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Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind bereits magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, welche hintereinander angeordnete Messelektrodenpaare entlang des Messrohres aufweisen. Diese Anordnungen werden allerdings aus unterschiedlichen Gründen ausgewählt, welche sich wesentlich voneinander unterscheiden.
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Die
DE 10 2006 014 679 A1 offenbart ein Messrohr mit mehreren in Serie zueinander geschalteten Messelektrodenpaaren.
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Die
DE 29 500 84 A1 dient dem Zweck der Verhinderung einer verminderten Messspannung, sofern das Medium außerhalb des Magnetfeldes als Last wirkt. Hierfür werden die äußeren Messelektrodenpaare mit dem Potential der mittleren Messelektrodenpaare betrieben.
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Die
DE 2 226 356 weist Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf.
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Die
JP 54139756 offenbart eine Filterung des analogen Messsignals nach AC/DC Anteilen mittels eines Hochpass- bzw. Bandpassfilters. Derartige Schaltungsanordnungen können aufgrund von parasitärer Effekte in Bauteilen einen Messfehler erzeugen.
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Die
JP56135118 offenbart eine Mehrfachelektrodenanordnung mit dem Zweck der Verbesserung der Linearität des Messgerätes. Dabei liegen mehrere Messelektroden außerhalb des eigentlichen Magnetfeldes.
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Die
JP 50 66 138 beschreibt einen kapazitiven Abgriff eines Messsignals an einer Messelektrode. Der kapazitive Abgriff ist ein anderes Verfahren gegenüber dem konduktiven Abgriff – da der kapazitive Abgriff beispielsweise immer eine Mindestelektrodenfläche für den Abgriff benötigt.
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Die
US 5398553 offenbart eine Mehrfachelektrodenanordnung, welche das Auftreten von Wirbelströmen ermittelt und einer Selbstkalibrierung dient.
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Die
EP 0 305 609 offenbart eine Mehrelektrodenanordnung zur Eliminierung des Einflusses variabler Strömungsprofile auf das Messergebnis.
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Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Messperformance bei Medien mit geringen Leitfähigkeiten und/oder hohem Feststoffanteilen zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Ansprüche sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät Bauteile auf. Eines der Bauteile des Durchflussmessgerätes ist ein Messrohr mit einer Messrohrachse. Dieses Messrohr kann aus Kunststoff gefertigt sein oder aus Metall, mit einer innenliegenden isolierenden Kunststoffbeschichtung, dem sogenannten Liner oder ggf. auch aus Keramik.
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Weitere Bauteile des Durchflussmessgerätes sind zumindest zwei sich diametral am Messrohr gegenüberstehende Spulensysteme zur Ausbildung eines Magnetfeldes, welche typischerweise mit Feldrückführsystemen miteinander verbunden sind. Ein Spulensystem kann insbesondere eine Magnetspule sein, die ggf. einen metallischen Spulenkern aufweist. Es sind allerdings auch Luftspulen bekannt.
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Weitere Bauteile sind als ein erstes Messelektrodenpaar definiert, mit zwei sich diametral am Messrohr gegenüberstehenden Messelektroden, welche eine erste Verbindungsachse ausbilden, welche im Wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld verläuft.
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Ein zusätzliches zweites Messelektrodenpaar ist ebenfalls vorgesehen. Das Messelektrodenpaar weist zwei sich diametral am Messrohr gegenüberstehenden Messelektroden auf, welche eine zweite Verbindungsachse ausbilden, welche im Wesentlichen entlang der Messrohrachse parallel zur ersten Verbindungsachse angeordnet ist und welches innerhalb des Magnetfeldes liegt.
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Darüber hinaus weist das Durchflussmessgerät eine Steuer- und/oder Regeleinheit, zur Erzeugung eines Magnetfeldes durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität durch die Spulensysteme auf.
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Schließlich weist das Durchflussmessgerät eine Schaltungsanordnung mit einer Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Messmediums auf.
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Die Messelektrodenpaare sind derart mit der Auswerteeinheit verbunden, dass ein paralleler Abgriff von Messspannungen vom ersten und vom zweiten Messelektrodenpaar erfolgt. Die Messelektroden sind somit parallel zueinander geschaltet.
