DE3037305C2

DE3037305C2 - Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetisch-induktive Durchflußmessung

Info

Publication number: DE3037305C2
Application number: DE3037305A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 7850 Lörrach Flecken; Peter Dipl.-Phys. Dr. Therwil Hafner
Original assignee: Flowtec Ag Reinach Basel; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1986-04-03
Also published as: IT8124179A0; JPS5764910A; SE8105807L; DD201727A5; CH655795A5; FR2491620A1; FR2491620B1; SE458311B; JPS6325691B2; DE3037305A1; NL8104462A; GB2084827A; GB2084827B; IT1138649B; BE890573A; US4410926A

Description

hat, wobei L die Induktivität (ttr Henry) und R der ohmsche Widerstand (in Ghm) der Feldspule sind.

2. Anordnung nach Anspruch :. dadurch gekennzeichnet; daß die Umschaltanordnung (1) eine Brükkenschaltung ist, in deren erster Diagonale die Feldspule (2) liegt, an deren zweite Diagonale die Gleichspannungsquelle (7) und der dazu parallelgeschaltete Kondensator (12) angeschlossen sind, und in deren vier Brückenzweigen Stellglieder (3, 4, 5, 6; 13, 14, 15, 16) liegen, wobei die in einander diametral gegenüberliegenden Brückenzweigen liegenden Stellglieder paarweise abwechselnd stromführend gemacht und gesperrt werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensators (12) und der Gleichspannungsquelle (7) eingefügte Schaltglied eine Diode (9) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußpunkt des Kondensators (12) und der Gleichspannungsquelle (7) ein Stromregler (8) eingefügt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Klemme der Feldspule (21) über je ein Stellglied (25, 26) mit den beiden Ausgangsklemmen (30c, 3Od) einer Gleichspannungsquelle (30) verbunden ist, die zwei zum Potential eines Bezugspunktes symmetrische Ausgangsspannungen liefert, daß die andere Klemme der Feldspule (21) mit dem Bezugspunkt verbunden ist, und daß je ein Kondensator (33, 34) einerseits am Bezugspunkt und andrerseits an der Verbindung zwischen einem Stellglied (25,26) und der zugeordneten Ausgangsklemme der Gleichspannungsquelle (30) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Anschlußpunkt jedes Kondensators (33, 34) und der zugeordneten Ausgangsklemme (30c; 3Od) der Gleichspannungsquelle (30) eingefügte Schaltglied eine Diode (31,32) ist

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Verbindung zwischen der Feldspule (21) und einer Ausgangsklemme (30c; 30£#der Gleichspannungsquelle (30) ein Stromregler (25,26) eingefügt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß jeder Stromregler durch das entsprechende Stellglied (25,26) gebildet ist

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß jedes Stellglied durch ein nur in einer Richtung stromführendes steuerbares elektronisches Schaltelement (13, 14, 15,16; 25, 26) und eine gegenparallel geschaltete Diode (17,18, 19,20; 27,28) gebildet ist

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (7; 30) so ausgebildet ist daß ihre Ausgangsspannung steuerbar ist und daß eine Steueranordnung (11; 35) vorgesehen ist die die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle (7; 30) während der Umschaltzeit erhöht

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art

Eine Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetischinduktive Durchflußmessung mit einer Feldspule, durch die ein Gleichstrom abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen geschickt wird, ist beispielsweise aus der DE-OS 27 44 845 bekannt. Bei solchen Anordnungen besteht das Problem, daß der durch die Feldspule geschickte Gleichstrom nicht schlagartig seine Richtung ändern kann, so daß die Umpolung des Magnetfelds eine gewisse Zeit dauert. Bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung ist man bestrebt, diese Umschaltzeit möglichst kurz zu halten, weil sie für die Beobachtung des Durchflusses nicht nutzbar ist.

