FI75668C - Magnetisk stroemningsmaetare med kapacitiv koppling. - Google Patents

Description

1 75668

Kapasit11visesti kytketty magneettinen virtausmittari Tämä keksintö liittyy yleisesti magneettisiin virtausmitta-reihin ja täsmällisemmin sanottuna patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen virtausmittariin.

Magneettisia virtausmittareita, jotka on sovitettu mittaamaan johtavien virtaavien aineiden ti 1avuusvirtauksia kapasitiivi-silla signaalianturielimi 11ä, on rakennettu jo jonkin aikaa. Tällaisissa mittareissa elektrodit on eristetty sähköisesti mitattavasta virtaavasta aineesta dielektrisen kerroksen avulla. Täten johtavan virtaavan aineen ja kummankin elektrodin välille muodostuu kondensaattori. "Kuivien" elektrodien käyttämisellä saavutettavat edut käsiteltäessä hankalia vi r-taavia prosessi aineita kapasitanssi tyyppisessä instrumentissa (ts. virtaavia syövyttäviä aineita, "likaisia" aineita, jotka pyrkivät kerrostumaan tai likaamaan elektrodeja, ja heikosti johtavia aineita ym.) ovat alan ammattimiehelle tunnettuja.

Esimerkkinä tämän alan patenteista on US-patentti 3 839 912, jossa on esitetty magneettinen virtausmittari järjestelmä, jossa on kapasitiivisesti virtaavaan aineeseen kytketyt mittauselektrodit. Järjestelmän virtausputken sisälle on sovitettu di elektrisestä materiaalista muodostettu sisään-asetettava mittapääosa, jossa on rakenteeltaan yhtenäinen elektrodi järjestely. Tämän järjestelyn sisälle on sijoitettu mittauselektrodiin kytketty suuri-impedanssinen vahvistin, joka vastaanottaa virtauksen indusoimat jännitteet. Nämä virtauksesta riippuvat signaalit syntyvät virtaus-putken poikki kehitetyn vaihtomagneettikentän ja virtaavan johtavan aineen vuorovaikutuksesta, mikä indusoi vaihtojännitteen elektrodeille johtuen kapasitiivisesta kytkennästä virtaavaan aineeseen. Vahvistimen tuloimpedanssi pidetään erittäin suurena, niin että vahvistin voi sopivasti vahvistaa virtauksen indusoimaa jännitettä oleellisesti vir- 2 75668 tausnopeuteen verrannollisen lähtösignaalin muodostamiseksi.

US-patentissa 3 999 443 on esitetty toinen muunnelma kapasitans-sityyppisestä magneettisesta virtausmittarijärjestelmästä, jossa mittauselektrodit on upotettu virtaukseen asennetun virtausputken dielektriseen vuoraukseen. Tämä esitys kohdistuu pääasiassa instrumentin toiminnan aikana kehittyneiden virhe jännitteiden, ts. tulojohtamiin indusoituneiden silmukkajännitteiden ja hajakapasitanssien kautta kytkeytyvien jännitteiden minimointiin. Kuten tässä patentissa on esitetty, ensimmäisestä lähteestä peräisin olevat virhejännitteet minimoidaan sähköstaattisen suojauksen ja magneettikentän pientaajuisen magneto innin yhdistelmällä, kun taas indusoituneet silmukkajännitteet otetaan huomioon muuttamalla magneettikenttää neliö-aaltomagnetoinnin mukaisesti. Esityksen mukaan mittausjaksossa on siten aikaväli, jolloin magneettikentän muuttumisnopeus on nolla, minkä avulla minimoidaan ei halutut vaiheessa olevat ja 90° vaihesiirrossa olevat jännitekomponentit. Samoin kuin edellä mainitussa US-patentissa 3 839 912, tässä on esitetty, että tarkkuudeltaan halutun lähdön saavuttamiseksi elektrodit kytketään suuri-impedanssiseen vahvistimeen.

Koska tunnetut esitykset kohdistuvat kaikki elektrodeilla olevan erittäin suuri-impedanssisen mittausjännitteen käsittelyyn vastaavalla elektrodien kytkennällä suuri-impedanssiseen vah-vistinpiiriin, niissä esiintyy tiettyjä signaalinkäsittelyvai-keuksia. Tällaiset suuri-impedanssiset signaalit ovat esimerkiksi herkkiä kaapelin ominaisuuksille ja hajakapasitansseille, mikä edellyttää erityisen huomion kiinnittämistä suojaukseen. Lisäksi suuri-impedanssisia mittaussignaaleja käyttävissä magneettisissa virtausmittarijärjestelmissä on yleensä kysymys suurtaajuisesta ja suuritehoisesta toiminnasta virtausnopeuden osoittavan lähtösignaalin kehittämiseksi. Paitsi että tämä toimintatapa on energiaa tuhlaava, se edellyttää viritykseltään kriittisten piirien käyttämistä, mikä lisää monimutkaisuutta ja kustannuksia.

