DE102021131696A1

DE102021131696A1 - Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102021131696A1
Application number: DE102021131696.0A
Authority: DE
Inventors: Florent Tschambser; Tulio Paiva Galvao; Werner Wohlgemuth; Pierre-Jean Ober
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023099410A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, umfassend die Verfahrensschritte:- Anlegen eines ersten Spannungssignales (11.1) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das erste Spannungssignal (11.1) einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, mit jeweils einem ersten Zeitteilintervall (thold,1), in welchem eine erste Spannung (Uhold,1) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die erste Spannung (Uhold,1) so geregelt wird, dass eine Abweichung des Spulenstromes von einem, insbesondere werkseitig, vorgegebenen Spulenstromsollwertes während eines Messintervalles (tmess) minimal ist, wobei der Spulenstromsollwert für das gesamte erste Spannungssignal konstant ist,- Anlegen eines zweiten Spannungssignales (11.2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das zweite Spannungssignal (11.2) ebenfalls einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, mit jeweils einem zweiten Zeitteilintervall (thold,2), in welchem eine zweite Spannung (Uhold,2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die zweite Spannung (Uhold,2) so geregelt wird, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem, insbesondere eine zum magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden, Regelsollwert minimal ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Dabei werden inline magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden unterschieden, die in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingesetzt werden. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, das ein Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne 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 bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Zudem weist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ein Messrohr auf, auf das die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angeordnet ist. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw. Potentialdifferenz ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Flussrichtung fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday'schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und - mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts - der Volumendurchfluss ermittelt werden.
Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, welches ein Messrohr zum Führen des Mediums mit angebrachter Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes und Messelektroden umfasst, werden magnetisch-induktive Durchflussmesssonden mit ihrem üblicherweise kreiszylindrischen Gehäuse in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingeführt und fluiddicht fixiert. Ein spezielles Messrohr ist nicht mehr notwendig. Die eingangs erwähnte Messelektrodenanordnung und Spulenanordnung auf der Mantelfläche des Messrohrs entfällt, und wird durch ein im Inneren des Gehäuses und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ersetzt, welche so ausgestaltet ist, dass eine Symmetrieachse der Magnetfeldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Frontfläche bzw. die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Im Stand der Technik gibt es bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 µS/cm. Entsprechende Durchflussmessvorrichtungen werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG oder MAGPHANT vertrieben.
Es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zum Regeln des an die Spulenanordnung aufgeprägten Betriebssignales. Diese haben in der Regel das Ziel, ein Magnetfeld mit einer, über eine gesamte Messphase möglichst konstanten magnetischen Induktion zu erzeugen. So wird beispielsweise in der WO 2014/001026 A1 eine Steuerung gelehrt, bei der ein an die Spulenanordnung aufgebrachtes Spannungssignal derart geregelt wird, dass ein durch die Spulenanordnung fließender Spulenstrom in einer festgelegten Messphase einen Spulenstromsollwert erreicht und beibehält. Der durch die Spulenanordnung fließende Spulenstrom erzeugt ein Magnetfeld mit einer vom Spulenstrom abhängigen magnetischen Induktion.
DE 10 2015 116 771 B4 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Einstellen einer konstanten Magnetfeldstärke eines Magnetfelds bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät. Dabei wird ein konstanter Sollstrom einem Stromregler vorgegeben.
Dabei wird grundlegend angenommen, dass durch Einrichten eines für alle Zeitintervalle fixen Spulenstromsollwertes auch die magnetische Induktion des erzeugten Magnetfeldes einen Sollwert reproduzierbar annimmt. Vorteilhaft an einer derartigen Regelung ist, dass die Regelung ohne das Messen der magnetischen Induktion auskommt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich - bedingt durch Temperaturänderungen und magnetische Störfelder - das magnetische Feld nicht alleine durch das Regeln auf einen fixen Spulenstromsollwert reproduzieren lässt. Das hat zur Folge, dass der für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße angenommene Kalibrationswerte für die magnetische Induktion von der aktuell vorliegenden magnetischen Induktion im Messrohr abweicht. Abhängig von der Störgröße kann dies bei der Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße zu Abweichungen von bis zu 20% führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 17.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung zum Abgreifen einer Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte:

- Anlegen eines ersten Spannungssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das erste Spannungssignal einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf aufweist, welcher in Zeitintervalle t eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle t jeweils ein erstes Zeitteilintervall t_hold,1 aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall t_hold,1, insbesondere, konstante erste Spannung U_hold,1 an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die Zeitintervalle t jeweils mindestens ein Messintervall t_mess aufweisen, in dem ein Spulenstrom durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes fließt, wobei die erste Spannung U_hold,1 so geregelt wird, dass eine Abweichung des Spulenstromes von einem, insbesondere werkseitig, vorgegebenen Spulenstromsollwertes während des Messintervalles t_mess minimal ist, wobei der Spulenstromsollwert für das gesamte erste Spannungssignal konstant ist,
- Anlegen eines zweiten Spannungssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das zweite Spannungssignal ebenfalls einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf aufweist, welcher in Zeitintervalle t eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle t jeweils ein zweites Zeitteilintervall t_hold,2 aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, zweite Zeitteilintervall t_hold,2, insbesondere konstante, zweite Spannung U_hold,2 an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die zweite Spannung U_hold,2 so geregelt wird, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem, insbesondere eine zum magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden, Regelsollwert minimal ist.

Die erfindungsgemäße Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Durch das Bereitstellen zweier unterschiedlich geregelter Spannungssignale wird ein Abgleich bzw. Überprüfung der einzelnen zu regelnden Sollwerte ermöglicht. So kann mittes des ersten Spannungssignales der zu regelnde Sollwert des zweiten Spannungssignales bestimmt werden oder mittels des zweiten Spannungssignales der Sollwert des ersten Spannungssignales überprüft werden, bzw. ein korrigierter Sollwert ermittelt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht folgenden Verfahrensschritt vor:

- Ermitteln des Regelsollwertes in Abhängigkeit eines eingeregelten Spannungswertes der ersten Spannung (U_hold,1).

