NL8005484A - Magnetische stromingsmeter met automatisch instelbaar meetbereik. - Google Patents

Description

«Vy·» * \

Magnetische stromingsmeter met automatisch instelbaar meetbereik.

De uitvinding heeft betrekking op het signaal verwerkingssysteem voor een magnetische stromingsmeter, en meer in het bijzonder op een dergelijk systeem, waarmede de inwendige nauwkeurigheid van het systeem over 5 een breed stromingssnelheidsbereik automatisch wordt in stand gehouden, en in het bijzonder bij lage stromingssnelheden.

In een magnetisch stromingsmetersysteem is de uitgang van de meter een spanning, die evenredig is met 10 de stromingssnelheid van een door het meterhuis stromend fluïdum. Dit signaal is in het algemeen op een tamelijk laag niveau en wordt versterkt door een signaalver-werkingssysteem voor het leveren van een uitgangssignaal.

Bij de thans bekende-magnetische stromingsmetersystemen 15 neemt de nauwkeurigheid van het signaal verwerkingssy steem, uitgedrukt in het doorstromingspercentage, drastisch af naarmate de stromingssnelheid daalt tot beneden ca. 10% van de maximum schaalafleeswaarde. Voor het compenseren van dit effect bevat het signaalverwerkings-20 systeem een met de hand bedienbare meetbereikinstelling, waarmede het mogelijk is om dit systeem te doen werken in een "normaal" meetbereik voor stromingssnelheden tussen 10% van de maximum schaalafleeswaarde en deze maximum schaalafleeswaarde, en een "laag" meetbereik 25 voor stromingssnheden beneden deze 10%. Deze inrichting vertoont evenwel een aantal nadelen. Het is bijvoorbeeld vereist, dat het bedieningspersoneel de uitgang van het systeem bewaakt en een geschikte wijziging van de instelling tot stand brengt wanneer de stromingssnelheid 30 de kritisch instelwaarde bereikt. Dit systeem behoudt niet in elk vande werkstanden meetbareiken de gewenste hoge nauwkeurigheidsgraad en vereist een ijking van waarde-meetbereikschalen. Verder is het vereist, dat de weergegeven uitgang van het systeem van het ene meetbereik 35 wordt omgezet in de meeteenheden van het andere meetbereik (bijvoorbeeld door te delen door 10).

80 05 48 4 - 2 -

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een magnetisch stromingsmetersignaalverwerkingssysteem, waarmede de nauwkeurigheid van het uitgangssignaal automatisch wordt in stand gehouden over een uitgebreid 5 meetbreik zonder dat hiervoor enigèrlei tussenkomst buiten het systeem vereist is.

De uitvinding beoogt verder een dergelijk systeem te verschaffen, dat een uitgangssignaal levert, dat continu varieert met het stromingsafhankelijk ingangs- 10 signaal.

Een verder oogmerk van de uitvinding is een dergelijk systeem te verschaffen, waarmede het mo-gelijk is om een grotere nauwkeurigheid over een uitgestrekt stromingsmeetgebied in stand te houden dan de tot nu 15 toe bekende systemen het geval is.

Voor het bereiken van de bovengenoemde oogmerken wordt volgens de uitvinding voorzien in een automatische meetbereikinstelinrichting voor een magnetische stromings-meter, die voorzien is van een huis, dat geschikt is om 20 te worden aangesloten in een s trainings systeem voor het meten van de doorstroming van een hier doorheen gaand fluïdum, van een orgaan voor het voortbrengen van een magnetisch veld in het fluïdum, dat door het huis stroomt, van een orgaan voor het leveren van een stromingsafhan-25 kelijk signaal afhankelijk van het elektrische veld, voortgebracht in het door het magnetische veld stromende fluïdum, van een versterkerorgaan voor het versterken van het stromingsafhankelijke signaal teneinde een versterkt stromingsafhankelijk signaal te leveren, en van 30 een signaalverwerkingsorgaan voor het ontvangen van het versterkte stromingsafhankelijke signaal en het leveren van het hiervan afhankelijk uitgangssignaal, welke automatische meetbereikinstelinrichting hierdoor wordt gekenmerkt, dat zij verder een eerste orgaan voor het 35 vergroten van de versterking van het versterkerorgaan wanneer het stromingsafhankelijke signaal afneemt bevat, alsmede een tweede orgaan voor het leveren van een signaal in de verdere signaalverwerkingsinrichting, dat de toename van de versterking aangeeft.

