DE3204573A1 - Circuit arrangement for generating a pulsating magnetic field in the exciter coil of an inductive flow meter - Google Patents
Circuit arrangement for generating a pulsating magnetic field in the exciter coil of an inductive flow meterInfo
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VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNERFROM KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES FROM KREISLER KELLER SELTING WERNER
PATENTANWÄLTE TURBO-WERK Fritz Hammelrath Dr.-Ing. von Kreislert 1973PATENTANWÄLTE TURBO-WERK Fritz Hammelrath Dr.-Ing. by Kreislert 1973
Gremberger Str. · 1 51 Dr _|ng K Schönwdd/ Kö|n Gremberger Str. 1 51 Dr _ | ng K Schönwdd / Kö | n
Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden 5000 Köln 91 Dr, J. F. Fues, KölnDr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden 5000 Cologne 91 Dr, J. F. Fues, Cologne
Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, KölnDipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne Dipl.-Chem. Carola Keller, Cologne Dipl.-Ing. G. Selting, Cologne Dr. H.-K. Werner, Cologne
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10. Februar 1982 Sg-FeFebruary 10, 1982 Sg-Fe
Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsierenden magnetischen Feldes in der Erregerspule eines induktiven DurchflußmessersCircuit arrangement for generating a pulsating magnetic field in the excitation coil of an inductive Flow meter
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsierenden magnetischen Feldes in der Erregerspule eines,induktiven Durchflußmessers, mit einer Stromimpulsquelle, die mindestens ein steuerbares elektronisches Bauteil enthält, das den Strom durch die Erregerspule in Abhängigkeit von dem Signal eines im Erregerkreis liegenden Stromfühlers regelt.The invention relates to a circuit arrangement for generating a pulsating magnetic field in the excitation coil of an inductive flow meter with a current pulse source, which contains at least one controllable electronic component that the current through the Excitation coil regulates depending on the signal from a current sensor located in the excitation circuit.
Induktive Durchflußmesser dienen zur Messung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch eine Rohrleitung (DE-OS 29 41 383). Sie weisen mindestens eine Erregerspule auf, die im Innern der Rohrleitung ein pulsierendes Magnetfeld erzeugt. Durch die in der strömenden Flüssigkeit enthaltenen Ladungsträger entsteht in der Flüssigkeit ein elektrisches.Potentialgefälle, das durch an der Rohrwand in gegenseitigem Abstand angeordnete Elek-Inductive flow meters are used to measure the flow rate of a liquid through a pipe (DE-OS 29 41 383). They have at least one excitation coil, which is pulsating inside the pipeline Magnetic field generated. The charge carriers contained in the flowing liquid are created in the liquid an electrical potential gradient, which is generated by the mutually spaced electrical
W O *WHERE *
V * ♦V * ♦
troden gemessen und ausgewertet wird. Die gemessene Potentialdifferenz bildet ein Maß für die pro Zeiteinheit fliessende Flüssigkeitsmenge.trode is measured and evaluated. The measured potential difference forms a measure of the amount of liquid flowing per unit of time.
Zur Speisung der Erregerspule wird bei den bekannten Durchflußmessern eine Stromimpulsquelle benutzt, bei der : die Amplitude der Stromimpulse geregelt wird. Die Stromimpulsquelle wird mit einer ungeregelten Spannung versorgt, die natürlich größer sein muß als die Ausgangsspannung. Die Spannungsdifferenz zwischen der ungeregelten Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Stromimpulsquelle multipliziert mit dem Strom wird von dem steuerbaren elektronischen Bauteil in Wärme umgesetzt. Dies bedeutet, daß nicht nur erhebliche Energieverluste entstehen, die eine unnötig hohe EingangsIeistung des Gerätes erforderlich machen, sondern daß außerdem erheblicher Aufwand für die Kühlung der sich erwärmenden elektronischen Bauteile erforderlich ist. Durch derartige Kühlmittel werden das Gewicht und die baulichen Abmessungen des Gerätes vergrößert.In the known flowmeters, a current pulse source is used to feed the excitation coil, in which : the amplitude of the current pulses is regulated. The current pulse source is supplied with an unregulated voltage, which of course must be greater than the output voltage. The voltage difference between the unregulated input voltage and the output voltage of the current pulse source multiplied by the current is converted into heat by the controllable electronic component. This means that not only do considerable energy losses occur, which make an unnecessarily high input power of the device necessary, but also that considerable effort is required for cooling the electronic components which are heated up. Such coolants increase the weight and the structural dimensions of the device.
