DE102013202967B3

DE102013202967B3 - Method for detecting complete or partial blockage of measuring tube of measuring feeder of Coriolis mass flowmeter, involves outputting diagnosis information only when predetermined minimum value of mass flow rate is exceeded

Info

Publication number: DE102013202967B3
Application number: DE201310202967
Authority: DE
Inventors: Joergen Krusborg; Thomas Bierweiler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2033-02-23

Abstract

The method involves detecting a measurement value of temperature on a measuring tube (2) and another measurement value of temperature on another measuring tube (3). A measurement value of the mass flow rate is determined, where no blockage is present, when the former measurement value differs from the latter measurement value by less than a predetermined threshold value. The diagnosis information is generated and outputted only when a predetermined minimum value of the mass flow rate is exceeded during blockage diagnosis. An independent claim is included for a Coriolis mass flowmeter with a control- and evaluation device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung eines Messrohrs, welches in einem Messaufnehmer eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts bei dessen korrektem Betrieb von Medium durchströmt wird, sowie ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät, in welchem eine Messrohrverstopfung mit einem derartigen Verfahren detektierbar ist.The invention relates to a method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube, which is flowed through in a sensor of a Coriolis mass flowmeter in its correct operation of medium, and a Coriolis mass flow meter, in which a Messrohrststopfung is detectable with such a method.

Coriolis-Massendurchflussmessgeräte weisen häufig eine Anzahl, z. B. ein Paar, von Messrohren auf, durch die ein Medium, z. B. ein Gas oder eine Flüssigkeit oder ein fließfähiges Gemisch, strömt, dessen Massendurchfluss bestimmt werden soll. Dabei sind unterschiedliche Anordnungen und Geometrien der Messrohre bekannt.Coriolis mass flowmeters often have a number, e.g. B. a pair of measuring tubes through which a medium, for. As a gas or a liquid or a flowable mixture flows, whose mass flow is to be determined. Different arrangements and geometries of the measuring tubes are known.

Es gibt z. B. Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit geraden Messrohren sowie Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit zwei gekrümmten, parallel zueinander verlaufenden Messrohren. Diese sind vorzugsweise paarweise identisch ausgeführt und werden durch eine im mittleren Bereich platzierte Erregeranordnung zur Erzielung eines Massenausgleichs so zum Schwingen angeregt, dass sie gegeneinander schwingen, d. h., dass die Schwingungen der beiden Messrohre um 180° gegeneinander phasenversetzt sind. Die Lage des Massenmittelpunkts des aus den beiden Messrohren gebildeten Systems bleibt dabei im Wesentlichen konstant und auftretende Kräfte werden weitgehend kompensiert. Das hat als positive Konsequenz, dass das schwingende System kaum nach außen als solches wirksam wird. Vor und hinter der Erregeranordnung werden Schwingungsaufnehmer angebracht, zwischen deren Ausgangssignalen bei einer Strömung eine Phasendifferenz als Messsignal ausgewertet werden kann. Dieses wird durch die bei einer Strömung herrschenden Coriolis-Kräfte und damit durch den Massendurchfluss verursacht. Die Dichte des Systems beeinflusst die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems. Damit kann neben dem Massendurchfluss u. a. auch die Dichte des strömenden Mediums bestimmt werden.There are z. B. Coriolis mass flow meters with straight measuring tubes and Coriolis mass flow meters with two curved, parallel measuring tubes. These are preferably carried out identically in pairs and are excited by a mid-range excitation arrangement to achieve a mass balance so that they oscillate against each other, d. h., That the vibrations of the two measuring tubes are 180 ° out of phase with each other. The position of the center of mass of the system formed by the two measuring tubes remains substantially constant and occurring forces are largely compensated. This has as a positive consequence that the oscillating system is hardly effective to the outside as such. In front of and behind the exciter arrangement, vibration sensors are mounted between whose output signals a phase difference can be evaluated as a measurement signal in the case of a flow. This is caused by the Coriolis forces prevailing in a flow and thus by the mass flow. The density of the system influences the resonance frequency of the vibration system. Thus, in addition to the mass flow u. a. also the density of the flowing medium can be determined.

Coriolis-Massendurchflussmessgeräte werden beispielsweise in prozesstechnischen Anlagen zur Durchflussmessung verschiedenster Medien verwendet. Ablagerungen in den Messrohren, z. B. durch Verkalkung, Aushärtung von Polymeren, Ablagerungen von Lebensmittelresten, beeinflussen die Messgenauigkeit dieser Geräte, und zwar sowohl bezüglich der Messung des Massendurchflusses als auch der Dichtebestimmung des Mediums. Ablagerungen sind insbesondere bei Coriolis-Massendurchflussmessgeräten mit mindestens zwei Messrohren problematisch, wenn diese sich asymmetrisch bilden, sodass der Durchfluss durch die beiden Messrohre ungleichmäßig wird. Dadurch ist der Gesamtimpuls, der bei zwei gegeneinander symmetrisch schwingenden Rohren im ablagerungsfreien Zustand aufgrund des Massenausgleichs insgesamt Null ist, nun von Null verschieden. Bei asymmetrischen Ablagerungen reagiert somit das Massendurchflussmessgerät anfälliger auf externe Schwingungen bzw. überträgt selbst Schwingungen auf die angeflanschten Prozessrohre. Tritt eine Vollverstopfung eines Messrohrs, z. B. durch feste Bestandteile wie Obstkerne im Medium, auf, so steigt zudem der durch das Massendurchflussmessgerät verursachte Druckabfall erheblich an. Empfindliche Medien, beispielsweise Marmelade, können durch den dabei entstehenden hohen Druck unbrauchbar werden.Coriolis mass flowmeters are used, for example, in process engineering systems for flow measurement of various media. Deposits in the measuring tubes, z. As by calcification, curing of polymers, deposits of food residues, affect the accuracy of these devices, both in terms of measuring the mass flow and the density determination of the medium. Deposits are particularly problematic for Coriolis mass flowmeters with at least two measuring tubes if they form asymmetrically, so that the flow through the two measuring tubes becomes uneven. As a result, the total momentum, which is zero for two tubes oscillating symmetrically with respect to one another in the deposit-free state due to the mass balance, is now different from zero. With asymmetric deposits, the mass flowmeter thus reacts more susceptible to external vibrations or transmits vibrations to the flanged process pipes. If a full blockage of a measuring tube, z. B. by solid components such as fruit cores in the medium, so also increases the pressure drop caused by the mass flow meter considerably. Delicate media, such as jam, can become unusable due to the resulting high pressure.

