigen H, damit bei entsprechender

Richtung des Stromflusses des Kondensators oder in Größe des Feldstromes eine ausreichende Meßspan-

beiden Stromflußrichtungen wirksam sein. Die Durch- nung erzeugt wird. Der Innenwiderstand der S/Fom-

laßspannung des spannungsgesteuerten Widerstandes quelle läßt sich bei Feldstromwerten bis zu einigen Am-

ist vorzugsweise größer gewählt als die erste Span- 40 pere nicht beliebig erhöhen, so daß bisher die Arbeits-

nungsamplitude der gedämpften Schwingung, die durch frequenz bei etwa 3 oder 4 Hz liegt Zur Erhöhung der

den Schwingkreis, bestehend aus der Feldspule und dem Arbeitsfrequenz läßt sich entsprechend der in Fig. 2

Kondensator, erzeugt wird. gezeigten Anordnung eine Kapazität 1 parallel zur

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorteil- Feldspule 2 schalten. Die Parallelschaltung des Kondenhafterweise erreichL daß die Abtastfrequenz bei der 45 sators 1 zur Feldspule 2 ist insbesondere dann von Vormagnetischen Durchflußmessung mit pulsierendem teil, wenn bei der magnetischen Durchflußmessung mit Feld erhöht werden kann und gleichzeitig eine Überla- pulsierendem Feld der Feldstrom zwischen zwei gleigerung der bei einer Parallelschaltung aus einem Kon- chen oder nahezu gleichen Werten periodisch umgepolt densator und der Feldspuk erzeugten Schwingung nach wird. Der Schalter zum Umpolen des Feldstromes ist in dem Umschalten des Feldstromes auf den Meßwert 50 den Zeichnungen nicht dargestellt. Beim Ab- oder Umwährend des Abtastzeitpunktes verhindert wird, schalten des Feldstromes wird der Kondensator 1 vor

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsfor- der Feldspule 2 aufgeladen. Nach Erreichen eines maxi-

men der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der rritlen opannungswertes, der durch die Größe der Ka-

Zeichnung zur Eriftuterung weiterer Merkmale be- pazität die in der Feldspule 2 gespeicherte Energie und

schrieben. Es zeigt 55 die Impedanz der Anordnung bestimmt ist ruft der

F i g. 1 den Verlauf des Feldstromes bei magnetischer Kondensator 1 einen Stromfluß durch die Feldspule 2

Durchflußmessung mit pulsierendem Feld, hervor, wobei die Richtung dieses Stromflusses entge-

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild der Anordnung ohne gengesetzt zu der Richtung des vorhergehenden Stro-

spannungsabhängigen Widerstand, mes ist und damit in der gleichen Richtung wie der

F i g. 3a bis 3c den Verlauf des Feldstromes, die Span· so Feldstrom in der beginnenden Halbperiode fließt. Mit

nung an der Feldspule und den Stromfluß am Konden- der in F i g. 2 gezeigten Anordnung läßt sich somit die

sator, Arbeitsfrequenz wesentlich erhöhen. Der Verlauf des

F i g. 4 die Wirkung des aus der Feldspule und dem Feldstromes, die Spannung an der Feldspule 2 und der

Kondensator bestehenden Schwingkreises auf den Stromfluß durch den Kondensator 1 sind in den F i g. 3a

Feldstrom, 65 bis 3c dargesteilt.

F i g. 5a und 5b die dem Feldstrom überlagerte freige- Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung bilden der

dämpfte Schwingung für die Schaltung nach F i g. 2 so- Kondensator 1 und die Feldspule 2 einen Schwingkreis,

wie die dem Feldstrom überlagerte, gedämpfte Schwin- der bei jedem Schalten des Feldstromes eine freige-

