DE102015122542A1 - Field device of process measuring technology - Google Patents
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Abstract
Ein Feldgerät der Prozessmesstechnik umfassend einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp (15, 36) zur Ermittlung einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe eines in einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung befindlichen strömungsfähigen Mediums wobei der Messaufnehmer (15, 36) zudem eine Sensoranordnung (14, 31) mit zumindest zwei Sensorelementen, insbesondere zwei Elektroden (7, 25, 26), aufweist, welche Sensoranordnung (14, 31) in einem ersten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Wirkwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen erfasst und welche in einem zweiten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Blindwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen erfasst.A process measuring field device comprising a vibration-type sensor (15, 36) for determining a viscosity, a density and / or a size of a fluid medium contained in a container and / or a pipeline, wherein the sensor (15, 36) also has a Sensor arrangement (14, 31) with at least two sensor elements, in particular two electrodes (7, 25, 26), which sensor arrangement (14, 31) detects measured values for determining a resistance of the medium between the two sensor elements in a first operating mode and which in a second operating mode measured values for determining a reactance of the medium between the two sensor elements detected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a field device of process measuring technology with a vibration-type sensor according to the preamble of claim 1.
Feldgeräte der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp und besonders Coriolis-Durchflussmessgeräte sind seit vielen Jahren bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Messgeräts wird beispielsweise in der
Typischerweise weisen Coriolis-Durchflussmessgeräte zumindest ein oder mehrere schwingfähige Rohre auf, welche mittels eines Erregers in Schwingung versetzt werden können. Diese Schwingungen übertragen sich über die Rohrlänge und werden durch die Art des im Rohr befindlichen fließfähigen Mediums und dessen Durchflussgeschwindigkeit variiert. Ein Sensor oder insbesondere zwei voneinander beabstandete Sensoren können an einer anderen Stelle des Rohres die variierten Schwingungen in Form eines Messsignals oder mehrerer Messsignale aufnehmen. Aus dem oder den Messsignalen kann eine Auswerteeinheit sodann den Durchfluss und/oder die Dichte des Mediums ermittelnTypically, Coriolis flowmeters have at least one or more vibratable tubes which can be vibrated by means of an exciter. These vibrations are transmitted over the pipe length and are varied by the type of flowable medium in the pipe and its flow rate. A sensor, or in particular two sensors spaced apart from one another, can receive the varied oscillations in the form of a measuring signal or a plurality of measuring signals at another point on the tube. An evaluation unit can then determine the flow and / or the density of the medium from the measurement signal (s)
Entsprechende Erreger und/oder Sensoren beruhen zumeist auf einem elektro-dynamischen Prinzip und sind zumeist mehrteilig aufgebaut und umfassen eine magneterzeugende Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes und eine von diesem Magnetfeld durchsetzte Spule. Diese Spule besteht üblicherweise aus Draht und ist auf einen Spulenkörper, typischerweise einem zylindrischen Spulenkörper, gewickelt. Diese Technologie hat sich grundsätzlich bewährt.Respective exciters and / or sensors are usually based on an electro-dynamic principle and are usually constructed in several parts and include a magnet-generating unit for generating a magnetic field and a coil penetrated by this magnetic field. This coil is usually made of wire and is wound on a bobbin, typically a cylindrical bobbin. This technology has proven itself in principle.
Feldgeräte mit Messaufnehmer vom Vibrationstyp können auch als Füllstandsmessgeräte ausgebildet sein. Seit vielen Jahren werden von Endress und Hauser Produkte unter dem Namen „Liquiphant“ vertrieben. Typisch für diese Art von Füllstandsmessgeräten ist eine Membran von welcher zwei Gabelarme eines gabelförmigen Elements mit gegenüberstehenden ebenen Flächen in Richtung des Mediums hervorstehen. Die Membran und damit auch das gabelförmige Element wird über Ultraschallwandler, z.B. einem sogenannten Bimorphantrieb, zum Schwingen angeregt, wobei diese Schwingungen je nach Dichte und/oder Viskosität des Mediums zwischen den Gabelarmen gedämpft wird. Diese Schwingungsdämpfung ist messtechnisch erfassbar und kann zur Ermittlung der Viskosität und/oder der Dichte des Mediums genutzt werden.Field devices with sensors of the vibration type can also be designed as level gauges. For many years Endress and Hauser have distributed products under the name "Liquiphant". Typical of this type of level gauges is a diaphragm from which protrude two fork arms of a fork-shaped element with opposite flat surfaces in the direction of the medium. The membrane and thus also the bifurcated element is transmitted via ultrasonic transducers, e.g. a so-called bimorph driven to vibrate, these vibrations being damped depending on the density and / or viscosity of the medium between the fork arms. This vibration damping can be detected metrologically and can be used to determine the viscosity and / or the density of the medium.