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Die Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass sie folgende Verfahrensschritte auszuführt:
In Schritt I erfolgt ein separater galvanischer Abgriff von Messspannungen eines jeden der Messelektrodenpaare.
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In einem darauffolgenden Schritt II erfolgt die Verstärkung und/oder Impedanzwandlung einzelner Messspannungen jedes einzelnen Messelektrodenpaares oder durch parallelen Abgriff mehrerer Messelektrodenpaare gemeinsam.
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In einem weiteren Schritt III erfolgt eine Offsetkorrektur und ggf. weitere Verstärkung der Messspannung eines jeden einzelnen Messelektrodenpaares oder der gemeinsamen Messspannung der Messelektrodenpaare.
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Im Anschluss an die vorbereitende Offsetkorrektur erfolgt eine Analog zu Digitalwandlung der Messspannung eines jeden einzelnen Messelektrodenpaares oder der gemeinsamen Messspannung der Messelektrodenpaare.
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Schließlich erfolgt eine Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit und/oder eines Volumendurchflusses anhand der störabstandsoptimierten Messspannung bzw. -spannungen durch die Auswerteeinheit.
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Bei der Offsetkorrektur der Messspannungen, gemäß Schritt III, werden sowohl Wechselspannungs- als auch Gleichspannungsanteile der Messspannungen offsetkorrigiert, wobei durch die Schaltungsanordnung eine Optimierung des Störabstandes der Messspannung eines jeden einzelnen Messelektrodenpaares oder der gemeinsamen Messspannung aller Messelektrodenpaare erfolgt;
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Es ist von Vorteil, wenn das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein drittes Messelektrodenpaar mit zwei sich diametral gegenüberstehenden Messelektroden aufweist, welche eine dritte Verbindungsachse ausbilden, welche im Wesentlichen entlang der Messrohrachse parallel zur ersten Verbindungsachse angeordnet ist und welches innerhalb des Magnetfeldes liegt.
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Es ist zudem von Vorteil, wenn das zweite und/oder das dritte Messelektrodenpaar Messelektroden aufweist, welche sich in ihrer geometrischen Form und/oder in ihrer Materialzusammensetzung von dem ersten Messelektrodenpaar unterscheiden. Dadurch kann bei wechselnden Medium oder Strömungsbedingungen eine unterschiedliche Gewichtung der Messspannungen eingehen.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die die Auswerteeinheit umfassende Schaltungsanordnung derart ausgestaltet ist, dass zumindest Messspannungen eines der Messelektrodenpaare unabhängig von den Messspannungen der weiteren Messelektrodenpaare verstärkt und offsetkorrigiert werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die die Auswerteeinheit umfassende Schaltungsanordnung derart ausgestaltet ist, dass zumindest Messspannungen eines der Messelektrodenpaare unabhängig von den Messspannungen der weiteren Messelektrodenpaare verstärkt, offsetkorrigiert und analog zu digital gewandelt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die die Auswerteeinheit umfassende Schaltungsanordnung derart ausgestaltet ist, dass die Messspannungen von zwei der Messelektrodenpaare nach deren separater Verstärkung als eine gemeinsame Messspannung offset-korrigiert und einem A/D-Wandler zugeführt werden und Messspannungen eines dritten der Messelektrodenpaare dem A/D-Wandler separat zugeführt werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die die Auswerteeinheit umfassende Schaltungsanordnung derart ausgestaltet ist, dass Messspannungen eines jeden Messelektrodenpaares unabhängig von den Messspannungen der weiteren Messelektrodenpaaren verstärkt, offset-korrigiert und analog zu digital gewandelt werden.
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Die Schaltungsanordnung ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass die Schaltungsanordnung eine gewichtete Verstärkung und/oder Addition von Messspannungen eines der Messelektrodenpaare gegenüber den Messspannungen der weiteren Messelektrodenpaaren bewirkt.
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Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der von einem Ausführungsbeispiel unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert.
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Sie zeigen:
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1 schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
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2a–f mögliche Schaltungsanordnungen zum Abgriff der Messspannungen an den Messelektroden des Durchflussmessgerätes; und
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3 schematische Darstellung verschiedener Elektrodenkostruktionen.
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Der grundsätzliche Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind an sich bekannt. Gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld mit konstanter Stärke wird durch zwei Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen und anderer geometrischer Anordnung bekannt.
