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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung magnetisch -induktiver
Durchflussmesser mit einem Messrohr, wobei im Messrohr Elektroden
angeordnet sind, die eine der Durchflussgeschwindigkeit proportionale
Spannung abgreifen.
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Diese
Messanordnungen zur Durchflussmessung sind allgemein bekannt.
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Mit
magnetisch-induktiven Durchflussmessern wird der Volumendurchfluss
von elektrisch leitfähigen
Messstoffen gemessen. Ein elektrischer Leiter, das ist im Allgemeinen
eine elektrisch leitfähige
Flüssigkeit
oder Suspension (Messstoff), bewegt sich durch ein Magnetfeld. In
dem vom Magnetfeld durchflossenen Messstoff wird entsprechend dem
Faradayschen Prinzip eine Spannung e induziert, die direkt proportional
von der mittleren Fließgeschwindigkeit
v abhängt.
Die magnetische Induktion B (Stärke des
Magnetfeldes) und der Elektrodenabstand D (Rohrnennweite) werden
als konstant betrachtet. e = K × B × v × D (1)mit:
- B
- magnetische Induktion
- K
- Gerätekonstante
- v
- mittlere Fliessgeschwindigkeit
des Messstoffes
- D
- Elektrodenabstand
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Der
Elektrodenabstand D ist für
magnetisch-induktive Durchflussmesser gleich dem Rohrdurchmesser.
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Der
Volumendurchfluss Q lässt
sich berechnen nach: Q = v × D2 × π/4 (2)
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Aus
Gleichung 1 folgt: v = e/K × B × D (3)
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Damit
ist: Q = (e/K × B) × D × π/4 (4)
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Damit
e = proportional Q ist, muss der gesamte Rohrquerschnitt vom Messstoff
durchströmt sein.
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Die
Befüllung
des gesamten Messrohrquerschnittes ist daher eine grundlegende Vorraussetzung
für das
Funktionieren dieser Messgeräte
mit minimalen Fehlern.
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Für teilbefüllte magnetisch-induktive
Durchflussmesser (auch Freispiegelmessungen genannt) sind Lösungen bekannt.
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Dazu
werden in die Rohrauskleidung berührungslose kapazitive Füllstandmesser
integriert. Damit sollen Messungen bis hinunter zu 10% Teilbefüllung möglich sein.
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Bei
dieser Fehlerkorrektur wird aber der Einfluss von Ablagerungen nicht
mit berücksichtigt.
Diese Ablagerungen können
auch wie Sedimente verstanden werden, die den Messrohrquerschnitt
unterhalb der Elektroden verringern.
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Ablagerungen
auf der Rohrsohle verfälschen durch
Verkleinerung des Querschnitts das Messergebnis, während Ablagerungen
auf den Messelektroden zu fehlerhafter Geschwindigkeitsmessung durch falsche
Spannungsmessung führen
können.
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Die
spezifische Dielektrizitätskonstante
der Ablagerungen führt
hier zu einer zusätzlichen
Fehlmessung der Füllstandmessung
und damit zu einer fehlerhaften Durchflusskorrektur.
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Diese
Ablagerungen im Messaufnehmer sind vorwiegend im Zulauf zur Kläranlage
zu befürchten
aber auch in feststoffbeladenen Zuläufen von Trinkwasseraufbereitungsanlagen.
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Es
sind auch magnetisch-induktive Messwertaufnehmer bekannt, die durch
zusätzliche
Elektrodenpaare im teilbefüllten
Zustand messen können.
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Ein
anderer Weg die vollständige
Befüllung des
Messrohres zu gewährleisten,
ist die Dükerung. Dabei
wird der magnetisch-induktive Durchflussmesser tiefer als der Zu-
und Ablauf der zu messenden Rohrleitung gelegt. Diese Einbauvariante
des magnetisch-induktiven
Durchflussmessers birgt aber bei niedrigen Messstoffgeschwindigkeiten
die Gefahr der Sedimentbildung.
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In
der
DE 195 42 232
A1 wird ein Ultraschalldurchflussmesser beschrieben, wobei
der Ultraschallwandler zur Wanddickenmessung eingesetzt wird. Zur
Schadensfrüherkennung
kann bei unterschreiten einer Mindestwanddicke ein Alarmsignal ausgegeben
werden. Die gemessene Wanddicke kann in die Berechnung des Durchflusses
einbezogen werden. Die Auslösung
eines Alarmsignals bzw. die Einbeziehung der Wandstärke setzt
ein Durchgang der Ultraschallwellen voraus. Wird der hydraulische
Querschnitt aber durch Ablagerungen verändert die keinen Ultraschalldurchgang
gewährleisten, scheitert
dieses Verfahren.
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In
der
DE 30 37 170 A1 werden
magnetisch-induktive Durchflussmesser mit ultraschallgereinigten
Elektroden beschrieben. Damit können aber
nur Anhaftungen und Überzüge an den
Elektroden verhindert werden. Ansammlungen von Schlamm oder Haufwerke
von Geröll
können
damit nicht erkannt werden.