Bei den bekannten Durchflußmessern ist die Folgefrequenz, 2.0 mit der die Stromimpulse für die Erregerspule erzeugt werden, fest. Einerseits sollte die Impulsfolgefrequenz groß sein, um eine kurze Reaktionszeit des Meßgerätes zu erhalten und um einen großen Frequenzabstand zwischen dem Nutzsignal und den niederfrequenten Störungen zu erhalten; andererseits darf die Folgefrequenz aber auch nicht zu groß gemacht werden, da bei höheren Frequenzen die Kabelkapazitäten und die Wirbelstromverluste zu Fehlern führen. Die' richtige Wahl der Folgefrequenz ist auch von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit abhängig und insbesondere von der Größe und der Verteilung leitfähiger Partikel in der Flüssigkeit.In the known flow meters, the repetition frequency is 2.0 with which the current pulses for the excitation coil are generated. On the one hand, the pulse repetition rate should be large be to get a short response time of the measuring device and to a large frequency difference between the To receive the useful signal and the low-frequency interference; On the other hand, the repetition frequency must not be made too high, since the cable capacitance at higher frequencies and the eddy current losses lead to errors. The correct choice of the repetition frequency is also dependent on the conductivity depending on the liquid and in particular on the size and distribution of conductive particles in the Liquid.
Es ist bekannt, zur Erzeugung des Stromes für die Erregerspule einen linearen Regelkreis zu verwenden, bei dem das elektronische Bauteil jeweils soweit in den Leitzustand gesteuert wird, daß ein Strom der gewünschten Größe erzeugt wird. Hierbei entsteht jedoch eine erhebliche Verlustwärme . Ferner ist es bekannt, zwei im Gegentakt betriebene elektronische Bauteile einzusetzen, wobei in einer Halbperiode ein positiver Amplitudenwert des Erregerstromes und in der nächstfolgenden Halbperiode ein riegativer Amplitudenwert erzeugt wird.It is known to use a linear control loop to generate the current for the excitation coil, in which the Electronic component is controlled to the extent that it is in the conductive state that a current of the desired size is generated will. However, this results in considerable heat loss. It is also known to operate two in push-pull to use electronic components, with a positive amplitude value of the excitation current in one half cycle and a reasonable amplitude value is generated in the next half-period.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, . daß die Leistungsaufnahme gegenüber den bekannten Schaltungen erheblich verringert ist und daß demnach auch der Aufwand zur Abführung der Verlustwärme reduziert wird.The invention is based on the object of a circuit arrangement of the type mentioned in such a way,. that the power consumption compared to the known circuits is significantly reduced and that accordingly the effort for dissipating the heat loss is also reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das elektronische Bauteil ein impulsweise steuerbarer, nur zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Zustand •umschaltbarer elektronischer Schalter ist, daß das Signal des Stromfühlers in einem Komparator mit einem Sollwertsignal verglichen wird und daß das Sollwertsignal ein sich periodisch änderndes Impulssignal ist.To solve this problem, the invention provides that the electronic component is controllable in pulses, only between a closed and an open state • Switchable electronic switch is that the signal of the current sensor in a comparator with a setpoint signal is compared and that the setpoint signal is a periodically changing pulse signal.
Nach der Erfindung ist der elektronische Schalter entweder in geöffnetem oder geschlossenem Zustand. Der jeweilige Zustand wird aber nicht über eine Halbperiode des Sollwertsignals aufrechterhalten, sondern er ändert sich mit einer relativ hohen Frequenz, die wesentlich höher ist als diejenige des niederfrequenten Sollwertsignals. Die Erregerspule, der die von dem elektronischen Schalter geschaltete Spannung zugeführt wird, bewirkt eine Glättung und Mittelwortb.il-According to the invention, the electronic switch is either in the open or closed state. The current state but is not maintained over a half period of the setpoint signal, but it changes with a relative high frequency, which is significantly higher than that of the low-frequency setpoint signal. The excitation coil, the the voltage switched by the electronic switch is supplied, causes a smoothing and middle word b.il-
dung des Stromes. Der Mittelwert stellt sich selbsttätig auf den gewünschten Sollwert ein. Dies wird dadurch erreicht, daß die Ansprechschwelle des Komparators während einer Halbperiode des Sollwertsignals mehrfach nach unten und nach oben überschritten wird, so daß der Komparator eine häufige Umschaltung des elektronischen Schalters bewirkt. Die Schaltschwelle des Komparators verändert sich in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal, das den Komparator gewissermaßen programmiert.generation of the current. The mean value automatically adjusts itself to the desired setpoint. This is because of this achieves that the response threshold of the comparator down several times during a half period of the setpoint signal and is exceeded upwards, so that the comparator causes frequent switching of the electronic switch. The switching threshold of the comparator changes depending on the setpoint signal that the comparator programmed in a way.
