DE3531869A1 - Elektromagnetischer stroemungsmesser - Google Patents

Description

Elektromagnetischer Strömungsmesser

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser, der durch Störsignale ("Rauschen"), insbesondere elektrochemische Störsignale, wenig beeinflußbar ist.

Ein bekannter elektromagnetischer Strömungsmesser ist

z.B. in Fig. 1 von US-PS 4 206 641 dargestellt. Dieser 15

umfaßt einen elektromagnetischen Strömungsmeß-Detektor (im folgenden einfach als "Detektor" bezeichnet) und einen elektromagnetischen Strömungsmeß-Wandler (im folgenden nur als "Wandler" bezeichnet). Der Detektor

besteht dabei aus einem Rohr, das mit zwei Elektroden 20

und zwei zu beiden Seiten des Rohrs angeordneten Erregungsspulen versehen ist. Der Wandler besteht aus einem Verstärker, einem Umkehr- oder Inversions-Verstärker, einer Integrationsschaltung und einer Steuerschaltung.

Die Erregungsspulen werden mit einem Rechteckwellen-Strom beschickt, der die Frequenz einer Netzstromquelle, dividiert durch eine ganze Zahl, besitzt. Infolgedessen erzeugen die Erregungsspulen ein Rechteckwellen-Magnetfeld. Wenn ein elektrisch leitendes Strömungsmittel,

z.B. Stadtwasser oder eine Chemikalie, durch das genannte Rohr geleitet wird, wird nach dem Faradayschen Gesetz zwischen den beiden Elektroden eine Spannung induziert, die durch den Verstärker des Wandlers auf eine vorgeschriebene bzw. vorgegebene Größe verstärkt

wird. Dxe verstärkte Spannung wird hierauf umgekehrt oder invertiert.

Die verstärkte Spannung und die verstärkte Umkehrspannung werden abwechselnd gewählt und in ein Signal einer

negativen Spannung umgesetzt. Die Signale negativer 5

Spannung werden einer Abtastung (sampling) zu einem vorgeschriebenen Zeitpunkt unterworfen und zur Integrationsschaltung geliefert, die daraufhin ein durch die Integration des Eingangssignals erhaltenes Signal zur Steuerschaltung ausgibt. Das resultierende Impulssignal wird zur Bestimmung der Strömungs- oder auch Durchsatzmenge des betreffenden Strömungsmittels geglättet .

Der genannte elektromagnetische Rechteckwellener regungs-Strömungsmesser, der auf die oben geschilderte Weise arbeitet, bietet die folgenden Vorteile:

1. Eine durch die Elektroden gebildete Schleife, in

welcher der Verstärker angeordnet und das Strömungs-20

mittel im wesentlichen frei ist vom Auftreten von Rechteckstörsignalen sowie Störsignalen gleicher Phase, wodurch die Ausgabe eines stabilen Ausgangssignals sichergestellt wird.

2. Die Abtastung oder das Abgreifen des Strömungsmengensignals erfolgt pro Periode der Frequenz einer Netzstromquelle, wodurch die Störsignale unterdrückt werden, die durch die Induktion der Netzstromquelle erzeugt werden (hohe Störsignalbeständigkeit).

3. Ein verstärktes Signal und das verstärkte Umkehrsignal werden abwechselnd abgegeben, wodurch effektiv Störsignale ausgeschaltet werden, die von der

Gleichspannungskomponente z.B. der Abweich- oder 35

Verlagerungsspannung des Verstärkers und einer

ultraniedrigen Frequenz herrühren.

4.Da verschiedene Störsignale wirksam unterdrückt werden, 5

kann ein höchst stabiles Ausgangssignal geliefert werden, auch wenn sich die Größe des Erregungsstroms verringert und das Strömungsmengensignal einen niedrigen Pegel besitzt. Infolgedessen kann der erwähnte bisherige Strömungsmesser mit geringer Leistung betrieben werden, wobei die pro Strömungsmengeneinheit (unit flow rate) in den genannten Elektroden erzeugte elektromotorische Kraft auf eine Größe verringert ist, die nur ein Fünftel bis ein Zehntel derjenigen bei einem durch eine Netzstromquelle erregten elektromagnetischen Strömungsmesser beträgt.

Eines der beim bisherigen elektromagnetischen Strömungsmesser auftretenden Störsignale ist von elektrochemischer Art. Dieses elektrochemische Störsignal tritt bei 20

ultraniedriger Frequenz auf, wenn elektrische Ladungen der Elektroden durch die Ionen der genannten Strömungsmittel bewegt werden. Dieses elektrochemische Störsignal erhöht oder verringert die über die beiden Elektroden

induzierte Spannung, und es besitzt einen Pegel oder 25

eine Größe, der bzw. die mit der Komponente (oder Zusammensetzung) der Strömungsmittel sowie dem Werkstoff und dem Oberflächenzustand der beiden Elektroden variiert. Insbesondere im Fall eines trübenartigen

Strömungsmittels tritt das elektrochemische Störsignal 30

der ultraniedrigen Frequenz mit einem hohen Pegel auf.

