DE3341357A1

DE3341357A1 - Ansteuereinrichtung zur erzeugung eines konstanten stromes durch ein tastverhaeltnis fuer eine elektromagnetische einrichtung zur messung einer stroemung

Info

Publication number: DE3341357A1
Application number: DE19833341357
Authority: DE
Inventors: Roy F. Yardley Penn. Schmoock
Original assignee: Fischer and Porter Co
Current assignee: Fischer and Porter Co
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1984-05-17
Also published as: AU561074B2; GB2131181B; US4462060A; GB8328034D0; AU2021683A; GB2131181A; FR2536168A1; CA1201902A

Description

^steuereinrichtung zur Erzeugung eines konstanten Stromes durch ein Tastverhältnis für eine elektromagnetische Einrichtung zur Messung einer Strömung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Ansteuerkreise zur Erregung der Spule des Elektromagneten einer elektromagnetischen Einrichtung zur Messung der Strömung bzw. eines Flusses. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Ansteuereinrichtung, die zu diesem Zweck den Strom durch die Spule auf einem im wesentlichen konstanten Pegel hält, um unerwünschte Komponenten in dem durch die Elektroden der Einrichtung zur Messung der Strömung erzeugten Signal so gering wie möglich zu halten.

Bei einer elektromagnetischen Einrichtung zur Messung der Strömung wird die Flüssigkeit, deren Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, durch ein Strömungsrohr geleitet, das ein Paar von sich diametral gegenüber- liegenden Elektroden aufweist. Durch einen Elektromagneten wird senkrecht zur Längsachse des Rohres ein magnetisches Feld erzeugt. Wenn die fließende Flüssigkeit dieses Feld kreuzt, wird darin eine Spannung induziert, die zu den Elektroden übertragen wird. Diese Spannung, die proportional zu einer Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und daher proportional zur durchschnittlichen

volumetrischen Geschwindigkeit ist, wird dann verstärkt und zur Betätigung eines Recorders oder eine Anzeigeeinrichtung verarbeitet.

Es kann ein magnetisches Gleich- oder Wechselfeld verwendet werden, da in jedem Falle die Amplitude der in der durch das Feld fließenden Flüssigkeit induzierten Spannung eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit ist. Wenn man jedoch mit einem magnetischen Gleichfluß arbeitet,wirkt ein durch die Flüssigkeit fließendes Gleichstromsignal derart, daß es die Elektroden polarisiert. Die Amplitude der Polarisation ist proportional zum Zeitintegral des Polarisierungsstromes. Bei einem magnetischen Wechselfluß ist die Polarisierung vernachlässigbar, da das sich ergebende Stromsignal ein Wechselstromsignal ist, da sich aus diesem Grunde das Integral nicht mit der Zeit aufbaut.

Alle schädlichen Wirkungen, die im Zusammenhang mit einem Wechselstrombetrieb der elektromagnetischen Einrichtung zum Messen der Strömung auftreten, können der Änderungsgeschwindigkeit des Flußfeldes (d«5)/dt zugeschrieben werden, durch die unerwünschte Signale in der Aufnahmeschleife induziert werden. Wenn das magnetische Flußfeld ein Feld mit einem eingeschwungenen bzw. stabilen Zustand ist, wie dies beispielsweise bei einem ununterbrochenen Gleichstrombetrieb der Fall ist, wird der ideale Zustand do/dt = 0 erreicht. Wie dies jedoch zuvor festgestellt wurde, ist der Gleichstrombetrieb zur Erzeugung eines stabilen Feldzustandes nicht akzeptabel, weil galvanische Potentiale erzeugt werden und weil eine Polarisierung erfolgt.

In der US-PS 3 783 687 ist eine elektromagnetische Einrichtung zur Messung der Strömung beschrieben, bei der der Erregerstrom für die elektromagnetische Spule eine

eine niedrige Frequenz aufweisende Welle ist, die dazu dient, ein periodisch umgekehrtes Flußfeld eines stabilen Zustandes zu erzeugen. Dadurch werden unerwünschte gleichphasige und Quer- bzw. Quadraturkoirponenten so klein wie möglich gehalten, ohne daß Polarisierungseffekte und galvanische Effekte auftreten.