Heterogene flüssige Medien, insbesondere Dispersionen und/oder Suspensionen, können über die Ermittlung der Dichte und durch rheologische Messungen charakterisiert werden. Für polare flüssige Medien, insbesondere für wässrige oder alkoholische Systeme, mit Anteilen an ionischen Verbindungen ist diese Charakterisierung jedoch nicht ausreichend. Dabei sollte beachtet werden dass die Zeitstabilität von wässrigen Dispersionen und Suspensionen im hohen Maße abhängig ist von den ionischen Bestandteilen abhängig sind. Für eine Qualitätsbestimmung sind in diesen Fällen die Messung der Dichte und der rheologischen Eigenschaften ungenügend.Heterogeneous liquid media, in particular dispersions and / or suspensions, can be characterized by determining the density and by rheological measurements. For polar liquid media, in particular for aqueous or alcoholic systems, with proportions of ionic compounds, however, this characterization is not sufficient. It should be noted that the time stability of aqueous dispersions and suspensions is highly dependent on the ionic constituents. For a quality determination in these cases the measurement of the density and the rheological properties are insufficient.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Feldgerät der Prozessmesstechik bereitzustellen, welches es in kompakter Weise ermöglicht sowohl die Dichte oder Viskosität eines Mediums, als auch die Anteile an ionischen Verbindungen zu bestimmen.The object of the present invention is therefore to provide a field device of process measurement technology which makes it possible in a compact manner to determine both the density or viscosity of a medium and the proportions of ionic compounds.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Feldgerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention achieves this object by providing a field device having the features of claim 1.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Prozessmesstechnik umfasst einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp zur Ermittlung einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe eines in einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung befindlichen strömungsfähigen Mediums, wobei der Messaufnehmer zudem eine Sensoranordnung mit zumindest zwei Sensorelementen aufweist. Dies können vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich zwei Elektroden sein.A field device according to the invention of process measuring technology comprises a vibration-type sensor for determining a viscosity, a density and / or a size of a fluid medium contained in a container and / or a pipeline, wherein the sensor additionally has a sensor arrangement with at least two sensor elements. These may be preferably, but not exclusively, two electrodes.
Die Sensoranordnung ist eingerichtet um in einem ersten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Wirkwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen zu erfassen und in einem zweiten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Blindwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen zu erfassen. Die Begriffe des Wirk- und Blindwiderstands beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf elektrische Widerstände.In a first operating mode, the sensor arrangement is set up to detect measured values for determining a resistance of the medium between the two sensor elements and to acquire measured values for determining a reactance of the medium between the two sensor elements in a second operating mode. The terms of the reactance and reactance refer in the context of the present invention to electrical resistances.
Die Impedanz eines flüssigen Mediums lässt sich aus dem Wirkwiderstand und dem Blindwiderstand ermitteln. Dabei ist der Wirkwiderstand abhängig ist von der Frequenz und der Ionenkonzentration im flüssigen Medium. Die ionischen Anteile können integral charakterisiert werden. Die dielektrischen Bestandteile des Mediums, z.B. auch Kolloide oder sedimentierte Feststoffe können durch den Blindwiderstand berücksichtigt werden. The impedance of a liquid medium can be determined from the effective resistance and the reactance. In this case, the effective resistance is dependent on the frequency and the ion concentration in the liquid medium. The ionic portions can be characterized integrally. The dielectric components of the medium, eg also colloids or sedimented solids, can be taken into account by the reactance.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das Feldgerät kann einen Messumformer zur Ermittlung der Viskosität, der Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe aufweist, wobei der Wirkwiderstand und der Blindwiderstand des Mediums und/oder eine Impedanz des Mediums umfassend den Wirk- und den Blindwiderstand durch diesen Messumformer aus den im ersten und im zweiten Betriebsmodus erfassten Messwerten ermittelt wird. Somit wird beispielsweise nur ein Messumwandler benötigt um sowohl die Dichte als auch die Impedanz des Mediums zu bestimmen, wodurch ein kompaktes Feldgerät realisierbar ist.The field device may comprise a transmitter for determining the viscosity, the density and / or a quantity derivable therefrom, wherein the effective resistance and the reactance of the medium and / or an impedance of the medium comprising the active and the reactance by this transmitter from those in the first and in the second operating mode detected measured values is determined. Thus, for example, only one transducer is needed to determine both the density and the impedance of the medium, whereby a compact field device is feasible.