Ein besonderer Vorteil der Schaltungsanordnung besteht in der geringen Verlustleistung. Die der Schaltungsanordnung insgesamt zugeführte Energie wird zu einem extrem hohen Anteil für die Speisung der Erregerspule benutzt. Da die Erregerspuie nur geringe Ohmsche Verluste hat und vorwiegend induktiv ist, ist die insgesamt aufgenommene Leistung sehr gering. Das Gerät eignet sich somit auch für Batteriebetrieb. Es kann sogar als tragbares Handgerät ■ ausgebildet werden, weil schwergewichtigte Wärmeableitplatten nicht benötigt werden. Wenn der elektronische '20 Schalter im leitenden Zustand ist, ist sein Widerstand extrem gering, so daß die in dem elektronischen Schalter in diesem Zustand anfallende Verlustwärme selbst bei großen Strömen klein ist. Ist der elektronische Schalter dagegen im geöffneten Zustand, so fließt nur ein ganz geringer Reststrom. In diesem Zustand ist die Verlustleistung eben'falls sehr gering. Ein Zwischenstadium zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand tritt praktisch nicht ein.A particular advantage of the circuit arrangement consists in the low power loss. The total energy supplied to the circuit arrangement becomes extremely high Part used for supplying the excitation coil. Since the excitation coil has only low ohmic losses and predominantly is inductive, the total power consumed is very low. The device is therefore also suitable for battery operation. It can even be designed as a portable hand-held device because of its heavy-weight heat dissipation plates are not needed. When the '20 electronic switch is in the conductive state, its resistance is extremely low, so that the heat loss occurring in the electronic switch in this state even with large currents is small. If, on the other hand, the electronic switch is in the open state, only a very small amount of it flows Residual current. In this state, the power loss is also very low. An intermediate stage between the open and the closed state practically does not occur.
Die Schalthäufigkeit, mit der. der Komparator die Umschal-The switching frequency with which. the comparator switches
tung des elektronischen Schalters vornimmt, hängt wesentlich von der Hysterese des Komparators ab. Wenn diese Hysterese groß ist, erfolgt eine weniger häufige Umschaltung als bei geringer Hysterese. Es ist auch möglich, einen Komparator zu verwenden, der keine Schalthysterese hat, wenn zwischen den Stromfühler und den Komparator ein Verzögerungsglied geschaltet ist. Dieses Verzögerungsglied, bewirkt, daß dem Eingang des Komparators das Signal des: Stromfühlers mit einer gewissen Verzögerung zugeführt wird, so daß-der Schaltvorgang im Komparator immer erst mit einer gewissen Verzögerung ausgeführt wird. Das Verzögerungsglied bestimmt also in Verbindung mit den Daten der Erregerspule die Frequenz, mit der der elektronische Schalter umgeschaltet wird.processing of the electronic switch depends essentially on the hysteresis of the comparator. If this hysteresis is large, the switching is less frequent than with low hysteresis. It is also possible to use a comparator that has no switching hysteresis when a delay element is connected between the current sensor and the comparator. This delay element, causes the signal of the: current sensor to be fed to the input of the comparator with a certain delay, so that the switching process in the comparator always starts with a certain delay is carried out. The delay element determines in connection with the data of the excitation coil the frequency with which the electronic switch is switched.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei im Gegentakt gesteuerte elektronische Schalter, die' an entgegengesetzte Potentiale angeschlossen sind, mit der Erregerspule verbunden. Auf diese Weise kann mit relativ geringen Absolutwerten der Amplituden eine große zeitliche Änderung des Stromwertes an der Erregerspule erreicht werden.In a preferred embodiment of the invention are two electronic switches controlled in push-pull, which are connected to opposite potentials connected to the excitation coil. In this way, with relatively small absolute values of the amplitudes, a large temporal change of the current value at the excitation coil can be achieved.
