DE3013035A1

DE3013035A1 - Verfahren zur elektromagnetischen stroemungsmessung und danach arbeitendes stroemungsmessgeraet

Info

Publication number: DE3013035A1
Application number: DE19803013035
Authority: DE
Inventors: Yousif Abdul Hussa Al-Khazraji; John Hemp
Original assignee: National Research Development Corp UK; National Research Development Corp of India
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1980-10-23
Also published as: GB2049949A; GB2049949B; US4434666A

Description

V A T Έ N T Δ II Ϊ7 A L T

. mo. E. H03L&EB

FHILIFPINI! -WELSEB - QTBASBB IA 8000 AUGSBUB»

TELEFON G1S47S TELEX C33S02 pnlol i

N. 273

Augsburg, den 2. April 1980

National Research Development Corporation,

House, 66-7^ Victoria Street, London SWl, England

Verfahren zur elektromagnetischen Strömungsmessung und danach arbeitendes Strömungsmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur elektromagnetischen Strömungsmessung sowie ein nach diesem Verfahren arbeitendes elektromagnetisches ließgerät.

0300*3/07G9

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Strömungsmessung von Flüssigkeiten mit mittlerer elektrischer Leitfähigkeit (d.h. mit Leitfähigkeiten im Bereich von etwa 10 JT/m bis IO il/in), beispielsweise V/asser.

Bei elektromagnetischen Strömungsmeßgeräten wird ein magnetisches Feld erzeugt, das den von dem zu messenden Medium, nämlich einer Flüssigkeit oder einem Gas, durchströmten lfeßkanal normal zur Strömungsrichtung des Mediums durchsetzt. Die in dem strömenden Medium infolge seiner Hindurchbewegung durch das magnetische Feld induzierte elektrische Spannung wird mit Hilfe von an gegenüberliegenden Seiten des Meßkanals angeordneten Elektroden abgefühlt. Bei zwei einander diametral gegenüberliegenden punktförmigen Elektroden an einem kreisrunden zylindrischen Meßkanal ist die abgefühlte elektrische Spannung proportional zur mittleren Stromungsgeschvrindigkeit des Mediums im Meßkanal, vorausgesetzt, daß das magnetische Feld gleichförmig und das Geschwindigkeitsprofil der Strömung im Meßkanal achssymmetrisch ist.

Bekannte elektromagnetische Strömungsmeßgeräte sind daher zwangsläufig mit üngenauigkeiten behaftet, da sich die beiden eben erwähnten Forderungen praktisch nicht

Ü301K3/Ü769

erfüllen lassen, denn ein gleichförmiges magnetisches Feld könnte nur durch einen Magneten von unendlicher Ausdehnung erzeugt werden und die Sicherstellung eines achssymmetrischen Geschwindigkeitsprofils in der Strömung würde eine große Meßkanallänge stromauf der Meßstelle erfordern, was nicht immer praktikabel ist.

In "The Theory of Electromagnetic Flow-Measurement" von J.A. Shercliff, Cambridge University Press, 1962, was als Standardwerk auf dem Gebiet der elektromagnetischen Strömungsmessung anzusehen ist, wird eine Möglichkeit aufgezeigt, den Einfluß eines verzerrten Strömungsgeschwindigkeitsprofils bei elektromagnetischen Strömungsmeßgeräten mit quasi-gleichförmigem Magnetfeld und punktförmigen Elektroden durch Verwendung einer Gewichtungsfunktion vorherzusagen. Die Strömungsgeschwindigkeit an jeder Stelle des Meßkanalquerschnitts wird mit einer für die betreffende Stelle gültigen Gewichtung multipliziert, die durch die Gewichtungsfunktion gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur elektromagnetischen Strömungsmessung so zu verbessern, daß die Genauigkeit des Meßergebnisses in geringerem Maße als bisher dem Einfluß von

030043/0769

Unregelmäßigkeiten des Strömungsgeschwindigkeitsprofils des strömenden Mediums ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes elektromagnetisches Strömungsmeßgerät ist Gegenstand des Anspruchs 2.

In der folgenden Beschreibung ist unter einer großen Elektrode eine Elektrode zu verstehen, die eine im Vergleich zu einer Punktelektrode beträchtliche Flächenausdehnung hat. Beispielsweise ist bei einem Keßkanal mit kreisrunder Querschnittsform eine Elektrode, die den Meßkanal im Bereich eines Zentriwinkels von etwa 30 umgreift und eine axiale Länge von etwa einem Viertel des Meßkanaldurchmessers hat, als große Elektrode anzusehen.

Des weiteren ist in der folgenden Beschreibung unter einem virtuellen Strom in dem strömenden Medium zwischen den beiden Elektroden die Stromdichte (eine vektorielle Größe) zu verstehen, die sich in dem Medium einstellen

U300A3/0769

würde, wenn ein elektrischer Einheitsstrom der einen Elektrode zugeführt und von der anderen Elektrode abgeleitet würde.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß infolge der Verwendung großer Elektroden die Gewichtungsfunktion über dem Meßkanalquerschnitt weniger stark variabel gemacht und durch geeignete Gestaltung der Elektroden und/oder Einstellung des magnetischen Feldes einer Konstanten angenähert werden kann. Ein Nachteil großer Elektroden liegt jedoch darin, daß sie der Verunreinigung und dem chemischen Angriff ausgesetzt sind, was ungleichmäßig auf der Elektrodenoberfläche stattfinden kann, jedoch wird diesem Problem gemäß der Erfindung dadurch Rechnung getragen, daß die Elektroden vom strömenden Medium im Meßkanal isoliert sind.

Die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes kann einen oder mehrere Permanentmagnete und/oder Elektromagnete aufweisen. Zur Speisung des oder der Elektromagnete kann ein konstanter oder zeitlich veränderlicher Strom Anwendung finden, beispielsweise ein Gleichstrom, Wechselstrom oder Impulsstrom.

