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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen
Strömungsmesser, der fähig ist, die Strömungsrate und die
Leitfähigkeit eines Fluids zur gleichen Zeit zu messen.
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Ein Strömungsmesser, wie ein elektromagnetischer
Strömungsmesser, wird dazu verwendet, ein leitfähiges Fluid zu messen.
In neueren Jahren hat auch der Bedarf nach Information über
die Eigenschaften eines Fluids, wie die Leitfähigkeit,
zusätzlich zu der Stromungsrate derselben zugenommen.
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Konventionelle elektromagnetische Strömungsmesser, wie in
JP-A-63-6420 gezeigt, welche nur die Funktion haben, die
Strömungsrate zu messen, wie in Figur 1 gezeigt, erfordern ein
separates Meßinstrument, wenn die Leitfähigkeit eines Fluids
gemessen werden soll, so daß dadurch der Aufbau des Systems
als Ganzes kompliziert wird.
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Es sei speziell ein Fluid, das in einem Meßrohr 1 strömt, als
ein Beispiel genommen. Eine Erregungsspule 5 wird durch einen
Impulserregungsstrom erregt, der in einer Erregungsschaltung
unter der Steuerung einer Zeitsteuerungsschaltung 6 erzeugt
wird, und die resultierenden Magnetflüsse werden in einer
Richtung angewandt, die im wesentlichen senkrecht zu der
Strömung des Fluids ist. Eine durch die Magnetflüsse
innerhalb des Fluids induzierte Spannung wird mittels eines Paars
von Elektroden 2a, 2b detektiert, und nachdem sie in einem
Verstärker 3 verstärkt und in einer Abtastschaltung 7
abgetastet worden ist, wird sie durch eine Ausgangsschaltung 8
als ein Signal erzeugt, das eine Strömungsrate repräsentiert.
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In diesem elektromagnetischen Strömungsmesser erfordert die
Detektion der Leitfähigkeit eines Fluids (wie des
Trübungsgrads von Wasser) separate exklusive Meßmittel, wodurch
Anlaß zu den Problemen einer komplizierten Konfiguration des
gesamten Systems und eines erhöhten Produktpreises gegeben
wird.
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JP-A-59-174 718, auf welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1
basiert, offenbart einen elektromagnetischen Strömungsmesser
für die Verwendung mit einem nichtisolierten Meßrohr. Um den
Effekt des Meßstromflusses durch die Wand des Rohrs zu
kompensieren, werden Messungen der elektrischen Leitfähigkeit
zwischen den beiden Meßelektroden und von einer Elektrode
zu Erde gemacht, und es wird ein Korrekturfaktor abgeleitet,
welcher auf die späteren Strömungsratenmessungen angewandt
wird.
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SU-A-805 069 offenbart einen kontaktlosen induktiven
Strömungsmesser, worin die Fluidströmung quer durch ein
radiales Magnetfeld einen zirkulierenden Strom in dem Fluid
erzeugt, welcher einen Strom in einer Meßwicklung induziert.
Ein Strom, der nicht von der Strömungsrate abhängt, wird in
entsprechender Weise in einer Kompensationswicklung in einem
Bereich eines axialen Magentfelds induziert, und aus den
beiden Strömen wird ein unter anderem hinsichtlich der
Leitfähigkeit des Fluids kompensiertes Strömungsratensignal
erzeugt.
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Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
elektromagnetischen Strömungsmesser zur Verfügung zu stellen,
der in der Konfiguration leicht geändert ist, um sowohl die
Strömungsrate als auch die Leitfähigkeit eines Fluids zur
gleichen Zeit zu messen.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen
elektromagnetischen
Strömungsmesser zur Verfügung zu stellen, welcher
fähig ist, zu detektieren, daß das Fluid ein Meßrohr nicht
vollfüllt.
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Ein noch anderes Ziel der Erfindung ist es, einen
elektromagnetischen Strömungsmesser zur Verfügung zu stellen,
welcher weniger Leistung verbraucht.
