DE3124506A1

DE3124506A1 - Massendurchflussmesser und auswerteschaltung dazu

Info

Publication number: DE3124506A1
Application number: DE19813124506
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Binder; Theodor Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Gast; Günter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Hönig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1983-01-05
Also published as: JPS585614A; US4493215A

Description

Fd/Ja 26..5.I98I

Robert Bosch GmbH, 7OOO Stuttgart 1

Masse.ndurchflußmesser und Auswerteschaltung dazu Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Massendurchflußmesser nach der Gattung des Hauptanspruchs. Massendurchflußmesser mit einer schwingenden Scheibe sind beispielsweise aus der DE-O'S 25-01 38O bereits bekannt. Zur Erregung des bekannten Massendurchflußmessers ist jedoch eine hohe Energie erforderlich· Für ein sicheres Arbeiten des Massendurchflußmessers ist daher eine Fremdstromquelle notwendig, der eine große Energie entzogen wird. Dies bedingt einen hohen Energieverbrauch, der insbesondere dann nicht zu vernachlässigen ist, wenn eine Vielzahl von Massendurchflußmessern betrieben werden soll. Auch bei einem Einsatz in Fahrzeugen sind die bekannten Anordnungen nachteilig, da sie die Fahrzeugbatterie übermäßig belasten.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Durchflußmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er nur eine sehr geringe Schwingungsenergie und daher nur einen geringen Speisestrom benötigt. Weiterhin ist von Vorteil, daß er

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verhältnismäßig robust und stoßfest aufgetaut werden kann. Weiterhin "besitzen die Spulen als Quellen für die Meßsignale kleine innere Widerstände, so daß die Signale wenig störanfällig sind. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Durchflußmesser klein aufbaubar sind und Wärmeproblerne nicht auftreten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Durchflußmessers möglich. Vorteilhaft ist es, den Geber im Mittelpunkt des Kreuzes durch Konstruktionselemente fest mit dem Gehäuse zu verbinden. Dadurch wird erreicht, daß wenig Schwingungsenergie an das Gehäuse des Durchflußmessers abgeleitet wird. Zur Anregung des Schwingers ist es vorteilhaft, E-Kerne zu verwenden, die auf ihren Mittelschenkeln Wicklungen tragen und die mit ihren Polflächen einander zugekehrt jedoch um den Winkel der Balken verdreht, gehäusefest angeordnet sind. Dadurch lassen sich die Schwinger besonders leicht anregen und das Gebilde ist robust und wenig störanfällig. Vorteilhaft ist es, daß die Mittelschenkel den mittleren Teil des Kreuzes zwischen ihren Polflächen aufnehmen, während die Polflächen der äußeren Schenkel mit den beiden Balken einen Luftspalt bilden. Dies ergibt eine einfache Befestigung der Schwinger mit dem Gehäuse und einen zuverlässigen magnetischen Kontakt. Weiterhin ist es günstig, die Mittelschenkel· mit dem mittleren Teil des Kreuzes über Dauermagneten zu verbinden, während die Polflächen der äußeren Schenkel mit den Balken einen Luftspalt bilden. Durch

diese Maßnahme erübrigt sich eine Gleichstrom-Vormägnet i s i erung.

In einer -weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es günstig, zur Anregung der Schwingungen einen koaxial angeordneten Elektromagneten vorzusehen, mit einem Eisenkörper, der eine Erregerwicklung und eine Sekundär spule aufweist und in dessen Mantel gegenüber den Kreuzbalken Dauermagnet-Scheiben eingelassen sind. Diese koaxiale Anordnung ist leicht herstellbar und hat zudem den Vorteil, daß die Spulen geschützt angeordnet sind. Zum weiteren Schutz ist es günstig, in Durchflußrichtung eine halbkugelförmige Haube über dem Magneten anzuordnen. Die Haube ist vorteilhafterweise mit dem Mantel des koaxial angeordneten Elektromagneten zu verbinden, wobei zur Durchführung der Balken Schlitze vorgesehen sind. Dadurch ist ein besonders guter Schutz des Gebers gewährleistet.