Bei einer zur Messung geradliniger Strömungen geeigneten Ausführungsform eines elektromagnetischen Strömungsmeßgeräts

030043/0769

nach der Erfindung mit im Querschnitt kreisrundem Meßkanal kann ein magnetisches System beibehalten werden, wie es häufig auch bei bekannten Strömungsmeßgeräten Anwendung findet und das zwei große rechteckige Spulen aufweist, die beiderseits des Meßkanals angeordnet sind und deren Spulenachsen normal zur Strömunr.srichtung· verlaufen. Der Abstand der beiden großen Elektroden von der Innenwandfläche des Meßkanals ändert sich jedoch mit der Polarkoordinate θ derart, daß sich eine im wesentlichen gleichförmige Gewichtungsfunktion ergibt. Jede der beiden großen Elektroden hat demgemäß im wesentlichen die Form eines Zylindersegments, das in eine isolierende Meßkanalwand eingebettet ist und nahezu einen Zentriwinkel von 18O ° umspannt. Das Zylindersegment ist jedoch durch einen mit zunehmendem Winkelabstand von der Elektrodenmitte aus wachsenden Radialabstand von der Meßkanalachse derart modifiziert, daß die sich ergebende Gewichtungsfunktion über den gesamten Strömungskanalquerschnitt im wesentlichen gleichförmig ist, d.h. daß die Strömung in jedem Teil des Heßkanalquerschnitts im wesentlichen gleichförmig zu der gemessenen Spannung beiträgt, die als Maß für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des durch den Meßkanal strömenden Mediums herangezogen wird. Eine durch die Mitten der Spalte zwischen den benachbarten ßogenenden der beiden

030043/0769

301303$

gegenüberliegenden Elektroden verlaufende Linie fällt mit den Spulenachsen der beiden Spulen zusammen.

Eine Möglichkeit zur Bestimmung der günstigsten Elektrodenform für ein gegebenes Magnetfeld wird später angegeben.

Die Gewichtungsfunktion kann also bei gebenem Magnetfeld so verbessert werden, daß man ein Strömungsmeßgerät erhält, das zur Messung geradliniger Strömungen mit irgendeinem beliebigen Strömungsgeschwindigkeitsprofil geeignet ist. Nachstehend werden jedoch nunmehr Möglichkeiten zur Gestaltung elektromagnetischer Strömungsmeßgeräte nach der Erfindung für alle möglichen Strömungsformen erörtert.

In der Veröffentlichung "The Theory of Induced Voltage Electromagnetic Plowmeters" von M.K. Bevir in J. Fluid Mech. (1970), Vol. 43, Teil 3, Seiten 577 bis 590, ist bezüglich der Gewichtungsfunktion ausgesagt, daß sie von dem magnetischen Feld und von dem virtuellen Strom zwischen den beiden Elektroden abhängig ist, wobei der virtuelle Strom derjenige Strom ist, der fließen würde, wenn man eine elektrische Spannung an die beiden Elektroden anlegen würde. In dieser Veröffentlichung wird auch ausgesagt, daß ein Strömungsmeß-

030043/0769

gerät mit einer vom Strömungsgeschwindigkeitsprofil unabhängigen Empfindlichkeit (ein "ideales" Strömungsmeßgerät) dann erhältlich ist, wenn entweder das magnetische Feld gleichförmig ist und der virtuelle Strom in dazu senkrechten Ebenen verläuft oder umgekehrt.

Demgemäß ist bei einer ersten "idealen" Ausführungsform eines Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes so ausgelegt, daß sie ein gleichförmiges Magnetfeld (d.h. ein Magnetfeld, das an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Strömungsmeßgeräts gleich stark ist) erzeugt, und diese Einrichtung weist ein an seinen Enden offenes rechteckiges Rohr aus magnetischem Material auf, das den Meßkanal umschließt und dessen Längsachse mit der rießkanalachse zusammenfällt. Auf zwei einander gegenüberliegende Wände des rechteckigen magnetischen Rohres sind Spulen aufgewickelt, die in den beiden Rohrwänden magnetische Flüsse mit entgegengesetzten Richtungssinnen erzeugen. Die beiden Elektroden sind so geformt und derart positioniert, daß sichergestellt ist, daß der virtuelle Strom "zweidimensional" ist (d.h. daß er nur in zwei Dimensionen verlaufende Komponenten aufweist, die jedoch örtlich verschieden sein können) und keine Komponente in der parallel zur Richtung

030043/0769

des Magnetfelds verlaufenden Dimension hat. Ist der Meßkanal eines solchen Strömungsmeßgeräts rechteckig, können die Elektroden einfach jeweils durch einen Streifen aus elektrisch leitfähigem Werkstoff gebildet sein, der vom ileßkanalinneren isoliert ist und zxfischen einer der beiden Spulen und dem Meßkanal liegt. Die Längsachse des Elektrodenstreifens verläuft dabei normal zur Strömungsrichtung des Mediums. Bei einem Heßkanal mit kreisrunder Querschnittsform kann jede Elektrode so gestaltet sein₃ daß in den entlang der Meßkanalachse aufeinanderfolgenden Kanalquerschnitten der Abstand zwischen der Kanalinnenwandung und der Elektrode umgekehrt proportional zur Normalkomponente eines "zweidimensionalen" virtuellen Stromes im Meßkanal ist, beispielsweise eines sich bei Verwendung von Streifenelektroden der oben im Zusammenhang mit einem rechteckigen Meßkanal erwähnten Art ergebenden virtuellen Stromes. Der Abstand zwischen der Kanalinnenwandung und jeder Elektrode nimmt von der Elektrodenmitte aus entlang der Meßkanallänge allmählich zu, und am Elektrodenende ist die Wirkung der Elektrode vernachlässigbar.

Bei einer zweiten Ausfuhrungsform eines "idealen" Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung sind die beiden Elektroden derart gestaltet und positioniert, daß sich ein gleichförmiger virtueller Strom ergibt, und die Einrichtung

030043/0769

zur Erzeugung des magnetischen Feldes ist so aufgebaut, daß sie ein "zweidimensionales" Magnetfeld hervorruft, das keine zur Ebene des gleichförmigen virtuellen Stromes parallele Komponente aufweist. Bei einem Meßkanal mit kreisrunder Querschnittsform kann jede Elektrode so geformt sein, daß sie einer Fläche konstanten Potentials in einer gedachten Anordnung entspricht, bei welcher die Meßkanalxnnenwandflache durch einen elektrisch leitfähigen Zylinder ersetzt ist, der sich in einem anfänglich gleichförmigen elektrischen Feld mit zur Zylinderachse normaler Feldrichtung befindet. Die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes kann dann ein an seinen Enden offenes rechteckiges Rohr aus magnetischem Material, dessen Längsachse mit der Meßkanalachse zusammenfällt, und zwei Gruppen von elektrischen Leitern aufweisen, die an zwei gegenüberliegenden Innenwandflächen des rechteckigen Rohres angeordnet sind. Jede der beiden Gruppen von elektrischen Leitern umfaßt zwei Leiterbündelj die entlang der betreffenden Rohrinnenwand mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und wobei die Leiter jeweils parallel zur Ebene des gleichförmigen virtuellen Stromes verlaufen, und die Leiter des einen Leiterbündels sind jeweils mit Leitern des anderen Leiterbündels durch entsprechende Verbindungsleiter zu einer einzigen Wicklung miteinander verbunden. Die Verbindungsleiter sind derart über die beiden anderen,

030043/0769

- Io -

einander gegenüberliegenden Rohrinnenwandflächen verteilt, daß das zwischen den Leitergruppen durch das Rohr verlaufende zweidimensionale Magnetfeld auch im Bereich der genannten beiden anderen Rohrinnenwandflächen erhalten bleibt.

