DE19716119C1 - Signaleingangsschaltung für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Signaleingangsschaltung für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser, bei dem eine Flüssig­ keit ein Meßrohr durchströmt, das von einem mit einer Erreger­ zyklusfrequenz zeitlich getakteten Magnetfeld oder einem ma­ gnetischen Wechselfeld im Bereich einer Meßebene quer zur Meßrohrachse durchsetzt wird und bei dem ein der Durchflußge­ schwindigkeit der Flüssigkeit näherungsweise proportionales Meßsignal an zwei elektrischen Meßelektroden abgreifbar ist, die quer zur Richtung des Magnetfeldes in der Meßebene diame­ tral einander gegenüberliegend am Meßrohr angeordnet sind, umfassend einen mit einer der Meßelektroden elektrisch zu verbindenden ersten Eingangsverstärker, einen mit der anderen Meßelektrode elektrisch zu verbindenden zweiten Eingangsver­ stärker und eine die Ausgangssignale der Eingangsverstärker zu einem Durchflußmeßsignal verarbeitende und eine Summierschal­ tung enthaltende Signalverarbeitungsschaltung.

Magnetisch-induktive Durchflußmesser sind bekannt. Bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung wird der Effekt ausge­ nutzt, daß in der das Meßrohr quer zu dem Magnetfeld durch­ strömenden, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisenden Flüssigkeit eine Spannung induziert wird, die von der Strö­ mungsgeschwindigkeit abhängt und über die Meßelektroden abge­ griffen werden kann.

Die Meßelektroden sind üblicherweise mit einer eingangsseitig hochohmigen Signaleingangsschaltung verbunden, die Verstärker zur Verstärkung der an den Meßelektroden abgegriffenen Span­ nungen und eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, welche die verstärkten Eingangsspannungen zu einem Durchflußmeßsignal verarbeitet.

Bei der Durchflußmengenmessung mit magnetisch-induktiven Durchflußmessern ist es auch bereits üblich geworden, die zur Erzeugung des Magnetfeldes herangezogenen Elektromagneten zeitabhängig so anzusteuern, daß sie ein getaktetes magneti­ sches Gleichfeld oder ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, um Störspannungen, die den von der Durchflußgeschwindigkeit abhängigen Meßspannungen der Meßelektroden überlagert sind, auf der Meßsignalverarbeitungsseite unterdrücken bzw. elimi­ nieren zu können. Eine bekannte Möglichkeit der Erzeugung eines zeitabhängigen Magnetfeldes besteht darin, die betref­ fenden, am Meßrohrumfang einander gegenüberliegend angeord­ neten Elektromagnet-Spulen mit einem Rechtecksignal zu erre­ gen, so daß das Magnetfeld und damit auch die an den Meßelek­ troden abgegriffene Meßspannung ein entsprechendes Rechteck- Zeitverhalten aufweisen. Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, ein sinusförmiges Zeitverhalten des Magnetfel­ des zu erzeugen.

Störspannungen stellen bei der magnetisch-induktiven Durch­ flußmessung ein allgemeines Problem dar, da sie das Meßergeb­ nis verfälschen können. Zu den Störspannungen zählen Galvano­ spannungen, die als Gleichspannungen den Meßelektrodennutz­ spannungen überlagert sind oder in Form einer Potentialdrift an den Meßelektroden in Erscheinung treten.

Als weitere Störspannungen sind Gleichtaktsignale zu nennen, die beispielsweise aufgrund kapazitiver und/oder Ohm'scher Einwirkungen des Magneten auf die Meßstrecke entstehen können. Ein häufig auftretender Fall sind Gleichtakt-Störsignale, die auf beide Meßelektroden in einer deren Potential in gleicher Richtung und im allgemeinen mit gleichem Betrag ändernden Weise wirken.

Ferner können stochastische Störspannungen an den Meßelektro­ den auftreten, z. B. durch Feststoffe in der Meßflüssigkeit, die an der betreffenden Elektrodenoberfläche die Galvanospan­ nungen beeinflussen.