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Die
DE 39 20 052 A1 betrifft
ein schwingfähiges
System mit piezoelektrischen Sensoren, bei dem Masseanlagerungen
die Schalllaufzeit von Ultraschallwellen verändern. Hier sind die piezoelektrischen
Sensoren Teil eine schwingfähigen
Systems. Die Funktion der dort beschrieben Anordnung setzt einen
Anschwingvorgang voraus. Ist aber die Massebeladung des piezoelektrischen
Elementes zu groß kommt
kein erneutes Anschwingen zu Stande. Das schwingfähige System
aus Sensor + Massebeladung kann dann zum Beispiel nicht mehr in
Resonanz betrieben werden. Diesen Nachteil haben alle solche Systeme
bei denen die Massebeladung des piezoelektrischen Sensors frequenzbestimmend
bzw. laufzeitbestimmend ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben mit der Fehler
eines magnetisch-induktiven
Durchflussmessers erkannt werden.
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Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern in
Durchflussmesssignalen von magnetisch-induktiven Durchflussmessern,
die Messrohre aus einem gegenüberliegenden Elektrodenpaar
besitzen und das Messrohr bis oben voll mit Messstoff gefüllt ist,
wobei
ein piezoelektrisches Element und eine Anrege- und Auswerteschaltung
vorgesehen sind, derart dass das piezoelektrische Element eine zur
Flüssigkeit
hingewandte Seite besitzt, deren Oberfläche mit Oberflächenwellen
angeregt wird, und deren Bedämpfung gemessen
wird.
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Bei
der Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das piezoelektrische
Element ein leitfähiges
Gehäuse
besitzt und mit der Flüssigkeit
in Kontakt steht.
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Oberflächenwellen
auf Festkörpern
sind besonders gut an der Phasengrenze Feststoff-Gas anreg- und
nachweisbar.
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Mit
einem piezoelektrischen Element kann daher festgestellt werden,
ob eine Oberfläche
belegt ist oder nicht. Herkömmliche
Wandausschwingverfahren lassen sich nicht für den Zweck der Überwachung
der Sedimentbildung verwenden.
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Überraschenderweise
wurde der Effekt festgestellt, das es zusätzlich zu einer Bedämpfung der Oberflächenwellen
kommt, wenn bei befülltem
Messrohr eine Sedimentablagerung erfolgt.
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Der
dabei auftretend Messeffekt ist außer Erwartung so groß, das sogar
eine halbquantitative Aussage über
eine Sedimenthöhe
getroffen werden kann.
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Der
Sedimentnachweis wird mit einer Torschaltung durchgeführt, die
das Vorhandensein von Oberflächenwellen
prüft.
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Eine
halbquantitative Sedimenthöhenermittlung
erfolgt mit einem piezoelektrischen Element in dem die Messtorlänge entsprechend
variiert wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet bei einem von Messstoff entleerten magnetisch-induktiven Durchflussmesser
mit größerem Messeffekt.
Hier lassen sich auch dünne
Beläge
nachweisen. Höhere
Sedimentschichten, die den Messrohrquerschnitt einengen, können auch
bei mit Messstoff befülltem
Messrohr nachgewiesen werden.
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Die
zur Füllhöhenmessung
verwendeten piezoelektrischen Elemente ragen nicht in den Messstoff hinein.
Die zum Messstoff hingewande Seite schließt mit der Messrohrwand bündig ab.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung nachfolgend näher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1:
die magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung mit Sedimenterkennung
im Querschnitt.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung
mit den Spulen 3a und 3b sowie den Elektroden 2a und 2b im Querschnitt.
Unterhalb der Elektroden 2a und 2b ist das piezoelektrische
Element 4 angeordnet. Dieses ist über eine elektronische Anrege-
und Auswerteschaltung 9 mit der Durchflussmesserelektronik 7 verbunden,
die das Durchflussmesssignal 8 ausgibt. Im Messrohr 1,
das mit hier nicht weiter dargestellten Flanschen in ein Rohrsystem
angeordnet ist, wird der Rohrquerschnitt durch eine Sedimentschicht 6 verringert.
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Der
für das
strömende
Messstoffmedium zur Verfügung
stehende Rohrquerschnitt ist um eine bestimmte Fläche, zum
Beispiel die eines Kreisabschnittes kleiner.
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Mehrere
piezoelektrische Elemente 4 können auch in unterschiedlicher
Höhe unterhalb
der Elektroden 2a und 2b angeordnet werden. Damit
ist eine quasikontinuierliche Fehlerkompensation möglich. Die
Flächen
der Kreisabschnitte werden durch die Einbauhöhen der piezoelektrischen Elemente 4 festgelegt.
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Zum
Erkennen des Fehlers genügt
es, für eine
bestimmte Sedimenthöhe 6 über die
Anrege- und Auswerteschaltung 9 ein
Fehlersignal an die Durchflussmesserelektronik 7 zu senden
Die Erkennung des Sedimentes 6 kann natürlich parallel zur Durchflussmessung
durchgeführt
werden.
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In
weiteren hier nicht näher
dargestellten Ausführungsformen
kann die Durchführung
der Sedimentüberwachung
auch als Teil einer Messstoffüberwachung
gestaltet sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch bei magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit kapazitiven
Signalabgriff angewendet werden.