Wenn der Pegel des Störsignals unter den vom Wandler zugelassenen Pegel abfällt, wird das elektrochemische Störsignal durch den Wandler unterdrückt, wodurch eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit des betreffenden

elektromagnetischen Strömungsmessers verhindert wird. Wenn das elektrochemische Störsignal dagegen einen

höheren als den vom Wandler zugelassenen Pegel besitzt, 5

wird ein Verstärker in Betrieb im Sättigungsbereich im Wandler versetzt, was zu unregelmäßiger Funktion und zu einer merklichen Minderung der Meßgenauigkeit führt. Beim oben geschilderten bisherigen elektromagnetischen Strömungsmesser besitzt beispielsweise das elektrochemische Störsignal einen so großen Pegel, daß ein Eingangssignal zur Integrationsschaltung eine positive Spannung besitzt, so daß die Steuerschaltung ihre normale Funktion nicht mehr erfüllen kann. Eine herkömmliche Maßnahme zur Lösung dieses Problems besteht 15

darin, daß der Integrationsschaltung eine negative Vorspannung zur Erweiterung des Bereichs eines stabilen Betriebs zugeführt wird. Die Anlegung einer Vorspannung an die Integrationsschaltung bedingt jedoch eine Minderung des Ausmaßes, in welchem ein Strömungsmengensignal innerhalb des Betriebsbereichs der Integrationsschaltung variieren kann, wobei zudem die Störsignale der Integrationsschaltung in ihrer nachgeschalteten Stufe einen deutlicheren Einfluß ausüben. Demzufolge wird die

Drift der Verlagerungsspannung der Integrationsschal-25

tung z.B. vergrößert, wodurch Einschränkungen bezüglich des Ausmaßes, bis zu dem die Vorspannung aufgeprägt werden kann, aufgeworfen werden.

Bisher wurde daher im Detektor ein Begrenzerkreis zur 30

Beseitigung oder Unterdrückung von elektrochemischen Störsignalen vorgesehen. Dieser Begrenzerkreis umfaßt Zener-Dioden, die mit zueinander umgekehrten Polaritäten zusammengeschaltet sind, und zu den Zener-Dioden parallelgeschaltete Widerstände. Obgleich nach dem bisherigen Verfahren zur Unterdrückung von elektro-

chemischen Störsignalen unter Verwendung des Begrenzerkreises tatsächlich das Auftreten solcher Störsignale

begrenzt werden kann, wird damit auch die Ausgabe eines 5

Strömungsmengensignals begrenzt oder behindert. Dieses bisherige Verfahren kann daher nicht als für die Realisierung der gestellten Aufgabe voll geeignet angesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines elektromagnetischen Strömungsmessers, bei dem eine Unterdrückung oder Ausschaltung auch von übermäßig großen elektrochemischen Störsignalen gewährleistet werden kann und mit dem die Strömungsmenge von Strö-

mungsmitteln mit zufriedenstellend großem Genauigkeitsgrad bestimmbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Strömungsmesser mit einem Strömungsmeß-Hauptkörper zur

Lieferung eines Rechteckwellen-Erregungsstroms zu mindestens einer Erregungsspule, zum Aufprägen des erzeugten Magnetfelds auf ein elektrisch leitendes Strömungsmittel und zum Abgreifen einer im elektrisch leitenden Strömungsmittel induzierten Spannung in Form eines

Strömungsmengensignals durch mindestens zwei Elektroden sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Strömungsmenge des elektrisch leitenden Strömungsmittels anhand des Strömungsmengensignals, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Verzögerungseinrichtungen an den Strömungs-

meß-Hauptkorper angeschlossen sind, um das Stromungsmengensignal abzunehmen, letzteres um ein ganzzahliges Vielfaches der halben Periode des Strömungsmengensignals zu verzögern und ein verzögertes Signal auszugeben, eine mit dem Strömungsmeß-Hauptkörper und der

Verzögerungseinrichtung verbundene Storsignal-Beseitigungseinheit vorgesehen

ist, die das Strömungsmengensignal und das verzögerte Signal abnimmt, im Strömungsmengensignal

enthaltene niederfrequente Störsignalkomponenten auf 5

der Grundlage des verzögerten Signals beseitigt und ein entsprechendes Signal ausgibt, das dem Strömungsmengensignal entspricht und das von den Störsignalkomponenten befreit worden ist, und die Strömungsmengen-Bestimmungseinrichtung mit der Störsignal-Beseitigungseinheit verbunden ist, um die Strömungsmenge des elektrisch leitenden Strömungsmittels anhand der entsprechenden Signale zu bestimmen.

Der vorstehend umrissene elektromagnetische Strömungs-15

messer gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß im Strömungsmengensignal enthaltene Störsignale nach Maßgabe des Inhalts eines verzögerten Strömungsmengensignals unterdrückt oder ausgeschaltet werden können;

demzufolge können elektrochemische Störsignale auch 20

dann, wenn sie in übergroßer Menge oder Zahl auftreten, mit Sicherheit beseitigt werden, wobei diese Störsignale beseitigt werden, bevor die Strömungsmengenbestimmungseinrichtung mit einem Eingangssignal beschickt wird,

und wodurch die letzte Stufe der Schaltungsanordnung 25

vereinfacht und damit die Genauigkeit der Bestimmung der Strömungsmenge verbessert wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der

Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es 30

zeigen:

Fig. 1 Ein Schaltbild eines elektromagnetischen Strömungsmessers gemäß einer Ausführungsform der

Erfindung,
35

Fig. 2 ein Schaltbild einer Störsignal-Beseitigungsschaltung bei der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3A bis 3F Signalwellenformen zur Verdeutlichung

der Arbeitsweise der Störsignal-Beseitigungsschaltung nach Fig. 2,

Fig. 4A bis 4J Signalwellenformen zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Störsignal-Beseitigungsschaltung nach Fig. 2,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Störsignal-Beseitigungsschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6A bis 6F Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Störsignal-Beseitigungsschaltung nach Fig. 5,
20

Fig. 7 ein Schaltbild einer Störsignal-Beseitigungsschaltung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8A bis 8F Signalwellenformen zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Störsignal-Beseitigungsschaltung nach Fig. 7 und

Fig. 9 ein Schaltbild einer Störsignal-Beseitigungsschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden ist anhand der Fig. 1 bis 4J ein elektromangetischer Strömungsmesser gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Gemäß Fig. 1 sind dabei Konstantstromquellen 21, 23 über einen Erregungs-Wechselschalter oder -Umschalter

25 an Erregungsspulen 9a, 9b e'ines Detektors 1 ange-5

schlossen. Der bewegbare Kontakt des Umschalters 25 ist abwechselnd vom einen der beiden festen Kontakte auf den anderen umschaltbar. Damit werden beide Erregungsspulen 9a, 9b mit einem Rechteckwellenstrom beschickt.