Ein Regeln des ersten Spannungssignales, insbesondere der ersten Spannung U_hold,1, derart, dass in einem Messintervall ein vorgegebener Spulensollwert erreicht wird hat den Vorteil, dass somit der Regelsollwert des zweiten Spannungssignales ermittelbar ist ohne eine externe Justierung durchführen zu müssen. Die aus der Regelung ergebende erste Spannung U_hold kann für die Ermittlung des Regelsollwertes eingehen. Durch das Umschalten des ersten Spannungssignales auf ein zweites Spannungssignal, - in dem nicht auf einen vorgegebenen Spulenstrom geregelt wird, sondern auf den zuvor ermittelten Regelsollwert - kann auf eine gegenüber externen Magnetfeldern robustere Regelung gewechselt werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zeitintervalle t des ersten Spannungssignales jeweils ein drittes Zeitteilintervall t_shot,1 aufweisen, in welchem über das, insbesondere gesamte, drittes Zeitteilintervall t_shot,1 eine, insbesondere konstante, dritte Spannung U_shot,1 an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist,
wobei die dritte Spannung U_shot,1 größer als die erste Spannung U_hold,1 ist,
wobei die Dauer des dritten Zeitteilintervalles t_shot,1 eine regelbare Größe ist,
wobei eine eingeregelten Dauer des dritten Zeitteilintervalles t_shot,1 in die Ermittlung des Regelsollwertes eingeht.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zeitintervalle t des zweiten Spulensignales jeweils ein viertes Zeitteilintervall t_shot,2 aufweisen, in welchem über das, insbesondere gesamte, vierten Zeitteilintervall t_shot,2 eine, insbesondere konstante, vierte Spannung U_shot,2 an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist,
wobei die vierte Spannung U_shot,2 größer als die zweite Spannung U_hold,2 ist,
wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 und eine von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängigen Funktion abhängt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Quotient aus der zweiten Spannung U_hold,2 und der vierten Spannung U_shot,2 über den Spannungsverlauf konstant ist,
wobei die von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Betrag der vierten Spannung U_shot,2 über die Zeitintervalle t konstant ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Betrag eines Quotientes aus der ersten Spannung U_hold,1 und der dritten Spannung U_shot,1 über den Spannungsverlauf konstant ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Betrag der dritten Spannung U_shot,1 über die Zeitintervalle t konstant ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Spulenstrom in den Zeitintervallen t des zweiten Spannungsignales jeweils, insbesondere im zweiten Zeitteilintervall t_hold,2 einen maximalen Spulenstromwert I_max annimmt,
wobei die Bedingung erfüllt ist, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes I_max und eines während des zweiten Zeitteilintervalles t_hold,2, insbesondere während des Messintervalles ermittelten Spulenstromwertes I_hold über das zweite Spannungssignal konstant ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Spulenstrom in den Zeitintervallen t des zweiten Spannungssignales, insbesondere im zweiten Zeitteilintervall t_hold,2 jeweils einen maximalen Spulenstromwert I_max annimmt,
wobei die von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängige Funktion ebenfalls von dem maximalen Spulenstromwert I_max abhängt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die von der zweiten Spannung (U_hold,1) abhängige Funktion ebenfalls von In ((U_shot,2 + U_hold,2)/(U_shot,2 - U_hold,2)) abhängt, insbesondere proportional ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regelsollwert ebenfalls in Abhängigkeit der dritten Spannung U_shot,1 ermittelt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Spulenstrom in den Zeitintervallen t des zweiten Spannungssignales jeweils, insbesondere im zweiten Zeitteilintervall t_hold,2 einen maximalen Spulenstromwert I_max annimmt,
wobei der Regelsollwert ebenfalls in Abhängigkeit des maximalen Spulenstromwert I_max und/oder einen während des Messintervalles des zweiten Spannungssignales ermittelten Spulenstromwertes I_hold ermittelt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regelsollwert in Abhängigkeit einer scheinbaren Induktivität oder einer von der scheinbaren Induktivität abhängigen Größe ermittelt wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der zeitliche Spannungsverlauf des zweiten Spannungssignales und ein ermittelter zeitlicher Spulenstromverlauf in die Bestimmung der scheinbaren Induktivität oder der von der scheinbaren Induktivität abhängigen Größe eingeht,
wobei der zeitliche Spulenstromverlauf den Spulenstrom während des zeitlichen Spannungsverlaufes beschreibt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das zweite Spannungssignal ein Zeitteilintervalles t_rise aufweist,
wobei ein Betrag des Spulenstromes innerhalb des Zeitteilintervalles t_rise von einem insbesondere festgelegten ersten Spulenstromwert auf einen insbesondere festgelegten zweiten Spulenstromwert anwächst,
wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des Zeitteilintervalles t_rise und eine von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängigen Funktion abhängt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Spannungssignal, insbesondere einmalig, bei der Inbetriebnahme der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist, dass der Nennweiten abhängige Regelsollwert im Justierverfahren nicht mehr für jede Vorrichtung händisch durch ein externe Messsonde ermittelt und nachträglich in der magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung hinterlegt werden muss. Stattdessen wird der Regelsollwert mit Hilfe der von der ersten Spannung U_hold,1 abhängigen Funktion, insbesondere der ersten Spannung U_hold,1, und - gemäß einer Ausgestaltung - ebenfalls der eingeregelten Dauer des dritten Zeitteilintervalles t_shot,1 ermittelt.
Eine Ausgestaltung sieht folgenden Verfahrenschritt vor:

- Ermitteln eines korrigierten Spulenstromsollwertes in Abhängigkeit eines während eines Messintervalles des zweiten Spannungssignales ermittelten eingeregelten Spulenstromwertes, wobei das zweite Spannungssignal das erste Spannungssignal zum Rekalibrieren des Spulenstromsollwertes für die Dauer eines Kalibrierintervalles ersetzt, wobei der vorgegebene Spulenstromsollwert des ersten Spannungssignales durch den korrigierten Spulenstromsollwert des zweiten Spannungssignales ersetzt wird.

