DE3329899A1 - Method and device for inductive flow measurement - Google Patents

Method and device for inductive flow measurement

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Valentin Dipl.-Phys. 8000 München Mágori
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Abstract

The use of a permanent-magnet field (10) in the region of the flow which is to be measured is provided according to the invention for a known method having inductive flow measurement with the magnetic field being alternated in order to overcome the influences of electrochemical potentials. The required alternation of the polarity of the field (10) is carried out either by reversing the polarity of the yoke (5) by means of a respective electrical current shock (Fig. 1), or a permanent magnet (81) which can be thus pivoted is inserted into the yoke (5) as the source of the permanent-magnet field, it being possible to interchange the position of the poles (N; S) in a time sequence. <IMAGE>

Description

Verfahren zur induktiven Strömunsmessun und Vorrichtun.Method for inductive flow measurement and device.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur induktiven Strömungsmessung und Vorrichtung, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.The present invention relates to a method for inductive Flow measurement and device as specified in the preamble of claim 1 is.

Es ist bekannt, Strömungsmessung auf induktivem Wege durchzuführen, wobei in einem zur Strömungsrichtung auergerichteten Magnetfeld im strömenden Medium enthaltene Ladungsträger abgelenkt werden und an seitlich angebrachten Elektroden ihre Ladung abgeben0 Damit erltsteht eine elektrische Spannung zwischen zwei Elektroden, die im Abstand voneinander an zwei Punkten eines Rohrquerschnitts der Rohrleitung für dieses strömende Medium vorgesehen sind.It is known to carry out flow measurements inductively, wherein in a magnetic field aligned with the direction of flow in the flowing medium Contained charge carriers are deflected and on electrodes attached to the side release their charge 0 This creates an electrical voltage between two electrodes, those at a distance from one another at two points of a pipe cross-section of the pipeline are provided for this flowing medium.

Zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes sind bereits Permanentmagnete verwendet worden. Sie haben zwar den Vorteil, daß sie keiner Zufuhr elektrischer Leistung zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes bedürfen. Nachteilig ist aber deren Verwendung deshalb, weil auftretende elektrochemische Störpotentiale auf den vorgesehenen Elektroden die Messung ganz entscheidend beeinträchtigen und ungenau machen können Zur Verhinderung des Einflusses möglicher elektrochemischer Potentiale ist es Praxis ein magnetisches Wechselfeld vorzusehen, so daß sich etwaig aufbauende Störpotentiale beim Polaritätswechsel wieder abbauen. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß fortlaufend erhebliche elek- trische Energie bereitzustellen ist, um das vorzugsweise impulsförmige wechselnde Magnetfeld aufrechtzuerhalten.Permanent magnets are already used to generate the necessary magnetic field been used. They do have the advantage that they do not have an electrical supply Require power to maintain the magnetic field. But theirs is a disadvantage Use because electrochemical interference potentials on the intended Electrodes can have a decisive impact on the measurement and make it inaccurate It is a practice to prevent the influence of possible electrochemical potentials to provide an alternating magnetic field so that any disturbance potentials that may build up dismantle again when changing polarity. The disadvantage of this method is that it is continuous considerable elec- tric energy is to be provided in order to preferably maintain pulsed alternating magnetic field.

Besonders problematisch ist dies für Batteriebetrieb.This is particularly problematic for battery operation.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren anzugeben, das mit möglichst geringem Energieaufwand Meßwerte liefert, die frei von störenden Einflüssen sind.It is thus an object of the present invention to provide such Specify a method that delivers measured values with the least possible energy expenditure, that are free from disruptive influences.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.This task is for a method according to the preamble of the claim 1 solved according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1.