Zurückkommend auf die Berechnung der besten Elektrodenform zur Erzielung einer gleichförmigen Gewichtungsfunktion bei einem gegebenen, einen flüssigkextsgefüllten Meßkanal durchquerenden Magnetfeld werden folgende Annahmen zugrundegelegt :

I. Der Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit ist überall parallel zur Meßkanalachse.

II. Der Meßkanal hat die Form eines Zylinders mit kreisrundem Querschnitt.

III. Das angelegte Magnetfeld und die Elektroden haben die größtmögliche Symmetrie.

IV. Die Elektroden weisen von der Flüssigkeit eine Distanz auf, die jeweils in Umfangsrichtung des Meßkanals veränderlich sein kann, jedoch parallel zur Meßkanalachse konstant bleibt.

030043/0769

Das nachstehend beschriebene Verfahren kann jedoch so verallgemeinert werden, daß auch Fälle umfaßt werden, bei denen keine der obigen Annahmen gilt.

Bei der nachstehend angewandten Vektoralgebra sind

Vektoren unterstrichen (" "), und das Zeichen "·" bezeichnet

jeweils ein Skalarprodukt und das Zeichen "x" ein Vektorprodukt. Außerdem wird der Operator V verwendet.

Das Potential U zwischen den beiden Elektroden ist gegeben durch

U= Jv- v/ äV (1)

wobei v_ die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, und der "Gewichtungsvektor" W ist gegeben durch

W = B χ j_ (2)

worin B die magnetische Induktion und j_ der virtuelle Strom ist. Die Integration der Gleichung (1) erfolgt über dem gesamten Volumen der Flüssigkeit. Wegen der Annahmen I und II läßt sich die Gleichung (1) reduzieren zu

'R

U=|l ν W r d9 dr (3) 0 J 0

030043/0769

301303

W=J (W)_z dz (4)

-oo

und wobei R der Radius des Meßkanals ist, r und θ Polarkoordinaten sind und ζ die Distanz auf der mit der Meßkanalachse zusammenfallenden z-Achse ist. Dabei geht die Linie

θ = r—, z=O durch die Mitte der beiden Elektroden.

W (die "Gewichtungsfunktion") und ν sind im wesentlichen Funktionen von r und Θ. Aus der Gleichung (3) geht hervor, daß, wenn Vf = const, U proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Wenn also 13 gegeben ist, kann die Elektrodenform (Vielehe j_ bestimmt) so gestaltet werden, daß W so konstant wie möglich wird. Das Verfahren zur Optimierung der Elektroden form besteht darin, daß zunächst jeweils j_ und hieraus W für Paare von jeweils einander diametral gegenüberliegenden, die Flüssigkeit berührenden Punktelektroden berechnet wird und daß dann eine großflächige, die Flüssigkeit nicht berührende Elektrode durch eine Anordnung von die Flüssigkeit jeweils berührenden Punktelektroden, die jeweils über eine Kapazität mit einer gemeinsamen Leiterschiene verbunden sind, angenähert wird, wobei die Werte der Kapazitäten derart festgelegt werden, daß die Variation von W möglichst klein gehalten wird.

030043/0769

+ V

Für ein Paar die Flüssigkeit bei r = R, θ = ψ-,

Z=O, berührende Elektroden erfolgt die Berechnung von W wie folgt. Zunächst wird j_ ausgedrückt als

was möglich ist, weil V x j. ⁼ 0» und dann erhält man G durch Auflösen von

= 0

(v/as gilt, weil V * j_ ⁼ °) durch eine begrenzte Differentiationsmethode unter Einführung geeigneter Grenzbedingungen, wobei das Flüssigkeitsvolumen in eine begrenzte Anzahl von Volumenelementen unterteilt wird, deren Mittelpunkte ein Gitter mit hinsichtlich r, θ und ζ regelmäßigen Intervallen bilden. Das magnetische Feld wird ausgedrückt als

B = - V P

und F wird (für eine gegebene Magnetgeoraetrie) ebenso wie G errechnet und an den gleichen Gitterpunkten ausgewertet. Die Komponente V/ von W im Mittelpunkt jedes Volumenelements wird dann unter Verwendung der Gleichung (2) berechnet. Die

030043/0769

301303

den Gitterpunkten in der Ebene ζ = O zugeordneten Werte von W werden dann unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet, wobei das Integral jeweils durch die Summe der auf einer zur z-Achse parallelen Linie liegenden Gitterpunkte angenähert wird. Diese Werte werden als ¥ , bezeichnet, wobei der Index η den η-ten Gitterpunkt auf der Ebene ζ = O bezeichnet und der Index 1 angibt, daß

+ TK

die Elektroden bei θ = ^- liegen.

Durch Drehen des die beiden Elektroden verbindenden Durchmessers um die z-Achse um jeweils den Gitterintervallen entsprechende Intervalle von θ und durch Translation des gedrehten Durchmessers jeweils um Gitterintervalle in der z-Richtung ist es möglich, die Gewichtunssfunktion W für Paare einander gegenüberliegender, die Flüssigkeit berührender Punktelektroden an einer Vielzahl von durch den Index m angegebenen Stellen zu berechnen.