Bei diesem bekannten System weist das Ansteuersystem zur Erregung der Spule eine Schalteinrichtung auf, die den nicht-stabilisierten Ausgang eines ungefilterten Vollweggleichrichters, der durch eine Gleichspannungsnetzleitung angesteuert wird, periodisch umkehrt. Weil der Elektromagnet eine relativ hohe Induktivität aufweist, wirkt er als Siebdrossel, die einen beträchtlichen Prozentsatz des Welligkeitsanteiles des unstabilisierten Ausganges des Gleichrichters entfernt. Aus diesem Grunde sind keine Siebkondensatoren erforderlich. Dieses Ansteuersystem weist einen logischen Kreis oder einen Teiler auf, der mit der Frequenz der Netzspannung (z.B. 50 oder 60 Hz) betätigt wird,und Gate-Impulse mit einer niedrigen Frequenz erzeugt, um das elektromagnetische Umschalten zu regeln.

Gegenwärtig verwendete Ansteuersysteme zur Erzeugung eines Erregerstromes für eine elektromagnetische Einrichtung zur Messung der Strömung der in der US-PS 3 687 beschriebenen Art verwenden eine Ansteuereinrichtung mit einer konstanten Spannung. Die lange L/R-Zeitkonstante des Elektromagneten bewirkt eine relativ langsame Anstiegszeit des magnetischen Stromes, weshalb eine lange Erregungsperiode erforderlich ist, um einen konstanten Flußpegel zu erhalten.

Weil die Gesamtspannung und R groß sind, muß ein beträchtlicher Energiebetrag durch das Ansteuersystem verbraucht werden, um die magnetische Zeitkonstante auf anwendbare Werte zu verringern. Es geht daher ein gros-

-Χι aer Energiebetrag in der Form von Wärme verloren und dar. i'.yntem weiat einen schlechten Wirkungsgrad auf.

In der US-PS 4 204 240, deren Offenbarung auch Gegenstand dieser Beschreibung ist, ist eine wenig Energie verbrauchende Ansteuereinrichtung für die Erregerspule einer Einrichtung zur Messung einer Strömung beschrieben, wobei die Ansteuereinrichtung mit einer periodischen Geschwindigkeit durchgeschaltet wird, die relativ zur Frequenz der Wechselspannung der Netzleitung klein ist.

Die Ansteuereinrichtung erzeugt einen Stromfluß durch die Spule,der einen im wesentlichen konstanten Pegel aufweist.

Bei einer Ausführungsform der Ansteuereinrichtung der US-PS 4 204 240 werden während jeder Gate-Periode Impulse mit einer hohen Spannung intermittierend angelegt, um die Spule durch Stöße zu erregen. Die entsprechenden Impulsdauern werden variiert, um den durch die Spule fliessenden Strom auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten. Aus diesem Grunde werden Schwankungen des durch die Spule fließenden Stromes ermittelt, um deren Korrektur zu bewirken. Dadurch werden Schwankungen der Wechselstromnetzspannung und andere Variable in Betracht gezogen.

Aus der US-PS 4 325 261 und der US-PS 4 144 751 gehen weitere Ansteuereinrichtungen für die Erregerspule von elektromagnetischen Einrichtungen zur Messung einer Strömung hervor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wenig Energie verbrauchende Ansteuereinrichtung für die Erregerspule einer elektromagnetischen Einrichtung zur Messung der Strömung anzugeben, wobei die Ansteuereinrichtung einen Stromfluß durch die Spule erzeugen kann, dessen Pegel auf einem im wesentlichen kon-

-Sf-

stanten Pegel gehalten wird. Dadurch werden unerwünschte Komponenten in dem durch die Elektroden der Einrichtung zur Messung der Strömung erzeugten Signal so klein wie möglich gehalten.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie dieselben Ergebnisse ermöglicht, die auch durch die Einrichtung der US-PS 4 204 240 erreichbar sind, wobei aber die gesamte Anordnung einfacher und kostengünstiger ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ansteuereinrichtung der obengenannten Art anzugeben, die wirksamer und zuverlässiger arbeitet und die relativ wenig Energie verbraucht.