Schließlich treten noch höherfrequente Rauschspannungen auf, die beispielsweise mittels elektronischer Filter in der Si­ gnalbearbeitungsschaltung weitgehend eliminiert werden können.

Es sind in der Vergangenheit Schaltungen zur Meßsignalverar­ beitung vorgeschlagen worden, die teils komplizierte und auf­ wendige Maßnahmen zur Unterdrückung von Störspannungen der oben genannten Art erfordern.

Eine Signaleingangsschaltung der o. g. Art ist beispielsweise aus der DE 33 14 954 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Signal­ eingangsschaltung sind die Eingangsverstärker als Operations­ verstärker ausgebildet, wobei die Meßelektroden mit den nicht invertierenden Eingängen der Operationsverstärker verbunden sind. Bei jedem der beiden Operationsverstärker ist der Aus­ gang über einen Gegenkopplungswiderstand mit dem invertieren­ den Eingang verbunden. Zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Operationsverstärker liegt eine RC-Reihenschaltung. Die Ausgänge der Operationsverstärker sind über eine steuer­ bare Umpolschaltung mit einem Speicherkondensator hoher Kapa­ zität verbunden, der über gesteuerte Ausgangsschalter zu ent­ laden ist, um ein Durchflußmeßsignal auszugeben. Der Durch­ flußmesser wird mit getaktet umgepoltem Magnetfeld betrieben, so daß die an den nicht invertierenden Eingängen der Opera­ tionsverstärker anliegenden Meßelektrodenspannungen entspre­ chende Polarisationswechsel aufweisen. Die Umpolschaltanord­ nung verbindet die Ausgänge der Operationsverstärker während eines jeweiligen Zeitintervalls am Ende jeder Halbperiode des getaktet umgepolten Magnetfeldes mit dem Speicherkondensator, wobei die Umpolschaltanordnung die Ausgänge der Operations­ verstärker in Bezug auf die Polung des Speicherkondensators vertauscht, so daß der Speicherkondensator jeweils die Summe der während zweier Halbperioden des Magnetfeldes über die Umpolschaltanordnung zugeführten Ausgangsspannungen der Opera­ tionsverstärker bilden kann. Der Speicherkondensator wird dann nach jeder Periode des Magnetfeldes über die Ausgangsschalt­ anordnung entladen, um das Durchflußmeßsignal bereitzustellen.

Die bekannte Signaleingangsschaltung bewirkt eine Unterdrüc­ kung von Galvano-Gleichspannungen und Gleichtakt-Signalstörun­ gen. Höherfrequente Rauschanteile werden von dem Speicherkon­ densator ausgefiltert.

Aus der DE 35 40 170 A1 ist eine Signaleingangsschaltung be­ kannt, die ebenfalls für einen Durchflußmesser mit getaktet umgepoltem Magnetfeld vorgesehen ist. Die Meßelektroden sind über einen jeweiligen Kondensator mit den Eingängen eines Eingangsverstärkers verbunden, dem ein zweiter Verstärker nachgeschaltet ist. An dem Ausgang des zweiten Verstärkers sind parallel zueinander zwei Abtast- und Halteschaltungen angeschlossen, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Diffe­ renzverstärkers verbunden sind. Eine an einem Ausgang des Differenzverstärkers angeschlossene RC-Mittelwertbildungs­ schaltung gibt das Durchflußmeßsignal ab. Zwischen den Aus­ gängen der Abtast- und Halteschaltungen und dem Eingang des zweiten Verstärkers ist ein Rückkopplungszweig vorgesehen, der eine die Ausgangssignale der Abtast- und Halteschaltungen addierende Summierschaltung und einen Verstärker enthält, des­ sen Ausgang mit dem Subtraktionseingang eines Subtrahierglie­ des verbunden ist, welches die Differenz zwischen der Aus­ gangsspannung des Eingangsverstärkers und der Ausgangsspannung des in dem Rückkopplungszweig liegenden Verstärkers bildet und als Differenzsignal an den Eingang des zweiten Verstärkers abgibt. Die Abtast- und Halteschaltungen werden von einem Taktgenerator so gesteuert, daß eine von ihnen das Ausgangs­ signal des zweiten Verstärkers am Ende der positiven Halbwelle abgreift, wohingegen die andere Abtast- und Halteschaltung das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers am Ende der negativen Halbwelle abgreift. Mit der Schaltung nach der DE 35 40 170 A1 werden der Einfluß einer Gleichspannungskomponente in dem Nutzsignal reduziert und kurzzeitige Störungsüberlagerungen eliminiert.