Der Messumformer, insbesondere eine Recheneinheit des Messumformers kann vorteilhaft derart ausgerüstet sein, dass ein Vergleich des ermittelten Wirk- und Blindwiderstand und/oder der Impedanz des Mediums mit zumindest einem Sollwert unter Berücksichtigung der Mediumstemperatur durchführbar ist. Der Vergleich des Wirk- und des Blindwiderstandes ist dabei mit jeweils zumindest einem Sollwert durchzuführen. Die Mediumstemperatur kann vorteilhaft durch das Feldgerät selbst ermittelt werden oder durch einen mit einem externen Sensor ermittelt und dem Feldgerät zugeführt werden. Der Sollwert kann vorzugsweise auf einem Datenspeicher, welcher Teil des Messumformers ist, hinterlegt sein.The transmitter, in particular a computing unit of the transmitter can be advantageously equipped such that a comparison of the determined active and reactive resistance and / or the impedance of the medium with at least one desired value, taking into account the medium temperature is feasible. The comparison of the active and reactive resistance is to be carried out with at least one reference value. The medium temperature can advantageously be determined by the field device itself or determined by one with an external sensor and fed to the field device. The setpoint may preferably be stored on a data memory which is part of the transmitter.
Es ist zudem von Vorteil, wenn Messumformer kann zudem ausgerüstet ist, um einen Vergleich einer ermittelten Viskosität, Dichte und/oder der davon abgeleiteten Größe des Mediums mit einem vorgegebenen Sollwert durchzuführen. Analog kann auch hierzu die Recheneinheit und der Datenspeicher genutzt werden.It is also advantageous if the transmitter can also be equipped to perform a comparison of a determined viscosity, density and / or the size of the medium derived therefrom with a predetermined desired value. Analogously, the arithmetic unit and the data memory can also be used for this purpose.
Das Feldgerät kann vorteilhaft als Coriolis-Durchfluss- und/oder Coriolis-Dichtemessgerät und/oder als Füllstandsmessgerät, insbesondere mit einem gabelfömigen mediumsberührenden Element, ausgebildet sein. Dadurch kann eine Ermittlung weiterer nützlicher Messgrößen, wie z.B. des Durchflusses oder der Füllhöhe mit ein und demselben kompakten Messgerät erfolgen. Entsprechende Durchfluss- und Füllstandsmessgeräte sind einem Fachmann für Prozessmesstechnik hinlänglich bekannt.The field device can advantageously be designed as a Coriolis flow and / or Coriolis density meter and / or as a level gauge, in particular with a forked medium-contacting element. Thereby, a determination of further useful measurands, e.g. flow or level with one and the same compact meter. Corresponding flow and level measuring devices are well known to a person skilled in the art of process measurement technology.
Um eine Temperaturmessung möglichst nahe am Ort der Messung des Wirk- und Blindwiderstands zu erreichen kann die Sensoranordnung vorteilhaft einen Temperatursensor zur Ermittlung der Mediumstemperatur aufweisen.In order to achieve a temperature measurement as close as possible to the location of the measurement of the active and reactive resistance, the sensor arrangement can advantageously have a temperature sensor for determining the temperature of the medium.
Zum Schutz des Temperatursensors vor mechanischen und/oder chemischen Einflüssen kann die Sensoranordung zumindest eine Elektrode aufweisen in welcher der Temperatursensor angeordnet ist. Die Elektrode kann dabei vorzugsweise als Sensorelement zur Messung des Wirkwiderstands und/oder des Blindwiderstands eingesetzt werden.To protect the temperature sensor against mechanical and / or chemical influences, the sensor arrangement can have at least one electrode in which the temperature sensor is arranged. The electrode can preferably be used as a sensor element for measuring the effective resistance and / or the reactance.
