DE19713751A1 - Magnetischinduktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit einem Meßrohr, einem der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden Magnetfeldes dienenden Elektromagne­ ten, mindestens zwei entlang einer zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meß­ rohrachse und zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordneten Meßelektroden, einer der Versorgung des Elektromagneten mit einem geschalteten Gleichstrom dienenden Stromquelle und einer die Meßspannung der Meßelektroden auswertenden, ein Durchflußsignal erzeugenden Auswerteschaltung.

Das grundlegende Prinzip des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes für strö­ mende Medien geht bereits auf Faraday zurück, der im Jahr 1832 vorgeschlagen hat, das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Strömungsgeschwindigkeitsmes­ sung anzuwenden. Nach dem Faraday'schen Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, welches Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld fließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und zum Magnet­ feld. Dieses Gesetz wird bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmesser dadurch genutzt, daß ein Magnet, regelmäßig bestehend aus zwei Magnetspulen, ein Magnet­ feld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Meßrohr erzeugt. Innerhalb dieses Ma­ gnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über die Meßelektroden abgegriffenen Meßspannung. Die Meßelektroden werden bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßge­ räten so ausgeführt, daß sie entweder galvanisch oder kapazitiv mit dem strömenden Medium gekoppelt sind. Ein besonderes Merkmal der magnetisch-induktiven Durch­ flußmeßgeräte ist die Proportionalität zwischen der Meßspannung und der über den Querschnitt des Rohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, d. h. zwischen Meßspannung und Volumenstrom.

Magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte wurden im industriellen Bereich anfangs mit einem magnetischen Wechselfeld betrieben. Aus Kostengründen wurde dabei der Elektromagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes an das vorhandene Wechselspan­ nungsnetz angeschlossen, so daß das Magnetfeld im wesentlichen sinusförmig seine Stärke ändert. Bei diesen mit Wechselspannung betriebenen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten sind die Schwankungen im Wechselspannungsnetz unmittelbar an den Elektromagneten weitergegeben worden und gingen somit voll in die Meßge­ nauigkeit des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes ein. Um dennoch eine an­ nehmbare Meßgenauigkeit zu gewährleisten, ist es für magnetisch-induktive Durch­ flußmeßgeräte, die mit einem magnetischen Wechselfeld betrieben werden, bekannt, am Elektromagneten Referenzwicklungen anzuordnen und die in diesen Referenz­ wicklungen induzierten Spannungen zur Korrektur der Meßspannungen an den Meßelektroden heranzuziehen.

Die bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte, die mit einem magneti­ schen Wechselfeld arbeiten, sind dadurch problematisch, daß die an den Meßelektro­ den anliegende Meßspannung zwangsläufig die Frequenz des Wechselspannungs­ netzes aufweist. In der Praxis liegen jedoch auch netzfrequente Störspannungen an den Meßelektroden, hervorgerufen z. B. durch axiale elektrische Ströme in dem strö­ menden Medium an - verursacht beispielsweise durch die Erdung von Pumpen an den angrenzenden Rohrleitungen -, die den nach dem Faraday'schen Induktionsge­ setz entstehenden Meßspannungen überlagert sind. Diese Problematik führt dazu, daß bei magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten, die mit einem magnetischen Wechselfeld arbeiten, hohe Meßgenauigkeiten kaum zu gewährleisten sind, so daß diese im industriellen Bereich nur begrenzt einsetzbar sind.

Seit Mitte der 70er Jahre setzen sich zunehmend magnetisch-induktive Durchfluß­ meßgeräte durch, die mit einem geschalteten magnetischen Gleichfeld arbeiten. Diese Geräte vermeiden eine Vielzahl der mit den magnetisch-induktiven Durchflußmeßge­ räten, die mit einem Wechselfeld arbeiten, verbundenen Probleme und ermöglichen so sehr hohe Meßgenauigkeiten im Bereich von bis zu einem Promille.

Bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten, die mit einem ge­ schalteten magnetischen Gleichfeld arbeiten (vgl. z. B. die EP-B-0 521 169), wird statt, wie bei den magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten, die mit einem Wech­ selfeld arbeiten, bekannt, des über Referenzwicklungen gemessenen Magnetfeldes der Strom durch die Spule des Elektromagneten zur Korrektur der an den Meßelek­ troden anliegenden Meßspannungen herangezogen. Ausgangspunkt für diese Vor­ gehensweise ist die Annahme, daß im stationären Zustand die Stärke des Magnetfel­ des direkt proportional dem Spulenstrom ist.

