DE1208901B

DE1208901B - Arrangement for the magnetic flow measurement

Info

Publication number: DE1208901B
Application number: DEE20852A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ludwig Engel
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1961-03-29
Filing date: 1961-03-29
Publication date: 1966-01-13

Description

Anordnung für die magnetische Durchflußmessung Bei den bekannten magnetischen Durchflußmessern durchströmt der Meßstoff in einem nichtmagnetischen Rohr das Magnetfeld eines aus dem Wechselstromnetz gespeisten Elektromagneten. An den in dem Rohr isoliert eingesetzten Elektroden kann eine Meßspannung abgegriffen werden, die proportional ist dem Produkt aus der Durchflußgeschwindigkeit und der im Rohr herrschenden magnetischen Feldstärke. Es ist üblich, diese Meßspannung mit Hilfe von selbstabgleichendell Wechselstromkompensatoren zu messen. Hierbei wird allgemein der Einfluß von Schwankungen der Netzspannung auf das Meßergebnis dadurch ausgeschaltet, daß das Potentiometer des Wecbselstromkompensators und der Erregermagnet aus dem gleichen Wechselstromnetz versorgt werden.Arrangement for the magnetic flow measurement In the known magnetic In flowmeters, the medium to be measured flows through the magnetic field in a non-magnetic tube an electromagnet fed from the alternating current network. Insulated on the one in the pipe electrodes used, a measuring voltage can be tapped that is proportional is the product of the flow rate and the magnetic prevailing in the pipe Field strength. It is common practice to measure this voltage with the help of self-balancing dell Measure AC compensators. Here, the influence of fluctuations becomes general the mains voltage on the measurement result is switched off by turning the potentiometer the AC compensator and the exciter magnet from the same AC network are supplied.

Gegenstand der Erfindung ist eine aus ruhenden Bauteilen aufgebaute Verstärkereinheit, die eine Umsetzung der Meßspannung des magnetischen Durchflußgebers in einem dem Durchfluß proportionalen Gleichstrom bewirkt. Hierzu wird ein für die Verstärkung der Netzfrequenz geeigneter hochempfindlicher Meßverstärker mit nachgeschaltetem phasenempfindlichem Gleichrichter verwendet, der über einen Modulator gegengekoppeft ist. Dieser Modulator liefert eine Gegenkopplungsspannung, die proportional ist dem Produkt aus dem gleichgerichteten Ausgangsstrom des Verstärkers und der magnetischen Feldstärke bzw. dem Magnetisierungsstrom oder der Versorgun gsspaii nung des Erregermagneten. Wird diese G egenkopplungsspannung im Eingangskreis der Meßanordaung phasenrichtig der Meßspannung des Durchflußgebers entgegengeschaltet, so wird bei geeigneter Dimensionierung der Anordnung diese Meßspannung in einen Ausgangsstrom umgesetzt, der in weiten Grenzen unabhängig von den Änderungen der VersorgunEsspanaun3 ist. The subject of the invention is a built up of static components Amplifier unit that converts the measuring voltage of the magnetic flow transmitter effected in a direct current proportional to the flow. For this purpose, a for the Amplification of the mains frequency of a suitable, highly sensitive measuring amplifier with a downstream phase-sensitive rectifier used, which feeds negative feedback via a modulator is. This modulator provides a negative feedback voltage that is proportional the product of the rectified output current of the amplifier and the magnetic Field strength or the magnetizing current or the supply voltage of the exciter magnet. If this negative feedback voltage in the input circuit of the measuring arrangement is in phase the measuring voltage of the flow sensor is switched against, so with suitable dimensioning the arrangement converted this measurement voltage into an output current, which in wide Limits are independent of the changes in the supply span.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Umformung ein phasenempfindlicher Gleichrichter mit einer Verstärkereinheit kombiniert ist, die über ein ruhendes Modulationsglied gegengekoppelt ist, dessen Ausgangsgröße proportional ist dem Produkt aus dem Ausgangsstrom der Verstärkereinheit und der Feldstärke des Erregermagneten oder einer mit dieser festverkoppelten Größe, wie z. B. der versorgenden Netzspannung oder dem Magnetisierungsstrom des Magneten. The invention is characterized by the fact that a phase-sensitive Rectifier is combined with an amplifier unit, which has a resting Modulation element is fed back, the output size of which is proportional to the product from the output current of the amplifier unit and the field strength of the exciter magnet or one with this firmly coupled size, such as. B. the supplying mains voltage or the magnetizing current of the magnet.