Diese Aufgaben werden durch eine Ansteuereinrichtung für die Erregerspule des Elektromagneten einer Einrichtung zur Messung der Strömung, in der das zu messende Fluid derart durch ein Strömungsrohr geführt wird, daß es das durch den Elektromagneten in Querrichtung erzeugte magnetische Flußfeld kreuzt, gelöst, die einen mit der Wechselstromnetzleitung verbundenen Gleichrichter aufweist, dessen Ausgang durch ein Paar von Schalttransistoren mit der Spule verbunden ist. Die Steuerelektroden der Schalttransistoreh sind mit dem Ausgang eines Vergleichers verbunden, der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß aufweist. An den ersten Eingangsanschluß des Vergleichers wird eine rechteckförmige Wechselspannung angelegt, wobei jeder Zyklus dieser Spannung einen negativen und einen positiven Gate-Impuls aufweist. Dadurch werden die Transistoren abwechselnd betätigt. Die Anordnung ist so beschaffen, daß das gleichgerichtete Ausgangssignal durch die Transistoren an die Spule mit einer Polarität angelegt wird, die abwechselnd umgekehrt wird. Der Vergleicher weist eine positive Rückkopplungsschleife zwischen seinem Ausgang und dem ersten Eingangsanschluß auf, um einen

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pulsierenden Ausgang zu erzeugen, wobei die Spule während jedes negativen und positiven Gate-Intervalles durch eine Impulsreihe erregt wird. Das Tastverhältnis dieser Impulse wird als eine Funktion einer Bezugsspannung variiert, die von dem durch die Spule fließenden Strom abgeleitet wird und die an den zweiten Eingangsanschluß angelegt wird. Dadurch wird der Stromfluß durch die Spule geregelt, um einen im wesentlichen konstanten Strompegel aufrechtzuerhalten.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung für ei

ne elektromagnetische Einrichtung zur Messung der Strömung;

Fig. 2 den Wellenverlauf der in der Ansteuereinrichtung erzeugten Bezugsspannung;

Fig. 3 den Wellenverlauf des durch die Erregerspule fließenden Stromes; und

Fig. 4 den Wellenverlauf der Impulsreihen, die

bewirken, daß der Strom durch die Spule fließt.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung für eine elektromagnetische Einrichtung zum Messen der Strömung dargestellt, die hauptsächlich ein Strömungsrohr 10 aufweist, durch das ein zu messendes Fluid 11 geführt bzw. geleitet wird. Ein eine Erregerspule 12 aufweisender Elektromagnet dient dazu, in Querrichtung zur Richtung des parallel zur Längsachse des Rohres verlaufenden Flußes ein magnetisches Feld zu erzeugen.

Elektroden 13 und 14, die in Kontakt zu dem Fluid stehen, sind an diametral gegenüberliegenden Punkten des Strömungsrohres auf einer Achse angeordnet, die sowohl senkrecht zur Längsrichtung der Strömung als auch zum in Querrichtung verlaufenden magnetischen Feld verläuft.

In dem Fluid wird in bekannter Weise eine Spannung induziert, wobei die Strömung das magnetische Feld schneidet bzw. kreuzt, um ein tiefpegeliges Wechselstromsignal an den Elektrodenanschlüssen zu erzeugen, das die Strömungsgeschwindigkeit wiedergibt. Dieses durch die Strömung induzierte Signal wird an eine Sekundärwicklung 15 angelegt, die so beschaffen sein kann, wie es in der US-PS 3 783 687 beschrieben ist, um das durch die Strömung induzierte tiefpegelige Signal in ein proportionales Gleichstromausgangssignal umzuwandeln, das in einem Bereich (z.B. 4 bis 20 Milliampere Gleichstrom) liegt, der für eine Weiterverarbeitung geeignet ist.

Die Ansteuereinrichtung zur Erregung der Erregerspule 12 weist eine Spannungsquelle mit einem Vollweggleichrichter auf, die durch einen Transformator 16 gebildet wird, deren Primärwicklung 16A mit einer Wechselstrom-Netzleitung verbunden ist, die einen üblichen 50 oder 60 Hz-Strom liefert.

Der Transformator 16 weist eine Sekundärspule mit einer Mittelanzapfung auf. Die Sekundärspule 16B ist mit dem Eingang eines brückenförmigen Vollweggleichrichters 17 verbunden, wobei das Untersetzungsverhältnis zwischen der Sekundärwicklung I6B und der Primärwicklung I6A eine ungefilterte Ausgangsgleichspannung zwischen dem Ausgang des Gleichrichters 17 an den Anschlüssen T. und T„ und dem Mittelpunkt M der Sekundärwicklung I6B bewirkt. Bei diesem Bereich handelt es sich daher um den Hochspannungsbereich der Spannungsquelle.