Ein Regeln des ersten Spannungssignales, insbesondere der ersten Spannung U_hold,1, derart, dass in einem Messintervall ein vorgegebener Spulensollwert erreicht wird hat den Nachteil, dass somit nicht automatisch gewährleistet wird, dass das mittels der Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes erzeugte Magnetfeld auch dem während des Jusiterverfahrens erzeugte Referenzmagnetfeld entspricht. Durch das Umschalten des ersten Spannungssignales auf ein zweites Spannungssignal, in dem nicht auf einen vorgegebenen Spulenstrom geregelt wird sondern dieser veränderlich bleibt, lässt sich Überprüfen, ob der vorgegebene Spulenstromsollwert noch gültig ist. Alternativ kann der im zweiten Spannungssignale, insbesondere im Messsintervall neu vorliegender Spulenstromwert als korrigierter Spulenstromsollwert übernommen werden. Ist der Spulenstromsollwert während der Dauer des zweiten Spannungssignales ermittelt, so wird wieder das erste Spannungssignal an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 1 ≤ t_hold ≤ 2000 ms, insbesondere 5 ≤ t_hold ≤ 1000 ms gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 0,1 ≤ t_shot ≤ 500 ms, insbesondere 0,1 ≤ t_hold ≤ 300 ms gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 1 ≤ U_shot ≤ 230 V, insbesondere 3,6 ≤ U_shot ≤ 60 V gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 0,1 ≤ U_hold ≤ 23 V, insbesondere 0,5 ≤ U_hold ≤ 20 V gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 5 ≤ I ≤ 2000 mA, insbesondere 10 ≤ I ≤ 500 mA gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regelsollwert einen Wert zwischen 0,01 und 10 Wb annimmt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Spannungsverlauf das erste Zeitteilintervall auf das zweite Zeitteilintervall folgt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Spulenströme unterschiedlicher Messintervalle veränderliche Größen sind bzw. dass sich Spulenstromwerte unterschiedlicher Messintervalle voneinander unterscheiden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgestaltet ist, umfassend ein Messrohr zum Führen des fließfähigen Mediums.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde zum Einführen in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung ausgestaltet ist, umfassend ein mit dem Medium zu beaufschlagendes Gehäuse.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
2: eine erste Ausgestaltung des ersten Spannungssignales und/oder des zweiten Spannungssignales und das entsprechend erzeugten Magnetfeld durch die Spulenanordnung;
3: eine erste Ausgestaltung des Verlaufes des Stromes, welcher durch die Spulenanordnung fließt;
4: eine zweite Ausgestaltung des ersten Spannungssignales und/oder des zweiten Spannungssignales und das entsprechend erzeugte Magnetfeld durch die Spulenanordnung;
5: eine zweite Ausgestaltung des Verlaufes des Stromes, welcher durch die Spulenanordnung fließt;
6: eine perspektivische Ansicht auf eine teilweise geschnittene Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde;
7: eine Darstellung einer Ausgestaltung des Verfahrensablaufes;
8: eine Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrensablaufes;
9: einen Verlauf des Spulenstromes, der sich aus einem Betriebssignal, umfassend das erste Spannungssignal und das zweite Spannungssignal, ergibt.