Gemäß weiterer Erfindung ist zur Erzeugung des niederfrequenten Sollwertsignals eine Frequenzteilerkette vorgesehen, an der unter-, schiedliche Impulsfrequenzen abgreifbar sind. Bei einem derartigen Durchflußmesser ist demnach die Impulsfrequenz des Erregerstromes wählbar. Die Impulsfrequenz kann auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden. Sie · wird beispielsweise relativ hoch gewählt, wenn durch das Elektrodenpotential, pulsierende Strömungen usw. niederfrequente Störsignale entstehen, die dann auf einfacheAccording to a further invention is for generating the low-frequency setpoint signal a frequency divider chain is provided at which different pulse frequencies can be tapped. At a such a flow meter is therefore the pulse frequency of the excitation current can be selected. The pulse frequency can be adjusted to the particular application. She · is selected to be relatively high, for example, if the electrode potential, pulsating currents, etc. are low-frequency Interfering signals arise, which then on simple
Weise mit einem Frequenzfilter herausgefiltert werden können, und sie wird relativ niedrig gewählt, wenn Kabelkapazitäten oder andere Hochfrequenzeinflüsse so groß sind, daß sie das Meßergebnis bei einer hohen Impulsfrequenz beein-r flüssen würden. Vorzugsweise wird die Frequenzteilerkette mit der Netzfrequenz angesteuert. Diese Art der Ansteuerung hat den Vorteil, daß sie sehr einfach durchzuführen ist und daß sie zu einer netzsynchronen, sehr konstanten Impulsfrequenz führt, bei der sich dem Nutzsignal überlagerte 10. Netzstörungen in bekannter Weise unterdrücken lassen.Can be filtered out with a frequency filter, and it is chosen to be relatively low if cable capacitances or other high-frequency influences are so great that they affect the measurement result at a high pulse frequency would flow. The frequency divider chain is preferably controlled with the mains frequency. This type of control has the advantage that it is very easy to carry out and that it results in a very constant pulse frequency that is synchronized with the mains leads, in which the useful signal 10 superimposed network disturbances can be suppressed in a known manner.
Zur Erzeugung des Sollwertsignals kann ein Impulsfiltervorgesehen sein, das aus einem Impulszug nur jeweils den η-ten Impuls durchläßt, wobei η eine natürliche Zahl, vorzugsweise eine Potenzzahl von 2, ist. Dies ermöglicht es, die Messung nur zu gewissen Zeitpunkten, die mit zeitlichen Abständen aufeinanderfolgen, durchzuführen, um die Leistungsaufnahme des Gerätes und damit die restliche Verlustleistung im Meßumformer und Erregerspule in einstellbarer Weise zu reduzieren (Batteriebetrieb, Betrieb bei hoher Umgebungstemperatur). Ferner besteht die Möglichkeit, mehrere Erregerspulen verschiedener Durchflußmesser von einer gemeinsamen Schaltungsanordnung aus zeitlich gestaffelt nacheinander zu speisen.A pulse filter can be provided to generate the setpoint signal be that from a pulse train only lets through the η-th pulse, where η is a natural number, preferably is a power of 2. This makes it possible to take the measurement only at certain points in time, which are temporally Successive intervals in order to reduce the power consumption of the device and thus the remaining power loss adjustable in the transmitter and excitation coil (battery operation, operation at high ambient temperatures). There is also the possibility of several excitation coils of different flow meters from one common To feed circuit arrangement from one after the other staggered in time.
Die Frequenz, mit der der elektronische Schalter schaltet, liegt vorzugsweise im Tonfrequenzbereich, beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 20 kHz. Sie ist wesentlich größer als die Frequenz des Sollwertsignals, die vorzugsweise in der Größenordnung von 1 Hz bis 2 5 Hz liegt. Beide Frequenzen sollten sich mindestens um den Faktor 100 unterscheiden. The frequency at which the electronic switch switches is preferably in the audio frequency range, for example on the order of 1 to 20 kHz. It is significantly greater than the frequency of the setpoint signal, which is preferably of the order of 1 Hz to 2 5 Hz. Both Frequencies should differ by at least a factor of 100.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following, with reference to the drawings, a Embodiment of the invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der Schaltungsanordnung ,1 shows a schematic block diagram of the circuit arrangement ,
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der Schaltung zur Erzeugung der Sollwertsignale undFig. 2 is a schematic circuit diagram of the circuit for generating the setpoint signals and
Fig. 3 eine Impulsdarstellung der Spannungs- und Stromverläufe an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1.3 shows a pulse representation of the voltage and current curves at various points in the circuit according to FIG. 1.
