NL8005483A - Elektromagnetische stromingsmeter. - Google Patents

Description

* Λ -» - 1 -

Elektromagnetische stromingsmeter.

De uitvinding heeft betrekking op een elektromagnetische stromingsmeter en meer in het bijzonder op een dergelijke meter, waarin de elektromagneet wordt bekrachtigd met geïijkstroompulsen.

5 In een elektromagnetische stromingsmeter brengt een magnetisch veld om een stromingsbuis een spanning voort in een door de buis stromend fluïdum. De spanning, die evenredig is met de stromingssnelheid, wordt gedetecteerd door een paar met het fluïdum in contact 10 zijnde elektroden en versterkt door een signaalverwer- kingssysteem teneinde een uitgangssignaal te leveren, evenredig aan de stromingssnelheid.

Het magnetische veld over de stromingsbuis wordt voortgebracht door een elektromagneet, die bekrachtigd 15 wordt door een stuurketen. In de thans bekende elektro magnetische stromingsmeters wordt gebruik gemaakt van hetzij wisselstroom-, hetzij gepulseerde gelijkstroom-stuurketens. De voordelen en nadelen van elk van deze beide typen stuurketens zijn bijvoorbeeld beschreven in 20 de Amerikaanse octrooischriften 3.783.687 en 3.965.738.

Hoewel zoals in deze octrooischriften is uiteengezet een gepulseerde gelijkstroomstuurketen talrijke voordelen verschaft, blijken storingen (pieken), veroorzaakt door de stroomaanvoer in de magneetwikkelingen en 25 fluctuaties van de "constante” stroom de nauwkeurigheid en precisie van de meter te verslechteren. Vele van dergelijke meters zijn ook onderhevig aan een afwijking in afhankelijkheid van de tijd en temperatuursveranderingen.

30 De uitvinding heeft ten doel te voorzien in de magnetische stromingsmeter, waarin de storingsinvloeden van een gepulseerd gelijkstroombekrachtigingssignaal tot een minimum wordt beperkt.

De uitvinding beoogt verder te voorzien in een 35 dergelijk systeem, dat een hoge nauwkeurigheid en sta biliteit vertoont.

80 05 48 3 - 2 -

Voor het bereiken van deze oogmerken wordt volgens de uitvinding voorzien in een magnetische stromings-meter, die bestaat uit een huis, geschikt om te worden aangesloten in een stromingssysteem voor het meten van 5 de stroming van een fluïdum hierdoorheen, uit spoel- organen voor het voortbrengen van een magnetisch veld in het fluïdum, dat door het huis stroomt, uit een orgaan voor het leveren van een uitgangsspanning in afhankelijkheid van het elektrische veld, voortgebracht in het 10 fluïdum, dat door het magnetische veld stroomt, en uit een signaalverwerkingsorgaan voor het omzetten van de uitgangsspanning in een uitgangssignaal, welke stromings-meter hierdoor wordt gekenmerkt, dat zij verder bestaat uit een pulsvormingsorgaan voor het leveren van ge-15 filterde gelijkstroompulsen aan de spoelorganen, uit een referentiespanningsbron, uit een orgaan dat reageert op de referentiespanningsbron voor het regelen van de pulsstroom, en uit een werkzaam met de referentiespanningsbron verbonden orgaan voor het leveren van een tweede 20 referentiespanning, welk signaalverwerkingsorgaan middelen bevat voor het voortbrengen van een signaal in afhankelijkheid van de tweede referentiespanning- Het signaalverwerkingsorgaan bestaat bij voorkeur uit een digitale verhoudingssignaalinrichting voor het leveren van een 25 digitaal signaal, dat een verhouding tussen de uitgangs spanning en de tweede referentiespanning aangeeft.

In een gunstige uitvoeringsvorm bevat het pulsvormingsorgaan verder pulsvormingsmiddelen voor het leveren van de tijdsperiode, waarin de stroom in de 30 spoelorganen toeneemt. Bij voorkeur bestaat het puls vormingsorgaan uit een constante stroomstuurketen, die gevoed wordt vanuit een gefilterde spanning-bron, waarbij de pulsvormingsmiddelen de stroomaangroeiperiode in hoofdzaak onafhankelijk van de inductantie van de spoel-35 organen regelen.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de enkele tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een gunstige uitvoeringsvorm van de elektromagnetische stromingsmeter, gevoed met een constant 80 05 48 3 r - 3 - gepulseerde gelijkstroom, is weergegeven.

Het in de tekening weergegeven elektromagnetische stromingsmetersysteem is in haar geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1.

