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Verstärker für einen Flüssigkeitsmesser
Die Erfindung bezieht sich
im allgemeinen auf einen Yerstärker zur Messung der Signalspannung eines Flüssigkeitsmessers,
welcher mit einem Wechselstrommagnet versehen ist, und betrifft im besonderen den
Steuerungsteil dieses Verstärkers zur Kompensation der Signalvariationen, welche
durch -Feldänderungen des Magneten verursacht werden.
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Es ist bekannt, daß die Induktionsflüssigkeitsmesser zum Messen von
durchströmenden Flüssigkeitsmengen nach dem Faradayschen Induktionsgesetz arbeiten.
In der Hauptsache besteht eine solche Vorrichtung aus einem magnetischen Feld, einer
Flüssigkeitsleitung senkrecht zu diesem Feld und zwei Elektroden in der Wand der
Leitung, deren Verbindungslinie senkrecht zu dem magnetischen Feld und der Leitung
verläuft. Wenn in der Leitung eine Flüssigkeit strom, wird ein Potential zwischen
den Elektroden erregt, das der durchgeströmten Flüssigkeitsmenge -und der magnetischen
Feldstärke proptortional ist. Dabei kann ein konstantes oder ein magnetisches Wechselfeld
angewandt werden.
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Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf jene Art Induktionsflüssigkeitsmesser,
welche mit einem Wechselstrommagneten versehen sind. Bei diesen Geräten ist die
Signalspannung von der Spannung der Magnetspeisequelle abhängig. Sofern
die
Spannung oder die Frequenz dieser Quelle sich ändert, ändert sich auch das Magnetfeld
und demzufolge auch die Signalspannung.
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Die Genauigkeit derartiger Meßgeräte ist durch die Genauigkeit der
Spannung und der Frequenz der Magnetspeisequelle begrenzt. Eine dritte Fehlerquelle
ist der Temperaturkoeffizient der Widerstandskomponente der magnetischen Impedanz.
Falls jedoch der Magnet eine Impedanz hat, welche dem Widerstand gegenüber groß
ist, wird der Einfluß des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes auf das magnetische
Feld genügend klein sein. In diesem Falle ist jedoch der Einfluß der Frequenz auf
das magnetische Feld am stärksten. Die magnetische Feldstärke ist in diesem Fall
der Frequenz umgekehrt proportional und der Spannung direkt proportional. Zur Beseitigung
dieser Schwierigkeiten wird meistens eine stabilisierte Spannungsquelle für Magnet
und Verstärker verwendet. Falls die Magnetfrequenz nicht der Netz frequenz entspricht,
wird der Magnet von einem Oszillator oder einer anderen lokalen Frequenzquelle gespeist.
Die Frequenz und die Spannung einer derartigen Quelle so!len mit einer Genauigkeit
eingestellt werden, welche gleich groß oder zweimal größer ist als die erwünschte
Meßgenauigkeit Wenn z. B. die Frequenz und die Spannung einen Fehler von IO/o haben,
kann das Meßsignal genau sein, sofern sich beide Fehler ausgleichen, indessen kann
der Meßfehler 2 ovo betragen, sofern beide Fehler zusammenfallen. Wenn der Magnet
netzgespeist ist oder über einen Netzspannungsstabilisator gespeist wird, kann die
Frequenz nicht geregelt werden.
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Die Erfindung schafft eine einfache und genaue Lösung zur Kompensierung
des Einflusses von Änderungen der Frequenz und der Spannung auf das Meßsignal innerhalb
der normal auftretenden Frequenz- und Spannungsänderungen. Sie macht die Verwendung
verwickelter und kostspieliger Stabilisatoren für den Magneten und den Verstärker
überflüssig und schafft einen einfachen, betriebssicheren und genauen Verstärker,
welcher für industrielle Zwecke verwendet werden kann. Die Erfindung beruht hauptsächlich
auf einer besonderen Gegenkopplungseinheit für den Verstärker und zwar derart, daß
eine Verstärkung entsteht, welche der Frequenz direkt proportional und der ztim
Magneten geführten Spannung umgekehrt proportional ist. In der Zeichnung ist die
Erfindung an Hand einiger Schaltbilder beispielsweise erläutert.
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Fig. I veranschaulicht schematisch das Prinzip der Erfindung; Fig.
2 und 3 zeigen Schaltbilder mit zwei verschiedenen Ausführungsformen der Gegenkopplungseinheit,
und Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für einen netzgespeisten Magneten und Verstärker.
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Der Verstärker I (Fig. I) ist von normaler Schaltung und wird von
der Signalquelle 24 gespeist.
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Gegenüber den bekannten Gegenkopplungsschaltdngen wird die Gegenkopplung
oder ein Teil derselben von der Speisequelle 2 des Magneten gesteuert, und zwar
derart, daß die Größe der Gegenkopplung zunimmt, wenn die Steuerspannung (d. h.
die Magnetspannung) zunimmt, so daß in diesem Fall die Verstärkung' abnimmt. Die
Gegenkopplungseinheit 3 hat eine Impedanzkombination, welche bei zunehmender Frequenz
der Magnetspeisespannung (und demzufolge des Verstärkersignals) die Größe der Gegenkopplung
verkleinert, so daß sich eine größere Verstärkung ergibt. Bei richtiger Einstellung
der Gegenkopplung werden Schwankungen der Spannung und der Frequenz von etwa IO°/o
derart herabgemindert, daß eine Meßgenauigkeit von über I °/o erzielt wird. Die
verstärkte Ausgangssignalspannung wird mit Hilfe der Meßeinrichtung 23 abgelesen.
