DE3706969C3 - Elektromagnetischer Strömungsmesser - Google Patents
Elektromagnetischer StrömungsmesserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strö
mungsmesser zum Messen der Strömungsmenge oder
-geschwindigkeit eines Strömungsmittels nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 11 bzw. 12.
Für einen elektromagnetischen Strömungsmesser wurde
bisher eine Netzfrequenz-Anregungsmethode für die Erregung
bzw. Anregung mittels einer Netzstromquelle angewandt.
Diese Methode bietet die folgenden Vorteile: a)
Sie gewährleistet ein schnelles Ansprechen und damit
eine Senkung der Fertigungskosten; b) sie ist kaum anfällig
für statisches Rauschen (im folgenden auch als
"Strömungsrauschen" bezeichnet), das in einem Strömungsmittel
einer aufschlämmungsartigen Konsistenz oder niedriger
Leitfähigkeit auftritt und eine mit der Strömungsgeschwindigkeit
zunehmende Frequenz aufweist. Diese
Methode ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß der
Nullpunkt schwankt, wenn der Strömungsmesser über eine
vergleichsweise lange Zeitspanne, z. B. einen ganzen
Tag, hinweg in seinem Betriebszustand belassen wird.
Dieser Umstand beschleunigte die Einführung einer Niederfrequenz-
Anregungsmethode mit einer Frequenz entsprechend
der Hälfte oder weniger der Netzfrequenz.
Nach dieser Methode kann, wie an sich bekannt, vorteilhaft
ein Strömungsmesser mit stabilem Nullpunkt realisiert
werden. Die niedrige Anregungsfrequenz liegt aber
nahe an der Frequenz des Strömungsrauschens, so daß der
Strömungsmesser anfällig ist für den Einfluß des Strömungsrauschens,
das bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten
deutlicher wird. Ein anderer Mangel besteht
darin, daß eine Dämpfung zur Minderung des Einflusses
von Strömungsrauschen das Ansprechen verlangsamt.
In den letzten Jahren wurde zunehmend bei elektromagnetischen
Strömungsmessern der elektrische Leistungsbedarf
verringert; dies stellt ein unabdingbares Erfordernis
für einen elektromagnetischen Zweileitungs-
Strömungsmesser dar, bei dem die Stromzufuhr und die
Signalübertragung gleichzeitig über zwei Leitungen erfolgen.
Hierzu muß die elektromotorische Kraft (EMK)
pro Strömungsgeschwindigkeitseinheit herabgesetzt werden.
Bei der bisherigen Niederfrequenz-Anregungsmethode
ist z. B. die EMK von etwa 0,5 mV/m/s beim Zweileitungs-
Strömungsmesser auf 10 µV/m/s verringert. Wenn die erzeugte
EMK gegenüber dem Stand der Technik um eine Größenordnung
oder mehr verringert wird, wirken sich aber
die Einflüsse des Strömungsrauschens stärker aus, so
daß sich eine Grenze bezüglich der Leistungswirtschaftlichkeit
bei der Niederfrequenz-Anregungsmethode einstellt.
Die Anregung mit Netzfrequenz ist bezüglich der Unempfindlichkeit
von schnellem Ansprechen und Reluktanz
gegen Strömungsrauschen vorteilhaft, bezüglich
der Stabilität des Nullpunkts aber nachteilig.
Dagegen gewährleistet die Niederfrequenzanregung einen
stabilen Nullpunkt, während sie bezüglich der Empfindlichkeit
für den Einfluß von Strömungsrauschen nachteilig
ist. Die Anwendung jeder dieser Methoden ist mithin
derart problematisch, daß es sich als unmöglich erweist,
einen elektromagnetischen Strömungsmesser mit
stabilem Nullpunkt und schnellem Ansprechen, aber geringer
Empfindlichkeit für den Einfluß von Strömungsrauschen
zu schaffen, und die Beseitigung des Hindernisses
für wirtschaftlichere Energieausnutzung unmöglich
ist.
Die US-PS 42 06 640 beschreibt eine Vorrichtung zur
Korrektur von Schwankungen der Spannung einer Spannungsquelle
durch Teilen einer niederfrequenten Signalspannung
durch eine niederfrequente Vergleichsspannung, um
dadurch die Erzeugung eines Fehlers zu verhindern, der
im Strömungsgeschwindigkeits-Ausgangssignal auftritt,
wenn die Spannung der Spannungsquelle bei der Erfassung
eines niederfrequenten Signals durch niederfrequente
Anregung schwankt. In diesem Fall muß die Vergleichsspannung
an eine Ansteuereinheit gelegt werden, indem
diese gleichstrommäßig von der Spannungsquelle isoliert
wird. Für diese Isolation wird ein Stromtransformator
herangezogen. Wenn jedoch ein niederfrequenter Strom
direkt durch den Stromtransformator fließt, so wird
dieser Stromtransformator zwangsläufig groß oder es ist
nicht möglich, die Stromumwandlung fehlerfrei durchzuführen.
Daher wird bei der bekannten Vorrichtung eine
pulsierende Spannung, nämlich das Ausgangssignal des
Gleichrichters, an die Primärseite des Stromtransformators
gelegt, indem die Spannung mit einer Impulsfolge
ein- und ausgeschaltet wird, die durch Überlappen einer
Hochfrequenz und einer Niederfrequenz erhalten ist. Die
angelegte Spannung wird auf der Sekundärseite des Stromtransformators
gleichgerichtet, wodurch die niederfrequente
Komponente für die Gewinnung der Vergleichsspannung
geliefert wird.
Weiterhin beschreibt die US-PS 37 83 686 eine Vorrichtung
zum Eliminieren von Rauschsignalen, wobei ein Anregen
durch Umkehren der Wellenform einer Spannungsquelle
mit niedriger Frequenz, nämlich einer geteilten
Frequenz der Spannungsquellenfrequenz, vorgenommen
wird.
In der SU-PS 507 777 ist ein elektromagnetischer Strö
mungsmesser mit Nulldrift-Kompensation beschrieben, bei
dem ein spezieller Detektor mit drei Elektroden zum Einsatz
gelangt. Eine Anregung wird mit zwei Frequenzen
durchgeführt, und eine Differenzspannung wird aufgrund
der mit den beiden Frequenzen vorgenommenen Anregung
abgeleitet. Diese Differenzspannung wird einem Potentiometer
zugeführt, das zwischen den beiden, auf der gleichen
Seite des Leiters angebrachten Elektroden vorgesehen
ist. Mit Hilfe der Differenzspannung wird der Mittenabgriff
des Potentiometers derart verfahren, daß die
Differenzspannung den Wert Null annimmt.
Die EP 0 225 229 A1 beschreibt einen Strömungsmesser,
bei dem in zwei Meßkanälen für eine höhere Frequenz und eine
niedrigere Frequenz jeweils eine Demoduliereinheit und ein Tiefpaßfilter
in Reihe liegen, bevor die Meßkanäle einem Differenzverstärker
zugeführt sind, der ein Nullpunkt-Korrektursignal zur
Korrektur des Signals mit der höheren Frequenz abgibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen
Strömungsmesser zu schaffen, der ein schnelles Ansprechen
auf Änderungen in der Strömungsmenge oder -geschwindigkeit
zeigt und einen stabilen Nullpunkt aufweist,
für den Einfluß von Strömungsrauschen aber kaum
anfällig ist.
Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Strö
mungsmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
bzw. 11 bzw. 12 erfindungsgemäß durch die in deren jeweiligem
kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Patentansprüchen 2 bis 13.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen jedoch keine Ausführungsbeispiele
der Erfindung; auf diese Figuren wird
lediglich später bei der Erläuterung tatsächlicher
Ausführungsbeispiele zur Erleichterung von deren
Verständnis bezug genommen. Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
der Erfindung für Anregung auf der Grundlage
einer Netzfrequenz,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform,
die sich durch Strömungsmengensignal-Rückkopplung
von derjenigen nach Fig. 1 unterscheidet,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Strömungsmessers
zum Kompensieren eines Nullpunkts auf der Grundlage einer
Netzfrequenz-Signalverarbeitung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Strömungsmessers
in Form einer Vereinfachung der Schaltungsanordnung
nach Fig. 3,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Strömungsmessers
zur Änderung des Korrekturpunkts eines Nullpunktsignals
gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4,
Fig. 6 ein Fig. 3 entsprechendes Blockschaltbild
einer weiteren Ausführungsform, die hauptsächlich aus einer
Niederfrequenz-Signalverarbeitungseinheit und
einer dieser gegenüber verbesserte Ansprecheigenschaften
besitzenden Netzfrequenz-Signalverarbeitungseinheit
aufgebaut ist,
Fig. 7 ein Fig. 4 entsprechendes Blockschaltbild einer
gegenüber Fig. 6 verbesserten weiteren Ausführungsform,
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
für Anregung mittels Rechteckwellen,
Fig. 9 eine graphische Darstellung von Wellenformen
zur Erläuterung der Ausführungsform nach Fig. 8,
Fig. 10 graphische Darstellungen von Wellenformen (bzw.
Kennlinien) zur Verdeutlichung der Übergangsfunktion
der Ausführungsform
nach Fig. 8,
Fig. 11 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform,
bei welcher die Änderungsgeschwindigkeit
von Rauschen bzw. Störsignalen erfaßt und zum
Addieren der Ausgangssignale der Zweifrequenzanregung
und der Niederfrequenzanregung in
einem beliebigen Verhältnis benutzt wird,
Fig. 12 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
als spezielle Abwandlung der Ausführungsform
nach Fig. 11,
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
mit gegenüber der Ausführungsform nach
Fig. 12 abgewandelter Umschalteinheit,
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform,
bei welcher die Größe von Störsignalen
erfaßt und zum Wechseln der Ausgänge der Zweifrequenz-
und Niederfrequenzanregungen benutzt
wird,
Fig. 15 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform,
bei welcher die Verteilung des Verstärkungsgrads
einer Schaltung geändert ist oder
wird, um Sättigung eines Verstärkers od. dgl.
aufgrund von Störsignalen (d. h. Rauschen) zu
verhindern,
Fig. 16 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform,
die zu einer schnellen Rückführung auf
Normalbetrieb befähigt ist,
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
unter Verwendung eines Mikrorechners,
Fig. 18 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der
Operationen bei der Ausführungsform
nach Fig. 17,
Fig. 19 ein Ablaufdiagramm der Verarbeitungsvorgänge
an den Signalen nach Fig. 18,
Fig. 20 eine Tabelle zur Darstellung der Operationen
des Ablaufdiagramms nach Fig. 19,
Fig. 21 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Größenbegrenzungs-
Verarbeitungsvorgänge nach Fig. 19,
Fig. 22 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
einer Ausführungsform, die eine von
der Ausführungsform nach Fig. 17 verschiedene
Anregungswellenform aufweist,
Fig. 23 ein Ablaufdiagramm der Verarbeitungsvorgänge an
den Signalen nach Fig. 22 und
Fig. 24 eine Tabelle zur Darstellung der Operationen
nach dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 23.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform entspricht dem
Fall, in welchem eine Rückkopplungsschleife eines Wandlers
des elektromagnetischen Strömungsmessers sowohl an Hoch-
als auch Niederfrequenzseite vorgesehen ist. Ein Wellenleiter
10 eines Gebers des Strömungsmessers
ist an seiner Innenfläche mit einem Isoliermaterial belegt
oder ausgekleidet. Elektroden 11a und 11b dienen zum
Erfassen oder Abnehmen einer Signalspannung. Eine
Erregerspule 12 dient zur Erzeugung eines Magnetfelds,
das einem zu messenden Strömungsmittel aufgeprägt
werden soll. Die Erregerspule 12 wird mit einem konstanten
Strom von Netzfrequenz
von einer Netz-Konstantstromquelle 14
und weiterhin in Überlagerung mit einem
konstanten Strom einer niedrigen Frequenz von etwa
50/8 Hz von einer Niederfrequenz-Konstantstromquelle
16 gespeist. Infolgedessen wird dem zu messenden
Strömungsmittel ein Magnetfeld mit zwei verschiedenen
Frequenzen, d. h. Netzfrequenz
und einer 1/8 dieser Frequenz betragenden
Frequenz, aufgeprägt.
