DE69027859T2

DE69027859T2 - Umsetzschaltung für die übertragung elektromagnetischen flusses

Info

Publication number: DE69027859T2
Application number: DE69027859T
Authority: DE
Inventors: David L. Eden Prairie Mn 55346 Wehrs
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2010-09-14
Also published as: WO1991004463A1; US5079957A; CA2066571A1; EP0711979B1; EP0491852A4; DE69027859D1; DE69033966T2; DE69033966D1; EP0711979A3; EP0711979A2; JPH05500566A; CA2066571C; EP0491852B1; EP0491852A1; JP2802545B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Strömungsmesser und insbesondere auf Schaltkreise zur Umwandlung eines erfaßten Strömungspotentials in ein Ausgangssignal.
Bei elektromagnetischen Strömungsmessern mit impulsförmigem Gleichstrom führt ein Meßwertgeber Spulen auf einem Meßrohr einen Rechteckstrom mit einer niedrigen Frequenz (typischerweise 3 - 40 Hz) zu, um in leitendem Fluid, das durch das Meßrohr fließt, ein Rechteck-Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld an Elektroden auf dem Meßrohr erzeugt ein Rechteckpotential mit einer Amplitude, die nach dem Faradayschen Gesetz zur Strömung proportional ist. Das Potential wird durch ein Kabel zum Meßwertgeber zurückgeleitet Die Frequenz der Rechteckerregung wird ausreichend hoch ausgewählt, um eine Interferenz aus einem Niederfrequenzrauschen, das in dem fließenden Fluid vorhanden ist, zu vermeiden, aber ausreichend niedrig, so daß eine kapazitive Belastung des Kabels und induktive Auswirkungen der Spulen die Amplitude des Rechteckpotentials nicht wesentlich verzerren. Der Strömungs-Meßwertgeber wandelt die Amplitude des Rechteckpotentials in ein Ausgangssignal um, das die Strömung wiedergibt.
In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl von Umwandlungs- Schaltkreisen verwendet. Das Rechteckpotential wird typischerweise demoduliert, was ein Gleichstrompotential erzeugt, das wiederum einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) zugeführt wird, der eine VCO-Frequenz erzeugt, die die Strömung angibt. Da dem VCO ein demoduliertes Gleichstrompotential für eine Umwandlung in eine Frequenz zugeführt wird, hängt die Umwandlungsgenauigkeit von der Nullpunkt-Stabilität des VCO ab. Die Aufrechterhaltung der Genauigkeit des VCO auf einem gewünschten Niveau (zum Beispiel 0,1 % des Auslesewerts über einen Strömungsbereich von 50:1) über einen langen Zeitraum mit Temperaturänderungen war bisher ein Problem. Es wird somit eine Anordnung benötigt, die zur Umwandlung keinen VCO mit hoher Genauigkeit braucht.
Es wurden auch verschiedene Schaltkreise zur Umwandlung der VCO-Frequenz in ein elektrisch isoliertes, einstellbar normiertes, analoges Ausgangssignal mit 4-20 mA verwendet. Das VCO-Frequenz-Ausgangssignal wird typischerweise zu einer Dividiervorrichtung geleitet, die einstellbar ist, um eine Normierung zu erzeugen. Das Ausgangssignal der Dividiervorrichtung wird durch einen optischen Koppler einem Frequenz/Strom-Wandler-Schaltkreis zugeführt, der die normierte Frequenz in einen Ausgangsstrom mit 4-20 mA umwandelt. Es besteht der Wunsch, während der Schaffung einer gleichmäßigen, genauen Umwandlung von der normierten Frequenz in einen Ausgangsstrom mit 4-20 mA auch eine Normierungseinstellung mit einem breiten Einstellungsbereich zu schaffen.