Die 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1 sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr 2 wird ein fließfähiges Medium geleitet, welches eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das Messrohr 2 umfasst ein Trägerrohr 3, welches üblicherweise aus Stahl, Keramik, Kunststoff oder Glas gebildet ist oder diese zumindest umfassen. Eine Vorrichtung 5 zum Erzeugen eines Magnetfeldes ist so am Trägerrohr 3 angeordnet, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch eine Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst eine Spulenanordnung aus mindestens einer Sattelspule oder mindestens einer Spule 6. Üblicherweise weisen magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte zwei diametral angeordnete Spulen 6 auf. Durch eine Aufnahme 15 der Spule 6 erstreckt sich üblicherweise ein Spulenkern 14. Als Aufnahme 15 ist der durch die die Spule 6 bildende Spulendraht begrenzte Volumen zu verstehen. Die Aufnahme 15 der Spule 6 kann somit durch eine Spulenhalterung oder durch das gedachte eingeschlossene Volumen gebildet sein. Letzteres tritt ein, wenn der Spulendraht der Spule 6 direkt um den Spulenkern 14 gewickelt ist. Der Spulenkern 14 ist aus einem magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff gebildet. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst üblicherweise ebenfalls einen Polschuh 21, der an einem Ende des Spulenkerns 14 angeordnet ist. Der Polschuh 21 kann separates Bauteil sein oder monolithisch mit dem Spulenkern 14 verbunden sein. In der abgebildeten Ausgestaltung der 1 weisen zwei diametral angeordnete Spulen 6.1, 6.2 jeweils einen Spulenkern 14.1, 14.2 und einen Polschuh 21.1, 21.2 auf. Die zwei Spulenkerne 14.1, 14.2 sind über eine Feldrückführung 22 miteinander verbunden. Die Feldrückführung 22 verbindet die jeweils voneinander abgewandten Seiten der Spulenkerne 14.1, 14.2 miteinander. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit genau einer Spule mit einem Spulenkern bzw. einer Sattelspule und ohne Feldrückführung bekannt. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere die Spule 6 ist mit einer Betriebsschaltung 7 verbunden, welche die Spule 6 mit einem Spannungssignal 11 betreibt. Das Spannungssignal 11 kann eine Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf sein und ist durch Spannungssignalparameter charakterisiert, wobei mindestens einer der Spannungssignalparameter regelbar ist. Das durch die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung 7 getakteten Spannung wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Die zwei Spulen 6.1, 6.2 können separat mit der Betriebsschaltung 7 verbunden oder in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sein.
Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine durchflussabhängige Potentialverteilung, welche sich beispielsweise in Form einer induzierten Messspannung erfassen lässt. Eine Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung ist am Messrohr 2 angeordnet. In der abgebildeten Ausgestaltung ist die Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung durch zwei gegenüberliegend angeordnete Messelektroden 17, 18 zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium gebildet. Es sind jedoch aus magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die an der Außenwandung des Trägerrohres 3 angeordnete Messelektroden aufweise, die nicht mediumsberührend sind. In der Regel sind die Messelektroden 17, 18 diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse bzw. werden durch eine Querachse geschnitten, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 2 verläuft. Es sind aber auch Vorrichtungen 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung bekannt, welche mehr als zwei Messelektrode aufweisen. Anhand der gemessenen Messspannung kann die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße bestimmt werden. Die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße umfasst die Durchflussgeschwindigkeit, den Volumendurchfluss und/oder den Massedurchfluss des Mediums. Eine Messschaltung 8 ist dazu eingerichtet, die an den Messelektroden 17, 18 anliegende, induzierte Messspannung zu erfassen und eine Auswerteschaltung 24 ist dazu ausgebildet, die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße zu ermitteln. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Temperatursensoren 26 bekannt. Diese können in einer seitlichen Öffnung angeordnet oder in einer der Elektroden integriert sein.
Das Trägerrohr 3 ist häufig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wie z.B. Stahl. Um das Ableiten der an der ersten und zweiten Messelektrode 2, 3 anliegenden Messspannung über das Trägerrohr 3 zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem (Kunststoff-)Liner 4 ausgekleidet.
Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden 17, 18 zwei weitere Elektroden 19, 20 auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Messrohr 2 angebrachte Füllstandsüberwachungselektrode 19 dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres 1 zu detektieren, und ist dazu eingerichtet diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses zu berücksichtigen. Des Weiteren dient eine Bezugselektrode 20, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode 19 bzw. am untersten Punkt des Messrohrquerschnittes angebracht ist, dazu, ein kontrolliertes, elektrisches Potential im Medium einzustellen. In der Regel wird die Referenzelektrode 20 zum Verbinden des fließenden Mediums mit einem Erdpotential eingesetzt.
Die Betriebsschaltung 7, Reglerschaltung 10, Messschaltung 23 und Auswerteschaltung 24 können Teil einer einzelnen Elektronikschaltung sein, oder einzelne Schaltungen bilden. Zumindest die Reglerschaltung 10 weist einen insbesondere programmierbaren Mikroprozessor, d.h. einen als integrierter Schaltkreis ausgeführter Prozessor auf. Dieser ist dazu eingerichtet, die Spannungen und die Dauer der Zeitteilintervalle einzustellen und so zu ändern, dass die Vorgabe für die Regelfunktion erfüllt ist. Die Betriebsschaltung 7 ist dazu eingerichtet ein erste Spulenspannungssignal und ein von dem ersten Spulenspannungssignal abweichenden zweiten Spulenspannungssignal anzulegen. Dazu ist die Reglerschaltung dazu eingerichtet, das erste Spannungssignal so zu regeln, dass in einem Messintervall des ersten Spannungssignales der Spulenstrom einen Spulenstromsollwert annimmt und das zweite Spannungssignal nach einem davon abweichenden Kriterium zu regeln.
Die Betriebsschaltung 7 ist dazu eingerichtet, für ein erstes Zeitteilintervall eine erste Spannung an die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes anzulegen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Zeitintervalle ebenfalls jeweils ein zweites Zeitteilintervall aufweisen, in welchem über das insbesondere gesamte zweite Zeitteilintervall eine insbesondere konstante zweite Spannung an die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt istebenfalls für ein zweites Zeitteilintervall eine zweite Spannung an die Spulenanordnung anzulegen. Dabei ist die zweite Spannung größer als die erste Spannung. Zudem folgt in einem einzelnen Zeitintervall das erste Zeitteilintervall auf das zweite Zeitteilintervall. Die Dauer des ersten Zeitteilintervalles ist größer als die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles. Die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles ist eine regelbare Größe. Ebenso die erste Spannung. Die 2 bis 5 zeigen mögliche Ausgestaltungen des Spannungssignales.
