DE102018126679A1

DE102018126679A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes

Info

Publication number: DE102018126679A1
Application number: DE102018126679.0A
Authority: DE
Inventors: Timo Kretzler
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: DE102018126679B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums, das ein Messrohr mit einer Messrohrachse zum Führen des Mediums, eine erste und eine zweite Elektrode, die sich über das Messrohr verteilen und eine Multiplexerschaltung umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer horizontalen Ausrichtung der Messrohrachse die Multiplexerschaltung dazu eingerichtet ist, der ersten Elektrode die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion einer Bezugselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode oberhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, und der ersten Elektrode die Funktion der Bezugselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist.

Description

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr eingesetzt. Der Messaufnehmer umfasst eine magnetfelderzeugende Vorrichtung, die ein Magnetfeld senkrecht zur Querachse des Messrohres erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne oder mehrere Spulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse verlaufen. Weiterhin umfasst der Messaufnehmer mindestens ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar das eine induktiv erzeugte elektrische Messspannung abgreift, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Richtung der Längsachse fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday'schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss des Mediums ermittelt werden.
Bei leitfähigen Rohren sind Isolationsmaßnahmen erforderlich, daher werden die Innenwände üblicherweise mit einem Liner ausgekleidet oder mit einem isolierenden Kunststoff beschichtet. Für die Erdung des durch das Messrohr fließenden Mediums werden Erdungsscheiben stirnseitig an das Messrohr angebracht und/oder eine Bezugselektrode montiert, die über das Gehäuse mit der Schutzerde verbunden sind. Eine ungenügende Erdung kann zu Messfehlern und zur Zersetzung der Messelektroden führen. Eine einwandfreie Messung ist nur dann gewährleistet, wenn das Medium und der Messaufnehmer auf demselben elektrischen Potential liegen. Hierzu wird vorzugsweise sowohl das Medium als auch das Gehäuse des Messaufnehmers mit einem Erdanschluss versehen. Sofern die Rohre aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, erfolgt der Potentialausgleich unmittelbar über das Rohr. Das Medium ist durch die Erdung des Messaufnehmers bzw. dessen Gehäuse geerdet.
Füllstandsüberwachungssysteme für Durchflussmessgeräte sind bereits bekannt. Dabei wird eine sogenannte Füllstandsüberwachungselektrode bei horizontalem Einbau des Messrohres, bezüglich des Querschnittes des Messrohres optimalerweise am obersten Punkt des Messrohres angeordnet. Durch Bestimmung der Leitfähigkeit des Mediums zwischen der Füllstandsüberwachungselektrode und der Bezugselektrode oder eines metallischen Prozessanschlusses wird die Befüllung des Rohres überwacht. Dabei weist das Medium gegenüber Luft stets eine höhere Leitfähigkeit auf. Sinkt die Leitfähigkeit unter einen vorgegebenen Grenzwert, so wird eine teilweise Befüllung detektiert. Der Grenzwert ist unter anderem abhängig von der spezifischen Leitfähigkeit des Mediums, von der Nennweite des Messrohres, von der Abmessung und Position der Füllstandsüberwachungselektrode sowie von den Eigenschaften der Messrohrauskleidung.
Bei einer horizontalen Montage des Messrohres, beispielsweise unterhalb einer Zimmerdecke, ist aufgrund der Bauart des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nicht immer eine Positionierung der Füllstandsüberwachungselektrode am obersten Punkt des Messrohres gewährleistet. In dem Fall verliert die Füllstandsüberwachungselektrode ihre vorgesehene Funktion und wird unbrauchbar.
Aus der DE102006062600A1 ist ein Verfahren bekannt, das die Neigung der Trägheitshauptachse eines Durchflussmessgerätes gegenüber einer Bezugsachse mittels eines Neigungssensors ermittelt, eine Abweichung der Neigung vom dafür vorgesehenen Referenzwert ausgibt und eine Meldung generiert, wenn die Einbaulage für den Betrieb des Durchflussmessgerätes ungeeignet ist.