Ein Signal, das die zwischen Elektroden 5a, 5b am Rohr 10

7 des Detektors 1 induzierte Spannung angibt oder bezeichnet, wird zu einem Vorverstärker 12 eines Wandlers 11 übertragen. Ein Ausgangssignal L1 des Vorverstärkers 13 wird einer Störsignal-Beseitigungs- oder-Unterdrükkungsschaltung 31 zugeführt, deren Ausgangssignal· L2

einem Inversions- oder Umkehrverstarker 17 eingespeist wird. Das Ausgangssignal L2 der Beseitigungsschaltung 31 und ein Ausgangssignal L3 vom Umkehrverstärker 17 werden dem Umschalter 15 zugeführt.

Ein durch den Umschalter 15 gewähltes Signal· e wird über einen Abtastschaiter (sampling switch) 27 einer Integrationsschaitung 29 zugeführt, die einen mit der einen Seite an den Abtastschaiter 27 angeschlossenen

Widerstand 29c, einen Operationsverstärker 29a, dessen 25

invertierende Eingangskiemme mit der anderen Seite des Widerstands 29c verbunden ist, einen zwischen die Ausgangs^emme und die invertierende Eingangskiemme des Verstärkers 29a gescha^enen Kondensator 29b sowie einen mit der einen Seite an die invertierende Ein-

gangskiemme des Operationsverstärkers 29a angeschossenen Widerstand 29d umfaßt. Die nicht-invertierende Eingangskiemme des Operationsverstärkers 29a ist mit Massepotential· verbunden, während die andere Kiemme oder Seite des Widerstands 29d mit einem Schalter 49

verbunden ist, dessen andere Seite mit einer Bezugs-

spannungsquelle 45 verbunden ist, die eine Vorspannung zur Integrationsschaltung 29 liefert. Ein Schalter 47

ist zwischen eine Bezugsspannungsquelle 43 und eine 5

Seite des Widerstands 29c geschaltet. Ein Ausgangssignal von der Integrationsschaltung 29 wird der nichtinvertierenden Eingangsklemme eines Komparators 33 eingespeist, dessen invertierende Eingangsklemme an Massepotential liegt. Die Ausgangsklemme des Komparators ist

an die Steuerschaltung 35 angeschlossen, die ihrerseits ein Steuersignal liefert, um den Bezugsspannungsquellenschalter 47 je nach Bedarf zu schließen oder zu öffnen. Während ein Ausgangssignal von der Integrationsschaltung 29 einen abfallenden Verlauf zeigt, läßt die

Steuerschaltung 35 die Photodiode 41 eines Photokopplers (optoelektronischen Kopplers) 3 9 Licht emittieren. Ein Ausgangskreis 37 nimmt ein Ausgangsimpulssignal von der Steuerschaltung 35 über den Photokoppler 39 ab und wandelt sodann das empfangene bzw. abgenommene Impuls-

signal in eine Gleichspannung oder ein Gleichstromsignal V entsprechend der Impulsbreite des abgenommenen Impulssignals um.

Ein Impulsgenerator 19 liefert ein Erregungssignal g zu

den Umschaltern 15 und 25 zwecks Steuerung ihres Betriebs, Der Impulsgenerator 19 liefert (weiterhin) ein Abtastsignal S zur Störsignal-Beseitigmgsschaltung 31 , zu den Abtastschaltern 47 und 49 sowie zur Steuerschaltung 35 zwecks Bestimmung der Zeitpunkte, zu denen der

Schalter 2 7 und die Steuerschaltung 35 betätigt werden sollen. Die Signale S und g werden zu den in den noch zu beschreibenden Fig. 3A und 3B dargestellten Zeitpunkten ausgegeben. Eine Schaltung zur Lieferung des Signals S kann durch einen an sich bekannten Oszillator und einen Frequenzteilkreis gebildet sein. Das Signal

g kann ohne weiteres durch Teilung der Frequenz des Signals S durch 2 erhalten werden.

Im folgenden ist die Störsignal-Beseitigungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Schaltung 31 nimmt das Strömungsmengensignal L1 vom Vorverstärker 13 sowie das Abtastsignal S vom Impulsgenerator 19 ab. Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 verzögert das Strömungsmengensignal L1 um die halbe Periode des Erregungssignals g (d.h. die halbe Periode des Signals L1). Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 bestimmt (obtains)

damit eine Differenz zwischen dem Pegel oder der Größe 15

des verzögerten Signals und dem (der) des Strömungsmengensignals L1 vom Vorverstärker 13, und sie beseitigt oder unterdrückt damit die elektrochemischen Störsignale.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 besitzt den in

Fig. 2 gezeigten Aufbau. Eine erste Abtast/Halteschaltung 311 nimmt das Abtastsignal S vom Impulsgenerator 19 ab. Wenn das Abtastsignal S einen hohen Pegel besitzt, bewirkt die Abtast/Halteschaltung 311 die Ab-25

tastung (samples) des Strömungsmengensignals L1 und die Ausgabe eines Ausgangssignals f1 entsprechend dem Pegel des abgetasteten Strömungsmengensignals. Das Ausgangssignal f1 der Abtast/Halteschaltung 311 wird einer zweiten Abtast/Halteschaltung 313 zugeführt, die das

durch einen Inverter 315 invertierte Signal des Abtastsignals S abnimmt. Wenn das invertierte Abtastsignal S einen hohen Pegel besitzt, tastet die zweite Abtast/-Halteschaltung 313 das Signal f1 zur Lieferung eines Signals f2 ab. Das Ausgangssignal f2 von der zweiten

Abtast/Halteschaltung 313 wird der invertierenden

Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 317 zugeführt, während ein Ausgangssignal L1 vom Vorverstärker 13 an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Differentialverstärkers 317 angelegt wird. Der Differentialverstärker 317 leitet die Differenz zwischen den Pegeln der empfangenen Signale ab und gibt ein der Differenz entsprechendes Signal als Ausgangssignal L2 von der Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 ab.