Die JP-A-58-113816 (Shimazu) offenbart einen Schaltkreis zur Erregung eines elektromagnetischen Strömungsmessers. Es wird ein Signal erzeugt, das zurströmungsgeschwindigkeit proportional ist, und ein zweites Signal wird erzeugt, das zum Erregerstrom, der im Meßrohr ein Magnetfeld erzeugt, proportional ist. Die beiden Signale unterliegen einer Spannungs/Frequenz-Umwandlung, und die sich ergebenden Schwingungen werden zu einem Paar Zähler durchgeschaltet. Die Schwingungen werden während der Abtastzeitabschnitte zu den Zählern durchgeschaltet, und die Frequenzen der beiden Signale werden durch einen Microprozessor voneinander subtrahiert.
Bei dem Schaltkreis des US-Patents Nr. 4,766,770 (Mannhertz et al.) wird ein Erregerstrom durch zwei Spulen geschickt, und ein Signal, das die Strömung im Rohr wiedergibt, wird über zwei Elektroden gebildet. Das Signal wird verstärkt und durch ein Paar Schalter und Halte-Verstärker einem Summierknoten zugeführt. Es wird auch ein zweites Signal erzeugt, das den Erregerstrom, der durch einen Bezugswiderstand fließt, angibt. Die über den Bezugswiderstand gebildete Bezugsspannung ist proportional zum Magnetfluß, der im Meßrohr geschaffen wird, und die Bezugsspannung ändert sich mit Änderungen beim Antriebsstrom, Temperaturauswirkungen, etc. Die Bezugsspannung wird durch ein Paar Schalter und Halte-Verstärker und durch einen Ausgangssignal-Verstärker an einem Rückkopplungs-Vervielfacher angelegt. Das Ausgangssignal des Rückkopplungs-Vervielfachers wird auch dem Summierknoten zugeführt. Die Differenz zwischen dem Signal aus dem Rückkopplungs-Vervielfacher und aus dem Paar Schalter wird durch einen Spannungs/Frequenz- Verstärker verstärkt. Die Ausgangsfrequenz wird an einen Impulsfrequenzteiler und an einen Frequenzistrom-Wandler angelegt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei der vorliegenden Erfindung berechnet ein magnetischer Strömungs-Meßwertgeber eine Differenz zwischen zwei Frequenzen, die zwei Strömungs-Ausgangssignalpegel wiedergeben, um Offsetfehler zu vermeiden, die analogen Subtraktionsverfahren anhaften.
Der magnetische Strömungsmesser erzeugt ein Wechselpotential, das eine Strömung wiedergibt. Eine Steuervorrichtung steuert einen Strom, der den Strömungsmesser abwechselnd mit unterschiedlichen ersten und zweiten Stromamplituden erregt. Die Steuervorrichtung erzeugt ein Korrektur-Ausgangssignal, das die ersten und zweiten Amplituden wiedergibt.
Eine Oszillationsvorrichtung, die mit dem Korrektur-Ausgangssignal und dem Wechselpotentialgekoppelt ist, oszilliert mit einer Frequenz, die das um eine Änderung der ersten und zweiten Amplituden berichtigte Wechselpotential wiedergibt. Eine Meßvorrichtung mißt eine erste Frequenz der Schwingungen, nachdem der Strom auf die erste Amplitude gesteuert ist, und mißt eine zweite Frequenz der Schwingungen, nachdem der Strom auf die zweite Amplitude gesteuert ist. Eine Ausgangssignalvorrichtung berechnet ein Ausgangssignal, das eine Strömung als eine Funktion einer Subtraktion der ersten und zweiten gemessenen Frequenzen wiedergibt, so daß die Auswirkung eines Offsets im Wechselpotential durch die Subtraktion verringert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1A und 1B zusammen ein gemischtes schematisches Block- und Schaltkreisdiagramm eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers; und
Fig. 2 ein Zeitsteuerungsdiagramm elektrischer Signale aus dem in Fig. 1A und 1B gezeigten Schaltkreis.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