Solch eine vollständige Verstopfung ist schwierig zu detektieren, da durch das mindestens eine verbleibende, freie Messrohr weiterhin ein Durchfluss ermöglicht wird. Bei vollständiger Verstopfung eines Messrohrs ist zwar weiterhin die Durchführung einer Coriolis-Massendurchflussmessung mit dem Gerät prinzipiell möglich, es ist jedoch wünschenswert, eine Verstopfung eines Messrohrs möglichst verlässlich zu detektieren. Dies ist insbesondere bei hygienisch kritischen Anwendungen der Fall und bei Anwendungen, in denen das durchströmende Medium wechselt und eine gegenseitige Kontamination vermieden werden sollte.Such a complete blockage is difficult to detect because the at least one remaining free measuring tube continues to allow flow. In the case of complete blockage of a measuring tube, it is still possible to carry out a Coriolis mass flow measurement with the device in principle, but it is desirable to reliably detect blockage of a measuring tube as reliably as possible. This is the case in particular in hygienically critical applications and in applications in which the medium flowing through changes and a mutual contamination should be avoided.

In der EP 2 439 500 A1 ist ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät beschrieben, bei welchem eine Abweichung bezüglich eines Parameters des Durchflussmessgeräts detektierbar ist. Solch eine Abweichung eines Parameters kann u. a. durch eine Verstopfung eines Messrohrs ausgelöst werden. Bei einem der dort beschriebenen Verfahren wird an einem ersten sowie an einem zweiten Messrohr des Durchflussmessgeräts die jeweilige Temperatur erfasst und daraus ein Temperaturgradient ermittelt. Eine Abweichung bezüglich eines Parameters des Durchflussmessgeräts wird dann detektiert, wenn der ermittelte Temperaturgradient einen Grenzwert übersteigt. Eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Betriebszuständen des Durchflussmessgeräts wird bei der Auswertung nicht vorgenommen. Das hat den Nachteil, dass eine Diagnoseaussage, bei welcher ein verstopfungsfreier Zustand der Messrohre angezeigt wird, unzuverlässig ist. Es kann nämlich nicht zwingend darauf geschlossen werden, dass alle Messrohre des Durchflussmessgeräts frei sind, wenn der Temperaturgradient verschwindet.In the EP 2 439 500 A1 a Coriolis mass flowmeter is described in which a deviation in a parameter of the flowmeter is detectable. Such a deviation of a parameter can be triggered inter alia by a blockage of a measuring tube. In one of the methods described there, the respective temperature is detected on a first and on a second measuring tube of the flowmeter and a temperature gradient is determined therefrom. A deviation in a parameter of the flowmeter is detected when the determined temperature gradient exceeds a threshold. A distinction between different operating states of the flowmeter is not made in the evaluation. This has the disadvantage that a diagnostic statement in which a clogging-free state of the measuring tubes is displayed is unreliable. It can not necessarily be concluded that all measuring tubes of the flowmeter are free when the temperature gradient disappears.

Aus der DE 10 2009 046 839 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren einer Verstopfung eines Messrohrs bekannt, wobei zur Verbesserung einer Diagnoseaussage eine Gehäusetemperatur Berücksichtigung findet und die Diagnose als ungeeignet eingestuft wird, wenn eine Temperatur des Mediums nur ungenügend von einer Temperatur des Gehäuses abweicht.From the DE 10 2009 046 839 A1 a method for detecting a blockage of a measuring tube is known, wherein for improving a diagnostic statement, a housing temperature is taken into account and the diagnosis is classified as inappropriate if a temperature of the medium insufficiently deviates from a temperature of the housing.