Die Signalspannung wird an den Elektroden 11a und 11b
abgenommen und zu einem Vorverstärker 17
ausgegeben, der eine Beseitigung der asymmetrischen
Störspannung und eine Umwandlung
der Impedanz bewirkt und die Signalspannung an
seiner Ausgangsklemme 18 zu einem Knotenpunkt
19 ausgibt.
Am Knotenpunkt 19 wird eine Abweichung
zwischen den Ausgangssignalen des Vorverstärkers 17 und
einer Multiplizierstufe 20 abgenommen und durch einen
Verstärker 21 verstärkt. Diese Abweichung wird durch
einen Demodulator 22 mit einem Tiefpaßfilter einer kleinen
Zeitkonstante synchron gleichgerichtet oder einer
Abtast-Haltefunktion unterworfen. Das so geglättete
Gleichspannungsausgangssignal wird durch einen Spannungs-/
Frequenzwandler 23 in ein Impulsfrequenzsignal einer
konstanten Impulsbreite umgewandelt und zum Teil zur
Multiplizierstufe rückgekoppelt und zum Teil zu einem
Tiefpaßfilter 24 ausgegeben, welches dieses Signal glättet
und sein Ausgangssignal VL zu einem Addierknotenpunkt
25 ausgibt. Die Multiplizierstufe 20 weist beispielsweise
einen Schalter auf. Dieser Schalter wird an
seiner einen Klemme mit einer Vergleichsspannung einer
niedrigen Frequenz beschickt, die an den beiden Klemmen
eines Widerstands 15 erzeugt wird, so daß sie durch den
Ausgangsimpuls des Spannungs/Frequenzwandlers 23 ein-
oder ausgeschaltet wird, und dieser Schalter gibt an
seiner anderen Klemme eine Spannung zum Knotenpunkt 19
aus. Andererseits wird die Vergleichsspannung niedriger
Frequenz vom Widerstand 15 an den Demodulator 22 angelegt.
Der Verstärker 21, der Demodulator 22, der Spannungs/
Frequenzwandler 23, das Tiefpaßfilter 24 und die Multiplizierstufe
20 bilden gemeinsam eine Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 26 zum Verarbeiten einer
Niederfrequenz-Signalspannung. Diese Einheit 26 verarbeitet
das eine, der Niederfrequenzanregung entsprechende
Strömungsgeschwindigkeits- oder -mengensignal
für das Strömungsmittel, um das verarbeitete
Signal als Ausgangssignal VL zum Addierknotenpunkt 25
auszugeben. Mittels der Zeitkonstante dieser Verarbeitungseinheit
26 wird die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters
24 vergrößert, wobei das Ansprechen verzögert
wird.
Zwischen die Ausgangsklemme 18 des Vorverstärkers 17
und den Addierknotenpunkt 25 ist parallel zur Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 26 eine Netzfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 27 eingeschaltet.
Die Abweichung zwischen der Ausgangsspannung
an der Ausgangsklemme 18 des Vorverstärkers 17
und der Ausgangsspannung einer Multiplizierstufe 28 wird
an einem Knotenpunkt 29 abgenommen und durch einen Verstärker
30 verstärkt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers
30 wird entweder durch einen Demodulator 31
unter Verwendung einer am Widerstand 13 als Bezugsspannung
erzeugten Netzfrequenz-Vergleichsspannung synchron
gleichgerichtet oder einer Abtast-Haltefunktion
zu einer geglätteten Gleichspannung unterworfen.
Diese Gleichspannung wird durch einen Spannungs/Frequenzwandler
32 in ein Impulsfrequenzsignal einer
konstanten Impulsbreite umgewandelt und zur Multiplizierstufe 28
rückgekoppelt. Die Ausgangsspannung des Wandlers 32
wird durch ein Tiefpaßfilter 33 zu einer Gleichspannung
geglättet, die als Ausgangssignal VH über ein Hochpaßfilter
34 zum Addierknotenpunkt 25 ausgegeben wird.
Letzterer addiert die Ausgangssignale VL und VH zum
Ausgeben eines zusammengesetzten Ausgangssignals VC zu
einer Ausgangsklemme 35.
Bei dieser Anordnung spricht im Fall des Normalbetriebs
mit geringen Strömungsgeschwindigkeits- oder -mengenschwankungen
die Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
27 aufgrund des Vorhandenseins des Hochpaßfilters
34 nicht an, wobei hauptsächlich das Ausgangssignal VL
der Niederfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 26 mit
einem stabilen Nullpunkt als zusammengesetztes Ausgangssignal
oder Mischausgangssignal VC ausgegeben wird.
Andererseits wird der Einfluß des Strömungsrauschens
aufgrund des Vorhandenseins des Tiefpaßfilters 24 gemildert,
das eine große Zeitkonstante besitzt, die so
gewählt ist, daß das Strömungsrauschen nicht in Form
von Schwankungen des Ausgangssignals VL auftritt. Da
die Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 27 weiterhin
eine hohe Anregungs- oder Erregerfrequenz aufweist,
ist die Differenz gegenüber der Frequenz des im Niederfrequenzbereich
vorliegenden Strömungsrauschens so groß,
daß sich kein entsprechender Einfluß im Ausgangssignal
VH bemerkbar macht.
Dies bedeutet mit anderen Worten, daß es im Normalbetrieb
mit kleinen Strömungsmengenschwankungen möglich
ist, einen elektromagnetischen Strömungsmesser
zu gewährleisten, der für den Einfluß des Strömungsrauschens
kaum anfällig ist und dabei einen stabilen
Nullpunkt gewährleistet.
Falls die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit plötzlich
schwankt, spricht die Niederfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
26 aufgrund der großen Zeitkonstante
des Tiefpaßfilters 24 nicht an, während dagegen die
Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 27 augenblicklich
anspricht und das Ausgangssignal VH als zusammengesetztes
Ausgangssignal VC liefert, weil sie eine
kleine Zeitkonstante besitzt und ihr Ausgangssignal
über das Hochpaßfilter 34 liefert.
Wenn die Amplitudengröße der gesamten
Niederfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 26
sowie diejenige der gesamten Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
27 im wesentlichen gleich groß sind
und auch die Zeitkonstanten der gesamten Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 26 für Tiefpaßfilterung
sowie der gesamten Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
27 für Hochpaßfilterung im wesentlichen einander
gleich sind, wird das Ansprechen des zusammengesetzten
Ausgangssignals VC auf eine plötzliche Schwankung
bei gleichförmiger Strömungsmenge geglättet.
Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der
Erfindung als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1.
Die abgewandelte Ausführungsform entspricht dem Fall,
in welchem eine identische Regelschleife
als Rückkopplungsschleife des Wandlers des elektromagnetischen
Strömungsmessers verwendet wird. In Fig. 2 sind die den
vorher beschriebenen Teilen entsprechenden Teile mit denselben
Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher
nicht mehr im einzelnen erläutert.
Die betreffenden konstanten Ströme von der Niederfrequenz-
Konstantstromquelle 16 und der Netz-Konstantstromquelle
14 werden über einen Widerstand 36 an die Erregerspule
12 angelegt, so daß am Widerstand 36 eine Vergleichsspannung
mit zusammengesetzten bzw. überlagerten Nieder- und
Netzfrequenzen erzeugt wird.
Am Knotenpunkt 19 wird eine Abweichung
der Ausgangssignale des Vorverstärkers 17 und einer Multiplizierstufe
37 abgenommen und den beiden Verstärkern
21 und 30 eingespeist. Vom Ausgangssignal des Verstärkers
21 wird nur dessen Niederfrequenzkomponente durch
einen Frequenzseparator 38 abgetrennt und als Vergleichsspannung
dem Demodulator 22 eingespeist, so daß an der
Ausgangsklemme des Demodulators 22 ein Gleichspannungs-
Strömungsmengensignal entsprechend der Niederfrequenzanregung
erzeugt wird. Dieses Strömungsmengensignal wird
als Ausgangssignal VL 1 über das Tiefpaßfilter 24 zu einem
Addierknotenpunkt 39 ausgegeben. Beim Ausgangssignal
des Verstärkers 30 wird nur dessen Netzfrequenzkomponente
durch den Frequenzseparator 38 abgetrennt und als Vergleichsspannung
dem Demodulator 31 eingespeist, so daß
an der Ausgangsklemme des Demodulators 31 ein Gleichspannungs-
Strömungsmengensignal entsprechend der Netzfrequenzanregung
erzeugt wird. Dieses Strömungsmengensignal wird
als Ausgangssignal VH1 über das Hochpaßfilter 34 zum
Addierknotenpunkt 39 ausgegeben.
Ein zusammengesetztes Ausgangssignal VC1, das
aus den Ausgangssignalen VL1 und VH1 am Addierknotenpunkt
39 zusammengesetzt ist, wird durch einen
Spannungs/Frequenzwandler 40 in eine Impulsreihe mit
einem Tastverhältnis einer konstanten Impulsbreite
umgewandelt und zur Multiplizierstufe 37 rückgekoppelt,
so daß ein Ausgangssignal VO zu bzw. an
einer Ausgangsklemme 41 ausgegeben wird. Die Multiplizierstufe
37 besteht aus einem Schalter oder dergl.,
der durch den Ausgangsimpuls des Spannungs/Frequenzwandlers
40 geschlossen oder geöffnet wird, um die an
den beiden Klemmen des Widerstands 36 erzeugte Vergleichsspannung
der zusammengesetzten Frequenz oder
Mischfrequenz zum Knotenpunkt 19 rückzukoppeln.
Bei der eben beschriebenen Anordnung lassen sich ebenfalls
ähnliche Operationen wie im Fall von Fig. 1 erreichen,
indem eine große Zeitkonstante für das Tiefpaßfilter
24 gewählt wird.
Fig. 3 zeigt einen Strömungsmesser, bei welchem die Stabilität des Nullpunkts dadurch sichergestellt
ist, daß die Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
27 als Grundlage benutzt wird und dieser ein
Niederfrequenz-Nulldetektor hinzugefügt ist.
Das Ausgangssignal VH′ des Tiefpaßfilters 33 der
Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 27 wird nicht nur
zu einem Nullkorrekturknotenpunkt 42, sondern
auch zu einem Tiefpaßfilter 43 ausgegeben.
Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 43 wird an eine
nichtinvertierende Eingangsklemme (+) eines Nullmeß-
oder -detektorverstärkers 44 angelegt, während das
Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 24 an dessen invertierende
Eingangsklemme (-) angelegt wird. Die
Abweichung dieser Ausgangssignale wird
durch den Nulldetektorverstärker 44 berechnet. Als Ergebnis
liefert letzterer an seiner Ausgangsklemme ein Nullsignal
ε₁ entsprechend der Verschiebung des Nullpunkts
der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit 27. Der Null
korrekturknotenpunkt 42 führt eine Subtraktion zwischen
dem Ausgangssignal VH′ und dem Nullsignal ε₁ aus, um
das Subtraktions-Ausgangssignal zur Ausgangsklemme 35 auszugeben.
Die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 43 ist mit einem
großen Wert in Anpassung an diejenige des Tiefpaßfilters
24, mit hohem Wert gewählt, festgelegt, so daß es eine
der Ansprechgeschwindigkeit des Tiefpaßfilters 24 gleiche
Ansprechgeschwindigkeit besitzen kann.
Bei der beschriebenen Anordnung müssen außerdem eine
Verstärkereinheit 45, die aus dem Verstärker 21, dem
Demodulator 22, dem Spannungs/Frequenzwandler 23 und der
Multiplizierstufe 20 besteht, sowie eine Verstärkereinheit
46 aus dem Verstärker 30, dem Demodulator 31, dem
Spannungs/Frequenzwandler 32 und der Multiplizierstufe
28 einen gemeinsamen bzw. gleichen Verstärkungsgrad
besitzen.
Die Verstärkereinheit 46 ist für Einflüsse des Strömungsrauschens
nicht anfällig und besitzt ein schnelles Ansprechen,
zeigt aber langsame Schwankungen oder Fluktuationen
ihres Nullpunkts, weil sie die Netzfrequenzsignale verarbeitet.
Die Verstärkereinheit 45 ist dagegen für den
Einfluß des Strömungsrauschens anfällig, jedoch in ihrem
Nullpunkt stabil, weil sie die Niederfrequenzsignale verarbeitet.