Die Erregung des Massendurchflußmessers in der Ausbil dung mit Ε-Kernen erfolgt vorteilhafterweise durch einen Frequenzgenerator, der zwei um 90 verschobene Wechselspannungen erzeugt, mit denen die Erregerwicklungen gespeist sind. Die in den Sekundärwicklungen erzeugten Spannungen werden aufsummiert und einem Phasendiskriminator zugeführt. Das Signal am Phasendiskriminator ist dann ein Maß für den Massendurchfluß. Eine weitere Möglichkeit ist, zwei um 18O verschobene Wechselspannungen vom Frequenzgenera'tor abgeben zu lassen, diese mit einem Gleichstrom zu überlagern und damit die Erregerspulen zu speisen und die in den Sekundärwicklungen induzierten Span-

nungen auf zusummieren und einem Phasendiskriminator zuzuführen. Bei der koaxialen Ausbildung des Elektromagneten erübrigt sich die Überlagerung mit Gleichstrom, auch genügt eine einzige Erregerwicklung, um die Kreuzbalken im Gegentakt anzuregen, sofern die im Mantel des Magneten eingesetzten Dauermagnetscheiben paarweise gegenläufig gepolt sind. Zur Störunterdrückung ist es vorteilhaft, zwischen Summierer und Phasendiskriminator einen Bandpass zu schalten. Zum O-Abgleich des Phasendiskriminators ist es günstig, einen Phasenschieber vor dem Phasendiskriminator anzuordnen. Eine weitere vorteilhafte Schaltungsanordnung ist, mit einem Frequenz-generator eine gesteuerte Stromquelle anzusteuern, die die Erregerwicklung speist und die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung einem Phasendiskriminator zuzuführen.

In einer weiteren Ausgestaltung des Massendurchflußmessers ist als Schwingelement ein magnetostriktiver Stab vorgesehen, an dessen Enden Stauscheiben angebracht sind und der an mindestens zwei Schwingungsknotenpunkten Bohrungen aufweist, an denen Lager anbringbar sind. Durch die Anbringung von Bohrungen an den Schwingungsknotenpunkten wird ebenfalls erreicht, daß keine Schwingungsenergie an das Gehäuse abgegeben wird. Durch die Bohrungen sind vorteilhafterweise federharte Drähte geführt, die in Lagerböcken gelagert sind. Dies ergibt eine einfache Lagerung des magnetostriktiven Stabes. Zur Erregung des Schwingers ist es vorteilhaft, wenn der Schwinger mittig in zwei Kerne aufgespalten ist, von denen jeder eine Wicklung trägt. Dadurch kann mit

den gleichen Spulen zunächst eine remanente Vormagnetisierung des Kerns Torgenommen und dieser dann magnetostriktiv zu Biegeschwingungen angeregt werden. Der Schwinger wird zweckmäßigerweise auf einem zylindrischen Block gehalten, der über Speichen mit dem Gehäuse in Verbindung steht. Dies ist eine einfache und zuverlässige Halterung. Zum Schützen der Anordnung ist es vorteilhaft, wenn der zylindrische Block mit einer halbkugelförmigen Haube abgeschlossen ist, die der Strömung entgegensteht. Der Schwinger ist dann durch im Strömungsmedium enthaltene feste Bestandteile nicht beschädigbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zum Betreiben des Schwingers, Fig. 3 eine weitere Schaltungsanordnung zum Betreiben des Schwingers, Fig. h einen Ausschnitt eines Durchflußmessers nach Fig. T, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Massendurchflußmessers, Fig. 6 eine Ansicht von oben des Massendurchf lußmessers nach Fig. 5₅ Fig. J eine Auswerteschaltung, insbesondere für Massendurchflußmesser nach Fig. 5 und 6, Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Massendurchflußmesser nach der Erfindung, Fig. 9 eine Ansicht von oben der Anordnung nach Fig. 8 und Fig. 10 einen magnetostriktiven Schwinger, wie er beispielsweise in der Anordnung nach Fig. 8 und 9 Verwendung findet.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Massenstrom eines Mediums läßt sich mit Hilfe von Widerstandskörpern direkt bestimmen. Hierzu wird ein Staukörper parallel zur Rohrachse in Schwingungen mit konstanter Amplitude versetzt und die hierbei zusätzlich auftretende von der Strömung hervorgerufene Dämpfung beobachtet. Nähere Einzelheiten über die Wirkungsweise von Durchflußmessern mit schwingenden Stauscheiben sind beispielsweise der DE-OS 29 28 568 zu entnehmen. Schwierigkeiten bietet jedoch immer wieder die Anregung der schwingenden Stauscheibe. Eine elektromagnetische Anregung der schwingenden Stauscheibe bietet den Vorteil, daß verhältnismäßig robuste, stoßfeste Konstruktionselemente verwendet werden. Ferner besitzen die in Betracht kommenden Quellen der Meßsignale kleine innere Widerstände und daher sind die Signale wenig störanfällig. Die im folgenden beschriebenen Anordnungen sind so aufgebaut, daß nur sehr wenig Schwingungsenergie an das Gehäuse des Durchflußmessers abfließt.