Zum Stand der Technik wird ferner auf die DE-OS 21 18 092 verwiesen, in der eine Signaleingangsschaltung für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser beschrieben ist. Bei dieser bekannten Signaleingangsschaltung sind zwei Operations­ verstärker als Eingangsverstärker vorgesehen, deren nicht invertierende Eingänge mit den Meßelektroden des Durchflußmes­ sers verbunden sind. Der Ausgang jedes der beiden Operations­ verstärker ist über einen jeweiligen Gegenkopplungswiderstand mit dem invertierenden Eingang verbunden. Die Ausgänge der Eingangs-Operationsverstärker liegen über ein jeweiliges Wi­ derstandsnetzwerk an den Eingängen eines weiteren Operations­ verstärkers, der an seinem Ausgang das Durchflußmeßsignal bereitstellt.

Die invertierenden Eingänge der Eingangs-Operationsverstärker sind durch eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen mitein­ ander verbunden. An einem Mittenabgriff zwischen diesen beiden Widerständen ist ein Kondensator eines RC-Gliedes angeschlos­ sen, dessen Ausgang mit dem nicht invertierenden Eingang eines vierten Operationsverstärkers verbunden ist. Der Ausgang die­ ses vierten Operationsverstärkers ist über einen jeweiligen Widerstand mit den nicht invertierenden Eingängen der Eingangs-Operationsverstärker verbunden und ferner zu seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt. Der genannten Signal­ eingangsschaltung kann eine Vergleichsschaltung nachgeschaltet sein, die das Ausgangssignal der Signaleingangsschaltung mit einem Signal vergleicht, das zu dem Wert des magnetischen Flusses im Meßrohr proportional ist. In dieser Vergleichs­ schaltung ist eine 90°-Phasenschieberschaltung vorgesehen, die eine 90°-Phasenverschiebung des Ausgangssignals einer Magnet­ feld-Meßspule relativ zu dem Ausgangssignal der Signalein­ gangsschaltung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signaleingangs­ schaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umschriebenen Art bereitzustellen, die einen geringen Schaltungsaufwand erfor­ dert und dennoch eine wirksame Unterdrückung von Störsignalen gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Signalverarbeitungsschaltung eine die Ausgänge der Eingangsverstärker elektrisch miteinander verbindende Reihen­ schaltung aus zwei Widerständen oder Widerstandsschaltungen mit im wesentlichen gleichen Widerstandswerten, eine an einem Mittenabgriff zwischen den Widerständen oder Widerstandsschaltungen angeschlossene Phasendrehschaltung, die eine Phasendrehung von Signalanteilen mit der Erregerzyklus­ frequenz und von Signalanteilen mit Frequenzen oberhalb der Erregerzyklusfrequenz um 180° erzeugt, und einen der Phasen­ drehschaltung nachgeschalteten dritten Verstärker umfaßt, wobei eine Summierschaltung die Ausgangssignale der beiden Eingangsverstärker und des dritten Verstärkers addiert und an ihrem Ausgang ein der Weiterverarbeitung zuzuführendes Nutz- Meßsignal bereitstellt, wobei der erste Eingangsverstärker eine Spannungsverstärkung von V₁, der zweite Eingangsverstärker eine Spannungsverstärkung von V₂ = -V₁ und der dritte Verstärker eine Spannungsverstärkung von V₃ = -2 hat.