Erfindungsgemäß ist die Reglerschaltung 10 dazu eingerichtet einen der Spannungssignalparametern des Spannungssignales, insbesondere zumindest die erste Spannung (U_hold) so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden Regelsollwert minimal ist. Die Regelfunktion kann von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und eine von der ersten Spannung abhängigen Funktion abhängen. Dafür wird die erste Spannung und die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles so geregelt, dass eine von der ersten Spannung und der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles abhängige Größe nicht vom Regelsollwert abweicht. Kommt es zu einer Abweichung - bedingt durch magnetische Störfelder oder Temperatureinflüsse - so werden die beiden Regelparameter angepasst, bis die Abweichung des Produktes vom Regelsollwert wieder minimal ist.
Die 2 zeigt eine erste Ausgestaltung des ersten Spannungssignales und/oder des zweiten Spannungssignales und das entsprechend erzeugte Magnetfeld durch die Spule. Auf die zusätzliche Nummerierung der einzelnen Spannungssignale, Spannungen und Zeitteilintervalle wurde verzichtet, da die abgebildete Ausgestaltung auf beide Spannungssignale Anwendung finden kann. Das Spannungssignal umfasst erfindungsgemäß eine Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Verlauf 12, welcher in Zeitintervalle t eingeteilt ist. Das Vorzeichen der angelegten Spannung ändert sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t. Das in 2 abgebildete Spannungssignal umfasst Zeitintervalle t, die jeweils ein Zeitteilintervall t_hold aufweisen, in denen über die gesamte Dauer des Zeitteilintervalles t_hold eine konstante Spannung U_hold an die Spule angelegt wird. Die erfasste für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße induzierte Messspannung wird im Zeitteilintervall t_hold, insbesondere während eines Messintervalles, ermittelt. Während des Messintervalles fließt durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes ein Spulenstrom. Dieser ist für das zweite Spannungssignal nicht konstant geregelt, d.h. dass ein Absolutbetrages eines während des Messintervalles fließender Spulenstromes in unterschiedlichen Zeitintervallen t eine veränderliche Größe ist. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Reglerschaltung dazu eingerichtet, die zweite Spannung U_hold,1 eines Zeitintervalles t so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden Regelsollwert minimal ist. Die zweite Spannung U_hold,1 ist erfindungsgemäß eine zeitlich veränderliche und regelbare Größe. Der Anstieg des Spulenstrom ist durch eine Dauer eines Zeitteilintervalles t_rise charakterisiert, welche über eine Messschaltung ermittelbar ist. Ein Absolutbetrag des Stromes wächst innerhalb des Zeitteilintervalles t_rise von einem ersten Spulenstromsollwert auf einen zweiten Spulenstromsollwert an. Die zweite Spannung U_hold,1 ist so geregelt sein, dass eine von dem Produkt der Dauer des Zeitteilintervalles t_rise und der ersten Spannung U_hold,1 abhängigen Größe nicht von einem vorgegebenen zweiten Sollwert abweicht. Die erste Spannung U_hold,1 ist derart ausgestaltet, dass der Spulenstrom immer einen vorgegebenen Spulenstromsollwert annimmt. Der Spulenstromsollwert ist für das gesamte erste Spannungssignal konstant, kann jedoch durch einen korrigierten Spulenstromsollwert ersetzt werden.
Die 3 zeigt einen sich aus dem Spannungssignal der 2 ergebenden zeitlichen Verlauf des Stromes. Nach dem Umschalten der angelegten Spannung ändert sich die Stromrichtung des Stromes. Innerhalb eines Anstiegs-Zeitteilintervalles t_rise nimmt der Absolutbetrag des Stromes mit einem nichtlinearen Verhalten zu. Der strom nähert sich einem maximalen Spulenstromwert I_max an. Wenn der Spulenstrom maximal ist und sich im Wesentlichen nicht mehr ändert beginnt das Messintervall t_mess. Nur Messspannungen, die in diesem Zeitintervall ermittelt werden, gehen in die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Größe ein. Beim ersten Spannungssignal enspricht er maximale Spulenstromwert I_max dem Spulenstromsollwert. Beim zweiten Spannungssignal ist der maximale Spulenstromwert I_max eine veränderliche Größe.
Die 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung des ersten Spannungssignales und/oder des zweiten Spannungssignales und das erzeugte Magnetfeld durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes. Hier wurde ebenfalls auf die Nummerierung verzichtet. Das Spannungssignal umfasst erfindungsgemäß eine Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Verlauf 12, welcher in Zeitintervalle t eingeteilt ist. Das Vorzeichen der angelegten Spannung ändert sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t. Das in 4 abgebildete Spannungssignal umfasst Zeitintervalle t, die jeweils ein Zeitteilintervall t_hold aufweisen, in denen über die gesamte Dauer des Zeitteilintervalles t_hold eine konstante Spannung U_hold an die Spule angelegt wird. Die erfasste für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße induzierte Messspannung wird im Zeitteilintervall t_hold ermittelt. Zudem weisen die Zeitintervalle t jeweils ein Zeitteilintervall t_shot auf, in denen eine, insbesondere über die gesamte Dauer des Zeitteilintervalles t_shot konstante Spannung U_shot an die Spule angelegt ist. Dabei ist die Spannung U_shot größer als die Spannung U_hold. Im Spannungsverlauf folgt das Zeitteilintervall t_hold auf das Zeitteilintervall t_shot. Zudem ist die Dauer des Zeitteilintervalles t_shot kleiner als die Dauer des Zeitteilintervalles t_hold. Die Dauer des Zeitteilintervalles t_shot ist zeitlich veränderlich und regelbar. Ebenso die Spannung U_hold. Für das zweite Spannungssignal ist zumindest die zweite Spannung U_hold,2 so geregelt, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden, Regelsollwert minimal ist. Die Regelfunktion hängt dabei von einem Produkt der Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 und eine von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängigen Funktion ab. Der Regelsollwert kann für den gesamten Spannungsverlauf und somit für alle Zeitintervalle vorgegeben sein. Alternativ können Zeitintervalle mit einem positiven Vorzeichen im Spannungsverlauf einen ersten Regelsollwert aufweisen und Zeitintervalle mit einem negativen Vorzeichen einen zweiten Regelsollwert aufweisen, wobei sich der erste Regelsollwert vom zweiten Regelsollwert unterscheidet. Für das erste Spannungssignal ist zumindest die erste Spannung U_hold,1 so geregelt, dass der Spulenstrom im Messintervall den Spulenstromsollwert annimmt, bzw. dass die Abweichung des Spulenstromes vom Spulenstromsollwertes minimal ist.
Die Spannung U_hold und die Spannung U_shot können so festgesetzt sein, dass ein Verhältnis zwischen der Spannung U_hold und der Spannung U_shot über den gesamten Spannungsverlauf 12 konstant ist bzw. ein Absolutbetrag eines Quotientes aus der ersten Spannung U_hold und der Spannung U_shot über den Spannungsverlauf 12 konstant ist. Das heißt, dass durch Regelung der ersten Spannung U_hold automatisch auch die Spannung U_shot proportional zu Änderung angepasst wird. In dem Fall ist vorzugsweise die von der Spannung U_hold abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des Zeitteilintervalles t_shot. Alternativ kann die Spannung U_shot, bzw. ein Absolutbetrag der Spannung U_shot über den gesamten Spannungsverlauf 12 einen konstanten Wert annehmen.
