DE1914335A1 - Induktiver Stroemungsmesser - Google Patents

Description

• Induktiver Strömungsmesser Induktive Strömungsmesser bestehen üblicherweise aus einem nichtleitenden Rohr oder einem metallischen Rohr mit nichtleitender Auskleidung, in das zwei Elektroden diametral einander gegenüberliegend eingebaut sind und in dem mittels Erregerspulen ein Magnetfeld erzeugt wird, das senkrecht zu der Verbindungslinie der beiden Elektroden und der Strömungsrichtung; verläuft. Bei Verwendung eines homogenen Magnetfeldes ergibt sich mit einer solchen Meßanordnung für radial symmetrische Strömungsprofile und einige winkelabhängige Strömungsprofile als Meßergebnis exakt der mittlere Durchfluß. Bei anderen winkel abhängigen Strömungsprotilen können hingegen z.T. beträchtliche Fehler auftreten. Es wurde von Smyth* vor längerer Zeit gezeigt, daß das über die Berandung eines Querschnittes genommene Integral über die Meßspannung bei homogenem Magnetfeld stets unabhängig vom Strömungsprofil exakt den mittleren Durchfluß liefert.
• Die Realisierung einer solchen Anordnung würde bedeuten, daß längs des Umfanges der Berandung unendlich viele Elektroden angebracht werden müßten, wobei das Ausgangssignal jeder Elektrode in Abhängigkeit von der Winkelposition gewichtet wird. Dieses Wichten kann entweder elektronisch oder durch Versetzen von Elektroden in der Stromungsrichtung (bei Vorliegen einer Inhomogenität des Peldes in Strömungsrichtung) erreicht werden, anschließend mten die so erhaltenen Signale gemittelt werden.
• * Smyth, C (1961) - S.B. Thesis, Mech.Eng.Dept., M.I.T. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der bei endlich vielen Elektroden entstehende Fehler für alle praktischen Anwendungsfälle schon bei drei Elektrodenpaaren die Erzielung der erforderlichen Meßgenauigkeit zuläßt. Wählt ajan nach Fig. 1 den Versetzungswinkel der seitlichen Elektroden (4) gegenüber den mittleren Elektroden (3) zu @/4. sc ergibt sich ein erforderliches Verhältnis der zugeordneten Gewichtefaktoren von Die Realisierung einer solchen Anordnung mit elektronischer Wichtung zeigt die Fig. 2. Hier wird das Wichten dadurch vorgenommen, daß ein Differenzverstärker (6) von den Elektroden (3,4) über geeignet bemessene Vorwiderstände (7) gespeist wird. Die Gewichtsfaktoren ergeben sich aus den Verhältnissen der Vorwiderstände zueinander, die Vorwiderstände müssen zwecks Erzielung der erforderlichen Meßgenauigkeit dabei wesentlich grdßer als der Innenwiderstand des Meßgebers (gemessen zwischen zwei gegenüberliegenden Elektroden (3,4) sein.
• Das Wichten durch Ausnutzung der Inhomogenität des Magnetfeldes in Strömungsrichtung (9) zeigen die Fig. 3 und 4, wobei der Verlauf der Induktion (8) durch die in Fig. 4 eingezeichnete Kurve gegeben ist. Hier sind die Elektrodenpaare (4) in Strömungsrichtung so versetzt, daß die Ausgangssignale der Elektroden schon von Hause aus die gewünschte Relation aufweisen und somit ohne nachträgliche elektronische Wichtung weiterverarbeitet werden können. Bei Verwendung desselben Summierverstärkers wie in Fig.2 sind demzufolge die Vorwiderstände gleich groß zu wählen.
• Bei im Rohrquerschnitt homogenum Magnetfeld mißt eine oolche Anordnung unabhangig vom Strömungsprofil stets die mittlere Geschwindigkeit des Mediums, wobei der durch die endliche Anzahl der Elektroden bedingte Fehler vernachlässigbar ist. Bei inhomegenem Magnetfeld wird die mittlere Strömungsgeschwindigkeit nur für radialsymmetrische und bestimmte winkelabhängige Strömungsprofile gemessen, jedoch ist der enstehende Fehler bei Strömungsprofilen, die von der Radialsymmetrie abweichen, in den praktisch vorkommenden Fällen gering, so daß neist auch hier das Auslangen mit dieser Anordnung gefunden werden kann.