3 75668

Yritykset joidenkin näiden vaikeuksien välttämiseksi voivat aiheuttaa toisia vaikeuksia. Esimerkiksi kuten mainitussa US-patentissa 3 999 443 on todettu, hajakapasitanssi vuotojen aiheuttamia virhejännitteitä voidaan osittain minimoida virtaus-mittarin magnetoinninohjainjärjestelmän pientaajuisei 1 a magne-toinnilla. Tämän vaikutuksena on kuitenkin elektrodien ja prosessin virtaavan aineen välisen kapasitiivisen impedanssin kasvaminen entisestään, mistä on seurauksena tehonkulutuksen lisääntyminen ja itse asiassa hajakapasitanssi herkkyyden li-sääntyminen.

Esillä olevassa keksinnössä vältetään edellä mainitut kapasi-tiivisesti kytkettyihin magneettisiin virtausmittareihi n liittyvät ongelmat aikaansaamalla virtausmittari, joka tunnetaan pienen impedanssin omaavista elimistä, joiden tuloimpe-danssi on alhainen verrattuna elektrodivälineiden ja virtaavan aineen väliseen kapasitiiviseen kytkentään, jolloin pienen tuloimpedanssin omaavat elimet on kytketty elektrodivälinei-siin sellaisen virtasignaalin muodostamiseksi, joka on verrannollinen mainittuun indusoituneeseen signaaliin sekä riippuvainen virtausnopeudesta. Kehittämällä pieni jännite-ero prosessin virtaavan aineen ja elektrodien välille kapasitanssi (ja viimekädessä virtausslgnaal1) voidaan mitata tavalla, joka poistaa hajakapasitanssivirrat lähes kokonaan ja samalla yksinkertaistaa koko mittausjärjestelmän suojausvaatimuksia.

Esillä olevan keksinnön muut piirteet ja edut ilmenevät seu-raavasta yksityiskohtaisesta piirustuksiin liittyvästä selityksestä .

Kuvio 1 on esillä olevan keksinnön mukaisesti konstruoidun magneettisen virtausmittarin mittausjärjestelmän lohkokaavio, kuvio 2 on osittain leikattu perspektiivinen kuvanto, joka esittää parhaana pidetyssä suoritusmuodossa käytetyn magneettisen virtausmittarin primäärielementin yksityiskohtia, kuvio 2A on primäärielementin virtausputkiosan yksityiskohtainen leikkauskuvanto, joka esittää suoritusmuodon elektrodi-kokoonpanoa, 4 75668 kuvio 3 on kuvion 1 suoritusmuodossa käytetyn magnetoinnin-ohjainpiirin kaavio, kuvio 4 on tämän suoritusmuodon iImaisinpiirien signaalin esi-vahvistin- ja demodulaattoriosan kaavio, kuvio 5 on lohkokaavio, joka esittää tapaa, jolla virtaavan aineen putkistojärjestelmä kytketään virtausputkeen ja elektro-dikapasitanssin mittauksen ilmaisinpiireihin tässä suoritusmuodossa, kuviot 6A-G ovat joukko aaltomuotoja parhaana pidetyssä suoritusmuodossa , kuvio 7 on yksityiskohtainen leikkauskuvanto vaihtoehtoisen suoritusmuodon primäärielementin virtausputkiosasta ja kuvio 8 on yksityiskohtainen leikkauskuvanto erään toisen vaihtoehtoisen suoritusmuodon primäärielementin virtausputkesta.

Kuvio 1 on keksinnön parhaana pidetyn suoritusmuodon mukaisesti konstruoidun magneettisen virtausmittarijärjestelmän 8 lohko-kaavio, johon sisältyy primäärimittauselementti 10 ja siihen liittyvät magnetoinninohjainpiiri 11 ja elektroniset piirit virtaussignaalin ilmaisemiseksi ja sen muuntamiseksi käyttökelpoiseksi lähdöksi. Primäärielementtiin sisältyy osana vir-tausputki 12, joka on sovitettu asetettavaksi putkistojärjestelmään, joka kuljettaa virtaavaa ainetta, jonka virtausnopeus on määrättävä, virtausputken sisäpuolta peittävä dielektrinen vuoraus 13 ja mittauselektrodipari 14, 15, joka on upotettu vuoraukseen siten, että elektrodit eivät ole kosketuksessa prosessin virtaavaan aineeseen. Virtausputken ulkopuolelle on asennettu kaksi kenttäkäämiä 16, 17, jotka on sijoitettu poikittain mittauselektrodien suhteen rautasydämelle 19 (ks. kuvio 2), joka yhdistää kenttäkäämit. Vuoanturikäämi 18 on suunnattu kenttäkäämin 16 mukaan siten, että virtausputken kautta kulkeva vuo kulkee sen läpi. Magneettikentän magnetoinninohjainpiiri on kytketty suoraan kenttäkäämeihin ja se antaa kentän magne-tointienergian.

