DE102010010045A1

DE102010010045A1 - Electromagnetic flowmeter for use in bottle racking plant, has control and evaluating device determining flow rate in dependence of displacement of phase positions of sum signal caused by detected electrode voltage

Info

Publication number: DE102010010045A1
Application number: DE201010010045
Authority: DE
Inventors: Max Hansen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-08

Abstract

The flowmeter (1) has coils (4, 5) for creation of a magnetic field vertical to a flow direction by a measuring tube. Two measuring electrodes (6, 7) are arranged at the measuring tube. A flow rate is assigned in dependence of detected electrode voltage by a control and evaluating device (17). Measuring coils (12, 14) are arranged in the magnetic field. The control and evaluating device determines the flow rate in dependence of displacement of phase positions of a sum signal caused by the detected electrode voltage.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Durchflussmesser mit einem Messrohr, mit einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds senkrecht zur Durchflussrichtung durch das Messrohr, mit zwei Messelektroden und mit einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic flowmeter with a measuring tube, with a coil arrangement for generating a magnetic field perpendicular to the flow direction through the measuring tube, with two measuring electrodes and with a control and evaluation device according to the preamble of claim 1.

Bekannte elektromagnetische Durchflussmessgeräte eines ersten Typs sind mit Spulenanordnungen ausgestattet, die zur Erzeugung eines Magnetfelds senkrecht zur Durchflussrichtung mit Wechselstrom aus der Betriebsstromversorgung der Geräte gespeist werden. Da diese Wechselstromspeisung in den Elektrodenzuleitungen zu einer induzierten Spannung, in den Messrohren zu Wirbelströmen und in der Verrohrung, in welcher die Messgeräte eingebaut sind, zu Wechselströmen führt, ist diese Art der Speisung häufig mit einem Offsetfehler der Durchflussmesswerte verbunden. Verschiedene Wege werden beschritten um diesen Fehler zu verringern. Eine Möglichkeit wird darin gesehen, die Elektrodenzuleitungen möglichst sorgfältig zu verlegen, so dass eine durch die Zuleitungen und das zwischen den Elektroden befindliche Medium gebildete Schleife von einem möglichst geringen Teil des durch die Spulenanordnung erzeugten Magnetfelds durchdrungen und somit die bei Magnetfeldänderungen induzierte Spannung minimiert wird. Als weitere Maßnahme werden die beiden Flansche der Rohrleitung, in welche das elektromagnetische Durchflussmessgerät eingebaut ist, mittels niederohmiger Kabel miteinander verbunden, um in den Rohrleitungen fließende elektrische Ströme am Durchflussmessgerät vorbeizuführen.Known electromagnetic flowmeters of a first type are equipped with coil arrangements which are fed with alternating current from the operating power supply of the devices for generating a magnetic field perpendicular to the flow direction. Since this AC supply in the electrode leads to an induced voltage, in the measuring tubes to eddy currents and in the piping in which the measuring instruments are installed, to alternating currents, this type of feeding is often associated with an offset error of the flow measurements. Different ways are taken to reduce this error. One possibility is to lay the electrode leads as carefully as possible so that a loop formed by the feed lines and the medium between the electrodes is penetrated by the smallest possible part of the magnetic field generated by the coil arrangement and thus minimizes the voltage induced in magnetic field changes. As a further measure, the two flanges of the pipeline, in which the electromagnetic flowmeter is installed, connected by means of low-impedance cable to pass in the pipelines flowing electrical currents on the flowmeter.

Aus der US-PS 4,106,337 ist ein mit Wechselstrom betriebenes elektromagnetisches Durchflussmessgerät des ersten Typs bekannt, bei welchem die Elektrodenspannungen über Korrekturnetzwerke auf eine Auswerteeinrichtung geführt sind. Die Korrekturnetzwerke, die aus Potentiometern und Kondensatoren aufgebaut sind, dienen sowohl zur Anpassung der Amplitude als auch der Phasenverschiebung der Messsignale. Durch geeignete Einstellung der Potentiometer kann die Nullpunkteinstellung kalibriert werden.From the U.S. Patent 4,106,337 is known an alternating current operated electromagnetic flowmeter of the first type, in which the electrode voltages are fed via correction networks to an evaluation device. The correction networks, which are made up of potentiometers and capacitors, serve both to adjust the amplitude and the phase shift of the measurement signals. The zero point adjustment can be calibrated by suitable adjustment of the potentiometers.