Durch das in der DE 10 2010 040 598 A1 beschriebene Verfahren zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung eines Messrohrs soll die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage verbessert werden. Gemäß dem bekannten Verfahren wird einem Medium, welches in einem ersten Messrohr geführt ist, Wärme mittels eines Heizelements zugeführt oder es wird Wärme von dem Medium mittels eines Kühlelements abgeführt. Durch einen Temperatursensor, der thermisch an das in dem ersten Messrohr geführte Medium angekoppelt ist, wird dessen Temperatur erfasst. Ferner wird eine erste Vergleichsgröße, die charakteristisch für einen Wärmetransport durch das Medium in dem ersten Messrohr ist, auf der Basis der Wärmezuführung bzw. Wärmeabführung sowie auf der Basis der erfassten Temperatur bestimmt und mit einer Referenzgröße verglichen. Eine Verstopfung des Messrohrs wird detektiert, falls die erste Vergleichsgröße um mehr als einen Grenzwert von der Regelgröße abweicht. Die Referenzgröße kann an einem zweiten Messrohr auf eine Weise bestimmt werden, die analog zur Bestimmung der ersten Vergleichsgröße ist. In nachteiliger Weise muss bei dem bekannten Verfahren durch ein Heizelement bzw. ein Kühlelement gezielt Wärme dem Medium zu- bzw. abgeführt werden, damit das Verfahren zuverlässig und unabhängig von den jeweils vorliegenden thermischen Randbedingungen durchführbar ist. Dadurch wird der Energieverbrauch des Durchflussmessgeräts erhöht. Zudem kann das Aufheizen eines oder mehrerer Messrohre in einem Messaufnehmer Auswirkungen auf die Massendurchflussmessung haben, die nur schwer kompensierbar sind. Wenn die Einhaltung der Spezifikation, insbesondere bezüglich der Messgenauigkeit, gewährleistet werden muss, kann es daher erforderlich sein, die Diagnose zeitlich getrennt von der Durchflussmessung und nicht gleichzeitig mit dieser auszuführen. In nachteiliger Weise liegen dann für den Zeitraum der Diagnosedurchführung keine zulässigen Messwerte für den Massendurchfluss vor.By in the DE 10 2010 040 598 A1 described method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube to the reliability of the diagnosis statement is to be improved. According to the known method, a medium, which is guided in a first measuring tube, heat is supplied by means of a heating element or heat is removed from the medium by means of a cooling element. By a temperature sensor, which is thermally coupled to the guided in the first measuring tube medium whose temperature is detected. Furthermore, a first comparison variable, which is characteristic for a heat transport through the medium in the first measuring tube, on the basis of the heat supply or heat dissipation as well as on the basis of the detected temperature is determined and compared with a reference variable. A blockage of the measuring tube is detected if the first comparison variable deviates from the controlled variable by more than a limit value. The reference variable can be determined on a second measuring tube in a manner which is analogous to the determination of the first comparison quantity. In a disadvantageous manner, in the known method heat must be added or removed selectively to the medium by means of a heating element or a cooling element, so that the method can be carried out reliably and independently of the respectively present thermal boundary conditions. This increases the energy consumption of the flowmeter. In addition, heating one or more measuring tubes in a sensor can have an impact on the mass flow measurement, which is difficult to compensate for. If compliance with the specification, in particular with regard to measuring accuracy, must be ensured, it may therefore be necessary to carry out the diagnosis separately from the flow measurement and not simultaneously with it. Disadvantageously, there are then no permissible measured values for the mass flow rate for the period of the diagnostic implementation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung eines Messrohrs in einem Coriolis-Massendurchflussmessgerät zu finden, das eine verbesserte Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage ermöglicht und die Massendurchflussmessung des Geräts kaum beeinflusst.The invention has for its object to find a method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube in a Coriolis mass flow meter, which allows improved reliability of the diagnosis statement and hardly affects the mass flow measurement of the device.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung eines Messrohrs die in Anspruch 1 angegebenen Schritte auf. In den abhängigen Ansprüchen sind Weiterbildungen des Verfahrens, in Anspruch 7 ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.To solve this object, the new method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube on the specified in claim 1 steps. In the dependent claims further developments of the method, in claim 7, a Coriolis mass flowmeter for performing the method described.

Das neue Verfahren zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung eines Messrohrs hat den Vorteil, dass in dem Fall, dass sich bei zwei strömungstechnisch parallel geschalteten Messrohren in beiden Messrohren dieselbe Temperatur einstellt, nicht unmittelbar auf freie Durchgängigkeit der beiden Messrohre geschlossen wird. Vielmehr wird festgestellt, dass keine Aussage über den Verstopfungszustand der Messrohre möglich ist, wenn der aktuelle Massenstrom ein gewisses Mindestmaß unterschreitet. Bei einem für eine Verstopfungsdiagnose zu geringen Massenstrom fließen nämlich durch ein teilweise verstopftes wie durch ein freies Messrohr lediglich geringe Medienmassen und die Messwerte der Temperatur der beiden Messrohre gleichen sich der Umgebungstemperatur, insbesondere der Temperatur in einem Gerätegehäuse, auf sehr ähnliche Weise an. Eine zuverlässige Aussage über den Verstopfungszustand der Messrohre kann daher bei diesem Betriebszustand nicht getroffen werden. Zur Ermöglichung einer zuverlässigeren Diagnoseaussage, dass keine Verstopfung vorliegt, wenn der erste Messwert um weniger als der erste vorgegebene Grenzwert von dem zweiten Messwert abweicht, wird daher diese Diagnoseaussage nur erzeugt und ausgegeben, wenn bei der Verstopfungsdiagnose ein vorgegebener Mindestwert des Massendurchflusses überschritten wird. Bei einem für eine Verstopfungsdiagnose zu geringen Massenstrom kann ein Signal zur Anzeige erzeugt werden, dass aktuell keine Aussage über den Verstopfungszustand möglich ist. Damit wird die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Diagnoseaussagen verringert und somit die Zuverlässigkeit getroffener Diagnoseaussagen verbessert. In vorteilhafter Weise wird dies erreicht, ohne den Energieverbrauch des Massendurchflussmessgeräts zu erhöhen.The new method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube has the advantage that in the case that sets the same temperature in two flow tubes in two flow tubes parallel flow, is not immediately closed to free passage of the two measuring tubes. Rather, it is determined that no statement about the clogging of the measuring tubes is possible if the current mass flow falls below a certain minimum level. In the case of a mass flow which is too low for a blockage diagnosis, only small masses of media flow through a partially blocked medium, such as through a free measuring tube, and the measured values of the temperature of the two measuring tubes are similar to the ambient temperature, in particular the temperature in a device housing, in a very similar manner. A reliable statement about the Verstopfungszustand the measuring tubes can therefore not be made in this operating condition. Therefore, to enable a more reliable diagnostic statement that there is no obstruction when the first reading deviates from the second reading by less than the first predetermined threshold, this diagnostic statement is generated and output only when a predetermined minimum mass flow rate value is exceeded in the obstruction diagnostic. If the mass flow rate is too low for a clogging diagnosis, a signal can be generated for the display that currently no information about the clogging state is possible. This reduces the likelihood of incorrect diagnostic statements and thus improves the reliability of diagnostic statements made. Advantageously, this is achieved without increasing the energy consumption of the mass flowmeter.