In der älteren Patentanmeldung P 29 34 990.4-52 ist die Maßnahme beschrieben, zur Verkürzung der Umschaltzeit, d. h. des Zeitintervalls, in welchem nach der Betätigung der Umschaltanordnung der Gleichstrom durch die Feldspule tsinen stationären Wert mit entgegengesetzter Polarität erreicht, parallel zur Feldspule einen Kondensator zu schalten, der mit der Feldspule einen Schwingkreis bildet. Wenn keine besonderen Gegenmaßnahmen getroffen werden, erzeugt der Schwingkreis bei jedem Schalten eine freigedämpfte Schwingung, die mit der Dämpfungskonstante der An-Ordnung abklingt. Dabei besteht die Gefahr, daß sich die abklingende Schwingung dem Meßwert überlagert und eine genaue Messung unmöglich macht. Um diese zu verhindern, wird in der älteren Patentanmeldung vorgeschlagen, in Serie mit dem Kondensator einen spannungsgesteuerten Widerstand zu schalten und diese Serienschaltung parallel zur Feldspule anzuordnen. Der spannungsgesteuerte Widerstand soll bei großen Spannungsspitzen, wie sie beim Umschalten auftreten, einen niedrigen Widerstand haben, der das Schwingen des Schwingkreises nicht wesentlich beeinträchtigt, und bei den im stationären Zustand herrschenden Spannungen einen großen Widerstand, der die Schwingung schnell dämpft.

3 4

Aus der DE-OS 27 44 845 ist es auch bereits bekannt. Schalter 3 und 5 geschlossen sind, wie in F i g. 1 dargezur Erzeugung des abwechselnd umgeschalteten stellt ist, während gleichzeitig die beiden anderen Schi.1-Gleichstroms eine Umschaltanordnung zu verwenden, ter 4 und 6 offen sind, fließt ein Gleichstrom Ir, dessen weiche die Feldspule über abwechselnd gesteuerte Größe durch den Stromregeltransistor 8 bestimmt ist, Stellglieder mit einer Gleichspannungsquelle verbindet. 5 von der Ausgangsklemme Tc des Netzteils 7 durch den Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anord- Stromregeltransistor 8 und die Diode 9 zum Brückennung dieser Art, die mit geringem Aufwand die Einstel- eckpunkt 2a. von dort durch den geschlossenen Schalter lung einer gewünschten kurzen Umschaltzeit ermög- 3, die Feldspule 1 und den geschlossenen Schalter 5 zum licht. Brückeneckpunkt 2b und schließlich über den Strom-Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patent- io meßwiderstand 10 nach Masse. Dieser Stromweg ist in anspruchs 1 gelöst Fi g. 1 durch Pfeile angedeutet, die in vollen Linien ge-Die Erfindung ermöglicht die Erzielung einer sehr zeichnet sind. Wenn dagegen die Schalter 4 und'ö gleichkurzen Umschaltzeit weil diese im wesentlichen der zeitig geschlossen sind, während die Schalter 3 und 5 halben Schwingungsperiode des Schwingkreises ent- offen sind, fließt der Gleichstrom I_F zwischen den Brükspricht Ferner ist es durch die Bemessung der Kapazität 15 keneckpunkten 2a und 2b über die Schalter 6 und 4 und des Kondensators möglich, die Umschaltzeit von außen in entgegengesetzter Richtung durch die Feldspule 1; vorzugeben und dadurch an die jeweiligen Betriebsbe- dies ist in Fig. 1 durch gestrichelte Pfeile angedeutet dingungen anzupassen. Ein besonderer Vorteil besteht Wenn die Schalter 3, 5 einerseits und die Schalter 4, 6 darin, daß die angegebenen Schaltungsmaßnahmen andrerseitsjn der geschilderten Weise gleichzeitig paarleicht noch nachträglich an bereits vorhandenen Anlage 20 weise im Gegentakt betätigt werder..'fyerdeif durch die vorgenommen werden können, denn es brauchen nur Feldspule I abwechselnd Gleichströme in entgegengeein geeignet bemessener Kondensator und ein Schalt- setzten Richtungen geschickt, so daß die Feldspule 1 glied, das eine einfache Diode sein kann, zwischen der abwechselnd Magnetfelder gleicher Größe, aber entge-Gleichspannungsquelle und der Umschaltanordnung gengesetzten Vorzeichens erzeugt Diese bekannte eingefügt zu werden. 25 Spulenawsteuerung wird auch als »H-Schaltüng« beVorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildun- zeichnet

gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- Der geschilderte Betrieb wird durch eine Steuer- und zeichnet Regelschaltung 11 gesteuert Diese hat einen Taktein-Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der gang 11a, an dem sie ein Taktsignal empfängt, das beiZeichnung dargestellt In der Zeichnung zeigt 30 spielsweise durch eine Rechteckspannung gebildet ist, F i g. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform die abwechselnd die Spannungswerte 0 und 1 annimmt der Anordnung nach der Erfindung in einem Betriebszu- An einem weiteren Eingang 116 empfängt die Steuerstand, und Regelschaltung 11 die am Strommeßwiderstand 10 F i g. 2 die Anordnung von F i g. 1 in einem zweiten abfallende Spannung, die ein Maß für den über die FeId-Bctriebszustand, 35 spule 1 fließenden Strom 13t Ein Ausgang lic liefert ein F i g. 3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsforni Steuersignal zur gleichzeitigen Betätigung der Schaker der Erfindung und 3 und 5, und ein weiterer Ausgang lic/liefert ein Steuer-F i g. 4 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform signal zur gleichzeitigen Betätigung der Schalter 4 und der Erfindung. 6. An einem Ausgang He liefert die Steuer-und Regel-Bei der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungs- 40 schaltung 11 ein Regelsignal für die Einstellung des form liegt die Feldspule 1 in der einen Diagonale einer Stromregeltransistors 8. Schließlich ist ein weiterer Aus-Brückenschaltung 2 aus vier Stellgliedern 3, 4,5, 6, die gang 11/der Steuer- und Regelschaltung 11 mit dem zur Vereinfachung als mechanische Schalter dargestellt Spannungssteuereingang 7edes Netzteils 7 verbunden, sind. Die Stellglieder können Relaiskontakte sein, oder Die Steuer- und Regelschaltung 11 isi so ausgebildet, auch elektronische Schaltglieder, wie später anhand der 45 daß sie bei dem einen Wert des ihrem Takteingang 11a in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele zugeführten Taktsignals am Ausgang 11 c ein Signal aberläutert wird. An der anderen Brückendiagonale liegt gibt, das die angeschlossenen Schalter 3 und 5 schließt, eine Speisegleichspannung, die von einer Gleichspan- während sie gleichzeitig am Ausgang Wd ein Signal nungsquelle 7 geliefert wird. Als Beispiel ist angenom- abgibt, das die angeschlossenen Schalter 4 und 6 öffnet; men, daß die Gleichspannungsquelle 7 ein Netzteil ist, 50 beim anderen Wert des Taktsignals werden diese Steudessen Einpangskiemmen 7a, Tb eine Wechselspannung ersignale umgekehrt. Somit erfolgt die Gegentaktbetäempfangen und das an seinen Ausgangsklemmen 7c, Td tigung der Schalterpaare 3,5 und 4,6 in dem durch das eine gleichgerichtete Spannung abgibt. Das Netzteil 7 Taktsignal bestimmten Rhythmus. Das am Eingang Wb hat außerdem einen Spannungssteuereingang 7e; durch empfangene Signal zeigt der Steuer- und Regelschalein an diesen Eingang angelegtes Steuersignal wird die 55 tung 11 die Größe des über die Feldspule 1 fließenden Größe der am Ausgang Tc, 7c/abgegebenen Gleichspan- Stroms an. Sie gibt am Ausgang 11 e ein Regelsignal ab, nung bestimmt. Die das negative Ausgangspotential durch das der Wert dieses Stroms im stationären Zuführende Ausgangsklemme Td des Netzteils 7 ist mit stand durch den Stromregeltransistor 8 auf einem vorMasse verbunden. Die das positive Potential führende gegebenen Sollwert gehalten wird.
Ausgangsklemme 7c ist über einen Stromregeltransistor 60 Infolge der Induktivität der Feldspule l kann der 8 und eine Diode 9 mit dem Eckpunkt 2a der Brücken- durch die Feldspule fließende Strom /frucht sch-agartig schaltung 2 verbunden. Der gegenüberliegende Brük- seine Richtung wechseln. Bei jedem Umschaltvorgang keneckpunkt 2b ist über einen Strommeßwiderstand 10 vergeht daher eine gewisse Umschaltzeit At, bis der mit Masse verbunden. Die Feldspule 1 ist zwischen den Strom h von seinem konstanten Festwert des einen beiden anderen Brückeneckpunkten 2c, 2d angeschlos- 65 Vorzeichens auf den gleichen Festwert des entgegengesen. setzten Vorzeichens gegangen ist Es besteht das BeWenn bei der bisher beschriebenen Schaltung die bei- streben, diese Umschaltzeit möglichst kurz zu halten,
den in entgegengesetzten Brückenzweigen liegenden Zur Verkürzung der Umschaltzeit ist bei der in F i g. 1

dargestellten Schaltung ein in besonderer Weise bemessener Kondensator 12 zwischen dem Brückeneckpunkt 2a und Masse angeschlossen.