5 Het stromingsmetersysteem 1 bevat een stromings- buis 3 en een paar aan weerszijden hiervan opgestelde elektromagneetspoelen 5. De spoelen 5 zijn bij voorkeur van het "luchtkern"type zonder externe magneetkern en zonder ferromagnetische terugvoerweg door de stromings-10 buis 3. De spoelen 5 worden bekrachtigd vanuit een gefilterde spanning-bron 7 via een stuurketen 8 volgens de uitvinding, die later nader zal worden uiteengezet. Door een paar tegenover elkaar geplaatste elektroden 9 wordt een spanning gedetecteerd, die wordt voortgebracht 15 door de stroom van een elektrisch geleidend fluïdum door het magnetische veld, voortgebracht door de spoelen 5 om de buis 3. De spanning over de elektroden 9 wordt versterkt door een verschilversterker 11, die dan een versterkt stromingsafhankelijk signaal afgeeft aan een ver-20 houdingsomzetter 13, die een uitgangssignaal voor af beelding of bediening levert. De verhoudingsomzetter 13 kan bijvoorbeeld een analoog/digitaal-omzetter zijn zoals een analoog/digitaal-omzetter met tweevoudige helling of een microprocessor-gestuurde digitaal woord-25 omzetter. Bij voorkeur is deze omzetter een spanning/ frequentie-omzetter van hoge precisie.

De stuurketen 8 bevat een vermogenstransistor 15, waarvan de collector in serie is geschakeld met de spoelen 5, terwijl de emittor hiervan via een tasterweer-30 stand 17 aan aarde is gelegd. De basis van de transistor 15 is aangesloten op de uitgang van een rekenversterker 19. De inverteeringang van de rekenversterker 19 is verbonden met de emittor van de transistor 15. De niet-inverteeringang van de rekenversterker 19 is verbonden 35 met een afwijkingswaarderegelketen 21. De ingang van de afwijkingswaarderegelketen 21 is via een schakelaar 23 aangesloten op een spanningsbron Vref De schakelaar 23 wordt gestuurd door een klokpulsregelorgaan 25. Het klokpulsregelprgaan 25 levert regelmatige klokpulsen on n5 48 3 - 4 - van constante duur en geeft ook klokpulsen af aan de versterker 11 en de verhouding-omzetter 13 voor het vaststellen van een aan-periode en uit-periode.

Aan de ingang van de afwijkingswaarderegelketen 5 21 verschijnt een pulstrein met constante spannings waarde , die gelijk is aan Vref ^ en met constante frequentie en een constante pulsduur. De afwijkingswaarderegelketen 21 beïnvloedt de spanningswaarde of frequentie van de pulsen niet, doch regelt de aangroeiperiode 10 zodanig, dat de uitgangspuls een geregelde rechtlijnige helling aan haar stijgflank vertoont. De afwijkingswaarde-regelketens regelen gemeenschappelijk de helling van zowel de stijgflank als de daalflank van een ouls zodanig, dat de vorm van de puls wanneer deze wordt aangelegd 15 aan de niet-inverterende ingangsklem van de rekenver sterker 19 een trapeziumvorm heeft zoals in de tekening is weergegeven. De helling van de stijgflank van de puls is kleiner gekozen dan de natuurlijke aangroeisnel-heid van de stroom door de spoelen 5. Daar de spoelen 5 20 luchtkernspoelen zijn, is hun inductantie en derhalve hun natuurlijke aangroeitijd aanzienlijk kleiner dein soortgelijke spoelen met magneetkernen.

De uitgang van de rekenversterker 19 levert stuur-pulsen aan de basis van de vermogenstransistor 15 zo-25 danig, dat de spanning over de tasterweerstand 17 de pulsen aan de niet-inverterende ingang van de rekenversterker 19 volgt. Het blijkt, dat de stroom en de verandering van de stroom door de spoelen 5 worden geregeld door de regelketen 8 teneinde een machinestroom, geregeld 30 met de spanningsbron ^ in stand te houden en de spanningspiek, geïnduceerd over de elektroden 9 door de stroomverandering van de stroom door de spoelen tot een minimum te beperken.

De spanningsbron Vre^ ^ is verder via een verme-35 nigvuldigende digitaal/analoog-omzetter 27 verbonden met de verhouding-omzetter 13. De vermenigvuldigende digitaal/ analoog-omzetter 27 is met de hand instelbaar door middel van schakelaars 29 teneinde de referentiespanning te vermenigvuldigen met een tevoren gekozen getal volgens 80 05 48 3 - 5 - bekende technieken. Het blijkt, dat het ijken van de meter kan worden uitgevoerd door het door de schakelaars 29 in de digitaal/analoog-omzetter 27 gekozen vermenigvuldigtal empirisch in te stellen. De uitgang VÏQf 2 van 5 de digitaal/analoog-omzetter 27 wordt toegevoerd aan de verhouding-omzetter 13, die een uitgang afgeeft, die evenredig is met de verhouding van het versterkte stro-mingsafhankelijke signaal tot de referentiespanning Vref 2» Het blijkt, dat het bovenbeschreven systeem een 10 uitgangssignaal levert, dat evenredig is met de gemiddel de stromingssnelheid, ongeacht een afwijking van de referentiespanning .