• Soll der Meßgebar jedoch nicht für alle Strömungsprofi le sondern nur für eine bestimmte Klasse von Strömungsprofilen verwendet werden, so läßt sich bei inhomogenen Magnetfeld die Genauigkeit durch Veränaderung der Placierung der Elektroden als auch der Gewichtsfaktoren dem Strömungsprofil entsprechend anpassen, wobei es sich dann unter gewissen Umständen als günstig erweisen kann, noch mehr Elektroden vorzusehen und in gewissen Fällen auch asymmetrische Elektrodenanordung einzusetzen, wobei die Asymmetrie sowohl durch die Zahl als auch durch die Abstände der Elektroden und die Größe der Gewichtsfaktoren gegeben sein kann.
• Die Inordnung nach Fig. 1 und 2 l6ßt sich noch weiter vereinfachen, da, wie sich au. der Rechnung zeigt, bei den versetzt angeordneten Elektrodenpaaren die einander diametral gegenüberliegenden Elektroden jeweils die gleiohe Information über den Durchfluß liefern. Bs bietet sich demnach die vereinfachte Anordung nach Fig.3,4 an, die nurmehr 4 Elektroden aufweist, wovon zwei Elektroden (3) senkrecht zur Magnetfeldrichtung und einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, Während die beiden anderen Elektroden (4) in einem Winkel von 450 zu den vorerwähnten Elektroden und in einem Winkel von 900 gegeneinander angeordnet sind. Die Gewichtsfaktoren für die versetzten Elektroden (4) müssen gegenüber den Gewichtsfaktoren der Anordnung von Fig. 1 und 2 mit dem Faktor 2 multipliziert werden. Das Wichten kann analog zu Fig. 2 elektronisch oder entsprechend Fig. 3,4 durch Versetzen der Elektroden in Strömungsrichtung vorgenommen werden.
• Eine weitere Vereinlachung wäre noch die Reduzierung der Elektrodenzahl auf 3 gemäß Fig. 6. Die Ausgangsspannung der einzelnen Elektrode muß dann auf ein Bezugspotential (Masse) bezogen werden. Bei dieser Anordnung stellt allerdings die Unterdrückung von etwaigen Gleichtaktspannungen größere Probleme ale bei Anordnungen von Elektrodenpaaren. Die Gewichtsfaktoren für diese Anordnung sind genau so zu wahlen wie für die unordnung gemäß Fig. 1. Für den Sonderfall, da£< des Magnetfeld keine Komponente in Richtung der Verbindungslinie der Einzelelektrode mit der Rohrachse aufweist, können die Gleichtaktspannungen dadurch eliminiert werden, daß von dem Ausgangssignal der Einzelelektrode der arithmetische Mittelwert der AusL:anEssiEnale der versetzten Elektrouen abgezogen wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Anspruch0 Induktiver Strömuncsmesser, bestehend aus einem Rohr (1) aus Isolierstoff oder aus mit Isolierstoff (2) ausgekleidetem Metall und einer Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines senl;rech-t zur rohrachse (Strmungsrichtuiig) verlaufenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektrodenpaare (,4) vorgesehen sind, wobei die Verbindungslinien der sich diametral gegenüberliegenden äußeren Elektroden (4) jeweils einen Winkel von 45° zu der Verbindungslinie der diametral gegenüberliegenden mittleren Elektroden (3) einschließen, daß die Differenz-Ausgangsspannungen der Elektrodenpaare mit einem geeigneten Faktor gewichtet und anschließend summiert oder gemittelt werden, und daß die Gewichtsfaktoren der äußeren 4 zu denen der mittleren 3 Elektroden im Verhaltnis stehen, Anspruch 2 Induktiver Strömungsmesser, bestehend aus einem Rohr (1) aus Isolierstoff oder aus mit Isolierstoff (2) ausgekleidetem Metall und einer Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines senkrecht zur Rohrachse (Strömungsrichtung) verlaufenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß vier Elektroden (3,4) vorgesehen sind, wovon zwei Elektroden (3) diametral gegenüberliegend so angeordnet sind> daß ihre Verbindungslinie senkrecht zur Magnetfeldrichtung ist, während die Verbindungslinien der beiden anderen Elektroden (4) mit der Rohrachse jeweils einen Winkel von 450 zur Verbindungslinie der vorerwähnten Elektroden einschliessen, daß die Differenz der Ausgangasignale der um 450 versetzten Elektroden und der einander diametral gegenüberliegenden Elektroden mit einem geeigneten Faktor gewichtet und anschließend summiert oder gemittelt wird, und daß die Gewichtsfaktoren der versetzt eingebauten Elektroden (4) zu denen der erstgenannten Elektroden im Verhältnis stehen.