Der im Stand der Technik gewählte Ausgangspunkt ist dahingehend problematisch, daß zur Gewährleistung der Proportionalität zwischen der Stärke des Stromes durch den Elektromagneten und der Stärke des Magnetfeldes unabhängig von Temperatur, Druck, Einbaubedingungen, Feldfrequenz und Lebensdauer ein hoher Aufwand be­ trieben werden muß. Zum Beispiel ändern sich über die Temperatur die magnetischen Eigenschaften des Eisenkerns, der das Magnetfeld außerhalb des strömenden Medi­ ums führen soll und innerhalb des strömenden Mediums für ein möglichst hohes Ma­ gnetfeld sorgen soll. Es muß daher ein Eisenkern gewählt werden, dessen Eigenschaf­ ten sich möglichst wenig mit der Temperatur ändern. Demzufolge erhöhen sich die Materialkosten und der erforderliche Materialquerschnitt für den Eisenkern. Weiter ist auch der Abstand der Polschuhe des Eisenkerns durch eine sich ändernde Tempe­ ratur veränderlich, was wiederum die Proportionalität zwischen der Stärke des Stro­ mes durch den Elektromagneten und der Stärke des Magnetfeldes berührt. Der Ab­ stand zwischen den Polschuhen kann sich darüber hinaus auch durch Druckände­ rungen innerhalb des Meßrohres verändern. Dies läßt sich nur durch eine besonders stabile, kostspielige mechanische Konstruktion des magnetisch-induktiven Durch­ flußmeßgerätes vermeiden. Auch die Einbaubedingungen des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes, wie z. B. die magnetischen Eigenschaften der vom Anwender verwendeten Schrauben und Flansche, haben einen Einfluß auf den Verlauf der ma­ gnetischen Feldlinien zwischen den Polschuhen. Dieser Einfluß läßt sich dadurch re­ duzieren, daß das magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät gegenüber dem Rohr­ durchmesser besonders lang ausgeführt ist. Hierdurch entstehen wiederum höhere Kosten. Darüber hinaus hat auch die Feldfrequenz, mit der die Polarität des Magnet­ feldes umgeschaltet wird, einen Einfluß auf die Stärke des Magnetfeldes, da in Folge von Induktivitäten und Wirbelströmen nicht immer davon ausgegangen werden kann, daß das Magnetfeld während der eigentlichen Meßzeit konstant ist. Insbeson­ dere der Einfluß der Wirbelströme wird bei der Annahme eines linearen Zusammen­ hangs zwischen der Stärke des Magnetfeldes und der Stärke des durch den Elektro­ magneten fließenden Stromes nicht berücksichtigt. Schließlich kann sich der Zusam­ menhang zwischen der Stärke des Magnetfeldes und der Stärke des Stromes durch den Elektromagneten in Folge von Alterung und Ablagerungen von Material mit ma­ gnetischen Eigenschaften innerhalb des Meßrohres verändern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives Durch­ flußmeßgerät für strömende Medien, das mit einem geschalteten Gleichfeld arbeitet, zur Verfügung zu stellen, welches eine höhere Meßgenauigkeit bei deutlich reduzier­ tem Aufwand im mechanischen Aufbau gewährleistet.

Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß im Magnetfeld des Elektromagneten mindestens ein Magnetfeldsensor angeord­ net ist und die Auswerteschaltung eine mit dem Magnetfeldsensor verbundene Ver­ arbeitungsschaltung aufweist. Dadurch, daß nunmehr auch bei einem magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßgerät für strömende Medien, das mit einem geschalteten Gleichfeld arbeitet, das Magnetfeld tatsächlich gemessen wird und nicht wie bisher von einer Proportionalität zwischen der Stärke des Stromes durch den Elektromagne­ ten und der Stärke des Magnetfeldes ausgegangen wird, läßt sich entweder ein ma­ gnetisch-induktives Durchflußmeßgerät mit vergleichbarer Genauigkeit bei deutlich reduziertem Aufwand oder ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät mit deut­ lich erhöhter Genauigkeit bei vergleichbarem oder geringerem Aufwand realisieren. So ermöglicht beispielsweise die erfindungsgemäße Lehre den Einsatz von einfachem Baustahl für die magnetisch beanspruchten Bauteile ohne Abstriche bei der Meß­ genauigkeit.