In Fig. 1A erzeugt ein Spulentreiber 15 einen Strom I&sub1;&sub2;, der durch einen Elektromagneten 12 fließt. Ein Bezugspotential 15', das zum Spulentreiber 15 geleitet wird, steuert die Amplituden des Stroms I&sub1;&sub2;. Der Strom I&sub1;&sub2; ist im wesentlichen eine Rechteckwelle, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, mit einer niedrigen Wiederholungsfrequenz; die durch einen Folgesteuerungsschaltkreis 17 gesteuert wird. Der Folgesteuerungsschaltkreis 17 wird durch den Benutzer auf eine ausgewählte niedrige Frequenz voreingestellt. Der Elektromagnet 12 erzeugt ein Magnetfeld B quer zu einer Strömung von Fluid 11 in einem Meßrohr 10. Elektroden 13, 14 erfassen ein Strömungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub1;, ein Potential, das nach dem Faradayschen Gesetz im Fluid 11 erzeugt wird. Das Strömungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub1; weist eine Amplitude auf, die zum Rechteckstrom I&sub1;&sub2; multipliziert mit der Geschwindigkeit des Fluids 11 durch das Meßrohr 10 proportional ist, aber unerwünschtem Rauschen und Offsetpotentialen ausgesetzt ist.
Ein Verstärkerschaltkreis 18 empfangt das Strömungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub1; und verstärkt es auf eine temperaturstabile Weise, filtert einiges Rauschen aus ihm heraus und wandelt es in ein verstärktes Ausgangssignal V&sub1;&sub8; um, das auf einen gemeinsamen Gleichstrom-Leiter 15'' bezogen ist. Das Filtern im Verstärkerschaltkreis 18 kann verschiedene Formen bekannter analoger Filterung oder digitaler Filterung, die durch den Folgesteuerungsschaltkreis 17 gesteuert wird, aufweisen. Das verstärkte Ausgangssignal V&sub1;&sub8; gibt eine Strömung wieder, aber ist Rauschen und Offsets ausgesetzt, die durch den Verstärkerschaltkreis 18 nicht vollständig beseitigt werden.
Das verstärkte Ausgangssignal V&sub1;&sub8; wird zu einem Abtast-Halte- Schaltkreis 19 geleitet, der Halte-Kondensatoren 22, 23 und Festkörperschalter 20A, 20B, 21A, 21B aufweist, die durch den Folgesteuerungsschaltkreis 17 gesteuert werden. Der Folgesteuerungsschaltkreis 17 schließt die Schalter 20A, 20B, 21A, 21B durch Anlegen positiver Pegel von Steuer-Ausgangssignalen V20A, V20B, V21A bzw. V21B in Synchronisierung mit dem Rechteckstrom I&sub1;&sub2;, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Schalter 20A wird während eines Zeitabschnitts nahe dem Ende einer positiven Halbperiode des Stroms I&sub1;&sub2; geschlossen, wodurch das verstärkte Ausgangssignal V&sub1;&sub8; während einer positiven Halbperiode des Stroms I&sub1;&sub2; zum Kondensator 22 geleitet wird. Der Schalter 21A wird während eines Zeitabschnitts nahe dem Ende einer negativen Halbperiode des Stroms I&sub1;&sub2; geschlossen, wodurch das verstärkte Ausgangssignal V&sub1;&sub8; während einer negativen Halbperiode des Stroms I&sub1;&sub2; zum Kondensator 23 geleitet wird. Die Schalter 20A, 21A werden während ihrer jeweiligen Halbperioden lange genug geschlossen, um ein Laden der Halte- Kondensatoren 22, 23 zu ermöglichen, um im wesentlichen das Potential des verstärkten Ausgangssignals V&sub1;&sub8; zu speichern.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Schalter 20B geschlossen, um das auf dem Kondensator 22 gespeicherte Potential während einer Hälfte einer Periodenzeit des Rechteckstroms I&sub1;&sub2; zum Abtast-Halte-Ausgang 19 zu leiten; während der anderen Hälfte jeder Periodenzeit wird der Schalter 21B geschlossen, um ein auf dem Kondensator 23 gespeichertes Potential zum Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; zu leiten. Der Schalter 20A wird offen gehalten, wenn der Schalter 20B geschlossen ist; und der Schalter 21A wird offen gehalten, wenn der Schalter 21B geschlossen ist, so daß Rauschspitzen nicht vom verstärkten Ausgangssignal V&sub1;&sub8; durch den Abtast-Halte-Schaltkreis 19 zum Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; geleitet werden. Das Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; wechselt somit zwischen zwei Potentialen, und die Differenz zwischen diesen beiden Potentialen gibt das Strömungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub1; wieder. Der Abtast-Halte- Schaltkreis 19 moduliert das Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; mit einer Niederfrequenz-Rechteckwelle, die dieselbe Frequenz wie Rechteckwellen-Modulation des Spulenstroms I&sub1;&sub2; aufweist. Das Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; wird somit eher moduliert als demoduliert.