Die Wirkung des Kondensators 12 während des Umschaltvorgangs soll anhand von F i g. 2 erläutert werden. Diese Figur zeigt die Anordnung von F i g. I unmittelbar nach der Auslösung des Umschaltvorgangs, also nach dem öffnen der Schalter 3, 5 und dem Schließen der Schalter 4,6.

Vor dem Öffnen der Schalter 3, 5 (Fig. 1) war der Kondensator 12 auf eine Spannung aufgeladen, die gleich der Ausgangsspannung des Netzteils 7, verringert um die Spannungsabfälle am Stromregeltransistor 8 und an der Diode 9 war.

Unmittelbar nach dem öffnen der Schalter 3, 5 und dem Schließen der Schalter 4, 6 (Fig.2) erzwingt die Feldspule 1 einen Strom, der zunächst noch die gleiche Richtung wie der Sifüm /Vim vorhergehenden Schaltzustand (F i g. 1) hat. Dieser Strom ist in F i g. 2 durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angedeutet Er fließt jedoch nunmehr von Masse über den Strommeßwiderstand 10 zum Brückeneckpunkt 2b und von da über den geschlossenen Schalter 4, die Feldspule 1 und den geschlossenen Schalter 6 zum Brückeneckpunkt 2a. Die Diode 9 verhindert, daß dieser Strom zum Netzteil 7 zurückfließen kann. Daher muß dieser Strom vom Kondensator 12 aufgenommen werden, dessen Ladung vergrößert wird, so daß sich eine Klemmenspannung erhöht.

Infolge der sich am Kondensator 12 aufbauenden Gegenspannung und der inneren Verluste nimmt der Strom ab. Nach Erreichen des Wertes Null kehrt sich die Stromrichtung um, so daß nunmehr ein Strom vom Kondensator 12 zum Brückeneckpunkt 2a, durch den Schalter 6, die Feldspule 1 und den Schalter 4 zum Brükker.eckptinkt 2b und von da durch den Strommeßwiderstand 10 nach Masse fließt; diese Stromrichtung ist in F i g. 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet Solange die Klemmenspannung des Kondensators 12 größer als die Ausgangsspannung des Netzteils 7 ist, ist die Diode 9 gesperrt, so daß der Strom ausschließlich vom Kondensator 12 geliefert wird. Sobald die Klemmenspannung des Kondensators 12 auf einen Wert gefallen ist, der gleich der Ausgangsspannung des Netzeiis 7 ist, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung.

Die entsprechende Wirkung ergibt sich beim Übergang in den entgegengesetzten Schaltzustand, wie aus der Symmetrie der Schaltung unmittelbar zu erkennen ist

Es ist somit zu erkennen, daß während jedes Umschaltvorgangs die Feldspule 1 mit dem Kondensator 12 zu einem Schwingkreis verbunden ist der durch die Diode 9 vom Netzteil 7 abgetrennt ist. Wenn der Kondensator 12 die Kapazität C hat und die Feldspule 1 eine Induktivität L und einen ohmschen Widerstand R aufweist ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises durch die folgende, für gedämpfte elektrische Schwingkreise bekannte Beziehung gegeben:

Wenn man die folgenden Größen einführt:

Uc- Ladespannung des Kondensators 12 vor der

Auslösung des Umschaltvorgangs;
s U₁₁U,- Maximale Klemmenspannung am Kondensator 12;

(A: Speisegleichspannung an der Brücke;

so ergibt sich für das dynamische Verhalten des ίο Schwingkreises unter Vernachlässigung der ohmschen Verluste der folgende Zusammenhang:

At a —

- arc sin -~- ~ arc sin

'■'max

in -A-).