Die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage kann weiter verbessert werden, wenn zusätzlich zur jeweiligen Temperatur der strömungstechnisch parallel geschalteten Messrohre die Gehäusetemperatur des Messaufnehmers erfasst wird. Weicht die Umgebungstemperatur bzw. die Gehäusetemperatur nur geringfügig von den beiden an den Messrohren erfassten Temperaturwerten ab, kann ebenfalls bei näherungsweiser Gleichheit der Temperaturen der beiden Messrohre nicht unmittelbar darauf geschlossen werden, dass keine Verstopfung vorliegt. Vielmehr wird in diesem Betriebszustand ein Signal zur Anzeige erzeugt, das ein Detektieren einer Verstopfung nicht möglich ist.The reliability of the diagnosis statement can be further improved if, in addition to the respective temperature of the flow tubes connected in parallel, the housing temperature of the sensor is detected. If the ambient temperature or the housing temperature differs only slightly from the two temperature values detected at the measuring tubes, it is likewise impossible, if the temperatures of the two measuring tubes are approximately identical, to conclude directly that there is no blockage. Rather, in this operating state, a signal is generated for the display that a detection of a blockage is not possible.

Eine besonders zuverlässige Aussage über einen Gutzustand, in welchem in keinem der strömungstechnisch parallel geschalteten Messrohre eines Massendurchflussmessgeräts eine Verstopfung vorliegt, wird vorteilhaft dann erhalten, wenn sich eine geringe Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messrohren einstellt und gleichzeitig die Temperaturdifferenz zwischen den Messrohren und ihrer Umgebung und der Massendurchfluss für eine zuverlässige Verstopfungsdetektion ausreichen.A particularly reliable statement about a Gutzustand, in which in any of the flow-parallel connected measuring tubes of a mass flow meter, a blockage is present, is advantageously obtained when a small temperature difference between the two measuring tubes sets and at the same time the temperature difference between the measuring tubes and their environment and the mass flow sufficient for a reliable constipation detection.

Wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Messrohren und dem Gehäuse des Messaufnehmers für eine zuverlässige Gut- oder Schlechtaussage über den Verstopfungszustand der Messrohre zu gering ist, kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung unter der Voraussetzung, dass ein für eine Diagnoseaussage ausreichender Massenstrom vorliegt, abgeholfen werden, indem das Gehäuse des Messaufnehmers zur Ermöglichung einer Aussage über den Verstopfungszustand beispielsweise durch einen Heizmantel beheizt oder beispielsweise durch einen Kühlmittelkreislauf gekühlt wird. In vielen Anwendungsfällen ist jedoch bereits aufgrund von Medientemperaturen, die von der Umgebung des Massendurchflussmessgeräts stark abweichen, eine zusätzliche Heizung oder Kühlung des Gehäuses nicht erforderlich, sodass die zum Heizen oder Kühlen erforderliche Energie nur selten aufgewendet werden muss. Da das Verfahren zum Detektieren einer Messrohrverstopfung in größeren Zeitabständen beispielsweise zyklisch durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung des Massendurchflussmessgeräts gestartet wird, ist zudem der mit dem Heiz- oder Kühlvorgang des Gehäuses verbundene Energieaufwand gering. Ein Heizmantel zum Aufheizen des Gehäuses ist häufig als käufliches Zubehör zu Coriolis-Massendurchflussmessgeräten erhältlich und daher mit einem vergleichsweise geringen Zusatzaufwand verbunden.If the temperature difference between the measuring tubes and the housing of the measuring sensor for a reliable good or bad statement on the clogging state of the measuring tubes is too low, can be remedied in a particularly advantageous embodiment of the invention, provided that sufficient for a diagnostic statement mass flow exists in that the housing of the measuring sensor is heated, for example, by a heating jacket or cooled, for example, by a coolant circuit, in order to provide information about the blockage condition. In many applications, however, due to media temperatures that differ greatly from the environment of the mass flow meter, additional heating or cooling of the housing is not required, so that the energy required for heating or cooling must be used only rarely. Since the method for detecting a Meßrohrststopfung at longer intervals, for example, cyclically started by the control and evaluation of the mass flow meter, also the associated with the heating or cooling process of the housing energy expenditure is low. A heating jacket for heating the housing is often available as a commercially available accessory to Coriolis mass flowmeters and therefore associated with a relatively small additional effort.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zu vergleichenden Temperaturwerte der beiden Messrohre jeweils eingangsseitig erfasst. Das hat den Vorteil, dass sich bei einer Verstopfung in diesem örtlichen Messbereich die größere Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messrohren einstellt, da die Angleichung an die im Gehäuseinneren herrschende Temperatur über eine kürzere Strecke stattfindet, als dies bei einer ausgangsseitigen Anbringung der Temperatursensoren der Fall wäre. Die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage wird damit weiter verbessert.In an advantageous embodiment of the invention, the temperature values of the two measuring tubes to be compared are respectively recorded on the input side. This has the advantage that, in the event of a blockage in this local measuring range, the greater temperature difference between the two measuring tubes is established, since the adaptation to the temperature prevailing inside the housing takes place over a shorter distance than would be the case if the temperature sensors were mounted on the output side. The reliability of the diagnostic statement is thus further improved.

Anhand eines Vergleichs der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Temperaturen, die sich bei Durchführung der Diagnose an jedem Messrohr einstellen, kann nach Detektieren des prinzipiellen Vorliegens einer Verstopfung in einem der beiden Messrohre eines Messaufnehmers mit Vorteil festgestellt werden, welches das verstopfte Messrohr ist. Da für eine Gut- oder Schlechtaussage gefordert wird, dass der Massendurchfluss einen vorgegebenen Mindestwert übersteigt, unterscheiden sich nämlich die eingangsseitige und die ausgangsseitige Temperatur eines freien Messrohrs nur vergleichsweise wenig, während bei einer Verstopfung eine geringe Durchströmung vorliegt und sich somit die Temperatur des verstopften Messrohrs über seine Länge innerhalb des Gehäuses zunehmend an die dort herrschende Umgebungstemperatur anpasst. Somit ist das Messrohr mit der größeren Abweichung zwischen den eingangsseitig und ausgangsseitig erfassten Temperaturen als das Messrohr mit der detektierten Verstopfung bestimmbar.On the basis of a comparison of the input and output temperatures, which are established on each measuring tube when the diagnosis is carried out, it can advantageously be established, after detecting the existence of a blockage in one of the two measuring tubes of a measuring transducer, which is the clogged measuring tube. Since it is required for a good or bad statement that the mass flow rate exceeds a predetermined minimum value, namely the input side and the output side temperature of a free measuring tube differ only slightly, while in a blockage there is a low flow and thus the temperature of the clogged measuring tube increasingly adapted to the prevailing ambient temperature over its length within the housing. Thus, the measuring tube with the greater deviation between the temperatures detected on the input side and the output side can be determined as the measuring tube with the detected blockage.