Zwischen den Anschluß T₁ des Brückengleichrichters 17 und

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dem Mittelpunkt M der Sekundärwicklung des Transformators ist ein Filter bzw. Siebkondensator 18 geschaltet, während zwischen dem Anschluß T₂ und dem Mittelpunkt M ein Filter bzw. Siebkondensator 19 angeordnet ist. Infolge dieser Anordnung weist die am Siebkondensator 18 erzeugte gleichgerichtete Spannung eine.umgekehrte Polarität auf, wie die am Siebkondensator 19 erzeugte Spannung.

Zwischen den Kondensator 18 und Masse ist ein VMOS-N-Kanal-Feldeffekttransistor 20 geschaltet. Zwischen den Kondensator 19 und Masse ist ein identischer P-Kanal-VMOS-Feldeffekttransistor 21 geschaltet. Ein Feldeffekttransistor ist eine spannungsgesteuerte Halbleitereinrichtung, bei der die Stromleitung zwischen dem Source-Bereich (S) und dem Drain-Bereich (D) durch eine Steuerspannung gesteuert oder moduliert wird, die an die Steuer- oder Gate-Elektrode (G) angelegt wird. Der P-Transistor und der N-Transistor werden durch die Polarität der Gate-Snannung entgegengesetzt ein- und ausgeschaltet. Wenn daher die Gate-Elektroden positiv sind, ist die N-Kanal-Einrichtung eingeschaltet, während die P-Kanal-Einrichtung dann ausgeschaltet ist. Bei einer negativen Gate-Spannung liegen die umgekehrten Zustände vor.

Die Erregerspule 12 ist mit ihrem einen Ende mit dem Mittelpunkt M der Sekundärwicklung verbunden. Das andere Ende dieser Spule ist über einen Widerstand R mit Masse verbunden. Wenn daher der in Reihe zum Kondensator 18 geschaltete Feldeffekttransistor 20 durch eine an seine Gate-Elektrode G angelegte Spannung leitend geschaltet wird, wird die an diesem Kondensator aufgebaute gleichgerichtete Spannung an die Erregerspule 12 angelegt. Wenn dagegen der Transistor 21, der zum Kondensator 19 in Reihe geschaltet ist, leitend geschaltet wird, wird die an diesem Kondensator erzeugte gleichgerichtete Spannung an die Spule angelegt, wobei die Polarität der angelegten Span-

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nung davon abhängt, welcher Transistor betätigt ist. Wenn daher die Transistoren 20 und 21 abwechselnd betätigt werden, wird die Polarität der an die Spule angelegten gleichgerichteten Spannung gewechselt.
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Die Gate-Elektroden G der Transistoren 20 und 21 sind beide mit dem Ausgang eines Vergleichers 22 verbunden, der einen nicht-umkehrenden (+) Eingangsanschluß und einen umkehrenden (-) Eingangsanschluß aufweist. In der Praxis kann es sich bei dem Vergleicher 22 um eine gewerblich verfügbare, auf einem Chip angeordnete integrierte Schaltung handeln. Beispielsweise wird ein derartiger Hochgeschwindigkeitsvergleicher des Typs LM 311 von der Firma National Semiconductor Corporation vertrieben.

An den + Eingangsanschluß des Vergleichers 22 wird über einen Widerstand 23 eine rechteckförmige Wechselwelle als Gate-Spannung V angelegt, wobei jeder Zyklus dieser Welle

aus einem rechteckförmigen positiven Gate-Impuls P+ und einem nachfolgenden rechteckförmigen negativen Gate-Impuls P- gebildet wird. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 22 wird daher abwechselnd positiv und negativ, was sich so auswirkt, daß die Transistoren 20 und 21, die mit diesem Ausgang verbunden sind, abwechselnd betätigt werden, wobei an der Drain-Elektrode des Transistors 20 eine positive Spannung durch den Kondensator 18 und an die Drain-Elektrode des Transistors 21 eine negative Spannung durch den Kondensator 19 angelegt werden.

Die Gate-Spannung V weist eine Frequenz auf, die Vorzugsweise eine Unterfrequenz der Frequenz der Wechselstromleitung sein kann, die 50 oder 60 Hz betragen kann.Zu diesem Zweck kann die Gate-Spannung V von einem Frequenzteiler

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und einem Impulsformer abgeleitet werden, die an die Netz-

leitung gekoppelt sind.

