DE3410798C2

DE3410798C2 - Elektromagnetischer Strömungsmesser

Info

Publication number: DE3410798C2
Application number: DE3410798A
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: 1986-11-27
Also published as: GB8407092D0; JPH0261689B2; GB2137360A; US4538468A; JPS59173714A; GB2137360B; DE3410798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser mit einer Strömungsmengen-Detektorschaltung (10), einer Erregungsschaltung (23) zur Lieferung eines Erregungsstroms zur Detektorschaltung (10), einer Signalverarbeitungseinheit (25, 26) zum Abtasten (sampling) eines Ausgangssignals der Detektorschaltung (10) und zum Glätten dieses abgetasteten Ausgangssignals sowie einer Signalerzeugungsschaltung (31, 32) zur Lieferung eines Abtastsignals und eines Erregungssteuersignals zur Erregungsschaltung (23) bzw. zur Signalverarbeitungseinheit (25, 26). Die Signalerzeugungsschaltung (31, 32) liefert ein Signal mit einer Frequenz, die in einem Bereich von 0,5-10% von der Frequenz der Netzstromquelle abweicht, zur Signalverarbeitungseinheit (25, 26).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser nach dem Oberbegriffdes Patentanspruches 1. Ein solcher Strömungsmesser arbeitet nach einem Rechteckwellen-Anregungsverfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Strömungsmittels.

Bei bisherigen, nach dem Rechteckwellen-Anregungsverfahren arbeitenden elektromagnetischen Strömungsmessern wird ein Rechteckwellenstrom einer niedrigen Frequenz, die einen Bruchteil der Wechselstrom-Netzfrequenz darstellt, durch eine Erregerspule eines Strömungsgeschwindigkeits-Detektors geleitet, und die über zwei im Strömungsmittel angeordnete Elektroden induzierte Spannung wird abgegriffen, wobei ein sog.

Strömungsgeschwindigkeitssignal ohne 90°-Störsignal und ohne gleichphasiges Störsignal erhalten wird. Bei ei nem elektromagnetischen Strömungsmesser dieser Art tritt keine Nullpunktschwankung auf, und sein Betrieb ist stabil.

Fig. 1 veranschaulicht einen bisherigen, nach dem Rechteckwellen-Anregungsverfahren arbeitenden Strömungsmesser mit einem Strömungsgeschwindigkeits-Detektor 10 zur Erzeugung eines Strömungsgeschwindigkeitssignales, das proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit ist, und einem Signalprozessor 20 zur Verarbeitung des Ausgangssignals dieses Strömungsgeschwindigkeits-Detektors 10. Der Strömungsgeschwindigkeits-Detektor 10 umfaßt eine vom leitfahigen Strömungsmitte' durchströmte Rohrleitung 11, zwei Elektroden 12 und 13, die im Rohr 11 einander gegenüberstehend angeordnet sind, und zwei Erregerspulen 14 und 15 zur Erzeugung eines das Rohr 11 schneidenden Magnetflusses. Der Signalprozessor 20 umfaßt andererseits eine Signalquelle 21 mit Netzstromfrequenz, eine Erregersteuerschaltung 22 zur Erzeugung eines Rechteckwellcn-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 ganzzahligcn Bruchteil der Netzstromfrequenz, eine Anregungs- oder Erregungsschaltung zur abwechselnden Lieferung zweier konstanter Ströme mit zueinander unterschiedlichen Polaritäten oder Größen zu den Erregerspulen 14

