DE3329899A1

DE3329899A1 - Verfahren zur induktiven stroemungsmessung und vorrichtung

Info

Publication number: DE3329899A1
Application number: DE19833329899
Authority: DE
Inventors: Valentin Dipl.-Phys. 8000 München Mágori
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1985-03-07

Description

Verfahren zur induktiven Strömunsmessun und Vorrichtun.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur induktiven Strömungsmessung und Vorrichtung, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Es ist bekannt, Strömungsmessung auf induktivem Wege durchzuführen, wobei in einem zur Strömungsrichtung auergerichteten Magnetfeld im strömenden Medium enthaltene Ladungsträger abgelenkt werden und an seitlich angebrachten Elektroden ihre Ladung abgeben0 Damit erltsteht eine elektrische Spannung zwischen zwei Elektroden, die im Abstand voneinander an zwei Punkten eines Rohrquerschnitts der Rohrleitung für dieses strömende Medium vorgesehen sind.
Zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes sind bereits Permanentmagnete verwendet worden. Sie haben zwar den Vorteil, daß sie keiner Zufuhr elektrischer Leistung zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes bedürfen. Nachteilig ist aber deren Verwendung deshalb, weil auftretende elektrochemische Störpotentiale auf den vorgesehenen Elektroden die Messung ganz entscheidend beeinträchtigen und ungenau machen können Zur Verhinderung des Einflusses möglicher elektrochemischer Potentiale ist es Praxis ein magnetisches Wechselfeld vorzusehen, so daß sich etwaig aufbauende Störpotentiale beim Polaritätswechsel wieder abbauen. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß fortlaufend erhebliche elek- trische Energie bereitzustellen ist, um das vorzugsweise impulsförmige wechselnde Magnetfeld aufrechtzuerhalten.
Besonders problematisch ist dies für Batteriebetrieb.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren anzugeben, das mit möglichst geringem Energieaufwand Meßwerte liefert, die frei von störenden Einflüssen sind.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
Für die Erfindung ist vorgesehen, einen Permanentmagneten zu Erzeugung des Magnetfeldes zu verwenden, der in einer so häufiger Folge jeweils umzumagnetisieren ist, daß sich störende elektrochemische Potentiale nicht in merkbarer Weise aufbauen können. Für die Ummagnetisierung muß zwar jeweils elektrische Leistung zugeführt werden, jedoch ist diese weit geringer als die für sie Aufrechterhaltung eines dauernden magnetischen Wechselfeldes erforderlich wäre. Die erfindungsgemäß verwendete Ummagnetisierung des Permanentmagneten ist ohne weiteres noch aus einer Batterie zu betreiben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, im Bereich des von dem erfindungsgemäß fortlaufend umzumagnetisierenden Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes wenigstens zusätzlich eine Leiterschleife vorzusehen, die der Feststellung bzw. Uberprüfung des tatsächlich herrschenden Magnetfeldes dient. Zu diesem Zweck kann auch eine Hall-Sonde verwendet werden, die in den Magnetfeldfluß eingefügt ist.
Von besonderem Vorteil ist es9 im Rahmen der Stromzuführung für die Ummagnetisierung einen Kondensator zu verwenden, dessen Stoßentladungs-Strom der Ummagnetisierung dient. Der Kondensator selbst kann dazu vergleichsweise langsam aufgeladen werden Die dabei auf dem Kondensator auftretende Restenergie wird vorteilhafterweise zwischengespeichert.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung hervor. Die Fig.1 zeigt ein Prinzipbild zur erfindungsgemäßen Strömungsmessung.
Das von der Messung zu erfassende Medium fließt im Innern des mit 1 bezeichneten Rohres, von dem die Wandung im Querschnitt zu sehen ist. Auf der Innenwandung befinden sich Elektroden 2, 3, die in der Weise elektrisch isoliert angebracht sind, daß eine zwischen ihnen auftretende elektrische Spannung mit dem c%enaa Meßinstrument 4 meßbar ist.
