DE10118001A1 - Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät und magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren - Google Patents

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät und ein magnetisch-industives Durchflußmeßverfahren. Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät für strömende Medien weist ein Meßrohr (1) und eine der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden und zeitlich alternierenden Magnetfelds dienende Magnetspule (2) auf. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) basierenden Wertes vorgesehen. Auf diese Weise können dem Verwender des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts zusätzliche Informationen, wie z. B. die auf der Grundlage der gemessenen Impedanz bestimmte Temperatur der Magnetspule (2), geliefert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit einem Meßrohr, einer der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden und zeitlich al­ ternierenden Magnetfeldes dienenden Magnetspule und zwei entlang einer zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse und zur Magnet­ feldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordneten Meßelektroden. Die Erfindung betrifft ferner ein magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren zur Messung des Durchflusses eines strömenden Mediums durch ein Meßrohr, das zwei entlang einer zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrach­ se verlaufenden Verbindungslinie angeordnete Meßelektroden aufweist, wo­ bei mit Hilfe wenigstens einer Magnetspule ein zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse und senkrecht zur Verbindungslinie der Meß­ elektroden verlaufendes zeitlich alternierendes Magnetfeld erzeugt wird.

Magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte bzw. magnetisch-induktive Durch­ flußmeßverfahren der eingangs genannten Art sind schon seit längerer Zeit gut bekannt und werden vielfältig in unterschiedlichen Einsatzgebieten verwen­ det. Das grundlegende Prinzip eines magnetisch-induktiven Durchflußmeß­ geräts für strömende Medien geht dabei bereits auf Farraday zurück, der im Jahre 1832 vorgeschlagen hat, das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung anzuwenden. Nach dem Farraday­ schen Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, welches La­ dungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das Farradaysche Induktionsgesetz wird bei einem magnetisch- induktiven Durchflußmeßgerät dadurch ausgenutzt, daß ein Magnet, im all­ gemeinen bestehend aus zwei Magnetpolen mit je einer Magnetspule, ein Ma­ gnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Meßrohr erzeugt. Innerhalb dieses Magnetfelds liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende und ei­ ne gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feld­ stärke einen Beitrag zu einer über Meßelektroden abgreifbaren Meßspannung. Die Meßelektroden werden bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten derart ausgeführt, daß sie entweder galvanisch oder kapazitiv mit dem strömenden Medium gekoppelt sind. Ein besonderes Merkmal der magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte ist die Proportionalität zwischen der Meßspannung und der über den Querschnitt des Meßrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, d. h. zwischen Meßspannung und Volumenstrom.

Bei dem eingangs genannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät so­ wie bei dem eingangs genannten herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahrens ist im allgemeinen vorgesehen, daß dem Verwender des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts bzw. des magnetisch-induk­ tiven Durchflußmeßverfahrens lediglich ein Wert für den Durchfluß des durch das Meßrohr strömenden Mediums zu Verfügung gestellt wird. Teilweise sind magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte verfügbar, die zusätzlich über eine sogenannte "Leerlaufdetektion" verfügen, also dem Verwender eine Informa­ tion über den Füllzustand des Meßrohrs geben. Ferner sind solche magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgeräte bekannt, die dem Verwender eine In­ formation über die Zusammensetzung des durch das Meßrohr strömenden Mediums bezüglich der Kriterien flüssig/gasförmig geben. Dies ist insbeson­ dere zur korrekten Durchflußmessung bei stark schäumendem Medium erfor­ derlich. Darüber hinausgehende Informationen und Meßwerte werden den Verwendern herkömmlicher magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte je­ doch nicht zur Verfügung gestellt.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein solches magnetisch- induktives Durchflußmeßgerät sowie ein solches magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren anzugeben, mit denen dem Verwender eine zusätzli­ che die Durchflußmessung betreffende Information zur Verfügung gestellt wird.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen herkömmlichen magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßgerät ist das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät, mit dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabeeinrichtung zur Aus­ gabe eines auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule basierenden Wer­ tes vorgesehen ist.

Der von der Ausgabeeinrichtung ausgegebene Wert, der auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule basiert, kann entweder die Impedanz selbst oder ein daraus abgeleiteter Wert sein. Bei der Ausgabe eines aus der gemessenen Impedanz der Magnetspule abgeleiteten Wertes ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe der auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule berechneten Tempe­ ratur der Magnetspule vorgesehen. Dazu wird die von der temperaturabhängi­ gen spezifischen Leitfähigkeit des Spulenmaterials herrührende Temperatur­ abhängigkeit der Impedanz der Magnetspule ausgenutzt. Die Temperaturab­ hängigkeit der spezifischen Leitfähigkeit des Materials für die Magnetspule, typischerweise Kupfer, ist gut bekannt bzw. kann vor der Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts bestimmt werden.