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Zwischen den Ausgang des Vergleichers 22 und seinen (+) Eingangsanschluß ist ein Rückkopplungskondensator 24 geschältet und ein Widerstand 25 ist zwischen diesen Eingang und Masse geschaltet, um eine positive Rückkopplungsschleife zu bilden. Dadurch werden Schwingungen mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt, die durch die Kreisparameter bestimmt wird. Die Widerstände 23 und 25 teilen die Gate-Spannung auf einen Pegel herunter, der der gewünschten Bezugsspannung gleich ist, die am Widerstand R entwickelt wird.

Der Vergleicher 22 ist so angeordnet, daß er wie ein C-Verstärker wirkt. Die sich ergebenden Schwingungen in dem Ausgangssignal sind daher nicht sinusförmig. Sie weisen aber die Form einer Reihe von Impulsen mit einer konstanten Wiederholungsrate auf. Bei der C-Verstärkung eines Röhrenverstärkers ist die Gittervorspannung beträchtlich größer als die Gittereinsatzspannuncr (cut off), so daß der A.nodenstroif¹ Null ist, wenn kein Eingangssignal am Gitter anliegt und daß der Anodenstrom beträchtlich kürzer als eine Hälfte jedes Zyklus des Eingangssignales fließt, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen. Ein äquivalenter Vorspannungszustand und ein pulsierender Ausgangsstrom ergeben sich für einen transistorisierten Verstärker zur Erzeugung der gewünschten Impulsreihe.

Das Tastverhältnise der Impulse der Reihe wird als eine Funktion des Stromflußes in der Erregerspule 12 verändert. Infolge von Spannungsänderungen an der Wechselstromnetzleitung und anderen Variablen, die die Intensität des Stromes beeinflussen, neigt der Stromfluß durch die Spule 12 zu Schwankungen. Diese Schwankungen werden durch den dazu in Reihe geschalteten Widerstand R ermittelt, an dem eine entsprechende Bezugsspannung RV entwickelt wird.

Die Bezugsspannung RV wird über den Widerstand 26 an den

-Κι nicht-invertierenden (+)-Eingang eines Operationsverstärkers 27 angelegt, dessen invertierender (-)-Eingang geerdet ist. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem Spannungsteiler 28 verbunden, dessen Anzapfung mit dem invertierenden (-)-Eingang des Vergleichers 22 verbunden ist. Der Verstärker 27 ist wahlfrei und in der Praxis kann die Bezugsspannung RV direkt an den Vergleicher 22 angelegt werden.

Die an den invertierenden Eingang des Vergleichers 22 angelegte Spannung ist proportional zur Bezugsspannung RV und gibt daher Schwankungen des durch die Erregerspule 12 fließenden Stromes wieder. Dies wirkt sich so aus, daß die Vorspannung an dem C-Verstärker moduliert wird und daß dadurch das Tastverhältnis der durch den Vergleicher 22 gelieferten Impulsreihe derart verändert wird, daß die Stromschwankungen korrigiert werden, um den Stromfluß durch die Spule auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten. Der sich ergebende stabile bzw. eingeschwungene Zustand des Feldes des magnetischen Flusses in der Einrichtung zur Messung der Strömung bewirkt daher die gewünschte Operation.

Es wird daher während dem positiven Gate-Intervall P+ der· erste Transistor 20 durch eine Reihe von Impulsen betätigt, deren Tastverhältnis moduliert wird, um zu bewirken, daß der Strom in einer Richtung durch die Spule mit einem konstanten Pegel fließt. Während des negativen Gate-Intervalls P- wird der Transistor 21 in einer ähnlichen Weise betätigt, um zu bewirken, daß der Strom in der Spule 12 mit einem konstanten Pegel in die umgekehrte Richtung fließt.

Zu dem durch die Spule 12 und den Widerstand R gebildeten Serienkreis ist ein Paar von Zenerdioden 29 und 30 in Gegenreihenschaltung im Nebenschluß angeordnet, um die Rück-

laufspannung (flyback voltage) während der Ausschaltperiode des Elektromagneten zu begrenzen. Diese Spannung ist zwei- oder dreimal größer als die Steuerspannung.

