Energieeinsparung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung

Abriß der theoretischen Grundlagen magnetisch-induktiver Meßgeräte. Diskussion der Störeinflüsse, Darstellung der Konzepte der Signalverarbeitung und Ansätze für die Energieeinsparung: Dieses Buch liefert den notwendigen Überblick und eine Fülle von Anregungen für Ingenieure, Physiker und Chemiker, die die Methode einsetzen wollen; es ist aber auch als Einführung für Studenten geeignet.

Inhaltsübersicht.- 1 Einleitung.- 2 Die Meßsignalbildung.- 2.1 Die Aufstellung der Differentialgleichungen.- 2.2 Lösung der Differentialgleichungen für endliche Magnet feldausdehnung in Rohrlängsrichtung.- 2.3 Lösung für das inhomogene Magnetfeld in der Elektrodenebene.- 3 Der Einfluß der Störgrößen.- 3.1 Innere Störspannungen.- 3.1.1 Transformatorische Störspannung.- 3.1.2 Kapazitive Störspannung.- 3.1.3 Ohmsche Störspannung.- 3.1.4 Phasenlage der Störspannungen zueinander.- 3.2 Äußere Störspannungen.- 3.2.1 Unsymmetriespannung.- 3.2.2 Polarisationsspannung.- 3.2.3 Störeinfluß von Fluidparametern.- 3.2.4 Störeinflüsse durch elektronisches Rauschen.- 3.2.5 Störspannungen durch Fremdströme.- 4 Derzeit gebräuchliche Verfahren und Geräte zur Meß Signalerzeugung.- 4.1 Verfahren mit geschaltetem oder umgepoltem Gleichfeld.- 4.2 Sinusförmiges Wechselfeld.- 4.3 Sinusförmiges Wechselfeld mit quasikonstanter Spulenstromamplitude.- 4.4 Dreieckförmiger Feldverlauf.- 4.5 Beurteilung der bekannten Verfahren.- 4.6 Leistungsaufnahme handelsüblicher Geräte.- 5 Möglichkeiten der Energieeinsparung bei der magnetisch-induktiven Durchflußmessung.- 5.1 Gestaltung des Meßaufnehmers.- 5.1.1 Optimierungskriterien.- 5.1.1.1 Aus der Literatur bekannte Optimierungskriterien.- 5.1.1.2 Diskussion der bekannten Optimierungskriterien.- 5.1.2 Verlustleistung im Meßaufnehmer.- 5.1.2.1 Verlustleistung des Spuleninnenwiderstandes.- 5.1.2.2 Wirbelstromverluste.- 5.1.2.3 Hystereseverlustleistung.- 5.1.3 Die Verkleinerung des Luftspaltes im Eisenschluß.- 5.1.4 Permanentmagnetkreise.- 5.1.5 Gemischt-magnetische Kreise.- 5.1.6 Die im Magnetfeld der Spule des Meßaufnehmers gespeicherte Energie.- 5.2 Gestaltung der Meßwertverarbeitung.- 5.2.1 Modelle des Meßaufnehmers.- 5.2.2 Am Meßaufnehmer erfaßbare Signalverläufe.- 5.2.3 Auswertung des stochastisch gestörten Nutzsignalver laufs durch digitale signalangepaßte Auswertealgorithmen.- 5.2.3.1 Der magnetisch-induktive Meßaufnehmer als Nach Richtenübertragungskanal.- 5.2.3.2 Die Kostenfunktion für die Korrektur des Meßsignals.- 5.2.3.3 Filteralgorithmen.- 5.2.3.4 Prozeßidentifikationsverfahren.- 5.2.3.5 Methode der kleinsten Fehlerquadrate für Prozesse erster Ordnung.- 5.2.3.6 Modifizierte Methode der kleinsten Fehlerquadrate.- 5.2.3.7 Kriterien zur Anpassung des Modells an den Prozeß.- 5.3 Die Auswahl geeigneter Spulenstromverläufe.- 6 Beseitigung der Fehlereinflüsse durch die transformatorische Störspannung.- 6.1 Die Auswahl eines geeigneten Signalverlaufs.- 6.2 Der Einsatz einer zusätzlichen Leiterschleife parallel zu den Elektrodenzuleitungen.- 7 Fehler bei der Berechnung des Meßergebnisses für die Strömungsgeschwindigkeit.- 7.1 Fehlereinfluß durch unzureichende Kompensation der transformatorischen Störspannung.- 7.2 Fehlereinfluß der kapazitiven Störspannung.- 7.3 Fehlereinflüsse durch Rauschen.- 7.4 Fehlereinflüsse durch das Abtast- und Halteglied.- 7.5 Fehler durch die digitale Modellbildung.- 7.6 Fehlereinfluß durch Einkopplungen aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.- 7.7 Fehlereinfluß durch schlechte Anpassung der Modell-Parameter.- 7.7.1 Fehlereinfluß beim sinusimpulsförmigen Feldverlauf.- 7.7.2 Fehlereinfluß beim e-funktionsförmigen Feldverlauf.- 7.8 Der zu erwartende maximale Fehler im Meßergebnis.- 8 Praktische Erprobung des LSQ-Verfahrens mit einem flexiblen Mikrocomputersystem.- 8.1 Strukturdiagramm der Störsignalunterdrückung und der MeßwertVerarbeitung.- 8.2 Versuchsaufbau.- 8.3 Signalverläufe.- 8.3.1 Bei sinusförmigem zeitlichen Feldverlauf.- 8.3.2 Bei e-funktionsförmigem zeitlichen Feldverlauf.- 8.4 Fehlerfunktion in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwin-Digkeit.- 8.5 Kanalkapazität beim Versuchsaufbau.- 9 Realisierung eines magnetisch-induktiven Durchfluß-meßgerätes mit geringer Leistungsaufnahme nach dem LSQ-Verfahren.- 9.1 Meßwerterzeugungseinheit mit gedämpftem Schwingkreis.- 9.2 Vorverstärker, Signalumschalter und Frequenzband-Begrenzung.- 9.3 Mikrocomputer und A/D-Wandler.- 9.4 Strukturdiagramm der Software.- 9.5 Leistungsbilanz des Meßgerätes.- 10 Zusammenfassung.- Schrifttum.- Stichwortverzeichnis.