so und 15 nach Maßgabe des Erregungssteuersignals von der Erregungssteuerschaltung 22, eine VerstärkerMnverterschaltung 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 U msetzen des durch die Abtastschaltung 25 abgetasteten Signals in einen G leichstrom im Bereich von 4-20 mA, um dabei ein der Strömungsgeschwindigkeit proportionales Strömungsgeschwindigkeitssignal zu liefern. Auf diese Weise bilden die Schaltungen 24,25 und 26 zusammen eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten eines Ausgangssignales vom Strömungsgeschwindigkeits-Detektor 10. Fig. 2 zeigt ein praktisches Schaltbild der Abtastschaltung 25. Diese umfaßt einen Integrierkreis 25 A zum Integrieren des von der Verstärkerschaltung 24 über einen Schalter 25B und einen Widerstand 25 C gelieferten Signals und ein Flipflop 25 D (Setzeingang hoher Priorität), das an seiner Rücksetzeingangsklemme ein Ausgangssignal des Integrierkreises ISA über einen Komparator 25 £ abnimmt. Der Q-AusganguesI^?!ipi!Gps25Z> ist an die eine Eingangsklemme eines UND-Glieds 25/"angeschlossen, das an seiner anderen Eingangsklemme das Abtastsignal von der Erregungssteuerschaltung 22 über einen Inverter 25 G abnimmt. Zudem wird das Abtastsignal von der Steuerschaltung 22 einer Setzeingangsklemme des Flipflops 25 D zugeführt. Ein Schalter 25 H und eine Bezugsspannungsquelle 25/ sind zwischen Masse und die Verzweigung zwischen dem Schalter 255 und dem Widerstand 25 C eingeschaltet. Die Schalter 255 und 25 H werden durch das Abtastsignal der Steuerschaltung 22 bzw. ein Ausgangssignal des UND-Glieds 25F angesteuert.
Beim elektromagnetischen Strömungsmesser nach Fig. 1 und 2 wird das Signal mit Netzstromlrequenz

-dfifc.

(Fig. 3 A) von der Signalquelle 21 zur Erregungssteuerschaltung 22 geliefert; letztere bewirkt eine Wellenformung an diesem Eingangssignal und erzeugt ein Rechteckwellen-Abtastsignal einer Frequenz entsprechend der Netzstrorafrequenz (Fig. 3 B) und bewirkt gleichzeitig die Frequenzteilung dieses Abtastsignals zwecks Lieferung des Erregungssteuersignals gem?5 Fig. 3 C, dessen Frequenz ein ganzzahliger Bruchteil, z. B. 1/2, der Netzstromfrequenz ist. Die Erregungsschaltung23 liefert selektiv zwei konstante Ströme verschiedener Polaritat 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/In verterschaltung 24 verstärkt, in einer Halbperiode invertiert und der Abtastschaltung 25 als Signalspannung gemäß F i g. 3 D zugeführt Die Abtastschaltung 25 tastet die Ausgangsspannung von der Verstärker/ Inverterschaltung, ausgelöst durch die Vorderflanke des Abtastsignals gemäß Fig. 3 B, ab, d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem die Magnetfeldstärke konstant ist, und sie liefert damit eine der Strömungsgeschwindigkeit 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 Abtastsignal des hohen Pegels gemäß Fig. 3 B von der Erregungssteuerschaltung 22 zur Abtast- is schaltung 25 geliefert wird, wird der Schalter 25 S für eine Zeitspanne entsprechend einer Periode der Netzstromfrequenz geschlossen, so daß die in F i g. 3 D dargestellte Ausgangsspannung von der Verstärker/Inverterschaltung 24 zum Integrierkreis 25 A 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 Fi g. 3 E monoton ansteigende Ausgangsspannung erzeugt wird. Diese Ausgangsspannung des Integrierkreises 25 Λ wird über den Komparator 25 £ dem Rücksetzeingang des Flipflops 25 D zugeführt. Wenn dann das Abtastsignal auf einen niedrigen Pegel geht, werden das Flipflop 25 D gesetzt und ein hochpege-I iges Signal vom UND-Glied 25 F geliefert, so daß der Schalter 25 H schließt. Infolgedessen wird eine Spannung einer der Ausgangsspannung von der Schaltung 24 entgegengesetzten Polarität von der Bezugsspannungsquelle 25/ dem Integrierkreis 25 Λ zugeführt. Während letzterer die Ausgangsspannung von der Bezugsspannungsquelle 25 / integriert, fallt gemäß F i g. 3 E die Ausgangsspannung des Integrierkreises 25 A allmählich ab. Wenn festgestellt wird, daß die Ausgangsspannung des Integrierkreises 25 A den Pegel 0 erreicht hat, liefert der Komparator 25 E ein Ausgangssignal zum Rücksetzen des Flipflops 25 D. Demzufolge kann das UND-Glied 25 F ein niedrigpegeliges Signal erzeugen, wodurch der Schalter 25 H geöffnet wird. Die Schließzeit des Schalters 25 H ist bekanntlich dem Pegel der Ausgangsspannung der Schaltung 24 proportional, während sie dem Ausgangsspannungspegel der Bezugsspannungsquelle 25/ umgekehrt proportional ist. Da der Ausgangsspannungspegel der Bezugsspannungsquelle 25 / konstant ist, kann ein Ausgangssignal des UND-Glieds 25 F, das die Zeitspanne bzw. das Intervall, während der bzw. dem der Schalter ZSH geschlossen ist, angibt, als Strömungsgeschwindigkeitssignal einer der Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Impulsbreite abgenommen werden.