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Die Erfindung stellt einen elektromagnetischen
Strömungsmesser zur Verfügung, umfassend: ein geerdetes Meßrohr; ein
Mittel zum Erzeugen von Magnetfluß in einer Richtung, die
im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung eines
Fluids in dem Meßrohr ist; ein Paar Elektroden, die auf der
Innenwand des Meßrohrs in einer solchen Art und Weise
angebracht sind, daß sie das Fluid kontaktieren, um eine
induzierte Spannung zu detektieren, die in dem Fluid erzeugt
worden ist; ein Mittel für das Einspeisen eines elektrischen
Impulses in eine der Elektroden; ein Mittel zum Erzeugen
eines die Ströinungsrate des Fluids repräsentierenden
Strömungsratensignals aus einem von dem Paar von Elektroden
erzeugten Ausgangssignal; und ein Mittel zum Erzeugen eines
die Leitfähigkeit des Fluids repräsentierenden
Leitfähigkeitssignals aus einem von dem Paar von Elektroden
erzeugten Ausgangssignal; dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel
zum Erzeugen von Magnetfluß ein Mittel zum Liefern eines
Erregungssignals von alternierender Rechteckwellenform
umfaßt; und daß das Mittel für das Einspeisen eines
elektrischen Impulses zum Einspeisen von elektrischen Impulsen am
Beginn von jedem Halbzyklus des Erregungssignals
eingerichtet ist.
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Der Spannungsabfall über dem elektrischen Widerstand des
Fluids kann verstärkt und mit einer Bezugsspannung
verglichen werden, um zu detektieren, daß das Fluid nicht voll in
dem Meßrohr ist, wenn der Spannungabfall das Bezugs
Spannungsniveau übersteigt.
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Um den Leistungsverbrauch zu vermindern, kann das Erregungsmagnetfeld
bei jeder Abnahme in der Leitfähigkeit erhöht werden.
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Im Hinblick auf die Tatsache, daß ein elektrischer Impuls,
der mit einem Erregungsstrom synchron ist, zwischen eine oder
ein Paar von Elektroden und die Erde zum Detektieren einer
der Geschwindigkeit eines Fluids entsprechenden induzierten
Spannung zugeführt wird, entspricht der Spannungsabfall, der
über dem elektrischen Widerstand des Fluids zwischen der
speziellen Elektrode und der Erde bewirkt wird, der
Leitfähigkeit des Fluids. Folglich ist es möglich, ein der
Geschwindigkeit des Fluids zugeordnetes Strömungsratensignal und
ein der Leitfähigkeit des Fluids zugeordnetes
Leitfähigkeitssignal zur gleichen Zeit zu erzeugen.
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In dem Fall, in welchem das Fluidwenigerwird, als in dem Meßrohr
vollgefüllt zu sein und die Elektroden, welche den elektrischen
Impuls liefern, freiliegen, nimmt der Spannungsabfall
bemerkenswert zu. Wenn dieser Spannungsabfall mit einer
Bezugsspannung verglichen wird, ist es daher möglich zu
detektieren, daß das Fluid in dem Meßrohr nicht vollgefüllt ist.
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Weiter wird das Erregeungsmagnetfeld normalerweise in der
Intensität niedrig gehalten und mit dem Abnehmen in der
Leitfähigkeit erhöht. Wenn die Leitfähigkeit eines Fluids klein
ist, wird die Schwankung des Strömungsratensignals, das
heißt der der Strömungsgeschwindigkeit zugeordneten
induzierten Spannung, mit der Verminderung von S/N erhöht. Wenn eine
verminderte Leitfähigkeit des Fluids aus der Aenderung in dem
Leitfähigkeitssignal detektiert und das Erregungsmagnetfeld
intensiviert wird, wird das Strömungsratensignal erhöht, so
daß dadurch Einfluß der Schwankung des Strömungsratensignals
vermindert wird. Die Größe des Strömungsratensignals ist
proportional dem Magnetfeld, und die Schwankung ist umgekehrt
proportional der Leitfähigkeit. Es wird ein
elektromagnetischer Strömungsmesser mit einem kleinen mittleren
Leistungsverbrauch realisiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist ein Blockschaltbild, das einen konventionellen
elektromagnetischen Strömungsmesser zeigt.
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Figur 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Figur 3 ist eine Kurvendarstellung zum Erläutern des Betriebs
der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform.
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Figur 4 ist eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung
zwischen der Leitfähigkeit eines Fluids und einem
Ausgangssignal angibt.
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Figur 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltung eines
elektromagnetischen Strömungsmessers gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt, welcher fähig ist, zu
detektieren, das das Fluid in einem Meßrohr nicht vollgefüllt
ist.
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Figur 6 ist ein Blockschaltbild, das eine dritte
Ausführungsform der Erfindung zeigt, in welcher der Fehlbetrieb des
Komparators während einer übermäßigen Strömungsrate
verhindert wird.