Der Erfindungsgedanke soll an Hand von drei Abbildungen erläutert werden. In A b b. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Meßanordnung dargestellt; A b b. 2 zeigt eine Anordnung, bei der ein Hallgenerator als Modulator verwendet wird, während in Ab b. 3 als Modulationsglied ein Magnetverstärker zur Anwendung gelangt. The idea of the invention will be explained on the basis of three figures will. In A b b. 1 shows the basic structure of the measuring arrangement; A. b b. 2 shows an arrangement in which a Hall generator is used as a modulator, while in Ab b. 3 a magnetic amplifier is used as a modulation element.

In A b b. 1 ist eine Ausführungsmöglichkeit der Meßanordnung im Prinzip dargestellt. In das im Schnitt dargestellte Meßrohr 1 sind die beiden Elektroden 2 zur Abnahme der Meßspannung Um isoliert eingesetzt. Der Wechselstrommagnet 3 erzeugt im Rohrquerschnitt zwischen seinen Polschuhen ein magnetisches Wechselfeld; er wird aus der Netzleitung 4 versorgt. Die Meßspannung Um wird der Meßanordnung angeschaltet. Diese besteht aus der Kombination von Verstärker 5 und phasenempfindlichem Gleichrichter 6 sowie dem zur Gegenkopplung benutzten Modulator 7. Der Ausgangsstrom Ia der Verstärkereinheit 5, 6 durchfließt die Fernleitung 8, die Empfangsgeräte 9 und über die Klemmen 10 und 11 den Modulator 7. In diesem Beispiel wird zur Steuerung des Modulators 7 die Netzspannung Uv benutzt, die diesem über die Klemmen 12,13 aufgeschaltet wird. An den Ausgangsklemmen 14,15 des Modulators 7 tritt die Gegenkopplungsspannung Uk auf, welche proportional 1a Uv ist. Bewegt sich der Meßstoff im Meßrohr 1 in axialer Richtung mit der Geschwindigkeit v, so entsteht zwischen den Elektroden 2 die Meßspannung Um, für die gibt: u,, H/l (H - magnetische Feldstärke im Meßrohr), und für H = c Un gilt: Um UN-V, (1) wobei c die Gerätekonstante bedeutet. In A b b. 1 is a possible embodiment of the measuring arrangement in principle shown. The two electrodes are in the measuring tube 1 shown in section 2 used to decrease the measuring voltage Um isolated. The alternating current magnet 3 generates an alternating magnetic field in the pipe cross-section between its pole pieces; he will supplied from the power line 4. The measuring voltage Um is switched on to the measuring arrangement. This consists of the combination of amplifier 5 and phase-sensitive rectifier 6 and the modulator 7 used for negative feedback. The output current Ia of the amplifier unit 5, 6 flows through the long-distance line 8, the receiving devices 9 and via the terminals 10 and 11 the modulator 7. In this example, the modulator 7 is controlled by the Mains voltage Uv is used, which is connected to this via terminals 12, 13. At the negative feedback voltage Uk occurs at the output terminals 14,15 of the modulator 7, which is proportional to 1a Uv. If the substance to be measured moves axially in the measuring tube 1 Direction with the speed v, the measuring voltage is generated between the electrodes 2 Um, for which there are: u ,, H / l (H - magnetic field strength in the measuring tube), and for H = c Un applies: Um UN-V, (1) where c is the device constant.

Der Meßspannung wirkt die Gegenkopplungsspannung Uk phasenrichtig entgegen, so daß am Eingang des Verstärkergliedes 5 die Differenz von Meß- und Gegenkopplungsspannung, die kleine Steuerspannung Us = Um - Uk, wirkt. Diese wird im Verstärkerglied 5 verstärkt und in einen Gleichstrom ja umgesetzt, der über die Fernleitung die Empfangsgeräte 9 versorgt und zur Steuerung des Modulators 7 dient. Dieser Modulator wird von der Netzspannung UN gesteuert und liefert eine Ausgangswechselspannung Uk, für die gilt: Uk NUN UN Ia. (2) Bei genügend großer Verstärkung ist Us vernachlässigbar klein gegenüber der Meßspannung Um und der Gegenkopplungsspannung Ue; es gilt mit aus reichender Näherung: = = Uk und nach Gleichungen (1) und (2> Ia d. h. der Ausgangsstrom Ia ist proportional der Durchflußgeschwindigkeit' und unabhängig von der Netzspannung UN. The negative feedback voltage Uk acts on the measuring voltage with the correct phase contrary, so that on Input of the amplifier element 5 the difference of measuring and negative feedback voltage, the small control voltage Us = Um - Uk, acts. This is amplified in the amplifier element 5 and converted into a direct current yes, which supplies the receiving devices 9 via the trunk line and for controlling the modulator 7 serves. This modulator is controlled by the mains voltage UN and supplies a AC output voltage Uk, for which the following applies: Uk NUN UN Ia. (2) If the size is large enough Gain Us is negligibly small compared to the measurement voltage Um and the negative feedback voltage Ue; the following applies with sufficient approximation: = = Uk and according to equations (1) and (2>) Ia d. H. the output current Ia is proportional to the flow rate 'and independent of the mains voltage UN.