Mit der gemessenen Impedanz der Magnetspule bzw. mit einem daraus abge­ leiteten Wert, wie der Temperatur der Magnetspule, kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen und Funktionen realisiert werden. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ei­ ne Warneinrichtung vorgesehen, die eine Warnung ausgibt, wenn die berech­ nete Temperatur der Magnetspule eine vorgestimmte Warntemperatur über­ steigt. Auf diese Weise ist eine Temperaturüberwachung der Magnetspule oh­ ne zusätzliche Temperatursensoren möglich, wodurch eventuell auftretende temperaturbedingte Beschädigungen des magnetisch-induktiven Durchfluß­ meßgeräts, insbesondere dessen Magnetspule, auf einfache Weise verhindert werden können.

Insbesondere ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eine Abschaltvorrichtung vorgesehen, mit der die Stromversorgung der Magnet­ spule automatisch abschaltbar ist, wenn die mittels der Impedanz der Magnet­ spule bestimmte Temperatur der Magnetspule eine vorbestimmte Warntempe­ ratur übersteigt. Somit wird auf einfache und verläßliche Weise sichergestellt, daß eine Beschädigung der Magnetspule jedenfalls nicht aufgrund der der Magnetspule in Form des Versorgungsstromes zugeführten Energie erfolgt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts mit sehr heißen Medien, wie siedenden Flüssigkeiten, von Vorteil.

Die Ausgabeeinrichtung, mit der der auf der gemessenen Impedanz der Ma­ gnetspule basierende Wert ausgegeben wird, kann eine Anzeigeeinrichtung mit einer digitalen Anzeige des gemessenen Wertes sein. Gemäß anderer be­ vorzugter Weiterbildungen der Erfindungen kommen als Ausgabeeinrich­ tungen jedoch auch ein Bus-System (Feldbus), ein Stromausgang und/oder ein Frequenzausgang in Frage. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Er­ findung ist vorgesehen, daß die Ausgabeeinrichtung einen Statusausgang mit einer Schwellwertfunktion aufweist. Daß die Ausgabeeinrichtung einen Sta­ tusausgang mit einer Schwellwertfunktion aufweist, bedeutet, daß über diesen Statusausgang genau zwei mögliche Zustände ausgebbar sind, nämlich "Ein" oder "Aus". Ob der Statusausgang aktiviert ist oder nicht, also den Status "Ein" oder den Status "Aus" ausgibt, wird durch eine vorbestimmte Schwelle bestimmt, die diese beiden möglichen Zustände des Statusausganges vonein­ ander trennt. Es ist auch das Vorsehen von zwei Schwellwerten möglich, so daß ein Fenster definiert wird, innerhalb dessen der eine Zustand ausgegeben wird und außerhalb dessen dementsprechend der andere Zustand.

Schließlich ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorge­ sehen, daß auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule so­ wie von vorbestimmten Kalibrierwerten die Temperatur des Mediums bere­ chenbar und von der Ausgabeeinrichtung ausgebbar ist. Dies ist auf ver­ schiedene Weisen möglich, so z. B. durch eine Kalibrierung, mit der der Zu­ sammenhang zwischen der Temperatur der Magnetspule und der Impedanz der Magnetspule bei einer bekannten und konstanten Umgebungstemperatur ermittelt worden ist.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen herkömmlichen magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßverfahren ist das erfindungsgemäße magnetisch- induktive Durchflußmeßverfahren, mit dem die weiter oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Magnetspule gemessen wird und ein auf der gemessenen Impedanz der Ma­ gnetspule basierender Wert zur Anzeige und/oder zur Weiterverarbeitung aus­ gegeben wird.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahrens ergeben sich in Analogie zu den zuvor beschriebe­ nen bevorzugten Weiterbildungen des magnetisch-induktiven Durchflußmeß­ geräts.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, daß erfindungs­ gemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßverfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die den unabhängigen Patentansprüchen nach­ geordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschrei­ bung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch ein magnetisch-induk­ tives Durchflußmeßgerät gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem aus der Figur ersichtlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßge­ rät gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Meß­ rohr 1 vorgesehen, das zwischen den Magnetspulen 2 einer Helmholtz-Spule angeordnet ist. Die Magnetspulen 2 dienen der Erzeugung eines senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden, zeitlich alternierenden Magnetfelds. Aufgrund dieses mit den Magnetspulen 2 erzeugten Magnetfelds wird in dem strömen­ den Medium eine Spannung induziert. Die induzierte Spannung wird an Meß­ elektroden 3 abgegriffen, die längs einer senkrecht zur Meßrohrachse und senkrecht zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordnet sind. Die von den Meßelektroden 3 abgegriffene Spannung wird auf eine Durchflußmeßeinrichtung 4 geführt, von der der Durchfluß des durch das Meßrohr 1 strömenden Mediums zum einen mittels einer Digitalanzeige ange­ zeigt und zum anderen über ein nicht weiter dargestelltes Bus-System ausge­ geben wird.