Die DE102010020963A9 lehrt ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, das eine Multiplexereinheit aufweist, die zur Ansteuerung der über den Messrohrumfang verteilten Messelektroden vorgesehen ist. Dabei werden in die verteilten Messelektroden Signale eingespeist und gemessen, und über die Permutation der jeweiligen Messelektrodenpaare Impedanzen und/oder Spannungen ermittelt. Für die Bestimmung der Füllhöhe, einer Schaumbildung, Sedimentation, leitfähigen Ablagerung auf der Innenseite und Einbaulage des Messrohres werden die Messelektroden mithilfe der Multiplexingeinheit angesteuert, die Spannungen gemessen und zusammen ausgewertet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer Multiplexerschaltung bereitzustellen, die eingerichtet ist einer ersten und einer zweiten Elektrode eine Funktion in Abhängigkeit von einer ermittelten Einbaulage zuzuordnen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 und durch das Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nach Anspruch 6.
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums, umfasst ein Messrohr mit einer Messrohrachse zum Führen des Mediums, eine erste und eine zweite Elektrode, die sich über das Messrohr verteilen und eine Multiplexerschaltung, und ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer horizontalen Ausrichtung der Messrohrachse die Multiplexerschaltung dazu eingerichtet ist, der ersten Elektrode die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion einer Bezugselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode oberhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, und der ersten Elektrode die Funktion der Bezugselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Die Multiplexerschaltung umfasst mindestens eine Multiplexereinheit. Eine Multiplexereinheit ist eine Selektionsschaltung der analogen und digitalen Elektronik, mit der aus einer Anzahl von Eingangssignalen eines ausgewählt und an den Ausgang durchgeschaltet werden kann. Multiplexereinheiten sind vergleichbar mit Drehschaltern, die nicht von Hand, sondern über ein elektronisches Steuersignal geschaltet werden. Mehrere Multiplexereinheiten können zusammengeschaltet werden und bilden zusammen mit weiteren elektronischen Bauteilen eine Multiplexerschaltung.
Die Multiplexerschaltung umfasst mindesten einen ersten, einen zweiten und einen dritten Multiplexereingang und mindestens einen ersten und einen zweiten Multiplexerausgang. Dabei ist der erste Multiplexereingang mit der ersten Elektrode und der zweite Multiplexereingang mit der zweiten Elektrode verbunden. Der dritte Multiplexereingang ist mit einer einen Beschleunigungssensor und/oder eine Auswerteeinheit umfassenden Schaltung verbunden, die zur Steuerung der Multiplexerschaltung eingerichtet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Multiplexereinheit den Beschleunigungssensor. Die Multiplexerschaltung ist ausgebildet, jeden der mit einer Elektrode verbundenen Multiplexereingänge mit mindestens einem der Multiplexerausgänge zu verbinden. Demnach ist die Multiplexerschaltung ausgebildet, verschiedene Signalpfade miteinander zu verbinden. Zum Beispiel stellt die Multiplexerschaltung einen Signalpfad zwischen der zweiten Elektrode und einer Schutzerde her, und einen Signalpfad zwischen der ersten Elektrode und einer Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands (EmptyPipe Detection) her. In diesem Fall übernimmt die zweite Elektrode die Funktion der Bezugselektrode, und die erste Elektrode die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode. Oder die Multiplexerschaltung stellt einen Signalpfad zwischen der zweiten Elektrode und der Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands her, und einen Signalpfad zwischen der ersten Elektrode und der Schutzerde her. In diesem Fall übernimmt die zweite Elektrode die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode, und die erste Elektrode die Funktion der Bezugselektrode. Oder der Multiplexer stellt einen Signalpfad zwischen der ersten Elektrode und einer Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands her, und stellt insbesondere keinen Signalpfad zwischen der zweiten Elektrode und der Schutzerde beziehungsweise zu einem beliebigen anderen Potential her, wodurch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät auch in einem erdungsfreien Zustand („erdfrei“) betrieben werden kann.