Gemäß Fig.1 wird die Erregerspule 10, die außerhalb eines (nicht dargestellten) Rohres angeordnet ist und im Innern dieses Rohres ein Magnetfeld erzeugt, von einem Erregerstrom durchflossen, der abwechselnd von einem ersten elektronischen Schalter 11 oder einem zweiten elektronischen Schalter 12 geliefert wird. Die elektronischen Schalter 11 und 12 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel • komplementäre Schalttransistoren, wobei der Schalter 11 ein npn-Transistor und der Schalter 12 ein pnp-Transistor ist. Die Emitter der Schalter 11 und 12 sind zusammengeschaltet und mit dem einen Pol der Erregerspule 10 verbunden. Die Basen der Transistoren sind ebenfalls zusammengeschaltet. Der Kollektor des Schalters 11 ist mit dem Pluspol und der Kollektor des Schalters 12 mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden. Anstelle der Schalttransistoren können auch andere steuerbare HaIbleiterelemente, wie z.B. Thyristoren, verwendet werden.According to Figure 1, the excitation coil 10, which is outside of a (not shown) tube is arranged and generates a magnetic field inside this tube, from an excitation current flowed through, alternately by a first electronic switch 11 or a second electronic Switch 12 is supplied. The electronic switches 11 and 12 are in the present embodiment Complementary switching transistors, the switch 11 being an npn transistor and the switch 12 being a pnp transistor is. The emitters of switches 11 and 12 are connected together and connected to one pole of the excitation coil 10. The bases of the transistors are also connected together. The collector of the switch 11 is with the positive pole and the collector of the switch 12 with connected to the negative pole of a voltage source. Instead of the switching transistors, other controllable semiconductor elements, such as thyristors can be used.
Der andere Pol der Erregerspule 10 ist über einen Strom-The other pole of the excitation coil 10 is via a current
fühler 13 mit Massepotential verbunden. Der Stromfühler besteht aus einem niederohmigen Widerstand, an dem der durch die Erregerspule 10 fließende Strom einen Spannungsabfall erzeugt. Die Spannung am Stromfühler 13 wird über ein Verzögerungsglied 14 dem Istwert-Eingang eines Komparator s 15 zugeführt. Das Verzögerungsglied 14 weist einen Längswiderstand und einen mit Masse verbundenen Ableitkondensator' auf. Durch Veränderung des Wertes des Längs-.Widerstandes kann die Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes verändert werden.sensor 13 connected to ground potential. The current sensor consists of a low resistance at which the current flowing through the excitation coil 10 has a voltage drop generated. The voltage at the current sensor 13 is fed via a delay element 14 to the actual value input of a comparator s 15 supplied. The delay element 14 has a Series resistance and a leakage capacitor connected to ground '. By changing the value of the longitudinal resistance the time constant of the delay element can be changed.
Dem Sollwert-Eingang des !Comparators 15 wird ein an einem Potentiometer 16 abgreifbares Sollwertsignal zugeführt. Dieses Sollwertsignal, dessen Erzeugung noch erläutert wird, ist eine Impulsfolge aus abwechselnd positiven und negativen niederfrequenten Impulsen. .Der Komparator 15 hat Schwellwertverhalten, d.h. er erzeugt ein "1"-Signal, wenn die Amplitude an dem Istwert-Eingang größer ist als die Amplitude an dem Sollwert-Eingang, und er erzeugt in allen übrigen Fällen ein "0"-Signal. Das Ausgangssignal des Komparators 15 steuert direkt oder über andere Schaltmittel die Basen der elektronischen Schalter 11 und 12. Wie bei getakteten Netzteilen, so kann man auch hier auf einen Leistungs-Netztrafo ggf. verzichten und die Stromquelle über Gleichrichter und Siebkondensatoren direkt ans Netz anschließen, wobei die Basen der Leistungstransistoren über Optokoppler ausgesteuert werden.The setpoint input of the! Comparator 15 is connected to a Potentiometer 16 supplied setpoint signal that can be tapped off. This setpoint signal, the generation of which will be explained below is a pulse train of alternating positive and negative low-frequency pulses. The comparator 15 has threshold behavior, i.e. it generates a "1" signal, if the amplitude at the actual value input is greater than the amplitude at the setpoint input, and it generates in in all other cases a "0" signal. The output signal of the Comparator 15 controls directly or via other switching means the bases of the electronic switches 11 and 12. As with clocked power supplies, you can also use one here If necessary, do without the power mains transformer and the power source Connect directly to the mains via rectifiers and filter capacitors, with the bases of the power transistors can be controlled via optocouplers.