Für die Stromversorgung der Magnetspule 2 ist eine Magnetspulensteuer­ einrichtung 5 vorgesehen. Die Magnetspulensteuereinrichtung 5 dient jedoch nicht nur der Stromversorgung der Magnetspulen 2, sondern auch der Ermitt­ lung der Impedanz der Magnetspulen 2. Die Ermittlung der Impedanz der Magnetspulen 2 erfolgt dabei in bekannter Weise durch eine einfache Strom- und Spannungsmessung. Der für die Impedanz der Magnetspulen 2 ermittelte Wert wird dann an eine Ausgabeeinrichtung 6 weitergegeben und von dieser ausgegeben, und zwar mittels einer Digitalanzeige. Von der Ausgabeinrich­ tung 6 wird jedoch nicht direkt die ermittelte Impedanz ausgegeben, sondern die mit Hilfe der Impedanz ermittelte Temperatur der Magnetspulen 2.

Mit der Ausgabeeinrichtung 6 verbunden ist eine Warneinrichtung 7, nämlich eine Warnlampe, die ein Überschreiten einer vorbestimmten Warntemperatur anzeigt. Darüber hinaus ist zwischen der Magnetspulensteuereinrichtung 5 und der Ausgabeeinrichtung 6 eine Abschalteinrichtung 8 vorgesehen, die da­ für sorgt, daß beim Überschreiten einer vorbestimmten Warntemperatur nicht nur die Warneinrichtung 7 aktiviert wird, sondern automatisch die Magnetspu­ lensteuereinrichtung 5 derart angesteuert wird, daß die Magnetspulen 2 nicht mehr mit Strom versorgt werden.

Zur Ansteuerung der Warneinrichtung 7 dient ein Statusausgang 9, über den genau zwei mögliche Zustände ausgebbar sind, nämlich "Ein" oder "Aus". Ob der Statusausgang aktiviert ist oder nicht, also den Status "Ein" oder den Sta­ tus "Aus" ausgibt, wird durch eine vorbestimmte Schwelle festgelegt, die die­ se beiden möglichen Zustände des Statusausgangs voneinander trennt. Diese Schwelle ist bei dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ab Werk auf einen maximalen Impedanzwert voreinge­ stellt, der einer maximalen für das magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät noch zu vertretenden Temperatur der Magnetspule entspricht.

Claims (14)

1. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit ei­ nem Meßrohr (1) und einer der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden und zeitlich alternierenden Ma­ gnetfelds dienenden Magentspule (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabeeinrichtung (6) zur Ausgabe eines auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) basierenden Wertes vorgesehen ist.

2. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (6) zur Ausgabe des auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) berechneten Tem­ peratur der Magnetspule (2) vorgesehen ist.

3. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Wareneinrichtung (7) vorgesehen ist, die eine Warnung ausgibt, wenn die berechnete Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

4. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalteinrichtung (8) vorgesehen ist, mit der die Stromversorgung der Magnetspule (2) abschaltbar ist, wenn die Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur über­ steigt.

5. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (6) eine Anzeige­ einrichtung, ein Bus-System, einen Stromausgang oder/und einen Frequenz­ ausgang aufweist.

6. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (6) einen Status­ ausgang (9) mit einer Schwellwertfunktion aufweist.

7. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage der gemessenen Impe­ danz der Magnetspule (2) sowie von vorbestimmten Kalibrierwerten die Tem­ peratur des Mediums berechenbar und von der Ausgabeeinrichtung (6) aus­ gebbar ist.

8. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren zur Messung des Durch­ flusses eines strömenden Mediums durch ein Meßrohr (1), wobei mit Hilfe wenigstens einer Magnetspule (2) ein zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufendes und zeitlich alternierendes Magnetfeld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Magnetspule (2) ge­ messen wird und ein auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) ba­ sierender Wert zur Anzeige und/oder Weiterverarbeitung ausgegeben wird.

9. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Magnetspule (2) auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) berechnet und aus­ gegeben wird.

10. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Warnung ausgegeben wird, wenn die be­ rechnete Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

11. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach einem der Ansprü­ che 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Magnet­ spule (2) abgeschaltet wird, wenn die berechnete Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

12. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach einem der Ansprü­ che 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe über eine Anzeigeein­ richtung, ein Bus-System, einen Stromausgang oder/und einen Fre­ quenzausgang erfolgt.

13. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach einem der Ansprü­ che 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe über einen Statusaus­ gang (9) mit einer Schwellwertfunktion erfolgt.

14. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach einem der Ansprü­ che 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspulen (2) sowie von vorbestimmten Kalibrierwerten die Temperatur des Mediums berechnet und ausgegeben wird.