Zusätzlich zur Regelung der Spannung U_hold wird die Dauer des Zeitteilintervalles t_shot so geregelt ist, dass ein ermittelter Wert einer von einer Prüfgröße abhängigen Größe innerhalb der Dauer des Zeitteilintervalles t_shot einen Prüfsollwert annimmt. Ein Beispiel für eine derartige Umsetzung wird in der WO 2014/001026 A1 offenbart. Dabei kann es sich bei der Größe beispielsweise um einen Spulenstromsollwert, eine Summe oder eine Integral der Messwerte der Prüfgröße für einen vorgegebenen Zeitabschnitt handeln. Dabei werden bei dem zweiten Spannungssignal die beiden Regelparameter so geregelt, dass eine von dem Produkt der zweiten Spannung U_hold,2 und der Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 abhängigen Funktion nicht von einem vorgegebenen zweiten Regelsollwert abweicht. Die von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängige Funktion ist umgekehrt proportional zur Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_{shot, 2}. Bei der Prüfgröße kann es sich um einen Messwert des Stromes, einen zeitlichen Verlauf eines Stromes und/oder einer davon abhängigen Größe handeln.
Die Reglerschaltung ist dazu eingerichtet, bei einer Abweichung eines Spulenprüfstromwertes oder einer von dem Spulenprüfstromwert abhängigen Prüfgröße von einem Sollwert in einem Zeitintervall t_N, die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles t_shot so zu ändern, dass die Abweichung in einem zeitlich darauffolgenden Zeitintervall t_N+M kleiner ist, wobei M ≥ 1 ist. Gleichzeitig ist die Reglerschaltung dazu eingerichtet, bei einer Abweichung des Ist-Wertes von einem Sollwert in einem Zeitintervall t_N, die erste Spannung U_hold so zu ändern, dass die Abweichung von einem Sollwert in einem zeitlich darauffolgenden Zeitintervall t_N+M kleiner ist, wobei M ≥ 1. Dabei ist jedoch mindestens eine der obig gelisteten Bedingungen zu erfüllen. Die Reglerschaltung kann dazu eingerichtet sein, weitere Größen und/oder Funktionen zu regeln.
Die Regelfunktion, insbesondere die von der Spannung U_hold abhängige Funktion kann ebenfalls von In ((U_shot + U_hold)/(_Ushot - Uh_old)) abhängen, bzw. proportional dazu sein.
Die 5 zeigt einen sich aus dem Spannungssignal der 4 ergebenden zeitlichen Verlauf des Stromes durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, insbesondere durch die Spulenanordnung. Der Spulenstrom ändert in den einzelnen Zeitintervallen die Fließrichtung. Durch das Anlegen der zweiten Spulenspannung, die um ein Vielfaches höher ist als die erste Spannung, nimmt der Spulenstrom rapide zu. Ab Beginn des ersten Zeitteilintervalles nimmt der Spulenstrom noch solange zu, bis er den maximalen Spulenstromwert I_max erreicht. In diesem Zeitteilintervall sind die Wirbelströme im Wesentlichen konstant. Danach sinkt der Spulenstrom ab und konvergiert gegen einen im Wesentlichen konstanten Spulenstromwert I_hold.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Messschaltung dazu eingerichtet im zweiten Zeitteilintervall t_hold,2 einen maximalen Spulenstromwert I_max zu ermitteln und die die Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 und die von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängige Funktion so geregelt werden, dass eine Regelfunktion nicht von einem vorgegebenen zweiten Sollwert abweicht, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 und der von der zweiten Spannung U_hold,2 und dem maximalen Spulenstromwert I_max abhängigen Funktion abhängt.
Alternativ kann die Reglerschaltung dazu eingerichtet sein, mindestens einen der Spannungssignalparameter - vorzugsweise die zweite Spannung U_hold,2 - so zu regeln, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes I_max und eines während des zweiten Zeitteilintervalles t_hold,2 ermittelten Spulenstromwertes I_hold über das Spannungssignal konstant ist.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines dritten Zeitteilintervalles t_Imax und eine von der zweiten Spannung U_hold,2 abhängigen Funktion abhängen. Dabei ist das dritte Zeitteilintervall t_Imax durch einen Beginn des vierten Zeitteilintervalles t_shot,2 und einem Zeitpunkt in dem der Spulenstrom den maximalen Spulenstromwert I_max annimmt begrenzt ist.
Bei den in 2 bis 5 abgebildeten Verläufen handelt es sich um stark vereinfachte Schemata. Nach dem zweiten Zeitteilintervall kommt es in der Regel zu einem Einschwingen des Magnetfeldes.
Anhand der perspektivischen und teilweise geschnittenen Darstellung der 6 wird zunächst das der Erfindung zugrunde liegende Messprinzip erläutert. Eine Durchflussmesssonde 101 umfasst ein im allgemeinen kreiszylindrisches, einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweisendes Gehäuse 102. Dieses ist an den Durchmesser einer Bohrung angepasst, die sich in einer Wand einer in 6 nicht dargestellten Rohrleitung befindet und in die die Durchflussmesssonde 101 fluiddicht eingesteckt ist. In der Rohrleitung strömt ein zu messendes Medium, in das die Durchflussmesssonde 101 praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums eintaucht, die durch die gewellten Pfeile 118 angedeutet ist. Ein in das Medium ragendes Frontende 116 des Gehäuses 102 ist mit einem Frontkörper 115 aus Isoliermaterial fluiddicht verschlossen. Mittels einer im Gehäuse 102 angeordneten Spulenanordnung 106 lässt sich ein durch den Endabschnitt hindurch, in das Medium hineinreichendes Magnetfeld 109 erzeugen. Ein mindestens teilweise aus einem weichmagnetischen Material bestehender, im Gehäuse 102 angeordneter Spulenkern 111 endet an oder in der Nähe des Endabschnittes 116. Ein Feldrückführungskörper 114, der die Spulenanordnung 106 und den Spulenkern 111 umschließt, ist dazu eingerichtet das aus dem Endabschnitt hindurchreichende Magnetfeld 109 in das Gehäuse 102 zurückzuführen. Der Spulenkern 111, der Polschuh 112 und der Feldrückführungskörper 114 sind jeweils Feldführungskörper 110, welche zusammen eine Feldführungsanordnung 105 bilden. Eine erste und eine zweite einen galvanischen Kontakt mit dem zu führenden Medium bildende Messelektrode 103, 104 bilden die Vorrichtung zum Erfassen einer im Medium induzierten Messspannung und sind in dem Frontkörper 115 angeordnet und berühren ebenso wie die Außenwände des Gehäuses das Medium. An den Messelektroden 103, 104 lässt sich eine aufgrund des Faraday'schen Induktionsgesetzes induzierte elektrische Spannung mittels einer Mess- und/oder Auswerteeinheit abgreifen. Diese ist maximal, wenn die Durchflussmesssonde 101 so in die Rohrleitung eingebaut ist, dass eine durch eine die beiden Messelektroden 103, 104 schneidende Gerade und eine Längsachse der Durchflussmesssonde aufgespannte Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung 118 bzw. Längsachse der Rohrleitung verläuft. Eine Betriebsschaltung 107 ist mit der Spulenanordnung 106, insbesondere mit der Spule 113 elektrisch verbunden und dazu eingerichtet ein getaktetes Spannungssignal auf die Spule 113 aufzuprägen, um somit ein getaktetes Magnetfeld 109 zu erzeugen. Die Reglerschaltung 120 ist dazu eingerichtet, die erfindungsgemäßen Regelungen auszuführen.
Die 7 zeigt eine Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Anlegen eines ersten Spannungssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes.