Die Fig. 2 zeigt den Wellenverlauf der Bezugsspannung RV, die am Bezugswiderstand R entwickelt wird. Die Fig. 3 zeigt den Wellenverlauf WC des durch die Erregerspule 12 fließenden Stromes. Während die Wellenform WC einen deutlichen Welligkeitsanteil zeigt, wirkt der Elektromagnet der Einrichtung zum Messen der Strömung wie eine Sieb- bzw. Glättungsdrossel, die in Verbindung mit den Siebkondensatoren 18 und 19 wesentliche Bereiche des Welligkeitsanteiles glättet, weil er eine relativ hohe Induktivität aufweist. Die Fig. 4 zeigt Impulsreihen PT, die während der Gate-Intervalle erzeugt werden.

Bei einem Α-Betrieb des Vergleichers werden die Transistoren 20 und 21 ununterbrochen während ihrer jeweiligen Gate-Intervalle betätigt und es liegt am Transformator 16 ununterbrochen eine Last an, was zu einem großen Leistungsverbrauch und zu einer Erwärmung führt. Bei der vorliegenden Vergleichsanordnung, die im C-Betrieb arbeitet, ist wesentlich weniger Energie zum Betrieb der Ansteuereinrichtung erforderlich und das System arbeitet bei einer niedrigeren und sichereren Temperatur.

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung für die

Erregerspule in dem Elektromagneten einer elektromagnetischen Einrichtung zur Messung der Strömung, wobei das zu messende Fluid so durch ein Strömungsrohr geführt wird, daß es das in Querrichtung verlaufende Feld des durch den Elektromagneten erzeugten magnetischen Flusses schneidet. Die Ansteuereinrichtung weist einen mit einer Wechselstromnetzleitung verbundenen Gleichrichter auf, dessen Ausgang über ein Paar von Schalttransistorenan die Spule gekoppelt ist. Die Steuerelektroden der Schalttransistoren

sind mit dem Ausgang eines Vergleichers verbunden, der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß aufweist. An den ersten Eingangsanschluß des Vergleichers wird eine rechteckförmige Wechselspannung angelegt, wobei jeder Zyklus dieser Spannung einen positiven und einen negativen Gate-Impuls aufweist. Dadurch werden die Transistoren abwechselnd betätigt. Die Anordnung ist so beschaffen, daß der gleichgerichtete Ausgang durch die Transistoren mit einer abwechselnd umgekehrten Polarität an die Spule angelegt wird. Der Vergleicher weist eine positive Rückkopplungsschleife auf, die zwischen den Ausgang und den ersten Anschluß geschaltet ist, um ein Pulsieren des Ausgangssignals zu erzeugen, wobei während jedes negativen und positiven Gate-Intervalls die Spule durch eine Impulsreihe erregt wird. Das Tastverhältnis dieser Impulse wird als eine Funktion einer Bezugsspannung verändert, die von dem Strom abgeleitet wird, der durch die Spule fließt, und die an den zweiten Eingangsanschluß angelegt wird. Dadurch wird der Stromfluß durch die Spule geregelt, um einen im wesentlichen konstanten Strompegel aufrechtzuerhalten.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Η.γ^ε.γοκμάνι:.. DiPL.-P-Hys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Drying. H. LiSKA p^ j_ preßte, 3341357

^VPk 8000 MÜNCHEN 86

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TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN

Fischer & Porter Company Warminster, Pennsylvania 18974

Ansteuereinrichtung zur Erzeugung eines konstanten Stromes durch ein Tastverhältnis für eine elektromagnetische Einrichtung zur Messung einer Strömung

Patentansprüche

b i' 1■ ■ Ansteuereinrichtung für eine elektromagnetische Einrichtung zur Messung einer Strömung, die ein Strömungsrohr mit einem Paar von Elektroden aufweist, die an diametral gegenüberliegenden Positionen des Rohres Migeordnet ;·. i riri, wobei die Einrichtung zum Messen der Strömung einen eine Erregerspule zur Erzeugung eines in Querrichtung verlaufenden magnetischen Feldes in der" Pohr aufweisenden Elektromagneten besitzt, und wobei die Spannung, die in der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit, die das Feld kreuzt, induziert wird, zu den Elektroden übertragen wird, um ein duroh die Strömung i 111111 v. 1 crl t>:\ .". I/J.iifil ',mi ri"/.t'iijj,rn , il.hliirHi κ >· k <·· Ii ti ζ e i c I) ti c t. , dal,¹» die ninr /j;or· i n^e Kn(MY¹JiO verbrauchende Anüteuerelnrichtung zur Erregung den Elektromagneten