Für die Erfindung ist vorgesehen, einen Permanentmagneten zu Erzeugung des Magnetfeldes zu verwenden, der in einer so häufiger Folge jeweils umzumagnetisieren ist, daß sich störende elektrochemische Potentiale nicht in merkbarer Weise aufbauen können. Für die Ummagnetisierung muß zwar jeweils elektrische Leistung zugeführt werden, jedoch ist diese weit geringer als die für sie Aufrechterhaltung eines dauernden magnetischen Wechselfeldes erforderlich wäre. Die erfindungsgemäß verwendete Ummagnetisierung des Permanentmagneten ist ohne weiteres noch aus einer Batterie zu betreiben.For the invention it is provided to generate a permanent magnet of the magnetic field to be used, which is to be magnetized again in such a frequent sequence is that interfering electrochemical potentials do not build up in a noticeable way can. For the magnetization reversal, electrical power must be supplied in each case However, this is far less than that for them to maintain a permanent one magnetic alternating field would be required. The magnetization reversal used according to the invention of the permanent magnet can easily be operated from a battery.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, im Bereich des von dem erfindungsgemäß fortlaufend umzumagnetisierenden Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes wenigstens zusätzlich eine Leiterschleife vorzusehen, die der Feststellung bzw. Uberprüfung des tatsächlich herrschenden Magnetfeldes dient. Zu diesem Zweck kann auch eine Hall-Sonde verwendet werden, die in den Magnetfeldfluß eingefügt ist.Further embodiments of the invention consist in the area of generated by the permanent magnet to be continuously re-magnetized according to the invention Magnetic field to provide at least one additional conductor loop for the detection or checking of the actually prevailing magnetic field. To this end A Hall probe can also be used, which is inserted into the magnetic field flux is.

Von besonderem Vorteil ist es9 im Rahmen der Stromzuführung für die Ummagnetisierung einen Kondensator zu verwenden, dessen Stoßentladungs-Strom der Ummagnetisierung dient. Der Kondensator selbst kann dazu vergleichsweise langsam aufgeladen werden Die dabei auf dem Kondensator auftretende Restenergie wird vorteilhafterweise zwischengespeichert.It is of particular advantage in the context of the power supply for the Magnetization reversal to use a capacitor whose surge discharge current is the Magnetization reversal is used. The capacitor itself can do this comparatively slowly The residual energy occurring on the capacitor is advantageous cached.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung hervor. Die Fig.1 zeigt ein Prinzipbild zur erfindungsgemäßen Strömungsmessung.Further explanations of the invention can be found in the following description of the figures emerged. 1 shows a basic diagram for flow measurement according to the invention.

Das von der Messung zu erfassende Medium fließt im Innern des mit 1 bezeichneten Rohres, von dem die Wandung im Querschnitt zu sehen ist. Auf der Innenwandung befinden sich Elektroden 2, 3, die in der Weise elektrisch isoliert angebracht sind, daß eine zwischen ihnen auftretende elektrische Spannung mit dem c%enaa Meßinstrument 4 meßbar ist.The medium to be detected by the measurement flows inside the 1 designated tube, of which the wall can be seen in cross section. On the Inside wall there are electrodes 2, 3, which are electrically insulated in this way are attached that an electrical voltage occurring between them with the c% enaa measuring instrument 4 can be measured.