80 05 48 4 - 3 -

Voor het genoemde tweede orgaan wordt de grootte van het uitgangssignaal evenredig verkleind met de toename van de versterking van het versterkerorgaan, waardoor een uitgang wordt geleverd, die in hoofdzaak 5 continu is met betrekking tot het stromingsafhankelijke signaal, terwijl, de inwendige nauwkeurigheid wordt in stand gehouden.

Het eerste orgaan bestaat bij voorkeur uit een orgaan voor het detecteren van de grootte van het ver-10 sterkte stromingsafhankelijke signaal en het in stand houden van de grootte binnen een tevoren bepaald meet-bareik over een uitgestrekt meethareik van waarden van het stromingsafhankelijke signaal. Verder bestaat het versterkerorgaan bij voorkeur uit een rekenversterker 15 en het eerste orgaan uit een aantal weerstanden en elementen voor het schakelen van de weerstanden in en uit de keten met de rekenversterker teneinde haar versterking stapsgewijze te variëren.

De verdere signaalverwerkingsinrichting bevat 20 bij voorkeur een signaal voor het leveren van een variabel frequentiesignaal in afhankelijkheid van het versterkte stromingsafhankelijke signaal en het tweede orgaan bevat een digitale delerketen, waarmede de frequentie van het variabele frequentiesignaal over gehele 25 stappen wordt veranderd.

De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van de enkele tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een gunstige uitvoeringsvorm van de automatische meetbareikinstelinrichting volgens 30 de uitvinding is weergegeven.

Een magnetisch stromingsmetersysteem, waarop de automatische meetbereikinstelinrichting volgens de uitvinding is toegepast, is in haar geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1. Het stromingsmetersysteem 1 35 bevat een stromingsbuis 3, een paar tegenover elkaar geplaatste elektromagneetspoelen 5, bekrachtigd vanuit een bron 7, en een paar elektroden 9, die een spanning detecteren, die wordt voortgebracht door de stroming van een elektrisch geleidend fluïdum door het magnetische 80 05 48 4 - 4 - veld, voortgebracht door de spoelen 5 over de buis 3.

De spanning over de elektroden 9 wordt versterkt door een voorversterker 11. Al deze elementen maken geen wezenlijk deel uit van de uitvinding en kunnen van een 5 conventioneel type zijn.

De uitgang van de voorversterker 11 wordt gelijkgericht door een gelijkrichter 13 en vervolgens versterkt door een versterker 15. De versterker 15 bestaat bij. voorkeur uit een rekenversterker en uit een terug-10 koppelversterker. De ingang van de rekenversterker wordt periodiek op nul teruggesteld en de terugkoppelversterker wordt in de keten geschakeld tussen de rekenversterker-uitgang en haar ingangsreferentie teneinde de uitgangs-afwijking van de rekenversterker te reduceren tot een 15 vastgestelde minimum waarde. Dergelijke ketens zijn vol doende bekend. De versterking van de rekenversterker 15 wordt geregeld met de verhouding van de terugkoppelweer-stand tot de ingangsweerstand. Deze weerstandswaarden worden ingesteld door een weerstandsketen 17, gevormd 20 door terugkoppelweerstanden 17a, 17b, 17c en I7d, die geregeld worden door een schakelaargroep 19, gevormd door halfgeleiderschakelaars 19a, 19b, 19c en 19d, en door een weerstandsketen 21, gevormd door ingangsweer-standen 2la, 21b, 21c en 21d, die geregeld worden door 25 een tweede schakelaargroep 23, gevormd door halfgeleider

schakelaars 23a, 23b, 23c en 23d. De weerstandsketens 17 en 21 kunnen zijn opgebouwd uit verhoudingsaangepaste precisieweerstanden zoals een weerstandenpakket met een tolerantie van 0,1%, in de handel gebracht door 30 Beekman Instruments, Inc. van het type 699-3-R100K-D

