DE3410798A1

DE3410798A1 - Elektromagnetischer stroemungsmesser

Info

Publication number: DE3410798A1
Application number: DE19843410798
Authority: DE
Inventors: Toyofumi Fuchu Tokio/Tokyo Tomita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPH0261689B2; US4538468A; GB2137360A; JPS59173714A; GB8407092D0; DE3410798C2; GB2137360B

Description

Elektromagnetischer Strömungsmesser

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser, der nach einem Rechteckwellen-Anregungsverfahren zur Messung der Strömungs- oder Durchsatzmenge eines Strömungsmittels arbeitet.

Bei bisherigen, nach dem Rechteckwellen-Anregungsverfahren arbeitenden elektromagnetischen Strömungsmessern wird ein Rechteckwellenstrom einer niedrigen Frequenz, die einen ganzzahligen Bruchteil oder einen in einer Zahl enthaltenen ganzzahligen Faktor der Wechselstrom-Netzfrequenz darstellt, durch eine Erregerspule eines Strömungsmengendetektors geleitet, und die über zwei im Strömungsmittel angeordnete Elektroden induzierte Spannung wird abgegriffen, wobei ein sog. Strömungsmengensignal ohne 9O°-Störsignal und ohne gleichphasiges Stör-

signal erhalten wird. Bei exnem elektromagnetischen StrömungsmesSPT dit.cer Art tritt keine Nullpunktschwankung auf, und sein Betrieb ist stabil.

Fig. 1 veranschaulicht einen bisherigen, nach dem Rechteckwellen-Anregungsverfahren arbeitenden Strömungsmesser mit einem Strömungsmengen-Detektor 10 zur Erfassung der Strömungsmenge eines leitfähigen Strömungsmittels und einem Signalprozessor 20 zur Erzeugung eines der Strömungsmenge proportionalen Strömungsmengensignals durch Verarbeitung des Ausgangssignals dieses Detektors

10. Der Detektor 10 umfaßt ein(e) vom leitfähigen Strömungsmittel durchströmte Rohr(leitung) 11, zwei Elektroden 12 und 13, die im Rohr 11 einander gegenüberstehend angeordnet sind, und zwei Anregungs- oder Erregerspulen 14 und 15 zur Erzeugung eines das Rohr 11 schneidenden Magnetflusses. Der Signalprozessor 20 umfaßt andererseits eine Signalquelle 21 mit Netzstromfrequenz, eine Erregungssteuerschaltung 22 zur Erzeugung eines Rechteckwellen-Abtastsignals durch Formung der Wellenform des Signals von der Signalquelle 21 und zur Frequenzteilung dieses Abtastsignals zwecks Lieferung eines Erregungssteuersignals mit einer Frequenz gleich einem ganzzahligen Bruchteil der Netzstromfrequenz, eine Anregungs- oder Erregungsschaltung zur abwechselnden Lieferung zweier konstanter Ströme mit zueinander unterschiedlichen Polaritäten oder Größen zu den Erregerspulen 14 und 15 nach Maßgabe des Erregungssteuersignals von der Erregungssteuerschaltung 22, eine Verstärker/-Inverterschaltung 24 zum Verstärken der zwischen den Elektroden 12, 13 induzierten Spannung und zum Invertieren der verstärkten Spannung in jeder Halbperiode, eine Abtastschaltung 25 zum Abtasten eines Ausgangssignals von der Schaltung 24 nach Maßgabe eines Abtastsignals von der Steuerschaltung 22 sowie eine Wandlerschaltung 26 zum Umwandeln oder Umsetzen des durch die Abtastschaltung 25 abgetasteten Signals in einen Gleichstrom im Bereich von 4 - 20 mA, um dabei ein der Strömungs- oder Durchsatzmenge proportionales Strömungsmengensignal zu liefern.