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Figur 7 ist ein Blockschaltbild, das eine vierte
Ausführungsform der Erfindung zeigt, in welcher ein Schwanken des
Strömungsratensignals verhindert wird, wenn die
Fluidleitfähigkeit herabgesetzt ist.
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Figur 8 ist ein Blockschaltbild, das eine fünfte
Ausführungsform zeigt, die einen Elektromagnetischen-Strömungsmesser-
Abschnitt vom Restmagnetismustyp umfaßt.
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Figuren 9A bis 9C sind Schaltbilder, die andere
Ausführungsformen mit unterschiedlichen Impulseinspeisungsschaltungen
zeigen.
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Figuren 10A bis 10c sind Abbildungen, die Wellenformen des
Betriebs zeigen, welche jeweils A bis C der Figur 9
entsprechen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in
Figur 2 gezeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Meßrohr,
durch welches ein Fluid hindurchgeht und welches darin ein
Paar Elektroden 2a und 2b in gegenüberliegenden Beziehungen
zueinander hat. Die Zahl 5 bezeichnet eine Erregungsspule,
die durch eine Erregungsschaltung 4 erregt wird, um
Magnetflüsse in einer Richtung auszubilden, die im wesentlichen
senkrecht zu der Strömung des Fluids ist. Eine
Impulseinspeisungschaltung 9 umfaßt eine Stromversorgung Es, wobei
ein Ende derselben mit Erde verbunden ist, einen
elektronischen Schalter S1 und einen Widerstand Rs. Ein Ende des
Widerstands Rs ist mit einer der beiden Elektroden, zum
Beispiel der Elektrode 2a, verbunden. Wenn der Schalter S1
während einer kurzen Zeitdauer synchron mit dem Erregungsstrom
eingeschaltet wird, wird ein elektrischer Impuls nur in einer
Richtung (zum Beispiel in der positiven Richtung) durch den
Widerstand Rs an die Elektrode 2a angelegt. Die auf diese
Weise angelegte Impulsspannung wird durch den elektrischen
Widerstand Rf des Fluids zwischen der Elektrode 2a und der
Erde und den Widerstand Rs geteilt (wodurch das, was
nachstehend mit "der Spannungsabfall aufgrund des elektrischen
Widerstands Rf" bezeichnet wird, verursacht wird). Diese
Spannung wird zusammen mit der induzierten Spannung, die der
Strömungsgeschwindigkeit zugeordnet ist, an den Elektroden
2a, 2b detektiert. Die Ausgangsspannung des
Differentialverstärkers 3 wird an zwei Abtastschaltungen 7 und 10 angelegt.
Die Ausgangsgröße der Abtastschaltung 7 liefert ein
Strömungsratensignal, welches in einen Digitalcode oder ein
Analogsignal von 4 bis 20 mA umgewandelt und außen durch eine
Ausgangsschaltung 8 erzeugt wird. Die Ausgangsgröße der
Abtastschaltung 10 andererseits wird mittels eines A/D-Umsetzers
11 in eine Digitalgröße umgewandelt und weiter in ein
Leitfähigkeitssignal durch einen Mikrocomputer 12, wie in der
Erfindung gewünscht, und dann außen als ein Digitalcode oder
ein Analogsignal von 4 bis 20 mA wie das Strömungsratensignal
von der Ausgangsschaltung 13 erzeugt. Unterdessen werden die
Impulseinspeisungsschaltung 9, die Erregungsschaltung 4, die
Abtastschaltungen 7 und 10 und die A/D-Umsetzerschaltung 11
mittels einer Zeitsteuerungsschaltung 6 gesteuert.
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Die Zeitsteuerungen einer Reihe des Betriebs sind in Figur 3
gezeigt.
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Figur 3A zeigt einen Erregungsstrom, der in der
Erregungsspule fließt. Figur 3B zeigt die Zeitsteuerungen, bei
welchen der elektronische Schalter S1 der
Impulseinspeisungsschaltung 9 eingeschaltet wird. Der Strom, der von einer
Impulsanwendungsschaltung 9 in die Elektrode 2a fließt,
nimmt die Form eines Impulses einer vorbestimmten Dauer an,
die kürzer als ein Halbzyklus des Erregungsstrom ist, er
wird erhalten bei Einschalten des elektronischen Schalters S1
mit dem Zeitpunkt der Erregungsstromänderung als einem
Startpunkt. Wenn gesagt wird, daß eine Impulsdauer kürzer als
ein Halbzyklus ist, bedeutet das, daß die Impulsdauer in
einem solchen Grad kurz ist, daß der Abtastbereich des
Strömungsratensignals nicht bedeutend beeintrachtigt wird, oder
daß sie in einem solchem Grad kurz ist, daß die
elektrochemische Reaktion zwischen den Elektroden und dem Fluid genügend
gedämpft sein kann.