Wenn man sich nun an allen diesen Stellen gleichzeitig vorhandene Elektrodenpaare vorstellt, und wenn die einen und anderen Elektroden dieser Elektrodenpaare jeweils über Kapazitäten mit einer gemeinsamen Leiterschiene verbunden sind, erhält man eine Annäherung an ein Paar von die Flüssigkeit nicht berührenden großflächigen Elektroden,

030043/0769

wobei der Abstand s mit der nächsten Kapazität C durch

const
^Cm

in Beziehung steht. Die Gewichtungsfunktion W des zusammengenommenen Elektrodensystems ist eine lineare Kombination

der Werte W , d.h.
nm

= Σ <* W

η —m τη nm

Wenn ein Einheitsstrom durch das zusammengenommene Elektrodensystem hindurchgeleitet wird, ist der durch eine

Kapazität C fließende Strom I proportional zu C (die in * m m m

der Flüssigkeit auftretenden ohmschen Verluste sind bei dieser Berechnung vernachlässigbar) und folglich sind die

Werte ex ebenfalls proportional zu den Kapazitäten C . Da m m

nur die Verhältnisse der Kapazitätswerte die Gewichtungsfunktion bestimmen, sind die erforderlichen Kapazitäten bzw. die Abstandsvariable s bekannt, wenn die Werte von Ck

bekannt sind, welche W so konstant wie möglich machen.

Die besten Werte von c* findet man durch Minimierung

030043/0769

des Ausdrucks

Σ (W ■- 1)

wobei die Summe über allen Gitterpunkten in dem betreffenden Querschnitt oder nur über einer Gruppe von diesen Gitterpunkten (z.B. nahe der Meßkanalwandung), wo die Variationen von W wahrscheinlich am größten sind, gebildet wird. Dies ist mathematisch äquivalent der Auflösung der linearen Gleichungen

was mit Hilfe eines Pechners durchgeführt werden kann. In diesen Gleichungen kann m¹ jeden Wert annehmen, den auch m annehmen kann.

Wird dieses Verfahren auf das durch die Spulen 10 und in Pig. I der Zeichnungen erzeugte Magnetfeld angewandt, ergibt sich die in dieser Zeichnungsfigur dargestellte Elektrodenform. Das bedeutet, daß, folgt man der Elektrodenausdehnung von der Elektrodenmitte aus in Umfangsrichtung des Meßkanals, der Abstand zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit (d.h. die Dicke der dazwischenliegenden

030043/0769

Isolierschicht) zunächst nur langsam und dann immer schneller anwächst, so daß man eine charakteristische Elektrodenform erhält. Bei einer anderen Magnetkonfiguration würde man jedoch eine unterschiedliche Elektrodenform erhalten.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Strömungs

meßgerät nach der Erfindung, bei welchem die Form der Elektroden so gestaltet ist, daß sich bei einem gegebenen Magnetfeld eine im wesentlichen gleichförmige Gewichtungsfunktion ergibt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Pip,. I

dargestellten Strömungsmeßgeräts,

Fig. 3 ein schematisches Diagramm der unter

schiedlichen Isolierschichtdicke, die sich bei der Elektrodenform des Strömungsmeßgeräts nach Fig. 1 ergibt,

4 3/0769

Fig. ¹J eine Einrichtung zur Erzeugung eines

gleichförmigen magnetischen Feldes für eine andere Ausfuhrungsform eines Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Elektrodenanordnung für eine

solche weitere Ausführungsform eines Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung bei im Querschnitt rechteckigem Meßkanal ,

Fig. 6 eine Elektrodenanordnung für die ge

nannte weitere Ausführungsform eines Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung bei im Querschnitt kreisrundem Meßkanal,

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine noch

weitere Ausführungsform eines Strömungsmeßgeräts nach der Erfindung mit einem "zweidimensionalen" magnetischen Feld,

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der

Elektrodenform bei dem Strömungsmeßgerät nach Fig. 7,

4 3/0769

Pig. 9 in schematischer Darstellung den

Wicklungsaufbau der Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes bei dem Strömungsmeßgerät nach Fig. 7,

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Anordnung der elektrischen Leiter bei der Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes bei dem Strömungsmeßgerät nach Fig. 7,

Fig. 11 eine Draufsicht auf das Strömungsmeßgerät nach Fig. 7, und

Fig. 12 eine elektrische Schaltung zur Messung

der zwischen den Elektroden des Strömungsmeßgeräts entstehenden Spannung.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung eignet sich zur Messung geradliniger Strömungen und weist zwei ebene rechteckige Spulen 10 und 11 auf, die im Zusammenwirken mit einem magnetischen Kern 13 ein magnetisches Feld erzeugen, das die durch einen Meßkanal strömende Flüssigkeit durchsetzt. Der Meßkanal ist durch ein Rohr 17 aus rostfreiem

030043/0769

301303$

Stahl gebildet, das mit einer isolierenden, aus Epoxyharz bestehenden Auskleidung 16 ausgekleidet ist. In die isolierende Auskleidung 16 sind zwei Elektroden 14 und 15 eingebettet, die einen in Umfangsrichtung des Meßkanals veränderlichen Abstand von der Innenwandfläche 12 der Auskleidung 16 haben, derart, daß eine im wesentlichen gleichförmige Gewichtung der in der durch den Meßkanal strömenden Flüssigkeit induzierten Spannungsanteile erreicht wird. Da die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes einfach ausgebildet ist und nicht für eine bestimmte Gestaltung des Magnetfeldes ausgelegt ist, kann eine gleichförmige Gewichtung nur dann erreicht werden, wenn der Abstandsverlauf zwischen den Elektroden und der Meßkanalinnenwandfläche genau bestimmt wird.

Wie aus der in Fig. 2 dargestellten Seitenansicht des Strömungsmeßgeräts ersichtlich ist, haben sowohl die beiden Elektroden 14 und 15 als auch der magnetische Kern 13 eine beträchtliche Ausdehnung in Längsrichtung des Rohres 17, wobei sie aber ihre querschnittsmäßige Gestalt in Längsrichtung des Rohres 17 jeweils unverändert beibehalten. Für den elektrischen Anschluß der beiden Elektroden 14 und 15 sind Anschlüsse 18 und 19 vorgesehen, und wegen der hohen (nahezu vollständig kapazitiven) Impedanz des Strömungsmeßgeräts

030043/0769

infolge der nicht mit der strömenden Flüssigkeit in Berührung stehenden Elektroden sind Vorverstärker 20 und 21 mit sehr hoher Eingangsimpedanz erforderlich. Zur Vermeidung kapazitiver Leitungsverluste sind diese Vorverstärker am besten möglichst nahe bei den Elektroden am Meßkopf des Strömungsmeßgeräts befestigt, wie in Pig. I dargestellt ist.