Dabei wird etwa die folgende maximale Klemmenspannung am Kondensator 12 erreicht:

Für eine gewünschte Umschaltzeit /Jt ist dann öle Kapazität C (in Farad) des Kondensators 12 in erster Näherung durch die folgende Beziehung bestimmt:

C =

L ■

VtIJ

Durch das Vorhandensein des ohmschen Widerstands im Schwingkreis tritt einerseits eine Verlängerung der Umschaltzeit und andrerseits ein Energieverlust auf. Damit nach der Umpolung der dem Betrag nach gleiche Stromwert in der Feldspule erreicht wird, muß das Netzgerät in Funktion treten. Damit die Vorteile der beschriebenen Anordnung erreicht werden, müssen die Schwingkreisgrößen die folgende Bedingung erfüllen:

-jf> RC (5)

Nach der Umpolung des Feldes liegt der Absolutwert des Spulenstroms If infolge der ohmschen Veräuste unter dem Sollwert. Eine Spannungsanhebung am Ausgang 7c des Netzteils 7 beschleunigt das Wiedererreichen des Sollwerts des Stroms If durch die Feldspule 1. Diesem Zweck dient die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Verbindung zwischen dem Ausgang Uf der Steuer- und Regelschaltung 11 und dem Steuereingang 7e des Netzteils 7. Die Steuer- und Regelschaltung 11 gibt am Ausgang 11/während des Umschaltvorgangs ein Steuersignal ab, das die Ausgangsspannung des Netzteils 7 vorübergehend erhöht bis der Strom durch die Feldspule 1 seinen Sollwert erreicht hat, was durch das dem Eingang 116 zugeführte Signal angezeigt wird.

In Fig.3 ist eine Ausführungsform dargestellt die sich von der Ausführungsform von F i g. 1 und 2 nur dadurch unterscheidet daß die Stellglieder 3,4„5, t>, die in F i g. 1 und 2 als mechanische Schalter (z. B. Relaiskontakte) dargestellt waren, durch Transistoren 13, 14, 15,16 gebildet sind. Der Kollektor des Transistors 13 ist mit dem Brückeneckpunkt 2a und sein Emitter mit dem Brückeneckpunkt 2c verbunden. In entsprechender Weise sind die Kollektor-Emitter-Kreise des Transistors 14 zwischen den Brückeneckpunkten 2c, 26, des Transistors 15 zwischen den Brückeneckpunkten 2d, 2b und des Transistors 16 zwischen den Brückeneekpunkten 2a, 2d angeschlossen. Die Basen der Transistoren 13 und 15 empfangen über Basiswiderstände 13a fozw. 15a gemeinsam ein Steuersignal vom Ausgang lic der Steuer- und Regelschaltung 11, und die Basen der Transistoren 14 und 16 empfangen über Basiswiderstände 14a

bzw. 16a gemeinsam ein Steuersignal vom Ausgang Ud der Steuer- und Regelschaltung 11. Da Transistoren, im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten mechanischen Schaltern, einen Strom nur in einer Richtung

übertragen können, ist der Kollektor-Emitterstrecke jedes Transistors eine Diode 17,18, Ϊ9 bzw. 20 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallelgeschaltet.

Die übrigen Bestandteile der Anordnung von F i g. 3 haben den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise wie die entsprechenden Bestandteile der Anordnung Von Fig. 1 und 2, und sie sind mit den gleichen Bezugs2eichen wie dort bezeichnet. Insbesondere ist auch die Kapazität des Kondensators 12 in der zuvor geschilderten Weise so bemessen, daß die gewünschte Umschaltzeit At erzielt wird.

Wenn angenommen wird, daß die Steuer- und Regelschaltung 11 am Ausgang lic ein Signal abgibt, das die Transistoren 13 und 15 stromführend macht, während gleichzeitig am Ausgang 11 dein Signal abgegeben wird, das die Transistoren 14 und 16 sperrt, hat die Anordnung von F i g. 3 den in F i g. 1 dargestellten Betriebszustand. Es fließt dann ein Strom von der Klemme 7c des Netzteils 7 über den Stromregeltransistor 8, die Diode 9 zum Brückeneckpunkt 2a, von dort über den stromführenden Transistor 13 durch die Feldspule 1 und den stromführenden Transistor 15 zum Brückeneckpunkt 2b und von da schließlich über den Strommeßwiderstand 19 nach Masse.