Die erfindungsgemäße Signaleingangsschaltung liefert am Aus­ gang der Summierschaltung ein Nutzsignal mit der Erregerzy­ klusfrequenz bzw. mit dem Zeitverhalten des Magnetfeldes, also beispielsweise ein Rechteck-Signal. In dem Nutzsignal sind Galvano-Störgleichspannungen und Gleichtakt-Störsignale weit­ gehend unterdrückt. Das ggf. nachverstärkte Nutzsignal kann dann einer Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung zugeführt werden, die Durchflußmeßwerte bereitstellt. Üblicherweise umfaßt die Auswerteschaltung einen Analog/Digital-Wandler und einen Mikroprozessor zur Berechnung von Durchflußmeßwerten aus den Nutzsignalwerten.

Die Spannungsverstärkung V₁ des ersten Eingangsverstärkers kann beispielsweise gleich 2 sein. Der zweite Eingangsverstärker und der dritte Eingangsverstärker haben dann jeweils eine Spannungsverstärkung von -2. Diese Spannungswerte stellen jedoch keine Beschränkung der Erfindung dar.

Die Phasendrehschaltung ist vorzugsweise durch einen Allpaß erster Ordnung realisiert.

Sofern die beiden Eingangsverstärker nicht ohnehin einen sehr hohen Eingangswiderstand aufweisen, wird vorgeschlagen, daß in den Anschlußleitungen zwischen den Meßelektroden und den Ein­ gangsverstärkern jeweils ein Impedanzwandler eingesetzt ist. Durch die Impedanzwandlung wird sichergestellt, daß die Meß­ elektroden, die jeweils eine Spannungsquelle mit hohem Innen­ widerstand (im Megaohm-Bereich) gegen Masse darstellen, nicht belastet werden.

Ferner wird vorgeschlagen, die Anschlußleitungen zwischen den Elektroden und der Signaleingangsschaltung als sog. "Driven- Shield"-Leitungen auszubilden, um Kabelkapazitäten der An­ schlußleitungen unwirksam zu machen. Bei der "Driven-Shield"- Technik werden abgeschirmte Anschlußleitungen verwendet, bei denen das jeweils über die Ader geführte Elektrodenpotential- Meßsignal üblicherweise im Verhältnis 1 : 1 auf die Abschirmung übertragen wird. Hierdurch wird die Wirkung der Kabelkapazität zwischen der Ader und der Abschirmung weitestgehend elimi­ niert.

Die Summierschaltung umfaßt vorzugsweise einen Verstärker, der das Summensignal aus den Ausgangssignalen der beiden Eingangs­ verstärker und des dritten Verstärkers verstärkt, beispiels­ weise mit einem Spannungsverstärkungsfaktor von 15.

Zur Unterdrückung höherfrequenten Rauschens und stochastischer Signalimpulse in dem Ausgangssignal der Summierschaltung ist vorzugsweise ein der Summierschaltung nachgeschaltetes Tief­ paßfilter vorgesehen. Bevorzugt wird ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung, das eine entsprechend große Flankensteilheit und ein günstiges Rechteck-Übertragungsverhalten aufweist.

Die Signaleingangsschaltung nach der Erfindung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus und kommt mit wenigen unkom­ plizierten Schaltungselementen aus.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figu­ ren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine mit zwei Meß­ elektroden eines magnetisch-induktiven Durchflußmes­ sers verbundene Signaleingangsschaltung nach der Erfindung und

Fig. 2a-2c zeigen Oszillogramme zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Signaleingangs­ schaltung nach der Erfindung in Kombination mit einem schema­ tisch angedeuteten magnetisch-induktiven Durchflußmesser 3 in einer Blockschaltbild-Darstellung gezeigt.