Im folgenden ist anhand der Fig. 3A bis 3F die Arbeitsweise eines elektromagnetischen Strömungsmessers mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert. Sooft

ein Erregungssignal g (Fig. 3A) vom Impulsgenerator 15

seinen Pegel ändert, wird der Anschlußzustand des Erregungs-Umschalters 15 geändert. Infolgedessen fließt ein Rechteckwellen-Erregungsstrom synchron mit dem Erregungssignal g durch die Erregungsspulen 9a, 9b. Dadurch

wird ein Rechteckwellen-Magnetfeld einem das Detektor-20

Rohr 7 durchströmenden Strömungsmittel aufgeprägt. Infolgedessen wird eine der Strömungsmenge (dem Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 7) entsprechende Spannung zwischen den Elektroden 5a, 5b für das genannte Strömungsmittel bzw. des Detektors gemäß dem

Faradayschen Gesetz induziert. Diese induzierte Spannung wird dem Wandler 11 zugeführt. Die induzierte Spannung wird durch den Vorverstärker 13 verstärkt und in Form des Strömungsmengensignals L1 (Fig. C) geliefert. Dieses Strömungsmengensignals L1 wird der Stör-

signal-Beseitigungsschaltung 31 eingespeist.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 arbeitet wie folgt: Wenn das Abtastsignal S (Fig. 3B) einen hohen Pegel besitzt, bewirkt die erste Abtast/Halteschaltung

311 die Abtastung des Strömungsmengensignals L1. Dies

beduetet, daß die erste Abtast/Halteschaltung 311 die Spannungspegel ES oder -ES des vom Vorverstärker 13

ausgegebenen Strömungsmengensignals L1 unmittelbar vor 5

dem Pegelwechsel des Erregungssignals g abtastet. Ein den abgetasteten Spannungspegel bezeichnendes oder angebendes Signal wird als Signal f1 ausgegeben. Wenn das invertierte Abtastsignal S~ einen hohen Pegel besitzt, tastet die zweite Abtast/Halteschaltung 313 den Pegel des Eingangssignals f1 ab und liefert ein resultierendes Signal als Signal f2 (Fig. 3E). Der Spannungspegel des Ausgangssignals f2 der zweiten Abtast/Halteschaltung 313 repräsentiert somit den Spannungspegel ES oder -ES des Ausgangs-Strömungsmengensignals S1 vom Vorverstärker 13, welcher unmittelbar vor der Änderung oder dem Wechsel des Spannungspegels des Erregungssignals g auftritt. Dies bedeutet, daß das Signal f2 im wesentlichen dem Strömungsmengensignals L1, das um eine halbe

Periode verzögert ist, gleich ist. 20

Das Strömungsmengensignal LI wird an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Differentialverstärkers angelegt, und das Ausgangssignal f2 von der zweiten

Abtast/Halteschaltung 313 wird zur invertierenden 25

Eingangsklemme des Differentialverstärkers 317 übertragen. Der Differentialverstärker 317 subtrahiert das Signal f2 vom Signal L1 und liefert das resultierende Signal L2. Demzufolge besitzt das Ausgangssignal L2

(Fig. 3F) des Differentialverstärkers 317 einenPegel 30

2ES oder -2ES.

Im folgenden ist der Vorgang beschrieben, nach dem die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 Störsignale beseitigt oder unterdrückt. Es sei angenommen, daß gemäß

Fig. 4B eine niederfrequente Störsignalkomponente Z

dem Ausgangssignal L1 des Vorverstärkers 13 überlagert ist. Fig. 4C veranschaulicht die niederfrequente Störsignalkomponente Z allein. Gemäß Fig. 4D zeigt somit 5

das von der zweiten Abtast/Halteschaltung 313 ausgegebene Strömungsmengensignal f2 denselben Pegel, den das Strömungsmengensignal L1 vor der Änderung des Spannungspegels des Erregungssignals g besaß. Die im Strömungsmengensignal f2 enthaltene Störsignalkomponente Z1 zeigt daher denselben Pegel, den die Störsignalkomponente Z vor der Änderung des Spannungspegels des Erregungssignals g zeigte. Gemäß Fig. 4E besitzt somit die im Strömungsmengensignal f2 enthaltene Störsignalkomponente Z1 ein stufenförmiges Profil. In 15

diesem Fall besitzt gemäß Fig. 4F ein Ausgangssignal L2 des Differentialverstärkers 317 einen Pegel bzw. eine Größe, der bzw. die einer Differenz zwischen dem Pegel des Strömungsmengensignals L1 und dem des Signals f2

gleich ist. Das Ausgangssignal L2 besitzt demzufolge 20

einen Pegel, der weder zur positiven noch zur negativen Seite hin abweicht. Die im Signal L2 enthaltene Störsignalkomponente Z2 besitzt einen Pegel, der durch Subtrahieren des Pegels der Störsignalkomponente Z1 von

demjenigen der Störsignalkomponente Z erhalten wird. 25

Aus diesem Grund wird der größere Teil der Störsignalkomponente Z beseitigt, so daß demzufolge gemäß Fig. 4G die Störsignalkomponente Z2 durch den sich ändernden Teil der genannten Störsignalkomponente Z gebildet wird. Mit der vorstehend beschriebenen Operation können

die Störsignalkomponenten eines Strömungsmengensignals beseitigt oder unterdrückt werden.