Die in F i g. 3 eingezeichneten Pfeile entsprechen dem Betriebszustand von Fig.2, d.h. den Verhältnissen beim Übergang von dem zuvor geschilderten Schaltzustand in den entgegengesetzten Schaltzustand, also unmittelbar nach dem Sperren der Transistoren 13,15 und denn öffnen der Transistoren 14,16.

Im Anfangszustand hält die Feldspule 1 einen Strom in der gleichen Richtung wie zuvor aufrecht; dieser Strom ist in F i g. 3 durch die in vollen Linien gezeichneten Pfeile angedeutet. Dieser Strom fließt nunmehr von Masse über den Strommeßwiderstand 10 zum Brückeneckpunkt 26 und von da über die Diode 18, die Feldspule

1 und die Diode 20 zum Brückeneckpunkt 2a. Da dieser Strom infolge der Sperrwirkung der Diode 9 nicht zum Netzteil 7 zurückfließen kann, wird er vom Kondensator 12 aufgenommen, dessen Klemmenspannung sich in der zuvor geschilderten Weise erhöht Wenn dieser Strom zu Null wird, kehrt sich die Stromrichtung um, und es fließt nunmehr der durch gestrichelte Pfeile angedeutete Strom vom Kondensator 12 zum Brückeneckpunkt 2a, von da durch den stromführenden Transistor 16, die Feldspule 1 und den stromführenden Transistor 14 zum Brückeneckpunkt 26 und schließlich über den Strommeßwiderstand 10 nach Masse.

Diese Vorgänge laufen in der gleichen Weise ab, wie sie zuvor für die mechanischen Schalter von F i g. 1 und

2 erläutert worden ist. Es ist somit zu erkennen, daß jeder der Transistoren 13,14,15,16 von F i g. 3 mit der gegenpolig parallelgeschalteten Diode 17,18,19,20 die gleiche Funktion wie der entsprechende mechanische Schalter von F i g. 1 und 2 erfüllt Insbesondere ist auch bei der Anordnung von Fi g. 3 die Feldspule 1 mit dem Kondensator 12 während des Umschaltvorgangs zu einem Schwingkreis zusammerigeschaltet, der durch die Diode 9 vom Netzteil 7 abgetrennt ist

Bei der Ausführungsform von F i g. 4 liegt die Feldspule 21 nicht in der Diagonale einer Brückenschaltung, sondern in Reihe mit dem Strommeßwiderstand 22 im Querzweig einer T-Schaltung 23 zwischen dem Schaltungspunkt 24 und Masse. In diesem Fall werden nur zwei Stellglieder benötigt die in den beiden Längszweigen der T-Schaltung 23 liegen. In Fig.4 ist angenommen, daß die Stellglieder, wie im Fall von F ί g. 3, wieder durch Transistoren 25,26 gebildet sind, wobei dem Kollektor-Emitterkreis jedes Transistors eine Diode 27 bzw. 28 gegenpolig parallelgeschaltet ist.

Diese Schaltung setzt voraus, daß das Netzteil 30, das an den Eingangsklemmen 30a,306 wieder eine Wechselspannung empfängt, an seinen Ausgangsklemmen 30c und 30c/zwei in bezug auf Masse symmetrische Gleichspannungen abgibt. Die Ausgangsklemme 30c, welche die gegen Masse positive Spannung liefert, ist über eine Diode 31 mit dem Kollektor des Transistors 25 verbunden, dessen Emitter an den Schaltungspunkt 24 angeschlossen ist. Die die negative Spannung liefernde Ausgangsklemme 30c/ist über eine Diode 32 mit dem Emitter des Transistors 26 verbunden, dessen Kollektor mit dem Schaltungspunkt 24 verbunden ist.

Am Verbindungspunkt zwischen der Diode 31 und dem Kollektor des Transistors 25 ist die eine Klemme eines Kondensators 33 angeschlossen, dessen andere Klemme an Masse liegt. In entsprechender Weise ist am Verbindungspunkt zwischen der Diode 32 und dem Emitter des Transistors 26 die eine Klemme eines Kondensators 34 angeschlossen, dessen andere Klemme an Masse liegt. Jeder dieser beiden Kondensatoren hat eine Kapazität C, die in Abhängigkeit von der Induktivität L und dem Widerstand R der Feldspule 21 sowie von der gewünschten Umschaltzeit Jt in der zuvor beschriebenen Weise bemessen ist.