An Stelle der Netzspannung Um kann zur Steuerung des Modulators 6 auch eine andere linear mit der Feldstärke des Erregermagneten zusammenhängende Größe, z. B. sein Magnetisierungsstrom, verwendet werden. Modulatoren, die durch die Feldstärke gesteuert werden, sind besonders vorteilhaft. Instead of the mains voltage Um, it is possible to control the modulator 6 also another linearly related to the field strength of the exciter magnet Size, e.g. B. its magnetizing current can be used. Modulators running through Controlling the field strength are particularly advantageous.

Wie oben erwähnt, sind verschiedene bekannte Bauteile als Modulatoren geeignet. In Abt. 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, bei der ein Hallgenerator als Modulator verwendet wird. As mentioned above, various components are known as modulators suitable. In Section 2, an arrangement according to the invention is shown in which a Hall generator is used as a modulator.

Der Hallgenerator 16 wird von dem Ausgangsstrom 1a - dem Hallstrom - durchflossen. Er befindet sich im Feld des von der Netzspannung Um erregten Magneten 17. An seinen Ausgangsklemmen 14 und 15 tritt die Hafispannung Uk auf, die zur Gegenkopplung benutzt wird.The Hall generator 16 is generated by the output current 1a - the Hall current - flowed through. It is located in the field of the magnet excited by the mains voltage Um 17. The Hafi voltage Uk occurs at its output terminals 14 and 15, which is used for negative feedback is used.

Sie ist, wie bekannt, proportional dem Produkt aus dem Hallstrom Ia und dem Magnetfeld B oder bei geeigneter Bemessung der Netzspannung Um. Es ist auch möglich, die Eingänge der beiden Steuergrößen des Modulators zu vertauschen, das Magnetfeld durch den Ausgangsstrom 1a zu erregen und einen von der Netzspannung Um abgeleiteten Strom als Halistrom zu benutzen. Hier ist es besonders vorteilhaft, den Magnetisierungsstrom des Gebermagneten als Hallstrom zu benutzen und zur Anpassung einen Stromwandler mit geeignetem Übersetzungsverhältnis einzuschalten. As is known, it is proportional to the product of the Hall current Ia and the magnetic field B or with a suitable dimensioning of the mains voltage Um. It is also possible to swap the inputs of the two control variables of the modulator, to excite the magnetic field by the output current 1a and one of the mains voltage To use diverted electricity as Halis flow. Here it is particularly advantageous to use the magnetization current of the encoder magnet as a Hall current and for adaptation to switch on a current transformer with a suitable transformation ratio.

Der Hallgenerator kann hierbei direkt im Felde des Erregermagneten angeordnet werden. The Hall generator can be placed directly in the field of the exciter magnet to be ordered.

A b b. 3 zeigt einen als Modulationsglied geeigneten Magnetverstärker mit Brückenschaltung Vier steuerbare Drosselspulen mit je einer Arbeitswicklung 18 und einer Steuerwicklung 19 sind arbeitsseitig in eine Wechselstrombrücke geschaltet, die über die Klemmen 12, 13 aus dem Wechselstromnetz versorgt wird. A b b. 3 shows a magnetic amplifier suitable as a modulation element with bridge circuit Four controllable choke coils with one working winding each 18 and a control winding 19 are connected to an AC bridge on the work side, which is supplied from the AC mains via terminals 12, 13.

Die Steuerwicklungen werden über die Klemmen 10,11 vom Ausgangsgleichstrom 1a durchflossen und sind so geschaltet, daß die Induktivität der sich in der Brücke gegenüberliegenden Drosseln gegensinnig ändert und in der Diagonale eine Wechselspannung auftritt, welche dem Produkt aus der Netzspannung und dem Ausgangsgleichstrom proportional ist. Die Gegenkapplungsspannung UL wirkt über die Klemmen 14 und 15 der Meßspannung U, in A b b. 1 ent- gegen. Der Modulator kann durch die Wahl der Windungszahlen von Steuer- und Arbeitswicklungen den Erfordernissen der Meßanordnung angepaßt werden. Auch ist es möglich, diese Anpassung durch Einschaltung von Transformatoren auf der Netzseite oder im Ausgang durchzuführen. Die Eingänge der beiden Steuergrößen, Netzspannung und Ausgangsstrom, sind bei dieser Anordnung nicht vertauschbar.The control windings are connected to the output direct current via terminals 10, 11 1a flows through and are connected so that the inductance of the bridge opposite chokes changes in opposite directions and an alternating voltage in the diagonal occurs, which is proportional to the product of the mains voltage and the output direct current is. The negative feedback voltage UL acts via terminals 14 and 15 of the measuring voltage U, in A b b. 1 against. The modulator can be adjusted by choosing the number of turns Control and work windings are adapted to the requirements of the measuring arrangement. It is also possible to do this by switching on transformers on the network side or in the output. The inputs of the two control variables, Mains voltage and output current cannot be interchanged with this arrangement.