Ilmaisinpiirit 20 käittävät elektrodeihin 14, 15 kytketyn esi-vahvistimen 21, vahvistetun mittaussignaalin vastaanottavan 5 75668 demodulaattorin 22 ja analogia-digitaalimuuntimen 24, joka syöttää näyttöyksikölle 25 virtaussignaalia edustavan digitaalisen lähtösignaalin. Signaalinkäsittelyelektroniikkaan sisältyy lisäksi sekvenssiohjauslaite 26, joka antaa järjestelmän toiminnalle tarpeelliset ajoitukset ja aaltomuodot.

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona magneettisen virtaus-mittarin primäärielementin 10 yksityiskohtia. Virtausputki 12 päättyy laipoilla varustettuihin päätyliitäntöihin 27, 28, jotka mahdollistavat asennuksen sen tyyppiseen putkistojärjestelmään, jossa on johtavia kosketuskohtia virtaavaan aineeseen teollisuusprosessilaitoksissa. Laipoilla varustetut päätylii-tännät toimivat sopivana kiinnityskohtana dielektriselle vuoraukselle 13. Vuorauksen sisälle upotetut mittauselektrodit 14, 15 (ks. myös kuvio 2A) on sijoitettu kohtisuoraan virtaus-putken pitkittäiseen virtausakseliin nähden. Lisäksi nämä elektrodit ovat suhteellisen suuripintaisia virtauksen indusoi-mien signaalien havaitsemiseksi tehokkaammin. Vaikka tätä ei ole selvyyden vuoksi piirustuksessa esitetty, virtausputkea ympäröi kenttäsuoja virtausputken päälle asennettujen kenttä-käämien 16, 17 suojaamiseksi usein vaikeaa prosessiympäristöä vastaan. Anturikäämi 18 on asennettu samalla tavalla virtaus-putken päälle (kuviossa 2 katsottuna) ylemmän kenttäkäämin 16 keskiosan sisälle ja käämien muodostaman vuokentän sisälle.

Tämä käämi samoin kuin kenttäkäämit on siten kohtisuorassa sekä virtausakseliin että mittauselektrodeihin nähden. Voidaan havaita, että tämä mittauselektrodien ja käämien järjestely kehittää seurauksena johtavan virtaavan aineen virtaamisesta virtausputken läpi jännitesignaalin, joka on kytketty kapasitiivi-sesti ilmaisinpiireihin 20 johtuen dielektrisen vuorauksen sijainnista virtaavan prosessiaineen ja elektrodien välillä.

Siirryttäessä tarkastelemaan mittausjärjestelmän magneettikentän magnetointiosan toimintaa on erityisesti tarkasteltava kuvioita 1 ja 3 ja kuvioissa 6A-6C esitettyjä aaltomuotoja. Sekvenssi-ohjauslaite 26, jossa käytetään digitaalisia laskureita ja 6 75668 muita yleisesti tunnettuja piirejä, kehittää sakara-aaltojen jonot taajuuksilla, jotka ovat 60 Hz verkkotaajuuden murto-osia. Erikoisesti sekvenssiohjauslaitteen kehittämä 7,5 Hz sakara-aaltojännite, joka toimii järjestelmän pääkellona, syötetään alennusvastuksen 30 kautta kuljettuaan suurivahvistuk-sisen operaatiovahvistimen 31 invertoivaan napaan. Vahvistin on kytketty siten, että vuoanturikäämistä 18, puskurivahvisti-mesta 32 ja lähtövastuksesta 33 muodostuva takaisinkytkentä-verkko ohjaa invertoivassa navassa olevan jännitteen oleellisesti nollaan. Operaatiovahvistimessa 31 oleva kondensaattori-vastusverkko 34 kompensoi hitaat ryömintäilmiöt.