Die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode umfasst die Detektion des Befüllungsgrades in einem Messrohr. So war es auch bislang unter anderem möglich eine Messung des elektrischen Widerstandes zwischen der Füllstandsüberwachungselektrode und einer Bezugselektrode oder dem Prozessanschluss, welcher beispielsweise mit Erdungsscheiben beziehungsweise Erdelektroden ausgestattet sein kann, durchzuführen. Dabei erhöht sich der elektrische Widerstand sprunghaft, wenn das Messrohr vom vollgefüllten Zustand in den teilgefüllten Zustand wechselt. In diesem Fall würde sich zwischen der Füllstandsüberwachungselektrode und der Bezugselektrode, beziehungsweise dem Prozessanschluss, Luft statt Wasser zumindest bereichsweise befinden, so dass die Leitfähigkeit von Luft in den gemessenen Widerstand eingehen würde. Die entsprechende Widerstandsänderung an der Füllstandsüberwachungselektrode wird von der Auswerteeinheit detektiert und von einer Ausgabeeinheit ein Ausgabesignal betreffend den Befüllungsgrad des Messrohres ausgegeben.
Die Funktion einer Bezugselektrode besteht darin, für einen Potentialsausgleich zwischen Medium und Messaufnehmer zu sorgen. Die Bezugselektrode bildet eine alternative Erdungsmöglichkeit zur bekannten Erdungsscheibe. Weiterhin kann die zwischen Messelektrode und Bezugselektrode anliegende Potentialdifferenz für eine Auswertung des Durchflusses, beispielsweise für eine Analyse des Strömungsprofils, berücksichtigt werden.
Üblicherweise wird die Bezugselektrode mit dem Gehäuse elektrisch verbunden. Das Gehäuse ist typischerweise mit der Schutzerde verbunden. Es sind bereits magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte auf dem Markt, dessen Bezugselektrode erdfrei ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit umfassende Schaltung dazu eingerichtet, die Information zu ermitteln, ob die erste Elektrode unterhalb oder oberhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die Schaltung dazu eingerichtet ist die Information als Steuersignal an die Multiplexerschaltung weiterzuleiten.
Es ist äußerst vorteilhaft, wenn eine automatische Funktionszuordnung der Elektroden über eine einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit umfassende Schaltung gesteuert wird. Dadurch muss bei der Installation nicht auf die Einbaulage, geachtet werden, da diese parallel ermittelt, ausgewertet und als Steuersignal an die Multiplexerschaltung weiterleitet wird. Außerdem wird dann bei Änderung der Einbaulage ebendiese Änderung bestimmt und die Zuordnung der Funktionen der jeweiligen Elektrode angepasst.
Beschleunigungssensoren zur Überwachung der Einbaulage sind bereits aus Durchflussmessgeräten, basierend auf dem Coriolis-Prinzip, bekannt. Dort wird die Einbaulage aus Gründen der Selbstentleerbarkeit oder der Messgenauigkeit ermittelt und dem Anwender signalisiert. Sie nimmt jedoch keinen Einfluss auf die Funktion der einzelnen Bauteile. Erfindungsgemäß hat die Multiplexerschaltung die Aufgabe den Elektroden in Abhängigkeit der Einbaulage des Messrohres eine Funktion zuzuordnen.
Beschleunigungssensoren werden in Smartphones beispielsweise für die Ausrichtung der Darstellung auf dem Display verwendet. Daher sind bereits viele unterschiedliche Beschleunigungssensoren auf dem Markt, die sich durch unterschiedliche Messprinzipen oder Größenordnungen unterscheiden. Häufig vertreten sind sogenannte mikroelektromechanische Systeme, da diese direkt in die Elektronik integriert werden kann. Das Messprinzip beruht auf eine Kapazitätsänderung, Hall-Spannungsänderung, Widerstandsänderungen oder Ladungsverschiebungen.
Die einen Beschleunigungssensor und Auswerteeinheit umfassende Schaltung kann einen Beschleunigungssensor in Form eines kapazitiven Beschleunigungssensors umfassen. In einer weiteren Ausgestaltung bestimmt ein piezoresistiver Beschleunigungssensor die Einbaulage des Messrohres.