In bekannten elektromagnetischen Durchflussmessgeräten eines zweiten Typs wird gepulster Gleichstrom zur Speisung der Spulenanordnungen verwendet. Aufgrund der an den Elektroden entstehenden galvanischen Spannung ist nämlich die Nutzung eines reinen Gleichstroms ausgeschlossen. Durch sprunghafte Änderungen des Gleichstromwerts und dessen anschließendes Konstanthalten für einen derart bemessenen Zeitraum, dass ein stabiles Magnetfeld erreicht wird, können jedoch der galvanische Effekt und die in die Elektrodenzuleitungen induzierte Spannung weitgehend eliminiert werden. Durch diese Betriebsweise kann auf die zuvor erforderliche Nullpunktkalibrierung meist verzichtet und eine stabilere Nullpunkteinstellung erreicht werden. Ein derartiges elektromagnetisches Durchflussmessgerät ist beispielsweise aus der WO 2007/033697 A1 bekannt.In known electromagnetic flowmeters of a second type, pulsed direct current is used to feed the coil assemblies. Due to the galvanic voltage generated at the electrodes, the use of a pure direct current is excluded. By sudden changes in the DC value and its subsequent constant for such a period of time that a stable magnetic field is achieved, however, the galvanic effect and the induced voltage in the electrode leads can be largely eliminated. Through this mode of operation can be dispensed with the previously required zero point calibration usually and a more stable zero point adjustment can be achieved. Such an electromagnetic flowmeter is for example from the WO 2007/033697 A1 known.

Ein Nachteil des Betriebs elektromagnetischer Durchflussmesser mit gepulstem Gleichstrom ist darin zu sehen, dass zur Ermittlung eines genauen Durchflussmesswerts eine gewisse Zeit abgewartet werden muss, da die Stabilisierung des Magnetfelds einen Großteil der Pulsdauer in Anspruch nimmt. Die Wartezeit ist umso größer, je größer der Durchmesser des Messrohrs ist. Zudem steigt bei niedrigeren Frequenzen des gepulsten Gleichstroms das Rauschen der Elektrodenspannung an und es wird zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit eine Filterung des Messsignals durch ein vergleichsweise schmalbandiges Filter erforderlich. Dies wirkt sich ebenfalls nachteilig auf die Messzeit aus. Das heißt, es wird eine längere Zeit benötigt, bis nach Starten einer Messung ein Messwert zur Verfügung gestellt werden kann.A disadvantage of pulsed DC electromagnetic flowmeters is that it takes some time to determine an accurate flow reading since stabilization of the magnetic field takes up much of the pulse duration. The waiting time is greater, the larger the diameter of the measuring tube. In addition, at lower frequencies of the pulsed direct current, the noise of the electrode voltage increases and filtering of the measuring signal by a comparatively narrow-band filter is required to achieve the required accuracy. This also has a disadvantageous effect on the measuring time. This means that it takes a longer time until a measurement can be made available after starting a measurement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Durchflussmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich sowohl durch gute Nullpunktgenauigkeit als auch durch eine vergleichsweise kurze Messzeit auszeichnet.The invention has for its object to provide an electromagnetic flowmeter of the type mentioned, which is characterized both by good zero point accuracy and by a relatively short measurement time.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue elektromagnetische Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Durchflussmessers beschrieben.To solve this problem, the new electromagnetic flow meter of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 features. In the dependent claims advantageous developments of the flow meter are described.

Bei den bisher bekannten Durchflussmessgeräten wurde die Durchflussgeschwindigkeit unmittelbar anhand der Größe der Elektrodenspannung ermittelt. Stattdessen wird nun die Phasenlage eines Signals ermittelt, die von der Elektrodenspannung abhängig ist. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, dass bei einer Überlagerung einer in eine Messspule induzierten Spannung zur Elektrodenspannung ein Summensignal entsteht, dessen Phasenlage sich mit der Größe der Elektrodenspannung ändert. Eine in die Elektrodenzuleitungen induzierte Spannung, die bei elektromagnetischen Durchflussmessgeräten des ersten Typs zu einer starken Nullpunktverschiebung führte, verändert lediglich die Größe der in die Spule induzierten Spannung und daher allenfalls geringfügig die Phasenlage des Summensignals, die überwiegend von der Größe der Elektrodenspannung bestimmt wird. Somit wird eine erheblich verbesserte Nullpunktgenauigkeit gegenüber den bekannten Durchflussmessgeräten des ersten Typs erreicht.In the previously known flowmeters, the flow rate was determined directly on the basis of the size of the electrode voltage. Instead, the phase position of a signal is now determined, which is dependent on the electrode voltage. Namely, the invention is based on the finding that when a voltage induced in a measuring coil is superimposed on the electrode voltage, a summation signal arises whose phase position changes with the magnitude of the electrode voltage. A voltage induced in the electrode leads, which led to a strong zero shift in electromagnetic flowmeters of the first type, only changes the size of the induced voltage in the coil and therefore at most slightly the phase position of the sum signal, which is mainly determined by the size of the electrode voltage. Thus, a significantly improved zero accuracy achieved over the known flow meters of the first type.