In Fig. 1 dient als Schwinger ein Kreuz 6 aus magnetisch hochpermeablem Federband, dessen Balken k2 an ihren Enden jeweils eine Stauscheibe 39 tragen und so angeregt sind, daß sie im Gegentakt schwingen. So wird der Mittelpunkt des Kreuzes 6 zum Schwingungsknoten und kann deshalb ohne Energieverlust gehäusefest am Gehäuse 3 angeordnet werden. Das Gehäuse 3 ist rohrförmig zur Leitung des.zu messenden Fluids ausgebildet. Zur Dämpfung des Schwingers 6 tragen nur die inneren mechanischen Verluste des Federmaterials und das umgebende Fluid bei. Die Stauscheiben 39 schwingen im Ringspalt zwischen der Gehäusewand des Gehäuses 3 und

einer hier nicht dargestellten zylinderförmigen Verkleidung des Mittelteils und des elektromagnetischen Systems. Hierbei ist zu bedenken, daß von dem strömenden Medium ein einsinniger Druck auf die Stauscheiben 39 ausgeübt -wird, den die Kreuzbalken k2 ohne größere Durchbiegung aushalten müssen. Trotz der hierdurch erforderlichen Steifigkeit der Balken h2 genügen kleine Anregungskräfte, da das schwingende Kreuz β in Resonanz betrieben wird.

Zur Erregung des schwingenden Kreuzes β dienen zwei E-förmige, lamellierte Kerne 1 und 2 aus einem hochpermeablen Material, die axialsymmetrisch mit den Polflächen gegeneinander gekehrt, aber um 90 gegeneinander verdreht, in dem vom Meßfluid durchströmten Gehäuse befestigt sind. Die Mittelkerne sind mit Spulen k und 5 versehen und ihre Pblflächen schließen den Mittelteil des kreuzförmigen Schwingers 6 ein, während die Polflächen.der äußeren Kerne jeweils in geringem Abstand, einem Balken gegenüberstehen. Zur Anregung werden an die ¥icklungen der Mittelkerne Wechselspannungen angelegt. Die entstehenden Ströme erzeugen Wechselflüsse und aus diesen resultierende, periodisch um einen endlichen Mittelwert veränderliche Anziehungskräfte zwischen den Polflächen und den Balken 1+2.

Da die Kräfte mit dem Quadrat des erregenden Stromes wirken, ist die Pulsationsfrepenz der Kräfte doppelt so groß wie die Frequenz der anregenden Ströme. Werden nun die beiden Kerne 1 und 2 mit einer Phasendifferenz von 90 angeregt, wirken die Kräfte in den beiden Kernen 1 und 2 im Gegentakt, d. h. die Kreuzbalken schwingen bei gleicher Eigenfrequenz ge-

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genläufig. Zur Anzeige des Massestromes kann daher eine Schaltungsanordnung dienen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Auf jeden der Mittelkerne ist dabei eine zusätzliche Wicklung aufzubringen, in der eine zur zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses proportionale Spannung induziert wird. Durch Überlagerung einer Erregung mit der Grundwelle und einer Luftspaltvariation durch Schwingungen der Balken U2 in der zweiten Harmonischen entsteht im Fluß ein Anteil der dritten Oberwelle, der auch im induzierten Signal auftritt und dessen Phase von der Dämpfung des Schwingers abhängt. Zur Phasenmessung wird ein Bezugssignal mit der dreifachen Frequenz der Erregerspannung benötigt .