Da bei diesem elektromagnetischen Strömungsmesser die Frequenz des Erregungssteuersignals von der Netz-Stromfrequenz verschieden ist, kann der Einfluß eines Störsignals aufgrund der Netzstromquelle auf ein Mindestmaß reduziert werden. Da zudem das Integrationsabtastintervall gleich einer Periode der Netzstromfrequenz gesetzt ist, wird auch dann, wenn auf die z. B. in F i g. 3 F gezeigte Weise das Störsignal von der Netzstromquelle mit dem Strömungsgeschwindigkeitssignal vermischt bzw. diesem überlagert ist, die Störsignalkomponente durch Integrieren dieses Signals ausgeschaltet, so daß der Einfluß der Überlagerung dieses Störsignals auf das Strömungsgeschwindigkeitssignal auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Wenn andererseits die mit der Netzstromfrequenz arbeitende Signalquelle 21 zur Gewinnung des Erregungssteuersignals verwendet wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit bei einem Ausfall der Stromversorgung nicht gemessen werden. Beim Auftreten einer augenblicklichen Unterbrechung der Stromversorgung schwanken außerdem der Erregungszyklus und der Abtasttakt, so daß hierdurch ein Meßfehler eingeführt wird. Weiterhin beeinfiußt 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 entsprechenden 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 Strömungsgeschwindigkeits-Detektors 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 Strömungsgeschwindigkeit schwierig zu gewährleisten.

Aus der US-FS 42 06 641 ist ein elektromagnetischer Strömungsmesser bekannt, bei dem da? Ausgangssignal einer durch einen Rechteckimpuls angeregten Detektoreinheit in einen Impulsbreiten-Modulator eingespeist und aus der Impulsbreite des von diesem erhaltenen Signales auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen wird. Auf mit Schwankungen der Netzfrequenz zusammenhängende Probleme wird aber nicht eingegangen.

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 die Strömungsgeschwindigkeit 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 Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit zur Erzeugung eines Strömungsgeschwindigkeitssignales, das proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit eines leitfähigen Strömungsmittels ist, einer Erregungsschaltung zur Lieferung eines Erregungsstroms zu dieser Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit, einer Signalverarbeis tungseinheit zum Abtasten eines Ausgangssignals der Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit und zum Glätten des abgetasteten Signals sowie einer Signalerzeugungseinheit zur Lieferung eines Abtastsignals einer Frequenz, die um 0,5-10% von dem Nennwert der Netzstromfrequenz abweicht, zur Signalverarbeitungseinheil und zur Lieferung eines Erregungssteuersignals einer Frequenz entsprechend einem ganzzahligen Bruchteil der Frequenz dieses Abtastsignals zur Erregungsschaltung.

Da die Frequenz des von der Signalerzeugungseinheit gelieferten Abtastsignals erfindungsgemäß um 0,5-10% von dem Nennwert der Netzstromfrequenz abweichend gewählt ist, kann auch dann, wenn ein von der Netzstromquelle herrührendes Störsignal mit dem Strömungsgeschwindigkeitssignal von der Strömungsgeschwindiigkeits-Detektoreinheit vermischt bzw. diesem überlagert ist, die überlagerte Störsignalkomponente durch Glättung des Strömungsgeschwindigkeitssignals in der Signalverarbeitungseinheit zufriedenstellend ausis geschaltet oder beseitigt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bisherigen, durch eine Netzstromquelle angesteuerten elektromagnetischen Strömungsmessers,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Abtastschaltung beim Strömungsmesser nach Fig. 1,

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

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines elektromagnetischen Strömungsmessers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der eine Schwingschaltung aufweist, die auf einer von dem Nennwert der Netzstromfrequenz verschiedeinen Frequenz schwingt,

F i g. 5 A bis 5 G Wellenformdiagramni e zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strömungsmessers nach F i g. 4,