Das Strömungsrauschen übt jedoch keinen Einfluß
auf das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 24 aus, weil
letzteres eine große Zeitkonstante aufweist. Wenn daher
die Abweichung zwischen dem Ausgangssignal, das durch
Hindurchleiten des Ausgangssignals der Verstärkereinheit
46 durch das Tiefpaßfilter 43 mit großer Zeitkonstante
gewonnen wurde, und dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters
24 durch den Nulldetektorverstärker 44 berechnet
wird, erscheint infolgedessen das Nullsignal ε₁,
das die Verschiebung des Nullpunkts anzeigt und das
durch die Verstärkereinheit 47 erzeugt wird, am Ausgang
des Nulldetektorverstärkers 44, wenn auch mit langsamem
Ansprechverhalten.
Andererseits werden sowohl das Signal der Netzfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 27 mit schwankendem Nullpunkt,
aber schnellem Ansprechen, als auch das Nullsignal
ε₁ entsprechend den Schwankungen des Nullpunkts an den
Nullkorrekturknotenpunkt 42 angelegt, in welchem eine
Subtraktion zwischen diesen Signalen erfolgt, so daß
ein Strömungsmengensignal mit schnellem Ansprechen, aber
ohne jedes Strömungsrauschen, und in welchem Nullpunktschwankungen
beseitigt sind, an der Ausgangsklemme 35 erhalten wird.
Fig. 4 veranschaulicht einen weiteren Strömungsmesser.
Während bei dem Strömungsmesser gemäß Fig. 3 die Linearitäten
der Kennlinien der Verstärkereinheiten 45 und 46 identisch sein
müssen, ist dies beim Strömungsmesser gemäß Fig. 4
nicht der Fall, so daß dessen Aufbau vereinfacht sein kann.
Die Verstärkereinheit 47 besteht aus dem Verstärker 30,
dem Demodulator 31, dem Spannungs/Frequenzwandler 32,
der Multiplizierstufe 28 und einem Nullkorrekturknotenpunkt
48. Letzterer wird mit dem Ausgangssignal der
Multiplizierstufe 28 und einem Nullsignal ε₂ gespeist,
wobei die betreffende Differenz am Nullkorrekturknotenpunkt
48 abgenommen und zum Knotenpunkt 19 ausgegeben wird.
Eine Multiplizierstufe 49 wird mit dem Ausgangssignal
des Spannungs/Frequenzwandlers 32 und der Niederfrequenz-
Vergleichsspannung vom Widerstand 15 gespeist,
um die mit dieser Vergleichsspannung modulierte Niederfrequenz-
Modulationsspannung an die eine Eingangsklemme
eines Differenzverstärkers 50 anzulegen. Letzterer ermittelt
eine Differenz zwischen der modulierten Spannung
und dem Ausgangssignal des Vorverstärkers 17, um
die Differenz zum Demodulator 22 auszugeben. Da dieser
Demodulator 22 mit der Niederfrequenz-Vergleichsspannung
vom Widerstand 15 gespeist wird, erzeugt er an
seinem Ausgang eine Gleichspannung entsprechend der
Niederfrequenzkomponente der Signalspannung. Diese
Gleichspannung wird durch den Spannungs/Frequenzwandler
23 über das Tiefpaßfilter 24 mit großer Zeitkonstante
in eine Frequenz umgewandelt; die Netzfrequenz-
Vergleichsspannung vom Widerstand 13 wird mit dieser
Frequenz durch eine Multiplizierstufe 51 moduliert
und als Nullsignal ε₂ ausgegeben, welches die Schwankungen
des Netzfrequenz-Nullpunkts am Nullkorrekturknotenpunkt
48 anzeigt. An letzterem wird das zur Netzfrequenz
modulierte Nullsignal ε₂ vom Netzfrequenz-
Ausgangssignal der Multiplizierstufe 28 subtrahiert,
so daß an der Ausgangsklemme 35 das Strömungsmengen-
oder -geschwindigkeitssignal mit durch ein Tiefpaßfilter
52 korrigiertem Nullpunkt erhalten wird.
Der Differenzverstärker 50, der Demodulator 22, das
Tiefpaßfilter 24, der Spannungs/Frequenzwandler 23,
die Multiplizierstufe 51 usw. bilden gemeinsam einen
Nulldetektor 53.
Da dieser Nulldetektor 53 nur für die Unterdrückung
des Nullpunkts benutzt wird und insgesamt nach Art eines
Differenzverstärkers arbeitet, ist die Linearität
nicht so wesentlich.
Da der Nullpunkt in der Netzfrequenz gewöhnlich langsam
schwankt, kann der Nulldetektor 53 weiterhin ein
langsames Ansprechen aufweisen, wobei er jedoch Strömungsrauschen
zu glätten vermag.
Der in Fig. 5 dargestellte Strömungsmesser
ist gegenüber demjenigen nach Fig. 4 in der
Weise abgewandelt, daß der Korrekturknotenpunkt für
das Nullsignal ε₂ geändert ist.
Das Ausgangssignal des Demodulators 31 einer Verstärkereinheit
54 und ein Nullsignal ε₃ werden an einen Nullkorrekturknotenpunkt
55 angelegt, in welchem sie einer
solchen Subtraktion unterworfen werden, daß das resultierende
Signal zu einem Spannungs/Frequenzwandler 56
ausgegeben wird, dessen Verstärkungsgrad demjenigen des
Spannungs/Frequenzwandlers 32 gleich gewählt ist.
Eine Multiplizierstufe 57 wird mit dem Ausgangssignal
des Spannungs/Frequenzwandlers 56 und der Niederfrequenz-
Vergleichsspannung vom Widerstand 15 gespeist,
um die mit dieser Vergleichsspannung modulierte Niederfrequenz-
Modulationsspannung an die eine Eingangsklemme
des Differenzverstärkers 50 anzulegen.
Letzterer ermittelt eine Abweichung zwischen
dieser modulierten Spannung und dem Ausgangssignal des
Vorverstärkers 17, um diese zum Demodulator 22 auszugeben.
Letzterer liefert eine Gleichspannung entsprechend
der Niederfrequenzkomponente der Signalspannung
als Nullsignal ε₃ zum Nullkorrekturknotenpunkt
55.
Ein Nulldetektor 58 besteht aus der Multiplizierstufe
57, dem Differenzverstärker 50, dem Demodulator
22, dem Tiefpaßfilter 24, usw.
Fig. 6 zeigt in einem der Fig. 3, gemäß welcher die
Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit als Hauptteil
vorgesehen ist, entsprechenden Blockschaltbild
eine Ausführungsform, bei welcher zur Verbesserung
ihrer Ansprechcharakteristik eine Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit als Hauptteil vorgesehen
ist.
Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 24 mit stabilem
Nullpunkt der Niederfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
26 wird zu einem Ansprechkorrekturknotenpunkt
59 ausgegeben und an die
eine Eingangsklemme eines Ansprechmeß- oder -detektorverstärkers
60 angelegt. Die andere Klemme des Verstärkers
60 wird mit dem Ausgangssignal von der Netzfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit 27 mit schnellem
Ansprechen gespeist, und er ermittelt die Differenz
zwischen diesem Ausgangssignal und dem Ausgangssignal
des Tiefpaßfilters 24, um diese Differenz über ein
Hochpaßfilter 61 zum Ansprechkorrekturknotenpunkt 59
auszugeben.
Dieser Knotenpunkt 59 führt eine Subtraktion zwischen
den Ausgangssignalen vom Hochpaßfilter 61 und vom Tiefpaßfilter
24 durch und gibt das Differenzsignal zur
Ausgangsklemme 35 aus.
Das Ausgangssignal der Niederfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
26 weist einen stabilen Nullpunkt auf,
zeigt jedoch ein langsames Ansprechen. Dagegen weist
das Ausgangssignal von der Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
27 einen instabilen Nullpunkt auf,
zeigt aber ein schnelles Ansprechen.
Infolgedessen enthält das durch Ermittlung einer
Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Tiefpaßfilter
24 und 33 am Ansprechdetektorverstärker 60 erhaltene
Signal eine Gleichspannungskomponente, während das durch
Hindurchleiten der Gleichspannungskomponente durch
das Hochpaßfilter 61 erhaltene Ansprechkompensiersignal
VC keine Gleichspannungskomponente enthält,
sondern eine nicht beeinträchtigte Nullpunktstabilität
und ein schnelles Ansprechen zeigt. Das Ausgangssignal
des Ansprechkorrekturknotenpunkts
59 kompensiert damit das langsame Ansprechen
des Tiefpaßfilters 24 mit dem Ansprechkompensiersignal
VC, so daß ein schnelles Ansprechen und ein stabiler
Nullpunkt erreicht werden.
Fig. 7 veranschaulicht eine gegenüber der Ausführungsform
nach Fig. 6 verbesserte Ausführungsform der Erfindung,
die im wesentlichen aus einer Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit aufgebaut ist und der Anordnung
nach Fig. 4 entspricht, die hauptsächlich aus
der Netzfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit aufgebaut
ist.
Eine Multiplizierstufe 62 wird mit dem Ausgangssignal
des Spannungs/Frequenzwandlers 23 gespeist und moduliert
dieses mit der am Widerstand 13 erhaltenen Netzfrequenz-
Vergleichsspannung zum Ausgeben des modulierten
Ausgangssignals an die eine Eingangsklemme eines
Ansprechdetektorverstärkers 63. Letzterer berechnet
und liefert die Differenz zwischen dem an seine eine
Eingangsklemme angelegten modulierten Ausgangssignal
und dem an die andere Eingangsklemme angelegten Ausgangssignal
vom Vorverstärker 17. Das Ausgangssignal
dieses Verstärkers 63 wird durch den Demodulator 31
mit der am Widerstand 13 erhaltenen Netzfrequenz-
Vergleichsspannung demoduliert, so daß ein Ansprechkompensiersignal
VC′ der Signalspannung entsprechend
der Netzfrequenzkomponente zu einem Ansprechkorrekturknotenpunkt
64 ausgegeben wird.
Das Niederfrequenzausgangssignal vom Tiefpaßfilter 24
wird an den Ansprechkorrekturknotenpunkt 64 angelegt
und in seinem Ansprechen mit dem Ansprechkompensiersignal
VC′ korrigiert, bevor es zum Spannungs/
Frequenzwandler 23 ausgegeben wird. Wenn somit das
Ansprechkompensiersignal VC′ der Niederfrequenz
signal-Verarbeitungseinheit 26 eingespeist wird, unterliegt
der Verstärkungsgrad des Ansprechdetektors aus dem
Ansprechdetektorverstärker 63, dem Demodulator 31, der
Multiplizierstufe 62 usw. keinem Fehler, auch wenn er
nicht stabil ist.
Fig. 8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher die Erregung mittels Rechteckwellen erfolgt.
Die Erregerspule 12 wird mit einem Erregerstrom If
von einem Erreger 65 gespeist, der auf die
im folgenden beschriebene Weise aufgebaut ist.
Eine Bezugsspannung E₁ wird über einen Schalter SW₁
an eine nichtinvertierende Eingangsklemme (+) eines
Verstärkers Q₁ angelegt, dessen Ausgangsklemme mit der
Basis eines Transistors Q₂ verbunden ist. Der Emitter
des Transistors Q₂ ist über einen Widerstand Rf mit
einem Sammelpunkt COM und mit der invertierenden Eingangsklemme
(-) des Verstärkers Q₁ verbunden. Eine
Erregerspannung ES wird zwischen den
Sammelpunkt COM und den Kollektor des Transistors Q₂
über sowohl eine Reihenschaltung aus Schaltern SW₂ und
SW₃ als auch eine Reihenschaltung aus Schaltern SW₄ und
SW₅, die ihrerseits zur erstgenannten Reihenschaltung
parallelgeschaltet ist, angelegt. Die Erregerspule 12
ist mit dem Knotenpunkt zwischen den Schaltern SW₂ und
SW₃ sowie dem Knotenpunkt zwischen den Schaltern SW₄
und SW₅ verbunden. Die Verbindungen oder Anschlüsse
dieser Schalter SW₁, SW₂ und SW₅, SW₃ und SW₄ werden
durch Zeitsteuer- bzw. Schritt-Taktsignale S₁, S₂ bzw. S₃
angesteuert.