Der Messaufnehmer kann vorteilhaft eine mediumsberührende metallische Wandung aufweisen. Dies kann z.B. im Fall eines Coriolis-Durchflussmessgeräts ein fluidführender Rohrabschnitt sein oder im Fall eines Füllstandsmessgerätes ein stabförmiges Gehäuse welches den Messaufnehmer mit dem Messumformer verbindet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann sich ein Kanal schräg, insbesondere senkrecht zur Längsachse des stabförmigen Gehäuses durch dieses Gehäuse erstrecken. Die Sensoranordnung kann vorteilhaft in der Wandung angeordnet sein und durch eine Isolatierung von dieser Wandung elektrisch isoliert sein. Dadurch wird eine Signalübertragung zwischen den zwei Sensorelemente zur Ermittlung des Wirkwiderstands und/oder des Blindwiderstands durch die metallische Wandung verhindert oder eine Messstörung vermieden.The sensor can advantageously have a medium-contacting metallic wall. This can e.g. in the case of a Coriolis flowmeter, a fluid-carrying pipe section or, in the case of a level gauge, a rod-shaped housing which connects the sensor to the transmitter. In a particularly preferred embodiment, a channel may extend obliquely, in particular perpendicular to the longitudinal axis of the rod-shaped housing through this housing. The sensor arrangement can advantageously be arranged in the wall and be electrically insulated from this wall by an insulation. As a result, a signal transmission between the two sensor elements for determining the effective resistance and / or the reactance is prevented by the metallic wall or a measuring interference avoided.
Die Sensoranordnung kann zumindest zwei Sensorelemente zum Erfassen des Wirk- und des Blindwiderstands aufweisen, vorzugsweise zwei Elektroden, welche vorteilhaft in zumindest dem zweiten Betriebsmodus zur Ermittlung des Blindwiderstandes mit Wechselstrom betrieben werden, während sie im ersten Betriebsmodus zur Ermittlung des Wirkwiderstandes vorzugsweisemit Gleichstrom betrieben werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht vorteilhaft eine robuste und störungsarme Messung.The sensor arrangement may have at least two sensor elements for detecting the active resistance and the reactance, preferably two electrodes, which are advantageously operated in at least the second operating mode for determining the reactance with alternating current, while they are preferably operated in the first operating mode for determining the effective resistance with direct current. This approach advantageously allows a robust and low-interference measurement.
Der Messumformer des Feldgeräts ist vorteilhaft eingerichtet ist zur Modulation der Frequenz des Wechselstroms, wobei die Sensoranordnung für jede Frequenz einen Blindwiderstand erfasst. Da der Blindwiderstand frequenzabhängig ist kann durch die Frequenzmodulation ein Spektrum aufgenommen werden, so dass auch schwierig erfassbare Bestandteile einer Dispersion oder Suspension erfassbar und quantifizierbar sind.The transmitter of the field device is advantageously designed to modulate the frequency of the alternating current, wherein the sensor arrangement detects a reactance for each frequency. Since the reactance is frequency-dependent, a spectrum can be recorded by the frequency modulation, so that even difficult-to-detect constituents of a dispersion or suspension can be detected and quantified.
Der Messumformer kann, wie zuvor bereits beschrieben, einen Datenspeicher aufweisen. Auf diesem Datenspeicher kann vorteilhaft ein Datensatz von Wirkwiderständen und/oder Blindwiderständen zumindest des einen Mediums oder mehrerer Medien bei unterschiedlichen Temperaturen vorteilhaft hinterlegt sein.The transmitter can, as previously described, have a data memory. On this data storage can advantageously a record of resistances and / or reactances of at least one medium or more media be deposited advantageously at different temperatures.
Die Sensoranordnung kann in vorteilhafter konstruktiv-einfacher Bauweise lediglich drei Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden und einen Temperatursensor, aufweisen, wobei die Sensoranordnung in einem ersten Betriebsmodus den Wirkwiderstand des Mediums zwischen den zwei Elektroden ermittelt und wobei die Sensoranordnung in einem zweiten Betriebsmodus den Blindwiderstand des Mediums zwischen den Sensorelementen ermittelt. Dabei werden die Betriebsmodi wechselweise, also nicht zeitgleich, betrieben, so dass die Sensoranordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, wenn der zweite Betriebsmodus nicht erfolgt und umgekehrt.The sensor arrangement can have only three sensor elements, in particular two electrodes and a temperature sensor, in an advantageous design-simple design, wherein the sensor arrangement determines the effective resistance of the medium between the two electrodes in a first operating mode and wherein the sensor arrangement in a second operating mode the reactance of the medium determined between the sensor elements. The operating modes are operated alternately, ie not at the same time, so that the sensor arrangement is operated in the first operating mode when the second operating mode does not take place and vice versa.