Operaatiovahvistin 31 ja siihen liittyvät takaisinkytkentä-piirit vertaavat vuoanturikäämin havaitsemaa jännitettä sekvenssi-ohjaimelta 26 tulevaan tulojännitteeseen ja vuokäämin jännite pakko-ohjataan siten seuraamaan sekvenssiohjauslaitteelta tulevaa neliöaaltotuloa. Koska vuokäämiin indusoitu jännite on neliöaalto, joka on verrannollinen virtausputken läpi kulkevan magneettikentän muuttumisnopeuteen (dB/dt), vahvistimen 31 lähtövirralla (ts. magnetointivirralla), joka aktivoi kenttä-käämit 16, 17 vastaavan magneettikentän kehittämiseksi, tulee välttämättä olemaan kolmiaaltomuoto, jonka taajuus on 7,5 Hz. Kuvioiden 6A, 6B ja 6C aaltomuodot kuvaavat tätä suhdetta. Toiminnan yksityiskohtia ja etuja, jotka saadaan käyttämällä erillisiä vertailukäämiä ajallisesti muuttuvan magneettikentän havaitsemiseen, on esitetty US-patentissa 3 433 066.

Kun magnetointikäämejä 16, 17 syötetään kolmiovirta-aallolla, virtausputken 12 läpi poikittain kulkevat vuoviivat ovat vuorovaikutuksessa virtaavaan aineeseen indusoiden virtaavan aineen nopeuteen verrannollisen jännitesignaalin, joka havaitaan mittauselektrodeilla 14, 15. Kuitenkin tavanomaisista kapasi-tiivisesti kytketyistä magneettisista virtausmittareista poiketen, joissa käytetään suuri-impedanssisia vahvistinpiirejä elektrodeille indusoituneen jännitteen mittaamiseksi, esillä olevan keksinnön tärkeän ominaisuuden mukaan käytetään elektrodien kehittämän indusoidun jännitesignaalin muutosnopeuteen 7 75668 verrannollisen virtaussignaalin mittausta. Tämä aikaansaadaan kuviossa 4 yksityiskohtaisesti esitetyllä esivahvistin/demodu-laattoripiirillä, joka toimii pieni-impedanssisaia virta-j ännitemuuntimena.

Tarkasteltaessa yksityiskohtaisemmin ilmaisinpiirien 20 toimintaa voidaan todeta, että kapasitiivisesti kytketyssä magneettisessa virtausmittarissa elektrodille varastoituneen varauksen määrä (Q) saadaan lausekkeesta:

Q = CE

missä C on elektrodin kapasitanssi ja E on virtauksen indusoima jännite.

Koska virtausjännite on virtaavan aineen nopeuden (v), virtaus-putken halkaisijan (D) ja magneettikentän tiheyden (B) funtio, edellä oleva lauseke voidaan kirjoittaa seuraavaan muotoon:

Q a CvDB

Derivointi ajan suhteen (kun virtaavan aineen nopeuden ja elektrodikapasitanssin muutosnopeus oltetaan näytteenottojakson aikana mitättömän pieniksi) antaa seuraavan lausekkeen virtaus-signaalivirralle - ip: - fS o,CvD§|

Koska magneettikentän kehittää kolmio-ohjausvirta (kuvio 6B), magneettikentän muutosnopeus (dB/dt) ja välttämättä virtaussig-naalivirta ovat neliöaaltoja.

Koska virtaussignaalivirta ja magneettikentän muuttumisnopeus ovat mitattavia suureita virtausputken halkaisijan ollessa vakio, virtaavan aineen nopeuden määräämiseksi on tunnettava elektrodi-kapasitanssi. Tämä kapasitanssimittaus voidaan toteuttaa monella tavalla. Esimerkiksi mittauselektrodien upottamisesta vuoraukseen johtuva kapasitanssi voidaan mitata ensin valmistuksen aikana ja sen voidaan olettaa pysyvän vakiona prosessivirtauksen olosuhteissa. Tämän lähestymistavan haittana on kuitenkin, 8 75668 että siinä ei oteta huomioon kapasitanssin muutoksia, jotka johtuvat lämpötilavaikutuksista ja joko likaantumisesta tai kulumisesta johtuvia vuorauksen paksuuden muutoksia. On myös mahdollista suorittaa kapasitanssin alkumittaus ja suorittaa lämpötilan kompensointi vertaamalla vuorausmateriaalin di-elektrisiä ominaisuuksia mitatussa lämpötilassa dielektrisiin ominaisuuksiin vertailulämpötilassa (esim. 25°C). Sen lisäksi, että tällöin ei oteta huomioon vuorauksen paksuuden vaihteluista johtuvia kapasitanssin vaihteluita, tämä lähestymistapa edellyttää monimutkaisia piirejä ja jopa mahdollisesti järjestelmän varustamista mikroprosessorilla, johon on tallennettu eri di-elektriset arvot virtausmittarin odotetulla lämpötila-alueella. Tämä kaikki lisää merkittävästi monimutkaisuutta ja kustannuksia mahdollistamatta kuitenkaan tarkkaa elektrodikapasitanssin mittausta.