Das Ausgangssignal L2 der Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 und das nicht dargestellte invertierte

Ausgangssignal L3 des Ausgangssignals L2 werden über

1t

den Umschalter 15 geleitet und in die negativen Spannungssignale e gemäß Fig. 4H umgesetzt. Die im negativen Signal e enthaltene Störsignalkomponente Z3 wird 5

durch die Anordnung der abwechselnden positiven und negativen Spannungspegel gemäß Fig. 41 gebildet.

Während das Abtastsignal S einen hohen Pegel besitzt, ist der Abtastschalter 27 geschlossen, und das genannte Signal e wird zur Integrationsschaltung 29 geliefert. Demzufolge integriert die Intergrationsschaltung 29 das Signal e, wenn das genannte Abtastsignal S einen hohen Pegel besitzt. Wenn das Abtastsignal S den niedrigen

Pegel besitzt, wird der Abtastschalter 27 geöffnet. 15

Wenn ein Ausgangssignal der Integrationsschaltung 29 einen über Null liegenden Pegel besizt, liefert der Komparator 33 ein Ausgangssignal eines hohen Pegels. Während das Abtastsignal S den niedrigen Pegel und das Ausgangssignal des Komparators 33 den hohen Pegel be-

sitzt, läßt die Steuerschaltung 35 den Schalter 47 schließen. Nachdem das Abtastsignal S auf einen niedrigen Pegel abgefallen ist, wird sodann das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 29 allmählich gedämpft

oder unterdrückt. Infolgedessen liefert die Integra-25

tionsschaltung 29 ein Ausgangssignal h mit der Wellenform gemäß Fig. 4J. Die Dämpfungsperiode ITO des Ausgangssignals h von der Integrationsschaltung 29 läßt sich wie folgt ausdrücken:

tO = Es χ T/VR

In obiger Gleichung bedeuten:

Es = Spannungspegel des Strömungsmengensignals L1

T = Abtastzeit

VR = Spannung der Bezugsspannungsquelle 43

Wenn der Komparator 33 ein Signal eines hohen Pegels 5

liefert und das Abtastsignal S einen niedrigen Pegel besitzt (während der Dämpfungsperiode V0), läßt die Steuerschaltung 35 die Photodiode 41 Licht emittieren. Die Steuerschaltung 35 wandelt nämlich das störsignalfreie Strömungsmengensignal L1 in ein Impulssignal mit einer Impulsbreite entsprechend dem Spannungspegel des Strömungmengensignals L1 um. Zu diesem Zeitpunkt wird der Photokoppler 3 9 aktiviert (applied), um den Ausgangskreis 3 7 elektrisch von den anderen Schaltkreisen zu

trennen und damit den Einfluß des Störsignals zu redu-15

zieren.

Der Ausgangskreis 3 7 mittelt das empfangene Impulssignal und liefert ein Signal V mit einer Gleichspannung oder einem Gleichstrom, die bzw. der der Strömungs-20

menge proportional ist.

Mit dem bei einem elektromagnetischen Strömungsmesser gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Wandler 11 wird die Störsignalkomponente Z durch die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 praktisch beseitigt, so daß sich ein Muster oder Profil gemäß Fig. 41 ergibt. Demzufolge wird der Einfluß elektrochemischer Störsignale weitgehend ausgeschaltet.

Wenn der übliche elektromagnetische Strömungsmesser unter Normalbedingungen betrieben wird, besitzt eine Hauptkomponente des elektrochemischen Störsignals eine Frequenz von unter 1 Hz. Im Gegensatz dazu besitzt das Erregungssignal g eine Frequenz entsprechend der Frequenz

einer Netzspannungsquelle, dividiert durch eine ganze

Zahl, beispielsweise entprechend einem Achtel von 50 Hz oder etwa 6 Hz. Ein elektrochemisches Störsignal

einer Frequenz von 1 Hz kann von einem Strömungsmengen-5

signal einer Frequenz von 6 Hz durch beispielsweise ein aktives Filter aus einem Operationsverstärker unterschieden werden. Diese elektrochemischen Störsignale können somit durch das aktive Filter ausgeschieden bzw. ausgefiltert werden. Nachteilig an der Verwendung des aktiven Filters ist jedoch, daß die Wellenformen verzerrt werden, die Phase sich verschiebt und es unmöglich ist, ein Rechteckwellen-Strömungsmengensignal genau abzutasten. Mit anderen Worten: das

aktive Filter selbst gibt Anlaß zu Störsignalen. 15

Dagegen bewirkt der beim elektromagnetischen Strömungsmesser gemäß der Erfindung vorgesehene Wandler 11 eine genaue Verstärkung des Strömungsmengensignals L1 und

eine Ausschaltung elektromagnetischer Störsignale durch 20

die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31. Wenn somit elektrochemische Störsignale übermäßig stark zunehmen, wird der größte Teil davon beseitigt, so daß das Auftreten von Meßfehlern weitgehend unterdrückt wird.

Die Störsignalbeseitigung erfolgt insbesondere im vorderen bzw. vorgeschalteten Bereich des Wandlers 11, so daß die nachgeschalteten Schaltungselemente (beispielsweise Integrationsschaltung 29 und Steuerschaltung 35) eine ausreichend große Störsignalspanne aufweisen

können. Demzufolge wird der Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Strömungsmessers vereinfacht, so daß er eine genaue Strömungsmengenbestimmung zur gewährleisten vermag. Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 vermag nicht nur elektrochemische

Störsignale, sondern Störsignale jeder beliebigen Art

auszuschalten, sofern sie eine niedrige Frequenz besitzen.