Der Spulenantrieb 15 führt eine Vollwellen-Gleichrichtung des Stroms I&sub1;&sub2; durch, um durch einen Stromerfassungs-Widerstand 16 einen gleichgerichteten Strom I&sub1;&sub2;' zu erzeugen. Der Strom, der durch den Widerstand 16 fließt, ist somit bei der Erregungsfrequenz im wesentlichen frei von Niederfrequenz-Modulation. Der Stromerfassungs-Widerstand 16 erzeugt somit ein Ausgangssignal V&sub1;&sub6; mit einer einzigen Polarität, das die Amplitude des Spulenstroms I&sub1;&sub2; wiedergibt. Das Ausgangssignal V&sub1;&sub6; wird zu einem Tiefpaßfilter geleitet, der einen Schalter 27, einen Widerstand 28 und einen Halte-Kondensator 29 aufweist und der Amplitudenschwankungen innerhalb eines Spulenantriebs-Zyklus' herausfiltert. Der Folgesteuerungsschaltkreis 17 erzeugt ein Steuer-Ausgangssignal, das die Betätigung des Schalters 27 steuert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Schalter 27 tastet das gleichgerichtete (d.h. demodulierte) Ausgangssignal aus dem Stromerfassungs-Widerstand 16 abund speichert das abgetastete Potential durch den Widerstand 28 auf dem Halte-Kondensator 29. Das auf dem Kondensator 29 gespeicherte Potential gibt somit eine durchschnittliche Amplitude des Stroms I&sub1;&sub2; wieder, ist aber relativ frei von Anderungen, wie z.B. Asymmetrie, die innerhalb einer Erregungsperiode auftreten. Ein Verstärker 30 verstärkt das auf dem Halte-Kondensator 29 gespeicherte Potential und leitet ein Ausgangssignal V&sub3;&sub0;, das eine Stromamplitude wiedergibt, durch einen Schalter 31 und den Widerstand 26 (Fig. 1B), um einem Berichtigungs-Ausgangsignal I&sub2;&sub6; Strom zuzuführen. Das Ausgangssignal V&sub3;&sub0; wird auch einem Inverter mit Verstärkung Eins zugeleitet, der einen Operationsverstärker 32 und Widerstände 33, 34 aufweist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32, das auch die Stromamplitude wiedergibt, aber eine zur Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 30 entgegengesetzte Polarität aufweist, wird durch einen Schalter 35 und den Widerstand 26 (Fig. 1B) geleitet, um dem Berichtigungs-Ausgangsignal I&sub2;&sub6; Strom zuzuführen.
In Fig. 1B ist das Berichtigungs-Ausgangsignal I&sub2;&sub6; mit einem negativen oder invertierenden Eingang einer Integriervorrichtung gekoppelt, die einen Verstärker 24 und einen Kondensator 25 aufweist. Das Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; wird zu einem positiven Eingang der Integriervorrichtung, die den Verstärker 24 und den Kondensator 25 aufweist, geleitet. Die Integriervorrichtung erzeugt ein Integrations-Ausgangssignal V&sub2;&sub4;, das eine integrierte Differenz zwischen dem Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; und dem Berichtigungs-Ausgangssignal I&sub2;&sub6; ist. Das Integrations-Ausgangssignal V&sub2;&sub4; wird zum Spannungserfassungs- Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 36 geleitet. Der VCO 36 erzeugt ein Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6;, das eine Frequenz F aufweist, die ansteigt, wenn das Potential am Spannungserfassungs-Eingang ansteigt, aber einer Versetzung aufgrund von Alterung oder Temperaturänderungen ausgesetzt sein kann.
Das Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; ist in Fig. 2 dargestellt, jedoch ist die Frequenz nicht mit demselben Maßstab wie andere Abschnitte des Steuerungsdiagramm gezeigt. Die natürliche Ausgangsfrequenz des VCO ist viel höher als die Spulenantriebsfrequenz, typischerweise 100, bis 10.000 mal höher, in Fig. 2 sind jedoch nur der Deutlichkeit halber niedrigere Ausgangsfrequenzen gezeigt. Die Frequenz des Oszillator-Ausgangssignais V&sub2;&sub6; wird durch das Rechteckpotential V&sub2;&sub4; , das am VCO- Eingang erfaßt wird, frequenzmoduliert (FM), wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals weicht, entsprechend den beiden Pegeln des Rechteck-Strömungs- Ausgangssignals, zu oberen und unteren Abweichungsfrequenzen ab. Die Differenz zwischen den oberen und unteren Abweichungsfrequenzen gibt die Strömung wieder.