Vorzugsweise haben die Vorverstärker jeweils den Verstärkungsfaktor Eins und ihre Ausgänge sind an Abschirmungen und 23 angeschlossen (nur in Fig. 1, jedoch nicht in Fig. 2 dargestellt), die zwischen den Elektroden und dem umgebenden Stahlrohr 17 in der isolierenden Auskleidung 16 eingebettet sind. Dadurch wird die Impedanz zwischen jeder Elektrode und dem Stahlrohr 17 praktisch unendlich groß, so daß sonst möglicherweise auftretende ungewisse Signalverluste ausgeschaltet werden. Die Abschirmungen 22 und 23 erstrecken sich von der vertikalen Mittelachse in Fig. 1 aus jeweils nach links und rechts, und die Anschlüsse 18 und 19 der Elektroden verlaufen durch kleine Öffnungen der Abschirmungen hindurch. Die zwischen den Ausgängen der beiden Vorverstärker 20 und gemessene elektrische Spannung ist bei geradliniger Strömung proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit und im wesentlichen unabhängig vom Strömungsgeschwindigkeitsprofil über dem Meßkanalquerschnitt.

030043/0769

Eine alternative Möglichkeit des Anschlusses der Abschirmungen 22 und 23 ist in Fig. 12 gezeigt, gemäß welcher der Anschluß 18 der Elektrode 14 über den Innenleiter 55 eines doppelt abgeschirmten Kabels mit einer inneren Abschirmung 56 und einer äußeren Abschirmung 57 mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 58 mit dem Verstärkungsfaktor Eins verbunden ist, an dessen anderen Eingang der Anschluß 19 der anderen Elektrode 15 in entsprechender Weise über den Innenleiter 59 eines ebenfalls doppelt abgeschirmten Kabels mit einer inneren Abschirmung 60 und einer äußeren Abschirmung 61 angeschlossen ist.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 58 wird mit Hilfe eines Spannungsteilers halbiert, der aus zwei gleichen widerständen 63 und 64 besteht, und einerseits über einen Verstärker 65 mit einem Verstärkungsfaktor +1 und die innere Kabelabschirmung 56 zur Abschirmung 22 positiv rückgekoppelt und andererseits über einen Verstärker 66 mit einem Verstärkungsfaktor -1 und die innere Kabelabschirmung 60 zur Abschirmung 23 negativ rückgekoppelt.

Die äußeren Kabelabschirmungen 57 und 6l sind mit dem Rohr 17 sowie mit der Systemerdung verbunden. Das Ausgangssignal des Strömungsmeßgeräts, das die mittlere Strömungs-

0300 43/0769

geschwindigkeit darstellt, erscheint als Ausgangssignal des Differenzverstärkers 58 am Anschluß 67.

Um die erforderliche Farm der Elektroden 14 und 15 aufzufinden, werden die Werte von oC durch Finirnierung des oben schon angegebenen Ausdrucks

oder durch Auflösen der ebenfalls schon oben angegebenen linearen Gleichungen

ermittelt.

Dazu wird beispielsweise jeder Quadrant in acht Segmente unterteilt, wie es in Fig. 3 für den oberen linken Quadranten beispielsweise dargestellt ist. Dabei ist in Fig. 3 nur die Dicke der Epoxyharzschicht zwischen der Meßkanalinnenwandfläche und einer theoretischen Form der Elektrode lh in den acht Segmenten dargestellt. Die axiale Länge jedes Segments entspricht einem Innendurchmesser der Auskleidung 16. Das erste Segment S überspannt die Hälfte des von jedem der

030C43/0769

13035

anderen Segmente überspannten VJinkels. Der Einfluß des achten Segments Sn wird bei den Berechnungen ignoriert, da die hierin induzierte Spannung vernachlässigbar ist.

In der nachstehenden Tafel I sind die Werte der sich für die einzelnen Segmente S bis S₇ ergebenden radialen Epoxyharzdicken zwischen den Elektroden und der Meßkanalinnenwandfläche und die entsprechenden Kapazitäten für eine Anordnung angegeben, bei welcher der Innendurchmesser der Auskleidung 7,6 cm beträgt und als Epoxyharz zwischen der Meßkanalinnenwandfläche und den beiden Elektroden 14 und 15 Araldit CY 219 (relative Dielektrizitätskonstante ε =6,3) Anwendung findet. Zwischen den Elektroden 14 und 15 und dem Rohr 17 ist ein anderer Epoxyharztyp, nämlich Araldit AY 103 (relative Dielektrizitätskonstante ε =3) verwendet.

	S	1	Tafel	I	S	3	S	4	S	5	^S6	^S7
Segment	1	,5	S₂	1	,8	2	,5	3	,5	5,2	9,2
Radiale Epoxy harz dicke (mm)	11		1,6	17	,8	13	,6	9	,8	6,8	4,0
Kapazität (pP)		21,0

0300/; 3/0769

Folglich erhält man für jede elektrode 14 bzw. 15 eine

Gesamtkapazität von 168 pF, und bei einer Frequenz von 50 Hz

ν beträgt die Eingangsimpedanz jeder Elektrode etwa 1,9 x 10 J"l_ In der Praxis ist natürlich die in Fig. 3 dargestellte abgestufte Elektrodenform unzweckmäßig, und bei der in Fig. 1 gezeigten kontinuierlichen Elektrodenform verläuft die Elektrode jeweils durch die Mittelpunkte der in Fig. 3 gezeigten einzelnen Stufen.

Nachstehend werden nunmehr einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, bei denen keine p-eradlinige Strömung erforderlich ist und welche ein gleichförmiges magnetisches Feld zusammen mit einem "zweidimensionalen" virtuellen Strom anwenden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird ein in Richtung der x-Achse verlaufendes gleichförmiges magnetisches Feld in einem an seinen Enden offenen, im Querschnitt rechteckigen Rohr 25 erzeugt. Das Rohr 25 besteht aus Stahl hoher magnetischer Permeabilität, und auf zwei einander gegenüberliegende Rohrwände sind Wicklungen 26 und 27 aufgewickelt, die derart stromdurchflossen sind, daß die in diesen Wicklungen erzeugten magnetischen Flüsse in den Rohrwänden einander entgegengesetzt gerichtet sind. Die

030043/0769

Leiter der Wicklungen 26 und 27 verlaufen jeweils parallel zur z-Achse und sind gleichförmig und ohne dazwischenliegende Zwischenräume auf die betreffenden Rohrwände aufgewickelt. Das in dem Rohr erzeugte magnetische Feld ist daher nahezu gleichförmig, mit Ausnahme der Bereiche nahe der offenen Rohrenden.