Im folgenden sind nun die Störsignalkomponenten Z2 angesprochen, die durch die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 nicht beseitigt werden können. Gemäß Fig. 41 werden die Störsignalkomponenten Z2 über den

Polaritäts-Umschalter 15 abwechselnd auf der positiven 10

und negativen Spannungsseite weitergeleitet. Wenn daher die Impulssignale im Ausgangskreis 37 gemittelt werden, wird die Störsignalkomponente Z2, die einer Periode entspricht, versetzt oder unterdrückt. Wenn daher das

Störsignal während einer Periode im Signal g mit einer 15

konstanten Größe variiert, kann folglich jedes Storsignal, auch wenn es nicht niedrige Frequenz besitzt, zu_verlässig beseitigt werden.

Nachstehend ist anhand der Fig. 5 bis 6F eine StOr-

signal-Beseitigungsschaltung 31 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Eine der Zuleitungen eines ersten Kondensators 71 ist mit der Ausgangsklemme des genannten Vorverstärkers 13 über ein

erstes Schalterelement 73 verbunden. Ein zweiter Kon-25

densator 75 ist über ein zweites Schalterelement 77 an den genannten Vorverstärker 13 angeschlossen. Die anderen Zuleitungen von erstem und zweitem Kondensator 71 bzw. 75 liegen an Masse. Die eine Zuleitung des ersten Kondensators 71 ist über ein drittes Schalter-

element 79 mit der invertierenden Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 81 verbunden, während die eine Zuleitung des zweiten Kondensators 75 über ein viertes Schalterelement 83 an die invertierende Eingangsklemme des Differentialverstärkers 81 angeschlossen ist. Die

Ausgangsklemme des Vorverstärkers 13 liegt an der nicht-

invertierenden Eingangsklemme des Differentialverstärkers 81 .

Die vier Schalterelemente 73, 77, 79 und 83 bestehen jeweils beispielsweise aus einem Halbleiterschalter. Diese Schalterelemente 73, 77, 79, 83 werden mit dem erwähnten Erregungssignal g für das Umschalten des jeweiligen Schalterbetriebszustands beschickt. Erstes und viertes Schalterelement 73 bzw. 83 werden durch ein Erregungssignal g eines hohen Pegels geschlossen und durch das Erregungssignal g eines niedrigen Pegels geöffnet. Zweites und drittes Schalterelement 77 bzw. schließen bei einem Erregungssignal g eines niedrigen Pegels und öffnen, wenn das Erregungssignal g einen hohen Pegel besitzt.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 mit dem beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt: Bei Beschickung 20

mit dem Erregungssignal g (Fig. 6A) öffnen und schließen erstes und viertes Schalterelement 73 bzw. 83 mit dem Takt gemäß Fig. 6B, während zweites und drittes Schalterelement 77 bzw. 79 entsprechend mit dem Takt gemäß

Fig. 6C geöffnet und geschlossen werden. Wenn daher das 25

Erregungssignal g einen hohen Pegel besitzt, wird der Strom des vom Vorverstärker 13 abgegebenen Strömungsmengensignals L1 im ersten Kondensator 71 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt wird die im zweiten Kondensator gespeicherte Spannung zum Differentialverstärker 81

geleitet. Wenn das Erregungssignal g einen niedrigen Pegel besitzt, wird der Strom des Strömungsmengensignals L1 ebenfalls im zweiten Kondensator 75 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt wird die im ersten Kondensator 71 gespeicherte Spannung zum Differentialverstärker 81

geleitet. Infolgedessen nimmt ein an die nicht-inver-

tierende Eingangsklemme des Differentialverstärkers angelegtes Signal m1 das Muster bzw. Profil gemäß

Fig. 6E an. Daraufhin liefert der Differentialverstär-5

ker 81 ein Signal L2 entsprechend der Differenz zwischen dem Pegel des Strömungsmengensignals L1 und dem des Signals m1, das um die halbe Periode des Strömungsmengensignals L1 verzögert ist.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 mit dem beschriebenen Aufbau gewährleistet dieselbe Wirkung wie die Störsignal-Beseitigungsschaltung nach Fig. 2 mit der Abtastschaltung, Zudem besitzt die aus zwei Kondensatoren und vier Schalterelementen aufgebaute Stör-

signal-Beseitigungsschaltung 31 einen einfachen und kostensparenden Aufbau.

Im folgenden ist anhand der Fig. 7 bis 8F eine Störsignalbeseitigungsschaltung 31 gemäß einer dritten

Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Dabei ist eine Zuleitung eines ersten Kondensators 91 über ein erstes Schalterelement 93 mit der Ausgangsklemme des Vorverstärkers 13 verbunden und über ein

zweites Schalterelement 95 an Masse gelegt. Die andere Zuleitung des ersten Kondensators 91 liegt über ein drittes Schalterelement 97 an Masse und ist außerdem über ein viertes Schalterelement 99 mit der Eingangsklemme eines Pufferverstärkers 101 verbunden. Die eine

Zuleitung eines zweiten Kondensators 103 ist über ein fünftes Schalterelement 105 an die Ausgangsklemme des Vorverstärkers 13 angeschlossen und über ein sechstes Schalterelement 107 mit Masse verbunden. Die andere Zuleitung des zweiten Kondensators 103 liegt über ein

siebtes Schalterelement 109 an Masse und ist zudem über

ein achtes Schalterelement 111 mit der Eingangsklemme des Pufferverstärkers 101 verbunden. Die Ausgangsklemme

des Vorverstärkers 13 und diejenige des Pufferverstär-5

kers 101 sind mit den Eingangsklemmen eines Addierkreises 113 verbunden.

Der Addierkreis 113 kann von an sich bekannter Art sein und beispielsweise aus einem Operationsverstärker 115 sowie Widerständen 117, 119 und 121 bestehen.