Mit 5 ist ein magnetisches Joch bezeichnet, das Polschuhe 6 und 7 hat, die nahe dem Rohr 1 liegen. Entweder ist das gesamte Joch permanentmagnetisch, so daß die Polschuhe 6 und 7 abwechselnd Nordpol bzwo Südpol bilden, oder innerhalb des Joches 5 befindet sich ein entsprechender Bereich 8, der permanentmagnetische Eigenschaften hat. Mit 9 ist eine elektrische Wicklung bezeichnet, die bei elektrischem Stromfluß durch diese Wicklung in den Bereich 8 ein Magnetfeld erzeugt und dieses im Elektromagnetfeld entsprechend polarisiert bzw ummagnetisiert. Fortlaufende Ummagnetisierung des Bereichs 8 führt dazu, daß der Polschuh 6 zeitlich abwechselnd Nordpol oder Südpol ist und der Polschuh 7 der entsprechend entgegengesetzt polarisierte Polschuh ist. Mit dem Doppelpfeil 10 ist auf das entstehende Magnetfeld, und zwar auf seine beiden Richtungen, hingewiesen. Orthogonal zu dieser Magnetfeldrichtung erfolgt die Ablenkung elektrischer Ladungsträger des strömenden Mediums, die zu dem bekannten Auftreten einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 führt. Die jeweilige Größe dieser elektrischen span nung- ist bekanntermaßen ein Maß für die Strömung des Mediums.
Zur Kontrolle des auftretenden Magnetfeldes ist eine Sonde 12 im Spalt zwischen einem Polschuh (hier der Polschuh 6) und dem Rohr 1 eingefügt. Diese Sonde 12 kann eine elektrische Spule oder auch eine Hall-Sonde sein. Mit dem angeschlossenen Meßinstrument 14 wird ein dem herrschenden Magnetfeld entsprechender elektrischer Wert gemessen.
Ausgehend von einer Stromversorgungsquelle U= wird der Magnetfeldspule 9 über eine elektrische Schaltung 16 der jeweils erforderliche Magnetisierungastrom, und zwar mit wechselnden Richtungen, zugeführt. Der Kondensator 17 dient zur Realisierung einer Weiterbildung der Erfindung, nämlich nach erfolgter Stoßentladung mit Hilfe des Schaltungsteils die auftretende elektrische Restenergie zwischenzuspeichern.
Uber den Widerstand Rv kann aus der Stromversorgungsquelle U= der Kondensator C1 auf die Spannung +U= aufgeladen werden. Hierzu wird der Schalter S1 für die Dauer der Aufladung geschlossen. Wird åetst bei geöffnetem Schalter der Schalter S2 geschlossen, so fließt durch die Spule 9 ein elektrischer Strom, durch den der (entladene) Kondensator C2 bis auf eine Spannung von nahezu -U= aufgeladen werden kann. Sobald der Kondensator C2 auf wenigstens nahezu seine maximale Spannung (-U=) aufgeladen ist, wird der Schalter 2 geschlossen. Das magnetische Joch bzw.
die Polschuhe 6, 7 erzeugen aufgrund der oben erwähnten permanentmagnetischen Eigenschaften das Magnetfeld C mit der einen Magnetfeldrichtung.
Da der Kondensator C2 als Zwischenspeicher vorhanden ist, kann die zuvor zur Magnetisierung verwendete elektrische Energie fast vollständig zur Ummagnetisierung wiederverwendet werden. Bei weiterhin geöffnetem Schalter S1 wird der Schalter S2 geschlossen. Die Aufladung -U= entlädt sich jetzt bei Stromfluß durch die Spule 9 in den Kondensator C1 der jetzt wieder9 abhängig von Verlusten des vorliegenden Schwingkreises, bis nahezu wieder -U= aufgeladen wird. In diesem Augenblick des Null-Durchgangs des Stromes durch die Spule 9 wird wieder der Schalter S2 geöffnet. Der Kondensator C1 kann durch kurzzeitiges Schließen des Schalters S1 wieder vollständig auf +U= aufgeladen werden. Es empfiehlt sich außerdem, einen Schalter S3 vorzusehen, mit dem während dieser Zwischenzeit der Kondensator C2 noch vollständig entladen werden kann.
Während des Stromflusses der elektrischen Energie aus dem Kondensator C2 wieder zurück in den Kondensator C1 erfolgt die erfindungsgemäß vorgesehene Ummagnetisierung des Joches 5, wodurch das Magnetfeld 10 jetzt in Gegenrichtung im Innern des Rohrquerschnitts 2 vorliegt. Diese Hin- und Her-Ummagnetisierung des Feldes 10 im Bereich des Rohrquerschnitts 2 kann fortlaufend durchgeführt werden, wobei bei Verwendung der hier angegebenen Schaltung mit einem Kondensator C2 als Zwischenspeicher jeweils nur wenig elektrische Energie aus der Stromversorgungsquelle U= in die Schaltung 16 nachzuliefern ist.