Mit 5 ist ein magnetisches Joch bezeichnet, das Polschuhe 6 und 7 hat, die nahe dem Rohr 1 liegen. Entweder ist das gesamte Joch permanentmagnetisch, so daß die Polschuhe 6 und 7 abwechselnd Nordpol bzwo Südpol bilden, oder innerhalb des Joches 5 befindet sich ein entsprechender Bereich 8, der permanentmagnetische Eigenschaften hat. Mit 9 ist eine elektrische Wicklung bezeichnet, die bei elektrischem Stromfluß durch diese Wicklung in den Bereich 8 ein Magnetfeld erzeugt und dieses im Elektromagnetfeld entsprechend polarisiert bzw ummagnetisiert. Fortlaufende Ummagnetisierung des Bereichs 8 führt dazu, daß der Polschuh 6 zeitlich abwechselnd Nordpol oder Südpol ist und der Polschuh 7 der entsprechend entgegengesetzt polarisierte Polschuh ist. Mit dem Doppelpfeil 10 ist auf das entstehende Magnetfeld, und zwar auf seine beiden Richtungen, hingewiesen. Orthogonal zu dieser Magnetfeldrichtung erfolgt die Ablenkung elektrischer Ladungsträger des strömenden Mediums, die zu dem bekannten Auftreten einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 führt. Die jeweilige Größe dieser elektrischen span nung- ist bekanntermaßen ein Maß für die Strömung des Mediums.A magnetic yoke is denoted by 5, the pole pieces 6 and 7 which are close to the pipe 1. Either the entire yoke is permanently magnetic, so that the pole pieces 6 and 7 alternately form the north pole or south pole, or within of the yoke 5 is a corresponding area 8, the permanent magnetic Has properties. With an electrical winding is referred to, the electrical Current flow through this winding in the area 8 generates a magnetic field and this polarized or remagnetized accordingly in the electromagnetic field. Continuous magnetization reversal of the area 8 leads to the pole piece 6 alternating in time with the north pole or The south pole is and the pole piece 7 is the correspondingly oppositely polarized pole piece is. With the double arrow 10 is on the resulting magnetic field, namely on his both directions. Occurs orthogonally to this magnetic field direction the deflection of electrical charge carriers of the flowing medium, leading to the known occurrence of an electrical voltage between the electrodes 2 and 3 leads. The respective size of this electrical voltage is known a measure of the flow of the medium.

Zur Kontrolle des auftretenden Magnetfeldes ist eine Sonde 12 im Spalt zwischen einem Polschuh (hier der Polschuh 6) und dem Rohr 1 eingefügt. Diese Sonde 12 kann eine elektrische Spule oder auch eine Hall-Sonde sein. Mit dem angeschlossenen Meßinstrument 14 wird ein dem herrschenden Magnetfeld entsprechender elektrischer Wert gemessen.A probe 12 is in the gap to control the magnetic field that occurs inserted between a pole piece (here the pole piece 6) and the tube 1. This probe 12 can be an electrical coil or a Hall probe. With the connected Measuring instrument 14 is an electrical corresponding to the prevailing magnetic field Value measured.

Ausgehend von einer Stromversorgungsquelle U= wird der Magnetfeldspule 9 über eine elektrische Schaltung 16 der jeweils erforderliche Magnetisierungastrom, und zwar mit wechselnden Richtungen, zugeführt. Der Kondensator 17 dient zur Realisierung einer Weiterbildung der Erfindung, nämlich nach erfolgter Stoßentladung mit Hilfe des Schaltungsteils die auftretende elektrische Restenergie zwischenzuspeichern.Starting from a power supply source U = the magnetic field coil 9 the magnetization current required in each case via an electrical circuit 16, with changing directions. The capacitor 17 is used for implementation a development of the invention, namely after a surge discharge with the help of the circuit part to temporarily store the residual electrical energy that occurs.

Uber den Widerstand Rv kann aus der Stromversorgungsquelle U= der Kondensator C1 auf die Spannung +U= aufgeladen werden. Hierzu wird der Schalter S1 für die Dauer der Aufladung geschlossen. Wird åetst bei geöffnetem Schalter der Schalter S2 geschlossen, so fließt durch die Spule 9 ein elektrischer Strom, durch den der (entladene) Kondensator C2 bis auf eine Spannung von nahezu -U= aufgeladen werden kann. Sobald der Kondensator C2 auf wenigstens nahezu seine maximale Spannung (-U=) aufgeladen ist, wird der Schalter 2 geschlossen. Das magnetische Joch bzw.About the resistor Rv can from the power supply source U = the Capacitor C1 can be charged to the voltage + U =. To do this, the switch S1 closed for the duration of the charge. Is åetst when the switch is open Switch S2 closed, an electric current flows through the coil 9 which the (discharged) capacitor C2 is charged to a voltage of almost -U = can be. Once the capacitor C2 is at least close to its maximum voltage (-U =) is charged, switch 2 is closed. The magnetic yoke or

die Polschuhe 6, 7 erzeugen aufgrund der oben erwähnten permanentmagnetischen Eigenschaften das Magnetfeld C mit der einen Magnetfeldrichtung.the pole shoes 6, 7 generate permanent magnetic due to the above-mentioned Properties the magnetic field C with one magnetic field direction.