Ein Taktgeber 40, der zu einem Microprozessorsystem gehört, erzeugt ein Takt-Ausgangssignal V&sub4;&sub0;, das einen festen Frequenzbezug schafft und vorzugsweise quarzgesteuert ist.
Das Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; und das Takt-Ausgangssignal V&sub4;&sub0; werden zum Frequenz/Tastverhältnis-Umwandler-Schaltkreis 37 geleitet. Der Wandler-Schaltkreis 37 erzeugt Tastverhältnis-Steuer-Ausgangssignale V&sub3;&sub7;&submin;&sub1; und V&sub3;&sub7;&submin;&sub2;, die logische Komplemente zueinander sind. Das Tastverhältnis-Steuer-Ausgangssignal V&sub3;&sub7;&submin;&sub1; weist ein Tastverhältnis auf, das zu der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; in direktem Verhältnis steht. Das Tastverhältnis-Steuer-Ausgangssignal V&sub3;&sub7;&submin;&sub2; weist ein Tastverhältnis auf, das zu der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; in umgekehrten Verhältnis steht. Ein derartiger Frequenz/Tastverhältnis-Umwandler-Schaltkreis ist zum Beispiel aus dem US-Patent 4,309,909 von Grebe, Jr. et al. bekannt,, auf das hier vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Das Steuer-Ausgangssignal V&sub3;&sub7;&submin;&sub1; steuert die Betätigung des Schalters 31 so, daß die Schließzeit oder das Tastverhältnis zu der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; in direktem Verhältnis steht. Das Steuer-Ausgangssignal V&sub3;&sub7;&submin;&sub2; steuert die Betätigung des Schalters 35 so, daß die Schließzeit oder das Tastverhältnis zu der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; in umgekehrten Verhältnis steht.
Der Betrieb des Umwandlers 37, der Schalter 31, 35 und des Verstärkers 30, 32 vervollständigen eine Rückkopplungsschleife vom Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; zurück zum Spannungserfassungs-Eingang der VCO 36, der die Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; im Hinblick auf das integrierte Ausgangssignal V&sub2;&sub4; und somit auch im Hinblick auf das Strömungs-Ausgangssignal V&sub3;&sub1; linearisiert.
Das Abtast-Halte-Ausgangssignal V&sub1;&sub9; und das Berichtigungs-Ausgangssignal I&sub2;&sub6; weisen beide Amplituden auf, die zum Strom I&sub1;&sub2; direkt proportional sind. Der Integrations-Verstärker 24 subtrahiert diese beiden Ausgangssignale effektiv, so daß das Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; im wesentlichen von einer Änderung der Amplitude des Stroms I&sub1;&sub2; unabhängig ist.
Das Ausgangs-Potential V&sub3;&sub6; des VCO, das Takt-Ausgangssignal V&sub4;&sub0; und ein Synchronisierungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub7; vom Folgesteuerungsschaltkreis 17 werden alle zum Zähler 38 geleitet. Der Zähler 38 zählt oder akkumuliert die Anzahl an Schwingungen des Oszillator-Ausgangssignals V&sub3;&sub6; während eines vorher festgelegten Zeitabschnitts, der durch das Takt-Ausgangssignal gesteuert wird. Das Synchronisierungs-Ausgangssignal V&sub1;&sub7; synchronisiert das Zählen im Zähler 38 mit dem Spulenantriebs- und Abtast-Halte-Betrieb, so daß ein Zählwert akkumuliert wird, während sich das Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; auf einem konstanten höheren Frequenzpegel (entsprechend einem positiven Wert des Stroms I&sub1;&sub2;) befindet, und ein zweiter Zählwert akkumuliert wird, während sich das Oszillator-Ausgangssignal V&sub3;&sub6; auf einem konstanten niedrigeren Frequenzpegel (entsprechend einem negativen Wert des Stroms I&sub1;&sub2;) befindet. Der Zähler 38 liefert dem Microprozessorsystem 39 die ersten und zweiten Zählwerte als zwei digitale Worte.
Das Microprozessorsystem 39 subtrahiert den ersten Zählwert von dem zweiten Zählwert, um eine Differenz zwischen den beiden Zählwerten zu berechnen. Da beide Zählwerte im wesentlichen auf dieselbe Weise von Gleichstrom-Offsets oder Nullverschiebungen im erfaßten, verstärkten und abgetasteten Strömungssignal beeinflußt werden, hebt die digitale Subtraktion die Offsets auf. Da der Microprozessor 39 die Subtraktion digital ausführt, werden keine Offsets in Verbindung mit analoger Subtraktion eingebracht. Das Microprozessorsystem 39 demoduliert das Strömungssignal tatsächlich digital, d.h., es entfernt den Rechteck-Antriebsbestandteil aus dem Strömungssignal, ohne einen zusätzlichen Offset einzubringen. Die Meßgenauigkeit hängt nicht von einer Nullpunktstabilität im spannungsgesteuerten Oszillator 36 oder in der Integriervorrichtung 24 ab.