Der magnetisch-induktive Durchflußmesser 3 umfaßt ein Meßrohr 5, zwei am Umfang des Meßrohres 5 einander gegenüberliegende Erregerspulenanordnungen 7 zur Erzeugung eines das Meßrohr in einer Meßebene quer zur Meßrohrlängsachse durchsetzenden Ma­ gnetfeldes (magnetische Induktion B) und zwei Meßelektroden 9, die in der Meßebene quer zur Richtung des Magnetfeldes B ein­ ander gegenüberliegend am Innenumfang des Meßrohres 3 angeord­ net sind. Nicht dargestellt sind die Mittel zur Ansteuerung der Spulenanordnungen 7 mit einem zeitabhängigen Erregerstrom. Für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die Spulenanordnungen 7 mit einem Rechteck-Erregersignal der Frequenz 25 Hz angesteuert werden.

Im Meßbetrieb wird das Meßrohr 5 von einer Flüssigkeit durch­ strömt, in der beim Passieren des Magnetfeldes B eine Spannung induziert wird, die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt und an den Elektroden 9, 9 abgreifbar ist. Da beide Elektroden gleichwertig sind, kann der magnetisch-induktive Durchflußmes­ ser 3 als eine erdsymmetrische Spannungsquelle betrachtet werden, wobei im Falle der Rechteck-Erregung des Magnetfeldes B an den Elektroden 9, 9 Potentialänderungen in entgegenge­ setzten Richtungen mit entsprechendem Rechteck-Zeitverhalten stattfinden.

Die Elektroden 9, 9 sind über "driven-shield"-Anschlußleitun­ gen mit einem jeweiligen Impedanzwandler 11 bzw. 11' der Si­ gnaleingangsschaltung nach der Erfindung verbunden. Die Impe­ danzwandler 11, 11' sorgen dafür, daß die Meßelektroden 9, 9 von der Signaleingangsschaltung nicht belastet werden. Dem Impedanzwandler 11 ist ein erster Eingangsverstärker 13 nach­ geschaltet, der eine Verstärkung des Elektrodensignals U_E1 mit dem Verstärkungsfaktor V₁ = 2 durchführt.

Dem Impedanzwandler 11' ist ein zweiter Eingangsverstärker 13' nachgeschaltet, der das Elektrodensignal U_E2 mit dem Faktor V₂ = -2 verstärkt. Die Ausgänge der beiden Eingangsverstärker 13, 13' sind über eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 15, 15' miteinander verbunden, welche gleiche Widerstandswerte R aufweisen.

An einem Mittenabgriff 17 zwischen den beiden Widerständen 15, 15' ist ein Allpaß erster Ordnung 19 angeschlossen, der Si­ gnalanteile mit einer Frequenz von 25 Hz und darüber um einen Phasenwinkel ϕ von 180° dreht. Bei 17 abgegriffene Rechteck- Signalimpulse (Signal U_M), die mit einer Frequenz von 25 Hz entsprechend der Erregerzyklusfrequenz des Magnetfeldes B auftreten, werden daher "invertiert", wohingegen Gleichspan­ nungen von dem Allpaß 19 unverändert durchgelassen werden.

Dem Allpaß 19 ist ein dritter Verstärker 21 nachgeschaltet, der den Verstärkungsfaktor V₃ = -2 hat. Das Ausgangssignal U'_M des dritten Verstärkers 21 wird zusammen mit den Ausgangssi­ gnalen U'_E1, U'_E2 des ersten Eingangsverstärkers 13 und des zweiten Eingangsverstärkers 13' einem Summierverstärker 23 zugeführt, der an seinem Ausgang ein der Summe aus den Signa­ len U'_E1, U'_E2 und U'_M proportionales Ausgangssignal an ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung 25 abgibt. Im konkreten Bei­ spielsfall gibt der Summierverstärker 23 das mit dem Faktor 15 verstärkte Summensignal ab.

Das Tiefpaßfilter zweiter Ordnung 25 hat bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Grenzfrequenz von f_g = 1 kHz und befreit das vom Summierverstärker 23 abgegebene Nutzsignal von hochfrequenten Störungen, wie z. B. Rauschen und stocha­ stische Impulse. Die im Vergleich mit der Zyklusfrequenz des Magnetfeldes und des Meßsignals hohe Grenzfrequenz des Filters 25 ist darin begründet, daß ein möglichst gutes Rechteck-Über­ tragungsverhalen des Filters 25 für das Nutzsignal angestrebt wird. Um dies zu realisieren, wurde ein Durchlaßbereich bis zur 39. Oberwelle festgelegt.