resp. 699-3-R20K-D. De halfgeleiderschakelaars 19 en 23 kunnen worden gevormd door geïntegreerde ketens zoals van het type Motorola MC14066BCP. De stuuraansluitcontacten van de schakelaars 19 en 23 zijn verbonden met 35 een versterkingsregelketen 25. De uitgang van de ver sterker 15 is aangelegd aan een analoog/digitaal-omzetter 27. Talrijke hiertoe geschikte omzetters zijn bekend. In het gegeven uitvoeringsvoorbeeld is de omzetter 27 een. spanning/frequentie-omzetter. De uitgang 80 05 48 4 *>· + - 5 - van de analoog/frequentie-omzetter 27 is via een : Tide lerke ten 29 verbonden met een uitgang 31 voor weergave of regeling. De waarde N wordt geregeld met de vers ter Icings-regeling 25. Voor de : N- en uitgangsketens kan gebruik 5 worden gemaakt van verschillende bekende types.

De uitgang van de versterker 15 wordt verder gevoerd naar een hoog/laag-detectieketen 33. Met de detectieketen 33 wordt de uitgang van de versterker 15 vergeleken met een hoge en een lage referentiespanning 10 en signalen van de versterkingsregelketen 25 wanneer de uitgang van de versterker 15 buiten het betreffende meetbereik is. Voor de vergelijker,kan gebruik worden gemaakt van bekende types.

Bij het in werking zijn van het systeem zijn 15 in de stromingsloze toestand alle ingangsweerstanden parallel geschakeld teneinde een minimum weerstand te verschaffen in de ingangsweg naar de versterker 15.

Dit wordt bewerkstelligd door via een eerste stuurlijn 35 en een tweede stuurlijn 37 stuursignalen te voeren 20 naar de schakelaars 23a, 23b en 23c van de schakelaar- keten 23. De vierde schakelaar 24d is verbonden met eeb spanningsbron en is steeds gesloten. De drie schakelaars 19af 19b en 19c, die de stroom regelen door resp. de parallel geschakelde terugkoppelweerstanden 17a, 17b 25 en 17c, worden open gehouden door de versterkingsregel keten 25 in de stromingsloze toestand. De vierde schakelaar 19d is aangesloten op een spanningsbron en is steeds gesloten. De terugkoppelweerstandenketen 17 verschaft derhalve een maximum weerstandswaarde en de 30 versterking van de versterker 15 bereikt haar maximum waarde 20.

Naarmate de stroming door de stromingsbuis 3 toeneemt zal de grootte van het uitgangssignaal van de versterker 15 toenemen totdat dit signaal de hoge drem-35 pelwaarde van de hoog/laag-detectieketen 33 bereikt.

Deze drempelspanning kan bijvoorbeeld corresponderen met een gemiddelde snelheid van ca. 60 cm/sec. Op dit tijdstip zal de hoog/laag-detectieketen 33 aan de versterkingsregelketen 25 een stuursignaal afgeven teneinde ft 0 0 5 48 4 - 6 - de versterking van de versterker 15 te doen verlagen.

De versterkingsregelketen 25 verwijdert vervolgens het stuursignaal van de lijn 35, waardoor de schakelaars 23a en 23b worden geopend en de ingangsweerstand aan de ver-5 sterker 15 wordt verdubbeld. De versterking van de ver sterker 15 wordt, derhalve gehalveerd tot de waarde 10.

Wanneer de gemiddelde snelheid van de stroming door de meter 3 verdubbelt zal de uitgang van de versterker 15 weer boven de bovendrempelwaarde van de 10 hoog/laag-detectieketen 33 komen. Deze keten geeft dan een signaal af aan de versterkingsregelketen teneinde de versterking te verlagen door het stuursignaal van de lijn 37 te verwijderen, waardoor de schakelaar 23c wordt geopend en de ingangsweerstand wordt verdubbeld 15 en de versterking van de versterker 15 wordt gehalveerd.