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Figur 3C zeigt einen Spannungsabfall, der mittels
Spannungsteilung durch den Widerstand Rs und den elektrischen
Widerstand Rf des Fluids in dem Rohr verursacht wird. Diese
Spannung ist proportional dem elektrischen Widerstand Rf zwischen
den Elektroden und der Erde, und solange das Fluid strömt,
erscheint eine Wellenform, wie sie in Figur 3D gezeigt ist,
zwischen den Elektroden. Spezifischer ist es so, daß die
Wellenform als eine Kombination des Spannungsabfalls aufgrund
des elektrischen Widerstands Rf und der induzierten Spannung,
die der Ströinungsgeschwindigkeit proportional ist, erscheint.
Ein großes Maß der Anstiegsteile (a1 und a2) der Wellenform
wird durch den Spannungsabfall aufgrund des elektrischen
Widerstands Rf repräsentiert, während die mittigen Teile
(b1 und b2) hauptsächlich dem Strömungsratensignal
zugeordnet sind. Da der Teil a2 ein negatives Strömungsratensignal
repräsentiert, nimmt die Wellenform, welcher der Impuls C
überlagert ist, eine von a1 unterschiedliche Form an.
Spitzenartige dünne Rauschsignale, welche in einer
Ausgangswellenform aufgrund des Schaltens der Erregungselektroden oder
eines Impulseinflusses entwickelt werden, sind in den Figuren
3C und 3D nicht gezeigt.
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Nun wird die Wellenform D von den Teilen a1, a2 und b1
b2 separat abgetastet.
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Das Ergebnis des Abtastens der Teile a1, a2 allein ist in
Figur 3E gezeigt, welches nur die Teile a1 und a2
herauszieht, die in dem Spannungsabfall aufgrund des elektrischen
Widerstands Rf verhältnismäßig groß sind. Figur 3F zeigt nur
die Teile b1 und b2, die als hauptsächlich das
Strömungsratensignal repräsentierend aufgenommen worden sind.
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Diese Teile a1, a2 und b1, b2 werden separat als
Ausgangssignale abgetastet.
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In Figur 2 führt die Abtastschaltung 7 eine synchrone
Gleichrichtung durch, welche ein übliches Verfahren des Abtastens
für einen elektromagnetischen Strömungsmesser ist, so daß
der Bereich des Teils b1 positiv abgetastet wird, während
der Bereich des Teils b2 in umgekehrter Polarität abgetastet
wird, und die Ergebnisse der beiden Abtastungen werden
miteinander addiert. Demgemäß werden die Strömungsratensignale
in den Teilen b1 und b2 durch Addition erhöht, während die
geringe Restspannung des Spannungsabfalls aufgrund des
Widerstands Rf, die in den Teilen b1, b2 enthalten sind,
in entgegengesetzten Elektroden sind und daher dadurch
eliminiert werden, daß sie ausgeglichen werden, mit dem
Ergebnis, daß nur das Strömungsratensignal in ein Ausgangssignal
in der Ausgangsschaltung 8 umgewandelt wird.
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Die Abtastschaltung 10 andererseits gibt lediglich die Summe
der Bereiche des Teils al und des Teils a2 zu dem
A/D-Umsetzer 11.
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Indem das geschieht, werden die Spannungsabfälle aufgrund
des Widerstands Rf miteinander addiert, während die in a1
und a2 enthaltenen Strömungssignalteile entgegengesetzte
Polarität haben und miteinander ausgeglichen werden.
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Folglich wird nur der Spannungsabfall aufgrund des
Widerstands Rf der A/D-Umsetzerschaltung 11 zugeführt.
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Figur 4 zeigt eine grobe Beziehung zwischen einem
Ausgangssignal mit einem Spannungsabfall aufgrund des Widerstands
Rf und der Leitfähigkeit des Fluids. Mit der Zunahme der
Leitfähigkeit nimmt das Ausgangssignal ab, während das
Ausgangssignal mit der Abnahme der Leitfähigkeit zunimmt, so
daß dadurch eine feste Beziehung zwischen dem
Spannungsabfall und der Leitfähigkeit aufrechterhalten wird.