Die Auswerteeinheit ermittelt aus dem empfangenen Messsignal des Beschleunigungssensors die Einbaulage des Messrohres und erstellt daraus ein Steuerungssignal, das dann an die Multiplexerschaltung weitergeleitet wird. Alternativ kann die Umwandlung des Messsignals in ein Steuersignal auch in der Multiplexerschaltung realisiert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Multiplexerschaltung mit einer Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands verbunden, wobei die Multiplexerschaltung mit einem Bezugspotential verbunden ist.
Eine Füllstandsüberwachungseinheit umfasst neben der Füllstandsüberwachungselektrode üblicherweise eine Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstandes, die dem Nutzer signalisiert, wenn eine Teilbefüllung vorherrscht. Die Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstandes wird auch als „EmptyPipe Detection“ bezeichnet. Die Ausgabe kann über eine weitere zusätzliche Anzeige oder über eine die Messwerte darastellende elektronische Anzeige erfolgen.
Das Bezugspotential kann das Potential des Rohrsystems, einer externen Erde oder des Gehäuses des Messaufnehmers sein.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Messrohr eine dritte und eine vierte Elektrode, die dazu eingerichtet sind eine Potentialdifferenz im Medium zu messen und die Potentialdifferenz an einen Differenzverstärker weiterzuleiten, wobei der Differenzverstärker dazu eingerichtet ist, Signale der Bezugselektrode und der dritten und vierten Elektrode auszuwerten und in Form eines Messwertes an eine elektronische Anzeige weiterzuleiten, wobei die elektronische Anzeige eingerichtet ist den Messwert darzustellen.
Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst üblicherweise mindestens zwei Messelektroden, in dieser Schrift als dritte und vierte Elektrode bezeichnet. Sie haben die Aufgabe eine im Medium zwische den Messelektroden anliegende Potentialdifferenz zu messen und an die Auswerteeinheit oder eine Verstärkerschaltung, insbesondere einen Differenzverstärker, weiterzuleiten. Anhand der an den Messelektroden anliegenden Potentialdifferenz kann dann die Durchflussgeschwindigkeit und/oder der Volumendurchfluss ermittelt werden. Der Volumendurchfluss kann nur dann ermittelt werden, wenn der Durchflussquerschnitt, üblicherweise der Rohrquerschnitt, bekannt ist. Bei einer Teilbefüllung reduziert sich der Durchflussquerschnitt und der ermittelte und ausgegebene Volumendurchfluss wird fehlerhaft.
Die gemessenen Rohdaten werden an den Differenzverstärker übergeben, bearbeitet und an die elektronische Anzeige weitergeleitet. Die elektronische Anzeige hat die Funktion die Messdaten darzustellen. Außerdem ist die Bezugselektrode mit dem Differenzverstärker verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die Messdaten an die Multiplexereinheit weitergeleitet, dort optional bereits verarbeitet, und über einen dritten und vierten Ausgang an den Differenzverstärker oder direkt an die elektronische Anzeige weitergeleitet, wo sie dargestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektronische Anzeige derart eingerichtet, dass sie die Orientierung der Darstellung des Messwertes dreht, insbesondere um 180°, wenn die erste Elektrode unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Wenn das Messrohr in horizontaler Ausrichtung unter einem Hindernis angebracht ist, muss das Messrohr aufgrund der auf das Messrohr aufgesetzten Auswerteeinheit oder der elektronischen Anzeige, entgegen der Vorgabe, seitenverkehrt eingebaut werden, so dass die Positionen der Füllstandsüberwachungselektrode und der Bezugselektrode vertauscht sind. Dies führt nicht nur dazu, dass die Funktionen der jeweiligen Elektroden neu zugeordnet, sondern auch die Anzeige angepasst werden muss. Die Informationen bezüglich der Einbaulage, die bereits für die Zuordnung der Funktionen der ersten und zweiten Elektrode benötigt werden, werden auch an die elektronische Anzeige weitergeleitet. Diese ändert in Abhängigkeit von der Einbaulage des Messrohres die Darstellung der Messwerte.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, welches magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Messrohr mit einer Messrohrachse zum Führen eines Mediums, eine erste und eine zweite Elektrode, die sich beide über das Messrohr verteilen und eine Multiplexerschaltung umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexerschaltung bei einer horizontalen Ausrichtung der Messrohrachse der ersten Elektrode die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion einer Bezugselektrode immer dann zuordnet, wenn die erste Elektrode oberhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, und der ersten Elektrode die Funktion der Bezugselektrode und/oder der zweiten Elektrode die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode immer dann zuordnet, wenn die erste Elektrode unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ermittelt eine einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit umfassende Schaltung die Information, ob die erste Elektrode unterhalb oder oberhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, und als Steuersignal an die Multiplexerschaltung weiterleitet.
