DE2756873A1

DE2756873A1 - Verfahren zur messung der stromstaerke eines fliessenden mediums

Info

Publication number: DE2756873A1
Application number: DE19772756873
Authority: DE
Inventors: Eggert Appel; Gottfried Geisler; Wilfried Kiene; Peter Dr Nissen
Original assignee: Fischer and Porter GmbH
Current assignee: Fischer and Porter GmbH
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2756873C2; US4236410A

Description

Patentanwälte

Dipl-Iwc fLWEict^ANN, Dipl-Phys. De. K. Finckb Dipl-Ing. R A-Weickmann, D1PL.-CHE11. B. Hubes. Dr.-Ing.H.Llska 2756873

DES

Fischer & Porter GmbH, 3400 Göttingen/ELlershausen

s MÖNCHEN st, DEN 20. Dezember 1977 POSTFACH 160120

MOHLSr&ASSE 22, RUFNUMMER 913921/22

Verfahren zur Messung der Stromstärke eines fließenden Mediums

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Stromstärke eines fließenden Mediums, mit wenigstens einer mit nicht sinusförmigen Stromimpulsen gleichbleibender oder wechselnder Polarität von einer Erregerschaltung beschickten, einen Kern aus magnetisierbarem Material umschließenden Spule zur Erzeugung eines das fließende Medium durchsetzenden Magnetfeldes mit wenigstens zwei in Abstand voneinander angeordneten Elektroden, zwischen denen das Medium hindurchfließt, mit einer mit den Elektroden verbundenen Meßschaltung zur Erzeugung eines der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechenden Signals, und mit einer Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung des Magnetfelds und/oder zur Korrektur des der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechenden Signals nach Maßgabe von Veränderungen des Magnetfeldes.

Bei Verfahren dieser Art wird von den Elektroden eine Spannung ü abgenommen, die im wesentlichen proportional zur Stärke des Magnetfeldes B und proportional zur Stromstärke (Durch-

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flußvolumen pro Zeiteinheit) des fließenden Mediums ist.

Damit diese Spannung U ein Maß für die Stromstärke des fließenden Mediums ist, muß entweder die Stärke des Magnetfeldes konstant gehalten werden oder es muß die Spannung U nach Maßgabe von Veränderungen der Stärke des Magnetfeldes korrigiert werden, was am einfachsten durch elektronische Quotientenbildung U/B erfolgt.

Somit müssen entweder Vorkehrungen getroffen werden, um das Magnetfeld B (ohne Messung) konstant zu halten oder um ein Maß für das Magnetfeld B zu gewinnen, mit dem die Spannung U korrigiert werden kann.

Bei bekannten Verfahren eingangs genannter Art werden von der Erregerschaltung zur Erzeugung des Magnetfeldes rechteckförmige Gleichstromimpulse abgegeben. Unter diser Voraussetzung ist es nicht möglich, die Stärke des Magnetfeldes B mit einer von dem Fluß des Magnetfeldes B durchsetzten Meßspule zu messen, weil eine solche Meßspule in diesem Fall nur für die Stärke des Magnetfeldes B uncharakteristische Spannungsspitzen liefert, deren Form den Differentialquotienten der jedenfalls angenähert vertikalen Flanken der Gleichstromimpulse entspricht.

Man ist daher darauf angewiesen, das Magnetfeld in anderer Weise zu messen, etwa mittels Hallgeneratoren, oder das Magnetfeld B dadurch konstant zu halten, daß man die elektrische Stromstärke der Gleichstromimpulse konstant hält.

Dies hat man versucht, hat aber - aus zunächst unerklärlichen Gründen - keine korrekten Ergebnisse erzielen können: die Meßschaltung lieferte Meßwerte, die nicht korrekt der Stromstärke des fließenden Mediums entsprachen.