Das Microprozessorsystem 39 speichert (im Speicher) auch Korrekturkonstanten, um Nicht-Linearitäten weiter zu verringern. Der Microprozessor erzeugt ein Ausgangssignal D&sub3;&sub9;, das ein digitales Wort aufweist, das einen Divisionsfaktor festlegt, der zur gemessenen Strömung, wie er aus den beiden durch den Zähler 38 gelieferten Zählwerten berechnet wird, proportional ist. Der Divisionsfaktor ist vorzugsweise eine Hexadezimalzahl mit einer Ganz- und einer Bruchzahl. Das Ausgangssignal D&sub3;&sub9; wird zu einer ersten Dividiervorrichtung 41 geleitet, die ein Ausgangssignal V&sub4;&sub1; erzeugt, das eine Frequenz aufweist, die zur Frequenz des Takt-Ausgangssignals V&sub4;&sub0;, geteilt durch den Divisionsfaktor D&sub3;&sub9;, proportional oder gleich ist. Eine digitale Frequenzteilung durch einen Teiler mit einer Ganz- und einer Bruchzahl ist bekannt, wie es zum Beispiel im US- Patent 4,306,461 von Grebe, Jr., gezeigt ist, auf das hier vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Ausgangsfrequenz des ersten Dividier-Ausgangssignals V&sub4;&sub1; ist zur Strömung des Fluids 11 umgekehrt proportional.
Das Ausgangssignal V&sub4;&sub1; der ersten Dividiervorrichtung 41 wird zu einem optischen Koppler 42 geleitet, der den Schaltkreis, der von einem Bezugspotential 60, das zu einem isolierten Ausgangssignal-Schaltkreis gehört, auf das andere Bezugspotential 15'', das zur Erdung des Meßrohrs 10 gehört, bezogen ist, galvanisch isoliert. Das isolierte Ausgangssignal V&sub4;&sub2; des Kopplers 42 liefert die skalierte Frequenz von der ersten Dividiervorrichtung zur zweiten Dividiervorrichtung 43. Die zweite Dividiervorrichtung 43 ist ein durch zwei teilender Schaltkreis, der Ausgangssignale V&sub4;&sub4; und V&sub4;&sub5; erzeugt, die komplementäre Flip-Flop-Ausgangssignale sind, von denen jeder ein Tastverhältnis von 50 % aufweist.
Die Ausgangssignale V&sub4;&sub4; und V&sub4;&sub5; betätigen Schalter 44 und 45. Wenn der Schalter 45 geschlossen ist, lädt ein Verstärker 47 einen Kondensator 46 auf den Bezugspegel V&sub6;&sub1;, der zum Verstärker 47 geleitet wird. Wenn der Schalter 45 geöffnet und der Schalter 44 geschlossen wird, wird der Kondensator 46 durch einen strombegrenzenden Widerstand, der mit dem Schalter 44 in Reihe geschaltet ist, vollständig entladen. Die Frequenz oder Geschwindigkeit des Be- und Entladens wird durch die Frequenz am Ausgang der zweiten Dividiervorrichtung, die zur Strömung umgekehrt proportional ist, gesteuert. Der durch den Verstärker 47 gelieferte Strom und das Ausgangspotential V&sub4;&sub7; sind zur Strömung umgekehrt proportional.
Das Ausgangssignal V&sub4;&sub7; des Verstärkers 47 führt einer Summierverbindung an einem invertierenden Eingang eines Verstärkers 50 einen Strom zu, der zur Strömung durch einen Widerstand 51 umgekehrt proportional ist. Eine Bezugsvorrichtung 61 führt einem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 50 ein Bezugspotential V&sub6;&sub1; zu.
Das Ausgangspotential V&sub5;&sub0; des, Verstärkers 50 wird durch einen Widerstand 53 zu einer Basis eines Transistors 52 geleitet. Der Transistor 52 steuert Strom in einer 2-Draht-Schleife mit 4-20 mA die an Anschlüssen 54, 55 erregt werden. Ein Widerstand 58 bildet ein Potential, das zum Strom in der Schleife mit 4-20 mA proportional ist, und das Potential wird durch einen Widerstand 59 zurück zur Summierverbindung geleitet, um eine Regelkreissteuerung des Stroms in der Schleife zu schaffen.
Eine Stromversorgung für Gleichstrom ist an den Anschlüssen 54, 55 mit der Schleife gekoppelt. Eine Lastvorrichtung in der Schleife, die durch einen Widerstand 56 wiedergegeben ist, nimmt den Schleifenstrom zur Überwachung oder Steuerung auf.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennen Fachleute, daß Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Meßwertgeber zur Verwendung in einem magnetischen Strömungsmesser, der ein Wechselpotential erzeugt, das eine Strömung an einem Strömungsmesser-Ausgang wiedergibt, und folgendes aufweist:

eine Steuervorrichtung (15, 17, 31, 25) zur Steuerung eines Stroms (I&sub1;&sub2;), der den Strömungsmesser abwechselnd mit unterschiedlichen ersten und zweiten Stromwerten erregt, und zur Erzeugung eines Korrektur-Ausgangssignals (I&sub2;&sub6;), das die ersten und zweiten Stromwerte wiedergibt, welcher Meßwertgeber gekennzeichnet ist durch

eine Oszillationsvorrichtung (36), die mit dem Korrektur-Ausgangssignal und mit dem Wechselpotential gekoppelt ist, um mit einer Frequenz zu oszillieren, die das um die Änderung der ersten und zweiten Stromwerte berichtigte Wechselpotential wiedergibt;

eine Meßvorrichtung (38) zum Messen einer ersten Frequenz der Schwingungen, nachdem der Strom auf den ersten Stromwert gesteuert ist, und zum Messen einer zweiten Frequenz der Schwingungen, nachdem der Strom auf den zweiten Stromwert gesteuert ist; und

eine Berechnungsvorrichtung (39). zum Berechnen eines Ausgangssignals (D&sub3;&sub9;), das eine Strömung als eine Funktion einer Subtraktion der ersten und zweiten gemessenen Frequenzen derart wiedergibt, daß die Auswirkung eines Offsets beim Wechselpotential durch die Subtraktion verringert ist.