Ein besonders leicht auszuwertendes Signal liefert der Magnetfeldsensor dann, wenn er als Hallsensor ausgeführt ist. Das Ausgangssignal eines Hallsensors ist direkt pro­ portional der mittleren Stärke des Magnetfeldes, d. h. der mittleren magnetischen In­ duktion, über die Fläche Hallsensors.

Eine über die gesamte Fläche des das strömende Mediums durchdringenden Magnet­ feldes gemittelte Messung der Stärke des Magnetfeldes ist dadurch gewährleistet, daß der Magnetfeldsensor als Referenzspule ausgeführt ist, wobei die Referenzspule den gesamten erwähnten Querschnitt abdeckt. Eine derartige Ausbildung der Referenz­ spule ist im Gegensatz zum konstruktionsbedingt nur kleine Bereiche des Magnet­ feldes erfassenden Hallsensor problemlos möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-indukti­ ven Durchflußmeßgerätes ist dadurch gewährleistet, daß der Magnetfeldsensor in unmittelbarer Nähe des Meßrohrs zwischen den Polschuhen des Elektromagneten angeordnet ist. Durch diese Art der Anordnung des Magnetfeldsensors ist gewährlei­ stet, daß dieser soweit als möglich unabhängig von Streueinflüssen des nicht das strö­ mende Medium durchdringenden Magnetfeldes arbeitet.

Da insbesondere Hallsensoren aber auch, wenn auch in weit geringerem Maße, Refe­ renzspulen eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, ist es vorteilhaft, in der Nähe des Magnetfeldsensors einen Temperatursensor anzuordnen, so daß mit Hilfe des Tempe­ ratursignals dieses Temperatursensors das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors korrigiert werden kann.

Für den Fall, daß sich die Form des Magnetfeldes zeitabhängig ändert, ist es vorteil­ haft, daß zur ortsabhängigen Messung des Magnetfeldes eine Mehrzahl von Magnet­ feldsensoren vorgesehen sind. Das Ausgangssignal dieser verschiedenen Magnet­ feldsensoren wird dann bei der Weiterverarbeitung entsprechend ihrer Anordnung gewichtet. Bei Verzerrungen im Magnetfeld spielt die Wertigkeitsverteilung im Meß­ volumen des strömenden Mediums eine wichtige Rolle und ist bei der Korrektur des Meßsignals zu berücksichtigen. Die erwähnten Verzerrungen des Magnetfeldes tre­ ten insbesondere auf, wenn in dem strömenden Medium ferromagnetische Teilchen vorhanden sind oder wenn das magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät bezogen auf seinen Durchmesser relativ kurz ist, so daß das umgebende Rohrleitungssystem bzw. die mit ihm verbundenen Flansche Einfluß auf die Form des Magnetfeldes neh­ men.

Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ teschaltung eine das Durchflußsignal korrigierende Korrekturschaltung aufweist und ein Ausgang der Verarbeitungsschaltung mit einem Eingang der Korrekturschaltung verbunden ist. Durch die erwähnte Maßnahme ist eine Korrektur des Durchflußsi­ gnals anhand der Signale des Magnetfeldsensors ohne weiteres möglich. So wird bei­ spielsweise bei einem gegenüber dem erwünschten Magnetfeld relativ zu starken Magnetfeld die Meßspannung zwischen den Meßelektroden geringer gewichtet als bei einem relativ zu schwachen Magnetfeld.

Die soeben geschilderte Korrektur erfolgt besonders vorteilhaft dadurch, daß die Kor­ rekturschaltung einen das Durchflußsignal wandelnden Analog/Digital-Wandler auf­ weist und das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung am Referenzeingang des. Analog/Digital-Wandlers anliegt. Durch diese Ausgestaltung ist eine Korrektur des Durchflußsignals noch im analogen Teil der Auswerteschaltung gewährleistet. Diese Korrektur erfolgt sowohl mit sehr geringem Aufwand als auch verzögerungsfrei.

Gemäß einer zweiten besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemä­ ße magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät dadurch gekennzeichnet, daß die Strom­ quelle einen den dem Elektromagneten zugeführten Gleichstrom regelnden Strom­ regler aufweist und ein Ausgang der Verarbeitungsschaltung mit dem Sollwertein­ gang des Stromreglers verbunden ist. Ziel dieser Ausgestaltung ist es, das Magnetfeld überwacht durch den Magnetfeldsensor auf einem konstanten Wert unabhängig von äußeren Einflüssen zu halten. Für den Optimalfall, in dem diese Konstanthaltung voll­ ständig gelingt, sind keine weiteren Korrekturmaßnahmen im Hinblick auf das Durch­ flußsignal notwendig. Da jedoch tatsächlich Magnetfeldschwankungen aufgrund äußerer - auch kurzzeitiger - Einflüsse nicht ganz auszuschließen sind, ist es beson­ ders vorteilhaft, die soeben erläuterte zweite besonders vorteilhafte Maßnahme mit der bereits erläuterten ersten besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes zu kombinieren.