Eine Alternative zur elektrischen Stromstoß-Ummagnetisierung des Joches 5 zeigt die Fig. 2. Die Fig.2 gibt dabei lediglich einen Ausschnitt des Joches 5 der Fig.1 wieder, und zwe: den für diese Variante wesentlichen Bereich, der die Quelle für die erfindungsgemäß fortlaufend vorzunehmenden Ummagnetisierungen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig.1 ist im Bereich 8 mit Hilfe der Magnetspule 9 die entsprechende jeweilige Magnetisierungsquelle gezeigt. Bei der Ausführungsform der Fig.2 ist die Quelle für das Magnetfeld ein Permanentmagnet 81 mit seinem Nordpol N und seinem Südpol S. Dieser Permanentmagnet 81 kann, wie mit dem gestrichelt wiedergegebenen Umriß angedeutet, um den Drehpunkt 181 derart geschwenkt werden, daß gegenüber der ausgezogenen Darstellung der Fig.2 Nordpol und Südpol miteinanv der vertauscht sind. Die Polschuhe 6 und 7 (siehe Fig.1) werden mit dieser vorgenannten Vertauschung dementsprechend umgepolt.
Der Permamentmagnet 81 kann durch einen nicht dargestellten Motor um die jeweils 1800 geschwenkt werden. Da abhängig von der zu erwartenden Dauer des Aufbaues eines störenden elektrochemischen Potentials, nämlich eines solchen Störpotentials, das durch die Erfindung unwirksam gemacht werden soll, auch relativ lang (z.B. jeweils einen Tag) dauern kann, kann auch ein von Hand durchzuführendes Wenden des Magneten 81 relevant sein.
Es ist unproblematisch, die für die Bewegungsmöglichkeit des Permanentmagneten 81 erforderlichen Luftspalte 82 in einer solchen Größe zu halten, die mit Rücksicht auf den ohnehin vorhandenen Luftspalt zwischen den Pol schuhen 6 und 7 diese Luftspalte 82 vernachlässigbar machen.
8 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentanspruche Verfahren zur induktiven Strömungsmessung mit im magnetischen Wechselfeld abgelenkten, im strömenden Medium enthaltenen Ladungsträgern und mit seitlich angebrachten Elektroden zur Abnahme einer entstehenden elektischen Generatorspannung9 g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß das magnetische Wechselfeld (10) durch einen Permanentmagneten (5, 8) erzeugt wird, der der vorgegebenen Wechselfrequenz entsprechend fortlaufend durch Stromstöße einer elektromagnetischen Einrichtung (9, 16) ummagnetisiert wird, wobei die Dauer der Stromstöße kurz gegenüber der Periodendauer der Wechselfrequenz ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß wenigstens eine zusätzliche Leiterschleife (12) mit ihrer Fläche seSirecht zur magnetischen Flußrichtung (10) als Induktionsschleife zur Bestimmung der Magnetfeldänderung zwischen den stationären Zuständen der entgegengesetzten Wechselphasen der Ummagnetisierungen vorgesehen ist
3. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß wenigstens eine Hall-Sonde (12) mit ihrer Fläche senkrecht zur magnetischen Flußrichtung (10) als Meßsonde zur Bestimmung der Magnetfeldänderung zwischen den stationären Zuständen der entgegengesetzten .Techselphasen der Ummagnetisierungen vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß zur Stromstoßerzeugung ein Kondensator (17) verwendet ist
5. Verfahren nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß der Kondensator (17) als Zwischenspeicher für elektrische Energie verwendet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß für die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes (10) ein Permanentmagnet (81) verwendet wird, der in den magnetischen Kreis des Joches (5) derart eingefügt wird, daß die Lage seiner Magnetpole (S; N) in zeitlicher Folge vertauscht werden kann (Fig.2).
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß ein Magnetjoch (5) mit Polschuhen (6 und 7) für das magnetische Wechselfeld (10) vorgesehen ist, und daß in einem Bereich (8) des Joches (5) eine mit elektrischen Stromstößen zu speisende elektrische Spule (9) vorgesehen ist (Fig.1).
8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 6, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß ein magnetisches Joch (5) mit den Polschuhen (6 und 7) vorgesehen ist, und daß in den magnetischen Kreis des Joches (5) ein Permanentmagnet (81) eingefügt ist, der dort derart schwenkbar (181) angebracht ist, daß die Lage von Nord- und Südpol (N; S) dem geforderten Wechsel des zu erzeugenden Wechselfeldes (10) entsprechend vertauschbar ist (Fig.2).