Andererseits wird die Signalspannung an den Elektroden
11a und 11b abgenommen und zum Vorverstärker 17 ausgegeben.
Letzterer bewirkt die Beseitigung der asymmetrischen
Störspannung und die Impedanzumwandlung, und er
gibt die Signalspannung über seine Ausgangsklemme zu
einem Knotenpunkt 66 aus. Die Signalspannung an diesem
Knotenpunkt 66 wird entweder über einen Schalter SW₇
oder eine Reihenschaltung aus einem invertierenden Verstärker
Q₃ und einem Schalter SW₈ zu einem Tiefpaßfilter
67 einer kleinen Zeitkonstante geliefert.
Die Signalspannung am Knotenpunkt 66 wird weiterhin entweder
über einen Schalter SW₉ oder eine Reihenschaltung
aus einem invertierenden Verstärker Q₄ und einem Schalters
SW₁₀ zu einem Tiefpaßfilter 68 einer kleinen Zeitkonstanten
geliefert. Diese Schalter SW₇, SW₈, SW₉ und
SW₁₀ werden mittels der Taktsignale S₇, S₈, S₉ bzw. S₁₀
von einem Zeitgeber 69 geschlossen bzw. geöffnet. Das
Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 67 und das Ausgangssignal
des Tiefpaßfilters 68 werden jeweils über das
Tiefpaßfilter 24 der großen Zeitkonstante und eine Reihenschaltung
aus einem Verstärker Q₅ mit variabler Verstärkung
und dem Hochpaßfilter 34 geleitet und am Addierknotenpunkt
25 addiert, wobei das addierte Ausgangssignal
über ein Tiefpaßfilter 70 an der Ausgangsklemme
35 ausgegeben wird.
Der Verstärker Q₅ mit variabler Verstärkung ist dabei
vorgesehen, um eine Einstellung zum Egalisieren der
Ausgangsspannung VL vom Tiefpaßfilter 24 und der Ausgangs
spannung VH vom Hochpaßfilter 34 vorzunehmen.
Bei der beschriebenen Anordnung sind die einzelnen
Konstanten so gewählt, daß die Übertragungsfunktionen
der über das Tiefpaßfilter 24 verlaufenden Niederfrequenzschleife,
die durch den Knotenpunkt 66 und den
Addierknotenpunkt 25 gebildet ist, und der über das
Hochpaßfilter 34 verlaufenden und aus dem Knotenpunkt
66 sowie dem Addierknotenpunkt 25 gebildeten
Hochfrequenzschleife eine Summe von 1 ergeben. In der Praxis
reicht es aus, die Zeitkonstanten des Tiefpaßfilters
24 und des Hochpaßfilters 34 sowie die Signalspannungen
der einzelnen Schleifen durch Einstellung des
Verstärkungsgrads des genannten Verstärkers
Q₅ zu egalisieren.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der Ausführungsform
gemäß Fig. 8 anhand der graphischen Wellenformdarstellung
von Fig. 9 erläutert.
Wie in Fig. 9(a) gezeigt, ist das Zeitsteuer- oder
Schrittaktsignal S₁ abwechselnd EIN und
AUS, so daß jeweils die Bezugsspannung E₁ an die nichtinvertierende
Eingangsklemme (+) des Verstärkers Q₁ angelegt
oder nicht angelegt wird. Andererseits werden
die Schalter SW₂ und SW₅ sowie die Schalter SW₃ und SW₄
mit den Niederfrequenzwellen der Taktsignale S₂ (vgl.
Fig. 9(b)) bzw. S₃ (vgl. Fig. 9(c)) abwechselnd geschlossen,
so daß der Erregerstrom If fließt, in welchem
die Niederfrequenzwellen (mit einer Periode von 2 T)
und die Hochfrequenzwellen (mit einer Periode von 2 t)
zusammengesetzt sind, wie dies in Fig. 9(d) dargestellt
ist.
Die Signalspannung am Knotenpunkt 66 wird mit den Taktsignalen
S₇ und S₈ gemäß Fig. 9(e) und 9(f) abgetastet,
so daß an der Ausgangsklemme
des Schalters SW₇ die in Fig. 9(g) gezeigte Spannung
erhalten wird. Diese Spannung wird durch das Tiefpaßfilter
67 geglättet und über das Tiefpaßfilter 24 zum
Addierknotenpunkt 25 ausgegeben.
Weiterhin wird die Signalspannung am Knotenpunkt 66 mit
den Taktsignalen S₉ und S₁₀ zu Zeitpunkten
gemäß Fig. 9(h) und 9(i) abgetastet bzw. abgegriffen.
Infolgedessen wird an der Ausgangsklemme des
Schalters SW₉ die in Fig. 9(j) dargestellte Signalspannung
ausgegeben, deren Größe durch den Verstärker
Q₅ mit variabler Verstärkung eingestellt wird,
bevor sie über das Hochpaßfilter 34 zum
Addierknotenpunkt 25 ausgegeben wird.
Die am Addierknotenpunkt 25 addierten Signalspannungen
werden durch das Tiefpaßfilter 70 geglättet und zur
Ausgangsklemme 35 geliefert. Wenn dabei die Übertragungsfunktionen
des Tiefpaßfilters 24 als 1/(1+T₁S)
und des Hochpaßfilters 34 als T₂/(1+T₂S) ausgedrückt
werden, sind die betreffenden Zeitkonstanten
T₁ und T₂ so gewählt, daß sie T₁=T₂ genügen und
diese Übertragungsfunktionen somit eine Summe von 1 ergeben
(S = Operator für Filtercharakteristik).
Wenn die einzelnen Zeitkonstanten so gewählt sind, daß
sie der obigen Beziehung genügen, variieren die Signalspannung
VL am Ausgang des Tiefpaßfilters 24 und die
Signalspannung VH am Ausgang des Hochpaßfilters 34
auf die in Fig. 10(a) gezeigte Weise, falls die Signalspannungen
schrittweise variieren. Infolgedessen zeigt
das addierte Ausgangssignal VO schrittweise Änderungen
ohne jeden Fehler, wie dies in Fig. 10(b) dargestellt
ist.
Falls dagegen die Summe der einzelnen Übertragungsfunktionen
nicht gleich 1 ist, variieren die Signalspannungen
VL und VH am Ausgang des Tiefpaßfilters 24
bzw. am Ausgang des Hochpaßfilters 34 auf die in Fig.
10(c) gezeigte Weise, wenn die Signalspannungen schrittweise
variieren. Infolgedessen zeigt das addierte Ausgangssignal
VO′ den Fehler ε₁ einschließende Schwankungen
oder Variationen (vgl. Fig. 10(d)).
Das Tiefpaßfilter 24 und das Hochpaßfilter 34 sind nicht
auf die Primärfilter beschränkt, sondern können Filter
beliebiger Art sein, wenn die Summe ihrer Übertragungsfunktionen
gleich 1 ist. Falls dagegen für das Schrittansprechen
keine Genauigkeit gefordert wird,
braucht die Summe der Übertragungsfunktionen nicht genau
eingestellt zu werden.
Fig. 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, welche die jeweiligen Vorteile der Zweifrequenzanregung
und der Niederfrequenzanregung nutzt.
In einem elektromagnetischen Strömungsmesser dringen,
allgemein gesprochen, nicht nur die Strömungsstörsignale bzw.
Strömungsrauschen, sondern auch Differentialstörsignale
aufgrund der kapazitiven Ankopplung vom Erreger
zu den Elektroden ein, woraus im Fall einer
Hochfrequenzanregung niedrige oder mittlere Schwankungen
folgen.
Die Niederfrequenzanregung ist dagegen insofern vorteilhaft,
als sie einen stabilen Nullpunkt gewährleistet
und für die Differentialstörsignale
kaum anfällig ist; nachteilig daran ist jedoch,
daß dabei ein Ansprechen auf Strömungsrauschen
erfolgt, weil das betreffende Frequenzband zu demjenigen
des Strömungsrauschens gehört bzw. innerhalb
von diesem liegt.
Die in Fig. 8 veranschaulichte Zwei- oder Doppelfrequenzanregung
mit zwei niedrigen und hohen Frequenzen ist
andererseits insofern vorteilhaft, als sie einen stabilen
Nullpunkt gewährleistet und gegenüber Strömungsrauschen
stabil ist; wie sich aus der vorstehenden Beschreibung
ergibt, ist daran jedoch nachteilig, daß diese
Anregungsart über lange Zeitspannen hinweg gegenüber
Differentialstörsignalen stabil, gegenüber den mittleren
Schwankungen jedoch schwach stabil bzw. instabil ist,
weil sie auf der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
beruht.
Da weder Strömungsrauschen noch Differentialstörsignale
vorhanden sind oder nur die letzteren vorliegen, kann
daher ein Ausgangssignal mit stabilem Nullpunkt auch
dann erzielt werden, wenn die Signale durch die Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit verarbeitet werden.
Wenn dagegen Strömungsrauschen vorhanden ist, kann das
Ausgangssignal mit stabilem Nullpunkt dann erhalten
werden, wenn die Signale an der Zweifrequenzanregungsseite
verarbeitet werden.
Bei strömendem Strömungsmittel kommt es aber vor, daß
sowohl Strömungsrauschen als auch Differentialstörsignale
vorhanden sind. Auch wenn dabei der Nullpunkt
an der Zweifrequenzanregungsseite mit mittleren Schwankungen
um den Nullpunkt herum für eine entsprechende
Zeitspanne durch die Differentialstörsignale zum Schwanken
gebracht wird, werden diese Nullpunktschwankungen
maskiert und mit der Zeit gemittelt, so daß sie keinen
wesentlichen Fehler einführen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 wird daher das
optimale Ausgangssignal durch Erfassen oder Abgreifen
der Größe des Strömungsrauschens mit dem Ausgangssignal
an der Niederfrequenzseite und durch entsprechendes
Variieren des Addierverhältnisses zwischen der Niederfrequenzseite
und der Zweifrequenzseite erzeugt.
Ein Signal SL, das Strömungsrauschen
enthält, wird vom Ausgang
des Tiefpaßfilters 67 an der Niederfrequenzseite abgegriffen,
und seine variierende Komponente ΔSL wird
durch ein Hochpaßfilter 71 ausgesiebt und zu einer
Absolutwertschaltung 72 ausgegeben. Letztere ermittelt
den Absolutwert |ΔSL| dieser variierenden Komponente
ΔSL und legt diesen als Ausgangssignal eΔ über ein
Tiefpaßfilter 73 an eine Klemme einer Subtrahierstufe
74 an. Die andere Klemme der Subtrahierstufe 74
wird mit einer Bezugsspannung E₂ beaufschlagt, so daß
die resultierende Spannungsdifferenz einer Multiplizierstufe
75 eingegeben wird. Da das Ausgangssignal
eΔ im vorliegenden Fall so gewählt ist, daß es der Beziehung
0 ≦ eΔ ≦ E₂ genügt, wird die der Multiplizierstufe 75
einzuspeisende Spannung mit größer werdender variierender
Komponente ΔSL des Signals SL kleiner. Die Multiplizierstufe
75 ermittelt das Produkt aus dem Signal SL
und dem Ausgangssignal der Subtrahierstufe 74, um dieses
zu einer Klemme einer Verhältnisaddierstufe 76 zu liefern.
Andererseits leitet eine Multiplizierstufe 77 das Produkt
aus dem zusammengesetzten Ausgangssignal VC des
Addierknotenpunkts 25 und dem Ausgangssignal eΔ des
Tiefpaßfilters 73 ab, um dieses Produkt an die andere
Klemme der Addierstufe 76 anzulegen. Diese Beziehung
läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:
VO = kVC + (1-k) SL ,
darin bedeutet: k = durch das Ausgangssignal eΔ zu
kontrollierendes oder einzustellendes Verhältnis.
Die Addierstufe 76 addiert die jeweiligen Ausgangssignale
der Multiplizierstufen 75 und 77 und gibt
das Ergebnis als Strömungsmengenausgangssignal VO
über das Tiefpaßfilter 70 zur Ausgangsklemme 35 aus.