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

Fig. 7 A und 7 B graphische Darstellungen der Ausgangskennlinien der elektromagnetischen Strömungsmesser nach Fig. 1 bzw. Fig. 4 und »,

Fig. 8 ein Schaltbild einer Schwingschaltung, die anstelle der Schwingschaltung nach Fig. 4 eingesetzt wer- ||| den kann. $

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

Der in Fi g. 4 dargestellte elektromagnetische Strömungsmesser besitzt einen ähnlichen Aufbau wie derjenige * nach Fi g. 1, 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 315, einen Widerstand 31C und einen Kristall-Resonator 31D 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 dem Nennwert der Netzstromfrequenz abweicht, zur Erregungssteuerschaltung 32. Somit bilden die Schaltung 31 und 32 zusammen eine Signalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Abtastsignales und eines Anregungssteuersignales.

Beim elektromagnetischen Strömungsmesser nach F i g. 4 sei nun vorausgesetzt, daß das von der Netzstrom- _' quelle herrührende Störsignal dem der Strömungsgeschwindigkeit proportionalen, zwischen zwei Elektroden 12 und 13 abgenommenen Signal überlagert ist In diesem Fall wird ein Signal E 3, von dem eine StÖrsignalkomponente El sin ω t (mit ω = Winkelfrequenz der Netzstromquelle) einer Strömungsgeschwindigkeitssignalkomponente E1 überlagert ist, von der Verstärker/Inverterschaltung 24 geliefert. Dabei läßt sich E 2 durch folgende Gleichung ausdrücken:

£3 =E\ +£2sini»/ (D

Es sei nun angenommen, daß der Integrierkreis 25 A (F i g. 2 in der Abtastschaltung 25 das Eingangssignal E 3 ab einem Zeitpunkt 11 für ein Abtastintervall T integriert, das sich in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz ^ der Schwingschaltung 31 bestimmt; in diesem Fall liefert der Integrierkreis 25 A ein integriertes Ausgangssignal ' EA, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

ii + r '

1 FI F?

£4=1 -!-(£1 +£2sin<ar)d/ = ^₇-T--Z-=-{cos(a>T + <otl) - costotl] (2)

* RC RC (U RC <

wobei RC die Zeitkonstante des Integrierkreises 25Λ darstellt Wenn in Gleichung (2) T = —.> d. h. das Abtastintervall T gleich einer Periode der Netzstromfrequenz, gesetzt V

werden kann, wird der zweite Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (2) zu 0, so daß die der Strömungs- ' geschwindigkeitssignaikomponente E1 überlagerte Störsignalkomponente £2 sin ω t vollständig ausgeschaltet ja

werden kann. Da jedoch in der Praxis die Netzstromfrequenz schwankt, ist die Vorgabe der Bedingung T=- ~§ unmögl ich; der zweite Ausdruck an der rechten Seite von Gleichung (2) kann daher nicht vernachlässigt werden. f

Wenn nun vorausgesetzt wird, daß T = —-^-— gilt, so bestimmt sich der zweite Ausdruck N an der rechten

ω + Δω

Seile durch folgende Gleichung:

Fl

N = -—- [cos(<oT + ω/1) - cos ω/1}
ω RC

a>RC

-2 · El (uRC

2· El

. ωΤ . (ωT , , \
in—— · sin (-τ— + ω/1 J

. (ω 1π \ . (ω Γ , Λ

in I — · ) ■ sin ( + ω 11

\2 ω +AmJ \ 2 /

-^2£2 sin

sin ^- ^f *)■ smhL + ωΐΛ

Wenn nun angenommen wird, daß die Zeit ti die Anfangszeit des Abtastzyklus zum «-ten Zeitpunkt (mit η = eine positive ganze Zahl) ist, ergibt sich 11 = 2 nT, und Gleichung (3) läßt sich weiter wie folgt umschreiben:

N = · sin ( π · sin — + 2 η \

0RC \ ω J \\2 J ω+ Δω Jf

2 El

■ Sin ι π ι· sin j I-^ ι— τ zn ιι ι ι ;

El . (Δω \ . L /\ , - \Αω \

= —-— ■ sin I π · sin 2π (— + In )

foRC \ ω J I V 2 J ω j

El Δω . (. Δω \ ...

-—· π-smUnn ) (4)

O)RC ω \ ω J

ΔωΙω<\.

Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, ist die Störsignal komponente W der Differenz Δ ω zwischen der Netzstromfrequenz und der Schwingfrequenz proportional, und sie wird als Schwebungssignal niedriger Frequenz durch Multiplizieren der Differenz A ω mit der Anregungsfrequenz 4 η π erhalten. Wenn in diesem Fall die Netzstromfrequenz und die Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 einander gleich sind, so gilt A ω = 0, so daß die Stör-Signalkomponente vollständig beseitigt werden kann. Wenn dagegen die Differenz A ω klein ist, obgleich die Störsignalamplitude klein ist, bleibt die Störsignalkomponente als Schwebungssignal extrem niedriger Frequenz zurück. Falls die Differenz A ω jedoch eine bestimmte Größe besitzt, verbleibt das Störsignal als Schwebungssignal hoher Frequenz.

Andererseits weist die Wandlerschaltung 26 eine Dämpfungsschaltung 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 Δ ω dieser Dämpfungsschaltung erster Ordnung zugeführt wird, wird diese Störsignalkomponente kaum gedämpft, so daß sie der Strömungsgeschwindigkeitssignalkomponcnte überlagert bleibt. Wenn andererseits die Differenz Δ ω 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 beseitigt, so daß das Ausgangssignal entsprechend der Strömungsgeschwindigkeitssignalkomponente erhalten wird.

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

F i g. 5 A ist ein Wellenformdiagramm der üblichen Netzspannung von 50 Hz, und Fi g. 5 B veranschaulicht ein Abtastsignal, dessen Frequenz auf 49,9 Hz eingestellt ist und das der Abtastschaltung 25 zugeliefert wird. Wenn dabei das Ausgangssignal des Integrierkreises 25 A der Abtastschaltung 25 keine Störsignalkomponente enthält, steigt es mit einer von der Strömungsgeschwindigkeit abhängenden Geschwindigkeit oder Rate an, wie in F i g. 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 Ausgangssigna], dessen überlagerte Größe der Strömungsgeschwindigkeitssignalkomponente und der Störsignalkomponente integriert ist, vom Integrierkreis 25 A geliefert (ausgezogene Linien). Hierbei ist zu beachten, daß die Frequenz der Störsignal-

komponente außerordentlich klein ist, weil die Differenz Λ ω klein ist, und der Einfluß, den die Störsignalkomponente auf das integrierte Ausgangssignal ausübt, schwankt daher nicht über eine ziemlich lange Zeit. Wenn nämlich z. B. auf die in Fig. 5 C gezeigte Weise eine Tendenz dahingehend besteht, daß die Störsignal komponente das integrierte Ausgangssignal in einem bestimmten Integrationszyklus erhöht, ändert sich diese Tendenz S auch bei einer ziemlich großen Zahl folgender Integrationszyklen nicht, so daß das integrierte Ausgangssignal durch die Störsignalkomponente auch bei diesen folgenden Integrationszyklen verstärkt wird. Wenn daher das Ausgangssignal der Abtastschaltung 25 in der Wandlerschaltung 26 auf die in Fig. S D 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.

ίο Wenn dagegen gemäß F i g. 5 E die Schwingschaltung 31 ein Schwingsignal mit einer Frequenz von 48 Hz und mit einer um 2 A t längeren Periode als der des Abtastsignals gemäß Fig. 5 B erzeugt, wird die Frequenz der im integrierten Ausgangssignal enthaltenen Störsignalkomponente hoch, weil die Differenz A ω groß ist. Infolgedessen wird gemäß Fig. SF das integrierte Ausgangssignal bei der normalen Größe beispielsweise in jedem Integrationszyklus aufgrund des Einflusses der Störsignalkomponente groß oder klein. Wenn daher das Aus-

IS gangssignal 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

Fig. 6 veranschaulicht die Beziehung zwischen der maximalen Schwankung des Ausgangssignals der Wandlerschaltung 26 nach F i g. 4 in bezug auf seinen mittleren Pegel oder Wert und der Differenz A f 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 Strömungsgeschwindigkeit durch das Rohr 11 geleitet wird, während die Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 geändert wird. In diesem Fall ist zudem die Frequenz des Erregungssteuersignals auf Ve der Abtastfrequenz gesetzt.