In Fig. 3 ist bei a der zeitliche Verlauf des Sollwertsig-■nals dargestellt. Dieses Sollwertsignal besteht aus einander · abwechselnden positiven und negativen Spannungen mit normierter Amplitude. Die Frequenz des Sollwertsignals beträgt 25 Hz.In FIG. 3, at a, the course of the setpoint signal over time is ■ nals shown. This setpoint signal consists of alternating positive and negative voltages with normalized Amplitude. The frequency of the setpoint signal is 25 Hz.
Bei b ist der zeitliche Verlauf des Stromes I durch die Erregerspule 10 dargestellt. Wenn das Sollwertsignal U positiv ist, liefert der Komparator 15 ein "1"-Signal,■ das an die Basen der elektronischen Schalter 11 und 12 gelegtAt b, the time course of the current I through the excitation coil 10 is shown. When the setpoint signal U is positive, the comparator 15 delivers a "1" signal, ■ that placed on the bases of the electronic switches 11 and 12
- af- af
wird. Hierdurch wird der Schalter 11 geöffnet und der ' Schalter 12 geschlossen. Die positive Versorgungsspannung, die an den Schalter 11 gelegt ist, erzeugt im Dauerzustand einen Erregerstrom, der größer ist als der eingestellte Sollwert. Dieser Erregerstrom baut sich jedoch wegen der Induktivität der Erregerspule 10 nur langsam auf. Wenn der Erregerstrom den Sollwert I erreicht hat, schaltet mit einer durch das Verzögerungsglied 14 bewirkten Verzögerung der Komparator 15 um. Daraufhin wird der Schalter 11 geschlossen und der Schalter 12 voll geöffnet. Infolge der Speicherwirkung der Erregerspule 10 fällt der Erregerstrom' langsam ab, um wieder unter den Sollwert I zu sin-will. This opens the switch 11 and closes the switch 12. The positive supply voltage, which is applied to the switch 11, generates an excitation current in the steady state, which is greater than the set one Setpoint. However, this excitation current builds up because of the Inductance of the excitation coil 10 only slowly. if the excitation current has reached the setpoint I, switches with a delay caused by the delay element 14 the comparator 15 um. The switch 11 is then closed and the switch 12 is fully opened. As a result of Storage effect of the excitation coil 10, the excitation current drops slowly to fall below the setpoint I again.
ken. Dieses Absinken des Erreger stromes ist in Fig. 3' ·' mit 17 bezeichnet. Eine kurze Zeit nach Unterschreiten des Sollwertes I schaltet der Komparator 15 von neuemken. This decrease in the excitation current is shown in Fig. 3 ' · 'Denoted by 17. A short time after falling below the setpoint value I, the comparator 15 switches again
um, wodurch der Schalter 12 wieder in den geöffneten und der Schalter 11 in den geschlossenen Zustand geschaltet wird. Auf diese Weise erhält der Erregerstrom I den in Fig. 3 dargestellten zackenförmigen Verlauf. Der Erregerstrom pendelt um den Sollwert I , der den Mittelwert bildet. Diese Zacken entstehen dadurch, daß die elektronischen Schalter 11 und 12 jeweils zwischen dem geschlossenen und dem geöffneten Zustand· abwechselnd umgeschaltet werden.around, whereby the switch 12 is switched back into the open state and the switch 11 into the closed state will. In this way, the excitation current I has the serrated profile shown in FIG. 3. The excitation current oscillates around the setpoint I, which forms the mean value. These spikes are created by the fact that the electronic Switches 11 and 12 are alternately switched between the closed and the open state will.
Wird das Sollwertsignal U anschließend negativ, dann finden die gleichen Vorgänge statt, wobei ein sich sägezahnförmig um einen negativen Sollwert als Mittelwert verändernder Erregerstrom entsteht.If the setpoint signal U is then negative, then the same processes take place, with a sawtooth shape An excitation current that changes by a negative setpoint as the mean value arises.