An Stelle der steuerbaren Drosseln können auch andere elektrische Schaltelemente, deren Kennlinie von einem Strom oder einer Spannung verändert werden kann, in eine Brückenschaltung eingebaut werden. Besonders geeignet zum Aufbau dieser Modulatoren sind spannungsabhängige Kondensatoren, bei denen eine vom Ausgangsstrom abgeleitete Spannung zur Aussteuerung der aus dem Wechselstromnetz versorgten Brücke dient. Instead of the controllable throttles, other electrical Switching elements whose characteristics are changed by a current or a voltage can be built into a bridge circuit. Particularly suitable for building this up Modulators are voltage-dependent capacitors in which one depends on the output current Derived voltage for modulating the bridge supplied from the AC network serves.

Der besondere Vorteil der beschriebenen Meßan ordnung liegt in der Übersetzung der Durchfluß werte in einen proportionalen Gleichstrom und der Unabhängigkeit des Meßstromes von Netzspannungsschwankungen. In der modernen Meßtechnik werden Meßgeräte bevorzugt, die eine Meßgröße in einen ihr zugeordneten Gleichstrom umformen und auf diese Weise eine Fernübertragung der Augenblickswerte der Meßgröße gestatten. Gleichstrom bietet die Möglichkeit, verhältnismäßig einfache Registrier- und Regelgeräte sowie Rechenanlagen verwenden zu können. The particular advantage of the described Meßan order lies in the Translation of the flow values into a proportional direct current and independence the measuring current of mains voltage fluctuations. In modern measurement technology Measuring devices are preferred which convert a measured variable into a direct current assigned to it and in this way allow remote transmission of the instantaneous values of the measured variable. Direct current offers the possibility of relatively simple recording and control devices as well as being able to use computing systems.

Einen weiteren Vorteil bietet die ausschließliche Verwendung ruhender Bauteile an Stelle der meist üblichen Drehspulgeräte. Alle Fehlerquellen, die sich sonst aus der Lagerung der beweglichen Teile wie Reibung und Lose ergeben können, sind vermieden, und die Meßanordnung ist lageunabhängig und weitgehend unempfindlich gegenüber Erschütterungen oder Vibrationen. Another advantage is the exclusive use of dormant ones Components instead of the most common moving coil devices. All sources of error that arise otherwise friction and slack could result from the storage of moving parts, are avoided, and the measuring arrangement is position-independent and largely insensitive against shocks or vibrations.

Claims

Claims: 1. Device for forming a with the help of a electromagnetic flow meter with mains voltage supply of the exciter magnet (3) Flow-proportional measuring voltage generated in one of mains voltage fluctuations independent flow-proportional measurement flow, characterized by the fact that for Forming a phase-sensitive rectifier (6) with an amplifier unit (5) is combined, which is fed back via a resting modulation element (7), whose output variable is proportional to the product of the output current of the amplifier unit ffi and the field strength of the exciter magnet (3) or one that is permanently coupled to it Size, such as B. the supplying mains voltage or the magnetizing current of the Magnets (3).

2. Device according to claim 1, characterized in that as a modulation element (7) a Hall generator (16) is used, the mains voltage generating its magnetic field and the current of the Hall generator. (16) the DC output current of the amplifier unit (5) is.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the Hall generator (16) is arranged in the magnetic field of the exciter magnet (3).

4. Device according to claim 1, characterized in that the current of the lXall generator (16) from the magnetizing current via a current transformer of the encoder magnet is derived and where the output current is used to excite the magnetic field the amplifier unit is used.

5. Device according to claim 1, characterized. that as a modulation element a magnetic amplifier arrangement fed from the alternating current network is used and this is controlled by the output current of the amplifier unit (5) so that its output voltage is proportional to the product of supply voltage and output current.

6. Device according to claim 1, characterized in that as a modulation element (7) an arrangement of voltage-dependent capacitances used by the supply voltage of the magnet or a voltage derived from it and supplied by a from the output current of the amplifier unit (5) derived voltage controlled in this way that its output voltage is proportional to the product of the magnetic field strength of the encoder magnet and the output current of the arrangement.

7. Device according to one or more of claims 1 to 6, characterized characterized in that for adapting the Hall voltage to the measuring voltage and the Magneüsierungsstromes transformer matching elements are provided on the Hall current.