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einen mit einerWechselstromnetzleitung, die eine Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz liefert, verbindbaren Vollweggleichrichter (17) zur Erzeugung einer gleichgerichteten Spannung, einen ersten Transistor (20), der so zwischen den Gleichrichter (17) und die Spule (12) geschaltet ist, daß er eine gleichgerichtete Spannung einer Polarität an die Spule (12) anlegt, wenn der Transistor (20) leitend geschaltet wird, einen zweiten Transistor (21), der so zwischen den Gleichrichter

(17) und die Spule (12) geschaltet ist, daß er die gleichgerichtete Spannung mit der umgekehrten Polarität an die Spule (12) anlegt, wenn der Transistor (21) leitend geschaltet wird, eine Gate-Einrichtung (22) zur abwechselnden Betätigung der Transistoren (20, 21) mit einer vorbestimmten Gate-Geschwindigkeit durch eine Reihe von Impulsen, wobei die gleichgerichtete Spannung intermittierend an die Spule (12) während aufeinanderfolgender positiver und negativer Gate-Intervalle angelegt wird, wodurch bewirkt wird, daß der Strom in der Spule (12) zuerst in der einen Richtung und dann in der umgekehrten Richtung fließt,und eine Einrichtung (R) aufweist, die auf den Stromfluß in der Spule (12) anspricht, um das Tastverhältnis der Impulse in der Reihe zu verändern, um Schwankungen des Stromes zu korrigieren, um in der Spule (12) einen Stromfluß mit einem im wesentlichen konstanten Pegel zu erzeugen.
2. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Gleichrichter ein brückenförmiger Vollweggleichrichter (17) mit einem ersten Ausgangsanschluß(T.. )und einem zweiten Ausgangsanschluß (Tp) vorgesehen ist, daß der Eingang der Brücke mit der Sekundärwicklung (16B) eines Transformators (16) verbunden ist, dessen Primärwicklung (16A) an die Wechselstromnetzleitung gekoppelt ist, daß die Sekundärwicklung (16B) eine Mittelanzapfung (M) aufweist,

die über die Spule (12) und den ersten Transistor (20) mit dem ersten Ausgangsanschluß (T.) verbunden ist, und daß die Mittelanzapfung (M) auch über die Spule (12) und den zweiten Transistor (21) mit dem zweiten Ausgangsanschluß (Tp) verbunden ist.
3. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Siebkondensator (18) zwischen die Mittelanzapfung (M) und den ersten Ausgangsanschluß (T₁) geschaltet ist und daß ein zweiter Siebkondensator (19) zwischen die Mittelanzapfung (M) und den zweiten Ausgangsanschluß (T_?) geschaltet ist.
4. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsreihe durch einen C-Verstärker (22) mit einer positiven Rückkopplungsschleife erzeugt wird.
5. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Transistoren (20, 21) Feldeffekttransistoren vorgesehen sind, an deren Gate-Elektroden die Impülsreihen angelegt werden.
6. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-Einrichtung durch einen Vergleicher (22) gebildet wird, dessen Ausgang mit den Gate-Elektroden und über einen positiven Rückkopplungskondensator (24) mit einem nicht-invertierenden Eingang verbunden ist, daß an den nicht-invertierenden Eingang eine rechteckförmige Gate-Spannung (V ) angelegt wird, daß jeder Zyklus dieser Gate-Spannung einen positiven und einen negativen Gate-Impuls aufweist, die bewirken, daß der Ausgang des Vergleichers

(22) die Transistoren (20, 21) abwechselnd betätigt, daß der Vergleicher wie ein C-Verstärker wirkt, der als

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Ergebnis der positiven Rückkopplung schwingt, um dieHn-Pulsreihe zu erzeugen_/und daß der Vergleicher (22) einen invertierenden Eingang aufweist, an den eine Bezugsspannung (RV) angelegt wird, die von der Intensität des Stromflusses in der Spule (12) abhängt und die das Tastverhältnis der Impulse entsprechend ändert.
7. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugsspannung (RV) von einem Widerstand (R) abgeleitet wird, der in Reihe zur Spule (12) geschaltet ist.
8. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugsspannung (RV) die Vorspannung des C-Verstärkers ändert.
9. An&teuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-bzw. Torgeschwindigkeit relativ zur Frequenz der Wechselstromnetzleitung klein ist.