Gegenüber den elektromagnetischen Durchflussmessgeräten des zweiten Typs, die mit gepulstem Gleichstrom betrieben werden, hat das neue Durchflussmessgerät den Vorteil, dass nicht mehr die vollständige Stabilisierung des Magnetfelds abgewartet werden muss. Es kann ein sinusförmiger Strom in die Spulenanordnung eingespeist werden, dessen Frequenz wesentlich höher ist als die Wechselfrequenz des bei den bekannten Durchflussmessgeräten verwendeten, gepulsten Gleichstroms. Damit wird eine hohe Messfrequenz erreicht und Messwerte können vergleichsweise häufig erfasst werden. In vielen Anwendungen ist nämlich eine schnelle Bestimmung der Messwerte erwünscht, beispielsweise in Flaschenabfüllanlagen mit kurzer Befüllungszeit.Compared with second-type electromagnetic flowmeters operating on pulsed DC, the new flowmeter has the advantage of not having to wait for complete stabilization of the magnetic field. A sinusoidal current may be fed to the coil assembly whose frequency is substantially higher than the alternating frequency of the pulsed direct current used in the known flowmeters. This achieves a high measuring frequency and measured values can be detected comparatively frequently. In fact, in many applications rapid determination of the measured values is desirable, for example in bottling plants with a short filling time.

Für eine gute Empfindlichkeit, das heißt insbesondere eine starke Abhängigkeit der Verschiebung der Phasenlage des Summensignals von der Durchflussgeschwindigkeit des Mediums, wird die Messspule in vorteilhafter Weise derart im Magnetfeld des Messrohrs angeordnet und so bemessen, dass bei maximaler Durchflussgeschwindigkeit die Größe der in die Messspule induzierten Spannung in der Größenordnung der Elektrodenspannung liegt. Sie unterscheiden sich also maximal um den Faktor 10. Vorzugsweise wird die in die Messspule induzierte Spannung größer als die Elektrodenspannung gewählt.For a good sensitivity, that is, in particular a strong dependence of the shift of the phase position of the sum signal of the flow rate of the medium, the measuring coil is advantageously arranged in the magnetic field of the measuring tube and dimensioned so that at maximum flow rate, the size of the induced in the measuring coil Voltage in the order of the electrode voltage is. They therefore differ by a maximum of a factor of 10. Preferably, the voltage induced in the measuring coil is chosen to be greater than the electrode voltage.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die in die Messspule induzierte Spannung einer ersten Elektrodenspannung zur Bildung eines ersten Summensignals und einer zweiten Spannung, die an der gegenüberliegenden Elektrode abgegriffen wird, zur Bildung eines zweiten Summensignals überlagert. Mit Hilfe der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung wird in Abhängigkeit der Phasendifferenz zwischen den beiden Summensignalen die Durchflussgeschwindigkeit bestimmt. Die auf diese Weise erzeugten Summensignale entsprechen in besonders vorteilhafter Weise den beiden Messsignalen, die an Schwingungsaufnehmern bei Coriolis-Massendurchflussmessgeräten abgegriffen werden können. In Coriolis-Massendurchflussmessgeräten wird mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung aus der Phasendifferenz zweier sinusförmiger Signale, die häufig nur wenige Tausendstel eines Radianten beträgt, der Massendurchfluss durch ein Messrohr berechnet. Ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät mit einer geeigneten Auswerteeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 13 786 C2 bekannt. Die bekannte Auswerteeinrichtung, nun angewandt auf die beiden Summensignale des elektromagnetischen Durchflussmessers, ermöglicht eine Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit mit vergleichsweise hoher Genauigkeit. Selbstverständlich sind auch Auswerteeinrichtungen anderer bekannter Coriolis-Massendurchflussmessgeräte in dem neuen elektromagnetischen Durchflussmesser einsetzbar.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the voltage induced in the measuring coil of a first electrode voltage to form a first sum signal and a second voltage, which is tapped off at the opposite electrode, superimposed to form a second sum signal. With the aid of the control and evaluation device, the flow rate is determined as a function of the phase difference between the two sum signals. The sum signals generated in this way correspond in a particularly advantageous manner to the two measurement signals that can be tapped at vibration sensors in Coriolis mass flow meters. In Coriolis mass flowmeters, the mass flow through a measuring tube is calculated with the aid of an evaluation device from the phase difference between two sinusoidal signals, which is often only a few thousandths of a radian. A Coriolis mass flowmeter with a suitable evaluation is, for example, from DE 197 13 786 C2 known. The known evaluation device, now applied to the two sum signals of the electromagnetic flow meter, allows a determination of the flow rate with relatively high accuracy. Of course, evaluation devices of other known Coriolis mass flowmeters can also be used in the new electromagnetic flowmeter.