Esillä olevan keksinnön erään toisen tärkeän ominaisuuden mukaan elektrodikapasitanssi mitataan on-line-muotoisesti, edullisimmin samanaikaisesti kun virtaussignaalivirran mittausta suoritetaan. Termiä "on-line-mittaus" käytetään sen laajimmassa merkityksessä siten, että se sisältää ohessa suoritetun elektrodikapasitanssin mittauksen virtausmittarijärjestelmän ollessa toimintatilassa virtaavan aineen virratessa sen läpi. Merkittävää on, että samanaikainen kapasitanssin ja virtaus-signaalin mittaus voidaan suorittaa näiden häiritsemättä toisiaan ja mikä tärkeintä, tavalla, joka tekee koko mittausjärjestelmän tunteettomaksi hajakapasitansseille ja muille vuotojän-nitteille. Kyseessä olevat kaksi mittausta ovat edellä mainittu virtaussignaalivirta (ts. joka on verrannollinen virtausnopeuteen, magneettikentän muuttumisnopeuteen ja elektrodikapasitans-siin) ja toisen virran mittaus, joka on verrannollinen samaan elektrodikapasitanssiin ja generoituun jännitteen muutosnopeuteen, joka säädetään magneettikentän muutosnopeuteen verrannolliseksi. Näiden kahden mitatun virran suhde antaa lähtösignaa-lin, joka antaa ilmaisun virtausnopeudesta, joka on riippumaton magneettikentän muuttumisnopeudesta ja elektrodikapasitanssista.

9 75668

Tarkasteltakoon erikoisesti kuvioita 4 ja 5, joissa kaksi operaatiovahvistinta 40A, 40B, jotka on kytketty differentiaaliseen virranhavaitsemistoimintamuotoon, muodostavat ilmaisinpii-rien 20 pieni-impedanssisen esivahvistimen 21. Selitettävässä suoritusmuodossa virtausputki 12, joka ympäröi vuorausta 13 ja mittauselektrodeja 14, 15, on ruostumatonta terästä ja muodostaa siten sähköisesti johtavan vaipan 60, joka on kytketty suoraan järjestelmän maahan pisteessä 42. Vahvistimien 40A, 40B tulo-johtimien 41A, 41B suojajohtimet on myös kytketty järjestelmän maahan pisteessä 42. Vahvistimista 40A, 40B ja niiden asianomaisista takaisinkytkentävastuksista 43A, 43B muodostuva piiriverkko pitää tulojohtimet 41A, 41B oleellisesti järjestelmän maan jännitteessä lukiten siten mittauselektrodien 14, 15 jännitteen noin nollaan volttiin. On-line-kapasitanssimittauksen suorittamista varten, kuten seuraavassa selitetään täydellisemmin, tätä järjestelmän maata ei ole kytketty sähköisesti ympärillä olevaan putkistojärjestelmään ja siten prosessiin vir-taavaan aineeseen. Kun magneettikenttä aktivoidaan, mittaus-elektrodeilta virtaa siten vahvistimien 40A, 40B asianomaisten takaisinkytkentävastusten 43A, 43B kautta indusoituneen jännitteen muutosnopeuteen verrannollinen signaalivirta, joka on muodoltaan 7,5 Hz sakara-aalto. Tämä kehittää pisteisiin 44A, 44B vastaavan jännitteen, joka puolestaan syötetään differentiaalivahvistimelle 45 oleellisesti virtausnopeutta edustavan lähtö-signaali jännitteen kehittämiseksi. Kuvio 6D esittää tätä aaltomuotoa, joka on veräjöity sekvenssiohjauslaitteelta 26 tulevilla ajoitussignaaleilla mahdollistamaan näytteenotto virtasignaalis-ta virtaussignaalin mittausjakson keskikohdalta.

Jotta elektrodikapasitanssi voitaisiin mitata samanaikaisesti pitäen edelleen mittauselektrodit 14, 15 lähellä maata (ts. nollajännitteessä) vuoto-ongelmien välttämiseksi ja jotta poistettaisiin elektrodeja ympäröivien paikallisten sisäisten suojien tarve, käytetään kuvion 5 järjestelyä. Kuten kuviossa on kaaviollisesti esitetty, johtavan vaipan 60 järjestelmämaan ja lähellä olevan virtausputkijohdon 100 johtavan virtaavan aineen kanssa kosketuksessa olevan osan välille on sijoitettu 10 75668 jännitelähde 50. Havainnollistamista varten virtausputki ja lähellä oleva virtausputkijohto on esitetty toisistaan erotettuina ilman vastaavia laipoilla varustettuja päitä. Todelliseen virtausmittausjärjestelmään liitettynä virtausputken ja lähellä olevan virtausputkijohdon välisen liitännän tiivistävät kumi-tiivisteet (ei esitetty) aikaansaavat tarvittavan sähköisen eristyksen näiden kahden osan välisen jännite-eron säilyttämiseksi.