   Anspruch 3 Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die um 450 versetzten Elektroden (4) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

   Anspruch 4 Induktiver Strömungsmesser, bestehend aus einem Rohr (1) aus Isolierstoff oder aus mit Isolierstoff (2) ausgekleidetem Metall und einer Vorrichtung (5) zur Erzeugung eines senkrecht zur Rohrachse (Strömungsrichtung) verlaufenden Magnetfeld es, daurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden (3,4) vorgesehen sind, wobei die Verbindungslinie einer Elektrode (3) mit der Rohrachse senkrecht auf der Symmetrieebene des Magnetfeldes steht, während die Verbindungslinien der beiden anderen Elektroden (4) zur Rohrachse einen Winkel von 45° dazu einschließen, daß die auf den Massepunkt der nachgeschalteten elektronischen Einheit bezogene Ausgangsspannung der Einzelelektrode (3) sowie die Differenz-Ausgangsspannungen der um 450 versetzten Elektroden (4) mit einem geeigneten Faktor gewichtet und anschließend summiert oder gemittelt werden, und daß die Gewichtsfaktoren der versetzt eingebauten Elektroden zu denen der erstgenannten Elektroden im Verhältnis 1/ 2 stehen.

   Anspruch 5 Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 4), dadurch gekennzeichnet, daß die um 450 versetzten Elektroden (4) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

   Anspruch 6 Induktiver Strörnungemesser nach Anspruch 4) oder 5), dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung des Einflusses von Gleichtaktspannungen auf das Ausgangssignal der Einzelelektrode (3) von diesem eine dem Mittelwert der Ausgangssignale der beiden versetzt anEeordneten Elektronen (4) proportionale Spannung subtrahierd wird.

   Anspruch 7 Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 1) bis 6), dadurch gekennzeiciinet, daß das Wichten elektronisch derart vorgenommen wird, daß die den Elektroden (3,4) bzw. Elektrodenpaaren zugeordneten Verstrkungsfaktoren des nachgeschalteten Verstärkers iselben Verhaltnis wie die entsprechenden Gewichtsfaktoren stehen.

   Anspruch 8 Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in Strömungsrichtung inhomogen ist, und daß das Wichten durch Versetzen der Elektroden(3,4) in Strömungsrichtung (9) vorgenommen wird.

   Anspruch 9 Induktiver Strömungsmesser nach Anspruch 1) bis 8), dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gewichtsfaktoren durch Veränderung der den einzelnen Elektroden bzw. den Elektrodenpaaren zugeordneten Verstärkung:sfaktoren des nachgeschalteten elektronischen Verstärkers fein eingestellt werden kann.