In Fig. 5 ist ein im Querschnitt rechteckiges isolierendes Meßkanalrohr 30 für ein im Querschnitt rechteckiges Strömungsmeßgerät dargestellt, das in das magnetische Rohr 25 nach Fig. h eingesetzt ist. um einen geeigneten zweidimensionalen virtuellen Strom zu erhalten, d.h. einen Strom, der in der x-Richtung die Komponente Null hat, sind streifenförmige Elektroden 28 und 29 außen am Rohr 30 befestigt. Die Mitten der Elektroden 28 und 29 liegen auf der y-Achse und ihre Seiten sind parallel zur x-Achse und zur z-Achse. Die beiden Elektroden erstrecken sich jeweils über eine Breite, die gleich der Breite der Rohrinnenwandfläche in der x-Richtung ist. Der sich bei dieser Gestaltung in der Flüssigkeit einstellende virtuelle Strom hat keine Komponente in der x-Richtung, da die Elektroden in der x-Richtung gleichförmig sind und der virtuelle Strom durch isolierende Flächen, die senkrecht zur x-Achse verlaufen, begrenzt wird.

030043/0769

In Fig. 6 ist ein im Querschnitt kreisrundes Epoxynarz-iieSkanalrohr 31 dargestellt, in dessen Rohrwand zwei Elektroden 32 und 33 eingebettet sind, und das Heßkanalrohr 31 ist wiederum in das magnetische Rohr 25 nach Fig. 4 eingesetzt, so daß die Längsachsen der beiden Rohre miteinander zusammenfallen. Die Form der beiden Elektroden 32 und 33 erhält man dadurch, daß zunächst der Wert der Normalkomponente des virtuellen Stromes an einer großen Anzahl von Stellen an der Innenfläche des zylindrischen Rohres 31 in Fig. 6 numerisch berechnet wird, wenn das Rohr 31 in das isolierende Rohr 30 nach Fig. 5 eingesetzt gedacht ist. Alternativ dazu können diese Komponenten des virtuellen Stromes an einer großen Anzahl von Stellen in der Anordnung nach Fig. 5 an Positionen, die der Innenwandfläche des zylindrischen Rohres 31 nach Fig. 6 entsprechen, gemessen werden. Die Distanz der Elektroden 32 und 33 an jeder dieser Stellen wird dann umgekehrt proportional zur Normalkomponente des virtuellen Stromes an dieser Stelle gemacht. Unter der Voraussetzung, daß die Elektroden im Bereich des größten Teils ihrer Flächenausdehnung nahe genug an der zylindrischen Rohrinnenfläche liegen, ergibt sich dann das gleiche Iluster des virtuellen Stromes in der Flüssigkeit wie bei der Anordnung nach Fig. 5· Der Abstand jeder Elektrode von der Innenwandfläche des Rohres 31 nimmt von der Elektroden-

030043/0769

mitte aus in Längsrichtung und in ümfangsrichtung des Rohres 31 zu, bis dieser Abstand so groß geworden ist, daß die elektrische Kopplung zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit vernachlässigbar klein geworden ist. Das bedeutet, daß die Elektroden dort aufhören können und keine unendliche Ausdehnung zu haben brauchen.

Nunmehr wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei welchem wiederum keine geradlinige Strömung erforderlich ist, bei welchem jedoch ein "zweidimensionales" magnetisches Feld und ein gleichförmiger virtueller Strom Anwendung finden. Gemäß Fig. 7 sind zwei Elektroden 35 und 36 in einem Epoxyharz-Rohr 37 eingebettet, das von einem Rohr 38 aus rostfreiem Stahl umschlossen ist. In der Praxis finden ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. Abschirmelektroden und Verstärker Anwendung, die jedoch der Einfachheit halber in Fig. 7 weggelassen sind. Innerhalb eines magnetischen Kerns 39 in Form eines im Querschnitt rechteckigen Rohres wird durch zwei nachstehend mehr im einzelnen beschriebene Wicklungen 40 ein magnetisches Feld erzeugt.

Die Form der beiden Elektroden 35 und 36 zum Erreichen eines gleichförmigen virtuellen Stromes wird wie folgt bestimmt, wenn ein elektrisch leitender Zylinder 4l (Fig. 8)

030043/0769

in einem dielektrischen Medium mit einem gleichförmigen äußeren, sinusförmig wechselnden elektrischen Feld mit zur Zylinderachse senkrechter Orientierung angeordnet wird, so ergeben sich die in Fig. 8 dargestellten elektrischen Feldlinien 42 und Flächen 43 jeweils konstanten elektrischen Potentials. Innerhalb des Zylinders sind das elektrische Feld und die zugehörige Stromdichte bekanntermaßen gleichförmig. Wenn die Leitfähigkeit des Zylinders groß im Vergleich zum Produkt aus Dielektrizitätskonstante ε des Mediums und der Kreisfrequenz ω des elektrischen Feldes ist, nehmen die Feldlinien und die Flächen konstanten Potentials eine von der Leitfähigkeit des Zylinders unabhängige Form ein. Diese Bedingung ist bei einem Strömungsmeßgerät fast immer erfüllt. Beispielsweise bei einem Leitungswasser-Zylinder und einem Epoxyharz-Iledium mit C. = 6 &_n ergibt sich & /ε co zu ungefähr 6 χ ICr bei einer Frequenz von 50 Hz.

Die Gleichung für eine Fläche konstanten Potentials im Dielektrikum lautet dann

wobei G das konstante Potential auf dieser Fläche und R der Radius des Zylinders ist und r und θ Polarkoordinaten sind,

0300 k3/0769

wie in Fig. 8 angedeutet ist. Die Formen zweier dieser Flächen konstanten Potentials für gleich große und im Vorzeichen entgegengesetzte Werte von G sind geeignete Formen für die Elektroden der Anordnung nach Fig. I₃ wobei die Elektroden selbst Flächen konstanten Potentials darstellen. Das zwischen diesen Elektroden aufgebaute elektrische Feld, wenn ein Einheitsstrom von einer der Elektroden zur anderen Elektrode fließt, ist dann identisch mit dem in Fig. 8 abgebildeten Feld, so daß sich folglich im Zylinder der erforderliche gleichförmige virtuelle Strom ergibt.