Da eine in einem Magnetfeld angeordnete Spule, wie beispielsweise die Referenz­ spule, einen Spulenstrom liefert, der der Änderung des Magnetflusses über ihrer Flä­ che proportional ist, ist es vorteilhaft, die Verarbeitungsschaltung zur Auswertung des Referenzspulensignals mit einer Integratorschaltung zu versehen. Diese Integrator­ schaltung liefert als Ausgangssignal ein Signal, welches bis auf eine unbekannte Kon­ stante und bekannte Proportionalitätsfaktoren dem Magnetfluß und damit der mittle­ ren Stärke des Magnetfeldes entspricht. Somit ist das Ausgangssignal der Integrator­ schaltung zur Korrektur des Durchflußsignals geeignet.

Weist die Verarbeitungsschaltung zusätzlich zur Auswertung des Referenzspulensi­ gnals ein Hochpaßfilter auf, so ist gewährleistet, daß in dem Ausgangssignal der Ver­ arbeitungsschaltung nur die zeitveränderlichen Anteile des Meßsignals des Magnet­ feldsensors berücksichtigt werden. Nach einer Integration eignet sich das durch ein Hochpaßfilter gefilterte Meßsignal des Magnetfeldsensors besonders zur Korrektur des Durchflußsignals des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeß­ gerätes.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Ver­ bindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgerätes,

Fig. 2 eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels einer der Versorgung des Elektromagneten eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes die­ nenden Stromquelle,

Fig. 3a, b zeitabhängige Diagramme zum Verlauf der durch den Elektromagneten fließenden Ströme, der Stärke des von dem Elektromagneten erzeugten Magnetfeldes und des integrierten Meßsignals eines Magnetfeldsensors bei relativ niedriger Feldfrequenz für das geschaltete Gleichfeld und

Fig. 4a-d zeitabhängige Diagramme zum Verlauf der durch den Elektromagneten fließenden Ströme und der Stärke des von dem Elektromagneten erzeug­ ten Magnetfeldes, des Meßsignals des Magnetfeldsensors, des gefilterten Meßsignals des Magnetfeldsensors und des gefilterten, integrierten Meß­ signals des Magnetfeldsensors bei relativ hoher Feldfrequenz für das ge­ schaltete Gleichfeld.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgerät für strömende Medien dargestellt. Dieses Aus­ führungsbeispiel weist auf ein Meßrohr 1, einen der Erzeugung eines senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden Magnetfeldes dienenden Elektromagneten 2, zwei ent­ lang einer senkrecht zur Meßrohrachse und zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordnete Meßelektroden 3, 4, eine der Versorgung des Elektro­ magneten 2 mit einem geschalteten Gleichstrom dienende Stromquelle 5 und ein die Meßspannung der Meßelektroden 3, 4 auswertenden, ein Durchflußsignal erzeugen­ den Auswerteschaltung 6. Erfindungsgemäß ist das dargestellte magnetisch-indukti­ ve Durchflußmeßgerät dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld des Elektroma­ gneten 2 zwei Magnetfeldsensoren 7, 8 angeordnet sind und die Auswerteschaltung 6 eine mit den Magnetfeldsensoren 7, 8 verbundene Verarbeitungsschaltung 9 auf­ weist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines magnetisch-induktiven Durch­ flußmeßgerätes weist zwei Magnetfeldsensoren 7, 8 auf, die als Referenzspulen aus­ geführt sind und zwischen den Polschuhen 10, 11 des Elektromagneten 2 angeordnet sind. Alternativ zur Ausbildung der Magnetfeldsensoren 7, 8 als Referenzspulen können diese, wie bereits erwähnt, auch als Hallsensoren ausgeführt sein. Die Refe­ renzspulen sind vorliegend bevorzugt so auszulegen, daß sie in ihrem Durchmesser dem Durchmesser der Spulen 12, 13 des Elektromagneten 2 entsprechen, so daß der Anteil des Magnetfeldes, der das strömende Medium durchdringt, auch durch die Re­ ferenzspulen hindurchtritt.