Fig. 2 zeigt ein praktisches Schaltbild der Abtastschaltung 25. Diese umfaßt einen Integrierkreis 25A zum Integrieren des von der Verstärkerschaltung 24 über einen Schalter 25B und einen Widerstand 25C gelieferten Signals und ein Flipflop 25D (Setzeingang hoher Priori-

tat)/ das an seiner Rücksetzeingangsklemme ein Ausgangssignal des Integrierkreises 25A über einen Komparator 25Έ abnimmt. Der Q-Ausgang des Flipflops 25D ist an die eine Eingangsklemme eines UND-Glieds 25F angeschlossen, das an seiner anderen Eingangsklemme das Abtastsignal von der Erregungssteuerschaltung 22 über einen Inverter 25G abnimmt. Zudem wird das Abtastsignal von der Steuerschaltung 22 einer Setzeingangsklemme des Flipflops 25D zugeführt. Ein Schalter 25H und eine Bezugsspannungsquelle 251 sind zwischen Masse und die Verzweigung zwischen dem Schalter 25B und dem Widerstand 25C eingeschaltet. Die Schalter 25B und 25H werden durch das Abtastsignal der Steuerschaltung 22 bzw. ein Ausgangssignal des UND-Glieds 25F (an)gesteuert.

Beim elektromagnetischen Strömungsmesser nach Fig. 1 und 2 wird das Signal mit Netzstromfrequenz (Fig. 3A) von der Signalquelle 21 zur Erregungssteuerschaltung 22 geliefert; letztere bewirkt eine Wellenformung an die^sem Eingangssignal und erzeugt ein Rechteckwellen-Abtastsignal einer Frequenz entsprechend der Netzstromfrequenz (Fig. 3B) und bewirkt gleichzeitig die Frequenzteilung dieses Abtastsignals zwecks Lieferung des Erregungssteuersignals gemäß Fig. 3C, dessen Frequenz ein ganzzahliger Bruchteil. , z.D. 1/2, der Netzstromfrequenz ist. Die Errecmngsschaltung 2 3 liefert selektiv zwei konstante Ströme verschiedener Polarität oder Größe zu den Erregerspulen 14, 15 entsprechend dem niedrigen oder hohen Pegel dieses Erregungssteuersignals.

Infolgedessen wird zwischen den Erregerspulen 14, 15 ein wechselnder Magnetfluß erzeugt, so daß zwischen den Elektroden 12, 13 eine Spannung induziert wird. Diese induzierte Spannung wird durch die Verstärker/Inverterschaltung 24 verstärkt, in jeder Halbperiode (half cycle) invertiert und der Abtastschaltung 25 als Signalspannung

gemäß Fig. 3D zugeführt. Die Abtastschaltung 25 tastet (samples) die Ausgangsspannung von der Verstärker/Inverterschaltung nach Maßgabe der Vorderflanke des Abtastsignals gemäß Fig. 3B ab, d.h. zu einem Zeitpunkt, zu dem das wechselnde Magnetfeld stabil ist, und sie liefert damit eine der Strömungs- oder Durchsatzmenge proportionale Ausgangsspannung. Die auf diese Weise abgetastete Spannung wird durch die Wandlerschaltung 26 geglättet und danach in einen Gleichstrom im Bereich von 4 - 20 mA umgewandelt.

Wenn das Abtästsignal des hohen Pegels gemäß Fig. 3B von der Erregungssteuerschaltung 22 zur Abtastschaltung 25 geliefert wird, wird der Schalter 25B für eine Zeitspanne entsprechend einer Periode der Netzstromfrequenz geschlossen, so daß die in Fig. 3D dargestellte Ausgangsspannung von der Verstärker/Inverterschaltung 24 zum Integrierkreis 25A geliefert wird. Daraufhin integriert letzterer die Ausgangsspannung von der Schaltung 24 für eine Zeitspanne bzw. ein Intervall entsprechend einer Periode der Netzstromfrequenz, wodurch eine gemäß Fig. 3E monoton ansteigende Ausgangsspannung erzeugt wird. Diese Ausgangsspannung des Integrierkreises 25A wird über den Komparator 25E dem Rücksetzeingang des Flipflops 25D zugeführt. Wenn dann das Abtastsignal auf einen niedrigen Pegel geht, werden das Flipflop 25D gesetzt und ein hochpegeliges Signal vom UND-Glied 25F geliefert, so daß der Schalter 25H schließt. Infolgedessen wird eine Spannung einer der Ausgangsspannung von der Schaltung 24 entgegengesetzten Polarität von der Bezugsspannungsquelle 251 dem Integrierkreis 25A zugeführt. Während letzterer die Ausgangsspannung von der Bezugsspannungsquelle 251 integriert, fällt gemäß Fig. 3E die Ausgangsspannung des Integrierkreises 25A allmählich ab.