Alternativ kann die Sensoranordnung zumindest zwei erste Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden, zur Ermittlung des Wirkwiderstands und zumindest zwei zweite Sensorelemente, insbesondere zwei weitere Elektroden, zur Ermittlung des Blindwiderstands aufweisen, wobei der erste und der zweite Betriebszustand zeitgleich ablaufen. Dies ermöglicht eine Zeitersparnis und kurze Ansprechzeiten.Alternatively, the sensor arrangement can have at least two first sensor elements, in particular two electrodes, for determining the effective resistance and at least two second sensor elements, in particular two further electrodes, for determining the reactance, the first and second operating states taking place simultaneously. This allows for time savings and short response times.
Der Begriff Elektroden umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur stabförmige Elektroden, sondern kann beispielsweise auch Elektroden mit plattenförmigen Teilsegmenten, vorzugsweise analog zu einem Plattenkondensator, umfassen.In the context of the present invention, the term "electrodes" does not only comprise rod-shaped electrodes, but may also include, for example, electrodes with plate-shaped sub-segments, preferably analogously to a plate capacitor.
Es ist weiterhin vor Vorteil, wenn im Datenspeicher des Messumformers ein Datensatz für den Wirkwiderstand, den Blindwiderstand, die Impedanz, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums für verschiedene binäre Gemische bei unterschiedlichen Konzentrationen der beiden Komponenten hinterlegt ist.It is furthermore advantageous if a data set for the effective resistance, the reactance, the impedance, the viscosity and / or the density of the medium for different binary mixtures is stored in the data memory of the transmitter at different concentrations of the two components.
Für binäre Gemische bzw. Zweistoffgemische können beispielsweise einzelne der vorgenannten Messgrößen als Konzentrationstabellen auf dem Datenspeicher hinterlegt sein. Jede der vorgenannten Messgrößen ist in der Lage eine Aussage über die vorliegende Konzentration zu liefern. Durch den Vergleich der Konzentrationswerte an den Sensorelementen zur Bestimmung der Dichte und der Impedanz können die jeweiligen ermittelten Konzentrationsangaben verglichen bzw. validiert werden. Im Falle einer Abweichung von einem Sollwert kann auf Abweichungen im Prozess oder im Messsystem geschlossen werden.For binary mixtures or binary mixtures, for example, individual of the aforementioned measured variables can be stored as concentration tables on the data memory. Each of the aforementioned measured quantities is able to provide information about the concentration present. By comparing the concentration values on the sensor elements to determine the density and the impedance, the respective determined concentration data can be compared or validated. In the event of a deviation from a setpoint, it can be concluded that there are deviations in the process or in the measuring system.
Ein Beispiel hierfür wäre die Konzentrationsmessung in Clean in Place (CIP) Prozessen. In den Vorlagebehältern für Lauge und Säure müssen die Konzentrationen ermittelt werden. Im Falle einer zu geringen Konzentration muss aufkonzentiert werden. Die sichere Konzentrationsermittlung und das Prüfen auf Verunreinigungen (z.B. auch ob Säure in den Laugentank gedrungen ist) kann durch ein Füllstandsmessgerät in einer vorgenannten erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgen. Dadurch wird ein sicherer Ausschluss des CIP-Mediums aus dem Produktionsprozess erreicht, was beispielsweise bei der Nahrungsmittelsicherheit relevant ist.An example of this would be the concentration measurement in Clean in Place (CIP) processes. In the storage tanks for lye and acid, the concentrations must be determined. If the concentration is too low, it must be concentrated. The safe determination of concentration and the checking for impurities (for example, whether acid has penetrated into the leach tank) can be carried out by a level gauge in an aforementioned embodiment of the invention. This ensures a safe exclusion of the CIP medium from the production process, which is relevant for food safety, for example.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren kann das erfindungsgemäße Feldgerät zur Bestimmung von gelösten und nicht gelösten Anteilen einer Suspension oder Dispersion eingesetzt werden und entsprechend in den vorgenannten Betriebsmodi betrieben werden.In a method according to the invention, the field device according to the invention can be used for the determination of dissolved and undissolved portions of a suspension or dispersion and operated accordingly in the abovementioned operating modes.
Zu den nicht-gelösten Anteilen eines Gemisches gehören insbesondere auch eine oder mehrere Phasen eines Mehrphasengemisches, welche durch das Feldgerät detektierbar sind. Dies umfasst beispielsweise auch Öltröpfchen in Wasser.In particular, one or more phases of a multiphase mixture, which are detectable by the field device, belong to the undissolved components of a mixture. This includes, for example, oil droplets in water.