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Die Qualität einer Messung mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes kann unter anderem durch die mittlere Messabweichung und die Messwertstreuung charakterisiert werden. Die Messwertstreuung wird ist beispielsweise von der Art des Mediums und der Durchflussgeschwindigkeit des Mediums abhängig.
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Bei einem konstanten Durchflusswert sollte die Standardabweichung von aufeinanderfolgenden Messungen möglichst gering sein. Die Mittelung oder eine anderweitige Filterung aufeinanderfolgender Messungen verringert einerseits die Messwertstreuung, geht allerdings zu Lasten der Bandbreite der Messung.
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Eine Optimierung des Störabstandes – also des Verhältnisses des Nutzsignal- und des Störsignalanteils, aus welchen sich jede Messspannung zusammensetzt – führt zu einer Reduktion der Messwertstreuung als auch zu einer Erhöhung der Bandbreite der Messung. Diese Verbesserung des Störabstandes ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.
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Besonders vorteilhaft ist eine Verbesserung des Störabstandes bei schwach-leitfähigen Medien oder auch bei Medien mit starker Partikelbeladung, bei denen diese Störung in erhöhtem Maße auftritt und für welche bislang andere Lösungen etabliert wurden, beispielsweise in der Abfülltechnik.
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Die Lösung zur Optimierung des Störabstandes einer Messspannung besteht in einem redundanten Abgriff der Messspannung mittels mehrerer Messelektrodenpaare.
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Dabei verlaufen die Verbindungsachsen der jeweiligen Messelektrodenpaare entlang der Messrohrachse parallel zueinander. Dabei liegen alle Messelektrodenpaare im Bereich eines einzigen Magnetfeldes.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Dieses Durchflussmessgerät weist ein Messrohr 1 auf, welches beispielsweise als Kunststoff-Messrohr oder als Stahlmessrohr vorliegt, welches mit einer isolierenden Kunststoffschicht, dem sogenannten Liner, ausgekleidet ist.
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Das Messrohr 1 weist mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Messelektrodenpaare 2.1, 2.2, 2.3 auf, welche auf einer gemeinsamen Ebene, der Messelektrodenebene, welche die Messrohrachse schneidet, angeordnet sind. Die Verbindungsachsen der Messelektrodenpaare 2a, 2b, 2c sind dabei parallel zueinander hintereinander am Messrohr 1 angeordnet.
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Der Abstand der Messelektroden ist variabel wählbar. Er wird allerdings durch die wirksame Ausdehnung des Magnetfeldes begrenzt. Dieses Magnetfeld wird durch zumindest zwei Spulensysteme 5.1 und 5.2 erzeugt, wobei das Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zur Messelektrodenebene verläuft.
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Der Messelektroden 2.1, 2.2 und 2.3 übertragen auf Signalpfaden 3 die ermittelte Spannung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums an eine Auswerteeinheit 4. Weiterhin Teil des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist eine Spulenstromerzeugung, welche die Spulensysteme 5.1 und 5.2 mit Energie versorgt.
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Die Messelektroden können mit der Auswerteeinheit auf unterschiedliche Art und Weise verschalten sein. Diese Schaltbilder der Signalverabeitung von der an den Messelektroden abgegriffenen Spannung sind in den Ausführungsvarianten 2a–4f dargestellt. Dabei stellen die Varianten der 2d–f bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dar. 2d ist dabei eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung.
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In den 2a–2f sind jeweils miteinander verbundene Schaltungselemente dargestellt.
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In 2a–2f werden die einkommenden Spannungssignale der Messelektroden 2.1–2.3 über einen Differenzverstärker 10 an einen Instrumentenverstärker 11, einen sogenannten Addierer, weitergeleitet. Der Instrumentenverstärker ermöglicht zudem eine Impedanzwandlung.
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Der Instrumentenverstärker ist mit einer Analog/Digital-Wandler 12 verschalten und optional oder zusätzlich mit einem Multiplexer.
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Schließlich wird das Signal an eine Auswerteeinheit 13 z. B. eine digitale Auswerteeinheit in Form eines Microcontrollers weitergegeben.