Die Bildung der Summensignale ist mit einer besonders einfachen Implementierung möglich, indem die Messspule in einer Reihenschaltung in die Elektrodenzuleitungen geschaltet wird. Vorteilhaft ist die Verwendung einer einzigen Messspule in beiden Elektrodenzuleitungen. Alternativ kann zur Erzeugung jedes einzelnen Summensignals eine gesonderte Messspule verwendet werden.The formation of the sum signals is possible with a particularly simple implementation by the measuring coil is connected in a series circuit in the electrode leads. It is advantageous to use a single measuring coil in both electrode leads. Alternatively, a separate measuring coil can be used to generate each individual sum signal.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Messspule zwischen einer elektrisch isolierenden Innenauskleidung des Messrohrs, für welche häufig der englische Fachbegriff „liner” verwendet wird, und dem Messrohr angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Messspule sehr nahe am durchströmenden Medium angeordnet ist und sich praktisch in demselben magnetischen Feld befindet, das auch die Entstehung der Elektrodenspannung bewirkt. Die in die Messspule induzierte Spannung ist gegenüber der Elektrodenspannung um ziemlich genau 90° phasenversetzt. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit anhand der beiden Summensignale mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung eines herkömmlichen Coriolis-Massendurchflussmessgeräts aus.In a further particularly advantageous embodiment, the measuring coil between an electrically insulating inner lining of the measuring tube, for which the English term "liner" is often used, and arranged the measuring tube. This ensures that the measuring coil is arranged very close to the medium flowing through and is practically in the same magnetic field, which also causes the formation of the electrode voltage. The induced voltage in the measuring coil is compared to the electrode voltage by almost exactly 90 ° out of phase. This has a particularly advantageous effect on the accuracy in determining the flow rate on the basis of the two sum signals with the aid of an evaluation device of a conventional Coriolis mass flowmeter.

In den Speisekreis der Spulenanordnung kann in vorteilhafter Weise ein Kondensator zur Bildung eines LC-Schwingkreises geschaltet werden, wobei die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Frequenz des in die Spulenanordnung eingespeisten Stroms entspricht. Ein derart ausgestalteter Speisekreis zeichnet sich durch einen besonders geringen Stromverbrauch aus und es wird eine recht genaue Sinusform des eingespeisten Stroms erhalten. Zudem ist es bei dieser Anordnung möglich, im Speisekreis dieselbe Ansteuereinrichtung zu verwenden, die in herkömmlichen Coriolis-Massendurchflussmessgeräten zur Ansteuerung einer Treibereinrichtung dient, die dort eine magnetische Tauchspule zur Krafterzeugung aufweist. Dadurch kann der Implementierungsaufwand weiter reduziert werden.In the feed circuit of the coil arrangement, a capacitor for forming an LC resonant circuit can be switched in an advantageous manner, wherein the resonant frequency of the resonant circuit corresponds to the frequency of the current fed into the coil arrangement. Such a designed supply circuit is characterized by a particularly low power consumption and it is obtained a fairly accurate sine wave of the injected current. In addition, it is possible with this arrangement to use the same control device in the feed circuit, which is used in conventional Coriolis mass flow meters for driving a driver device which has a magnetic coil there for generating power there. This can further reduce the implementation effort.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 ein Blockschaltbild eines Durchflussmessers, 1 a block diagram of a flow meter,

2 ein Zeigerdiagramm verschiedener Signale. 2 a phasor diagram of various signals.