Hierzu wird die Ausgangsspannung eines Frequenzgenerators 7 mit der sechsfachen Grundfrequenz gleichzeitig zwei Frequenzteilern 8 und 9 zugeführt. Hierbei teilt der erste Frequenzgenerator 8 die Frequenz durch 3, während der zweite Frequenzteiler 9 die Frequenz durch 2 teilt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 8 gelangt über einen Inverter 10 zu einem weiteren Frequenzteiler 11 mit dem Teilerverhältnis 2 : 1 sowie direkt zum Teiler 11a mit dem gleichen Teilerverhältnis. So entstehen um 90 phasenverschobene Wechselspannungen mit der Grundfrequenz, die zur Speisung der Erregerwicklungen 12 und 13 dienen, die in den Spulen h und 5 untergebracht sind. Die in den Sekundärwicklungen lh und 15, die ebenfalls in den Spulen k und 5 untergebracht sind, induzierten Spannungen werden einem Summierer 16 zugeführt und dort addiert und über einen Bandpass 17 dem Phasendiskriminator 18 zugeführt. Als Referenzsignal für

den Phasendiskriminator 18 dient die am Ausgang des Frequenzteilers 9 anliegende Spannung, die das dreifache der Grundfrequenz aufweist. Diese wird über einen Phasenschieber 19 dem Phasendiskriminator zugeführt. Am Phasendiskriminator 18 ist das Ausgangssignal abgreif"bar. Der Phasenschieber 19 wird im ruhenden Zustand des Meßfluids so eingestellt, daß das Ausgangssignal 0 ist. Wird der Schwinger durch die Strömung zusätzlich bedämpft, so tritt in der dritten Oberwelle der induzierten Spannung eine Phasenverschiebung ein und am Ausgang erscheint eine als Maß für die' Dämpfung geeignete Spannung, die zur Anzeige des Massendurchflusses benutzt werden kann.

Eine zweite Möglichkeit zur Anregung des schwingenden Kreuzes 6 im Gegentakt besteht darin, in die beiden Spulen k und 5 zusätzliche konstante Gleichströme einzuspeisen, denen sich die anregenden Wechselströme überlagern. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei entsteht in jedem Kern 1 und 2 ein pulsierender Fluß ohne Vorzeichenumkehr. Es resultiert eine mit der Grundfrepenz pulsierende Anziehungskraft. Zwischen der Phasen der Wechselanteile in den Flüssen der beiden magnetischen Kreise besteht eine Differenz von 18O . Durch das Zusammenwirken von Erregung und Luftspaltänderung tritt diesmal im Fluß die zweite Harmonische auf. Weil die Balken U2 im Gegentakt schwingen, wird diese Oberwelle kompensiert. Das zusammengefaßte Signal der Sekundärspulen enthält im wesentlichen die Grundwelle. Seine Phase ist dämpfungsabhängig.

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- yf - .