Dabei kann das erste Spannungssignal wie in 2 oder 4 ausgestaltet sein. Es wird jedoch auf einen, insbesondere werkseitig, vorgegebenen Spulenstromsollwert geregelt.

- Ermitteln eines, insbesondere eine zum magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden, Regelsollwertes in Abhängigkeit eines eingeregelten Spannungswertes der ersten Spannung U_hold,1.

In die Bestimmung des Regelsollwertes kann alternativ auch die Dauer des ersten Zeitteilintervalles t_hold,1 eingehen. Eine Alternative dazu wäre die Bestimmung des Regelsollwertes in Abhängigkeit einer ermittelten scheinbaren Selbstinduktivität der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, oder einer davon abhängigen Größe, und eines Spulenstromwertes des Messintervalles. Die scheinbare Selbstinduktivität ergibt sich aus der Selbstinduktivität der Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, der Wirbelströme im z.B. metallischen Trägerrohr oder Gehäuse, und einer etwaigen externen Vorrichtung zum Erzeugen eines Störmagnetfeldes.

- Anlegen eines zweiten Spannungssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes.

Dabei kann das zweite Spannungssignal wie in 2 oder 4 ausgestaltet sein. Es wird jedoch auf einen vorgegebenen Regelsollwert - mit einer zu einem magnetischen Fluss proportionalen Größe - geregelt.
Die 8 zeigt eine Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Anlegen eines ersten Spannungssignales (11.1) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes.

- Anlegen eines zweiten Spannungssignales (11.2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes.

Dabei kann das zweite Spannungssignal wie in 2 oder 4 ausgestaltet sein. Es wird jedoch auf einen vorgegebenen Regelsollwert - mit einer zu einem magnetischen Fluss proportionalen Größe - geregelt.

- Ermitteln eines korrigierten Spulenstromsollwertes in Abhängigkeit eines während eines Messintervalles des zweiten Spannungssignales ermittelten eingeregelten Spulenstromwertes.

Das zweite Spannungssignal ersetzt das erste Spannungssignal zum Rekalibrieren des Spulenstromsollwertes für die Dauer eines Kalibrierintervalles. Der während des Messintervalles des zweiten Spannungssignales eingeregelter, jedoch veränderliche, Spulenstromwert wird als korrigierter Spulenstromsollwert übernommen.

- Anlegen des ersten Spannungssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes.