Die Auswerteschaltung 6 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels für ein er­ findungsgemäßes magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät weist eine die Meß­ spannung zwischen den Meßelektroden korrigierende, ein Durchflußsignal ausge­ bende Korrekturschaltung 14 auf, die mit einem Eingang mit einem Ausgang der Ver­ arbeitungsschaltung 9 verbunden ist. Somit steht der Korrekturschaltung 14 als Ein­ gangssignal ein der Stärke des Magnetfeldes proportionales Signal zur Verfügung, auf dessen Grundlage die Korrekturschaltung 14 das Durchflußsignal nach der fol­ genden Gleichung korrigiert:

Diese Korrektur erfolgt besonders einfach dadurch, daß die Korrekturschaltung 14 einen die von einem Differenzverstärker 15 verstärkte Meßspannung zwischen den Meßelektroden 3, 4 wandelnden Analog/Digital-Wandler 16 aufweist, an dem ein Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 9 über einen Referenzeingang anliegt. Somit ergibt sich die Korrektur nach Gl. 1 bereits im analogen Teil der Auswerteschal­ tung 6.

Kumulativ zu der bereits erwähnten Ausgestaltung der Auswerteschaltung 6 weist die Stromquelle 5 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels eines magnetisch­ induktiven Durchflußmeßgerätes nach der Erfindung einen den dem Elektromagne­ ten 2 zugeführten Gleichstrom regelnden Stromregler 17 auf, wobei ein Ausgang der Verarbeitungsschaltung 9 mit dem Sollwerteingang des Stromreglers 17 verbunden ist, so daß der Strom durch die Spulen 12, 13 des Elektromagneten 2 so gesteuert ist, daß die Stärke des von dem Elektromagneten 2 erzeugten Magnetfeldes auch unab­ hängig von äußeren Einflüssen konstant bleibt. Die eigentliche Versorgung der Spu­ len 12, 13 des Elektromagneten 2 erfolgt über eine umpolbare H-Schaltung 18 inner­ halb der Stromquelle 5.

Für den Fall, daß die Magnetfeldsensoren 7, 8 als Referenzspulen ausgebildet sind, weist die Verarbeitungsschaltung 9 zur Auswertung des Referenzspulensignals zu­ mindest eine Integratorschaltung 19 und vorzugsweise ein Hochpaßfilter 20 auf. Die genaue Funktion der Integratorschaltung 19 und des Hochpaßfilters 20 wird später in Bezug auf die Fig. 3 und 4 näher erläutert.

Die in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Stromquelle 5 ist in Fig. 2 im Detail als Schaltung dargestellt. Wie bereits erwähnt, weist die Stromquelle 5 einen Stromregler 17 und eine H-Schaltung 18 auf. Die H-Schaltung 18 wird zur Erzeugung des ge­ schalteten Gleichfeldes von einem Taktgenerator 21 gesteuert und weist vier elek­ tronische Schalter 22 zur Ansteuerung der hier der Einfachheit halber allein darge­ stellten Spule 12 auf. Als Stromquelle im eigentlichen Sinne dient bei der in Fig. 2 dargestellten Stromquelle 5 eine regelbare Konstantstromquelle 23. Diese regelbare Konstantstromquelle 23 wird angesteuert von dem Stromregler 17, der mit einem über einen elektronischen Schalter 24 löschbaren, vorzugsweise in der Verarbeitungs­ schaltung 9 angeordneten Integrator 25 über einen Widerstand 26 und einen elek­ tronischen Schalter 27 verbunden ist. Der Eingang des Integrators 25 ist in der ver­ einfachten Darstellung über einen elektronischen Schalter 28 mit dem Ausgang eines als Referenzspule ausgebildeten Magnetfeldsensors 7 verbunden.

In Fig. 3 ist nun der Verlauf der vorzugsweise über den Magnetfeldquerschnitt gemit­ telten Stärke des Magnetfeldes, also der Verlauf der magnetischen Induktion B, der. Verlauf des Spulenstroms I_sp durch die Spulen in Fig. 3a und der Verlauf der inte­ grierten Ausgangsspannung einer im Magnetfeld befindlichen Referenzspule in Fig. 3b für den Fall dargestellt, daß die Feldfrequenz der Umschaltung des Magnetfeldes relativ gering ist. Die relativ geringe Feldfrequenz bei der Umschaltung des Magnet­ feldes bringt es mit sich, daß sich die magnetische Induktion in den in Fig. 3 schraf­ fiert dargestellten Meßintervallen, während derer die Meßspannung aufgenommen wird, nicht mehr ändert. In diesem Fall reicht es zur Korrektur der an den Meßelektro­ den anliegenden Meßspannung aus, wenn man den Hub der magnetischen Induktion B zur Korrektur heranzieht. Der Hub der magnetischen Induktion B ergibt sich in ein­ facher Weise wie folgt:

mit
U_ref = Referenzspannung der Referenzspule.