dämpfte Schwingung auf dem Feldstrom hervorruft. Die Schwingung klingt mit der Dämpfungskonstante der Anordnung ab. Diese freigedämpfte Schwingung dauert unter Umständen bis zu den in F i g. 1 gezeigten Abtastabschnitten 7Ί und Ti an und überlagert sich daher dem Meßwert, so daß unter Umständen keine exakten Messungen möglich sind. Zur Ausführung einer exakten magnetischen Durchflußmessung bei gleichzeitiger Erhöhung der Abtastfrequenz wird ein spannungsabhängiger bzw. spannungsgesteuerter Widerstand 3 vorgese- ι ο hen, der in Serie zum Kondensator 1 geschaltet ist, so daß die Serienschaltung aus dem Kondensator 1 und dem spannungsgesteuerten Widerstand 3 eine Parallelschaltung zur Feldspule 2 bildet. Verschiedene Ausführungsformen des spannungsgesteuerten Widerstandes 3 sind in den F i g. 7a bis 7g dargestellt und werden im folgenden erläutert F i g. 6 zeigt die Charakteristik des spannungsgesteuerten Widerstandes 3, welcher derart ausgelegt werden muß, daß bei einem Spannungsanstieg der Spannung Ufm an der Feldspule 2, d. h. beim Schalten des Stromes dieser Widerstand niederohmig wird und der Kondensator 1 aufgeladen wird, während anschließend bei der Entladung des Kondensators 1 ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Feldspule 2 vom Kondensator 1 fließt Bei der sich anschlie- ßenden, gedämpften Schwingung, bei welcher die Spannungsamplituden wesentlich kleiner sind, als dies in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben wurde, muß der spannungsgesteuerte Widerstand hochohmig werden, um die Schwingung zu unterdrücken, d. h. der spannungsgesteuerte Widerstand 3 ist oberhalb eines Grenzwertes Uo niederohmig und unterhalb dieses Grenzwertes hochohmig. Durch die Unterdrückung der Schwingung wird erreicht, daß während der Abtastzeitabschnitte ein Meßwert abgetastet wird, dem keine Schwingung über- 3s lagert ist

Fig. 7a zeigt das Grundschaitbild, bestehend aus der Feldspule 2 und parallelgeschalteter Serienschaltung aus dem Kondensator 1 und dem spannungsgesteuerten Widerstand 3. Der spannungsgesteuerte Widerstand 3 kann ein Varistor sein oder entsprechend F i g. 7b aus einer Serienschaltung von gegensinnig geschalteten Dioden 4 und 5 bestehen. Nach Fig.7c besteht der spannungsgesteuerte Widerstand aus einem Varistor 7 und einer parallel zum Varistor liegenden Diode 6. Nach F i g. 7d wird als spannungsgesteuerter Widerstand eine Zener-Diode 8 verwendet, während bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7e zwei gegensinnig geschaltete Zener-Dioden 4 und 5 vorgesehen sind, zu weichen eine Diode 9 parallelgeschaUet ist Weiterhin kann als spannungsgesteuerter Widerstand eine Parallelschaltung aus einer Diode 10 und einer Zener-Diode 11 vorgesehen werden, die gleichsinnig geschaltet sind Als weitere Alternative läßt sich als spannungsgesteuertes Widerstandselement eine Parallelschaltung von gegensinnig angeordneten Dioden 12 und 13 einsetzen.

Die Ausführungsformen nach F i g. 7a bis 7g zeigen, daß der spannungsgesteuerte Widerstand entweder nur in einer Stromflußrichtung wirksam sein kann oder auch in zwei Stromflußrichtungen. Grundsätzlich ist es jedoch nicht erforderlich, daß der spannungsgesteuerte Widerstand in den beiden Richtungen des Stromflusses durch den Kondensator 1 wirksam ist Ein nur in einer Stromflußrichtung wirksamer spannungsgesteuerter Widerstand, beispielsweise entsprechend dem Ausfuhrungsbcispiel nach F i g. 7c. wird bei Vorliegen einer Spannung unter dem Grenzwert Uo hochohmig, so daß die gedämpfte Schwingung wirksam unterdrückt wird.

Die Schwingungsunterdrückung wird in diesem Fall dadurch erreicht, daß die Schwingung sich nicht fortsetzen kann, weil die Energie zwischen dem Kondensator 1 und der Spule 2 nicht frei hin- und herschwingen kann.