Infolgedessen wird mit größer werdender variierender
Komponente ΔSL des Signals SL das Ausgangssignal vom
Tiefpaßfilter 73 größer, so daß das Ausgangssignal
der Multiplizierstufe 75 kleiner wird, während das
Ausgangssignal der Multiplizierstufe 77 größer wird.
Hierdurch verkleinert sich das Verhältnis zwischen den
Ausgangssignalen der Niederfrequenzseite und der Zweifrequenzseite.
Er kann somit das optimale Ausgangssignal
durch Erfassen der Schwankungen des
Strömungsrauschens oder dergl. an der Niederfrequenzseite
erzielt werden, um automatisch das Verhältnis
zwischen den Ausgangssignalen der Zweifrequenzseite
und der Niederfrequenzseite zu ändern.
Fig. 12 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, die eine Vereinfachung des Aufbaus bzw. der
Schaltungsanordnung der Ausführungsform gemäß Fig. 11
darstellt.
Das Ausgangssignal eΔ des Tiefpaßfilters 73 wird an
die eine Eingangsklemme eines Komparators 78 angelegt,
an dessen anderer Klemme eine Bezugsspannung E₃ anliegt,
so daß ein mit dem Signal SL, d. h. einem Niederfrequenzsignal,
und dem zusammengesetzten Ausgangssignal VC,
d. h. dem Signal der Zweifrequenzseite, beaufschlagter
Schalter SW₁₁ durch das Ausgangssignal vom Komparator
78 umgeschaltet wird. Wenn das Ausgangssignal eΔ eines
Tiefpaßfilters 73 die Bezugsspannung E₃ übersteigt,
wird der Schalter SW₁₁ auf das zusammengesetzte Ausgangssignal
VC umgeschaltet. Anderenfalls wird der
Schalter SW₁₁ auf das Niederfrequenzsignal SL umgeschaltet.
Fig. 13 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform,
bei welcher beim Umschalten des Schalters eine
Hysterese zur Ausführungsform gemäß Fig. 12 hinzugefügt
wird.
Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangssignal
des Komparators 78 einerseits direkt und andererseits über eine
monostabile Schaltung (Multivibrator) 79a an die Eingangsklemmen
eines ODER-Glieds 79b angelegt, das seinerseits
mit seinem Ausgangssignal den Schalter SW₁₁ ansteuert.
Der Schalter SW₁₁ bleibt damit für die Zeitspanne einer
vorbestimmten Breite des durch die monostabile Schaltung
79a erzeugten Impulses unbetätigt, auch wenn das
Ausgangssignal des Komparators 78 variiert,
so daß Rattern bzw. Schalterprellen verhindert werden kann.
Fig. 14 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform,
bei welcher die Zwei- oder Doppelfrequenzseite
und die Niederfrequenzseite durch Erfassung des
Pegels des Ausgangssignals an der Niederfrequenzseite
umgeschaltet werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen gemäß Fig. 12
und 13 werden die Änderungen des Signals an der Niederfrequenzseite
zum Umschalten des Schalters SW₁₁ erfaßt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 wird dagegen
die Absolutgröße des Signals an der Niederfrequenzseite
erfaßt. Ein Komparator 80, an dessen
einer Eingangsklemme eine Bezugsspannung E₄ anliegt,
wird an seiner anderen Klemme mit dem Signal SL gespeist,
um mit seinem Ausgangssignal den Schalter SW₁₁ auf die
Niederfrequenz- oder die Zweifrequenzseite umzuschalten.
Wenn das Signal SL die Bezugsspannung E₄ übersteigt,
wird der Schalter SW₁₁ zur Erzeugung
des zusammengesetzten Ausgangssignals VC auf die Zweifrequenzseite
umgeschaltet.
Fig. 15 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Verteilung
des Verstärkungsgrads der Schaltung zur Verhinderung
einer etwaigen Sättigung des Verstärkers aufgrund
von Rauschen bzw. Störsignalen geändert wird.
Für einen elektromagnetischen Strömungsmesser wird
angestrebt, die Erregerleistung zur
Gewährleistung einer wirtschaftlichen Leistungsnutzung
zu senken, doch nimmt mit niedrigerer Anregungsleistung
auch seine Signalspannung ab. Zum
Ausgleich hierfür wird eine Vergrößerung des Verstärkungsgrads
der Schaltung angestrebt. Da andererseits
Strömungsrauschen od. dgl.
unabhängig von der Anregungsleistung konstant ist,
kann der elektromagnetische Strömungsmesser für Störsignale
anfällig werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 wird
daher die Verteilung des Verstärkungsgrads in der
Schaltung in Abhängigkeit von den Störsignalen geändert,
um die Sättigung der Schaltung zu verhindern.
Ein variabler Verstärker oder Regelverstärker 81 ist
zwischen die Ausgangsklemme des Vorverstärkers 17 und
den Knotenpunkt 66 geschaltet, während ein kompensierender
Verstärker 82 zwischen den Addierknotenpunkt
25 und das Tiefpaßfilter 70 des Ausgangs geschaltet ist.
Weiterhin werden die Verstärkungsgrade des variablen
Verstärkers 81 und des kompensierenden Verstärkers 82
mit den durch einen Störsignaldetektor 83 erfaßten Störsignalen
(Rauschen) so geregelt oder eingestellt, daß
das entsprechende Produkt aus den Verstärkungsgraden
der beiden Verstärker 81 und 82 konstant bleiben kann.
Der variable Verstärker 81 besitzt den im folgenden
beschriebenen Aufbau. Ein Verstärker Q₆, dessen nichtinvertierende
Eingangsklemme (+) mit dem gemeinsamen
oder Sammelpotentialpunkt COM verbunden ist, ist an
seiner invertierenden Eingangsklemme (-) über einen
Widerstand Ri an die Ausgangsklemme des Vorverstärkers
17 angeschlossen. Zwischen dieser invertierenden Eingangsklemme
(-) und der Ausgangsklemme des Verstärkers
Q₆ sind ein Reihenkreis aus einem Widerstand R₁ und
einem Schalter SW₁₂, ein Reihenkreis aus einem Widerstand
R₂ und einem Schalter SW₁₃ sowie ein Reihenkreis
aus einem Widerstand R₃ und einem Schalter SW₁₄ parallel
eingeschaltet. Diese Schalter SW₁₂, SW₁₃ und SW₁₄
werden mittels Steuersignalen S₁₂, S₁₃ bzw. S₁₄ vom
Störsignaldetektor 83 geschaltet.
Der Störsignaldetektor 83 besitzt den im folgenden
beschriebenen Aufbau. Die Absolutgröße des Ausgangssignals vom
Vorverstärker 17 wird durch einen Absolutgrößenkreis 84
berechnet und zu einem Tiefpaßfilter 85 ausgegeben. Das
Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 85 wird sowohl an die andere
Eingangsklemme des Komparators Q₇, an dessen einer Eingangsklemme eine
Bezugsspannung E₅ anliegt, als auch die andere Eingangsklemme
eines Komparators Q₈ angelegt, dessen eine bzw. erste Eingangsklemme
mit einer Bezugsspannung E₆ gespeist wird, so daß dadurch
die Beziehung zwischen den Pegeln der Bezugsspannungen
E₅, E₆ und dem Pegel des im Ausgangssignal des Vorverstärkers
17 enthaltenen Rauschens bewertet wird. Die Ausgangssignale
der Komparatoren Q₇ und Q₈ werden an die betreffenden Eingangsklemmen
eines NOR-Glieds Q₉ angelegt, so daß die NOR-Funktion
der Ausgangssignale zur Lieferung des Steuersignals S₁₄ an
seiner Ausgangsklemme berechnet wird. Die durch einen Inverter
Q₁₁ invertierten Ausgangssignale von den Komparatoren Q₇ und
Q₈ werden den betreffenden Eingangsklemmen eines NOR-Glieds Q₁₀
aufgeprägt, so daß die NOR-Funktion der Ausgangssignale am NOR-Glied
Q₁₀ berechnet wird, um an dessen Ausgangsklemme das Steuersignal
S₁₃ zu liefern. Außerdem wird das Steuersignal
S₁₂ als Ausgangssignal des Komparators Q₇ erhalten.
Diese Steuersignale erfassen die Größe der an der Ausgangsklemme
des Vorverstärkers 17 erzeugten Störsignale
(Rauschen), so daß sie die betreffenden Schalter entsprechend
der Störsignalgröße umschalten, um den Verstärkungsgrad
des variablen Verstärkers 81 zu ändern.
Der kompensierende Verstärker 82 ist auf die im folgenden
beschriebene Weise ähnlich wie der variable Verstärker
81 aufgebaut. Die Ausgangsklemme des Vorverstärkers
17 ist über einen Widerstand Ri′ mit der invertierenden
Eingangsklemme (-) eines Verstärkers Q₆′
verbunden, dessen nichtinvertierende Eingangsklemme (+)
an den Sammelpotentialpunkt COM angeschlossen ist. Zwischen
die Ausgangsklemme des Vorverstärkers 17 und die
Ausgangsklemme des Verstärkers Q₆′ sind in Parallelschaltung
folgende Bauelemente eingeschaltet: Ein Reihenkreis
aus einem Widerstand R₁′ und einem Schalter SW₁₂′,
ein Reihenkreis aus einem Widerstand R₂′ und einem
Schalter SW₁₃′ sowie ein Reihenkreis aus einem Widerstand
R₃′ und einem Schalter SW₁₄′. Die Schalter SW₁₂′,
SW₁₃′ und SW₁₄′ werden mittels der von den Störsignaldetektoren
gelieferten Steuersignale S₁₂, S₁₃ bzw. S₁₄
umgeschaltet. Die jeweiligen Konstanten der Bauelemente
sind so gewählt, daß der kompensierende Verstärker 82
variabel sein kann, um den Verstärkungsgrad des variablen
Verstärkers 81 zu kompensieren und den Gesamtverstärkungsgrad
konstant zu halten. Die Verstärkungsgrade
werden mithin in Abhängigkeit von der Größe der
Störsignale (Rauschen) geändert, um eine Sättigung der
Schaltung aufgrund der Störsignale zu verhindern.
Fig. 16 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform, die schnell auf einen Normalbetrieb
rückführbar ist.
Da die Zwei- bzw. Doppelfrequenzanregung an ihrer
Niederfrequenzseite das Tiefpaßfilter mit einer großen
Zeitkonstante benötigt, ist sie mit einer beträchtlichen
Zeitspanne für Dauer- oder Einschwingzustandbetrieb
behaftet, wenn die Stromzufuhr hergestellt wird
oder wenn die Störsignale eintreten und beseitigt werden,
um von einem abnormalen Zustand in den Normalzustand
zurückzukehren. Dieses Problem wird durch die
Ausführungsform gemäß Fig. 16 gelöst.
Eine Zeitkonstanten-Änderungsstufe 86 besitzt den im
folgenden beschriebenen Aufbau. Zwischen die Ausgangsklemme
des Tiefpaßfilters 67 mit kleiner Zeitkonstante
und den Addierknotenpunkt 25 ist in Reihe dazu ein
Transistor Q₁₂ eingeschaltet, dessen zwei Anschlüsse
durch einen Schalter SW₁₅ kurzgeschlossen
sind. Zwischen die Ausgangsklemme des Transistors
Q₁₂ und den Sammelpotentialpunkt COM ist ein Kondensator
C₁ eingeschaltet. Der Transistor Q₁₂, dessen Innenwiderstand
mittels eines Steuersignals S₁₅
eingestellt wird, und der Kondensator C₁ gestalten
die Zeitkonstante eines Tiefpaßfilters 87 variabel.
Ein Kondensator C₂ ist in Reihe zwischen die Ausgangsklemme
des Verstärkers Q₅ mit variabler Verstärkung
und den Addierknotenpunkt 25 geschaltet. Zwischen die
Ausgangsklemme des Kondensators C₂ und den Sammelpotentialpunkt
COM ist ein Transistor Q₁₃ geschaltet, der
durch einen Schalter SW₁₆ kurzgeschlossen
ist und dessen Innenwiderstand mittels des Steuersignals
S₁₅ eingestellt wird. Der Transistor
Q₁₃ und der Kondensator C₂ bilden gemeinsam ein Hochpaßfilter
88.