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4a stellt eine weniger bevorzugte Ausführungsvariante einer Anordnung aus Schaltungselementen dar. Die ankommenden Signale werden durch einen einzigen Differenzverstärker verstärkt und nacheinander an einen Instrumentenverstärker, einen A/D Wandler und eine Auswerteeinheit weitergeleitet.
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2b stellt eine zweite weniger bevorzugte Ausführungsvariante einer Anordnung aus Schaltungselementen dar. Dabei wird jedes der einkommenden Signale mittels eines gesonderten Differenzverstärkers 10 verstärkt. Die Verstärkung kann gewichtet erfolgen, so dass jeder einzelne Messelektrodentyp unterschiedlich in den Gesamtwert eingeht.
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2c stellt eine dritte weniger bevorzugte Ausführungsvariante einer Anordnung aus Schaltungselementen dar. Dabei wird jedes einkommende Signal mittels eines gesonderten Differenzverstärkers und Instrumentenverstärkers verstärkt und durch einen gemeinsamen A/D-Wandler umgewandelt. Auch in diesem Fall kann die Verstärkung der Signale gewichtet erfolgen.
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Die gewichtete Verstärkung kann in Abhängigkeit vom Messmedium erfolgen. Die Messanordnung kann mehrere unterschiedliche an sich bekannte Elektroden aufweisen. Verschiedene im Bereich der magnetisch-induktiven Durchflussmessung verwendete Messelektroden sind in 3 schematisch dargestellt. Die Messelektrode 5a ist eine Standard-Messelektrode, auch Pilzkopfelektrode genannt. Sie zeichnet sich durch eine kalottenförmige Oberfläche in Richtung des Messmediums aus, welche eine geringe Beeinflussung der Strömung des Mediums bewirkt.
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Die Messelektrode 5b ist eine Spitzelektrode. Dies Oberfläche dieser Messelektrode verläuft in Richtung des Messmediums spitz zu. Durch die spitz-zulaufende Elektrodenform wird eine bessere Messung von belagsbildenden Medien ermöglicht.
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Die Messelektrode 5c ist eine sogenannte Halselektrode. Deren Oberfläche ragt um einige Millimeter in das Messmediums hinein. Die erfolgt durch Abstandshalter zur Messrohrwandung. Die Halselektrode wird bei Messmedien mit geringen Durchflüssen bzw. Fließgeschwindigkeiten eingesetzt.
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Die Messelektrode 5d wird als Bügelelektrode bezeichnet. Sie weist zwei stiftartige Endabschnitte auf, welche ausgehend vom Elektrodenkörper in das Messmedium hineinragen. Diese Bügelelektrode ermöglicht die Messung von feststoffbeladenen Flüssigkeiten, z. B. Fruchtmaischen, und Flüssigkeiten mit einem hohen Anteil an Gas und entsprechenden Gasblasen.
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Die Messelektrode 5e ist eine Wolframkarbid-Elektrode, welche flach auf der Messrohrwandung aufsitzt und insbesondere zur Messung von abrasiven Flüssigkeiten, z. B. abrasivem Schlamm eingesetzt wird.
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Bei größeren Feststoffanteilen im Medium, wie z. B. grobem Schlamm, kann es zur Erschütterung oder Schädigung einer starren Elektrode kommen. Hierfür eignet sich insbesondere eine Bürstenelektrode 5f, deren Elektrodenkopf flexibel ausgestaltet ist.
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Es sind darüber hinaus auch weitere Elektrodenformen bekannt, beispielsweise Stiftelektroden, Sinterelektroden oder Wechselelektroden welche beim Gegenstand der Erfindung eingesetzt werden können.
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Erfindungsgemäß ist es durch die Anordnung von Messelektroden möglich mehrere Arten von Messelektroden, beispielsweise zwei oder mehrere Arten der vorgenannten Messelektroden in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät anzuschließen, so dass der Durchfluss unterschiedlicher Medien mit demselben Durchflussmessgerät bestimmbar ist. Je nach Bedarf kann eines der Signale verstärkt werden. Sind beispielsweise in 1 die Messelektroden 2.1 und 2.2 Pilzkopfelektroden und eine dritte Messelektrode 2.3 eine Spitzelektrode und handelt es sich bei dem Medium um Milch, welche einen Fettbelag auf den Elektroden bilden kann, so empfiehlt es sich das Signal der Spitzelektrode gegenüber dem Signal der Pilzkopfelektroden stärker zu gewichten bzw. zu verstärken.