Die Ermittlung der beiden Widerstände oder der Impedanz kann zusätzlich auch zur Überwachung der Einhaltung der Betriebsparameter eines nach Gerätespezifikation definierten Zustands genutzt werden. Dies kann beispielsweise auch die Überschreitung einer zulässigen Mediumstemperatur umfassen.The determination of the two resistors or the impedance can additionally be used to monitor compliance with the operating parameters of a state defined according to the device specification. This may include, for example, the exceeding of a permissible medium temperature.
Zusätzlich kann die Sensoranordnung in einer weiteren Ausführungsvariante einen pH-Sensor aufweisen zur Ermittlung des pH-Wertes des Mediums. Derartige Anwendungen sind insbesondere in der Lebensmittelindustrie notwendig und können in kompakter Art und Weise in das Feldgerät integriert werden, allerdings erhöht die Implementierung eines pH-Sensors jedoch den Wertungsaufwand des Feldgerätes. Insgesamt empfiehlt sich eine vorteilhafte Anordnung des pH-Sensors und des Temperatursensors in einer Sensoranordnung.In addition, in a further embodiment, the sensor arrangement can have a pH sensor for determining the pH of the medium. Such applications are particularly necessary in the food industry and can be integrated in a compact manner in the field device, however, however, the implementation of a pH sensor increases the evaluation effort of the field device. Overall, an advantageous arrangement of the pH sensor and the temperature sensor in a sensor arrangement is recommended.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to several embodiments and with the aid of the accompanying figures. Show it:
Das Messprinzip eines Coriolis-Durchflussmessgerätes wird nachfolgend anhand eines Zweirohr-Coriolisdurchflussmessgerätes kurz erörtert. Es sind jedoch z.B. auch Einrohr- oder 4-Rohr-Coriolisdurchflussmessgeräte bekannt, welche ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasst sind. Zudem sind Coriolis-Dichtemessgeräte bekannt, welche lediglich die Viskosität und/oder die Dichte eines Mediums, allerdings nicht den Durchfluss bestimmen. Diese Geräte sind beispielsweise auf Basis eines MEMS-Chips fertigbar und können beispielsweise als Bypass zu einer Rohrleitung vorgesehen sein. The measuring principle of a Coriolis flowmeter is briefly discussed below with reference to a two-pipe Coriolis flowmeter. However, it is also known, for example, monotube or 4-pipe Coriolis flow meters, which are also included in the context of the present invention. In addition, Coriolis density meters are known which only determine the viscosity and / or the density of a medium, but not the flow. These devices can be manufactured on the basis of a MEMS chip, for example, and can be provided, for example, as a bypass to a pipeline.
Das Messprinzip basiert auf der kontrollierten Erzeugung von Corioliskräften. Diese Kräfte treten in einem System immer dann auf, wenn sich gleichzeitig translatorische (geradlinige) und rotatorische (drehende) Bewegungen überlagern. Die Größe der Corioliskraft hängt von der bewegten Masse, deren Geschwindigkeit im System und somit vom Massefluss ab. Anstelle einer konstanten Drehgeschwindigkeit tritt beim Messaufnehmer eine Oszillation auf.The measuring principle is based on the controlled generation of Coriolis forces. These forces occur in a system whenever simultaneous translational (rectilinear) and rotational (rotating) movements overlap. The size of the Coriolis force depends on the moving mass, its velocity in the system and thus on the mass flow. Instead of a constant rotational speed, an oscillation occurs at the sensor.
Beim Messaufnehmer werden dabei zwei vom Messstoff durchströmte, parallele Messrohre in Gegenphase zur Schwingung gebracht und bilden eine Art Stimmgabel. Die an den Messrohren erzeugten Corioliskräfte bewirken eine Phasenverschiebung der Rohrschwingung. Bei Nulldurchfluss, also bei Stillstand des Messstoffs, schwingen beide Rohre in Phase. Bei Massefluss wird die Rohrschwingung einlaufseitig verzögert und auslaufseitig beschleunigt. Je größer der Massefluss ist, desto größer ist auch die Phasendifferenz der beiden schwingenden Messrohre. Mittels elektrodynamischer Sensoren wird die Rohrschwingung ein- und auslaufseitig abgegriffen. Die Systembalance wird durch die gegenseitigen Schwingungen der beiden Messrohre erreicht. Das Messprinzip arbeitet grundsätzlich unabhängig von Temperatur, Druck, Viskosität, Leitfähigkeit und Durchflussprofil.In the case of the measuring sensor, two parallel measuring tubes through which the medium flows are oscillated in antiphase to form a kind of tuning fork. The Coriolis forces generated at the measuring tubes cause a phase shift of the tube oscillation. At zero flow, ie at standstill of the medium, both tubes oscillate in phase. At mass flow, the pipe vibration is delayed on the inlet side and accelerated on the outlet side. The larger the mass flow, the greater the phase difference of the two oscillating measuring tubes. By means of electrodynamic sensors, the tube vibration is tapped on the inlet and outlet side. The system balance is achieved by the mutual vibrations of the two measuring tubes. Basically, the measuring principle works independently of temperature, pressure, viscosity, conductivity and flow profile.