Ein Störsignaldetektor 89 ist auf die im folgenden beschriebene
Weise aufgebaut. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers
17 wird an die anderen Eingangsklemmen sowohl
eines Komparators Q₁₄, dessen eine, erste Eingangsklemme
mit einer Bezugsspannung E₇ gespeist wird, als
auch eines Komparators Q₁₅ angelegt, dessen eine Eingangsklemme
mit einer Bezugsspannung E₈ gespeist wird;
die betreffenden Ausgangssignale beider Komparatoren
Q₁₄ und Q₁₅ werden den betreffenden Eingängen eines
ODER-Glieds Q₁₆ aufgeprägt. Das Ausgangssignal des
ODER-Glieds Q₁₆ wird über ein Tiefpaßfilter 90 an die
andere Eingangsklemme eines Komparators Q₁₇ angelegt,
dessen eine, erste Eingangsklemme mit einer Bezugsspannung
E₉ gespeist wird und dessen Ausgangsklemme an
eine monostabile Schaltung (Multivibrator) 91 angeschlossen
ist. Das Ausgangssignal von der monostabilen
Schaltung 91 wird durch einen Invertere Q₁₈ invertiert
und zu einem Tiefpaßfilter 92 ausgegeben, das aus einem
Widerstand R₄ und einem Kondensator C₃ aufgebaut ist.
Die beiden Klemmen oder Anschlüsse des Widerstands R₄
sind durch eine Diode D₁ kurzgeschlossen,
um an der Ausgangsklemme des Tiefpaßfilters 92
das Steuersignal S₁₅ zu liefern.
Wenn das Ausgangssignal vom Vorverstärker 17 einen geringen
Störsignalanteil enthält, besitzt das Ausgangssignal
des ODER-Glieds Q₁₆ den niedrigpegeligen Zustand,
wobei auch das Ausgangssignal des Komparators Q₁₇ den
niedrigen Pegel besitzt. Infolgedessen besitzt auch das
Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 91 den niedrigen
Pegel, während das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters
92, das Steuersignal S₁₅, auf dem hohen Pegel liegt.
Dieser Signalzustand wird über einen Wähler 93 an die
Transistoren Q₁₂ und Q₁₃ angelegt, um deren Innen- oder
Eigenwiderstände auf hohen Werten zu halten.
Falls die Bezugsspannungen E₇ und E₈ übersteigende Störsignale
(Rauschen) am Ausgang des Vorverstärkers 17 erscheinen,
nimmt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 90
den hohen Pegel an. Infolgedessen hält das Ausgangssignal
des Komparators Q₁₇ seinen hohen Pegel aufrecht,
solange die Störsignale vorliegen.
Da jedoch das Ausgangssignal des Komparators Q₁₇ auf den
niedrigen Pegel abfällt, wenn die Störsignale zu bestehen
aufhören, erfaßt die monostabile Schaltung 91 die abfallende
Flanke, um einen Impuls eines hohen
Pegels und einer vorbestimmten Länge an ihrem Ausgang
zu liefern. Dieser Impuls wird durch den Inverter Q₁₈ invertiert
und an das Tiefpaßfilter 92 angelegt, dessen Ausgangs-
oder Steuersignal S₁₅ zunächst auf den niedrigen
Pegel abfällt und dann mit einer durch die Zeitkonstante
des Tiefpaßfilters 92 bestimmten Geschwindigkeit auf den
hohen Pegel zurückgeht.
Wenn die Störsignale zu bestehen aufhören, fallen infolgedessen
die Innen- oder Eigenwiderstände der Transistoren
Q₁₂ und Q₁₃ zunächst ab, um dann allmählich wieder anzusteigen,
so daß die Rückkehr in den Einschwingzustand
nach dem Verschwinden der Störsignale beschleunigt wird.
Ein Stromquellen-Zustandsdetektor 94 besitzt den im folgenden
beschriebenen Aufbau. Der Strom
von einer Stromquelle E₁₀ wird über einen Schalter SW₁₇
an einen Widerstand R₅ und einen Kondensator C₄ angelegt.
Die Spannung an der Verzweigung zwischen dem Widerstand
R₅ und dem Kondensator C₄ wird der anderen Eingangsklemme
eines Komparators Q₁₉ aufgeprägt, dessen eine, erste Eingangsklemme
mit einer Bezugsspannung E₁₁ gespeist wird.
Die Eingangsklemmen eines ODER-Glieds Q₂₀ werden mit den
betreffenden Ausgangssignalen der monostabilen Schaltung
91 und des Komparators Q₁₉ gespeist, um die Schalter SW₁₅
und SW₁₆ der Zeitkonstanten-Änderungsstufe 86 mittels
des Ausgangssignals vom ODER-Glied zu schließen oder zu
öffnen.
Da die Spannung an der Verzweigung zwischen Widerstand
R₅ und Kondensator C₄ beim Anlegen der Stromquellenspannung
den niedrigen Pegel besitzt, befindet sich das
Ausgangssignal des Komparators Q₁₉ auf dem hohen Pegel,
und die Schalter SW₁₅ und SW₁₆ sind im Schließzustand.
Nach Ablauf einer vorbestimmten, durch die Zeitkonstante
des Widerstands R₅ und des Kondensators C₄ bestimmten
Zeitspanne wird jedoch das Ausgangssignal des
Komparators Q₁₉ auf den niedrigen Pegel invertiert, so
daß die Schalter SW₁₅ und SW₁₆ öffnen.
Infolgedessen ist für die vorbestimmte Zeitspanne vom
Augenblick der ersten Stromzufuhr die Zeitkonstante der
Zeitkonstanten-Änderungsstufe 86 so klein, daß eine
schnelle Rückkehr zu den normalen Operationen erfolgen
kann.
Bei Wiederherstellung des Normalbetriebs nach dem Verschwinden
der Störsignale wird weiterhin der Impuls des
hohen Pegels für eine vorbestimmte Zeitspanne von der
monostabilen Schaltung 91 über das ODER-Glied Q₂₀ angelegt,
um die Schalter SW₁₅ und SW₁₆ zu schließen.
Im Wähler 93 werden das Steuersignal S₁₅ und die Spannung
an der Verzweigung zwischen Widerstand R₅ und Kondensator
C₄ an die betreffenden Eingangsklemmen eines Komparators
Q₂₁ angelegt, der mit seinem Ausgangssignal einen
Schalter SW₁₈ ansteuert. Dieser Schalter SW₁₈ befindet
sich bei der Herstellung der Stromzufuhr in der Stellung
während er im Dauer- oder Einschwingzustand in die Stellung
umgelegt ist.
Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung
unter Verwendung eines Mikrorechners.
Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 17 wird durch
einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler (A/DL) 95 und
einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler (A/DH) 96 in
Digitalsignale umgewandelt, die über eine Datenschiene
oder Bus 99 in einem Randomspeicher (RAM) 97 abgespeichert
werden. In einem Festwertspeicher (ROM) 98 sind ein
vorbestimmtes Programm und Anfangsdaten abgespeichert. Unter der
Steuerung einer Zentraleinheit (CPU) 100 werden die Operationen
in Übereinstimmung mit den im Festwertspeicher 98
abgespeicherten Operationsvorgängen ausgeführt, wobei
das Ergebnis im Randomspeicher 97 gespeichert wird.
Das Taktsignal eines Taktgenerators 101 erfährt eine
Frequenzteilung durch n in einem Frequenzteiler 102
und wird als Systemtakt Sh der Zentraleinheit 100
und dem A/D-Wandler 96 zugeführt.
In Übereinstimmung mit dem im Festwertspeicher 98 abgespeicherten
Operationsprogramm gibt die Zentraleinheit
100 einen Schrittakt zur Bestimmung der
Wellenform eines Anregungs- oder Erregerstroms If 1
(oder If 1) über die Sammelschiene 99 zu einer Schrittaktsignal-
Ausgabestelle (TO) 103 aus. In Übereinstimmung
mit diesem Schrittakt liefert die Ausgabestelle
103 Zeitsteuer- oder Schrittaktsignale S₂₂, S₂₃, S₂₄
und S₂₅ zum Umschalten des Erregerstroms. In Abhängigkeit
von diesen Schrittaktsignalen S₂₂, S₂₃, S₂₄ und S₂₅
werden die Schalter SW₂, SW₃, SW₄ bzw. SW₅ eines Erregerkreises
104 umgeschaltet.
In Übereinstimmung mit dem durch die Zentraleinheit bezeichneten
Schrittakt gibt außerdem die Ausgabestelle
103 ein Zeitsteuer- oder Schrittaktsignal Sl zum A/D-
Wandler 96 für das Abgreifen des Ausgangssignals
vom Vorverstärker 17 aus.
Entsprechend dem im Festwertspeicher 98 abgespeicherten
Operationsprogramm führt andererseits die Zentraleinheit
(CPU) eine vorbestimmte Operation mittels der im Randomspeicher
97 gespeicherten Daten aus, wobei das Ergebnis
dieser Operation im Randomspeicher 97 abgespeichert und
als Strömungsmengenausgangssignal über die Sammelschiene
99 und einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 195 zu einer
Ausgangsklemme 106 ausgegeben wird.
Im folgenden sind die Operationen der in Fig. 17 dargestellten
Ausführungsformen anhand des Zeitsteuerdiagramms
gemäß Fig. 18, des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 19, der
Operationstabelle gemäß Fig. 20 und des Ablaufdiagramms
gemäß Fig. 21 erläutert.
Der am Ausgang des in Fig. 17 dargestellten Frequenzteilers
102 erhaltene Systemtakt Sh mit der in Fig. 18(a)
gezeigten Wellenform wird der Zentraleinheit 100 zugeführt.
In einem Schritt 1 gemäß Fig. 19 wird die Zentraleinheit
100 mit dem Unterbrechungsschrittakt (Fig. 18(g))
des Systemtakts Sh synchronisiert, um ein den Schalttakt
einer Erreger- oder Anregungswellenform angebendes
Schrittaktausgangssignal über die Sammelschiene 99 zur
Schrittaktsignal-Ausgabestelle 103 in Übereinstimmung
mit dem vorbestimmten, im Festwertspeicher 98 abgespeicherten
Operationsprogramm zu liefern.
In einem Schritt 2 nimmt die Ausgabestelle 103 diesen
Umschaltschrittakt ab, um die Schrittaktsignale S₂₅
(Fig. 18(b)), S₂₄ (Fig. 18(c)), S₂₃ (Fig. 18(d)) und
S₂₂ (Fig. 18(e)) zu den Schaltern SW₅, SW₄, SW₃ bzw. SW₂
des Erregers 104 zu liefern. Nach Maßgabe dieser Schrittaktsignale
liefert der Erreger 104 den Erreger- oder
Anregungsstrom If 1 mit der Wellenform gemäß Fig. 18(f)
zur Erregerspule 12. Diese Anregungswellenform besitzt
eine Schrittaktzahl i = 0 bis 15, die einen Wiederholungszyklus
darstellt (vgl. Fig. 18(i)), und liegt mit
ihrem n-Zyklusabschnitt in ihrem Zentrum (vgl. Fig. 18(h)).
Die Anregungswellenform besitzt eine multiplizierte Form
aus Nieder- und Hochfrequenzwellenformen.
Die Operation geht sodann auf einen Schritt 3 über.
Die Schritte 3 bis 6 entsprechen den Vorgängen zum
Eingeben der Daten von den A/D-Wandlern 96 und 95.
Im Schritt 3 werden die synchron mit dem Systemtakt
Sh (Fig. 18(a)) in jedem Zyklus vom A/D-Wandler 96
eingegebenen Daten über die Sammelschiene 99 in einem
vorbestimmten Datenbereich Hi des Randomspeichers 97
unter der Steuerung der Zentraleinheit (CPU) 100 abgespeichert
(vgl. Fig. 18(j)).
Sodann geht die Operation auf den Schritt 4 über, in
welchem geprüft wird, ob die eingegebene Schrittaktzahl
i gleich 0 ist oder nicht. Im negativen Fall geht
die Operation auf den Schritt 6, im positiven Fall auf
den Schritt 5 über.