Wenn festgestellt wird, daß die Ausgangsspannung des

Integrierkreises 25Α den Pegel O erreicht hat/ liefert der Komparator 25E ein Ausgangssignal zum Rücksetzen des Flipflops 25D. Demzufolge kann das UND-Glied 25F ein niedrigpegeliges Signal erzeugen, wodurch der Schalter 25H geöffnet wird. Die Schließzeit des Schalters 25H ist bekanntlich dem Pegel der Ausgangsspannung der Schaltung 24 proportional, während sie dem Ausgangsspannungspegel der Bezugsspannungsquelle 251 umgekehrt proportional ist. Da der AusgangsSpannungspegel der Bezugs-Spannungsquelle 251 konstant ist, kann ein Ausgangssignal des UND-Glieds 25F, das die Zeitspanne bzw. das Intervall, während der bzw. dem der Schalter 25H geschlossen ist, angibt, als Strömungsmengensignal einer der Strömungsmenge proportionalen Impulsbreite abgenommen werden.

Da bei diesem elektromagnetischen Strömungsmesser die Frequenz des Erregungssteuersignals von der Netzstromfrequenz verschieden ist, kann der Einfluß eines Störsignals aufgrund der Netzstromquelle auf einer Mindestgröße gehalten werden. Da zudem das Integrationsabtastintervall gleich einer Periode der Netzstromfrequenz gesetzt ist, wird auch dann, wenn auf die z.B. in Fig. 3F gezeigte Weise das Störsignal von der Netzstromquelle mit dem Strömung ^rr.engensignal vermischt (diesem überlagert) IrL, die Störsignalkomponente durch Integrieren dieses Signals ausgeschaltet, so daß der Einfluß der Oberlagerung dieses Störsignals auf das Strömung smengensignal auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Wenn andererseits die mit der Netzstromfrequenz arbeitende Signalquelle 21 zur Gewinnung des Erregungssteuersignals verwendet wird, kann die Strömungsmenge bei einem Ausfall der Stromversorgung nicht gemessen werden. Beim Auftreten einer augenblicklichen Unterbrechung der

Stromversorgung schwanken außerdem der Erregungszyklus und der Abtasttakt (sampling timing), so daß hierdurch ein Meßfehler eingeführt wird. Weiterhin beeinflußt eine Schwankung der Stromfrequenz den Frequenzgang des Verstärkers unter Einführung eines Meßfehlers.

üblicherweise werden daher ein Gleichstrom-Ansteuerverfahren angewandt und eine Schwingschaltung zur Erzeugung eines Schwingungssignals einer der Netzstromfrequenz ent sprechenden Schwingfrequenz sowie eine Hilfsstromversorgung verwendet.

Wenn andere, elektrischen Strom führende Geräte, Kabel o.dgl. in der Nähe des elektromagnetischen Strömungsmessers angeordnet sind, wird in vielen Fällen das von der Netzstromquelle induzierte Störsignal einem Ausgangssignal des Strömungsmengendetektors 10 zugemischt bzw. überlagert. Wenn dabei die Netzstromfrequenz genau der Schwingfrequenz der Schwingschaltung entspricht, ergeben sich keine besonderen Probleme. Dagegen kann die Netzstromfrequenz je nach Bezirk oder Land in einem Bereich von z.B. 48 - 52 Hz schwanken. Aus diesem Grund ist es praktisch unmöglich, die Schwingfrequenz der Schwingschaltung jederzeit genau auf die Netzstromfrequenz einzustellen, und es ist auch schwierig, das Abtastintervall so einzustellen, daß es einer Periode der Netzstromfrequenz entspricht. Bei Verwendung der Schwingschaltung ist es daher schwierig, durch die Netzstromquelle induzierte Störsignale wirksam auszuschalten oder zu unterdrücken; demzufolge ist auch eine genaue Messung der Strömungsmenge schwierig zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines elektromagnetischen Strömungsmessers, bei dem der Einfluß eines Störsignals aufgrund der Netzstromquelle auf

ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann und der eine Strömungs- oder Durchsatzmenge mit hoher Genauigkeit zu messen vermag.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein elektromagnetischer Strömungsmesser mit einer Strömungsmengen-Detektor- oder -Meßeinheit zur Bestimmung der Strömungsmenge eines leitfähigen Strömungsmittels, einer Erregungsschaltung zur Lieferung eines Erregungsstroms zu dieser Detektoreinheit, einer Signalverarbeitungs- oder -prozessoreinheit zum Abtasten (sampling) eines Ausgangssignals der Detektoreinheit und zum Glätten des abgetasteten Signals sowie einer Signalerzeugungsschaltung zur Lieferung eines Abtastsignals einer Frequenz, die um 0,5 10 % von der Netzstromfrequenz abweicht, zur Signalverarbeitungseinheit und zur Lieferung eines Erregungs-Steuersignals einer Frequenz entsprechend einem ganzzahligen Bruchteil der Frequenz dieses Abtastsignals zur Erregungsschaltung.

Da die Frequenz des von der Signalerzeugungsschaltung gelieferten Abtastsignals erfiiiuungsgemäß um 0,5 - 10 % von der Netzstromfrⁿauenz abweichend gewählt ist, kann auch dann, wenn ein von der Netzstromquelle herrührendes Störsignal mit dem Strömungsmengensignal von der Detektoreinheit vermischt (mixed) bzw. diesem überlagert ist, die gemischte bzw. überlagerte Störsignalkomponente durch Glättung des Strömungsmengensignals in der Signalverarbeitungseinheit zufriedenstellend ausgeschaltet oder beseitigt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsform der Er-

findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bisherigen, durch eine Netzstromquelle angesteuerten elektro

magnetischen Strömungsmesser,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Abtastschaltung beim Strömungsmesser nach Fig. 1,
10

Fig. 3A bis 3F graphische Darstellungen von Signalwellenformen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Strömungsmessers nach Fig., 1 und 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines elektromagnetischen

Strömungsmessers gemäß einer Äusführungsform der Erfindung, der eine Schwingschaltung aufweist, die auf einer von der Ne.tzstromfrequenz verschiedenen Frequenz schwingt,

Fig. 5A bis 5G Wellenformdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strömungsmessers nach Fig. 4,

Fig. 6 eine graphische Darstellung einer Änderung des Ausgangsstroms des Strömungsmessers für den Fall, daß beim Strömungsmesser nach Fig. 4 die Frequenz der Schwingschaltung geändert wird,

Fig. 7A und 7B graphische Darstellungen der Ausgangskennlinien der elektromagnetischen Strömungs

messer nach Fig. 1 bzw. Fig. 4 und

Fig. 8 ein Schaltbild einer Schwingschaltung, die anstelle der Schwingschaltung nach Fig. 4 eingesetzt werden kann.

Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs bereits erläutert worden.

Der in Fig. 4 dargestellte elektromagnetische Strömungsmesser gemäß der Erfindung besitzt einen ähnlichen Aufbau wie derjenige nach Fig. 1, nur mit dem Unterschied, daß eine Schwingschaltung 31 und eine Erregungssteuerschaltung 32 anstelle der Signalquelle 21 und der Erregungssteuerschaltung 22 (gemäß Fig. 1) vorgesehen sind. Die Schwingschaltung 31 enthält einen astabilen Multivibrator, der durch in Reihe geschaltete Inverter 31A und 31B, einen Widerstand 31C und einen Kristall-Resonator 31-D gebildet wird, sowie einen Frequenzteiler 31E zur Frequenzteilung eines Schwing-Ausgangssignals vom astabilen Multivibrator zwecks Lieferung eines Ausgangssignals einer Frequenz, die in einem Bereich von 0,5 - 10 % von der Netzstromfrequenz abweicht, zur Erregungssteuerschaltung 32.