Der Betriebsablauf der Schaltung wird durch die Steuer- und Regelschaltung 35 gesteuert, die an ihrem Eingang 35a ein Taktsignal empfängt, das den Umschalttakt bestimmt. Der Eingang 356 empfängt den Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 22, der ein Maß für den über die Feldspule 21 fließenden Strom ist. Die Basis des Transistors 25 ist mit einem Ausgang 35c und die Basis des Transistors 26 mit einem Ausgang 35c/ der Steuer- und Regelschaltung 35 verbunden. Schließlich liefert ein Ausgang 35e der Steuer- und Regelschaltung 35 ein Steuersignal zum Spannungsieuereingaiig 3Oe des Netzteils 30.

Bei der dargestellten Anordnung ist kein besonderer Stromregeltransistor vorgesehen, sondern die beiden als Stellglieder dienenden Transistoren 25, 26 übernehmen zugleich die Funktion der Stromregelung. Die Steuer- und Regelschaltung 35 ist daher so ausgebildet, daß sie an ihren Ausgängen 35c, 35c/ Steuersignale Hefert, die in Abhängigkeit von dem am Eingang 356 anliegenden Signal den über den jeweils geöffneten Transistor 25 oder 26 fließenden Strom auf den gewünschten konstanten Wert regeln.
Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise:

Beim einen Wert des am Eingang 35a anliegenden Tuktsignals gibt die Steuer- und Regelschaltung 35 am Ausgang 35c ein Signal ab, das den Transistor 25 stromführend macht während sie gleichzeitig am Ausgang 35c/ein Signal abgibt das den Transistor 26 sperrt Demzufolge fließt ein Gleichstrom von der Ausgangsklemme 30c des Netzteils 30 über die Diode 31 und den geöffneten Transistor 25 zum Schaltungspunkt 24 und von da über die Feldspule 21 und den Strommeßwiderstand 22 nach Masse. Der Kondensator 33 ist dabei im wesentlichen auf die positive Spannung der Klemme 30c aufgeladen, abgesehen vom Spannungsabfall an der Diode 31.

Beim anderen Wert des Taktsignals wird der Transistor 25 gesperrt und der Transistor 26 geöffnet so daß nunmehr ein Strom von Masse über den Strommeßwiderstand 22 und die Feldspule 21 zum Schaltungspunkt 24 fließt von wo er über den geöffneten Transistor 26 und die Diode 32 zur Klemme 30c/des Netzteils 30 geht

Der Kondensator 34 ist dabei im wesentlichen auf die negative Spannung der Klemme 3Od aufgeladen, abgesehen vom Spannungsabfall an der Diode 32.

Es soll nun der Umschaltvorgang unmittelbar nach dem Sperren des Transistors 25 und dem öffnen des Transistors 26 betrachtet werden.

Vor der Auslösung des Umschaltvorgangs hat der Strom in der Feldspule 21 die Richtung, die durch den in voller Linie gezeichneten Pfeil angedeutet ist, also vom Schaltungspunkt 24 nach Masse. Nach dem Sperren des Transistors 25 hält die Feldspule 21 zunächst die Stromrichtung aufrecht, jedoch muß nunmehr dieser Strom vom Kondensator 34 geliefert werden. Es fließt daher ein Strom von Kondensator 34 über die Diode 28 zum Schaltungspunkt 24, wie durch die in vollen Linien ge- is zeichneten Pfeile angedeutet ist. Die negative Klemmenspannung des Kondensators 34 nimmt daher dem Betrag nach zu, wodurch die Diode 32 in der Sperrichtung vorgespannt wird. Wenn der Strom in der Feldspule 21 zu Null wird, kehrt sich die Stromrichtung um, und es fließt dann ein Strom in der durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Richtung von Masse durch den Strommeßwiderstand 22 und die Feldspule 21 zum Schaltungspunkt 24 und von da durch den geöffneten Transistor 26 zum Kondensator 34. Sobald die negative Klemmenspannung des Kondensators 34 dem Betrag nach gleich der Spannung an der Ausgangsklemme 3Od des Netzteils 30 wird, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung.