De stromingsvergelijking kan wiskundig worden voorgesteld door

15- V = Δ e / sd VB

waarin: V de gemiddelde stromingssnelheid, Δ e de verandering van de elektrodespanning, Δ B de verandering van een'magnetische inductie, 20 s een evenredigheidsconstante, die afhankelijk is van de afmeting van de stromingsbuis en de spoelen, d de afstand tussen de elektroden.

Aldus geldt V α Δ e / V B.

25 Daar in de magnetische keten geen ferromagnetische materialen zijn gebruikt, is Δ B evenredig met N ΔΙ, waarin N het aantal spoelwindingen (een constante) en ΔΙ de verandering van de stroom door de spoel. Δ I is evenredig met Vref>1, gedeeld door Rtaster, zodat 30 Δ B “ Vref.l / Rtaster of V α Δ e \aster / vref .1 waarin:

Vref 1 een re^erent^-esPann:'-n9 en R een tasterweerstand voor het regelen van de taster stroom (een constante).

Aldus geldt V α Δ e / Vre^ ^.

Daar Δ B wordt geregeld en de uitgang alleen 80 0 5 48 3 - 6 - van Δ e wordt afgeleid, geldt Dv α Δ e / Vref2, waarin:

Uv het signaal, dat de gemiddelde stromingssnelheid 5 afgeleid van de verhouding-omzetter aangeeft, en

Vref 2 een twee^e referentiespanning.

Daar ^ evenredig is met Vref 2' is üv even" redig met V.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding geens-10 zins beperkt tot het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld, doch dat velerlei gewijzigde uitvoeringsvormen kunnen worden ontwikkeld zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding te treden. Hoewel vele volgens de uitvinding verkregen voordelen zijn af te leiden van de combinatie 15 van de middelen voor het regelen van de spoelstroomafwij- kingswaarde en het gebruikmaken van een gemeenschappelijke referentiespanningsbron voor het regelen van de spoelstroom en als referentie voor de verhouding-omzetter, is elk kenmerk toepasbaar bij andere systemen.

20 De digitaal/analoog-omzetter kan worden weggelaten of andere middelen kunnen worden gebruikt voor het instellen van Vref 2 ten opzichte van Vref 1. Deze varianten zijn louter illustratief.

Conclusies.

80 05 48 3

Claims (6)

1. 2. Stromingsmeter volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het signaalverwerkingsorgaan een digitale verhoudingssignaalinrichting beva.t voor het leveren 25 van een digitaal signaal, dat een verhouding tussen de uitgangsspanning en de tweede referentiespanning aangeeft.
2. 3. Stromingsmeter volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het pulsvormingsorgaan verder puls-vormingsmiddelen bevat voor het regelen van de stroom- 30 aangroeiperiode van de stroom door de spoelorganen.
3. 4. Stromingsmeter volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het signaalverwerkingsorgaan een verhouding-omzetter bevat voor het regelen van een signaal, dat evenredig is met de verhouding van de uit- 35 gangsspanning tot de tweede referentiespanning. 80 0 5 48 3 .-8-
4. 5. Stromingsmeter volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de tweede referentiespanning een waarde heeft, die verschilt van de waarde van de referentiespanningsbron, en dat het systeem verder een 5 digitaal instelbaar orgaan bevat voor het instellen van de verhouding tussen de referentiespanningsbron en de tweede referentiespanning.
5. 6. Magnetische stromingsmeter bestaande uit een huis, dat geschikt is om te worden aangesloten in een 10 stromingssysteem voor het meten van de stroming van een fluïdum hier doorheen, uit spoelorganen voor het vóórtbrengen van een magnetisch veld in het door het huis stromende fluïdum, uit een orgaan voor het leveren van een uitgangsspanning, die afhankelijk is van het elek-15 trische veld, voortgebracht in het door het magnetische veld heen stromende fluïdum, en uit een signaalver-werkingsorgaan voor het omzetten van de uitgangsspanning in een uitgangssignaal, met het kenmerk, dat deze stromingsmeter verder bestaat uit een pulsvormings-20 orgaan, dat een gefilterde spanning-bron en een refer entiespanningsbron bevat voor het leveren van geregelde gelijkstroompulsen door de spoelorganen, welke pulsen een constante maximum stroom, geregeld door de referentiespanningsbron, hebben, en dat pulsvormingsmiddelen 25 aanwezig zijn voor het regelen van de stroomaangroei- periode van de stroom door de spoelorganen.
6. 7. Stromingsmeter volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het pulsvormingsorgaan bestaat uit een constante stroom-stuurinrichting, en dat de 30 pulsvormingsmiddelen de stroomaangroeiperiode in hoofd zaak onafhankelijk van de inductantie van de spoelorganen regelen. 80 05 48 3