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2d stellt diesbezüglich die variabelste Ausführungsvariante dar. Dabei wird jede Messspannung getrennt von den weiteren Messspannungen durch einen Differenzverstärker und einen Instrumentenverstärker verstärkt, offset-korrigiert und jeweils durch einen Analog/Digital-Wandler umgewandelt. Die umgewandelten digitalen Signale werden dann dem Microcontroller zugeführt, welcher ggf. eine Gewichtung dieser Signale durchführt. Dabei wird jede aus dem Signal gewonnene Einzelinformation über einen gesonderten Pfad von Schaltungselementen dem Microcontroller zugeführt, wodurch eine gesonderte Auswertung jedes einzelnen Signals erfolgen kann, ohne dass Informationen durch vorhergehende Addition verloren geht.
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2e zeigt eine Anordnung von Schaltungselementen, welche es ermöglicht, dass zwei Signale mittels eines einzelnen Instrumentenverstärkers aufaddiert werden, während eine weitere Messspannung über einen unabhängigen Pfad an Schaltungselementen unabhängig von den beiden anderen Signalen der Auswerteeinheit zugeführt wird. Dieses Messignal kann als Vergleichswert zur Verfügung stehen oder aufgrund einer anderen Messelektrodengeometrie eine Signal-Kompensation (z. B. des Störfaktors der Luftblasen oder Feststoffanteile) der beiden addierten Signale ermöglichen.
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2f zeigt eine zu 2e analoge Anordnung von Schaltungselementen mit dem Unterschied, dass die Signale der beiden Instrumentenverstärker durch einen einzigen A/D-Wandler umgewandelt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Abgriff und eine Addition der analogen AC- und DC-Anteile der Messspannung, um ein Auftreten von Messfehler zu verringern.
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Der Zweck der Erfindung besteht in der Optimierung des Störabstandes des Messwertes. Als Störabstand wird allgemein das Verhältnis des Nutzsignals gegenüber dem Störsignal bezeichnet.
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Wie aus den 2a–2f ersichtlich, erfolgt der Abgriff der Signalspannung jedes einzelnen Messelektrodenpaares parallel zueinander. Eine unterschiedliche Überlagerung der Signalspannungen findet mittels der erfindungsgemäßen Anordnung aus Schaltungselementen, der sogenannten Verstärkerelektronik, statt.
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Sofern eine Störung nur auf ein Messelektrodenpaar einen Einfluss hat, so kann diese Störung in einer ersten Variante der Erfindung durch Superposition mehrerer Messspannungen von unterschiedlichen Messelektrodenpaaren unterdrückt werden. Dies kann vorzugsweise in den Fall erfolgen, in welchem die Messelektrodenpaare unterschiedliche Geometrien aufweisen (Pilzkopf-, Spitz-, Bügelelektroden usw.).
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In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung kann eine Optimierung des Störabstandes durch mathematische Überlagerung der redundant abgegriffenen Signale erfolgen. Durch Addition vervielfacht sich die Anzahl der redundanten Pfade. Zugleich nehmen Störungen bei der Addition nicht notwendigerweise im gleichen Maße zu wie das Nutzsignal – sondern beispielsweise nur mit der Wurzel der redundanten Pfade.
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Beide vorgenannten Ausführungsvarianten sind vorteilhaft miteinander kombinierbar.
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Im Ergebnis kann je nach Charakteristik der zu unterdrückenden Störung mehrere redundante Signalpfade – bzw. die entsprechenden Schaltungselemente eines Signalpfades – in einem Schaltungselement zusammenführt. Dies bedeutet eine hohe Flexibilität des Messsystems je nach Anforderungen des Messmediums.
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Die Redundanz der Signalpfade kann auch zur Überprüfung funktionale Sicherheit genutzt werden. Dies kann beispielsweise für eine Anordnung der Schaltungselemente wie in 2d derart erfolgen, dass einzelne Messspannungen von Messelektroden miteinander durch die Auswerteeinheit verglichen werden und ein Ausfall festgestellt wird, sofern einer der drei Messwerte signifikant von den beiden anderen Messwerten abweicht. Dies kann einen Defekt der Elektrode oder von einem der Schaltungselemente bedeuten.