Wie im vorigen Beispiel wird auch hier zur Auswertung ein Phasendiskriminator "benutzt. Die Fig. 3 gibt die Anordnung als Blockschaltbild. Von einem Frequenzgenerator 20 gelangt die Ausgangsspannung mit der Grundfrequenz über einen Inverter 21 zu einer ersten gesteuerten Stromquelle 22 und direkt zu einer weiteren Stromquelle 23. Der zweite Eingang ist "bei jeder der Stromquellen 22 und 23 mit der Gleichspannungsquelle 2k verbunden. Die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 2^4- ist höher als der negative Scheitel-wert der Spannung des Frequenzgenerators. Die pulsierenden Ausgangsströme durchfließen die Erregerwicklungen 12 und 13 der Spulen h und 5. Sie erzeugen Sekundärspannungen, die durch die Wicklungen "\k und 15 abgegriffen, im Summierer 16 aufaddiert und über den Bandpass 17 dem Phasendiskriminator 18 zugeführt sind. Als Referenzsignal für den Phasendiskriminator 18 dient die Ausgangsspannung des Frequenzgenerators 20, die über den Phasenschieber 19 zum Phasendiskriminator 18 gelangt. Am Phasendiskriminator 18 ist wiederum das Ausgangssignal abgreifbar. Der Phasenschieber 19 wird im ruhenden Zustand des Meßfluids so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 18 0 ist. Wird der Schwinger durch die Strömung zusätzlich bedämpft, so tritt in der Grundwelle der induzierten Spannung eine Phasenverschiebung ein und am Ausgang erscheint eine als Maß für die Dämpfung geeignete Spannung, die zur Anzeige des Massendurchflusses genutzt wird.

In einer weiteren Variante sind permanente Magnete 25 vorgesehen, die in den beiden magnetischen Kreisen konstante magnetische Vorspannungen erzeugen. Diesen

überlagert sich die von den Wicklungen 12 und 13 herrührende Durchflutung, so daß bei geeigneter Polung wieder gegenläufig pulsierende Flüsse ohne Vorzeichenumkehr entstehen. Dies hat den Vorteil, daß die Gleichspannungsquelle 2k in der Fig. 3 entfallen kann. Die Auswertung wird wie im Torgehenden Beispiel vorgenommen,

Die Fig. k zeigt ausschnittsweise einen Geber nach Fig. 1. Es sind wiederum die E-förmigen, lameliierten Kerne 1 und 2 erkennbar, die um 90 versetzt angeordnet sind. Auf den Mittelschenkeln sind die Spulen h und 5"erkennbar. Zwischen den Polflächen der Mittelschenkel der E-Kerne 1 und 2 und dem Schwinger sind Magnetscheiben 25 eingelegt, welche die magnetische Vorspannung bewirken.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das ebenso wie das in Fig. It- gezeigte Ausführungsbeispiel wirkt, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei der Anordnung nach Fig. 5 sind keine getrennten Ε-Kerne vorhanden, sondern ein koaxialer Elektromagnet mit einem koaxialen Eisenkörper 26, der eine Erregerwicklung 27 und eine Sekundärspule 28 umschließt, die auf einem Spulenträger k3 angebracht sind. Auf der Stirnfläche des Eisenkörpers 26 ist der kreuzförmige Schwinger 6 befestigt. In den Rand des Mantels kh des Eisenkörpers 26 sind gegenüber dem kreuzförmigen Schwinger 6 vier Magnetscheiben 29 eingelassen. Der Elektromagnet wird durch Speichen 30 zentrisch im Gehäuse 3 des Durchflußmessers gehalten. Zum Schutz gegen Beschädigungen ist der Schwinger durch eine halbkugelförmige Haube 31 gegen die Strömung hin abgedeckt. In diese Haube sind Schlitze ^5 zum freien

Ag

Durchtritt der Kreuzbalken eingefräst. Von den Magneten ist jeweils das einem Kreuzbalken zugeordnete Paar in gleicher Richtung magnetisiert, das andere Paar in Gegenrichtung.

Die Fig. 6 zeigt die gleiche Anordnung noch einmal •von oben in Strömungsrichtung. Man erkennt deutlich die am Gehäuse 3 angebrachten Speichen 3o, die zur Halterung des Schiebers dienen. Mittig ist die Haube 31 angebracht, die das Erregersystem Tor Beschädigung schützen soll. Aus der Haube 31 ragen die Stauscheiben 39 heraus, die an dem durch die Haube 31 verdeckten Schwinger 6 befestigt sind.