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Aus der in Figur 4 gezeigten Beziehung kann die
Leitfähigkeit leicht unter Verwendung des in Figur 2 gezeigten
Mikrocomputers 12 berechnet werden. Infolgedessen können sowohl
das Strömungsratensignal als auch die Leitfähigkeit zur
gleichen Zeit mittels eines einzigen elektromagnetischen
Strömungsmessers gemessen werden. Obwohl eine Konfiguration,
die den A/D-Umsetzer 11 und den Mikrocomputer 12 umfaßt, in
Figur 2 als ein Beispiel für die Fähigkeit derselben, die
Leitfähigkeit zu berechnen und leicht einen Alarmauszugeben, gezeigt
ist, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise
auf eine solche Konfiguration beschränkt.
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Die Figuren 5 bis 8 zeigen vier andere Ausführungsformen,
von denen alle aus der gleichen Erregungsschaltung, den
gleichen Elektroden und dem gleichen Differentialverstärker wie
in Figur 2 konfiguriert sind.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in Figur 5 gezeigt
ist, ist ein Ausgang des Differentialverstärkers 3 mit einem
der Eingänge eines Komparators 14 verbunden, und der andere
Eingang des Komparators ist mit einer Bezugsspannung Ec
verbunden. Diese Konfiguration macht es möglich, aus der
Tatsache, daß die Ausgangsgröße des Komparators 14 umgekehrt
wird, zu detektieren, daß der elektrische Widerstand Rf des
Fluids einen vorbestimmten Wert übersteigt. Zum Beispiel
nimmt bei der Entleerung des Wassers in dem Meßrohr 1 der
elektrische Widerstand Rf des Fluids wesentlich bis zu einem
unendlich großen Wert zu, und daher steigt der
Spannungsabfall aufgrund des Widerstands Rf an. Folglich wird die
Tatsache, daß das Meßrohr 1 nicht mit Wasser vollgefüllt ist,
durch angemessenes Auswählen der Beziehung zwischen dem
Differentialverstärker und der Bezugsspannung Ec detektiert.
Spezieller ist es so, daß, wenn der Widerstand Rf unendlich
groß wird (nicht mit Wasser vollgefüllt), die Ausgangsgröße
des Komparators 14 in der Polarität umgekehrt wird, und bei
Detektion dieses Vorgangs durch den Mikrocomputer 12 kann
ein Vorgang, der notwendig ist, wenn mit Wasser nicht
vollgefüllt ist, unternommen werden, wie durch Erzeugen eines
Wassernicht-voll-Signals oder Vermindern des Strömungsratensignals
auf Null. Ein Mittel zum Detektieren, daß nicht mit Wasser
vollgefüllt ist, kann konfiguriert werden, indem nur eine
Impulseinspeisungsschaltung 9, ein Komparator 14 und eine
Bezugsspannung Ec zu einem üblichen elektromagnetischen
Strömungsmesser hinzugefügt werden, so daß es dadurch möglich
gemacht wird, zu überwachen, daß Wasser nicht bis normal
vollgefüllt ist, ohne mit der Strömungsratenmessung zu kollidieren.
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Anders als in Figur 5, wo der Ausgang des Komparators 14
direkt mit dem Mikrocomputer 12 verbunden ist, kann ein
monostabiler Multivibrator 23 zum Formen der Wellenform in den
Ausgang des Xomparators 14 eingefügt werden.
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Eine in Figur 6 gezeigte dritte Ausführungsform liefert ein
Beispiel, das eine Differenzierschaltung 25 umfaßt, die einen
Kondensator C1 und einen Widerstand R1 aufweist, und einen
Verstärker 20, der in den Eingang des Komparators 14
eingefügt ist. Da die Diffenzierschaltung 25 zur Verstärkung um
einen Betrag, der gleich dem Spannungsabfall aufgrund von Rf
ist, verwendet wird, wird selbst dann, wenn die Strömungsrate
übermäßig wird, verhindert, daß der Komparator 14 durch ein
Strömungsratensignal fehlbetrieben wird. In diesem Fall
wird der Signalverstärker vorzugsweise in einen
Differentialverstärker 21 und einen Verstärker 22 aufgeteilt, so daß der
Ausgang des Differentialverstärkers 21 mit dem
Eingangsanschluß der Differenzierschaltung 25 verbunden werden kann.