Am Ausgang des Tiefpaßfilters 25 steht dann ein von Störungen weitgehend befreites Meßsignal U_A/D zur Verfügung, das einem (nicht gezeigten) Analog/Digital-Wandler einer Auswerteschal­ tung zugeführt wird, die Durchflußmeßwerte in digitaler Form bereitstellt.

Nachstehend werden einige Fallbeispiele diskutiert, um die Wirkungsweise der Signaleingangsschaltung nach Fig. 1 deutlich zu machen. Die angegebenen Zahlenwerte sind lediglich als Beispielswerte aufzufassen. Die in der Realität auftretenden Spannungswerte können um mehrere Größenordnungen von den Bei­ spielswerten abweichen.

Beispiel 1:

Annahme:
An den beiden Elektroden 9, 9 treten Galvano-Störgleichspan­ nungen mit
U_E1 = O,5 V und U_E2 = -0,2 V (bezogen auf Schaltungsmasse) auf.

Nach Verstärkung der Spannung U_E1, mit dem Verstärkungsfaktor V₁ = 2 beträgt die Spannung am Ausgang des ersten Eingangsver­ stärkers 13 U'_E1 = 1 V, wohingegen nach Verstärkung der Spannung U'_E2 mit dem Verstärkungsfaktor V₂ = -2 die Spannung am Ausgang des zweiten Eingangsverstärkers 13' U'_E2 = 0,4 V beträgt. Zwi­ schen den beiden Widerständen 15, 15' stellt sich eine Mittel­ spannung von U_M = 0,7 V ein, die als Gleichspannung den Allpaß erster Ordnung 19 unverändert passiert und nach Verstärkung mit dem Verstärkungsfaktor V₃ = -2 als U'_M = -1,4 V am Ausgang des dritten Verstärkers 21 und damit an einem der Eingänge des Summierverstärkers 23 ansteht. Die von dem Summierverstärker 23 gebildete Summenspannung U'_E1 + U'_E2 + U'_M = 1 V + 0,4 V + (-1,4 V) hat den Wert 0 V, so daß die Ausgangsspannung des Summierverstär­ kers 23 ebenfalls 0 V beträgt.

Störgleichspannungen werden daher durch die erfindungsgemäße Signaleingangsschaltung wirksam unterdrückt.

Beispiel 2:

Annahme:
Es liegen an den Eingängen der Impedanzwandler 11, 11' Gleich­ takt-Störsignale gleicher Frequenz und gleicher Amplitude vor, wie dies bei magnetisch-induktiven Durchflußmessern häufig aufgrund kapazitiver und/oder Ohm'scher Einwirkungen des Ma­ gnetfelderzeugers auf die Meßstrecke der Fall ist.

Angenommen, die Amplituden der Gleichtaktsignale betragen U_E1 = 0,5 V und U_E2 = 0,5 V, so sind an den Ausgängen der Eingangs­ verstärker 13, 13' die Amplituden U'_E1 = 2.0,5 V = 1 V und U'_E2 = (-2).0,5 V = -1 V meßbar.

Die Mittelspannung am Eingang des Allpasses erster Ordnung 19 beträgt U_M = 0 V, so daß auch am Ausgang des dritten Verstärkers 21 eine Spannung U'_M = 0 V ansteht. Das Summensignal U'_E1 + U'_E2 + U'_M = 1 V + (-1 V) + 0 V beträgt 0 V. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Signaleingangsschaltung nach der Erfindung Gleichtakt- Störsignale wirksam unterdrückt.

Beispiel 3:

Annahme:
Die bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung erzeugten regulären Potentialänderungen an den Elektroden 9, 9 führen zu Nutzsignalen mit der Erregerfrequenz von 25 Hz und entgegen­ gesetzt gleichen Amplituden mit U_E1 = 0,5 V und U_E2 = -0,5 V.