Wird die Erregerwicklung 27 von einem Wechselstrom durchflossen, so werden die Balken des Schwingers zu gegenläufigen Schwingungen angeregt. Ihr-e Rückwirkung auf den Fluß im Kern ist jedoch gleichsinnig in bezug auf die Grundwelle, während die geradzahligen Oberwellen unterdrückt werden. Im Gesamtfluß herrscht daher die Grundwelle vor. Die induzierte Spannung hat gegenüber dem Erregerstrom, wieder eine Phasenverschiebung, die von der Dämpfung des Schwingers beeinflußt wird. Die Fig. T zeigt ein Beispiel einer Auswerteschaltung. Der Frequenzgenerator T erregt über eine gesteuerte Stromquelle 32 die Wicklung 27 des Elektromagneten. Eine Gleichspannungsquelle kann wegen der Dauermagneten 29 entfallen. Die in der Sekundärwicklung 28 induzierte Spannung gelangt über den Bandpass 17 zum Phasendiskriminator 18, dessen Referenzspannung über den Phasenschieber 19 dem Ausgang des Frequenzgenerators entnommen wird. Am Ausgang des Phasendxskrimxnators

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ist wiederum das Meßsignal abnehmbar. Der Abgleich der Schaltungsanordnung erfolgt wie bereits zuvor beschrieben.

Heben der Auswertung der Dämpfung über die "von ihr verursachte Phasenverschiebung bestehen analog zum piezoelektrischen Massendurchflußmesser auch Möglichkeiten zur Anregung der Schwingung mittels Impulsen. Beispielsweise kann die Impulsantwort des Systems beobachtet und Breite oder Höhe des Anregungsimpulses so bemessen werden, daß eine Schwingung bestimmter Amplitude aufrechterhalten wird. Hierbei sind die Parameter der Anregung Stellgrößen der Amplitudenregelung und gleichzeitig ein Maß der Dämpfung. Nähere Einzelheiten sind der anfangs genannten Offenlegungsschrift zu entnehmen. Diese Methode ist jedoch nur bei Systemen mit Vormagnetisierung zweckmäßig, weil nur diese von sich aus Signalspannungen bei freier Schwingung des Biegeschwingers liefern.

Entsprechend den elektromagnetischen Systemen sind auch magnetostriktiv erregte Schwinger vorteilhaft einsetzbar. Magnetostriktiv erregte Schwinger haben den Vorteil, daß sie relativ hohe Temperaturen und mechanische Beanspruchungen ohne Schaden ertragen.

Als Meßfühler für die Strömung soll ein Biegeschwinger dienen, der im Gehäuse des Durchflußmessers längs eines Durchmessers ausgerichtet ist und dessen •mit Stauscheiben versehene Enden im Gleichtakt in einer durch die Rohrachse gelegten Ebene schwingen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt.

In einem Gehäuse 38 ist ein Block 36 mittels nicht dargestellter Speichen am Gehäuse "befestigt. Der Block 36 trägt Lagerböcke 35, durch die der Schwinger 33 gehaltert ist. Um wiederum die Verluste von Schwingungsenergie an das Gehäuse zu verhindern, ist de» Schwinger 33 in Knotenpunkten gelagert. Die Lagerung erfolgt dabei so, daß durch den Schwinger 33 in den Knotenpunkten Löcher zur Aufnahme eines federharten Drahtes gebohrt sind, der an den beiden Enden in Lagerböcken 35 aufgenommen ist. Die Fig. 9» die eine Ansicht von oben bei abgenommener Haube 31 zeigt, läßt nähere Einzelheiten erkennen. Der magnetostriktive Schwinger 33 weist an seinen Enden die bereits bekannten Stauscheiben 39 auf und ist in den Lagerböcken 35 gelagert, wobei in den Löchern an den Knotenpunkten ein federharter Draht 3^ durchgezogen ist, der an beiden Enden in den Lagerblöcken 35 gelagert ist. Diese sind mit dem zylindrischen Block 36 verbunden, von dem in Fig. 9 die Außenumrandung dargestellt ist. Der Block 36 ist mittels Speichen 37 im Gehäuse 38 gehaltert.