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Die in Figur 7 gezeigte vierte Ausführungsform ist dazu
bestimmt, die Schwankung des Strömungsratensignals durch
Erhöhen der Erregungsspannung oder der Erregungsfrequenz auf der
Basis eines Leitfähigkeitssignals, wenn die Leitfähigkeit des
Fluids niedrig wird, zu vermindern.
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Die Schaltung der Figur 7, die grundsätzlich identisch mit
derjenigen der Figur 1 ist, ist teilweise unterschiedlich in
dem Verfahren der Verarbeitung des Strömungsratensignals und
der Erregungsschaltung.
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Die Erregungsschaltung 4 in Figur 2 ist in eine
Elektronikschalter-Schaltung 28 und eine Erregungsstromversorgung 26
unterteilt, wobei das Erregungsspannungssignal entsprechend
dem Wert des Widerstands Rv von außen veränderbar ist. Der
Wert des Widerstands kann durch einen Analogschalter mit
Schalten des Mikrocomputers 12 geändert werden.
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Die in Figur 7 gezeigte Abtastschaltung 7 richtet, wie in
Figur 2, das 5trömungsratensignal synchron gleich und legt es
nach Umsetzung des resultierenden Signals mittels eines A/D-
Umsetzers 24 in eine Digitalgröße an den Mikrocomputer 12 an.
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Das Leitfähigkeitssignal andererseits wird in genau der
gleichen Art und Weise wie in Figur 2 detektiert und an den
Mikrocomputer
12 angelegt. Wenn die Leitfähigkeit unter einen
vorbestimmten Wert abnimmt, ändert der Mikrocomputer 12 den
Spannungseinstellwiderstand Rv der Erregungsstromversorgung
26, so daß dadurch die Erregungsspannung, das heißt, die
Erregungssleistung, erhöht wird.
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Folglich wird das Ausgangssignal in Proportion zu der
Erregungsspannung erhöht, und das Verhältnis S/N wird verbessert,
so daß demgemäß die Ausgangsschwankung, die durch eine
herabgesetzte Leitfähigkeit bewirkt wird, vermindert wird. Wenn die
Erregungsspannung verändert wird, wird auch die Größe des
Strömungsratensignals verändert, und daher ist es leicht, das
Strömungsratensignal innerhalb des Mikrocomputers 12 durch ein
Mehrfaches zu teilen, das der Aenderung in der
Erregungsspannung äquivalent ist.
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Es ist auch möglich, die Schwankung des Strömungsratensignals durch
Erhöhung der Erregungsfrequenz zu vermindern. Zu diesem Zweck
kann die Erregungsfrequenz durch Andern der Taktgeberfrequenz
der Zeitsteuerungsschaltung 6 durch den Mikrocomputer 12
gesteuert werden.
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Die in Figur 8 gezeigte fünfte Ausführungsform repräsentiert
einen Fall, in dem ein Restmagnetismusverfahren zum Erzeugen
eines Magnetfeldsangewandt wird.
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In dem Restmagnetismusverfahren wird ein Erregungsstrom in
Impulsform einer Restmagnetismusschaltung 27 während einer
kurzen Zeitdauer zugeführt, um ein
Rechteckwellenform-Magnetfeld zu erzeugen. Durch Einfügen eines Widerstands R2 zwischen
einen Schalter und den negativen Anschluß einer
Stromversorgung, wie in der Erregungsschaltung 28 der Figur 8 gezeigt
ist, ist es daher möglich, die Funktion sicherzustellen, die
jener der Impulseinspeisungsschaltung 9 in Figur 2 äquivalent
ist. Der Spannungsabfall über dem Widerstand R2 wird als ein
Impuls in die Elektrode 2a durch den Widerstand Rs eingespeist.
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Andere Vorgänge sind exakt die gleichen wie jene der anderen
Ausführungsformen.
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In den vorerwähnten Ausführungsformen ist die Abtastperiode
für den Spannungsabfall aufgrund von Rf gleich der Periode,
während welcher der Schalter S1 eingeschaltet ist, wie durch
Figur 3B und Figur 3E gezeigt ist. Dieses ist nur ein
Beispiel, und die durch Figur 3E angedeutete Abtastperiode kann
entweder länger oder kürzer als die Zeitdauer sein, während
der der Schalter S1 eingeschaltet ist.