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Erst nach vielen vergeblichen Versuchen, die Ursache dieses Fehlers festzustellen, entdeckte man, daß für den Fehler ein Effekt'verantwortlich ist, der bei Verfahren dieser Art noch nie eine Rolle gespielt hatte, nämlich die Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung, also die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität des Spulenkerns. Die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität eines magnetisierbaren Materials war selbstverständlich in der allgemeinen Technik bekannt, wurde jedoch bei Verfahren eingangs genannter Art nie in Erwägung gezogen. Diese Temperaturabhängigkeit hat zur Folge, daß selbst dann, wenn man die das Magnetfeld erzeugende Spule mit konstant gehaltenen Gleichstromimpulsen beschickt, das Magnetfeld B dennoch nicht konstant ist, weil seine Stärke nämlich von der Temperatur des Kerns abhängt. Nachdem man die Ursache des erörterten Fehlers in der Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des Kerns erkannt hatte, war die Behebung des Fehlers mit einfachen Mitteln möglich. '

Aufgabe der Erfindung war es somit, den erörterten - zunächst unerklärlichen - Fehler zu beheben.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, den Einfluß der Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des Kerns auf das der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechende, von der Meßschaltung abgebende Signal zu kompensieren.

Im Rahmen dieser grundsätzlichen Lösung kann man nun wiederum entweder das Magnetfeld B konstant halten (ohne es zu messen), oder das Magnetfeld messen und die von den Elektroden abgegriffene Spannung U nach Maßgabe des Meßergebnisses korrigieren.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist demgemäß gekennzeichnet durch wenigstens ein in thermischem Kontakt mit

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dem Kern stehendes elektrisches Bauelement, das eine temperaturabhängige, die Meßschaltung im Sinne einer Korrektur des Signals und/oder die Erregerschlaunt im Sinne einer Konstanthaltung des Magnetfeldes steuernde Kenngröße aufweist.

Zu dem gleichen Zweck kann eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet sein, daß im Magnetfeld eine Meßspule angeordnet ist, die an die Meßschaltung ein Signal abgibt, das proportional zur Änderungsgeschwindigkeit und zur Amplitude des Magnetfeldes ist und daß eine Erregerschaltung zur Erzeugung von wenigstens einer bekannten dynamischen Anteil aufweisenden Gleichstromimpulsen vorgesehen ist.

In disem Beispiel induzieren die geneigten Flanken der Gleichstromimpulse in der Meßspule Spannungen, die ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes B sind, so daß also die Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des Spulenkerns umgangen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 3 a zeigt schematisch eine dritte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 3 b zeigt eine bei der Vorrichtung nach der Fig. 3 a anwendbare Schaltungsanordnung.

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Gleiche Bezugsziffern in den Figuren bezeichnen funktionell gleichartige Bauteile.

Die Vorrichtungen nach den Fig. 1, 2 und 3 a weisen eine mit Gleichstromimpulsen beschickte , einen Kern 3 aus magnetisierbarem Material umschließende Spule 4 zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, das ein durch ein Rohr 1 fließendes Medium durchsetzt.

In dem Rohr 1 sind diametral einander gegenüberliegend zwei Elektroden 2 angeordnet, zwischen denen das Medium hindurchfließt. Geeignete Ausbildungen des Rohres 1 und der Elektroden 2 sind bekannt und brauchen daher hier nicht näher erörtert zu werden. Von den Elektroden 2 wird eine Spannung U abgegriffen, die die Eingangsspannung einer Meßschaltung ist, die ein der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechendes Signal erzeugt.

Sie Spule 4 nach Fig. 1 wird mit rechteckigen Gleichstromimpulsen 5 einer elektrischen Stromstärke I beschickt. In thermischem Kontakt mit dem Kern 3 steht ein temperaturabhängiger Widerstand R . Dieser Widerstand R liegt parallel zu einem Widerstand rI, über dem eine Spannung U„ abgegriffen wird, die ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes B ist. Ohne den Widerstand R würde die Spannung U_ nur ein Maß für

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die Stärke des Stroms I sein und damit aus den oben erwähnten Gründen (Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des Kerns 3) kein exaktes Maß für die Stärke des Magnetfelds B. Mit Hilfe des temperaturabhängigen Widerstands R wird aber die Spannung U_n so modifiziert, daß sie ein exaktes Maß für die Stärke des Magnetfeldes B ist. Infolgedessen kann aus der Spannung U und aus der Spannung U_ß ein Signal gewonnen werden, daß ohne mit dem behandelten Fehler behaftet zu sein, der Stromstärke des fließenden Mediums entspricht.