Beim elektromagnetischen Strömungsmesser nach Fig. 4 sei nun vorausgesetzt, daß das von der Netzstromquelle herrührende Störsignal (noise) dem der Strömungs- oder Durchsatzmenge proportionalen, zwischen zwei Elektroden 12 und 13 abgenommenen Signal überlagert ist (is mixed into). In diesem Fall wird ein Signal E3, von dem eine Störsignalkomponente E2 s^n wt (mit ω = Winkelfrequenz der Netzstromauelle) einer Strömungsmengensignalkomponente E1 überlagert ist, von der Verstärker/Inverterschaltung 24 geliefert. Dabei läßt sich E3 durch folgende Gleichung ausdrücken:

E3 = E1 + E2 sin cjt (1)

Es sei nun angenommen, daß der Integrierkreis 25A (Fig. 2) in der Abtastschaltung 25 das Eingangssignal E3 ab einem Zeitpunkt ti für ein Abtastintervall T inte-

griert, das sich in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 bestimmt; in diesem Fall liefert der Integrierkreis 25A ein integriertes Ausgangs signal E4, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

E4 = / -1—(El + E2 sin <ot)dt ti _CR

Pi po

= -Jt±— . τ {cos (üjT+üJtl) - cos

CR UiCR

Wenn in Gleichung (2) T = ~_f d.h. das Abtastintervall T gleich einer Periode der Netzstromfrequenz, gesetzt werden kann, wird der zweite Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (2) zu 0, so daß die der Strömungsmengensignalkomponente E1 überlagerte Störsignalkomponente E2 sin Qjt vollständig ausgeschaltet werden kann. Da jedoch in der Praxis die NetzStromfrequenz schwankt, ist die Vorgabe der Bedingung T = -^- unmöglich; der zweite Ausdruck an der rechten Seite von Gleichung (2) kann daher nicht vernachlässigt werden»

Wenn nun vorausgesetzt wird, daß T = grj^— gilt, so bestimmt sich der zweite Ausdruck N an der rechten Seite durch folgende Gleichung:

-μ- -43-

■{COS (ü)T+ü)tl) - COS (ütl }

U)CR 2

^2_ . sin (JS ²JL-) . sin (-J^

a>CR 2 ω+Δω 2

_sin

JE2

sin

. sin

(3)

Wenn nun angenommen wird, daß die Zeit ti die Anfangszeit des Abtastzyklus zum η-ten Zeitpunkt (mit η = eine positive ganze Zahl) ist, ergibt sich ti = 2nT, und 20 Gleichung (3) läßt sich weiter wie folgt umschreiben:

_sin

Ε2 _{sin (}_l

üjCR ü:

_{(_1__+2η)-1™-)_} 2 ω+Δω

ωCR ω

12 *<

üjCR ω

mit , Δω/ω << 1.

(4ηπ ^Δω )

(4)

Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, ist die Störsignalkomponente N der Differenz &U) zwischen der Netzstromfrequenz und der Schwingfreguenz proportional, und sie wird als Schwebungssignal niedriger Frequenz durch Multiplizieren der Differenz AO mit der Anregungsfrequenz 4nn erhalten. Wenn in diesem Fall die Netzstromfrequenz und die Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 einander gleich sind, so gilt Δ,Ο = O, so daß die Störsignalkomponente vollständig beseitigt werden kann.

Wenn dagegen die Differenz AU klein ist, obgleich die Amplitude klein ist, bleibt die Störsignalkomponente als Schwebungssignal extrem niedriger Frequenz zurück. Falls die Differenz Δω jedoch eine bestimmte Größe besitzt, verbleibt das Störsignal als Schwebungssignal hoher Frequenz, obgleich es eine große Amplitude besitzt.

Andererseits weist die Wandlerschaltung 26 eine Dämpfungsschaltung (lag circuit) erster Ordnung auf, die üblicherweise eine Zeitkonstante von mindestens einer Sekunde besitzt, um das Ausgangssignal der Abtastschaltung 25 zu glätten. Obgleich eine solche Schaltung das Hochfrequenz-Eingangssignal merklich zu dämpfen vermag, kann sie das niederfrequente Eingangssignal kaum dämpfen.

Genauer gesagt: wenn die Störsignalkomponente äußerst niedriger Frequenz und mit kleiner Differenz ACa dieser Dämpfungsschaltung erster Ordnung zugeführt wird, wird diese Störsignalkomponente kaum gedämpft, so daß sie der Strömungsmengensignalkomponente überlagert bleibt.