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Weiter kann die gesamte Wellenform der Figur 3D an eine
Integrationschaltung angelegt werden, um die gesamte Fläche zu
bestimmen In einem solchen Fall werden die Strömungsratensignale
miteinander ausgeglichen, da sie in jedem Halbzyklus
entgegengesetzte Polarität haben, so daß nur der Spannungsabfall
aufgrund von Rf in einer Art und Weise erzeugt wird, die
gleichartig der Ausführungsform ist, in welcher die Abtastzeit nur
dauert, während der Schalter S1 eingeschaltet bleibt.
Betrachtet man die Versetzungsspannung des Differentialverstärkers
3, ist jedoch die in Figur 3 gezeigte Abtastperiode mehr zu
bevorzugen.
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Andere Aus führungs formen, die sich auf das Verfahren der
Impulseinspeisung beziehen, sind in den Figuren 9A bis 9C
gezeigt.
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Figur 9A zeigt einen Fall, in welchem ein Kondensator C5
zwischen die Impulseinspeisungsschaltung 9 und eine Elektrode
2a eingefügt ist. Durch Einfügen des Kondensators C5 kann,
selbst wenn die Impulseinspeisungsschaltung 9 eine
Gleichstromversetzung
hat, nur ein Impuls eingespeist werden, und
daher wird die Wirkung der Versetzung auf den
Differentialverstärker 3 eliminiert.
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Figur 9B zeigt eine andere Ausführungsform, in welcher der
Differentialverstärker 3 mit den Elektroden durch einen
Kondensator C3, einen Widerstand R3, einen Kondensator C4 und
einen Widerstand R4 verbunden ist. In diesem Fall ist eine
Impulseinspeisungsschaltung 9 zwischen den Kondensator C3 und
die Elektrode 2a eingefügt, um einerseits die gleiche Wirkung
wie in anderen Ausführungsformen zu erzeugen und andererseits
wird der Differentialverstärker 3 nicht durch die Tatsache
beeinträchtigt, daß die Impulseinspeisungsschaltung 9, wenn
überhaupt, eine Gleichstrom-Versetzung hat.
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Figur 9C zeigt eine noch andere Ausführungsform, in welcher
der Widerstand Rsdurchden Kondensator Cs in der
Impulseinspeisungsschaltung 9 ersetzt ist. Wellenformen, die in
verschiedenen Teilen dieser Ausführungsform erzeugt werden, sind
in Figur 10 gezeigt.
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Die Figuren 10A, 10B und 10C entsprechen jeweils den Figuren
3A, 3B und 3C, und die Figuren 10D, 10E und 10F sind
gleichartig jenen, die in Figur 3 gezeigt sind. Diese Wellenformen
werden daher nicht weiter erläutert.
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Wenn der Schalter S1 in einer Zeitsteuerung eingeschaltet wird,
die durch Fig. 10B spezifiziert ist, wird in der Elektrode 2A eine
Differentiationswellenform erzeugt, wie in Figur 10C gezeigt
ist. Diese Wellenform ist eine ideale
Differentiationswellenform, die nur von dem elektrischen Widerstand Rf und dem
Kondensator Cs gebildet wird, wobei aber der Anstiegsteil
derselben unter der Wirkung einer sehr kleinen Streukapazität Rf
zwischen den Elektroden und der Erde, welche zu dem
Fluidwiderstand
Rf parallel dazu hinzugefügt ist, dumpf gemacht
ist.
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Die Konfiguration der Figur 9C ist auch exakt identisch mit
jenen der anderen Ausführungsformen, soweit die Trennung und
Detektion eines Strömungsratensignals und eines
Leitfähigkeitssignals nach der Signalverstärkung betroffen ist. Die
Abtastperiode des Leitfähigkeitssignals ist jedoch
vorzugsweise gleich der oder kürzer als die Einschaltzeit des
Schalters S1.
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Der Wert des Spannungsabfalls aufgrund von Rf ist
wünschenswerterweise von einem Wert, der fast gleich dem
Strömungsratensignal ist, bis etwa 100 Mal so groß. Der Spannungsabfall
aufgrund von Rf wird durch das Verhältnis zwischen den
Widerständen Rs und Rf bestimmt, und daher ist es erforderlich, daß der
Widerstand Rs genügend groß ist, verglichen mit dem
elektrischen Widerstand Rf des Fluids, oder in dem Bereich von
wenigstens mehreren MX bis so groß wie mehrere Tausend MX in
einigen Fällen.
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Ein Widerstand so groß wie mehrere Tausend MX ist teuer und
voluminös. Wenn er durch einen kleinen Kondensator Cs
(mehrere pF bis mehrere Tausend pF) ersetzt werden kann, werden
daher der Instrumentenpreis und die Instrumentengröße in hohem
Maße vermindert.