Es kann ferner erforderlich sein, einen nur in einer Stromflußrichtung wirksamen spannungsgesteuerten Widerstand zu verwenden, um beim Einschalten der Anordnung zur magnetischen Durchflußmessung ein gewünschtes Anlaufverhalten zu erreichen. Bei einem in zwei Stromflußrichtungen wirksamen spannungsgesteuerten Widerstand könnte der Fall auftreten, daß beim Anlauf infolge der möglichen kürzeren Periodenzeit des Feldstromes der Feldstrom in der Spule nicht seinen gewünschten Endwert erreicht, welcher dem in F i g. 3a gezeigten konstanten Wert entspricht und damit die Abschaltspannung (Uhu) nicht so groß wird, um den spannungsgesteuerten Widerstand niederohmig werden zu lassen. Bei einem nur in einer Stromflußrichtung wirksamen spannungsgesteuerten widerstand kann dagegen bei jeder zweiten Halbperiode die Abschaltenergie der Feldspule 2 unabhängig von der Abschaltspannung am Kondensator 1 aufgenommen werden. Bei Einsatz eines nur in einer Stromflußrichtung wirksamen spannungsgesteuerten Widerstandes kann damit ein einwandfreies Anlaufen der Schaltungsanordnung sichergestellt werden.

Fig.8 zeigt eine zeitabhängige Darstellung der an der FelttJpule 1 auftretenden Spannung Ufcu, woraus ersichtlich ist, daß die Durchlaßspannung Ud lediglich größer als die erste Spannungsamplitude der gedämpften Schwingung sein muß, was in Y i g. 8 durch die Spannungswerte Ud ] und Uoi veranschaulicht ist. Die in Fig.8 voll ausgezogene Kurve gibt als Beispiel den Verlauf der Spannung an der Feldspule 1 an, der erhalten wird, wenn kein spannungsgesteuerter Widerstand vorgesehen wird, während die strichpunktierte Kurve dem Verlauf der Spannung mit spannungsgestcücrtcm Widerstand entspricht.

Der in Fig.8 strichpunktiert eingetragene Verlauf der Spannung an der Feldspule 1 läßt sich beispielsweise mit der in F i g. 7g gezeigten Ausführungsform erhalten, bei welcher zwei parallel und gegensinnig zueinander geschaltete Dioden 12 und 13 in Serie zum Kondensator 1 vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Serienschaltung aus Kondensator 1 und spannungsgesteuertem Widerstand 3, die parallel zur Feldspule geschaltet wird, wird die Abtastfrequenz erhöht und gleichzeitig werden auftretende Schwingungen unterdrückt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1 , 2 Bei der magnetischen Durchflußmessung, genauer Patentansprüche: gesagt der magnetisch-induktiven Durchflußmessung : mit pulsierendem Feld, wird durch die im Aufnehmer

1. Anordnung zur magnetischen Durchflußmes- angeordnete Feldspulenanordnung in einem von einem sung mit pulsierendem Feld mit einer Feldspule oder 5 Fluidum durchströmten Meßrohr ein Magnetfeld ereiner Feldspulenanordnung und einem parallel zu zeugt Die Feldspule wird mit einem weitgehend rechtdieser Feldspule geschalteten Kondensator, da- eckförmigen oder trapezförmigen Feldstrom gespeist, durch gekennzeichnet, daß in Serie mit der zu zwei oder mehreren, sich periodisch wiederhodem Kondensator (1) ein spannungsgesteuerter Wi- lenden Zeitabschnitten konstant ist, infolgedessen zu derstand (3; 4,5,7; 4,5,9; 10,11; 12,13) vorgesehen io diesen Zeitabschnitten ein konstantes Magnetfeld erist zeugt wird. Die hierfür geltenden Bedingungen lauten

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dl/Dt—0 und dB/dt=0. Zwischen den Zeitabschnitten zeichnet, daß der spannungsgesteuerte Widerstand mit konstantem Feldstrom muß der Feldstrom jeweils (3; 4,5; 6,7; 8; 4,5,9; 10,11; 12,13) derart gewählt so geändert werden, daß er den jeweils folgenden, konist, daß er bei Spannungen unterhalb eines vorbe- 15 stanten Wert erreicht, wie dies nachfolgend unter Bestimmten Grenzwerts hochonmig und oberhalb des zugnahme auf Fig. 1 gezeigt ist Die Änderung des vorbestimmten Grenzwerts niederohmig ist Feldstroms zwischen den Zeitabschnitten mit konstan-

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch tem Feldstromwert läßt sich durch ungeregelte Umgekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte 'Wi- schaltung des Stromes oder durch Regelung des Stroderstand in einer Richtung des Stromflusses durch 20 mes auf seinen neuen Wert erreichen. Bei der FeIdden Kondensator (i) spannungsgesteuert ist Stromänderung durch ungeregelte umschaltung ist die