Palattakoon vielä kuvioon 4, jossa järjestelmän maan ja prosessin virtaavan aineen välinen jännite-ero ylläpidetään injektoimalla integroivan vahvistimen 49 kautta sekvenssiohjauslaitteel-ta 26 neliöaaltosignaali, jonka taajuus on puolet virtaussignaa-lin neliöaaltojännitteestä eli 3,75 Hz. (Ks. kuvio 6E). Tämä muodostaa näiden kahden maan välille vastaavantaajuisen kolmi-aaltojännitteen, joka aiheuttaa mittauselektrodien 14, 15 edustamaan kapasitanssiarvoon verrannollisen 3,75 Hz neliöaalto-virran kulkemisen kuminaltakin elektrodilta pisteisiin 44A, 44B. Molempien tulovahvistimien lähdöt (pisteet 44A, 44B) sisältävät siten kaksi aaltomuotoa yhdistettyinä - toisin sanoen kaksi neliöaaltojännitettä, joista toinen taajuudeltaan 3,75 Hz vastaa elektrodeilta niiden kapasitanssin mittaamiseksi lähtevää virtaa ja toinen taajuudeltaan kaksinkertainen vastaa indusoitunutta virtaussignaalia. Kuten vahvistimien kytkennän ja elektrodien napaisuuden perusteella on selvää, kuvioiden 6A-G aaltomuotojen esittämät erilaiset jännitteet eivät vaikuta toisiinsa ja ne voidaan tehokkaasti erottaa toisistaan haluttujen lähtöjen muodostamiseksi. Esimerkiksi 7,5 Hz virtaussignaalijännitteet kumoutuvat yhdistelmästä, kun ne johdetaan yhtäsuurten summaus-vastusten 46A, 46B yli. Summausvahvistin 47 vastaanottaa tällöin 3,75 Hz jännitteen ja antaa differentiaalivahvistimen 48 lähtöön signaalin, joka on pääasiassa ilmaisuna elektrodikapa-sitanssista. Vastaavasti signaalivirran seuraaminen mittauselek-trodeilta vahvistinverkon 45 kautta paljastaa, että kapasitanssi-mittauksen jännitesignaali kumoutuu yhdistelmästä antaen virtauksesta riippuvan signaalin vahvistimen 45 lähtöön.

11 75668

Sekä kapasitanssi- että virtaussignaali syötetään toisille piireille (ei esitetty), jotka yksinkertaisesti muodostavat näiden kahden sakara-aaltojännitteen suuruussuhteen virtausnopeuteen verrannollisen mittaussignaalin muodostamiseksi.

Tätä signaalia voidaan käyttää eri tavoin, esimerkiksi se voidaan muuntaa vastaavaksi virtasignaaliksi 4-20 mA ohjaussignaalin muodostamiseksi on-line-säätimelle. Tai kuten kuviossa 4 on esitetty mittaussignaalille voidaan suorittaa digitaalinen muunnos (esim. jännitetaajuusmuuntimella) näyttöyksiköllä 25 näytettäväksi sopivan signaalin kehittämiseksi.

Kuten edellä olevasta ilmenee, edellä on selitetty magneettinen virtausmittarijärjestelmä, joka on rakenteeltaan tai toiminnaltaan yksinkertainen ja jolla saavutetaan keksinnön tärkeät ominaisuudet. Kuitenkin myös vaihtoehtoisia muunnoksia voidaan tehdä, etenkin virtausputken suunnittelun osalta. Vaikka seuraa-vassa selitettävät muunnokset ovat edullisia tietyissä tapauksissa, joissa on kysymys toimintaan vaikuttamattomista tekijöistä, kuten turvallisuudesta, asennuksen helppoudesta, käsittelystä, mekaanisesta lujuudesta ja/tai valmistuksen taloudellisuudesta, on korostettava, että ne eivät vaikuta lainkaan järjestelmän sähköiseen toimintaan sellaisena kuin se on selvästi esitetty parhaana pidetyssä suoritusmuodossa.