Gemäß 1 weist ein elektromagnetischer Durchflussmesser 1 ein Messrohr 2 auf, das senkrecht zur Zeichnungsebene von einem Medium durchströmt wird. Das Messrohr 2 ist mit einer elektrisch isolierenden Innenauskleidung 3, einem so genannten „liner”, versehen, der als Bestandteil des Messrohrs 2 angesehen werden kann. An dem Messrohr 2 ist eine Spulenanordnung mit zwei Spulen 4 und 5 angeordnet, die ein Magnetfeld senkrecht zur Durchströmungsrichtung erzeugen, wenn die Spulen 4 und 5 von einem Strom durchflossen werden. In der Innenauskleidung 3 des Messrohrs 2 sind Messelektroden 6 und 7 so angeordnet, dass sie eine Potentialdifferenz oder Spannung senkrecht zur Durchströmungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld erfassen. Ein Bezugspotential wird mit Hilfe einer Elektrode 8 angelegt. Die Spannung zwischen den Elektroden 6 und 7 ist proportional zur Fließgeschwindigkeit des durch das Messrohr 2 durchströmenden Mediums und zur Stärke des erzeugten Magnetfelds. Die Spulen 4 und 5 sind in Reihe geschaltet und werden durch einen Wechselspannungsgenerator 9 mit parallel geschaltetem Kondensator 10 gespeist. Der durch diesen Speisekreis erzeugte Spulenstrom ist im Wesentlichen sinusförmig. Die Frequenz des Spulenstroms entspricht etwa der Resonanzfrequenz des mit den Spulen 4 und 5 und dem Kondensator 10 gebildeten LC-Schwingkreises. In eine Zuleitung 11 der Elektrode 6 ist eine Messspule 12, in eine Zuleitung 13 der Elektrode 7 eine Messspule 14 in einer Reihenschaltung eingefügt. In die Messspulen 12 und 14 werden jeweils Spannungen induziert, deren Größen proportional zur Änderung des im Messrohr 2 herrschenden Magnetfelds sind. Die durch die Reihenschaltungen auf den Zuleitungen 11 bzw. 13 erfassbaren Summensignale werden mit Hilfe von Vorverstärkern 15 bzw. 16 zunächst verstärkt und anschließend einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 17 zugeführt. Als Bezugspotential der Verstärker 15 und 16 dient jeweils das Potential der Bezugselektrode 8. Durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 17, die zur Durchführung der erforderlichen Berechnungen einen Mikroprozessor mit geeigneter Programmierung enthält, werden die von den Verstärkern 15 und 16 gelieferten Eingangssignale zunächst in Digitalwerte gewandelt, die jeweils aus einem Real- und einem Imaginärteil bestehen. In Abhängigkeit der Phasendifferenz zwischen den beiden Summensignalen bestimmt die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 17 die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums durch das Messrohr 2 und gibt den gewonnenen Messwert beispielsweise über einen Feldbus 18 zur weiteren Verarbeitung an eine in 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Leitstation einer automatisierungstechnischen Anlage oder über eine ebenfalls in 1 nicht dargestellte Anzeige an einen Bediener aus. Weiterhin liefert die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 17 ein Ansteuersignal 19 für den Wechselspannungsgenerator 9 zur exakten Einstellung der Frequenz des Spulenstroms. According to 1 has an electromagnetic flowmeter 1 a measuring tube 2 on which is traversed perpendicular to the plane of a medium. The measuring tube 2 is with an electrically insulating interior lining 3 , a so-called "liner" provided as part of the measuring tube 2 can be viewed. At the measuring tube 2 is a coil arrangement with two coils 4 and 5 arranged, which generate a magnetic field perpendicular to the flow direction when the coils 4 and 5 be traversed by a stream. In the inner lining 3 of the measuring tube 2 are measuring electrodes 6 and 7 arranged so that they detect a potential difference or voltage perpendicular to the flow direction and perpendicular to the magnetic field. A reference potential is determined by means of an electrode 8th created. The voltage between the electrodes 6 and 7 is proportional to the flow velocity through the measuring tube 2 flowing medium and the strength of the generated magnetic field. The spools 4 and 5 are connected in series and are powered by an AC generator 9 with parallel-connected capacitor 10 fed. The coil current generated by this feeding circuit is substantially sinusoidal. The frequency of the coil current corresponds approximately to the resonant frequency of the coil 4 and 5 and the capacitor 10 formed LC resonant circuit. In a supply line 11 the electrode 6 is a measuring coil 12 in a supply line 13 the electrode 7 a measuring coil 14 inserted in a series connection. Into the measuring coils 12 and 14 In each case voltages are induced whose magnitudes are proportional to the change in the measuring tube 2 prevailing magnetic field. The through the series connections on the supply lines 11 respectively. 13 detectable sum signals are using preamplifiers 15 respectively. 16 initially amplified and then a control and evaluation 17 fed. As reference potential of the amplifier 15 and 16 each serves the potential of the reference electrode 8th , By the control and evaluation 17 , which contains a microprocessor with appropriate programming to perform the necessary calculations, are those of the amplifiers 15 and 16 supplied input signals first converted into digital values, each consisting of a real and an imaginary part. Depending on the phase difference between the two sum signals determines the control and evaluation 17 the flow rate of the medium through the measuring tube 2 and gives the measured value obtained, for example via a fieldbus 18 for further processing to an in 1 for clarity, not shown control station an automation system or a likewise in 1 not shown display to an operator. Furthermore supplies the control and evaluation 17 a drive signal 19 for the AC generator 9 for exact adjustment of the frequency of the coil current.