Das zweidimensionale magnetische Feld für die Anordnung nach Fig. 7 wird von den Wicklungen 40 erzeugt, deren Leiter entsprechend den in Fig. 9 eingezeichneten gestrichelten Linien 45 verlaufen. Der Einfachheit halber ist nur eine Leitergruppe in Fig. 9 dargestellt, die eine der beiden Wicklungen 40 bildet, da die andere, die andere Wicklung bildende Leitergruppe entsprechend ausgebildet ist. Die Leiter 45 sind an der Innenwandfläche des magnetischen Kerns befestigt, der die Form eines an seinen Enden offenen, im Querschnitt rechteckigen Piohres 39 aus Stahl hoher magnetischer Permeabilität hat. Die Wicklungsanschlüsse sind mit 46 bezeichnet.

3 0 0 4 3/0769

Die Leiter 45 sind jeweils auf der betreffenden, zur y-z-Ebene parallelen Innenwandfläche des Rohres 39 parallel zur y-Achse verlaufend angeordnet und bilden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei schmale Leiterbündel. Folglich hat, wenn die Ausdehnung c des Rohres 39 in der y-Biehtung groß genug ist, das innerhalb des Rohres erzeugte magnetische Feld nur in den x- und z-Richtungen verlaufende Komponenten, jedoch keine Komponente in der y-Richtung. Da die Abmessung c in der Praxis begrenzt ist, ist es notwendig, den Einfluß der zur x-z-Ebene parallelen Rohrwände zu betrachten. Dieser Einfluß kann durch geeignete Verteilung der Spulenwindungen über diesen beiden Rohrwänden beträchtlich verringert werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel teilen sich die schmalen Leiterbündel an den zur y-z-Ebene parallelen Rohrwänden jeweils in drei gleich schmale Bündel an den zur x-z-Ebene parallelen Rohrwänden auf, wie in den Fig. 9 und 11 angedeutet ist. In Fig. 10 ist die erforderliche Form der magnetischen Feldlinien 47 und der Linien 48 konstanten magnetischen Potentials (die sich bei c = co ergeben würden) dargestellt und kann unter Verwendung der bekannten Theorie komplexer Variabler berechnet werden. Die Gleichung für eine Linie eines konstanten Potentials F ist dann

030C43/0769

χ = b

1 -

tan

-1

dl - (3

2 tanP

4 tan P

= tanh

(3 = tanh

2b

(z + a)j b die Hälfte der Ausdehnung des Rohres 40 in der x-Richtung,

(z - a), a die Hälfte des Abstands

zwischen den Leiterbündeln auf einer Seite des Rohrs 40

Damit dieses Feld auch an nahe dem oberen und unteren Innenwandbereich des Rohres 39 nach Fig. 9 befindlichen Stellen erhalten bleibt, muß auf den Innenwandflächen dieser Rohrwände eine derartige Stromverteilung vorhanden sein, daß die Stromflußlinien identisch mit den Linien konstanten magnetischen Potentials in Fig. 10 sind und die Größe des jeweils zwischen solchen Linien fließenden Stromes proportional zur Differenz der Werte von F zweier solcher Linien ist. Eine ausreichend gute Annäherung erhält man jedoch dadurch, daß man die Leiter an der oberen und unteren, zur x-z-Ebene

03 C043/0769

- Hi -

parallelen Rohrinnenwandfläche in drei gleiche Bündel aufteilt und diese drei Bündel entlang der Linien der Potentiale 5~IT/6j T/2 undX/6 anordnet, d.h. jeweils in der Mitte zwischen den, den Potentialen T , 2T/3, T/3 und 0 zugeordneten Potentiallinien, welche den Gesamtstrom in drei gleiche Teilströme aufteilen. Die sich ergebenden Formen und Anordnungen der drei EÜndel sind in Fig. 11 näherungsweise dargestellt und mit 49, 50 und 51 bezeichnet.

Ebenso wie bei den Strömungsmeßgeräten nach den Fig. und 2 und nach Fig. 7 sind auch bei dem anhand der Fig. 4,5 und 6 beschriebenen Strömungsmeßgerät vorzugsweise Abschirmungen und Verstärker entsprechend denjenigen nach Fig. vorgesehen. Bei allen dargestellten Ausführungsformen wird das magnetische Feld durch einen durch Spulen fließenden 50-Hz-Wechselstrom erzeugt, und man erhält ein Haß für die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch Messung der elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden, die zur Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen proportional ist.

0 3 ΰ G /> 3/0769

ee

Claims

IATHNTANWAIT

DIPL-IHG.K. HOLIES 301°035

· STKASSB

8800 AUGSBUIlQ

TBLEFOlT TELEX 6S3SQ3 ptlel <

Patentansprüche

1. Verfahren zur elektromagnetischen Strömungsmessung von in einem Strömungskanal strömenden Medien mittlerer elektrischer Leitfähigkeit, wobei ein das strömende Medium durchsetzendes magnetisches Feld mit mindestens einer im wesentlichen normal zur Strömungsrichtung verlaufenden Komponente erzeugt und die in dem Medium induzierte elektrische Spannung zwischen zwei einander gegenüberliegenden und so orientierten Elektroden gemessen wird, daß ein virtueller Strom zwischen den Elektroden mindestens eine sowohl zur Strömungsrichtung als auch zur Richtung des magnetischen Feldes normale Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden mit im Vergleich zu Punktelektroden beträchtlicher Flächenausdehnung verwendet werden und daß das magnetische Feld derart gestaltet wird und/oder die beiden Elektroden derart angeordnet werden, daß der Einfluß des Strömungsgeschwindigkeitsprofils über dem Meßkanalquerschnitt auf die zwischen den beiden Elektroden gemessene elektrische Spannung möglichst gering ist.

2. Elektromagnetisches Strömungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von dem betreffenden Medium durchströmten Meßkanal, weiter mit einer

030043/0769

Einrichtung zur Erzeugung eines das strömende Medium im Meßkanal durchsetzenden magnetischen Feldes mit mindestens einer zur Strömungsrichtung im wesentlichen normalen Komponente, und mit zwei derart einander gegenüberliegend am Meßkanal angeordneten Elektroden, daß ein virtueller Strom zwischen diesen beiden Elektroden mindestens eine sowohl zur Strömungsrichtung als auch zur Richtung des magnetischen Feldes im wesentliehen normale Komponente aufweist, und mit einer Einrichtung zum Messen der zwischen den beiden Elektroden entstehenden elektrischen Spannung als Maß für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (14, 15; 28, 29; 32, 33; 35, 36) von dem im Meßkanal strömenden Medium isoliert sind und jeweils eine im Vergleich zu einer Punktelektrode beträchtliche Flächenausdehnung haben, und daß die Einrichtung (10, 11; 26, 27; 40; 45) zur Erzeugung des magnetischen Feldes und/oder die beiden Elektroden derart gestaltet und/oder angeordnet ist bzw. sind, daß der Einfluß des Strömungsgeschwindigkeitsprofils über dem Meßkanalquerschnitt auf die zwischen den beiden Elektroden gemessene elektrische Spannung möglichst gering ist.

3. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2 zur Messung geradliniger Strömungen in einem im Querschnitt kreisrunden Meßkanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur

030043/0769

— "²I —

Erzeugung des magnetischen Feldes zwei rechteckige Wicklungen (10, 11) aufweist, die beiderseits des Meßkanals angeordnet sind und deren VJicklungsachsen normal zur Strömungsrichtung verlaufen, und daß die beiden Elektroden (14, 15) jeweils im wesentlichen die Form eines Hohlzylindersegments haben, das jedoch derart verformt ist, daß der Radialabstand jeder Elektrode von der Iteßkanalachse von der Elektrodenmitte aus in Umfangsrichtung des Meßkanals in solchem Maße zunehmend größer wird, daß das strömende Medium in jedem Teil des Meßkanalquerschnitts im wesentlichen gleichförmig zu der zwischen den beiden Elektroden gemessenen elektrischen Spannung beiträgt.

4. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26, 27) zur Erzeugung des magnetischen Feldes ein einen Meßkanalabschnitt durchsetzendes gleichförmiges magnetisches Feld erzeugt und daß die beiden Elektroden (28, 29) derart gestaltet und angeordnet sind, daß ein virtueller Strom zwischen den beiden Elektroden nur zweidimensional fließt und keine Komponente in der zur Richtung des gleichförmigen magnetischen Feldes parallelen Dimension aufweist.

5. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen

0300 43/0769

Feldes ein an seinen Enden offenes, im Querschnitt rechteckiges Rohr (25) aus magnetischem Material, das den Meßkanal umgibt und dessen Längsachse im wesentlichen mit der Meßkanalachse zusammenfällt, und zwei elektrische Wicklungen (26, 27) aufweist, die auf zwei einander gegenüberliegende Rohrwände aufgewickelt sind und in den Rohrwänden magnetische Flüsse mit entgegengesetzten Richtungssinnen erzeugen.

6. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal eine rechteckige Querschnittsform hat und daß die beiden Elektroden (28, 29) jeweils als zwischen einer der beiden Wicklungen (26, 27) und dem Meßkanal angeordneter Leiterstreifen ausgebildet sind, dessen Streifenlängsachse noriral zur Strömungsrichtung verläuft.

7. StrcmungsmeßFcerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der ließkanal eine kreisrunde Querschnittsform hat und daß in den entlang der Meßkanalachse aufeinanderfolgenden "juerschnittsebenen der Abstand zwischen der Meßkanalinnenwandung und den Elektroden (32, 33) umgekehrt proportional zur No.rmalkomponente des zweidimensionalen virtuellen Stromes im Meßkanal in der betreffenden Querschnittsebene ist.

Ü30043/0769

3. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (35, 36) derart gestaltet und angeordnet sind, daß sich ein gleichförmiger virtueller Strom ergibt, und daß die Einrichtung (40) zur Erzeugung des magnetischen Feldes so ausgebildet ist, daß das erzeugte, den Meßkanal durchsetzende magnetische Feld zweidimensional ist und keine zur Richtung des gleichförmigen virtuellen Stromes parallele Komponente hat.

9. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal eine kreisrunde Querschnittsform hat und daß die beiden Elektroden (35, 36) jeweils so gestaltet sind, daß sie jeweils einer Fläche konstanten Potentials in einer gedachten Anordnung entsprechen, in welcher die Kanalinnenwandung durch einen elektrisch leitenden Zylinder ersetzt ist, der sich in einem anfänglich gleichförmigen, zur Zylinderachse normal orientierten elektrischen Feld befindet.

10. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes ein an seinen Enden offenes, im Querschnitt rechteckiges Rohr (39) aus magnetischem Material, dessen Längsachse im wesentlichen mit der Meßkanalachse zusammenfällt, und zwei Gruppen von elektrischen Leitern (40) aufweist,

030G43/0769

die an zwei einander gegenüberliegenden Rohrinnenwandungen angeordnet sind und jeweils zwei entlang der Rohrachse mit gegenseitigem Abstand angeordnete Leiterbündel umfassen, daß vielter die Leiter dieser Leiterbündel jeweils parallel zu dem gleichförmigen virtuellen Strom orientiert sind und die Leiter des einen Leiterbündels durch Verbindungsleiter mit den Leitern des anderen Leiterbündels der betreffenden Leitergruppe zur Bildung einer einzigen Wicklung miteinander verbunden sind, und daß die Verbindungsleiter derart auf den beiden anderen, einander gegenüberliegenden Rohrinnenwandungen verteilt sind, daß das zwischen den beiden Leitergruppen erzeugte zweidimensionale magnetische Feld auch im Bereich dieser anderen beiden Rohrinnenwandungen erhalten bleibt.

11. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 2

bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrode (14, 15) eine auf ihrer vom Meßkanal abgewandten Seite angeordnete Abschirmung (22, 23) zugeordnet ist, und daß zwischen jede Elektrode und die zugehörige Abschirmung ein Verstärker (20, 21) mit dem Verstärkungsfaktor Eins geschaltet ist.

12. Strömungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrode (14, 15) eine auf ihrer vom Meßkanal abgewandten Seite angeordnete Ab-

0300 4 3/0769

schirmung (22, 23) zugeordnet ist, daß weiter die beiden
Elektroden an die beiden Eingänge (55, 59) eines Differenzverstärkers (58) angeschlossen sind, und daß eine Schaltungsanordnung (63, 64, 65, 66) jeweils eine der halben Spannung zwischen den beiden Differenzverstärkereingängen entsprechende Spannung an die der einen Elektrode zugeordnete Abschirmung und eine ebenfalls der halben Spannung zwischen den beiden
Differenzverstärkereingängen entsprechende, jedoch dazu entgegengesetzte Polarität aufweisende Spannung an die der
anderen Elektrode zugeordnete Abschirmung anlegt.

ο ■_ - ■:■ ; j 7 O