In Fig. 3 ist bei c der Spannungsverlauf U am Erregermagneten· 10 dargestellt. Solange der Schalter 12 geöffnet und der Schalter T1 geschlossen ist, nimmt die Spannung UIn Fig. 3 the voltage curve U at the exciter magnet is at c 10 shown. As long as the switch 12 is open and the switch T1 is closed, the voltage U increases
YS - YS -
den vollen positiven Wert ein. Wird dagegen in der Phase 17. der Schalter 12 geschlossen und der Schalter 11 geöffnet, dann nimmt die Spannung U den vollen negativen Wert ein. Der Mittelwert der Erregerspannung U während der positiven Halbwelle des Sollwertsignals U nimmt einen Wert an, der imstande ist, genau den gewünschten Erregerstrom hervorzurufen. the full positive value. If, on the other hand, switch 12 is closed and switch 11 is opened in phase 17, then the voltage U assumes the full negative value. The mean value of the excitation voltage U during the positive Half-wave of the setpoint signal U assumes a value that is able to produce exactly the desired excitation current.
Wird die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 14 vergrößert, dann vergrößern sich die Zeitdauern der Flanken 17 und 18, so daß die Frequenz, mit der die elektronischen Schalter 11 und 12 umgeschaltet werden, verringert wird. Diese Umschaltfrequenz liegt bei einem praktisch ausge-. führten Ausführungsbeispiel bei etwa 10 kHz und hat dem- nach mehr als das Hundertfache der Frequenz des Sollwertsignales U.If the delay time of the delay element 14 is increased, then increase the duration of the edges 17 and 18, so that the frequency with which the electronic Switches 11 and 12 are switched, is reduced. This switching frequency is practically at one. led embodiment at about 10 kHz and accordingly has more than a hundred times the frequency of the setpoint signal U.
In Fig. 2 ist eine Schaltung zur Erzeugung des Sollwertsignals U dargestellt.In Fig. 2, a circuit for generating the setpoint signal U is shown.
Mit der Netzspannung von 50 Hz wird.eine Impulsformerstufe 19 angesteuert, die Rechteckimpulse von abwechselnd positiver und negativer Amplitude liefert. Diese Rechteckimpülse steuern einen Zähler oder eine Impulsteilerkette 20 an. Die Ausgänge der Impulsteilerkette 20 sind jeweils mit den Divisoren 1,2,4,8 bezeichnet, durch die die Eingangsfrequenz geteilt wird. Jeweils einer dieser ,25 Ausgänge kann mit einer Leitung 21 verbunden werden, die über eine Frequenzteilerstufe 22 und einen Verstärker 23 mit dem Potentiometer 16 verbunden ist. Der andere Anschluß des Potentiometers 16 liegt an Masse. Die Frequenzteilerstufe 22 halbiert die an ihrem Eingang anstehende und von der Leitung 21 kommende Impulsfrequenz. Sie ent-With the mains voltage of 50 Hz, a pulse shaper stage is created 19, which delivers square-wave pulses of alternating positive and negative amplitude. This rectangular sleeve control a counter or a pulse divider chain 20. The outputs of the pulse divider chain 20 are each designated with the divisors 1, 2, 4, 8, by which the input frequency is divided. One of these at a time , 25 outputs can be connected to a line 21, which via a frequency divider stage 22 and an amplifier 23 is connected to the potentiometer 16. The other connection of the potentiometer 16 is connected to ground. The frequency divider stage 22 halves the pulse frequency coming from the line 21 at its input. You develop
hält außerdem eine Frequenzteilerkette, der einzelne Stufen entsprechend dem Divisor mit 2,4,8 und 16 bezeichnet sind. Die Impulsfrequenz, die am Ausgang 8 des Frequenzteilers auftritt, beträgt demnach 1/8 der Eingangsfrequenz. also holds a frequency divider chain, the single Levels are designated with 2, 4, 8 and 16 according to the divisor. The pulse frequency at output 8 of the frequency divider occurs, is therefore 1/8 of the input frequency.