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 eine Schnittdarstellung eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts und 1 a sectional view of a Coriolis mass flowmeter and

2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer Verstopfung. 2 a flowchart of a method for detecting a blockage.

Das Massendurchflussmessgerät 1 gemäß 1 arbeitet nach dem Coriolis-Prinzip. Ein erstes Messrohr 2 und ein zweites Messrohr 3 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das zweite Messrohr 3 hat die gleiche Form wie das erste Messrohr 2, liegt in der Darstellung hinter dem ersten Messrohr 2 und wird daher durch dieses in der Realität verdeckt, sodass es in der Perspektive der 1 eigentlich nicht sichtbar wäre. Zur besseren Anschaulichkeit ist das Messrohr 3 in 1 jedoch nur teilweise verdeckt dargestellt. Der Verlauf der Messrohre 2 und 3 ist im Wesentlichen U-förmig. Ein fließfähiges Medium strömt beispielsweise entsprechend einem Pfeil 4 in das Massendurchflussmessgerät 1 und in einen Einlaufsplitter 6 ein und entsprechend einem Pfeil 5 aus einem Auslaufsplitter 7 wieder aus. Flansche 8 und 9 dienen zur Befestigung des Massendurchflussmessgeräts 1 in einer in der Figur nicht dargestellten Rohrleitung. Ein geschlossenes Gehäuse, in welchem die Messrohre 2, 3 angeordnet sind, besteht aus einem Versteifungsrahmen 10 und einer an diesen angeschweißten Gehäuseschale 16. Durch den Versteifungsrahmen 10 wird die Geometrie der Messrohre 2 und 3 weitgehend konstant gehalten, sodass auch Veränderungen des Rohrleitungssystems, in welchem das Massendurchflussmessgerät 1 eingebaut ist, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, allenfalls zu einer geringen Nullpunktverschiebung führen. Eine in 1 schematisch dargestellte Erregeranordnung 11, die beispielsweise aus einer am Messrohr 2 befestigten Magnetspule und einem am Messrohr 3 angebrachten Magneten, der in die Magnetspule eintaucht, bestehen kann, dient zur Erzeugung einander entgegengesetzter Schwingungen der beiden Messrohre 2 und 3, deren Frequenz der Eigenfrequenz des im Wesentlichen U-förmigen Mittenabschnitts der Messrohre 2 und 3 entspricht. Ebenfalls schematisch dargestellte Schwingungsaufnehmer 12 und 13 dienen zur Erfassung der Coriolis-Kräfte und/oder der auf den Coriolis-Kräften beruhenden Schwingungen der Messrohre 2 und 3, die aufgrund der Masse des durchströmenden Mediums entstehen. Mithilfe zweier Temperatursensoren 27 und 28, die eingangsseitig auf dem Messrohr 2 bzw. auf dem Messrohr 3 angebracht sind, wird die jeweilige Temperatur der beiden Messrohre 2 bzw. 3 erfasst. Zwei weitere Temperatursensoren 29 und 30 dienen zur Messung der ausgangsseitigen Temperaturen an den Messrohren 2 bzw. 3. Ein Temperatursensor 14 erfasst die Gehäusetemperatur. Zur bedarfsweisen Einstellung der Gehäusetemperatur dient eine Heizung 25, die gleichzeitig oder alternativ als Kühlung ausgebildet sein kann und mit dem Gehäuse 10, 16 thermisch gekoppelt ist. Die Heizung 25 kann in der Praxis beispielsweise durch eine mit der Gehäuseschale 16 verschweißte Rohrleitung realisiert werden, durch welche wahlweise ein Heizmittel oder ein Kühlmittel durchleitbar ist. Eine andere Realisierungsmöglichkeit ist ein als Zubehör eines Massendurchflussmessgeräts erhältlicher Heizmantel.The mass flowmeter 1 according to 1 works on the Coriolis principle. A first measuring tube 2 and a second measuring tube 3 are arranged substantially parallel to each other. The second measuring tube 3 has the same shape as the first measuring tube 2 , lies in the illustration behind the first measuring tube 2 and is therefore obscured by this in reality, so it in the perspective of the 1 actually not visible. For better clarity, the measuring tube 3 in 1 but only partially hidden. The course of the measuring tubes 2 and 3 is essentially U-shaped. A flowable medium flows, for example, according to an arrow 4 into the mass flowmeter 1 and into an inlet splitter 6 one and according to an arrow 5 from a discharge splitter 7 out again. flanges 8th and 9 are used to attach the mass flowmeter 1 in a pipeline, not shown in the figure. A closed housing in which the measuring tubes 2 . 3 are arranged, consists of a stiffening frame 10 and a welded to this housing shell 16 , Through the stiffening frame 10 becomes the geometry of the measuring tubes 2 and 3 largely constant, so that also changes the piping system, in which the mass flow meter 1 is installed, for example, due to temperature fluctuations, possibly lead to a low zero shift. An in 1 schematically illustrated excitation arrangement 11 , for example, from one on the measuring tube 2 attached magnetic coil and one on the measuring tube 3 mounted magnet, which dips into the magnetic coil can exist, serves to generate opposite oscillations of the two measuring tubes 2 and 3 whose frequency is the natural frequency of the substantially U-shaped center portion of the measuring tubes 2 and 3 equivalent. Also schematically illustrated vibration sensor 12 and 13 serve to detect the Coriolis forces and / or based on the Coriolis forces oscillations of the measuring tubes 2 and 3 , which arise due to the mass of the medium flowing through. Using two temperature sensors 27 and 28 , the input side of the measuring tube 2 or on the measuring tube 3 are attached, the respective temperature of the two measuring tubes 2 respectively. 3 detected. Two more temperature sensors 29 and 30 are used to measure the output side temperatures at the measuring tubes 2 respectively. 3 , A temperature sensor 14 detects the case temperature. To adjust the housing temperature as needed, a heater is used 25 , which may be formed simultaneously or alternatively as cooling and with the housing 10 . 16 thermally coupled. The heating system 25 can in practice, for example, by a with the housing shell 16 welded pipe can be realized, through which either a heating means or a coolant can be passed. Another possible realization is a heating jacket available as an accessory of a mass flowmeter.