Zusätzlich zum Massendurchfluss ist auch eine Dichtemessung des Mediums möglich. Dabei wird das Messrohr in seiner Resonanzfrequenz angeregt. Sobald sich die Masse und somit die Dichte des schwingenden Systems, also des Messrohrs und des Messstoffes sich ändert, so wird die Erregerfrequenz nachgeregelt. Die Resonanzfrequenz ist somit eine Funktion der Messstoffdichte. Aufgrund dieser Abhängigkeit lässt sich z.B. mittels eines Mikroprozessors, ein Dichtesignal gewinnen.In addition to the mass flow, a density measurement of the medium is also possible. The measuring tube is excited at its resonance frequency. As soon as the mass and thus the density of the oscillating system, ie the measuring tube and the medium changes, the excitation frequency is readjusted. The resonance frequency is thus a function of the density of the medium. Because of this dependence, e.g. gain a density signal by means of a microprocessor.
Durch den Massedurchfluss und der Dichte lässt sich zudem ein Volumendurchfluss ermitteln.The mass flow and the density can also be used to determine a volume flow.
Zur rechnerischen Kompensation von Temperatureffekten kann die Temperatur am Messrohr erfasst werden. Dieses Signal entspricht der Prozesstemperatur und steht auch als Ausgangssignal zur Verfügung.For computational compensation of temperature effects, the temperature at the measuring tube can be detected. This signal corresponds to the process temperature and is also available as an output signal.
Ein erfindungsgemäßes Messgerät ist exemplarisch in
Aus der vorgenannten Schilderung des Messprinzips ergibt sich, dass ein mit einem Medium durchflossenes Rohr
In
Die Rohre
Der Erreger und/oder der Empfänger können beispielsweise nach dem magnetisch-induktiven Prinzip arbeiten und eine Relativbewegung der beiden Rohre
Das Coriolis-Durchflussmessgerät kann sodann mittels eines Flansches
Wie aus
Die Gesamtheit der Rohre
In diesem Einlaufbereich
In
Der Wirkwiderstand des Mediums kann bekanntlich durch die Formel
Der Blindwiderstand kann durch die Formel
Alternativ zu der Variante mit den zwei Elektroden kann auch nur eine Elektrode vorgesehen sein, die in Verbindung mit einer zwischen dem Flansch
Die an den Elektroden
Die Gesamtheit der beiden Elektroden
Von den Erregern und Sensoren
Von den Elektroden
Von dem Temperatursensor
Die
Füllstandsmessvorrichtungen zum Bestimmen und/oder Überwachen eines Füllstandes in einer Rohrleitung oder einem Behälter sind in verschiedenster Ausgestaltung bekannt. Insbesondere gibt es Füllstandsmessvorrichtungen mit einer in Schwingungen versetzbaren Membran, welche in einem starren Membranrand angeordnet ist. Der Membranrand kann dabei auch Bestandteil eines Gehäuses sein oder fest mit einem Gehäuse der Füllstandsmessvorrichtung verbunden sein. Üblicherweise weisen solche Füllstandsmessvorrichtungen eine Antriebseinrichtung auf, welche dazu dient, mit einer Antriebsstirnseite der Antriebseinrichtung die Membran in eine Schwingung zu versetzen, und/oder dazu dient, eine Schwingung der Membran aufzunehmen und in ein elektrisches Signal umzusetzen. Um dies zu ermöglichen, sehen derartige Füllstandsmessvorrichtungen üblicherweise eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Antriebseinrichtung an dem Membranrand bzw. mit starrer Verbindung zu dem Membranrand relativ zu dem Membranrand am Gehäuse vor.Level measuring devices for determining and / or monitoring a level in a pipeline or a container are known in various configurations. In particular, there are level measuring devices with a vibratable membrane, which is arranged in a rigid membrane edge. The membrane edge can also be part of a housing or be firmly connected to a housing of the level measuring device. Usually, such fill level measuring devices have a drive device which serves to vibrate the membrane with a drive end face of the drive device and / or serves to absorb a vibration of the membrane and to convert it into an electrical signal. In order to make this possible, such level measuring devices usually provide a fastening device for fastening the drive device to the membrane edge or rigidly connected to the membrane edge relative to the diaphragm edge on the housing.