Die Schalterelemente werden mit dem Erregungssignal g beschickt. Erstes, drittes, sechstes und achtes Schalterelement 93, 97, 107 bzw. 111 werden geschlossen, 15

wenn das Erregungssignal g einen hohen Pegel besitzt, und öffnen, wenn das Erregungssignal g den niedrigen Pegel besitzt. Zweites, viertes, fünftes und siebtes Schalterelement 95, 99, 105 bzw. 109 schließen bei einem niedrigen Pegel des Erregungssignals g und öffnen

bei einem hohen Pegel des Erregungssignals g.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Wenn das Erregungssignal g einen hohen Pegel besitzt, werden

das Schalterelement 93 geschlossen und der erste Kondensator mit dem Strom des Strömungsmengensignals L1 aufgeladen. Dabei ist die andere Zuleitung (oder Seite) des ersten Kondensators 91 an Masse gelegt. Wenn das Erregungssignal g einen niedrigen Pegel besitzt, öffnen

die Schalterelemente 93 und 97, während das Schalterelement 95 schließt. Infolgedessen wird die eine Zuleitung des ersten Kondensators 91 an Masse gelegt, und die Polarität der im ersten Kondensator 91 gespeicherten Spannung wird umgekehrt. Die Spannung umgekehrter Polarität wird der Eingangsklemme des Pufferverstärkers

101 zugeführt. Derselbe Vorgang, wie vorstehänd beschrieben, wiederholt sich für die zweite Kondensator-

gruppe,
ο

Im folgenden sei angenommen, daß der Pegel (oder die Größe) des Strömungsmengensignals L1 auf die in Fig. 8B gezeigte Weise variiert. In diesem Fall gibt ein an der einen Zuleitung des ersten Kondensators anliegendes Signal V1 ein in Fig. 8C dargestelltes Muster oder Profil an. Ein Signal V2 an einer der Zuleitungen des zweiten Kondensators zeigt das Muster oder Profil gemäß Fig. 8D. Die Signale VI, V2 mit umgekehrtem Pegel

werden abwechselnd an den Pufferverstärker 101 ange-15

legt. Infolgedessen besitzt ein Ausgangssignal m2 des Pufferverstärkers 101 das Muster bzw. das Profil gemäß Fig. 8E. Das Strömungsmengensignal L1 und das Signal m2 werden im Addierkreis 113 zueinander addiert. Daraufhin gibt der Addierkreis 113 ein in Fig. 8F dargestelltes

Ausgangssignal L2 aus.

Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 mit dem beschriebenen Aufbau vermag niederfrequente Störsignale

auf dieselbe Weise wie die Schaltung gemäß der ersten 25

Ausführungsform auszuschalten oder zu unterdrücken. Die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 gemäß der dritten Ausführungsform besitzt allerdings einen einfacheren Aufbau als die entsprechende, einen Differentialverstärker verwendende Störsignal-Beseitigungsschaltung, wie sie

in Fig. 2 und 5 dargestellt ist. Der Einbau einer Differentialverstärkerschaltung erforderte (bisher) mindestens zwei Operationsverstärker und vier Präzisions-Widerstände. Dagegen benötigt die Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 gemäß der dritten Ausführungs-

form nur einen einzigen Operationsverstärker, obgleich

dieser auch acht Schalterelemente aufweisen muß. Die vorliegende Störsignal-Beseitigungsschaltung 31 besitzt

daher einen einfacheren und weniger aufwendigen Aufbau. 5

Bei der beschriebenen Störsignal-Beseitigungsschaltung wird das Rechteckwellen-Strömungsmengensignal L1 vor den Pegeländerungen bezüglich seines Pegels abgetastet oder abgegriffen. Nach der Pegeländerung des Strömungsmengensignals L1 wird ein Signal ausgegeben, das einen der abgetasteten Größe entsprechenden Pegel besitzt, wobei ein Signal erzeugt wird, das um die Hälfte der Periode des Strömungsmengensignals L1 verzögert ist.

Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die beschrie-15

bene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, durch Anwendung einer in Fig. 9 gezeigten Analog-Verzögerungsschaltung 131 ein Analogsignal unmittelbar zu verzögern. Wenn ein Differentialverstärker 133 zur Bestimmung einer Differenz zwischen dem Pegel

des verzögerten Signals und dem Pegel eines Eingangssignals vorgesehen wird, können niederfrequente Störsignale auf dieselbe Weise wie bei der Störsignal-Beseitigungsschaltung gemäß der vorstehend beschriebenen

Ausführungsform beseitigt oder unterdrückt werden. Die 25

Analog-Verzögerungsschaltung kann beispielsweise durch eine Ladungsverschiebe-Elementvorrichtung (CCD) oder eine Eimerkettenspeichervorrichtung (BBD) gebildet sein.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Strömungsmengensignal L1 um seine halbe Periode verzögert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das Strömungsmengensignal L1 um ein ungeradzahliges Vielfaches der Hälfte seiner Periode

verzögert werden, und es kann eine Differenz zwischen

dem Pegel des verzögerten Signals und dem Strömungsmengensignal L1 bestimmt werden. In diesem Fall heben

sich die Störsignale des Strömungsmengensignals L1 und 5

des verzögerten Signals ebenfalls gegenseitig auf.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Strömungsmengensignal L2 anhand einer Differenz zwischen dem Pegel des Strömungsmengensignals L1 und dem seines verzögerten Signals bestimmt. Die Erfindung ist jedoch auch auf diesen Vorgang nicht beschränkt. Vielmehr kann der folgende Vorgang ausgeführt werden: Verzögerung des Strömungsmengensignals L1 um eineinhalb Perioden, Verzögerung des Strömungsmengensignals L1 um eine Periode 15

und Ausgabe eines ersten Signals entsprechend einer Differenz zwischen den Pegeln der beiden verzögerten Strömungsmengensignale. Weiterhin wird das Strömungsmengensignal L1 um die halbe Periode verzögert, und

eine Differenz zwischen dem Pegel des um eine halbe 20

Periode verzögerten Signals und dem Pegel des Stromungsmengensignals L1 wird als zweites Signal bestimmt. Die Pegel von erstem und zweitem Strömungsmengensignal werden gemittelt, so daß schließlich die tatsächliche