Aus den obigen Versuchsdaten geht folgendes hervor: Wenn die Differenz A / zwischen der Schwingfrequenz der Schwingschaltung 31 und der Störsignalfrequenz auf 0,25-5 Hz, nämlich wenn das Verhältnis der Differenz .d/ 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 Strömungsgeschwindigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad proportional ist.

Die F i g. 7 A und 7 B veranschaulichen die Ergebnisse einer 2 min langen Messung des von der Wandlerschaltung 26 gelieferten Ausgangsgleichstroms in einem Skalenbereich von 4-20 mA für den Fall, daß eine Netzstromquelle von 50 Hz verwendet und ein Strömungsmittel mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch das Rohr 11 geleitet wird. F i g. 7 A zeigt die Meßdaten oder -werte bei einer Abtastfrequenz von 50 Hz und einer Erregungsfrequenz von 6,25 Hz. F i g. 7 B zeigt die mit einer Abtastfrequenz von 48,56 Hz und einer Erregungsfrequenz von 6,07 Hz erzielten Meßdaten.

Beim Beispiel gemäß Fig. 7 A schwankt die Netzstromfrequenz, und sie besitzt eine geringe Frequenzdifferenz gegenüber der Abtastfrequenz, so daß der Ausgangsgleichstrom der Wandlerschaltung 26 auf vorher erwähnte Weise einem großen Einfluß durch Störsignale aufgrund der Netzstromquelle unterworfen wäre. Da beim Beispiel gemäß F i g. 7 B 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 dem vorher angegebenen Grund minimiert.
Wenn beispielsweise Genauigkeit und Stabilität des der Erregungssteuerschaltung 32 einzuspeisenden Schwingsignais nicht so groß zu sein brauchen, kann anstelle der Schwingschaitung 31 z. B. die in F i g. 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 d es 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 SmSlO) von der Nennfrequenz der Netzstromquelle abweichenden Frequenz, eine Schaltung zur Erzeugung eines Erregungssteuersignals mit einer um m% von der Frequenz entsprechend einem ganzzahligen Bruchteil der Netzstromnennfrequenz 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 60Hz, erzielt werden. Obgleich weiterhin zur Erläuterung vorstehend der Fall beschrieben ist, bei dem die Frequenz des Erregungssteuersignals auf'/2 oder Vs der Abtastfrequenz festgelegt ist, kann diese Frequenz auch auf einen von V2 und Ve verschiedenen ganzzahligen Bruchteil oder einen in einer ganzen Zahl enthaltenen Faktor 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 Erregungsschal-

f'i tung 23 kann jedoch auch eine solche verwendet werden, die selektiv z. B. Ströme dreier verschiedener Größen

If liefert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

K ²⁰

Claims

Patentansprüche:

L Elektromagnetischer Strömungsmesser mit einer Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit (10) zur Erzeugung eines Strömungsgeschwindigkeitssignales, das proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit eines leitfahigen Strömungsmittels ist, einer Erregungseinheit (23) zur Lieferung eines Erreger-Stroms zur Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit (10), einer Signalverarbeitungseinheit (24,25,26/ zum Abtasten eines Ausgangssignals der Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit (10) und zum Glätten dieses abgetasteten Signals und einer Signalerzeugungseinheit (21,22) zur Lieferung eines Abtastsignals zur Signalverarbeitungseinheit (24,25,26) und zur Lieferung eines Erregungssteuersignals mit einer Frequenz, ίο die einen ganzzahligen Bruchteil der Frequenz des Abtastsignals darstellt, zur Erregungseinheit (23), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Signalerzeugungseinheit (31, 32) zur Signalverarbeitungseinheit (24,25,26) gelieferte Abtastsignal eine Frequenz aufweist, die sich um 0,5-10% vom Nennwert der Netzstromfrequenz unterscheidet
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (24, 25,26) eine Abtasteinheit (25) zum Integrieren des Ausgangssignals von der Strömungsgeschwindigkeits-Detektoreinheit (10), ausgelöst vom Abtastsignal der Signalerzeugungseinheit (31,32), und zur Lieferung eines Ausgangssignals nach Maßgabe der Strömungsgeschwindigkeit.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinheit (31,32) eine Schwingschaltung (31) und eine Erregungssteuerschaltung (32) zur Erzeugung des Abtastsignals und des Erregungssteuersignals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schwingschaltung (31) aufweist.
4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingschaltung (31) eine Kristall-Schwing- oder Resonanzschaltung (vgl. 31 D) ist.