In für sich bekannter Art und Weise umfasst die in
Bei der Antriebseinrichtung
Dabei bildet die Gesamtheit aus der Membran
Bekannterweise können mit der vorbeschriebenen Füllstandsmessvorrichtung
Das Gehäuse
Innerhalb des Kanals sind zwei Sensorelemente in Form von Elektroden
Die Wandung des Kanals
Zusätzlich kann im Kanal
Von der Antriebseinrichtung
Der in
Der Messumformer
Die ermittelten Werte oder der Sollwert sowohl für die Viskosität und/oder Dichte als auch für die Impedanz und/oder den Wirkwiderstand und den Blindwiderstand können sodann mittels der aktuellen Mediumstemperatur aneinander angepasst und miteinander verglichen werden. Bei größeren Abweichungen kann eine Ausgabe hinsichtlich einer qualitativen Änderung des Mediums ausgegeben werden.The determined values or the setpoint value for the viscosity and / or density as well as for the impedance and / or the effective resistance and the reactance can then be adapted to each other by means of the current medium temperature and compared with each other. In the case of larger deviations, an issue can be issued with regard to a qualitative change of the medium.
Die qualitative Änderung betrifft insbesondere eine Dispersionen und/oder Suspensionen. Hierbei kann bevorzugt eine Bestimmung von gelösten und nicht gelösten Anteilen bzw. Komponenten in der Dispersion und/oder Suspension erfolgen.The qualitative change relates in particular to dispersions and / or suspensions. In this case, a determination of dissolved and undissolved components or components in the dispersion and / or suspension can preferably take place.
Die Messung des Wirkwiderstands kann in einem bevorzugten Bereich von 0,3 bis 250 MHz. erfolgen.The measurement of the effective resistance may be in a preferred range of 0.3 to 250 MHz. respectively.
Die Messung des Blindwiderstands kann in einem bevorzugten Bereich von 0,2 bis 80 GHz erfolgen.The measurement of reactance may be in a preferred range of 0.2 to 80 GHz.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in
Das erfindungsgemäße Feldgerät ist wartungsarm und braucht erst nach einem Betrieb von sehr langen Zeitabständen kalibriert zu werden. The field device according to the invention requires little maintenance and only needs to be calibrated after operation of very long time intervals.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Coriolismessgerät Coriolismessgerät
- 22
- Rohr pipe
- 3.I3.I
- Sensor sensor
- 3.II3.II
- Erreger pathogen
- 3.III 3.III
- Sensorsensor
- 55
- Gehäuse casing
- 66
- Messumformer transmitters
- 77
- Elektroden zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit Electrodes for determining the electrical conductivity
- 7a7a
- Sensorbecher sensor cup
- 88th
- Signalleitung signal line
- 99
- Einlaufbereich intake area
- 1010
- Flansch flange
- 1111
- Isolierung insulation
- 1212
- Temperatursensor temperature sensor
- 1313
- Signalleitung signal line
- 1414
- Sensoranordnung sensor arrangement
- 1515
- Messaufnehmer vom Vibrationstyp Vibration-type transducers
- R R
- Strömungsrichtungflow direction
- 2121
- Füllstandsmessgerät level meter
- 2222
- Antriebseinrichtung driving means
- 2323
- Gabel fork
- 2424
- Kanal channel
- 25, 2625, 26
- Elektrode electrode
- 2727
- Temperatursensor temperature sensor
- 2828
- Membran membrane
- 2929
- Membranrand membrane edge
- 3030
- Gehäuse casing
- 3131
- Sensoranordnung sensor arrangement
- 3232
- Signalleitung signal line
- 3333
- Signalleitung signal line
- 3434
- Signalleitung signal line
- 3535
- Messumformer transmitters
- 3636
- Messaufnehmer vom Vibrationstyp Vibration-type transducers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 2031359 A1 [0065] EP 2031359 A1 [0065]
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