Im Schritt 5 werden zum Abtastschrittzeitpunkt
nach dem Schrittaktsignal Sl (Fig. 18(k)), das
von der Schrittaktsignal-Ausgabestelle 103 ausgegeben
wurde, die vom A/D-Wandler 95 eingegebenen Daten gemäß
Fig. 18(l) unter der Steuerung der Zentraleinheit
100 über die Sammelschiene 99 in vorbestimmten Datenbereichen
oder -speicherplätzen - - -, L₀(n-1),
L₀(n), L₀(n+1), - - -, usw. des Randomspeichers 97
abgespeichert, bis die Operation auf einen Schritt 8
übergeht.
Sodann werden in einem Schritt 7 mit dem Abtasttakt
nach dem von der Ausgabestelle 103 ausgegebenen Schrittaktsignal
Sl (Fig. 18(k)) die vom A/D-Wandler 95 eingegebenen
Daten gemäß Fig. 18(l) unter der Steuerung
der Zentraleinheit 100 über die Sammelschiene 99 in
vorbestimmten Datenbereichen - - -, L₁(n-1), L₁(n),
L₁(n+1), - - - usw. des Randomspeichers 97 abgespeichert,
bis die Operation auf den Schritt 8 übergeht.
Im Schritt 8 wird geprüft, ob die Schrittaktzahl i ungeradzahlig
ist oder nicht. Im positiven Fall geht die
Operation auf einen Schritt 9, im negativen Fall
auf einen Schritt 12 über.
Im Schritt 9 werden die Hochfrequenzwellen demoduliert.
Für diese Demodulation werden die im Randomspeicher 97
gespeicherten Daten Hi dazu benutzt, eine Operation mit
der arithmetischen Gleichung in der Spalte "Hochfrequenz-
Demodulation eHi" gemäß Fig. 29, die im Festwertspeicher
98 abgespeichert ist, zu dem in Fig. 18(m) gezeigten
Zeitpunkt und unter der Steuerung der Zentraleinheit
100 durchzuführen; das Rechenergebnis wird im Randomspeicher
97 abgespeichert. Durch diese Demodulation
werden die an den Elektroden 11a und 11b erzeugten
elektrochemischen Störsignale beseitigt und die Differentialstörsignale
auf einer konstanten Größe gehalten, so
daß kein Fehler eingeführt wird. Eine in Fig. 20 erscheinende
Konstante A läßt sich, nebenbei bemerkt,
durch die nachstehende Gleichung ausdrücken, wenn das
Symbol TC eine Differential- oder Integralkonstante
und das Symbol ΔTC eine Operationsperiode gemäß
Fig. 18(f) bezeichnen:
A = Td / (TC + ΔTC) .
In einem Schritt 10 wird eine Größenbegrenzung durchgeführt.
Dieser Schritt ist nicht notwendigerweise unverzichtbar,
ist jedoch im folgenden aus Erläuterungsgründen
beschrieben. Diese Operation wird durchgeführt,
um die großen Amplituden der Störsignale,
die vermischt sein können, weil das Ansprechen an
der Hochfrequenzseite für die Zweifrequenzanregung
ausgezeichnet ist, auf eine vorbestimmte Größe zu
begrenzen.
Dieser Vorgang ist nachstehend anhand von Fig. 21
beschrieben. Gemäß Fig. 21 wird der obere Grenzwert
der Störsignale in einem Schritt A geprüft. Hierbei wird
geprüft, ob das vorliegende Rechenergebnis eHi größer
ist als eine Größe, die das Additionsergebnis einer Größen
begrenzungsbreite eR mit dem vorhergehenden
Rechenergebnis eHi-2 an der Hochfrequenzseite
dargestellt. Die Operation wird als normal bewertet,
und sie geht im negativen Fall auf einen Schritt C,
im positiven Fall auf einen Schritt B über.
Im Schritt B wird das Additionsergebnis der Größenbegrenzungsbreite
eR mit dem vorherigen Rechenergebnis eHi-2
als augenblicklicher Wert (oder Istwert) ausgegeben
und in seiner Amplitude begrenzt.
Im Schritt C wird der untere Grenzwert der Störsignale
geprüft. Hierbei wird geprüft, ob das
vorliegende Rechenergebnis eHi größer oder nicht größer
ist als der Wert, der ein Subtraktionsergebnis der Größen
begrenzungsbreite eR vom vorherigen Rechenergebnis
eHi-2 an der Hochfrequenzseite darstellt. Diese Operation
wird als normal bewertet, und sie geht im negativen
Fall auf einen Schritt 11, im positiven Fall auf
einen Schritt D über.
Im Schritt D wird das Ergebnis der Subtraktion der
Größenbegrenzungsbreite eR vom vorherigen Rechenergebnis
eHi-2 als augenblicklicher Wert (Istwert) ausgegeben
und in seiner Amplitude begrenzt.
Sodann geht die Operation auf den Schritt 11 über.
In diesem wird eine Hochfrequenzfilterung FHi an der
Hochfrequenzseite ausgeführt.
Für diese Filterung werden die im Randomspeicher 97
gespeicherten Daten eHi und das vorherige Filterergebnis
zur Durchführung einer Operation mit der
arithmetischen Gleichung, die im Festwertspeicher 98
gespeichert und in der Spalte "Hochfrequenzfilterung
FHi" gemäß Fig. 20 dargestellt ist, unter der Steuerung
der Zentraleinheit 100 benutzt; das Rechenergebnis
wird im Randomspeicher 97 abgespeichert.
Sodann geht die Operation auf den Schritt 12 über,
in welchem geprüft wird, ob die Schrittaktzahl i gleich 0
oder 8 ist. Im positiven Fall geht die Operation auf den
Schritt 13, im negativen Fall auf den Schritt 15 über.
Im Schritt 13 wird eine Niederfrequenzdemodulation ausgeführt.
Für diesen Zweck werden die im Randomspeicher
97 gespeicherten Daten - - -, L₀(n-1), L₀(n), L₀(n+1),
usw. sowie - - -, L₁(n-1), L₁(n), L₁(n+1) usw. zur
Durchführung einer Operation der arithmetischen
Gleichung, die im Festwertspeicher 98 gespeichert und
in der Spalte "Niederfrequenzdemodulation eLi" gemäß
Fig. 20 dargestellt ist, zu dem in Fig. 18(n) angegebenen
Zeitpunkt und unter der Steuerung der Zentraleinheit
100 benutzt; das Rechenergebnis wird im Randomspeicher
97 abgespeichert. Eine Konstante B gemäß Fig. 20 läßt
sich dabei ausdrücken zu:
B = ΔT / (ΔT + T) .
In einem Schritt 14 erfolgt eine Niederfrequenz- bzw.
Tiefpaßfilterung FLi an der Niederfrequenzseite.
Für diese Filterung werden die im Randomspeicher 97 gespeicherten
Daten eL0 und eLB sowie das vorherige Filterergebnis
zur Durchführung einer Operation mit der
arithmetischen Gleichung, die im Festwertspeicher 98
gespeichert und in der Spalte "Tiefpaßfilterung FLi"
gemäß Fig. 20 dargestellt ist, unter der Steuerung
der Zentraleinheit 100 benutzt; das Rechenergebnis
wird im Randomspeicher 97 abgespeichert.
Im Schritt 15 wird geprüft, ob die Schrittaktzahl i
ungerade ist oder nicht. Im positiven Fall geht die
Operation auf einen Schritt 16, im negativen Fall auf
einen Schritt 17 über.
Im Schritt 16 wird eine Addition ausgeführt. Das Ergebnis
FHi der Hochfrequenzfilterung und das Ergebnis
FLi der Niederfrequenzfilterung, die im Randomspeicher
97 gespeichert sind, werden zur Durchführung einer
Operation mit der arithmetischen Gleichung, die im
Festwertspeicher 98 gespeichert und in der Spalte
"Addition eA" gemäß Fig. 20 dargestellt ist, unter
der Steuerung der Zentraleinheit 100 benutzt; das
Rechenergebnis wird im Randomspeicher 97 gespeichert,
bis bzw. bevor die Operation auf einen Schritt 18 übergeht.
Im Schritt 18 befindet sich der Programmablauf in einem
Bereitschaftszustand bis zur nächsten Unterbrechung,
wobei der Eingang des nächsten Unterbrechungsschrittakts
der Programmfluß vom Schritt 1 bis zum Schritt 18
erneut abläuft.
Die Signalverarbeitungsoperationen für den Fall einer
sich ändernden Wellenform des Erregerstroms
sind nachstehend anhand der Fig. 22 bis 24 beschrieben.
Da diese Operationen im wesentlichen denjenigen
nach Fig. 17 bis 22 entsprechen, sind nachstehend
nur die Unterschiede erläutert.
Gemäß Fig. 22 unterscheidet sich die Wellenform eines
Zeitsteuer- oder Schrittaktsignals S₂₂′ von derjenigen
nach Fig. 18. Infolgedessen ist die Wellenform des
Anregungsstroms If2 von derjenigen gemäß Fig. 18 verschieden,
d. h. sie besteht aus den addierten bzw. überlagerten
Niederfrequenz- und Hochfrequenzwellenformen.
Dies bedingt eine geringfügige Änderung der Signalverarbeitungsvorgänge.
Im Ablaufdiagramm gemäß Fig. 23 sind die Unterschiede
gegenüber Fig. 19 auf die Entscheidung oder Prüfung
im Schritt 8, die arithmetischen Operationen in den
Schritten 9, 11, 13 und 14 sowie die Entscheidung
oder Prüfung im Schritt 15 beschränkt.
Die Prüfungen gemäß den Schritten 8 und 15 werden in
Verbindung mit den Rechenoperationen in den Schritten
9, 11, 13 und 14 benötigt.
Die Operation gemäß Schritt 9 wird mit der arithmetischen
Gleichung, die im Festwertspeicher 98 gespeichert
und in der Spalte "Hochfrequenzdemodulation eHi′" in
Fig. 24 dargestellt ist, mittels der im Randomspeicher
97 gespeicherten Daten und zum Zeitpunkt gemäß Fig. 22(m)
ausgeführt; das Rechenergebnis wird wiederum über die
Sammelschiene 99 im Randomspeicher 97 abgespeichert.
Die Operation gemäß Schritt 11 wird mit der arithmetischen
Gleichung, die im Festwertspeicher 98 gespeichert
und in der Spalte "Hochpaßfilterung FHi′" gemäß Fig. 24
dargestellt ist, mittels der im Randomspeicher 97 gespeicherten
Daten durchgeführt; das Rechenergebnis
wird wiederum über die Sammelschiene 99 im Randomspeicher
97 abgespeichert. Die Operation gemäß Schritt
13 wird mit der arithmetischen Gleichung, die im Festwertspeicher
98 gespeichert und bei "Niederfrequenzdemodulation
eLi′" in Fig. 24 dargestellt ist, unter
Verwendung der im Randomspeicher 97 gespeicherten Daten
- - -, L₀′(n-1), L₀′(n), L₀′(n-1), - - -, usw.
sowie - - -, L₁′(n-1), L₁′(n), L₁′(n+1), - - - usw.
zu den in Fig. 22(n) gezeigten Zeitpunkten
ausgeführt; das Rechenergebnis eLi′ wird wiederum
über die Sammelschiene 99 im Randomspeicher
97 abgespeichert.
Die Operation gemäß Schritt 14 wird mit der arithmetischen
Gleichung, die im Festwertspeicher 98 gespeichert
und bei "Tiefpaßfilterung FLi′" in Fig. 24 dargestellt
ist, und unter Verwendung der im Randomspeicher
97 gespeicherten Daten ausgeführt; das Rechenergebnis
wird wiederum über die Sammelschiene 99 im Randomspeicher
97 abgespeichert.
Im Schritt 16 werden das Ergebnis der Hochpaßfilterung
FHi′ und der Tiefpaßfilterung FLi benutzt und addiert,
um ein addiertes Ausgangssignal e₀ zu erhalten.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Frequenz des
Erregerstroms nicht erwähnt. Da jedoch
der elektromagnetische Strömungsmesser feine bzw. kleine
Signale verarbeitet, werden diese Signale der von der
Stromversorgung eingegebenen Signalspannung überlagert.