Das aus dem Versteifungsrahmen 10 und der Gehäuseschale 16 bestehende Gehäuse ist gasdicht geschlossen und für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Der Versteifungsrahmen 10 des Aufnehmers 15 ist mit einem Gehäuse 20 einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 21 verbunden. Leitungen 22, die zum Anschluss der Erregeranordnung 11, der Schwingungsaufnehmer 12, 13, des Temperatursensors 14, der Heizung 25 und der Temperatursensoren 27 ... 30 an die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 21 dienen, verlaufen druckdicht durch eine Glasdurchführung 23, die den Innenraum des Gehäuses 10, 16 von demjenigen des Gehäuses 20 trennt. Die Schwingungssignale, welche durch die Schwingungsaufnehmer 12 und 13 erzeugt werden, sowie die von den Temperatursensoren 14, 27 ... 30 gelieferten Temperaturmesssignale werden von der Auswerteeinrichtung 21 ausgewertet. Zur Auswertung umfasst diese einen Mikroprozessor sowie Speicher für Programme, Daten und Parameter, welche nicht näher dargestellt sind. Ergebnisse der Auswertungen werden auf einer Anzeige ausgegeben und/oder über eine Leitung 26 an eine weitere Elektronikeinheit zur Signalkonditionierung oder direkt an eine übergeordnete Leitstation übertragen. Neben der Auswertung übernimmt die Auswerteeinrichtung 21 auch die Ansteuerung der Erregeranordnung 11 und der Heizung 25 sowie die Eigendiagnose des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1 unter anderem anhand der Temperaturmesssignale. Falls sich bei der Eigendiagnose ein Fehlerzustand ergibt, wird dieser ebenfalls über die Leitung 26 weitergeleitet, damit geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung eingeleitet werden können.That from the stiffening frame 10 and the housing shell 16 existing housing is gas-tight and suitable for use in potentially explosive atmospheres. The stiffening frame 10 of the pickup 15 is with a housing 20 a control and evaluation 21 connected. cables 22 necessary for connection of the exciter arrangement 11 , the vibration sensor 12 . 13 , the temperature sensor 14 , the heating 25 and the temperature sensors 27 ... 30 to the control and evaluation device 21 serve, run pressure-tight through a glass passage 23 covering the interior of the case 10 . 16 from that of the housing 20 separates. The vibration signals generated by the vibration sensor 12 and 13 be generated, as well as those of the temperature sensors 14 . 27 ... 30 supplied temperature measuring signals are from the evaluation 21 evaluated. For evaluation, this includes a microprocessor and memory for programs, data and parameters, which are not shown in detail. Results of the evaluations are output on a display and / or via a line 26 to another electronic unit for signal conditioning or transmitted directly to a higher-level control station. In addition to the evaluation, the evaluation takes over 21 also the control of the exciter arrangement 11 and the heater 25 and the self-diagnosis of the Coriolis mass flowmeter 1 among other things on the basis of the temperature measuring signals. If a fault condition results during the self-diagnosis, this is also transmitted via the line 26 forwarded so that appropriate error-handling measures can be initiated.

Ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum Detektieren einer vollständigen oder teilweisen Verstopfung, das mit dem in 1 dargestellten Coriolis-Massendurchflussmessgerät 1 durchgeführt werden kann, wird im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms in 2 näher erläutert. Mithilfe der beiden eingangsseitigen Temperatursensoren (27 und 28 in 1) wird in einem Schritt S1 ein Messwert der Temperatur des ersten Messrohrs (2 in 1) bzw. in einem Schritt S2 ein Messwert der Temperatur des zweiten Messrohrs (3 in 1) erfasst. In einem Schritt S3 wird die Differenz der beiden Messwerte berechnet und mit einem ersten vorgegebenen Grenzwert verglichen. Der Grenzwert ist je nach Gerätetyp und/oder Anwendung vorbestimmt und in einem Speicher hinterlegt. In einer praktischen Ausführung wird er beispielsweise auf den Wert 0,35 Kelvin eingestellt. Überschreitet die Temperaturdifferenz den vorbestimmten Grenzwert (Ausgang mit Beschriftung „Yes” des Schritts S3), so wird zu einem Schritt S4 übergegangen, in welchem eine Verstopfung von einem der beiden Messrohre (2 und/oder 3 in 1) detektiert und ein Signal zur Anzeige der Verstopfung ausgegeben wird. Ist dagegen die Temperaturdifferenz kleiner als der erste vorbestimmte Grenzwert (Ausgang „No”), findet ein Wechsel zum Schritt S5 statt. In einem Schritt S6 wird ein Messwert des Massendurchflusses durch das Gerät ermittelt, der im Schritt S5 mit einem vorgegebenen Mindestwert verglichen wird. Unterschreitet der Massendurchfluss den Mindestwert (Ausgang „No” am Schritt S5 in 2), so wird festgestellt, dass derzeit keine eindeutige Detektion einer Verstopfung anhand der gemessenen Temperaturen möglich ist und somit keine Aussage über den Verstopfungszustand des Messrohrs getroffen werden kann. Dies geschieht in einem Schritt S7. Bei einem Massendurchflussmessgerät, dessen Messbereich beispielsweise zwischen 0 und 20.000 kg/h liegt, kann der Mindestwert des Massendurchflusses beispielsweise auf 500 kg/h gesetzt werden. Damit wird eine zuverlässigere Diagnoseaussage erhalten, da bei Verschwinden der Temperaturdifferenz und gleichzeitigem Überschreiten dieses Mindestwerts mit hoher Wahrscheinlichkeit keine Verstopfung vorliegt.An exemplary sequence of the method for detecting a complete or partial blockage, which corresponds to the in 1 Coriolis mass flowmeter shown 1 can be performed in the following with reference to the flowchart in 2 explained in more detail. Using the two input-side temperature sensors ( 27 and 28 in 1 ), in a step S1, a measured value of the temperature of the first measuring tube ( 2 in 1 ) or in a step S2 a measured value of the temperature of the second measuring tube ( 3 in 1 ) detected. In a step S3, the difference of the two measured values is calculated and compared with a first predetermined limit value. The limit is predetermined depending on the device type and / or application and stored in a memory. In a practical embodiment, for example, it is set to the value 0.35 Kelvin. If the temperature difference exceeds the predetermined limit (output labeled "Yes" of step S3), then a step S4 is entered, in which a blockage of one of the two measuring tubes ( 2 and or 3 in 1 ) is detected and a signal for indicating the blockage is output. If, on the other hand, the temperature difference is less than the first predetermined limit value (output "No"), a change to step S5 takes place. In a step S6, a measured value of the mass flow rate through the device is determined, which is compared in step S5 with a predetermined minimum value. If the mass flow rate falls below the minimum value (output "No" at step S5 in FIG 2 ), it is determined that currently no clear detection of a blockage on the basis of the measured temperatures is possible and thus no statement about the clogging state of the measuring tube can be made. This happens in a step S7. For example, in the case of a mass flow meter whose range is between 0 and 20,000 kg / h, the minimum value of the mass flow can be set to 500 kg / h. This gives a more reliable diagnosis, since there is a high probability that there will be no blockage if the temperature difference disappears and this minimum value is simultaneously exceeded.

Um die Zuverlässigkeit dieser Diagnoseaussage weiter zu verbessern, wird bei Überschreiten des vorgegebenen Mindestwerts für den Massendurchfluss (Ausgang „Yes” des Schritts S5) zu einem Schritt S8 mit einer weiteren Abfrage übergegangen. In dem Schritt S8 wird ein in einem Schritt S9 erfasster Messwert der Temperatur des Gehäuses (Temperatursensor 14 in 1) mit einem Mindestwert der Temperaturen der beiden Messrohre, der in einem Schritt S10 aus den in den Schritten S1 und S2 ermittelten Messwerten berechnet wird, verglichen. Ist die bei dem Vergleich von Gehäusetemperatur und Messrohrtemperatur ermittelte Differenz kleiner als ein zweiter vorgegebener Grenzwert (Ausgang „No” des Schritts S8), wobei der zweite vorgegebene Grenzwert in einem Ausführungsbeispiel auf 1,3 Kelvin gesetzt sein kann, so wird in einem Schritt S11 wiederum durch ein Signal angezeigt, dass keine Aussage über den Verstopfungszustand des Messrohrs möglich ist. Übersteigt dagegen die Temperaturdifferenz den zweiten vorgegebenen Grenzwert (Ausgang „Yes” beim Schritt S8), wird in einem nachfolgenden Schritt S12 die mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zutreffende Diagnoseaussage erzeugt, dass in den Messrohren des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts keine Verstopfung vorliegt.In order to further improve the reliability of this diagnostic statement, when the predetermined minimum value for the mass flow rate (output "Yes" of step S5) is exceeded, a transition is made to a step S8 with a further interrogation. In step S8, a measured value of the temperature of the housing detected in a step S9 (temperature sensor 14 in 1 ) with a minimum value of the temperatures of the two measuring tubes, which is calculated in step S10 from the measured values determined in steps S1 and S2. If the difference determined in the comparison of housing temperature and measuring tube temperature is less than a second predetermined limit value (output "No" of step S8), wherein the second predetermined limit value can be set to 1.3 Kelvin in one exemplary embodiment, then in step S11 again indicated by a signal that no statement about the clogging state of the measuring tube is possible. If, on the other hand, the temperature difference exceeds the second predetermined limit value (output "Yes" in step S8), then in a subsequent step S12, the diagnostic statement that applies with very high probability is generated that there is no blockage in the measuring tubes of the Coriolis mass flowmeter.

In dem Schritt S11 wird zur Ermöglichung einer Aussage über den Verstopfungszustand eine Heizung oder Kühlung des Gehäuses aktiviert, damit sich eine für die Diagnose ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Gehäuse und Messrohren einstellt. Dadurch ist eine Diagnose auch in den Fällen möglich, in denen die Temperatur eines Prozessmediums nur geringfügig von der Umgebungstemperatur des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts abweicht.In the step S11, a heating or cooling of the housing is activated to allow a statement about the congestion state, so that a temperature difference between housing and measuring tubes that is sufficient for the diagnosis is established. As a result, a diagnosis is also possible in cases in which the temperature of a process medium deviates only slightly from the ambient temperature of the Coriolis mass flowmeter.