QQ Wenn andererseits die Differenz AQ eine bestimmte Größe besitzt und die Störsignalkomponente mit hoher Schwebungsfrequenz der Dämpfungsschaltung erster Ordnung zugeführt wird, wird diese Störsignalkomponente beträchtlich gedämpft und somit in dieser Dämpfungsschaltung be-

Q5 seitigt, so daß das Ausgangssignal entsprechend der

-jar- -45-

Strömungsmengensignalkomponente erhalten wird.

Der Einfluß dieser Störsignalkomponente ist nachstehend anhand der Fig. 5A bis 5G beschrieben. 5

Fig. 5A ist ein Wellenformdiagramin der üblichen Netzspannung von 50 Hz, und Fig. 5B veranschaulicht ein Abtastsignal, dessen Frequenz auf 49,9 Hz eingestellt ist und das der Abtastschaltung 25 zugeliefert wird. Wenn dabei das Ausgangssignal des Integrierkreises 25A der Abtastschaltung 25 keine Störsignalkomponente enthält, steigt es mit einer von der Strömungsmenge abhängenden Geschwindigkeit oder Rate an, wie in Fig. 5 durch die gestrichelten Linien angedeutet. Für den Fall, daß jedoch das Störsignal aufgrund der Netzstromquelle überlagert ist, wird z.B. das in ausgezogenen Linien dargestellte Ausgangssignal, dessen überlagerte Größe der Strömungsmengensignalkomponente und der Störsignalkomponente integriert ist, vom Integrierkreis 25A geliefert (ausgezogene Linien). Hierbei ist zu beachten, daß die Frequenz der Störsignalkomponente außerordentlich klein ist, weil die Differenz Δω klein ist, und der Einfluß, den die Störsignalkomponente auf das integrierte Ausgangssignal ausübt, schwankt daher nicht über eine ziemlich lange 7eiL. Wenn nämlich z.B. auf die in Fig. 5C aezei^te Weise eine Tendenz dahingehend besteht, daß die Störsignalkomponente das integrierte Ausgangssignal in einem bestimmten Integrationszyklus erhöht, ändert sich diese Tendenz auch bei einer ziemlieh großen Zahl folgender Integrationszyklen nicht, so daß das integrierte Ausgangssignal durch die Störsignalkomponente auch bei diesen folgenden Integrationszyklen verstärkt (enhanced) wird. Wenn daher das Ausgangssignal der Abtastschaltung 25 in der Wandlerschaltung 26 auf die in Fig. 5D gezeigte Weise geglättet

wird, wird das Ausgangssignal mit dem höheren als dem normalen Pegel, in den Wellenformdiagrammen durch die gestrichelten Linien dargestellt, erhalten, wenn keine Störsignalkomponente überlagert ist.

Wenn dagegen gemäß Fig. 5E die Schwingschaltung 31 ein Schwingsignal mit einer Frequenz von 48 Hz und mit einer um 2,At längeren Periode als der des Äbtastsignals gemäß Fig. 5B erzeugt, wird die Frequenz der im integrierten Ausgangssignal enthaltenen Störsignalkomponente hoch, weil die Differenz ^W groß ist. Infolgedessen wird gemäß Fig. 5F das integrierte Ausgangssignal bei der normalen Größe beispielsweise in jedem Integrationszyklus aufgrund des Einflusses der Störsignalkomponente groß oder klein. Wenn daher das Ausgangssignal der Abtastschaltung 25 in der Wandlerschaltung 26 geglättet wird, können die Einflüsse aufgrund der Störsignalkomponenten in folgenden Integrationszyklen aufgehoben werden, so daß gemäß Fig. 5G ein Ausgangssignal eines Pegels, der nahezu dem Normalpegel gleich ist, von der Wandlerschaltung 26 erhalten wird.