Evenzo zal wanneer de stromingssnelheid weer wordt verdubbeld een signaal via de· lijn 39 worden toegevoerd teneinde de werkzame terugkoppelweerstand te halveren. Wanneer de stromingssnelheid weer verdubbelt en de 20 maximum doorstroming wordt bereikt zal een signaal over de stuurlijn 41 de schakelaars 19a en 19b doen sluiten en de werkzame terugkoppelweerstandswaarde weer worden gehalveerd teneinde versterking van de versterker te reduceren tot een waarde 1,25.

25- Wanneer de stromingssnelheid daalt tot een punt, waarop de lage drempelwaarde van de hoog/laag-detectie-keten 33 wordt bereikt, worden de aan stuurlijnen toegevoerde signalen opeenvolgend omgekeerd, beginnende met de lijn 41, teneinde de versterking van de versterker 30 15 te verdubbelen. Het zal duidelijk zijn, dat de hoge en lage drempelwaarden bij voorkeur zodanig worden ingesteld, dat de hoog/laag-detectieinrichting 33 een hysteresis verschaft en oscillatie van de versterkings-regeling verhindert.

35 Het gedeelte van het systeem volgens de uitvinding v66r de analoog/digitaal-omzetter 27 in de signaalver-werkingsketen verschaft ten minste twee belangrijke voordelen . Ten eerste wordt de uitgang van de versterker 15 op een voldoende hoge waarde gehouden teneinde een res- 80 0 5 48 4 - 7 - terende afwijkingsfout, die niet gecompenseerd is, automatisch op nul terug te stellen en ten tweede wordt de ingang aan de analoog/digitaal-omzetter binnen een relatief smal gebied gehouden, zodat de omzetter 27 5 in haar gebied van optimale nauwkeurigheid kan werken.

De uitgang van de analoog/digitaal-omzetter wordt gedeeld door een geheel getal N, dat ook is ingesteld door de versterkingsregelketens. Het zal duidelijk zijn, dat wanneer de versterking van de versterker 15 is inge-10 steld op een minimum waarde, de meest geschikte waarde van N is een. Wanneer de versterking van de versterker 15 wordt verdubbeld, wordt ook de waarde N verdubbeld, zodat bij de maximum versterking N de waarde 16 bereikt. Het aan de uitgang 31 gelegerde signaal is derhalve 15 continu met het ingangssignaal, geleverd door de voor vers terker 11 en dus met de stromingssnelheid. Het automatische meetbereikinstelsysteem volgens de uitvinding is niet waarneembaar vanaf buiten de signaalver-werkingsketen behalve eventueel voor een zeer korte 20 overgang op de schakeltijdstippen. Dergelijke overgangen worden gemakkelijk onderdruk aan de uitgang.

De uitvinding is geenszins beperkt tot het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld, doch er kunnen velerlei gewijzigde uitvoeringsvormen van de automatische meet-25 bereikinstelinrichting worden ontwikkeld zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding te treden. De waarden van de aangepaste weerstanden 17 en 21 kunnen bijvoorbeeld afwijken van die in het gegeven uitvoeringsvoorbeeld, terwijl ook gebruik kan worden gemaakt van meer of minder 30 versterkingsniveaus. Opgemerkt wordt, dat verschillende lage afwijking- of automatisch op nul teruggestelde versterkers kunnen worden gebruikt voor de versterker 15. Ook kan gebruik worden gemaakt van andere analoog/ digitaal-omzetters zoals die met een digitale woorduit-35 gang in plaats van een frequentie-uitgang, hoewel de frequentie-uitgang de voorkeur verdient wegens haar gemakkelijke overdracht en geschiktheid voor gebruik in bestaande uitgangsinrichtingen.

Conclusies.

