DE102015122546A1

DE102015122546A1 - Verfahren zum Betrieb eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE102015122546A1
Application number: DE102015122546.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Rüfenacht; Heinz Rufer; Andre Spahlinger
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2017108276A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (1) umfassend ein Messrohr (2), ein Magnetsystem (5) und zumindest zwei Messelektroden (4) zum Abgriff eines Messsignals, wobei das Verfahren zwei Betriebsmodi A und B aufweist, wobei im Betriebsmodus A ein Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres (2) und keine Durchflussmessung erfolgt und wobei im Betriebsmodus B eine Energieversorgung des Magnetsystems (5) zur Durchflussmessung in Abhängigkeit vom Befüllungszustand des Messrohres (2) erfolgt, wobei das Durchflussmessgerät (1) entweder im Betriebsmodus A oder im Betriebsmodus B betrieben wird, sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte dienen der Durchflussmessung eines Messmediums in einer Rohrleitung. Dabei gehen einige magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte davon aus, dass die Rohrleitung vollständig durch das Messmedium ausgefüllt ist. Damit kann der Durchmesser des vollgefüllten Rohres in die Berechnung des Volumenstroms eingehen.
Zur Verifikation, ob die Rohrleitung vollständig mit Messmedium gefüllt ist, kann teilweise bei Modellen aus dem Stand der Technik eine Elektrode eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise eine Referenzelektrode, so z.B. eine Leitfähigkeitselektrode, sein.
Die vorgenannten magnetisch-induktiven Durchfluss-Messgeräte haben allerdings gemein, dass unabhängig vom Befüllungsgrad des Messrohres stets eine Durchflussmessung erfolgt, wobei allerdings die Messergebnisse im Zustand der teilbefüllten Rohre nach wie vor ermittelt wird, obwohl diese Messergebnisse falsch sind und daher bei der Messung ignoriert werden. Entsprechend ergibt sich durch den Messbetrieb bei teilgefüllten Rohren ein unnötiger Energieverbrauch.
Die Erfindung löst die vorliegende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts weist zwei Betriebsmodi A und B auf.
Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst ein Messrohr, ein Magnetsystem und zumindest zwei Messelektroden zum Abgriff eines Messsignals.
Im Betriebsmodus A erfolgt ein Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres und keine Durchflussmessung und insbesondere auch keine Energieversorgung des Magnetsystems zur Durchflussmessung. Dabei kann es sich beim Betriebsmodus A insbesondere um einen Stand-by Modus handeln. Die eigentliche Durchflussmessung schaltet sich nur zu, wenn das Messrohr einen vollbefüllten Zustand aufweist.
Dies erfolgt in dem Betriebsmodus B in welchem eine Energieversorgung des Magnetsystems zur Durchflussmessung in Abhängigkeit vom Befüllungszustand des Messrohres erfolgt.
Das Durchflussmessgerät wird somit entweder in Betriebszustand A, also im Stand- by Modus, oder in Betriebszustand B, also im Durchflussmessmodus, betrieben. Durch den Betrieb in den zwei vorgenannten Betriebsmodi kann erheblich Energie gespart werden.
Dies ist insbesondere von Vorteil sofern zur Energieversorgung eine Energieversorgungseinheit eingesetzt wird, welche nur über ein geringes Energiereservoir verfügt, z.B. ein batteriebetriebenes Durchflussmessgerät.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil, wenn das Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres gemäß Betriebsmodus A mittels eines Systems zur Ermittlung einer elektrischen Eigenschaft des Mediums erfolgt. Eine derartige Eigenschaft kann z.B. die Leitfähigkeit an der Stelle der Füllstandsüberwachung sein.
Im Betriebsmodus B können vorteilhaft zwei Betriebsmodi B1 und B2 ausführbar sein, wobei im Betriebsmodus B1 eine kontinuierliche Energieversorgung des Magnetsystems erfolgt und wobei in Betriebsmodus B2 eine zeitlich-getaktete Energieversorgung des Magnetsystems erfolgt. Bei Energiemangelversorgung kann das Messgerät in den zeitlich-getakteten Betriebsmodus B2 versetzen. Sofern hinreichend Energie vorhanden ist, kann eine kontinuierliche Durchflussmessgung erfolgen, welche jedoch bei unzureichendem Befüllungsgrad wieder unterbrochen wird.
Zwar ist aus Gründen der Energieersparnis ausgeschlossen, dass im Betriebsmodus A zusätzlich noch eine Durchflussmessung erfolgt. Allerdings kann im Betriebsmodus B kann zusätzlich zur Durchflussmessung vorteilhaft ein Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich können die Betriebsmodi A und B intermittierend durchgeführt werden, so dass immer abwechselnd eine Befüllungsüberwachung und eine Durchflussmessung erfolgt.