Anhand des in 2 dargestellten Zeigerdiagramms werden im Folgenden einzelne Signale aus 1 näher erläutert. Die an der Messelektrode 6 aufgrund des Magnetfelds und der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums entstehende Spannung ist mit UE1, die an der Messelektrode 7 entstehende Spannung mit UE2 bezeichnet. Die beiden Spannungen UE1 und UE2 haben im Wesentlichen gleiche Amplituden, jedoch entgegengesetzte Polarität. Die an die Spulen 4 und 5 angelegte Spannung US ist im Wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenspannungen UE1 und UE2, wobei die Widerstände, mit welchen die Spulen 4 und 5 in der Praxis behaftet sind, zur besseren Veranschaulichung außer Acht gelassen wurden. Gleichphasig mit der Spannung US an den Spulen 4 und 5 werden in die Messspulen 12 und 14 Spannungen UC1 bzw. UC2 induziert. Aufgrund der Reihenschaltungen, mit welchen die Messspulen 12 und 14 in die Zuleitungen 11 bzw. 13 der Elektroden 6 bzw. 7 geschaltet sind, werden den Vorverstärkern 15 bzw. 16 Summensignale U1 bzw. U2 zugeführt. Diese Summensignale U1 und U2 entsprechen den Summenvektoren, die durch vektorielle Addition der Elektrodenspannung UE1 und der induzierten Spannung UC1 bzw. der Elektrodenspannung UE2 und der induzierten Spannung UC2 erhalten werden. Das Summensignal U1 ist gegenüber der induzierten Spannung UC1 um einen Winkel φ1 phasenverschoben, das Summensignal U2 gegenüber der induzierten Spannung UC2 um einen Winkel φ2. Die Phasendifferenz der beiden Summensignale U1 und U2 wird somit als Summe der beiden Winkel φ1 und φ2 erhalten. An 2 wird besonders deutlich, dass durch Auswertung der Winkel φ1 und φ2 oder deren Summe in sehr genauer Weise auf die Durchflussgeschwindigkeit eines durch das Messrohr fließenden Mediums geschlossen werden kann. In Zuleitungen induzierte Spannungen wirken sich lediglich als Veränderung der induzierten Spannungen UC1 oder UC2 aus. Insbesondere bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten haben diese Veränderungen kaum Einfluss auf die Winkel φ1 oder φ2, so dass ein elektromagnetischer Durchflussmesser mit guter Nullpunktgenauigkeit erhalten wird. Da die Summensignale U1 und U2 prinzipiell den Messsignalen von Schwingungsaufnehmern bekannter Coriolis-Massendurchflussmessgeräte entsprechen, kann zur Berechnung der Phasendifferenz, das heißt der Summe der Winkel φ1 und φ2, auf von diesen bereits bekannte, hochgenaue Methoden zurückgegriffen werden. Dadurch ist der Aufwand für die Implementierung des neuen elektromagnetischen Durchflussmessers erheblich reduziert.Based on the in 2 shown pointer diagram will be below individual signals 1 explained in more detail. The at the measuring electrode 6 due to the magnetic field and the flow velocity of the medium resulting voltage is connected to UE1, which is at the measuring electrode 7 resulting voltage referred to as UE2. The two voltages UE1 and UE2 have substantially equal amplitudes, but opposite polarity. The to the coils 4 and 5 applied voltage US is substantially perpendicular to the electrode voltages UE1 and UE2, wherein the resistors, with which the coils 4 and 5 in practice have been disregarded for better illustration. In phase with the voltage US on the coils 4 and 5 be in the measuring coils 12 and 14 Voltages UC1 or UC2 induced. Due to the series connections, with which the measuring coils 12 and 14 into the supply lines 11 respectively. 13 the electrodes 6 respectively. 7 are switched, the preamplifiers 15 respectively. 16 Sum signals U1 and U2 supplied. These sum signals U1 and U2 correspond to the sum vectors which are obtained by vectorial addition of the electrode voltage UE1 and the induced voltage UC1 or the electrode voltage UE2 and the induced voltage UC2. The sum signal U1 is phase-shifted with respect to the induced voltage UC1 by an angle φ1, the sum signal U2 with respect to the induced voltage UC2 by an angle φ2. The phase difference of the two sum signals U1 and U2 is thus obtained as the sum of the two angles φ1 and φ2. At 2 It is particularly clear that by evaluating the angles φ1 and φ2 or their sum in a very accurate manner on the flow rate of a flowing through the measuring tube medium can be concluded. Voltages induced in leads only affect the induced voltages UC1 or UC2. Particularly at low flow velocities, these changes have little effect on the angles φ1 or φ2, so that an electromagnetic flow meter with good zero-point accuracy is obtained. Since the sum signals U1 and U2 correspond in principle to the measurement signals of vibration sensors of known Coriolis mass flowmeters, the phase difference, that is to say the sum of the angles φ1 and φ2, can be used for highly accurate methods already known from them. This significantly reduces the effort required to implement the new electromagnetic flowmeter.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4106337 [0003]
WO 2007/033697 A1 [0004]
DE 19713786 C2 [0011]