80 0 5 48 4

Claims (10)

1. Automatische meetbereikinstelinrichting, geschikt om te worden gebruikt in een magnetische stro-mingsmeter, bestaande uit een huis, dat kan worden aangesloten in een stromingssysteem voor het meten van de 5 doorstroming van een fluïdum hier doorheen, uit organen voor het voortbrengen van een magnetisch veld in het fluïdum, dat door het huis stroomt, uit een orgaan voor het leveren van een stromingsafhankelijk signaal afhankelijk van het elektrische veld, voortgebracht in het door 10 het magnetische veld stromende fluïdum, en uit een ver- sterkerorgaan voor het versterken van het stromingsafhankelijke signaal teneinde een versterkt stromingsafhankelijk signaal te leveren, en een verder signaalver-werkingsorgaan voor het ontvangen van het versterkte 15 stromingsafhankelijke signaal en het leveren van hiervan afhankelijk uitgangssignaal, met het kenmerk, dat deze automatische meetbereikinstelinrichting bestaat uit een eerste orgaan voor het vergroten van de versterking van het versterkerorgaan wanneer het stromingsaf-20 hankelijke signaal afneemt, en uit een tweede orgaan voor het leveren van een signaal in het verdere signaal-verwerkingsorgaan, dat de vergroting van de versterking aangeeft.

2. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens 25 conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het tweede orgaan bestaat uit een orgaan voor het verminderen van de amplitude van het uitgangssignaal door evenredigheid met de vergroting van de versterking van het versterkerorgaan, waardoor een uitgang wordt geleverd, die in 30 hoofdzaak continu is ten opzichte van het stromingsafhan- kelijke signaal, terwijl de interne nauwkeurigheid wordt in stand gehouden.

3. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat het eerste 35 orgaan bestaat uit een orgaan voor het detecteren van de 80 0 5 48 4 - 9 - grootte van het versterkte stromingsafhankelijke signaal en het in stand houden van deze grootte binnen een tevoren bepaald gebied voorbij een uitgestrekt gebied van waarden van het stromingsafhankelijke signaal. 5

4, Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat het ver-sterkerorgaan bestaat uit een reeks versterkers en dat het eerste orgaan een aantal weerstanden omvat, alsmede organen voor het schakelen van de weerstanden in en uit 10 de keten met de rekenversterker teneinde de versterking hiervan stapsgewijze te veranderen.

5. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie 4,met het kenmerk, dat het verdere signaalverwerkingsorgaan bestaat uit een analoog/digitaal- 15 omzetter en dat het tweede orgaan een orgaan omvat voor het digitaal delen van de uitgang van de omzetter door een getal, dat afhankelijk is van de versterking van het vers terkerorgaan.

6. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens 20 conclusie 5,met het kenmerk, dat de analoog/ digitaal-omzetter een orgaan bevat voor het leveren van een varibale frequentiesignaal in afhankelijkheid van het stromingsafhankelijke signaal en het tweede orgaan een orgaan omvat voor het over integrale stappen ver-25 anderen van de frequentie van het variabele frequentie- signaal.

7, Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat het eerste orgaan een orgaan bevat voor het detecteren van de 30 grootte van het versterkte stromingsafhankelijke signaal en het in stand houden van deze grootte binnen een tevoren bepaald gebied voorbij een uitgebreid gebied van waarden van het stromingsafhankelijke signaal.

8, Automatische meetbereikinstelinrichting volgens 35 conclusie 7,met het k enmerk, dat het versterkingsorgaan bestaat uit een rekenversterker en 8 0 0 5 48 4 - 10 - dat het eerste orgaan een aantal weerstanden omvat, alsmede organen voor het schakelen van de weerstanden in en uit die keten met de rekenversterker teneinde de versterking hiervan stapsgewijze te veranderen.

9. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie 2, m e t het k enmerk, dat hetverdere signaalverwerkingsorgaan bestaat uit een analoog/ digitaal-omzetter en dat het tweede orgaan een orgaan bevat voor het digitaal delen van de uitgang van de 10 omzetter door een getal, dat afhankelijk is van de versterking van het versterkerorgaan.

10. Automatische meetbereikinstelinrichting volgens conclusie 9,met het kenmerk, dat de analoog/ digitaal-omzetter een orgaan bevat voor het leveren van 15 een variabel frequentiesignaal, dat afhankelijk is van het versterkte strominqsafhankelijke signaal, en dat het tweede orgaan een orgaan omvat voor het veranderen van de frequentie van het variabele frequentiesignaal over gehele stappen. 80 0 5 48 4