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Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Widerstand R parallel zur Spule 4 zu schalten, wie mit den gestrichelten Linien angedeutet, um dadurch den die Spule 4 durchsetzenden Strom in Abhängigkeit von der Temperatur so zu modifizieren, daß das Magnetfeld B unabhängig von der Temperatur des Spulenkerns 3 konstant bleibt. In disem Fall ist U unmittelbar ein Maß für die Stromstärke des fließenden Mediums.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 liegt im Magnetfeld B eine vom Fluß dieses Magnetfeldes B durchsetzte Meßspule 6. Damit in dieser Meßspule 6 eine Spannung induziert wird, die der Stärke des Magnetfeldes B entspricht, wird die Spule 4 mit Gleichstromimpulsen 7 beschickt, die z. B. schräg verlaufende Flanken 8 aufweisen. In der Meßspule 6 werden somit rechteckförmige Spannungsimpulse 9 induziert (die von den geneigten Flanken 8 der Gleichstromimpulse 7 herrühren) und über die Zeit integriert ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes B sind. Aus der so ermittelten zeitlich integrierten Spannung IL, und der Spannung U kann somit durch die Meßschaltung das gewünschte, der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechende, fehlerfreie Signal erzeugt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 a stehen in thermischem Kontakt mit dem Spulenkern 3 innerhalb des Magnetfeldes B eine erste Hallsonde Rp₁ und außerhalb des Magnetfeldes eine zweite Hallsonde Rp₂· Diese beiden Hallsonden liegen gemäß Fig. 3 b in einer mit der Spannung U_v gespeisten Brückenschaltung 10 zusammen mit Widerständen R₁, R-. über die Diagonale der Brückenschaltung 10 wird die Spannung U_ß abgegriffen die ein exaktes, von Temperatureinflüssen unabhängiges Maß der Stärke des Magnetfeldes B ist. In diesem Fall kann die Spule 4 wieder mit Rechteckimpulsen 5 konstanter Stärke I entsprechend Fig. 1 gespeist werden. Die beiden Hallsonden R_, und R„_ sind selbstverständlich so auszuwählen, daß sie

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gleichen Temperaturgang aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zur Messung der Stromstärke eines fließenden Mediums, mit wenigstens einer mit Gleichstromimpulsen von einer Erregerschaltung beschickten, einen Kern aus magnetisierbarem Material umschließenden Spule zur Erzeugung eines das fließende Medium durchsetzednen Magnetfeldes mit wenigstens zwie in Abstand voneinadner angeordneten Elektroden, zwischen denen das Medium hindurchfließt, mit einer mit den Elektroden verbundenen Meßschaltung zur Erzeugung eines der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechenden Signals, und mit einer Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung des Magnetfelds und/oder zur Korrektur des der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechenden Signals nach Maßgabe von Veränderungen des Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung des Kerns auf das der Stromstärke des fließenden Mediums entsprechende Signal kompensiert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein in thermischem Kontakt mit dem Kern (3) stehendes elektrisches Bauelement (R ; Rp₁* Κρ2^ ^{das eine} temperaturabhängige, die Meßschaltung im Sinneeiner Korrektur des Signals und/oder die Erregerschaltung im Sinne einer Konstanthaltung des Magnetfeldes steuernde Kenngröße aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld eine Meßspule (6) angeordnet ist, die an die Meßschaltung ein der Stärke des Magnetfeldes entsprechendes Siganl abgibt und daß eine Erregerschaltung zur Erzeugung von nicht
sinusförmig zeitlich sich ändernden Strömen vorgesehen ist.

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