Die Ausgänge 2,4,8,16 des Impulsteilers 22 sind über Entkopplungswiderstände 24 mit den vier Eingängen eines NAND-Tores 25 verbunden. Jeder dieser Eingänge ist außerdem über einen normalerweise geschlossenen Schalter 26, 27,28 bzw. 29mit Massepotential verbunden. Die SchalterThe outputs 2, 4, 8, 16 of the pulse divider 22 are via decoupling resistors 24 connected to the four inputs of a NAND gate 25. Each of these entrances is as well connected to ground potential via a normally closed switch 26, 27, 28 or 29. The switches
26 bis 29 können manuell betätigt werden, und zwar derart, daß zunächst der Schalter 26 geöffnet wird und anschliessend geöffnet bleibt, daß danach zusätzlich der Schalter26 to 29 can be operated manually in such a way that the switch 26 is opened first and then remains open that then also the switch
27 geöffnet wird usw., bis sämtliche Schalter 26 bis 29 gleichzeitig geöffnet sind.27 is opened and so on until all switches 26 to 29 are open at the same time.
Das NAND-Tor 25 liefert an seinem Ausgang nur dann ein "1"-Signal, wenn alle Eingangssignale "0" sind. Massepotential· entspricht einem "0"-Signal. Das Ausgangssignal des NAND-Tores 25 steuert über einen Inverter 3 0 einen elektronischen Schalter 40, der schematisch als mechanischer Schalter dargestellt ist, und der dem Potentiometer 16 paraMelgeschaltet ist und dieses kurzschließen kann..The NAND gate 25 supplies a "1" signal at its output only when all input signals are "0". Ground potential corresponds to a "0" signal. The output signal of the NAND gate 25 controls via an inverter 3 0 an electronic switch 40, which is shown schematically as a mechanical Switch is shown, and the potentiometer 16 is paraMelgeschaltet and this can short-circuit ..
Die Impulsteilerstufe 22 bildet zusammen mit den Schaltern 26 bis 29, dem NAND-Tor 25 und.dem Schalter 40 ein Impulsfilter 21, das jeweils nur einen einzigen von n-Impulsen zur Erzeugung eines Soilwertsignales zu dem Potentiometer 16 durchläßt, η ist eine natürliche Potenzzahl von 2 und kann •somit den Wert 2,4,8,16 ... annehmen. Sind alle Schalter 26 bis 29 geschlossen, dann bleibt der Schalter 40 ge-' schlossen und an dem Potentiometer 16 entsteht koineThe pulse divider stage 22 forms, together with the switches 26 to 29, the NAND gate 25 und.dem switch 40, a pulse filter 21, the only one of n-pulses for generating a Soilwertsignales to the potentiometer 16 passes, η is a natural power of 2 and can • thus assume the value 2, 4, 8, 16 ... Are all switches 26 to 29 closed, then the switch 40 remains closed and the potentiometer 16 produces koine
Spannung. Wird nur der Schalter 26 geöffnet, dann gelangen die Impulse von dem Ausgang 2 des Impulsteilers 22 über das NAND-Tor 25 und den Inverter 30 zur Steuerung an den Schalter 40. Da diese Impulse die halbe Frequenz der an Leitung 21'anstehenden Impulse haben, wird jeder zweite Impuls, der vom Verstärker 23 kommt, durch den Schalter 40 kurzgeschlossen. Wird zusätzlich zu dem Schalter 26 noch der Schalter 27 geöffnet, dann erzeugt nur jeweils jeder vierte Impuls von Leitung 21 einen Spannungsimpuls an den Potentiometer 16. Sind die Schalter 26,27 und 28 gemeinsam geöffnet, erzeugt nur jeder achte Impuls von Leitung 21 einen Impuls am Potentiometer 16 und sind schließlich alle vier Schalter 26 bis 29 geöffnet, dann erzeugt nur jeweils jeder sechzehnte Impuls von Leitung 21 einen Impuls am Potentiometer 16.Tension. If only switch 26 is opened, the pulses arrive at output 2 of pulse divider 22 Via the NAND gate 25 and the inverter 30 for control to the switch 40. Since these pulses are half the frequency of the impulses on line 21 ', everyone will second pulse, which comes from amplifier 23, short-circuited by switch 40. Used in addition to the Switch 26 still the switch 27 is open, then only every fourth pulse from line 21 generates one Voltage pulse to potentiometer 16. Are the switches 26, 27 and 28 open together, only every eighth pulse from line 21 generates a pulse on the potentiometer 16 and if all four switches 26 to 29 are open, then only every sixteenth pulse is generated from line 21 a pulse on potentiometer 16.
Auf diese Weise kann die Häufigkeit der induktiven Durchflußmessung verändert werden, um beispielsweise durch weniger häufiges Messen eine Stromersparnis zu bewirken.In this way the frequency of the inductive flow measurement can be changed in order, for example, to save electricity by taking less frequent measurements.
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