Durch Wahl der Hochfrequenz mit einer Frequenz, die
einem ganzzahligen Vielfachen der Höhe der Netzfrequenz
nicht gleich ist, und durch Wählen der niedrigen Frequenz
mit einem ganzzahligen Vielfachen
der Netzfrequenz wird daher Schwebung,
die zwischen der Netzfrequenz oder ihrer ganzzahligen
harmonischen Frequenz und der Anregungsfrequenz hervorgerufen
wird, durch ein Tiefpaßfilter in einer nachgeschalteten
Stufe beseitigt.
Durch auf vorstehend beschriebene Weise erfolgendes
Verbinden einer Zusammensetzeinrichtung
zum Zusammensetzen des Ausgangssignals der Niederfrequenzsignal-
Verarbeitungseinheit mit dem Tiefpaßfilter
und des Ausgangssignals der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungseinheit
mit dem Hochpaßfilter mit einer Addiereinrichtung
kann somit ein elektromagnetischer Strömungsmesser
geschaffen werden, der ein schnelles Ansprechen
auf Schwankungen der Strömungsmenge oder -geschwindigkeit
und einen stabilen Nullpunkt aufweist, der jedoch
kaum anfällig ist für den Einfluß von Strömungsrauschen.
Claims (14)
1. Elektromagnetischer Strömungsmesser zum Messen der
Strömungsmenge oder -geschwindigkeit eines Strömungsmittels
durch Beaufschlagung desselben mit
einem Magnetfeld, mit einer Erregereinheit (12) zur
Lieferung eines Magnetfelds mit zwei verschiedenen
Frequenzen, d. h. einer ersten Frequenz und einer
zweiten, niedrigeren Frequenz durch Auswerten einer
abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit erzeugten
Signalspannung, gekennzeichnet durch
- - eine erste Demoduliereinheit (31) zum Ausgeben eines ersten Signals durch Diskriminieren der Signalspannung auf der Grundlage der ersten Frequenz und zum Demodulieren der ersten Frequenzkomponente der Signalspannung,
- - eine Hochpaßfiltereinheit (34) zum Hochpaßfiltern des ersten Signals,
- - eine zweite Demoduliereinheit (22) zum Ausgeben eines zweiten Signals durch Diskriminieren der Signalspannung auf der Grundlage der zweiten Frequenz und zum Demodulieren der zweiten Frequenzkomponente der Signalspannung,
- - eine Tiefpaßfiltereinheit (24) zum Tiefpaßfiltern des zweiten Signals, und
- - eine Zusammensetzeinheit (25) zur Lieferung eines die Strömungsgeschwindigkeit angebenden Signals durch Addieren der betreffenden Ausgangssignale von Hoch- und Tiefpaßfiltereinheit (34, 24) (Fig. 1).
2. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinheit (80)
zum Vergleichen des Ausgangssignals (SL)
von der zweiten Demoduliereinheit (SW₇, SW₈,
Q₃) mit einer Pegelvorgabespannung (E₄) und eine
zwischen einerseits einem Ausgangsanschluß (35) des
Strömungsmessers und andererseits der zweiten Demoduliereinheit
(SW₇, SW₈, Q₃) und der Zusammensetzeinheit
(25) liegende Schaltereinheit (SW₁₁), die
auf die Seite der zweiten Demoduliereinheit (SW₇,
SW₈, Q₃) umschaltbar ist, wenn das Ausgangssignal
von der zweiten Demoduliereinheit (SW₇, SW₈, Q₃)
einen vorbestimmten Pegel nicht übersteigt, und auf
die Seite der Zusammensetzeinheit (25) umschaltbar
ist, wenn der vorbestimmte Pegel überschritten wird
(Fig. 14).
3. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine der zweiten Demoduliereinheit (SW₇, SW₈, Q₃)
nachgeschaltete weitere Hochpaßfiltereinheit (71), eine der weiteren
Hochpaßfiltereinheit (71) nachgeschaltete Absolutwertschaltung
(72) zur Ermittlung des Absolutwerts (LSc) der
zeitlichen Änderung des Ausgangssignals (SL) von der zweiten
Demoduiereinheit (SW₇, SW₈, Q₃) sowie eine Vergleichseinheit (78)
zum Vergleichen dieses Absolutwerts mit einer Pegelvorgabespannung
und eine einerseits zwischen einem Ausgangsanschluß
(35) des Strömungsmessers und andererseits der zweiten
Demoduliereinheit (SW₇, SW₈, Q₃) und der Zusammensetzeinheit
(25) liegende Schaltereinheit
(SW₁₁), die auf die Seite der Demoduliereinheit
(SW₇, SW₈, Q₃) umschaltbar ist, wenn der Absolutwert
einen vorbestimmten Pegel nicht übersteigt, und
auf die Seite der Zusammensetzeinheit (25) umschaltbar
ist, wenn der vorbestimmte Pegel überschritten
wird (Fig. 12).
4. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
3, gekennzeichnet durch eine an der Ausgangsseite
der Vergleichseinheit (78) angeordnete Hystereseeinheit
(79a, 79b), die das von der Vergleichseinheit
(78) abgegebene Schaltsignal verzögert an die Schaltereinheit
(SW₁₁) weiterleitet (Fig. 13).
5. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Demoduliereinheit
(31), die Hochpaßfiltereinheit (34),
die zweite Demoduliereinheit (22), die Tiefpaßfiltereinheit
(24) und die Zusammensetzeinheit (25)
gemeinsam als Recheneinrichtung unter Verwendung
eines Mikrorechners zusammengesetzt sind (Fig. 17).
6. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktionen
der Hochpaßfiltereinheit (34) und der Tiefpaßfiltereinheit
(24) so gewählt sind, daß die
Summe dieser Übertragungsfunktionen etwa gleich 1 ist.
7. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Frequenz
so gewählt ist, daß sie etwas von einem ganzzahligen
Vielfachen der Netzfrequenz abweicht, während
die zweite Frequenz so gewählt ist, daß sie ein geradzahliges
Vielfaches der Netzfrequenz beträgt.
8. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch eine der Hochpaßfiltereinheit
(34) oder der Tiefpaßfiltereinheit (24)
nachgeordnete Verstärkungseinstelleinheit (Q₅) zum
Einstellen einer Verstärkung in der Weise, daß die
jeweiligen Ausgangssignale von Hoch- und Tiefpaßfiltereinheit
im wesentlichen gleich sind (Fig. 8).
9. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch
- - eine variable Verstärkungseinheit (81) zum variablen Verstärken der zur ersten und zur zweiten Demoduliereinheit (SW₉, SW₁₀, Q₄; SW₇, SW₈, Q₃) gespeisten Signalspannung,
- - eine in einer der Zusammensetzeinheit (25) nachgeschalteten Stufe angeordnete Verstärkungskompensiereinheit (82) zum Kompensieren einer Änderung des Verstärkungsgrads der variablen Verstärkereinheit (81) und
- - eine Störsignaldetektoreinheit (83) zum Erfassen entweder der Änderungsrate oder der Größe von in der Signalspannung enthaltenen Störsignalen, derart, daß die Verstärkungsgrade der variablen Verstärkereinheit (81) und der Verstärkungskompensiereinheit (82) mittels des Ausgangssignals von der Störsignaldetektoreinheit (83) regelbar sind (Fig. 15).
10. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch eine Störsignaldetektoreinheit
(89), die erfaßt, wenn in der Signalspannung
enthaltene Störsignale innerhalb eines vorbestimmten
zulässigen Frequenz-Bereichs liegen, um ein Zeitkonstanten
steuersignal zum Reduzieren der Zeitkonstanten
von Hoch- und Tiefpaßfiltereinheit (87, 88)
und zum anschließenden Vergrößern dieser Zeitkonstanten
auszugeben (Fig. 16).
11. Elektromagnetischer Strömungsmesser zum Messen der
Strömungsmenge oder -geschwindigkeit eines Strömungsmittels
durch Beaufschlagung desselben mit einem
Magnetfeld, mit
- - einer Erregereinheit (12) zur Lieferung eines Ma gnetfelds mit zwei verschiedenen Frequenzen, d. h. einer ersten Frequenz und einer zweiten, niedrigeren Frequenz, durch Auswerten einer abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit erzeugten Signalspannung,
- - und mit einer eine erste und eine zweite Verstärker einheit aufweisenden Verstärkereinrichtung (30, 50) zum Verstärken der Signalspannung,
gekennzeichnet durch
- - eine der ersten Verstärkereinheit (30) nach geschaltete Demoduliereinheit (31) zum Diskriminieren und Demodulieren der Signalspannung mit der ersten Frequenz,
- - eine der zweiten Verstärkereinheit (50) nach geschaltete zweite Demoduliereinheit (22) zum Dis kriminieren und Demodulieren der Signalspannung mit der zweiten Frequenz,
- - einen der ersten Demoduliereinheit (31) nach geschalteten ersten Spannungs/Frequenz-Wandler (32), dessen Ausgang über eine erste Multiplizierstufe (28) mit dem Eingang der ersten Verstärkereinheit (30) verbunden ist,
- - einen der zweiten Demoduliereinheit (22) nach geschalteten zweiten Spannungs/Frequenz-Wandler (23), dessen Ausgang über eine zweite Multiplizierstufe (20) mit dem Eingang der zweiten Verstärkereinheit (50) verbunden ist,
- - eine erste Tiefpaßfiltereinheit (33) zum Tiefpaß filtern des Ausgangssignals vom ersten Spannungs/ Frequenz-Wandler (32),
- - eine zweite Tiefpaßfiltereinheit (24) zum Tief paßfiltern des Ausgangssignals vom zweiten Spannungs/ Frequenz-Wandler (23),
- - einen Differenzverstärker (60), der mit seinem einen Eingang mit dem Ausgang der ersten Tiefpaß filtereinheit (33) und mit seinem anderen Eingang mit dem Ausgang der zweiten Tiefpaßfiltereinheit (24) verbunden ist,
- - eine dem Differenzverstärker nachgeschaltete Hochpaßfiltereinheit (61) und
- - eine Subtrahiereinheit (59) zum Subtrahieren des Ausgangssignals (VC′) der Hochpaßfiltereinheit (61) vom Ausgangssignal (VL) der zweiten Tiefpaßfiltereinheit (24) zur Gewinnung des Strömungsmengen- oder Ge schwindigkeitssignals (VC) (Fig. 6).
12. Elektromagnetischer Strömungsmesser zum Messen der
Strömungsmenge oder -geschwindigkeit eines Strömungsmittels
durch Beaufschlagung desselben mit einem
Magnetfeld, mit
- - einer Erregereinheit (12) zur Lieferung eines Ma gnetfelds mit zwei verschiedenen Frequenzen, d. h. einer ersten Frequenz und einer zweiten niedrigeren Frequenz, durch Auswerten einer abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit erzeugten Signalspannung,
gekennzeichnet durch
- - eine einem ersten Knotenpunkt (19) und einem Ver stärker (21) nachgeschaltete Demoduliereinheit (22) zum Diskriminieren und Ausgeben der Signal spannung mit der zweiten Frequenz,
- - eine Tiefpaßfiltereinheit (24) zur Tiefpaß filterung des Ausgangssignals von der Demoduliereinheit (22),
- - einen über einen zweiten Knotenpunkt (64) der Tiefpaßfiltereinheit (24) nachgeschalteten Spannungs/ Frequenz-Wandler (23) und
- - einen Differenzverstärker (63), an dessen negativem Eingang die Signalspannung liegt und dessen positivem Eingang das Ausgangssignal des Spannungs/ Frequenz-Wandlers (23) über eine erste Multi plizierstufe (62) zugeführt ist und der mit seinem Ausgang über eine weitere Demoduliereinheit (31), die das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (63) auf der Grundlage der ersten Frequenz demoduliert, mit dem zweiten Knotenpunkt (64) verbunden ist, wobei zwischen dem Ausgang des Spannungs/Frequenz-Wandlers (23) und dem ersten Knotenpunkt (19) eine zweite Multiplizierstufe (20) liegt und ausgangsseitig des Spannungs/ Frequenz-Wandlers (23) an einer Ausgangsklemme (35) das Strömungsmengen- oder -geschwindigkeitssignal (VC) entsteht (Fig. 7).
Applications Claiming Priority (1)
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GB8704955A GB2201785B (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | Electromagnetic flow meter |
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DE3706969A1 DE3706969A1 (de) | 1988-10-06 |
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