Da der Kondensator C2 als Zwischenspeicher vorhanden ist, kann die zuvor zur Magnetisierung verwendete elektrische Energie fast vollständig zur Ummagnetisierung wiederverwendet werden. Bei weiterhin geöffnetem Schalter S1 wird der Schalter S2 geschlossen. Die Aufladung -U= entlädt sich jetzt bei Stromfluß durch die Spule 9 in den Kondensator C1 der jetzt wieder9 abhängig von Verlusten des vorliegenden Schwingkreises, bis nahezu wieder -U= aufgeladen wird. In diesem Augenblick des Null-Durchgangs des Stromes durch die Spule 9 wird wieder der Schalter S2 geöffnet. Der Kondensator C1 kann durch kurzzeitiges Schließen des Schalters S1 wieder vollständig auf +U= aufgeladen werden. Es empfiehlt sich außerdem, einen Schalter S3 vorzusehen, mit dem während dieser Zwischenzeit der Kondensator C2 noch vollständig entladen werden kann.Since the capacitor C2 is present as a buffer, the Electrical energy previously used for magnetization almost entirely for magnetization reversal can be reused. If switch S1 is still open, switch S2 closed. The charge -U = is now discharged when current flows through the coil 9 in the capacitor C1 of the now again 9 depending on the losses of the present Oscillating circuit until almost -U = is charged again. At this moment of the When the current passes through the coil 9, the switch S2 is opened again. The capacitor C1 can be completely restored by briefly closing the switch S1 to be charged to + U =. It is also advisable to provide a switch S3, with which the capacitor C2 is still completely discharged during this period can be.

Während des Stromflusses der elektrischen Energie aus dem Kondensator C2 wieder zurück in den Kondensator C1 erfolgt die erfindungsgemäß vorgesehene Ummagnetisierung des Joches 5, wodurch das Magnetfeld 10 jetzt in Gegenrichtung im Innern des Rohrquerschnitts 2 vorliegt. Diese Hin- und Her-Ummagnetisierung des Feldes 10 im Bereich des Rohrquerschnitts 2 kann fortlaufend durchgeführt werden, wobei bei Verwendung der hier angegebenen Schaltung mit einem Kondensator C2 als Zwischenspeicher jeweils nur wenig elektrische Energie aus der Stromversorgungsquelle U= in die Schaltung 16 nachzuliefern ist.During the current flow of electrical energy from the capacitor C2 back again into the capacitor C1, the magnetization reversal provided according to the invention takes place of the yoke 5, whereby the magnetic field 10 is now in the opposite direction inside the pipe cross-section 2 is present. This back and forth reversal of magnetization of the field 10 in the area of the pipe cross-section 2 can be carried out continuously, using the one specified here Circuit with a capacitor C2 as a buffer store each only a little electrical Energy from the power supply source U = is to be replenished in the circuit 16.