In Fig. 4 ist demgegenüber der Fall dargestellt, daß die Feldfrequenz für die Umschal­ tung des Gleichfeldes so hoch ist, daß die magnetische Induktion B am Ende eines Meßintervalls noch nicht in die Sättigung gelangt ist. Dies ist in Fig. 4a dargestellt. Für diesen Fall verändert sich, wie in Fig. 4b dargestellt, auch die integrierte Refe­ renzspannung der Referenzspule noch innerhalb der in Fig. 4 schraffiert dargestellten Meßintervalle. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, wenn nunmehr nur noch der in Fig. 4c dargestellte Wechselspannungsanteil der Referenzspannung der Referenz­ spule integriert wird, den man nach der Filterung der Referenzspannung der Refe­ renzspule durch ein Hochpaßfilter erhält. Bei der Integration dieses in Fig. 4c darge­ stellten Signals erhält man, wie in Fig. 4d dargestellt, wiederum ein Signal für die ma­ gnetische Induktion B, welches dann auch für die Korrektur der an den Meßelektro­ den anliegenden Meßspannung geeignet ist, wenn sich diese während der Meßinter­ valle noch ändert.

Es soll abschließend erwähnt werden, daß ein beim Umschalten des durch die Spulen des Elektromagneten fließenden Stromes auftretender Stromstoß, der wiederum durch Remanenzen zu einer Erhöhung der magnetischen Induktion führt, nicht einen Fehler in dem Durchflußsignal bedingt, da dieser über die Integralbildung automatisch kom­ pensiert wird.

Claims (11)

1. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit einem Meß­ rohr (1), einem der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meß­ rohrachse verlaufenden Magnetfeldes dienenden Elektromagneten (2), mindestens zwei entlang einer zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse und zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordneten Meßelektro­ den (3, 4), einer der Versorgung des Elektromagneten (2) mit einem geschalteten Gleichstrom dienenden Stromquelle (5) und einer die Meßspannung der Meßelektro­ den (3, 4) auswertenden, ein Durchflußsignal erzeugenden Auswerteschaltung (6), dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld des Elektromagneten (2) mindestens ein Magnetfeldsensor (7, 8) angeordnet ist und die Auswerteschaltung (6) eine mit dem Magnetfeldsensor (7, 8) verbundene Verarbeitungsschaltung (9) aufweist.

2. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnetfeldsensor (7, 8) als Hallsensor ausgeführt ist.

3. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnetfeldsensor (7, 8) als Referenzspule ausgeführt ist.

4. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (7, 8) in unmittelbarer Nähe des Meßrohrs (1) zwischen den Polschuhen (10, 11) des Elektromagneten (2) angeordnet ist.

5. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Magnetfeldsensors (7, 8) ein Temperatur­ sensor angeordnet ist.

6. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zur ortsabhängigen Messung des Magnetfeldes eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7, 8) vorgesehen ist.

7. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (6) eine das Durchflußsignal kor­ rigierende Korrekturschaltung (14) aufweist und ein Ausgang der Verarbeitungs­ schaltung (9) mit einem Eingang der Korrekturschaltung (14) verbunden ist.

8. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korrekturschaltung (14) einen das Durchflußsignal wandelnden Analog/Digital-Wandler (16) aufweist und das Ausgangssignal der Verarbeitungs­ schaltung (9) am Referenzeingang des Analog/Digital-Wandlers (16) anliegt.

9. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (5) einen den dem Elektromagneten (2) zugeführten Gleichstrom regelnden Stromregler (17) aufweist und ein Ausgang der Verarbeitungsschaltung (9) mit dem Sollwerteingang des Stromreglers (17) verbun­ den ist.

10. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (9) zur Auswertung des Referenzspulensignals eine Integratorschaltung (19) aufweist.

11. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (9) zur Auswertung des Referenzspulensi­ gnals ein Hochpaßfilter (20) aufweist.