Fig. 6 veranschaulicht die Beziehung zwischen der maximalen Schwankung des Ausgangssignals der Wandlerschaltung 26 nach Fig. 4 in bezug auf seinen mittleren Pegel oder Wert und der Differenz A£ zwischen der Störsignal- und der Schwingfrequenz für den Fall, daß die Frequenz des Störsignals aufgrund der Netzstromquelle mit 50 Hz festgelegt ist und ein Strömungsmittel mit konstanter Strömungsmenge durch das Rohr 11 geleitet wird, während die Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 geändert wird. In diesem Fall ist zudem die Frequenz des Erregungssteuersignals auf 1/8 der Abtastfrequenz gesetzt.

gg Aus den obigen Versuchsdaten geht folgendes hervor: Wenn

die Differenz Af zwischen der Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 und der Störsignalfrequenz auf O,25 - 5 Hz,

nämlich wenn das Verhältnis der Differenz Af zur Störsignalfrequenz auf (den Bereich von) 0,5 - 10 % eingestellt wird, wird die maximale Schwankung (bzw. Welligkeit) des Ausgangssignals der Wandlerschaltung 26 in bezug auf seinen Mittelwert auf weniger als 0,1 % unterdrückt, so daß die Wandlerschaltung 26 ein Ausgangssignal liefern kann, das der Strömungsmenge mit hohem Genauigkeitsgrad proportional ist.

Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen die Ergebnisse einer 2 min langen Messung des von der Wandlerschaltung 26 gelieferten Ausgangsgleichstroms in einem Skalenbereich

χ5 von 4 - 20 mA für den Fall, daß eine Netzstromquelle von 50 Hz verwendet und ein Strömungsmittel mit konstanter Strömungsmenge durch das Rohr 11 geleitet wird. Fig. 7A zeigt die Meßdaten oder -werte bei einer Abtastfrequenz von 50 Hz und einer Erregungsfrequenz von 6,25 Hz. Fig. 7B zeigt die mit einer Abtastfrequenz von 48,56 Hz und einer Erregungsfrequenz von 6,07 Hz erzielten Meßdaten.

Beim Beispiel gemäß Fig. 7A schwankt die Netzstromfrequenz, und sie besitzt eins geringe Frequenzdifferenz

gegenüber der Ab-'-astfrequenz, so daß der Ausgangsgleichstrom der Wandlerschaltung 26 auf vorher erwähnte Weise einem großen Einfluß durch Störsignal aufgrund der Netzstromquelle unterworfen wäre. Da beim Beispiel ge-3Q maß Fig. 7B dagegen die Abtastfrequenz so eingestellt oder vorgegeben ist, daß sie einen Frequenzunterschied von etwa 1,5 Hz gegenüber der Netzstromfrequenz besitzt, ist der Einfluß des Störsignals aufgrund der Netzstromquelle auf den Ausgangsstrom der Wandlerschaltung 26 aus gg dem vorher angegebenen Grund minimiert.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend beschriebene Ausfuhrungsform beschränkt. Wenn beispielsweise Genauigkeit und Stabilität des der Erregungssteuerschaltung 32 einzuspeisenden Schwingsignals nicht so groß zu sein brauchen, kann anstelle der Schwing schaltung 31 z.B. die in Fig. 8 dargestellte Schwingschaltung verwendet werden. Diese umfaßt einen Operationsverstärker 40/ in Reihe zwischen eine Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 40 und Masse geschaltete Widerstände 41 und 42 sowie einen Widerstand 43 und einen Kondensator 44, die zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 40 und Masse in Reihe geschaltet sind. Die Verzweigung zwischen den Widerständen 41 und 42 ist an eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 40 angeschlossen, während die Verzweigung zwischen Widerstand 43 und Kondensator 44 an seiner invertierenden Eingangsklemme liegt. Die Schwingfrequenz dieser Schwingschaltung kann in an sich bekannter Weise durch entsprechende Wahl der Werte der Widerstände 41 - 43 und des Werts des Kondensators 44 selektiv eingestellt werden.