Kuviossa 7 on esitetty virtausputki 70, joka eroaa kuviossa 2A esitetystä siten, että ulkoinen metallivaippa 71 ympäröi sisempää virtausputkea 73, joka on kokoonpanoltaan samanlainen kuin kuviossa 2A. Toisin sanoin halkaisijaltaan suurempi metalliputki voidaan ajatella asetetuksi samankeskeisesti alkuperäisen virtausputken 12 ympärille. Sisäputken 73 ja ulomman metalli-vaipan 71 välissä oleva eristekerros 72 toimii sähköisenä eristyksenä. Tämä ulkovaippa voi olla kytketty sähköisesti viereiseen putkistoon sisäputken 73 johtavan osan ollessa kytketty järjestelmän maahan, kuten kuvion 5 järjestelyn yhteydessä on esitetty, jolloin kaikki esillä olevat putket pidetään samassa potentiaalissa. Tällä saadaan turvallisuusetuja tietyissä 12 75 6 6 8 tilanteissa. Tässä suoritusmuodossa virtaavan aineen sisällä pitämiseksi tarvittavan mekaanisen lujuuden voi antaa joko si-säputki 73 tai ulkovaippa 71 jossa tapauksessa toinen sylintereistä toimii pelkästään sähköisenä suojauksena.

Kuvio 8 esittää erästä toista muunnosta, jossa virtausputki 80 on tehty dielektrisestä materiaalista 81, joka on riittävän lujaa antamaan virtaavan aineen sisällä pitämiseksi tarvittavan lujuuden. Tässä tapauksessa dielektristä materiaalia ympäröi metallivaippa 82. Koska vaippa toimii pääasiassa sähköisenä suojana, se voi muodostua vain elektrodien lähellä sijaitsevasta verrattain ohuesta metalliliuskasta eikä tämän liuskan myöskään tarvitse muodostaa virtausputken 80 kehää ympäröivää jatkuvaa nauhaa. Vaippa voi olla kenttäsuojan (ei esitetty) sisällä, joka joko on tai jota ei ole kytketty viereiseen putkistoon.

Tämän suoritusmuodon valmistus on taloudellista, koska primäärielementin konstruktiosta on poistettu huomattava osa metallista. Toiminnaltaan tämä suoritusmuoto vastaa parhaana pidettyä suoritusmuotoa siten, että elektrodeja ympäröivä vaippa on järjestelmän maassa, kun taas viereinen putkisto ei ole.

Myös muut muunnokset ovat mahdollisia. Esimerkiksi annetut aaltomuodot ja taajuudet ovat vain esimerkkejä, koska pienehköillä piirimuutoksilla voitaisiin käyttää myös muita aaltomuotoja ja taajuuksia. Erityisesti esillä olevan järjestelmän pientaa-juustoimintaa on selitetty Amerikan Yhdysvaltojen standardien pohjalta (ts. 60 Hz), mutta edellä esitettyjä periaatteita voidaan soveltaa laajalla taajuusalueella. Järjestelmän toiminta-alueen on ajateltu olevan välillä 1 Hz - lOO Hz. Lisäksi elektrodikapasitanssin mittauksen on kaikkialla selitetty tapahtuvan samanaikaisesti virtaussignaalin mittauksen kanssa. Kuten on selvää, kapasitanssimittaus voidaan kuitenkin suorittaa erilaisin aikavälein (jopa satunnaisesti), kunhan nämä mittaus-jaksot ovat tarpeeksi lyhyitä, niin että kapasitanssissa ei tapahdu merkittävää muutosta, joka aiheuttaisi ei-hyväksyttäviä virheitä virtaussignaalimittaukseen. Järjestelmässä voitaisiin is 75668 käyttää myös mikroprosessoria parantamaan signaalinkäsittely-ominaisuuksia. Lisäksi mitatut signaalit (kapasitanssi ja virtaus) voidaan digitalisoida missä tahansa sopivassa kohdassa pieni-impedanssisen esivahvistinpiirin jälkeen.

Vaikka edellä on esitetty yksityiskohtaisesti useita keksinnön suoritusmuotoja, tämä on tehty yksinomaan havainnollistamis-tarkoituksessa alan ammattimiehen saattaessa havaita muita muunnoksia. Keksintöä ei siten ole tarkoitus rajoittaa edellä olevaan selitykseen, vaan yksinomaan oheisten patenttivaatimusten mukaisesti.

Claims (13)