Dabei wird die Anordnung der einzelnen Elektroden im Messrohr bzw. die Einbaulage des Messrohres einmalig beim Einrichten des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ermittelt, wobei abhängig von der Elektrodenanordnung den Elektroden eine Funktion zugeordnet wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Multiplexerschaltung eine über einen Zeitgeber gesteuerte Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist die Elektrodenanordnung im Messrohr in vorgegebenen Zeitintervallen abzutasten.
Gemäß einer Ausgestaltung misst eine dritte und eine vierte Elektrode eine Potentialdifferenz im Medium und leitet die an einen Differenzverstärker weiter, wobei der Differenzverstärker Signale der Bezugselektrode und der dritten und vierten Elektrode auswertet und in Form eines Messwertes an eine elektronische Anzeige weiterleitet, wobei die elektronische Anzeige die Messwerte darstellt.
Gemäß einer Ausgestaltung leitet die Schaltung die Information an eine darstellende elektronische Anzeige weiter, wobei die elektronische Anzeige die Orientierung der Darstellung der Messwerte dreht, insbesondere um 180° dreht, wenn die erste Elektrode unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
2: schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; und
3: schematisches Schaltbild einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes.

Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt (siehe 1). Durch ein Messrohr (1) wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (7) ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung (7) eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr (1) eine durchflussabhängige Potentialverteilung, die mit zwei an der Innenwand des Messrohres (1) angebrachten Messelektroden (3, 4) abgegriffen wird. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Rohres verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Um das Ableiten der an den Messelektroden (3, 4) anliegenden Messspannung über das Rohr (8) zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoffliner (2), ausgekleidet. Das durch beispielsweise einen Elektromagneten aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität mittels einer Betriebseinheit erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (13) liest die an den Messelektroden (3, 4) anliegende Spannung aus und gibt die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den errechneten Volumendurchfluss des Mediums aus. Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden zwei weitere Elektroden auf. Zum einen dient eine Füllstandsüberwachungselektrode (5), die optimalerweise am höchsten Punkt im Rohr (8) angebracht ist und nur einen minimalen Abstand zur Rohrinnenwandung aufweist, dazu eine Teilbefüllung des Messrohres (1) zu detektieren und diese Information an den Nutzer weiterzuleiten. Desweiteren dient eine Bezugselektrode (6), die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode (5) angebracht ist, dazu eine ausreichende Erdung des Mediums zu gewährleisten.
Sofern der Volumendurchfluss gemessen werden soll, ist es besonders von Bedeutung, dass die Befüllung des Messrohres (1) möglichst vollständig ist. Daher ist an der Messrohrachse bei horizontalem Einbau am höchsten Punkt des Innendurchmessers des Messrohres (1) eine Elektrode eines Füllstandsüberwachungssystems angeordnet, welche im vorliegenden Fall als Füllstandsüberwachungselektrode (5) ausgebildet ist. Diese erstreckt sich durch den Liner (2), sowie die metallische Messrohrwandung (8) und ist an der mediumsabgewandten Seite der Außenwandung des Messrohres (1) befestigt.