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Durch die Optimierung des Störabstandes kann der Messbereich des magnetisch-induktiven Messgerätes auch auf Medien ausgedehnt werden, welche lediglich eine geringe Leitfähigkeit besitzen und daher aufgrund der Störsignale nur schwer erfassbar sind. Gleiches gilt für partikelbeladene Medien, welche üblicherweise größere Störsignale verursachen.
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Eine in der Auswerteeinheit integrierte Entscheidungssoftware kann durch Vergleich der Störabstände der einzelnen Messspannungen zudem entscheiden, ob lediglich eine Messspannung eines Messelektrodenpaares zur Messung genutzt werden soll oder die Messspannungen von mehreren Messelektrodenpaaren.
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In einem Verfahren zur Optimierung des Störabstandes werden in einem ersten Schritt die Elektrodenpotentiale separat und rückwirkungsfrei (durch Impedanzwandlung) und inklusive des DC-Anteils der Messspannung durch eine Anordnung von Schaltungselementen verarbeitet.
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In einem zweiten Schritt werden die Spannungsdifferenzen der Elektrodenpaare wahlweise:
- a) Analog miteinander addiert und gegebenenfalls die Amplitude und der Mittelwert der Signalspannung angepasst
- b) Analog separat die Amplitude und der Mittelwert angepasst und simultan digitalisiert (mittels separaten A/D-Wandlern), oder
- c) Analog separat die Amplitude und der Mittelwert angepasst und sequenziell digitalisiert (mit separaten A/D-Wandlern)
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In einem dritten Schritt erfolgt für den Fall, dass nicht schon eine analoge Mittelung der Spannungsdifferenzen erfolgt ist, eine digitale Kombination der Spannungsdifferenzen unter Anpassung an die zugrundeliegende Störung.
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Im dritten Schritt sollte beachtet werden, dass der Betrag der Messspannungen der verschiedenen Messelektrodenpaare nicht unbedingt gleich sein muss. Beispielsweise kann es eine Mittelung des weissen Rauschens umfassen oder eine Medianwertbildung bei sporadisch auftretenden Ereignissen, z. B. bei statistischen Ausreißern.
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Zur Erzeugung des Magnetfeldes werden die Spulensysteme in an sich bekannter Weise durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität betrieben.
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Das Erfassen der Messspannungen erfolgt bei der vorliegenden Erfindung über gesamten zeitlichen Messbereich. Dabei wird u. a. auch der Zeitraum während des Umschaltens der Polarität des Magnetfeldes gemessen. Dadurch fließt insbesondere der DC-Anteil einer Störspannung in die Messspannung ein. Eine derartige Störspannung kann beispielsweise erzeugt werden da sich je nach Elektrodenbeschaffenheit und Messmedium ein elektrochemisches Potential an der mediumsberührenden Oberfläche der Elektrode ausbildet. Dieses erzeugt eine Störspannung, welche bis 1,2 V und mehr betragen kann.
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Die Messspannungen enthalten Gleichspannungsanteile und Wechselspannungsanteile. Diese sind im analogen Bereich der Messspannungen immer vorhanden.
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Um diese analogen Anteile voneinander zu trennen wurden hierfür zumeist analoge Kompensationsschaltungen zur Filterung verwandt. An deren Ausgang war der Gleichspannungsanteil der Messspannung Null. Hochpass- oder Bandpassfilter waren ebenfalls zur Filterung der analogen Messspannung gebräuchlich.
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Eine solche analoge Kompensationsschaltung kann allerdings eine Ursache für Messwertfehler darstellen. Erfindungsgemäß erfolgt daher keine Filterung der Gleichspannungsanteile der Messspannung solange die Messspannung analog vorliegt. Dadurch hat der Analogpfad einen größeren Bereich an Spannungen die er messen kann und es tritt keine Sättigung der Spannungswerte ein und dadurch keine Mittelwertverfälschung bei der Addition der Signale.
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Nach der Analog/Digitalen Wandlung können die Spannungsanteile gefiltert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006014679 A1 [0003]
- DE 2950084 A1 [0004]
- DE 2226356 [0005]
- JP 54139756 [0006]
- JP 56135118 [0007]
- JP 5066138 [0008]
- US 5398553 [0009]
- EP 0305609 [0010]