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Änderung des Feldstromes abhängig von der natürligekennzeichnet daß der spannungsgesteuerte Wi- chen Zeitkonstante der Schaltungsanordnung, welche derstand in beiden Richtungen des Stromflusses hauptsächlich durch die Induktivität der Feldspule im durch den Kondensator (1) spannungsgesteuert ist 25 Aufnehmer und den Innenwiderstand der Stromquelle

5. Anordnung nach wenigstens einem der voran- definiert ist Im Falle der Änderung des Feldstromes gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regelung auf seinen neuen Wert wird der Stromdie Durchlaßspannung des spannungsgesteuerten anstieg oder Stromabfall, beispielsweise linear, geregelt Widerstandes (12,13) größer ist als die erste Span- Dabei muß die Regelung des Feldstromes langsamer nungsamplitude der gedämpften Schwingung des 30 erfolgen, als es die Zeitkonstante der Schaltungsanordaus der Feidspale (2) und dem Kondensator (1) gebil- nung gestattet Somit bestimmt bei beiden Möglichkeideten Schwingkreises. ten der Änderung des Feldstromes die Zeitkonstante

6. Anordnung nach wenigstens einem der voran- der Schaltungsanordnung aus Stromquelle und Feldspugehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ie die Änderungsgeschwindigkeit des Feldstromes. Die der spannungsgesteuerte Widerstand ein Varistor 35 Abhängigkeit der Änderungsgeschwindigkeit des Feldist stromes von der Zeitkonstante der Schaltungsanord-

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- nung sowie die Tatsache, daß bei der magnetischen zeichnet, daß parallel zum Varistor (7) eine Diode (6) Durchflußmessung der Meßwert jeweils dann getastet geschaltet ist wird, wenn der Feldstrom einen konstanten Wert hat

8. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprü- 40 und somit die Abtastung jeweils nach Ablauf einer Totehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der span- zeit nach Änderung des Feldstromes möglich ist, führen nungsgesteuerte Widerstand aus zwei in Serie und zu einer geringen Abtastfrequenz.

gegensinnig geschalteten Zener-Dioden (4, 5) be- Eine Erhöhung der Abtastfrequenz kann durch eine

steht. höhere Änderungsgeschwindigkeit des Feldstroms nach

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- 45 der Umschaltung erreicht werden. Dazu sind schon verzeichnet, daß parallel zu den gegensinnig geschalte- schiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. Die US-ten Zener-Dioden (4, 5) eine Diode (9) angeordnet PS 41 44 751 sieht z. B. vor, die Feldspulenanordnung im ist. Augenblick des Umsohaltens für eine definierte Zeit mit

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, einer Spannungsquelle höherer Ursprungsspannung zu dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsgesteu- 50 verbinden. Die Zeitkonstante der Schaltungsanordnung erter Widerstand eine Zener-Diode (8) vorgesehen wird dadurch zwar nicht geändert, doch wird der der ist. nonnalen Ursprungsspannung entsprechende Wert des

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch ge- Feldstroms rascher erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kann kennzeichnet, daß parallel und gleichsinnig zur Ze- die Feldspule dann von der Spannungsquelle höherer ner-Diode (11) eine Diode (10) geschaltet ist. 55 Ursprungsspannung auf die Spannungsquelle der nor-

12. Anordnung nach wenigstens einem der voran- malen Ursprungsspannung umgeschaltet werden. Dagehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit läßt sich ein rascheres Erreichen des Endwerts des der spannungsgesteuerte Widerstand aus zwei anti- Feldstroms erreichen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß parallel geschalteten Dioden (12,13) besteht. eine zweite Spannungsquelle vorgesehen werden muß,

60 sowie aktive Bauelemente, die das Umschalten zwi-

sehen den beiden Spannungsquellen steuern. Die Anordnung wird damit aufwendig und teuer.

Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Ände-

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur magneti- rungsgeschwindigkeit des Feldstroms besteht darin, sehen Durchflußmessung mit pulsierendem Feld mit ei- 65 parallel zu der Feldspule einen Kondensator zu schalner Feldspule oder einer Feldspulenanordnung und ei- ten, der bei einem Umpolen der Feldspule den durch ncm parallel zu dieser Feldspule geschalteten Konden- diese Spule weiterfließenden Strom aufnimmt. Eine dersator. artige Anordnung ist z. B. aus der US-PS 39 55 413 bc-