Wenn – wie in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1 – zusätzliche Temperatursensoren 29, 30 ausgangsseitig vorgesehen sind, können bei anderer Strömungsrichtung vorteilhaft deren Messwerte zur oben beschriebenen Auswertung herangezogen werden und/oder es kann nach dem Schritt S4, in welchem eine Verstopfung des Geräts festgestellt wurde, zusätzlich ermittelt werden, um welches Messrohr es sich handelt. Dazu werden die Differenzen der eingangsseitig und ausgangsseitig ermittelten Temperaturen jeweils für die Messrohre 2 und 3 berechnet und miteinander verglichen. Das Messrohr 2 oder 3, an welchem sich die größere Temperaturdifferenz einstellt, wird mit der Ausgabe des Diagnoseergebnisses als verstopft angezeigt.If - as in the in 1 shown embodiment of a Coriolis mass flowmeter 1 - additional temperature sensors 29 . 30 On the output side, the measured values for the above-described evaluation can advantageously be used in another flow direction and / or it can additionally be determined after step S4, in which a blockage of the device has been determined, as to which measuring tube is concerned. For this purpose, the differences between the temperatures determined on the input side and on the output side are respectively for the measuring tubes 2 and 3 calculated and compared. The measuring tube 2 or 3 , at which the larger temperature difference sets, is displayed as clogged with the output of the diagnostic result.

Die einzelnen Schritte des Diagnoseverfahrens können unmittelbar in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 21 des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1 durch ein geeignetes Auswerteprogramm durchgeführt werden. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, die einzelnen Messwerte der Temperaturen wie den Massendurchfluss mithilfe des Feldbusses 26 zu beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer Leitstation zu übertragen, in welcher dann die Auswertung der Messwerte zur Bestimmung der Diagnoseaussage erfolgt.The individual steps of the diagnostic process can be directly in the control and evaluation 21 Coriolis mass flowmeter 1 be carried out by a suitable evaluation program. Alternatively, it is of course possible, the individual measured values of the temperatures such as the mass flow using the fieldbus 26 For example, to transmit to a programmable logic controller or a control station, in which then the evaluation of the measured values to determine the diagnosis statement.

Das Verfahren wurde zum einfachen Verständnis anhand eines Ausführungsbeispiels mit zwei strömungstechnisch parallel geschalteten Messrohren im Messaufnehmer des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts beschrieben. Es ist jedoch ohne weiteres auch bei Durchflussmessgeräten anwendbar, die mehr als zwei Messrohre aufweisen.The method has been described for ease of understanding with reference to an embodiment with two flow-parallel connected measuring tubes in the sensor of the Coriolis mass flowmeter. However, it is also readily applicable to flowmeters that have more than two measuring tubes.

Claims

Method for detecting a complete or partial blockage of a measuring tube ( 2 . 3 ) of a sensor ( 15 ) of a Coriolis mass flowmeter ( 1 ), the sensor ( 15 ) is flowed through by medium and at least two flow-parallel connected measuring tubes ( 2 . 3 ), wherein at a first measuring tube ( 2 ) a first measured value of the temperature and on a second measuring tube ( 3 ) a second measured value of the temperature is detected and wherein a blockage is detected if the first measured value deviates from the second measured value by more than a first predefined limit value, characterized in that a measured value of the mass flow rate is determined and in order to enable a more reliable diagnosis, that there is no blockage, if the first measured value deviates from the second measured value by less than the first predefined limit value, this diagnostic statement is only generated and output if a predetermined minimum value of the mass flow rate is exceeded during the clogging diagnosis.

Method according to claim 1, characterized in that on a housing ( 10 . 16 ) of the sensor ( 15 ) a third measured value of the temperature is detected and that a signal is generated for the display that no statement about the clogging state of the measuring tube ( 2 . 3 ) is possible if the first measured value of the temperature does not deviate from the second measured value of the temperature by more than the first predetermined limit value, if the measured value of the mass flow rate is greater than the predetermined minimum value and if the first measured value and / or the second measured value do not correspond to more than a second predetermined limit value deviate from the third measured value.

A method according to claim 2, characterized in that a signal is generated for the indication that there is no blockage, if the first measured value of the temperature does not deviate from the second measured value of the temperature by more than the first predetermined limit value, if the measured value of the mass flow rate is greater than is the predetermined minimum value and if the first measured value and / or the second measured value deviate from the third measured value by more than the second predefined limit value.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that the housing ( 10 . 16 ) of the sensor ( 15 ) to enable a If the first measured value and / or the second measured value do not deviate from the third measured value by more than the second predefined limit value, information about the clogging state is heated or cooled.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first measured value of the temperature and the second measured value of the temperature at the first measuring tube ( 2 ) or second measuring tube ( 3 ) are detected on the input side.

A method according to claim 5, characterized in that a fourth measured value of the temperature at the first measuring tube ( 2 ) and a fifth measured value of the temperature at the second measuring tube ( 3 ) are detected on the output side and that in the case of the detection of a blockage, a signal for indicating a blockage of the first measuring tube ( 2 ) is generated when the deviation between the first measured value and the fourth measured value is greater than the deviation between the second measured value and the fifth measured value, and if otherwise a signal for indicating a blockage of the second measuring tube ( 3 ) is output.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) with a sensor ( 15 ), which can be traversed by medium and at least two fluidly connected in parallel measuring tubes ( 2 . 3 ), with a first temperature sensor ( 27 ) for determining a first measured value of the temperature at the first measuring tube ( 2 ), with a second temperature sensor ( 28 ) for determining a second measured value of the temperature at the second measuring tube ( 3 ) and with a control and evaluation device ( 21 ) for determining a measured value of the mass flow, wherein the control and evaluation device is adapted to a complete or partial blockage of a measuring tube ( 2 . 3 ) if the first measured value deviates from the second measured value of the temperature by more than a first predefined limit value, characterized in that the control and evaluation device ( 21 ) to provide a more reliable diagnostic indication that there is no obstruction when the first measurement value deviates from the second measurement value by less than the first predetermined limit, is adapted to generate and output that diagnostic statement only if a predetermined minimum mass flow rate value is present in the obstruction diagnosis is exceeded.