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst ein Magnetsystem, zumindest zwei Messelektroden, ein System zur Überwachung des Befüllungszustandes des Messrohres und eine Mess- und Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung eingerichtet ist zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist von Vorteil, wenn das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zumindest eine erste Elektrode mit einer mediumsberührenden Stirnfläche aus elektrisch-leitfähigem Material aufweist zur Überprüfung des Befüllungszustandes des Messrohres. Bei dieser ersten Elektrode handelt es sich um die Referenzelektrode.
Das Verfahren kann zudem vorteilhaft zusätzlich einen Installationsmodus aufweisen, in welchem das Durchflussmessgerät am Einsatzort bei Inbetriebnahme bereitgestellt wird und in welchem eine Messung des Befüllungszustandes des Messrohres ohne Energieversorgung des Magnetsystems erfolgt, wobei der Installationsmodus nach einer erstmaligen Detektion einer vollständigen Befüllung des Messrohres des Durchflussmessgeräts erstmalig in den Betriebsmodus B initiiert.
Das Durchflussmessgerät kann zudem vorteilhaft eine zweite Elektrode und/oder einen randseitig am Messrohr, also an den Anschlussbereichen der Flansche des Messrohres, angeordneten Ring aufweisen, welche und/oder welcher zum Erfassen eines Bezugspotentials vorgesehen ist und welche und/oder welcher aus leitfähigem Material gebildet ist.
Das Durchflussmessgerät kann über ein externes Energieversorgungssystem bzw. eine externe Energieversorgungseinheit und/oder über ein internes Energieversorungssystem mit Energie versorgt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann das Durchflussmessgerät ein integriertes Energieversorgungssystem aufweisen, welches als Batterie und/oder Energie-Harvester ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
1 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts.
Magnetisch induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 μS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden beispielsweise von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.
Das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1, wie es in 1 abgebildet ist, ist grundsätzlich 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 bzw. das Messmedium dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld kann durch zwei Feldspulen 5, welche diametral am Messrohr 2 angeordnet sind, erzeugt werden. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres 2 zwei Messelektroden 3 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 5 aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlicher gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenität in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen und anderer geometrischer Anordnung bekannt.
1 zeigt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 1 mit einem Messrohr 2 und einer im Messrohr 2 angeordneten elektrisch-isolierenden Kunststoffauskleidung 6, den sogenannten Liner. Das Messrohr 2 weist zwei Flansche 3 auf, welche eine Verbindung mit einem Prozessanschluss ermöglichen. Die Außenwandung des Messrohres 2 weist oberhalb und unterhalb der Messrohrachse ein Magnetsystem auf, welches in 1 in Form von zwei Feldspulen 5 dargestellt sind.
Dieses Magnetsystem erzeugt im Betrieb des magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes ein Magnetfeld aus. Bei horizontalem Einbau auf gleicher Höhe wie die Messrohrachse sind zwei Messelektroden 4 angeordnet, welche sich diametral gegenüberstehen und im Betrieb eine im Messmedium erzeugte Spannung abgreifen. Sofern der Volumendurchfluss gemessen werden soll, ist es besonders von Bedeutung, dass die Befüllung des Messrohres 2 möglichst vollständig ist. Daher kann an der Messrohrachse bei horizontalem Einbau am höchsten Punkt des Innendurchmessers des Messrohres 2 eine Elektrode 8 eines Füllstandsüberwachungssystems angeordnet sein, welche im vorliegenden Fall als Messstoffüberwachungselektrode, kurz MSÜ-Elektrode, ausgebildet ist. Diese erstreckt sich durch den Liner 6, sowie die metallische Messrohrwandung des Messrohres 2 und ist an der mediumsabgewandten Seite der Außenwandung des Messrohres 2 befestigt.
Innerhalb der MSÜ-Elektrode kann ein Temperatursensor in Form eines Widerstandsthermometers angeordnet sein.
Zusätzlich zur MSÜ-Elektrode 8 kann auch ein 9 an der Stirnfläche eines der beiden Flansche und/oder eine zweite Elektrode angeordnet sein. Die zweite Elektrode und/oder der Ring sind dabei aus einem elektrisch-leitfähigen Material gefertigt zum Erfassen eines Bezugspotentials.
Die MSÜ-Elektrode 8 und der optionale Ring 10 sind mittels von Signalleitungen 10 mit einer Mess- und Auswerteeinheit 7 verbunden. Diese Signalleitungen 10 übertragen ein Signal bezüglich der Information, ob das Messrohr 2 mit einem leitfähigen Messmedium vollbefüllt ist oder nicht, an die Mess- und Auswerteeinheit 7 weiter. Diese Auswerteeinheit ist über eine Signal- und/oder Energieversorgungsleitung 11 mit dem Magnetsystem, insbesondere den beiden Feldspulen 5, verbunden.
Die Mess- und Auswerteeinrichtung 7 ermöglicht die Steuerung des Betriebs des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 und insbesondere der Energieversorgung des Magnetsystems 5 durch ein Energieversorgungssystem E.