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Es ist demgemäß aus der vorstehenden Beschreibung zu
verstehen, daß die folgenden Vorteile von der vorliegenden Erfindung
erhalten werden:
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(1) Ohne die Funktion der Strömungsratenmessung eines
Strömungsmessers zu opfern, und unter Gebrauchmachen von fast allen
Schaltungen desselben, werden eine
Impulseinspeisungsschaltung,
eine Abtastschaltung 10 und ein A/D-Umsetzer
11 mit einer kleinen Anzahl von Teilen vorgesehen, um
ein Strömungsratensignal und ein Leitfähigkeitssignal
zu trennen, so daß die beiden Signale zur gleichen Zeit
ohne Erhöhung der Kosten des elektromagnetischen
Strömungsmessers erzeugt werden können.
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Einfach durch Installieren des elektromagnetischen
Strömungsmessers kann die Bedienungsperson sowohl die
Strömungsrate als auch die Leitfähigkeit (Wasserqualität)
des Wassers, das in einer speziellen Position strömt,
bestimmen, so daß es demgemäß möglich gemacht wird, die
Wasserqualität zu überwachen.
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Diese Funktion ist sehr wirksam beim Uberwachen der
Veranlassung von Abwasser oder Chemikalien, die aufgrund
eines Verbindungsfehlers eines Endrohrs von
Leitungswasser auftreten könnte.
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Auch in einer Anwendung auf Abwasser wird brauchbare
Information erhalten, was die erforderliche
Behandlungskapazität anbetrifft, die von dem Grad der
Wasserverunreinigung abhängt.
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(2) Es ist möglich zu detektieren, daß die Leitfähigkeit
unendlich groß ist oder ein vorbestimmtes Niveau
überstiegen hat. Bei der Detektion, daß Wasser vollgefüllt ist,
wird das Ausgangssignal des elektromagnetischen
Strömungsmessers zwangsweise auf Null oder unter Null reduziert,
so daß dadurch verhindert wird, daß das integrierende
Meßgerät auf der Empfängerseite eine abnormale Zählung
aufnimmt oder in anderer Weise fehlarbeitet. (Wenn Wasser
nicht vollgefüllt ist, erzeugt ein üblicher
elektromagnetischer Strömungsmesser eine ungenaue Ausgangsgröße von
unter Null bis mehr als eine maximale Strömungsrate und
arbeitet außerdem variabel mit der Zeit.)
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Wenn Wasser nicht vollgefüllt ist, ist es nicht
erforderlich, daß der elektromagnetische Strömungsmesser zur
Messung arbeitet, und daher kann der Leistungsverbrauch
eines batteriebetriebenen elektromagnetischen
Strömungsmessers bemerkenswert vermindert werden, indem eine
solche Maßnahme wie das Ausschalten des Erregungsstroms
unternommen wird.
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(3) Ein elektromagnetischer Strömungsmesser hat generell eine
kleine Schwankung eines Ausgangssignals für ein Fluid
von hoher Leitfähigkeit und eine große Schwankung eines
Ausgangssignals für ein Fluid von niedriger
Leitfähigkeit.
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Diese Schwankung kann durch Erhöhen der Intensität des
Erregungsmagnetfelds unterdrückt werden.
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Es ist auch möglich, die Schwankung durch Erhöhen der
Erregungsfrequenz zu dämpfen. In dem Fall, in welchem
das Objektfluid manchmal in der Leitfähigkeit
herabgesetzt wird, wie, wenn eine Mischung von Chemikalien
betroffen ist, kann der Leistungsverbrauch insgesamt
vermindert werden, wenn die Schwankung gedämpft wird,
indem die Erregungsspannung (oder der Strom) oder die
Erregungsfrequenz nur erhöht wird, wenn die Leitfähigkeit
niedrig ist.
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In dem Fall des Erregungssystems vom Restmagnetismustyp
würde eine erhöhte Frequenz den Leistungsverbrauch
erhöhen. Normalerweise wird daher das System mit einer
Niedrigfrequenz-Erregung betrieben, und nur wenn die
Leitfähigkeit
abnimmt, wird die Erregungsfrequenz
vorzugsweise erhöht, um den mittleren Leistungsverbrauch zu
vermindern und demgemäß die Betriebszeit einer Batterie, wenn
sie für den Betrieb des Systems verwendet wird, zu
verlängern.