Zur magnetostriktiven Erregung einer Biegeschwingung mit den vorgesehenen Knotenpunkten müssen im Mittelteil des Schwingers, der vorzugsweise aus einer Legierung mit hoher Magnetostriktion und möglichst großem spezifischen Widerstand besteht, magnetische Wechselfelder erzeugt werden, die eine periodische Längung oder Kürzung des von ihnen durchsetzten Werkstoffes erzeugen. Hierzu wird der Schwinger 33 vorteilhaft so ausgebildet, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Der Schwinger 33 ist in seinem Mittelteil in zwei parallele, einzeln mit eingefädelten Wicklungen

^O und k"\ versehene Kerne aufgespalten. Diese "bilden einen geschlossenen Magnetkreis. Mittels eines Stromstoßes durch die in Reihe geschalteten Wicklungen wird dieser Kreis vorab remanent magnetisiert. Die Richtungen des Vektors der Magnetisierung sind im Bild durch Pfeile angedeutet. Je nach dem Vorzeichen der Magnetostriktion tritt hierbei in "beiden Schenkeln gleichzeitig eine Kürzung oder Längung auf, die gleich groß ist und daher keine Verbiegung des Schwingers hervorruft. Nach der Magnetisierung werden dann die Spulen entweder in Reihe oder parallel derart geschaltet, daß nunmehr eine angelegte Spannung zu parallel laufenden zusätzlichen Durchflutungen in den Schenkeln führt, deren Richtungen für einen Momentanwert der Spannung durch die gestrichelten Pfeile angezeigt ist. Hierdurch verändern sich die Magnetisierungen in den "beiden Schenkeln gegenläufig und dabei treten entgegengesetzte Längenänderungen auf, die eine Verbiegung des Schwingers bewirken. Wird eine Wechselspannung an die Spulen UO und hl angelegt, so tritt eine Biegeschwingung auf. Die Amplitude der Schwingung hängt außer von der Spannung noch vom Verhältnis der Längen der Schenkel zu deren Abstand ab und ist somit durch die Gestalt der Verzweigung beeinflußbar. An den Enden des Schwingers 33 sind die Stauscheiben 39 erkennbar, die durch die Strömung bedämpft werden. Hierdurch ändert sich mittelbar die Güte der durch die beiden Spulen dargestellten Induktivität. Beispielsweise mittels einer Brückenschaltung läßt sich diese Änderung messen und zur Anzeige des Massenstromes verwenden.

Wird das Spulensystem mit den Wicklungen Uo und U1

durch einen Impuls erregt, so treten als Impulsantwort des Schwingers frei gedämpfte Schwingungen auf, deren Dekrement ein Maß der Dämpfung ist. Zur Durchflußmessung kann z. B. dieses Dekrement "bestimmt oder es können die Parameter der Anregung hei konstant geregelter Amplitude einer Dauer schwingung als Maß der Dämpfung verwendet werden.

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Claims

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Fd/Jä 26.5'.1981

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

1. -Massendurchflußmesser für strömende Medien mit mindestens einem im Strömungsquerschnitt angeordneten, von einem Magnetsystem zu Schwingungen angeregten Geber, wobei das Magnetsystem die durch die Strömung bedingte Dämpfung der Schwingung ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber als ein Kreuz (6) aus magnetisch leitendem Material, insbesondere Federband, ausgebildet ist, dessen Balken (h2) an ihren Enden Stauscheiben (39) tragen und durch das Magnetsystem zu Schwingungen im Gegentakt angeregt sind.

2. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber im Mittelpunkt des Schwingkreuzes (6) durch Konstruktionselemente fest mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.

3. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung der Schwinger

Ε-Kerne (1, 2) dienen, die auf ihren Mittelschenkeln Spulen (k, 5) tragen und die mit ihren Polflächen einander zugekehrt, jedoch um den Winkel der Balken (U2) verdreht, gehäusefest angeordnet sind.

h. Massendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschenkel der Kerne (1, 2) den mittleren Teil des Schwingkreuzes (6) zwischen ihren Polflächen aufnehmen und die Polflächen der äußeren Schenkel mit dem Balken (U2) einen Luftspalt bilden.

5. Massendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 his 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschenkel der Kerne (1, 2) mit dem mittleren Teil des Schwingkreuzes (6) über Dauermagneten (25) in Verbindung stehen und daß die Polflächen der äußeren Schenkel mit den Balken (k-2) einen Luftspalt bilden.

6. Massendurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung der Schwingungen ein koaxial angeordneter Elektromagnet mit einem Eisenkörper (26) -vorgesehen ist, der eine Erregerwicklung (27) und eine Sekundärspule (28) trägt und in dessen Mantel (kk) gegenüber den Balken (39) Dauermagnetscheiben (29) eingelassen sind.

T. Massendurchfluftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strömungsq.uelle hin eine halbkugelförmige Haute (31) über den Magneten angeordnet ist.

8. Massendurchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet j daß die Haube (31) mit dem Mantel (U¹I) des koaxial angeordneten Elektromagneten in Verbindung steht und zur Durchführung der Balken (39) Schlitze (U5) aufweist.

9. Schaltungsanordnung zur Erregung Ton Massendurchflußmessern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzgenerator (7) vorgesehen ist, mit dem zwei um 90 verschobene Wechselspannungen erzeugbar sind, mit denen die Erregerwicklungen (12, 13) der Spulen (U, 5) gespeist sind und daß die Spannungen, die in den Sekundärwicklungen (1U, 15) induziert sind, aufsummiert und einem Phasendiskriminator (18) zugeführt sind.

10. Schaltungsanordnung zur Erregung von Massendurchflußmessern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzgenerator (20) vorgesehen ist, mit dem zwei um·I80 verschobene Wechselspannungen erzeugbar sind, die mit einem Gleichstrom

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überlagert sind und mit denen die Erreger-wicklungen (12, 13) gespeist sind, und daß die Spannungen, die in den Sekundärwicklungen (1U, 15) induziert sind, aufsummiert und einem Phasendiskriminator (18) zugeführt sind. '

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Summierer (16) und Phasendiskriminator (18) ein Bandpass (17) geschaltet ist.

12. Schaltungsanordnung zur Erregung "von Massendurchflußmessern nach einem der Ansprüche 5 his 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freq.uenzgenerator (7) Torgesehen ist, der über eine gesteuerte Stromquelle (32) eine Erregerwicklung (27) speist und daß die Spannung, die in der Sekundärwicklung (28) induziert wird, vorzugsweise über einen Bandpass (17) einem Phasendiskriminator (18) zugeführt ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich ein Phasenschieber (19) vor dem Phasendiskriminator (18) angeordnet ist.

1U. Massendurchflußmesser für strömende Medien mit mindestens einem im Strömungsquerschnitt angeordneten von einem Magnetsystem zu Schwingungen angeregten Geher, wobei das Magnetsystem die durch die Strömung bedingte Dämpfung der Schwingung ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger als magnetostriktiver Stab (33) ausgebildet ist, an dessen Enden Stauscheiben (39) angebracht sind und der an mindestens zwei Schwingungsknotenpunkten Bohrungen aufweist, in die Lager (3^₉ 35) eingreifen.

15· Massendurchflußmesser nach Anspruch 1U, dadurch

gekennzeichnet, daß durch die Bohrungen federharte

Drähte (3¹O geführt sind, die in Lagerböcken (35) gelagert sind.

16-, Massendurchflußmesser nach Anspruch ^J\k oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (33) mittig in zwei Kerne aufgespalten ist, "von denen jeder eine Wicklung (Ii-O₉. lt-1 ) aufnimmt.

17· Massendurchf lußmesser nach einem der Ansprüche *\h bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger auf einem zylindrischen Block (36) gehalten ist, der über Speichen (37) im Gehäuse (3) gehalten ist.

18. Massendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 17s dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Block (36) mit einer halbkugelförmigen Haube (31) ab geschlossen ist, die der Strömung entgegensteht.