14 75 66 8 Patentti vaatimukset

1. Magneettinen virtausmittari virtaavan aineen virtausnopeuden mittaamiseksi, johon mittariin sisältyy: virtauskanava (12, 70, 80), jossa on dielektrinen osa (13, 81), jonka kautta virtaa aine, jonka virtaus on määrättävä, välineet (16, 17) ajallisesti muuttuvan magneettikentän kehittämiseksi mainitun dielektrisen osan sisälle virtaussuun-taan nähden poikittain, elektrodivälineet (14, 15), jotka on kytketty kapasitiivises-ti virtauskanavan sisätilaan mainitun dielektrisen osan läpi havaitsemaan virtaavan aineen ja mainittujen magneettikenttien leikkaamisen indusoima signaali, joka on virtausnopeuden funktio, tunnettu pienen tuloimpedanssin omaavista elimistä (21), joiden tuloimpedanssi on alhainen verrattuna elektrodi-välineiden ja virtaavan aineen väliseen kapasitiiviseen kytkentään, jolloin pienen tuloimpedanssin omaavat elimet on kytketty elektrodivälineisiin (14, 15) sellaisen virtasignaa-lin muodostamiseksi, joka on verrannollinen mainittuun indusoituneeseen signaaliin sekä riippuvainen virtausnopeudesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy ainakin yksi kenttäkäämi (16; 17) mainitun ajallisesti muuttuvan magneettikentän kehittämiseksi, jolloin mainitun magneettikentän aikaansaa tulojännite, joka syötetään määrätyn taajuisille ohjauselimi 11 e (11), jotka kehittävät vastaavan taajuisen koi mioaaltomuotoisen (kuv 6C) magneettikentän.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy vuoanturikela (18) mainitun magneettikentän ajalliseen muutosnopeuteen verrannollisen sakara-aaltojännitteen kehittämiseksi sähkömagneettisesti.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu ennalta määrätty taajuus on alueella noin 1-100 Hz. 15 7 5 6 6 8

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin pieni-impedanssisen virtasignaalin kehittäviin välineisiin (40A-40B) sisältyy välineet (45) vir-taussignaalivirran kehittämiseksi, joka on magneettikentän ajalliseen muutosnopeuteen verrannol1inen sakara-aalto (kuv. 6F).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin pieni-impedanssisen virtasignaalin kehittäviin välineisiin sisältyy pieni-impedanssinen vahvis-tinverkko (40A-40B), jolloin mainitun verkon tulot (41A-41B) on lukittu noin nol1ajännitteeseen järjestelmän maahan (43) verrattuna ja mainittu virtauskanava on samoin kytketty järjestelmän maahan.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy di fferentiaalivahvistinvälineet (45), jotka vastaanottavat signaalin mainitulta vahvistinver-kolta ja kehittävät lähtöönsä ensisijaisesti virtausnopeutta edustavan signaalin.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siltä, että siihen sisältyy välineet (47-48) mainittujen elektrodiväline1den ja mainitun virtaavan aineen välisen kapasitanssin mittaamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut kapasitanssiinittausväl ineet ovat sovitetut toimimaan samanaikaisesti mainitun virtausnopeuden vir-tasignaalin kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että se sisältää välineet mainitun kapasitanssimit-tauksen suorittamiseksi pitäen samalla mainitut elektrodivä-lineet noin nol1 ajännitteessä. 16 7566 8

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin kapasi tanssiini ttausväl i nei si i n sisältyy: pieni-impedanssinen vahvistinverkko (40A, 40B, 46A, 46B), jonka tulot on lukittu noin nol1 ajännitteeseen järjestelmän maahan (42) verrattuna, ja jolloin virtauskanava on kytketty järjestelmän maahan, välineet (50) jännitelähteen (49) sijoittamiseksi järjestelmän maan ja mainitun virtauskanavan lähellä olevan putkiston johtavan virtaavan aineen kanssa kosketuksessa olevan osan (100) välille, jolla jännitelähteellä on mainitun ajallisesti muuttuvan magneettikentän taajuudesta eroava mutta siihen verrannollinen taajuus, mikä aiheuttaa mainittujen mittauselektro-dien kapasitanssien ja mainitun magneettikentän ajalliseen muutosnopeuteen verrannollisen kapasitanssisignaal ivirran kulkemisen mainituilta mittauselektrodei1 ta, välineet mainitun kapasitanssisignaalivirran syöttämiseksi mainitun virtausnopeussignaalin ohella mainitulle vahvistin-verkolle virtausnopeutta edustavan ensimmäisen signaalin ja elektrodikapasitanssi a edustavan toisen signaalin kehittämiseksi , ja välineet mainitun virtausnopeussignaalin ja mainitun kapasitanssi signaalin suhteen muodostamiseksi v1rtausnopeuteen verrannollisen 1ähtösignaalin kehittämiseksi, joka on riippumaton mainitun magneettikentän ajallisesta muutosnopeudesta ja mainittujen mittauselektrodien kapasitanssista.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy välineet virran kulun kehittämiseksi mainituista elektrodivälineistä kapasitanssivirtasig-naalin kehittämiseksi, joka on verrannollinen sekä elektrodi-välineiden ja mainitun virtaavan aineen väliseen kapasitanssiin että generoituun jännitteen muutosnopeuteen, joka puolestaan on verrannollinen magneettikentän muutosnopeuteen. 17 7 5 6 6 8

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy välineet mainitun kapasitanssi -signaalin ja mainitun pieni-impedanssi sen virtasignaalin yhdistämiseksi antamaan lähtösignaali, joka osoittaa virtaavan aineen virtausta.