An den Ausgängen der Eingangsverstärker 13, 13' haben die entsprechend verstärkten Signale die Amplitude U_E1 = 2 • 0,5 V = 1 V und U'_E2 = (-2).(-0,5 V) = 1 V.

Die Mittelspannungsamplitude U_M am Mittenspannungsabgriff 17 beträgt dann ebenfalls 1 V. Der Allpaß erster Ordnung 19 in­ vertiert die betreffenden Rechteck-Signalimpulse, die dann schließlich vom dritten Verstärker 21 mit dem Verstärkungs­ faktor -2 verstärkt werden, so daß sie am Ausgang des Verstär­ kers 21 die Amplitude U'_M = 2 V haben.

Die Summenspannung U'_E1 + U'_E2 + U'_M = 1 V + 1 V + 2 V beträgt 4 V. Nach Verstärkung mit dem Faktor 15 gibt der Summierverstärker 23 das Signal U_S aus, dessen Rechteckimpuls-Amplitude 60 V be­ trägt. Das bei 25 gefilterte Nutzsignal U_S steht dann als U_A/D für eine Analog/Digital-Wandlung bereit.

Die vorstehend aufgeführten Beispiele zeigen, daß Nutzsignale wirksam verstärkt werden, wohingegen Störgleichspannungen und Gleichtaktsignale wirksam unterdrückt werden.

Fig. 2a zeigt in einem Oszillogramm den Signalverlauf von Gleichtakt-Störsignalen U_E1, (Kanal 2) und U_E2 (Kanal 3) im we­ sentlichen gleicher Amplitude und gleicher Zyklusfrequenz. Der Potentialbezugsnullpunkt ist in dem Oszillogramm willkürlich 3 eingestellt. Die Y-Achsenteilung beträgt für die Kanäle 2 und 3 20 mV pro Teilstrich. Die X-Achsenteilung beträgt 5 ms pro Teilstrich. In der oberen Hälfte des Oszillogramms gemäß Fig. 2a ist das korrespondierende Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 25 dargestellt (Kanal 1). Die Y-Achsenteilung für den Kanal 1 beträgt 0,2 V pro Teilstrich. Ein Vergleich der Signale in Fig. 2a zeigt, daß eine wirksame Gleichtakt-Störsignalunter­ drückung stattgefunden hat.

Fig. 2b zeigt ein entsprechendes Oszillogramm, wobei über die Kanäle 2 und 3 Nutzsignale U_E1 und U_E2 aufgenommen wurden. Die Y-Achsenteilung für die Kanäle 2 und 3 beträgt 20 mV pro Teil­ strich. In der oberen Hälfte des Oszillogramms nach Fig. 2b ist das korrespondierende Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 25 dargestellt. Die Y-Achsenteilung für Kanal 1 beträgt 2 V pro Teilstrich. Bezugspotentialnullpunkte sind in Fig. 2b eben­ falls willkürlich dargestellt. Fig. 2b zeigt, daß das reguläre Meßsignal eine wirksame Verstärkung erfährt.

Das Ergebnis einer weiteren simulierten Messung ist in dem Oszillogramm gemäß Fig. 2c dargestellt. Über die Kanäle 1 und 2 wurden simulierte Nutzsignalspannungen U_E1 und U_E2 aufge­ zeichnet, die an die Eingänge der Impedanzwandler 11 bzw. 11' angelegt wurden. Den Nutzsignalen U_E1 und U_E2 wurde jeweils ein Gleichtakt-Störsignal überlagert, wie es gemäß Fig. 2c über den Kanal 3 aufgezeichnet wurde. Dem Signal U_E1 wurde darüber hinaus ein Galvano-Gleichspannungssignal von etwa -0,4 V überlagert, wohingegen der simulierten Eingangsspannung U_E2 eine Galvano-Gleichspannung von etwa +0,2 V überlagert wurde. Die Galvano-Gleichspannungen sind in Fig. 2c nicht eingezeich­ net. Über Kanal 4 wurde das am Ausgang des Tiefpaßfilters 25 erhaltene Meßsignal U_A/D aufgenommen. Fig. 2c zeigt, daß auch im Falle der Überlagerung des Nutzsignals durch mehrere verschie­ dene Störsignale eine gute Störsignalunterdrückung stattfindet und daß das reguläre Meßsignal eine wirksame Verstärkung er­ fährt.