Eine vereinfachte Schaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist in 2 dargestellt. Der linke Bereich I. zeigt vereinfacht die Verschaltung im Bereich des Messrohres. Zusätzlich zu der dritten und vierten Elektrode (11, 12) weist das Messrohr (1) eine erste und zweite Elektrode (9, 10) auf. Die Signale der dritten und vierten Elektrode (11, 12) werden in der Mess- und Auswerteeinheit im rechten Bereich II. einem Differenzverstärker (14) zugeführt, welcher die Signale verstärkt und beispielsweise über einen A/D-Wandler (23) und/oder Recheneinheit an eine elektronische Anzeige (22) weiterleitet. Weiterhin umfasst der rechte Bereich II. eine Multiplexerschaltung (16). In die Multiplexerschaltung (16) gehen die Signale der ersten Elektrode (9), der zweiten Elektrode (10) und der Schaltung (15) ein. Aus der Multiplexerschaltung geht ein Signal an eine Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands (EmptyPipe Detection) (24) und ein weiteres Signal an den Differenzverstärker (14) raus.
Erfindungsgemäß wird eine Multiplexerschaltung für die Verkabelung der Elektroden und Zuordnung der Funktionen verwendet. In 2 umfasst die Multiplexerschaltung (16) drei Multiplexereingänge (17, 18, 19) und zwei Multiplexerausgänge (20, 21), wobei ein erster Multiplexerausgang (20) mit dem Differenzverstärker (14) und ein zweiter Multiplexerausgang (21) mit der Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands (EmptyPipe Detection) (24) verbunden ist. Weiterhin umfasst die Multiplexerschaltung (16) einen dritten Multiplexereingang (19) für ein Steuersignal, das in der Schaltung (15) generiert wird. In dieser Ausgestaltung sind die erste Elektrode (9) mit dem ersten Multiplexereingang (17) und die zweite Elektrode (10) mit dem zweiten Multiplexereingang (18) verbunden. Die Schaltung (15) ist auch mit der elektronischen Anzeige verbunden und sendet Informationen bzgl. der Einbaulage.
In einer weiteren Ausgestaltung werden auch die Signale der dritten und vierten Elektrode (11, 12) über die Multiplexerschaltung (16) gesteuert. In 3 umfasst die Multiplexerschaltung (16) fünf Multiplexereingänge (17, 18, 19, 27, 28) und vier Multiplexerausgänge (20, 21, 25, 26), wobei der erste, dritte und vierte Multiplexerausgang (20, 25, 26) mit dem Differenzverstärker (14) und der zweite Multiplexerausgang (21) mit der Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands (EmptyPipe Detection) (24) verbunden sind. Weiterhin umfasst die Multiplexerschaltung (16) einen dritten Multiplexereingang (19) für ein Steuersignal, das in der Schaltung (15) generiert wird. In dieser Ausgestaltung sind die erste Elektrode (9) mit dem ersten Multiplexereingang (17), die zweite Elektrode (10) mit dem zweiten Multiplexereingang (18), die dritte Elektrode (11) mit dem fünften Multiplexereingang (28) und die vierte Elektrode (12) mit dem vierten Multiplexereingang (27) verbunden. Die Multiplexerschaltung weist zusätzlich zum ersten und zweiten Multiplexerausgang (20, 21) einen dritten und vierten Multiplexerausgang (25, 26) auf. Diese sind mit dem Differenzverstärker (14) verbunden, welcher ein Signal an den A/D Wandler (23) weiterleitet, wo es in ein für die elektronische Anzeige kompatibles Signal umgewandelt wird. Es ist ein weiterer Signalpfad zwischen der Schaltung (15) und der elektronischen Anzeige (22) ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Messrohr
2: Liner
3: erste Messelektrode
4: zweite Messelektrode
5: Füllstandsüberwachungselektrode
6: Bezugselektrode
7: magnetfelderzeugende Vorrichtung
8: Rohr
9: erste Elektrode
10: zweite Elektrode
11: dritte Elektrode
12: vierte Elektrode
13: Mess- und/oder Auswerteeinheit
14: Differenzverstärker
15: Schaltung
16: Multiplexerschaltung
17: erster Multiplexereingang
18: zweiter Multiplexereingang
19: dritter Multiplexereingang
20: erster Multiplexerausgang
21: zweiter Multiplexerausgang
22: elektronische Anzeige
23: A/D Wandler
24: Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands(EmptyPipe Detection)
25: dritter Multiplexerausgang
26: vierter Multiplexerausgang
27: vierter Multiplexereingang
28: fünfter Multiplexereingang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006062600 A1 [0005]
DE 102010020963 A9 [0006]