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Die vorerwähnte Gegenkopplungseinheit 3 sei nachfolgend an Hand der
Fig. 2 näher beschrieben.
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Von der Ausgangsseite des Verstärkers, bezeichnet mit den Punkten
4 und 5, wird ein Signal abgeleitet, das über die Selbstinduktionsvorrichtung 6
zum Widerstand 7 geleitet wird. Dieser Widerstand kann einen Teil des Kathodenkreises
der ersten Verstärkerröhre8 bilden. Die Selbstinduktion6, bestehend aus zwei gekoppelten
Spulen 9 und I0, ist derart ausgebildet, daß die Selbstinduktion, gemessen über
die Spule g im Vergleich zum Widerstand 7, hoch ist. In diesem Fall wird die Spannung
über den Widerstand 7 vollkommen durch die Selbstinduktion der Vorrichtung 6 bestimmt.
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Zunächst seien die Verhältnisse bei steigender Signalfrequenz betrachtet.
Da die Impedanz der Vorrichtung 6 der Frequenz proportional ist, wird der Strom
in der Wicklung 9 und somit die Spannung über den Widerstand 7 der Frequenz sich
umgekehrt proportional ändern und somit abnehmen, wodurch die Gegenkopplung schwächer
wird und die Verstärkung des Verstärkers I zunimmt. Da das Feld des Magneten und
demzufolge die Signalstärke bei zunehmender Frequenz abnehmen, wird die zunehmende
Verstärkung die Signalsenkung kompensieren, so daß trotz der Frequenzänderungen
ein gleichbleibendes Ausgangssignal erhalten wird: Die Größe der Kompensation kann
mittels der Gegenkopplungsgröße und mittels des Impedanzverhältnisses zwischen 6
und 7 geregelt und die erwünschte Kompensation von den Frequenzkennlinien des Magneten
abgeleitet werden.
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Die Vorrichtung 6 ist mit einer zweiten Wicklung, der Steuerwicklung
I0, versehen, welche einen Gleichstrom führt, der dem Speiseapparat 2 (Fig. I) des
Elektromagneten über die Klemmen 13, 14 nach Gleichrichtung und Filterung in der
Vorrichtung I5 entnommen wird. Der Widerstand I6 verkleinert den Widerstandskoeffizienten
des Kreises I6, 10 auf einen vernachlässigbaren Wert und verhindert zu gleicher
Zeit ein Kurzschließen der Selbstinduktion über den Filterkondensator I7. Die Induktion,
welche vom Gleichstrom im Kern der Vorrichtung erzeugt wird, ist im Hinblick auf
die Induktion infolge des Gegenkopplungssignals hoch.
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Die Induktion des Gegenkopplungssignals wird der Induktion des Gleichstroms
überlagert, so daß der Arbeitspunkt auf der Hysteresisschleife und damit die Selbstinduktion
der Vorrichtung 6 von
der Wicklung IO bestimmt wird. Da der Gleichstrom
der Magnetspeisespannung proportional ist, wird demnach die Selbstinduktion der
Vorrichtung 6 von der Magnetspannung gesteuert werden.
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Bei zunehmender Spannung nimmt der Gleichstrom zu. Die Selbstinduktion
nimmt ab, so daß eine höhere Spannung über dem Widerstand 7 entsteht und die Gegenkopplung
zu- und die Verstärkung abnimmt. Der Einfluß des Gleichstroms auf die Selbstinduktion
der Vorrichtung 6 wird von der Beschaffenheit des Kernmaterials, vom Luftspalt und
vom Arbeitspunkt auf der Hysteresisschleife bestimmt, dessen Regelung durch den
Widerstand I6 ermöglicht wird. Das Ausmaß der Kompensation der Magnetspannungsänderungen
kann also durch die Größe der Gegenkopplung des Verstärkers geregelt werden.
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Fig. 3 veranschaulicht eine etwas ausführlichere Schaltung. Das Gegenkopplungssignal
des Verstärkers wird durch die Spannungsteiler I9, 20 und 2I auf den gewünschten
Wert gebracht. Mittels des Spannungsteilers 20 kann die Verstärkung geregelt werden.
Durch Änderung der Widerstände 7 und I8 in Reihe mit I6 kann die genaue Kompensation
für Änderungen in der Frequenz und der Spannung erhalten werden.
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Fig. 4 betrifft den Fall, in dem der Verstärker und die Regelwicklung
IO netzgespeist sind: Dazu ist ein Netzanschlußgerät 24 . vorgesehen, dessen Gleichstromausgang
sowohl den Gleichstrom für die Regelwicklung IO als auch denjenigen für den Anodenkreis
der mit I a bezeichneten Endröhre des Verstärkers liefert. In diesem Anodenkreis
ist ein Transformator eingeschaltet, der zwei Sekundärwicklungen hat, von denen
die obere mit der Meßeinrichtung 23 der Fig. I und die untere mit dem Spannungsteiler
I9, 20, 21 der Fig. 3 verbunden ist.