Das Energieversorgungssystem kann beispielsweise eine Batterie sein. Der Betrieb des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 durch die Mess- und Auswerteeinrichtung 7 umfasst dabei zumindest zwei Betriebsmodi.
In einem ersten Betriebsmodus A erfolgt eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Durchflussmessung. Es handelt sich um einen sogenannten Messmodus. In diesem Betriebsmodus kann insbesondere ebenfalls ein kontinuierliches oder getaktetes Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres erfolgen.
In einem zweiten Betriebsmodus B erfolgt eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Überprüfung des Befüllungszustandes des Messrohres ohne Durchflussmessung. Dieser Betriebsmodus ist als stand-by Modus des Durchflussmessgeräts zu verstehen, sofern das Messrohr teilbefüllt ist.
In diesem Betriebszustand B kann bei teilgefüllten Rohren kein verlässlicher Durchfluss ermittelt und angegeben werden.
Sofern im Betriebszustand B eine Vollbefüllung des Messrohres 2 ermittelt wird, so wird das Durchflussmessgerät in den Messmodus bzw. Betriebsmodus A versetzt. Durch das Vorsehen zweier Betriebsmodi kann deutlich Energie eingespart werden.
Aufgrund des geringen Energieverbrauchs durch das vorsehen von zwei Betriebsmoden und insbesondere des Stand-by-Modus, kann das vorbeschriebene Ansteuern des Durchflussmessgeräts besonders bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, bei welchen das Energieversorgungssystem als Batterie und/oder Energie-Harvester ausgebildet ist, besonders sinnvoll erfolgen. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 7 kann zudem eine optionale Anzeigeeinheit aufweisen, bei welcher ebenfalls vorteilhaft nur im Messmodus eine Ausgabe von Messdaten erfolgt jedoch im Stand-by-Modus keine Anzeige erfolgt.
Die Elektrode 8 zum Erfassen des Befüllungszustands kann beispielsweise als ein kapazitiver Näherungsschalter oder als Elektrode zum Erfassen einer elektrischen Eigenschaft, so z.B. einer Mindestleitfähigkeit, ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Flansch
4: Messelektroden
5: Magnetsystem
6: Kunststoffauskleidung
7: Mess- und Auswerteeinrichtung
8: Elektrode zur Füllstandsüberwachung
9: Ring aus elektrisch-leitfähigem Material
10: Signalleitung
11: Energieversorungs- und/oder Signalleitung
E: Energieversorgungseinheit

Claims

Verfahren zum Betrieb eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (1) umfassend ein Messrohr (2), ein Magnetsystem (5) und zumindest zwei Messelektroden (4) zum Abgriff eines Messsignals, wobei das Verfahren zwei Betriebsmodi A und B aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus A ein Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres (2) und keine Durchflussmessung erfolgt und dass im Betriebsmodus B eine Energieversorgung des Magnetsystems (5) zur Durchflussmessung in Abhängigkeit vom Befüllungszustand des Messrohres (2) erfolgt, wobei das Durchflussmessgerät (1) entweder im Betriebsmodus A oder im Betriebsmodus B betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres gemäß Betriebsmodus A mittels eines Systems zur Ermittlung einer elektrischen Eigenschaft des Mediums erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus B zwei Betriebsmodi B1 und B2 ausführbar sind, wobei im Betriebsmodus B1 eine kontinuierliche Energieversorgung des Magnetsystems (5) erfolgt und wobei in Betriebsmodus B2 eine zeitlich-getaktete Energieversorgung des Magnetsystems (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsmodus B ein Überprüfen des Befüllungszustandes des Messrohres (2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsmodi A und B intermittierend durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich einen Installationsmodus aufweist, in welchem das Durchflussmessgerät (1) am Einsatzort bei Inbetriebnahme bereitgestellt wird und in welchem eine Messung des Befüllungszustandes des Messrohres (2) ohne Energieversorgung des Magnetsystems (5) erfolgt, wobei der Installationsmodus nach einer erstmaligen Detektion einer vollständigen Befüllung des Messrohres (2) des Durchflussmessgeräts (1) erstmalig in den Betriebsmodus B initiiert.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfassend ein Magnetsystem (5), zumindest zwei Messelektroden (4), ein System zur Überwachung des Befüllungszustandes des Messrohres (2) und eine Mess- und Auswerteeinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (7) eingerichtet ist zum Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruchs 7, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät (1) zumindest eine erste Elektrode (8) mit einer mediumsberührenden Stirnfläche aus elektrisch-leitfähigem Material aufweist zur Überprüfung des Befüllungszustandes des Messrohres (2).
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (1) eine zweite Elektrode und/oder einen randseitig am Messrohr (2) angeordneten Ring (9) aufweist, welche und/oder welcher zum Erfassen eines Bezugspotentials vorgesehen ist und welche und/oder welcher aus leitfähigem Material gebildet ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (1) ein integriertes Energieversorgungssystem (E) aufweist, welches als Batterie und/oder Energie-Harvester ausgebildet ist.