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums, umfassend: - ein Messrohr (1) mit einer Messrohrachse zum Führen des Mediums; - eine erste und eine zweite Elektrode (9, 10), die sich über das Messrohr (1) verteilen; - und eine Multiplexerschaltung (16); dadurch gekennzeichnet, dass bei einer horizontalen Ausrichtung der Messrohrachse die Multiplexerschaltung (16) dazu eingerichtet ist, der ersten Elektrode (9) die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode und/oder der zweiten Elektrode (10) die Funktion einer Bezugselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode (9) oberhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist, und der ersten Elektrode (9) die Funktion der Bezugselektrode und/oder der zweiten Elektrode (10) die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode immer dann zuzuordnen, wenn die erste Elektrode (9) unterhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, wobei eine einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit umfassende Schaltung (15) dazu eingerichtet ist die Information zu ermitteln, ob die erste Elektrode (9) unterhalb oder oberhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist, wobei die Schaltung (15) dazu eingerichtet ist die Information als Steuersignal an die Multiplexerschaltung (16) weiterzuleiten.
Durchflussmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Multiplexerschaltung (16) mit einer Ausgabeeinheit zur Überwachung des Füllstands (24) verbunden ist, wobei die Multiplexerschaltung (16) mit einem Bezugspotential verbunden ist.
Durchflussmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Messrohr eine dritte (11) und eine vierte Elektrode (12) umfasst, die dazu eingerichtet sind eine Potentialdifferenz im Medium zu messen und die Potentialdifferenz an einen Differenzverstärker (14) weiterzuleiten, wobei der Differenzverstärker (14) dazu eingerichtet ist, Signale der Bezugselektrode und der dritten und vierten Elektrode auszuwerten und in Form eines Messwertes an eine elektronische Anzeige (22) weiterzuleiten, wobei die elektronische Anzeige (22) eingerichtet ist den Messwert darzustellen.
Durchflussmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektronische Anzeige (22) derart eingerichtet ist, dass sie die Orientierung der Darstellung des Messwertes dreht, insbesondere um 180° dreht, wenn die erste Elektrode (9) unterhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, welches magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst: - ein Messrohr (1) mit einer Messrohrachse zum Führen eines Mediums; - eine erste (9) und eine zweite Elektrode (10), die sich beide über das Messrohr (1) verteilen; und - eine Multiplexerschaltung (16); dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexerschaltung (16) bei einer horizontalen Ausrichtung der Messrohrachse der ersten Elektrode (9) die Funktion einer Füllstandsüberwachungselektrode und/oder der zweiten Elektrode (10) die Funktion einer Bezugselektrode immer dann zuordnet, wenn die erste Elektrode (9) oberhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist, und der ersten Elektrode (9) die Funktion der Bezugselektrode und/oder der zweiten Elektrode (10) die Funktion der Füllstandsüberwachungselektrode immer dann zuordnet, wenn die erste Elektrode (9) unterhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit umfassende Schaltung (15) die Information ermittelt, ob die erste Elektrode (9) unterhalb oder oberhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist, und als Steuersignal an die Multiplexerschaltung (16) weiterleitet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine dritte (11) und eine vierte Elektrode (12) eine Potentialdifferenz im Medium messen und an einen Differenzverstärker (14) weiterleiten, wobei der Differenzverstärker (14) Signale der Bezugselektrode und der dritten und vierten Elektrode (11, 12) auswertet und in Form eines Messwertes an eine elektronische Anzeige (22) weiterleitet, wobei die elektronische Anzeige (22) die Messwerte darstellt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltung (15) die Information an eine darstellende elektronische Anzeige (22) weiterleitet, wobei die elektronische Anzeige (22) die Orientierung der Darstellung der Messwerte dreht, insbesondere um 180° dreht, wenn die erste Elektrode (9) unterhalb der zweiten Elektrode (10) angeordnet ist.