Die Y-Achsenteilung in Fig. 2c für die Kanäle 1, 2 und 3 be­ trägt 20 mV pro Teilstrich. Die Y-Achsenteilung für den Kanal 4 beträgt 5,0 V pro Teilstrich. Die X-Achsenteilung beträgt für alle Kanäle 10 ms pro Teilstrich.

Claims (6)

1. Signaleingangsschaltung für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser (3), bei dem eine Flüssigkeit ein Meßrohr (5) durchströmt, das von einem zeitlich mit einer Erre­ gerzyklusfrequenz getakteten Magnetfeld oder einem magne­ tischen Wechselfeld im Bereich einer Meßebene quer zur Meßrohrachse durchsetzt wird und bei dem ein der Durch­ flußgeschwindigkeit der Flüssigkeit näherungsweise pro­ portionales Meßsignal an zwei elektrischen Meßelektroden (9, 9) abgreifbar ist, die quer zur Richtung des Magnet­ feldes in der Meßebene einander gegenüberliegend am Meß­ rohr (5) angeordnet sind,
umfassend einen mit einer der Meßelektroden (9) elek­ trisch zu verbindenden ersten Eingangsverstärker (13), einen mit der anderen Meßelektrode (9) elektrisch zu verbindenden zweiten Eingangsverstärker (13') und eine die Ausgangssignale der Eingangsverstärker (13, 13') zu einem Durchflußmeßsignal verarbeitende und eine Summier­ schaltung (23) enthaltende Signalverarbeitungsschaltung (15, 15', 19, 21, 23, 25), dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungsschaltung (15, 15', 19, 21, 23, 25) eine die Ausgänge der beiden Eingangsverstärker (13, 13') elektrisch miteinander verbindende Reihenschal­ tung aus zwei Widerständen (15, 15') oder Widerstands­ schaltungen mit im wesentlichen gleichen Widerstandswer­ ten (R), eine an einem Mittenabgriff (17) zwischen den Widerständen (15, 15') oder Widerstandsschaltungen ange­ schlossene Phasendrehschaltung (19), die eine Phasendre­ hung von Signalanteilen mit der Erregerzyklusfrequenz und von Signalanteilen mit Frequenzen oberhalb der Erregerzy­ klusfrequenz um 180° erzeugt, und einen der Phasendreh­ schaltung (19) nachgeschalteten dritten Verstärker (21) umfaßt, wobei die Summierschaltung (23) die Ausgangssi­ gnale der beiden Eingangsverstärker (13, 13') und des dritten Verstärkers (21) addiert und an ihrem Ausgang ein der Weiterverarbeitung zuzuführendes Durchflußmeßsignal bereitstellt, wobei der erste Eingangsverstärker (13) eine Spannungsverstärkung von V₁, der zweite Eingangsver­ stärker (13') eine Spannungsverstärkung von V₂ = -V₁ und der dritte Verstärker (21) eine Spannungsverstärkung von V₃ = -2 hat.

2. Signaleingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Phasendrehschaltung (19) ein Allpaß erster Ordnung ist.

3. Signaleingangsschaltung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingangsverstärkern (13, 13') jeweils ein Impedanzwandler (11, 11') vorgeschaltet ist.

4. Signaleingangsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschal­ tung (23) das Summensignal aus den Ausgangssignalen der beiden Eingangsverstärker (13, 13') und des dritten Ver­ stärkers (21) verstärkt.

5. Signaleingangsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierschal­ tung (23) ein Tiefpaßfilter (25) zur Rauschunterdrückung nachgeschaltet ist.

6. Signaleingangsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierschal­ tung (23) eine Analog/Digital-Wandlerschaltung nachge­ schaltet ist.