Eine Alternative zur elektrischen Stromstoß-Ummagnetisierung des Joches 5 zeigt die Fig. 2. Die Fig.2 gibt dabei lediglich einen Ausschnitt des Joches 5 der Fig.1 wieder, und zwe: den für diese Variante wesentlichen Bereich, der die Quelle für die erfindungsgemäß fortlaufend vorzunehmenden Ummagnetisierungen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig.1 ist im Bereich 8 mit Hilfe der Magnetspule 9 die entsprechende jeweilige Magnetisierungsquelle gezeigt. Bei der Ausführungsform der Fig.2 ist die Quelle für das Magnetfeld ein Permanentmagnet 81 mit seinem Nordpol N und seinem Südpol S. Dieser Permanentmagnet 81 kann, wie mit dem gestrichelt wiedergegebenen Umriß angedeutet, um den Drehpunkt 181 derart geschwenkt werden, daß gegenüber der ausgezogenen Darstellung der Fig.2 Nordpol und Südpol miteinanv der vertauscht sind. Die Polschuhe 6 und 7 (siehe Fig.1) werden mit dieser vorgenannten Vertauschung dementsprechend umgepolt.An alternative to the electrical surge reversal of magnetization of the yoke 5 shows FIG. 2. FIG. 2 only shows a section of the yoke 5 1 again, and two: the area essential for this variant, which the The source for the magnetization reversals to be carried out continuously according to the invention is. In the embodiment of Figure 1 is in Area 8 with the help of the Magnet coil 9 shows the corresponding respective magnetization source. In the In the embodiment of FIG. 2, the source for the magnetic field is a permanent magnet 81 with its north pole N and its south pole S. This permanent magnet 81 can, as indicated by the outline shown in dashed lines, around the pivot point 181 in this way be pivoted that compared to the solid representation of Fig.2 North Pole and the South Pole are interchanged. The pole pieces 6 and 7 (see Fig.1) are polarity reversed accordingly with this reversal.

Der Permamentmagnet 81 kann durch einen nicht dargestellten Motor um die jeweils 1800 geschwenkt werden. Da abhängig von der zu erwartenden Dauer des Aufbaues eines störenden elektrochemischen Potentials, nämlich eines solchen Störpotentials, das durch die Erfindung unwirksam gemacht werden soll, auch relativ lang (z.B. jeweils einen Tag) dauern kann, kann auch ein von Hand durchzuführendes Wenden des Magneten 81 relevant sein.The permanent magnet 81 can be driven by an unillustrated motor to be swiveled around 1800 each. Since depending on the expected duration the build-up of a disruptive electrochemical potential, namely one Interference potential, which is to be made ineffective by the invention, also relatively can take a long time (e.g. one day at a time), a manual can also be carried out Turning the magnet 81 may be relevant.

Es ist unproblematisch, die für die Bewegungsmöglichkeit des Permanentmagneten 81 erforderlichen Luftspalte 82 in einer solchen Größe zu halten, die mit Rücksicht auf den ohnehin vorhandenen Luftspalt zwischen den Pol schuhen 6 und 7 diese Luftspalte 82 vernachlässigbar machen.It is unproblematic for the possibility of movement of the permanent magnet 81 required air gaps 82 to be kept in such a size that with consideration on the already existing air gap between the pole shoes 6 and 7, these air gaps 82 make negligible.

8 Patentansprüche 2 Figuren8 claims 2 figures

Claims (8)