Claims

Electromagnetic flowmeter - with a measuring tube ( 2 ), - with a coil arrangement ( 4 . 5 ) for generating a magnetic field perpendicular to the direction of flow through the measuring tube, in which the current fed into the coil arrangement is at least approximately sinusoidal, with at least two measuring electrodes ( 6 . 7 ), which are arranged on the measuring tube, that due to a potential difference perpendicular to the flow direction and perpendicular to the magnetic field at the electrodes in each case a different electrode voltage (UE1, UE2) can be detected, and - with a control and evaluation ( 17 ), by which the flow rate can be determined as a function of at least one of the detected electrode voltages, characterized in that - at least one measuring coil ( 12 . 14 is arranged), - that means for superimposing an induced in the at least one measuring coil voltage (UC1, UC2) and at least one detected electrode voltage to a sum signal (U1, U2) are provided and - that the control and evaluation device is adapted to Dependence of the caused by the electrode voltage shift of the phase position (φ1, φ2) of the sum signal to determine the flow rate.

Electromagnetic flowmeter according to claim 1, characterized in that the means are designed to superimpose the voltage induced in the at least one measuring coil and a first electrode voltage to a first sum signal and to superimpose the voltage induced in the at least one measuring coil and a second electrode voltage to a second Summation signal and that the drive and evaluation device is designed to determine the flow rate in dependence on the phase difference between the first sum signal and the second sum signal.

Electromagnetic flowmeter according to claim 1 or 2, characterized in that for superposition of the at least one measuring coil ( 12 ) induced voltage (UC1) and an electrode voltage (UE1), the at least one measuring coil in a series circuit in the electrode lead ( 11 ) is switched.

Electromagnetic flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one measuring coil ( 12 . 14 ) between an electrically insulating inner lining ( 3 ) and the measuring tube ( 2 ) is arranged.

Electromagnetic flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that in a supply circuit ( 9 . 10 ) of the coil arrangement ( 4 . 5 ) a capacitor ( 10 ) is connected to form an LC resonant circuit whose resonant frequency substantially corresponds to the frequency of the current fed into the coil assembly.