Es ist somit zu erkennen, daß während des Umschalt-Vorgangs der Kondensator 34 mit der Feldspule 21 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist, in dem die gleichen Vorgänge ablaufen, wie sie zuvor für die Anordnung von F i g. 1 und 2 erläutert worden sind. Dieser Schwingkreis ist während des Umschaltvorgangs durch die Diode 32 vom Netzteil 30 getrennt.

Der Umschaltvorgang in den entgegengesetzten Schaltzustand ergibt sich unmittelbar aus der Symmetrie der Schaltung. Beim Sperren des Transistors 26 und dem öffnen des Transistors 25 fließt der Strom in der Feldspule 21 zunächst weiter in der durch den gestrichelten Pfeil angegebenen Richtung. Dieser Strom geht über die Diode 27 zum Kondensator 33, wodurch dessen positive Klemmenspannung erhöht wird, so daß die Diode 31 in der Sperrichtung vorgespannt wird. Beim Nulldurchgang des Stroms kehrt sich die Stromrichtung um, so daß ein Strom vom Kondensator 33 über den geöffneten Transistor 25 zum Schaltungspunkt 24 und von da in der entgegengesetzten Richtung durch die Feldspule 21 und den Strommeßwiderstand 22 nach Masse fließt. Sobald die Klemmenspannung des Kondensators 33 auf die Spannung an der Ausgangsklemme 30c gefallen ist, übernimmt wieder das Netzteil die Stromlieferung. Bei diesem Umschaltvorgang ist somit der Kondensator 33 mit der Feldspule 21 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet.

Auch bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform können die Stellglieder durch mechanische Schalter (z. B. Relaiskontakte) gebildet sein; in diesem Fall ist es jedoch erforderlich, in jedem Längszweig der T-Schaltung einen zusätzlichen Stromregeltransistor vorzusehen.

Ferner kann auch bei der Schaltung von F i g. 4 eine weitere Verkürzung der Umschaltzeit dadurch erreicht werden, daß die Ausgangsspannung des Netzteils während des Umschaltvorgangs vorübergehend eiiiöht wird. Dies geschieht durch das vom Ausgang 35e der Steuer- und Regelschaltung 35 zum Steuereingang 3Oe des Netzteils 30 gelieferte Steuersignal.

Anstelle von Transistoren können auch andere Halbleiterschaltungselemente als Stellglieder Verwendung finden. Soweit es sich um Schaltungselemente handelt, die den Strom nur in einer Richtung übertragen können, ist ihnen jeweils eine Diode mit entgegengesetzter Polung parallelzuschalten. Diese Dioden können getrennte Schaltungselemente sein; bei Transistoren oder Thyristoren, die mit Substratdioden ausgebildet sind, können die Substratdioden diese Funktion übernehmen.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen kann zwischen die Phasen mit gegenpoligem Magnetfeld eine feldfreie Phase eingelegt werden, indem jeweils nach dem Schließen der zuvor geöffneten Stellglieder die anderen Stellglieder durch die Steuer- und Regelschaltung erst nach einer Pause geöffnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung magnetischer Gleichfelder wechselnder Polarität für die magnetisch-induktive Durchflußmenge mit einer Feldspule, einer Umschaltanordnung, welche die Feldspule über abwechselnd gesteuerte Stellglieder mit einer Gleichspannungsqueue derart verbindet, daß ein Gleichstrom abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durch die Feldspule geschickt wird, und mit einem Kondensator, der wenigstens während der Umschaltzeit, in welcher nach der Betätigung der Umschaltanordnung der Gleichstrom durch die Feldspule einen stationären Wert mit entgegengesetzter Polarität erreicht, mit der Feldspule zu einem Schwingkreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12; 33,34) zwischen der G'eichspannungsquelle (7; 30) und der Umschaltanoadnung (2; 23) parallel zur Gleichspannungsquelle (7; 30) angeschlossen ist, daß zwischen dem Kondensator (12; 33, 34) und der Gleichspannungsquelle (7; 30) ein Schaltglied (9; 31,32) eingefügt ist, das die Verbindung während der Umschaltzeit sperrt, und daß die Kapazität C (in Farad) des Kondensators in Abhängigkeit von der gewünschten Umschaltzeit at (in see) im wesentlichen den Wert