Patentanspruche Verfahren zur induktiven Strömungsmessung mit im magnetischen Wechselfeld abgelenkten, im strömenden Medium enthaltenen Ladungsträgern und mit seitlich angebrachten Elektroden zur Abnahme einer entstehenden elektischen Generatorspannung9 g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß das magnetische Wechselfeld (10) durch einen Permanentmagneten (5, 8) erzeugt wird, der der vorgegebenen Wechselfrequenz entsprechend fortlaufend durch Stromstöße einer elektromagnetischen Einrichtung (9, 16) ummagnetisiert wird, wobei die Dauer der Stromstöße kurz gegenüber der Periodendauer der Wechselfrequenz ist.Claims method for inductive flow measurement with in the magnetic Alternating field deflected charge carriers contained in the flowing medium and with Electrodes attached to the side to collect an electrical generator voltage 9 g e k e n n n z e i c h n e t in that the magnetic alternating field (10) through a permanent magnet (5, 8) is generated, which the predetermined alternating frequency accordingly continuously by power surges from an electromagnetic device (9, 16) is remagnetized, the duration of the current surges being short compared to the period duration is the alternating frequency. 2. Verfahren nach Anspruch 1 g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß wenigstens eine zusätzliche Leiterschleife (12) mit ihrer Fläche seSirecht zur magnetischen Flußrichtung (10) als Induktionsschleife zur Bestimmung der Magnetfeldänderung zwischen den stationären Zuständen der entgegengesetzten Wechselphasen der Ummagnetisierungen vorgesehen ist 2. The method according to claim 1 g e k e n n z e i c h -n e t thereby, that at least one additional conductor loop (12) with its surface seSirecht zur magnetic flow direction (10) as an induction loop to determine the change in the magnetic field between the stationary states of the opposite alternating phases of the magnetizations is provided 3. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß wenigstens eine Hall-Sonde (12) mit ihrer Fläche senkrecht zur magnetischen Flußrichtung (10) als Meßsonde zur Bestimmung der Magnetfeldänderung zwischen den stationären Zuständen der entgegengesetzten .Techselphasen der Ummagnetisierungen vorgesehen ist.3. The method according to claim 1, g e k e n n z e i c h -n e t thereby, that at least one Hall probe (12) with its surface perpendicular to the magnetic Direction of flow (10) as a measuring probe to determine the change in magnetic field between the steady states of the opposite alternating phases of magnetizations is provided. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß zur Stromstoßerzeugung ein Kondensator (17) verwendet ist 4. The method of claim 1, 2 or 3, g e k e n n -z e i c h n e t in that a capacitor (17) is used to generate the current surge 5. Verfahren nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß der Kondensator (17) als Zwischenspeicher für elektrische Energie verwendet ist.5. Method according to Claim 4, characterized in that the capacitor (17) is used as an intermediate store for electrical energy. 6. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß für die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes (10) ein Permanentmagnet (81) verwendet wird, der in den magnetischen Kreis des Joches (5) derart eingefügt wird, daß die Lage seiner Magnetpole (S; N) in zeitlicher Folge vertauscht werden kann (Fig.2).6. The method according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t thereby, that a permanent magnet (81) is used to generate the alternating magnetic field (10) is used, which is inserted into the magnetic circuit of the yoke (5) in such a way that that the position of its magnetic poles (S; N) can be interchanged in chronological order (Fig. 2). 7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß ein Magnetjoch (5) mit Polschuhen (6 und 7) für das magnetische Wechselfeld (10) vorgesehen ist, und daß in einem Bereich (8) des Joches (5) eine mit elektrischen Stromstößen zu speisende elektrische Spule (9) vorgesehen ist (Fig.1).7. Device for performing a method according to one of the claims 1 to 5, indicated by the fact that a magnetic yoke (5) with pole pieces (6 and 7) is provided for the alternating magnetic field (10), and that in one Area (8) of the yoke (5) an electrical to be fed with electrical current surges Coil (9) is provided (Fig. 1). 8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 6, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß ein magnetisches Joch (5) mit den Polschuhen (6 und 7) vorgesehen ist, und daß in den magnetischen Kreis des Joches (5) ein Permanentmagnet (81) eingefügt ist, der dort derart schwenkbar (181) angebracht ist, daß die Lage von Nord- und Südpol (N; S) dem geforderten Wechsel des zu erzeugenden Wechselfeldes (10) entsprechend vertauschbar ist (Fig.2).8. Apparatus for performing a method according to claim 1 or Claim 6, g e k e n n n z e i c h n e t, that a magnetic yoke (5) with the pole pieces (6 and 7) is provided, and that in the magnetic circuit of the yoke (5) a permanent magnet (81) is inserted, which is mounted there so pivotably (181) is that the position of the north and south poles (N; S) corresponds to the required alternation of the Alternating field (10) is correspondingly interchangeable (Fig. 2).
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