Obgleich die Schwingschaltung 31 und die Erregungssteuerschaltung 32 getrennt voneinander ausgebildet sind, können sie auch in einer einzigen Schaltkreiseinheit zusammengefaßt sein. Beispielsweise ist es möglich, eine Schaltung zur Erzeugung eines Abtastsignals mit einer um m% (0,5 < m ι 10) von der Frequenz der Netzstromquelle abweichenden Frequenz, eine Schaltung zur Erzeugung eines Erregungssteuersignals mit einer um m% von der Frequenz entsprechend einem ganzzahligen Bruchteil der Netzstromfrequenz abweichenden Frequenz und eine Synchronisierschaltung, um diese beiden Signalerzeugungsschaltungen synchron miteinander arbeiten zu lassen, zu verwenden.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform die Netzstromfrequenz mit 50 Hz angegeben ist, kann eine ähnliche Wirkung auch mit einer anderen Frequenz, z.B. einer solchen von 60 Hz, erzielt werden. Obgleich weiterhin zur Erläuterung vorstehend der Fall beschrieben ist, bei dem die Frequenz des Erregungssteuersignals auf 1/2 oder 1/8 der Abtastfrequenz festgelegt ist, kann diese Frequenz auch auf einen von 1/2 und 1/8 verschiedenen ganzzahligen Bruchteil oder einen in einer ganzen Zahl enthaltenen Faktor (submultiple) der Abtastfrequenz eingestellt sein.

Bezüglich des AusgangsStroms der Erregungsschaltung 23 ist der Fall beschrieben worden, in welchem Ströme verschiedener Polaritäten oder Größen abwechselnd angelegt werden. Anstelle dieser Erregungsschaltung 23 kann jedoch auch eine solche verwendet werden, die selektiv z.B. Ströme dreier (verschiedener) Größen liefert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

f 1. Elektromagnetischer Strömungsmesser mit einer Strömungsmengen-Detektor- oder -Meßeinheit zur Erfassung

IQ der Strömungs- oder Durchsatzmenge eines leitfähigen Strömungsmittels, einer Erregungseinheit zur Lieferung eines Erregungsstroms zur Detektoreinheit, einer Signalverarbeitungseinheit zum Abtasten (sampling) eines Ausgangssignals der Detektorein-5 heit und zum Glätten dieses abgetasteten Signals sowie einer Signalerzeugungseinheit zur Lieferung eines Abtastsignals zur Signalverarbeitungseinheit und zur Lieferung eines Erregungssteuersignals mit einer Frequenz, die einen ganzzahligen Bruchteil der

2Q Frequenz des Abtastsignals darstellt, zur Erregungseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinheit (31, 32) ein Abtastsignal mit einer Frequenz, die einen Frequenzunterschied von 0,5 - 10 % von der Netzstromfrequenz besitzt, zur Signalverarbeitungsainheit (24, 25, 26) liefert.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit eine Abtasten einheit (24, 25) zum Integrieren des Ausgangssignals von der Strömungsmengen-Detektoreinheit (10) nach Maßgabe des Abtastsignals von der Signalerzeugungseinheit (31, 32) und zur Lieferung eines Ausgangssignals nach Maßgabe der Strömungsmenge sowie eine gg Einheit (26) zum Glätten eines Ausgangssignals der

Abtasteinheit (24, 25) aufweist.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinheit eine Schwingschaltung und eine Erregungssteuerschaltung (32) zur Erzeugung des Abtastsignals und des Erregungssteuersignals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schwingschaltung aufweist.
4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingschaltung eine Kristall-Schwing- oder -Resonanzschaltung (31) ist.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 2, 3 oder A₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit eine Verstärker/Inverterschaltung (24) zum Verstärken des Ausgangssignals der Strömungsmengen-Detektoreinheit (10) und zum Invertieren des verstärkten Signals bei jeder Halbperiode, ein erstes Schaltermittel (25B), dessen Leitzustand in Abhängigkeit vom Abtastsignal von der Signalerzeugungseinheit (31, 32) steuerbar ist, einen Integrierkreis (25A) zum Integrieren eines über das erste Schaltermittel (25B) zu übertragenden Ausgangssignals der Verstärker/Inverterschaltung (24), Mittel (25H, 251) zum Dämpfen eines Ausgangssignals des Integrierkreises (25A) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit oder Rate am Ende jedes Abtastzyklus nach Maßgabe des Abtastsignals von der Signalerzeugungseinheit (31, 32) und ein Mittel (25E) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn es feststellt, daß das Ausgangssignal des Integrierkreises einen vorbestimmten Pegel erreicht hat, umfaßt.