Strömungsmenge eines Strömungsmittels anhand eines den 25

gemittelten Signalpegel angebenden Signals bestimmt wird. Darüber hinaus kann die Anordnung zur Verzögerung des Strömungsmengensignals L1 mit einem ganzzahligen Vielfachen seiner Halbperiode ohne weiteres durch Hinzufügung z.B. der Abtast/Halteschaltung gemäß Fig. 5

3O₁..

realisiert werden.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Elektromagnetischer Strömungsmesser mit einem Strömungsmeß-Hauptkörper (1) zur Lieferung eines Rechteckwellen-Erregungsstroms zu mindestens einer Erregungspule (9a, 9b), zum Aufprägen des erzeugten Magnetfelds auf ein elektrisch leitendes Strömungsmittel und zum Abgreifen einer im elektrisch "leitenden Strömungsmittel induzierten Spannung in Form 15

eines Stromungsmengensignals durch mindestens zwei Elektroden (5a, 5b) sowie eine Einrichtung (13, 15, 17, 27, 29, 33, 35, 37, 39) zur Bestimmung der Strömungsmenge des elektrisch leitenden Strömungsmittels anhand des Strömungsmengensignals, dadurch gekenn-

zeichnet, daß

Verzögerungseinrichtungen (311, 313) an den Strömungsmeß-Hauptkörper (1) angeschlossen sind, um das Strömungsmengensignal abzunehmen, letzteres um ein ganzzahliges Vielfaches der halben Periode des Strö-

mungsmengensignals zu verzogern und ein verzögertes Signal auszugeben,

eine mit dem Strömungsmeß-Hauptkörper und der Verzögerungseinrichtung (311, 313) verbundene Störsignal-Beseitigungseinheit ( 31 7) vorgesehen ist,diedas

Strömungsmengensignal und das verzögerte Signal abnimmt, im Strömungsmengensignal enthaltene niederfreguente Störsignalkomponenten auf der Grundlage des verzögerten Signals beseitigt und ein entsprechendes Signal ausgibt, das dem Strömungsmengensignal ent-

spricht und das von den Störsignalkomponenten befreit

worden ist, und

die Strömungsmengen-Bestimmungseinrichtung (13, 15,

17, 27, 29, 33, 35, 37, 39) mit der Störsignal-5

Beseitigungseinheit verbunden ist, um die Strömungsmenge des elektrisch leitenden Strömungsmittels anhand der entsprechenden Signale zu bestimmen.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen ( 31 1 , 313, 315) das Strömungsmengensignal um ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Periode des Strömungsmengensignals verzögern.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (311, 313, 315) das Strömungsmengensignal um die halbe Periode des Strömungsmengensignals verzögern.

4. Strömungsmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die Störsignal-Beseitigungseinheit (317) eine Differenz zwischen dem Pegel (oder der Größe) eines von den Verzögerungseinrichtungen (311, 313, 315) ausgegebenen verzögerten 25

Signals und dem Pegel des Strömungsmengensignals bestimmt und das betreffende, der Differenz entsprechende Signals ausgibt.

5. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekenn-30

zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (311, 313, 315) mindestens eine Abtast/Halteschaltung aufweisen, welche das Strömungsmengensignal abtastet oder abgreift (samples) und nach der Änderung des

Pegels des Rechteckwellen-Erregungssignals in Form 35

des verzögerten Signals ein der abgegriffenen Größe entsprechendes Signal ausgibt.

6. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (311, 313, 315) mit mindestens einem Kondensator (71, 75) versehen sind, der den Pegel des Strömungsmengensignals nur für die halbe Periode des Rechteckwellen-Erregungsstroms in Synchronismus mit dessen Verschiebungspegel vom hohen auf den niedrigen Pegel oder umgekehrt speichert.

7. Strömungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Störsignal-Beseitigungseinheit Mittel (95, 97, 107, 109) zum Invertieren (umkehren)

der Polarität der im Kondensator gespeicherten 15

Spannung und

eine Einrichtung (113), welche die Pegel der Ausgangsspannungen von den Polaritäts-Invertiermitteln (95, 97, 107, 109) zum Pegel des Strömungsmengensignals addiert und ein Signal mit einem der Summe der Addition entsprechenden Pegel ausgibt, umfaßt.

8. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13, 15, 17, 27,

29, 33, 35, 37, 39) zur Bestimmung der Strömungs-25

menge

Mittel (13, 15, 17, 27, 29, 33, 35) zum Umwandeln des entsprechenden, von der Störsignal-Beseitigungseinheit (317) ausgegebenen Signals in ein

Impulssignal, dessen Impulsbreite dem Spannungspegel 30

des betreffenden Signals entspricht, und eine Einrichtung (37) zum Glätten des Impulssignals von den Impulswandlermitteln zur Bestimmung der Strömungsmenge umfaßt.

9. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung durch eine

Eimerkettenspeicher-Vorrichtung (BBD) (131) gebildet 5

ist, die mit dem Strömungsmengensignal beschickt wird und dieses um seine halbe Periode verzögert.

10. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung durch eine Ladungsverschiebeelement-Vorrichtung (CCD) (131) gebildet ist, die mit dem Strömungsmengensignal beschickt wird und dieses um seine halbe Periode verzögert.