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung (V&sub3;&sub6;) zur Steuervorrichtung zurückgeführt wird, so daß die Frequenz (V&sub3;&sub6;) das Wechselpotential besser wiedergibt.

3. Meßwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung folgendes aufweist:

eine Pegel-Abtastvorrichtung (18, 19) mit einem Pegel-Abtasteingang, der mit dem Strömungsmesser-Ausgang (V&sub1;&sub1;) gekoppelt werden kann, um ein Pegel-Abtast-Ausgangssignal (V&sub1;&sub9;) zu erzeugen, das nacheinander eine geordnete Folge von ausgewählten Abtastungen erzeugt, die mindestens Abschnitte des Wechselpotentials (V&sub1;&sub1;) wiedergeben.

4. Meßwertgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel-Abtastvorrichtung (18, 19) weiterhin ein erstes Paar gesteuerter Schaltvorrichtungen (20A, 20B) aufweist, das zwischen dem Pegel-Abtasteingang und dem Pegel-Abtastausgang in Reihe geschaltet ist, und weiterhin eine Kapazität (22) aufweist, die mit einer Verbindung gekoppelt ist, die das erste Paar Schaltvorrichtungen (20A, 20B) miteinander verbindet.

5. Meßwertgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel-Abtastvorrichtung (18, 19) weiterhin ein zweites Paar gesteuerter Schaltvorrichtungen (21A, 21B) aufweist, das zwischen dem Pegel-Abtastvorrichtungs-Eingang und dem Pegel- Abtastausgang miteinander in Reihe geschaltet ist, und weiterhin eine zweite Kapazität (23) aufweist, die an einer Verbindung zwischen jeder des zweiten Paars gesteuerter Schaltvorrichtungen (21A, 21B) verbunden ist.

6. Meßwertgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weiterhin eine Quelle (17) elektrischer Signale aufweist, die mit den elektrischen Stromwechseln, die das erste Paar gesteuerter Schaltvorrichtungen (20A, 20B) steuern, synchronisiert sind, so daß eine erste des Paars gesteuerter Schaltvorrichtungen so gesteuert wird, daß sie "aus" ist, wenn eine zweite der gesteuerten Schaltvorrichtungen so gesteuert wird, daß sie "an" ist, so daß das Leiten von Rauschen durch das Paar gesteuerter Schaltvorrichtungen (20A, 20B) verringert ist.

7. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsvorrichtung (36) weiterhin einen spannungsgesteuerten Oszillator mit einem Spannungs-Eingang (V&sub2;&sub4;), der die Frequenz eines Oszillations-Ausgangssignals (V&sub3;&sub6;) steuert, mit einer Rückkopplungsvorrichtung, die mit dem Oszillations-Ausgangssignal gekoppelt ist und ein Rückkopplungs-Ausgangssignal (V&sub3;&sub7;) mit einem Analogwert erzeugt, der die Frequenz wiedergibt; und eine Kombinationsvorrichtung (24) zum Kombinieren des Pegel-Abtast-Ausgangssignals und des Rückkopplungs-Ausgangssignals aufweist, um den Spannungs-Eingang (V&sub2;&sub4;) bereitzustellen.

8. Meßwertgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsvorrichtung (36) von Stromwerten der elektrischen Stromwechsel den Durchschnitt bildet, so daß Änderungen der Stromwerte in sequentiellen Wechselpaaren eine verringerte Auswirkung auf das Oszillations-Ausgangssignal (V&sub3;&sub6;) haben.

9. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (38) weiterhin eine gesteuerte Zählvorrichtung (38) aufweist, die zum Zählen von Schwingungen bei den ersten und zweiten Frequenzen und zur Zuführung einer geordneten Folge von Zähler-Ausgangsworten zur Berechnungsvorrichtung (39) gesteuert wird.

10. Meßwertgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsvorrichtung (24) eine Differential-Integriervorrichtung aufweist.

11. Meßwertgeber nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung (39) basierend auf der Zählung von Schwingungen bei den ersten und zweiten Frequenzen einen Divisionsfaktor (D&sub3;&sub9;) bestimmt, der zur Strömung proportional ist.

12. Meßwertgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weiterhin eine Dividiervorrichtung (41, 43) zum Teilen einer bekannten Taktfrequenz (V&sub4;&sub0;) durch den Divisionsfaktor (D&sub3;&sub9;) aufweist, um ein Ausgangssignal (V&sub4;&sub1;) zu erzeugen, das zur Strömung umgekehrt proportional ist.

13. Meßwertgeber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weiterhin ein gesteuertes Paar Schalter (44, 45), die mit der Dividiervorrichtung (43) und mit einem Kondensator (46) gekoppelt sind, um den Kondensator (46) mit einer zur Strömung umgekehrt proportionalen Frequenz zu be- und entladen; und eine Vorrichtung (47) zur Erzeugung eines Signals aufweist, das die Frequenz, bei der der Kondensator (46) beund entladen wird, wiedergibt.

14. Meßwertgeber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weiterhin eine Inversionsvorrichtung (50) aufweist, die mit der Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das die Frequenz wiedergibt, gekoppelt ist, um das Signal (V&sub4;&sub7;), das zur Strömung umgekehrt proportional ist, umzukehren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zur Strömung proportional ist.

15. Meßwertgeber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weiterhin eine Transistorvorrichtung (52) aufweist, die mit der Inversionsvorrichtung (50) und mit einer 2-Draht- Schleife gekoppelt ist und basierend auf dem zur Strömung proportionalen Ausgangssignal (V&sub5;&sub0;) den Strom in der 2-Draht- Schleife steuert.

16. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung (39) einen Microprozessor aufweist.