Dabei wird das erste Spannungssignal mit dem korrigierten Spulenstromsollwert geregelt.
Die 9 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf des Spulenstromes, der sich aus einem Betriebssignal, umfassend das erste Spannungssignal und das zweite Spannungssignal, ergibt und der durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes fließt. Im ersten Bereich des Verlaufes wird das erste Spannungssignal an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt. Die erste Spannungs ist immer so geregelt, dass im Messintervall die Abweichung des Spulenstromes vom Spulenstromsolwert I_soll immer minimal ist. Somit nimmt der Absolutbetrag des Spulenstromes im Messintervall immer im Wesentlichen einen Spulenstromsollwert I_soll an. Im zweiten Bereich wird das zweite Spannungssignal an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt. Der Spulenstrom hat keinen vorgegebenen Spulenstromsollwert I_soll mehr und ist somit eine veränderliche Größe. Somit erhält man, zum Beispiel bedingt durch einen externen Permanentmagneten, einen im Vergleich zum Spulenstromsollwert I_soll geringeren Spulenstromwert oder einen höheren Spulenstromwert während der Messintervalle. Das zweite Spannungssignal wird während eines Kalibrierintervalles des ersten Spannungssignales angelegt. Alternativ kann in einem dritten Bereich (nicht abgebildet) wieder das erste Spannungssignal an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/001026 A1 [0005, 0056]
DE 102015116771 B4 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung eine Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung (8) zum Abgreifen einer Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte: - Anlegen eines ersten Spannungssignales (11.1) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das erste Spannungssignal (11.1) einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein erstes Zeitteilintervall (t_hold,1) aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall (t_hold,1), insbesondere konstante, erste Spannung (U_hold,1) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils mindestens ein Messintervall (t_mess) aufweisen, in dem ein Spulenstrom durch die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes fließt, wobei die erste Spannung (U_hold,1) so geregelt wird, dass eine Abweichung des Spulenstromes von einem, insbesondere werkseitig, vorgegebenen Spulenstromsollwertes während des Messintervalles (t_mess) minimal ist, wobei der Spulenstromsollwert für das gesamte erste Spannungssignal konstant ist, - Anlegen eines zweiten Spannungssignales (11.2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das zweite Spannungssignal (11.2) ebenfalls einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein zweites Zeitteilintervall (t_hold,2) aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, zweite Zeitteilintervall (t_hold,2), insbesondere konstante, zweite Spannung (U_hold,2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird, wobei die zweite Spannung (U_hold,2) so geregelt wird, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem, insbesondere eine zum magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden, Regelsollwert minimal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Verfahrensschritt: - Ermitteln des Regelsollwertes in Abhängigkeit eines eingeregelten Spannungswertes der ersten Spannung (U_hold,1).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitintervalle (t) des ersten Spannungssignales (11.1) jeweils ein drittes Zeitteilintervall (t_shot,1) aufweisen, in welchem über das, insbesondere gesamte, drittes Zeitteilintervall (t_shot,1) eine, insbesondere konstante, dritte Spannung (U_{shot, 1}) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist, wobei die dritte Spannung (U_shot,1) größer als die erste Spannung (U_hold,1) ist, wobei die Dauer des dritten Zeitteilintervalles (t_shot,1) eine regelbare Größe ist, wobei eine eingeregelten Dauer des dritten Zeitteilintervalles (t_shot,1) in die Ermittlung des Regelsollwertes eingeht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitintervalle (t) des zweiten Spulensignales (11.2) jeweils ein viertes Zeitteilintervall (t_shot,2) aufweisen, in welchem über das, insbesondere gesamte, vierten Zeitteilintervall (t_shot,2) eine, insbesondere konstante, vierte Spannung (U_shot,2) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist, wobei die vierte Spannung (U_shot,2) größer als die zweite Spannung (U_hold,2) ist, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des vierten Zeitteilintervalles (t_shot,2) und eine von der zweiten Spannung (U_hold,2) abhängigen Funktion abhängt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Quotient aus der zweiten Spannung (U_hold,2) und der vierten Spannung (U_shot,2) über den Spannungsverlauf (12) konstant ist, wobei die von der zweiten Spannung (U_hold,2) abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des vierten Zeitteilintervalles (t_shot,2) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Betrag der vierten Spannung (U_shot,2) über die Zeitintervalle (t) konstant ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Betrag eines Quotientes aus der ersten Spannung (U_hold,1) und der dritten Spannung (U_shot,1) über den Spannungsverlauf (12) konstant ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Betrag der dritten Spannung (U_shot,1) über die Zeitintervalle (t) konstant ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Spulenstrom in den Zeitintervallen (t) des zweiten Spannungsignales jeweils, insbesondere im zweiten Zeitteilintervall (t_hold,2), einen maximalen Spulenstromwert (I_max) annimmt, wobei die Bedingung erfüllt ist, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes (I_max) und eines während des zweiten Zeitteilintervalles (t_hold,2), insbesondere während des Messintervalles (t_mess) ermittelten Spulenstromwertes (I_hold) über das zweite Spannungssignal (11.2) konstant ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Spulenstrom in den Zeitintervallen (t) des zweiten Spannungssignales (11.2), insbesondere im zweiten Zeitteilintervall (t_hold,2), jeweils einen maximalen Spulenstromwert (I_max) annimmt, wobei die von der zweiten Spannung (U_hold,2) abhängige Funktion ebenfalls von dem maximalen Spulenstromwert (I_max) abhängt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die von der zweiten Spannung (U_hold,1) abhängige Funktion ebenfalls von In ((U_shot,2 + U_hold,2)/(U_shot,₂ - U_hold,2)) abhängt, insbesondere proportional ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Regelsollwert ebenfalls in Abhängigkeit der dritten Spannung (U_shot,1) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Spulenstrom in den Zeitintervallen (t) des zweiten Spannungssignales (11.2) jeweils, insbesondere im zweiten Zeitteilintervall (t_hold,2) einen maximalen Spulenstromwert (I_max) annimmt, . wobei der Regelsollwert ebenfalls in Abhängigkeit des maximalen Spulenstromwert (I_max) und/oder einen während des Messintervalles des zweiten Spannungssignales (11.2) ermittelten Spulenstromwertes (I_hold) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regelsollwert in Abhängigkeit einer scheinbaren Induktivität oder einer von der scheinbaren Induktivität abhängigen Größe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der zeitliche Spannungsverlauf des zweiten Spannungssignales und ein ermittelter zeitlicher Spulenstromverlauf in die Bestimmung der scheinbaren Induktivität oder der von der scheinbaren Induktivität abhängigen Größe eingeht, wobei der zeitliche Spulenstromverlauf den Spulenstrom während des zeitlichen Spannungsverlaufes beschreibt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Spannungssignal (11.2) ein Zeitteilintervalles (t_rise) aufweist, wobei ein Betrag des Spulenstromes innerhalb des Zeitteilintervalles (t_rise) von einem insbesondere festgelegten ersten Spulenstromwert auf einen insbesondere festgelegten zweiten Spulenstromwert anwächst, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des Zeitteilintervalles (t_rise) und eine von der zweiten Spannung (U_hold,2) abhängigen Funktion abhängt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Spannungssignal (11.1), insbesondere einmalig, bei der Inbetriebnahme der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, - Ermitteln eines korrigierten Spulenstromsollwertes in Abhängigkeit eines während eines Messintervalles des zweiten Spannungssignales (11.2) ermittelten eingeregelten Spulenstromwertes, wobei das zweite Spannungssignal (11.2) das erste Spannungssignal (11.1) zum Rekalibrieren des Spulenstromsollwertes für die Dauer eines Kalibrierintervalles ersetzt, wobei der vorgegebene Spulenstromsollwert des ersten Spannungssignales (11.1) durch den korrigierten Spulenstromsollwert des zweiten Spannungssignales (11.2) ersetzt wird.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.