DE102021133189A1

DE102021133189A1 - Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes

Info

Publication number: DE102021133189A1
Application number: DE102021133189.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Rüfenacht; Frank Schmalzried; Michael Burger; Andrew Burg
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2023110312A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (1), wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät (1) umfasst:- ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums;- mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (2) durchsetzenden Magnetfeldes,wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist;dadurch gekennzeichnet,dass eine Abweichung σ eines Blindwiderstandes des Spulensystems oder eine Abweichung σ einer vom Blindwiderstand des Spulensystems abhängigen Größe von einem Sollwert bestimmt wird,und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist ein Magnetsystem 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. 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 U der Durchfluss Q_v, bzw. die Durchflussgeschwindigkeit u und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss V̇ ermittelt werden.
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 von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes bereitzustellen, mit dem Einflüsse externer Magnetfelder auf die Durchflussmessung erkannt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst:

- ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes,

Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst:

- ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes umfasst,

- eine Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung; und ist

Der Blindwiderstand ist eine frequenzabhängige Größe, die einen Wechselstrom durch Aufbau einer Wechselspannung begrenzt und eine zeitliche Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verursacht. Der Blindwiderstand ist in der komplexen Wechselstromrechnung der Imaginärteil der komplexen Impedanz. Der Realteil der Impedanz wird als Wirkwiderstand bezeichnet. Der Betrag der Impedanz wird als Scheinwiderstand bezeichnet.
Externe Magnetfelder beeinflussen das Spulensystem des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und verursachen Messfehler bei der ermittelten Durchflussmessgröße. Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung des Einflusses durch externe Magnetfelder die Abweichung des Blindwiderstandes der Spule bzw. des Spulensystems von einem vorgegebenen Sollwert bestimmt. Der Wirkwiderstand weist einen Frequenzbereich auf, in dem er im Wesentlichen unempfindlich gegenüber externer Magnetfelder ist. Im gleichen Frequenzbereich führen bei dem Blindwiderstand bereits geringste Einflüsse durch externe Magnetfelder zu Abweichungen von mehreren Prozent. Temperaturabhängige Messungen konnten zeigen, dass thermische Einflüsse im selben Frequenzbereich im Wesentlichen ausschließlich auf den Wirkwiderstand Auswirkungen haben.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein insbesondere multifrequenzielles Anregungssignal am Spulensystem bereitgestellt wird,
wobei das Anregungssignal eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst.
Das Anregungssignal dient zum Betreiben des Spulensystems und zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes mit zeitlich konstanter magnetischen Feldstärke. Das Anregungssignal kann ein kontrolliert aufgebrachter, zeitlich veränderlicher Spulenstrom oder eine zeitlich veränderliche Spulenspannung sein.
Die Pulsfolgen werden bevorzugt in zwei aufeinanderfolgenden Messphasen an das Spulensystem angelegt. Es versteht sich von selbst, dass die Messphasen, in denen die Pulsfolgen jeweils angelegt werden, weder direkt aufeinander folgen müssen, noch dass die Pulsfolgen mit der Umschaltung des Magnetfeldes synchronisiert sein müssen. Vielmehr können die Pulsfolgen sowohl synchron als auch asynchron zum Abgreifen der induzierten Messspannung mittels der Messelektroden angelegt werden. Bei der Pulsfolge handelt es sich beispielsweise um eine Folge aus rechteckförmigen Pulsen. Es können jedoch auch andere Arten von Pulsfolgen, z. B. sinusförmige Pulse oder Pseudo-Rauschen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Messsignal an dem Spulensystem ermittelt wird,
wobei eine Transformation, insbesondere eine Integraltransformation und/oder einer Fourier-Analyse und/oder eine Z-Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Anregungssignales und des Messignales oder eines zeitlichen Ausschnittes einer von dem Anregungssignal und/oder Messsignal abhängigen Größe erfolgt.
Gemäß dem Fall, dass es sich bei dem Anregungssignal um eine Spulenspannung handelt, entspricht das Messsignal einem Spulenstrom. Gemäß dem Fall, dass es sich bei dem Anregungssignal um einen Spulenstrom handelt, entspricht das Messsignal einer Spulenspannung.
Es ist vorteilhaft für die Ermittlung des Blindwiderstandes einen zeitlichen Ausschnitt des Anregungssignales und des Messsignales oder einer von dem Anregungssignal und/oder Messignal abhängigen Größe vom Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, um somit das zum Messsignal und/oder Anregungssignal bzw. zur vom Anregungssignal und/oder Messignal abhängigen Größe gehörige Frequenzspektrum zu erhalten. Weiterhin werden für die Ermittlung der Abweichung σ Änderungen des Blindwiderstandes im Frequenzspektrum bestimmt. Dabei kann der Blindwiderstand über das gesamte Spektrum in die Bestimmung der Abweichung σ eingehen oder nur ausgewählte Frequenzen des Blindwiderstandes, welche im Folgenden als Überwachungsfrequenz f_Ü bezeichnet werden.
Für die Ermittlung des Frequenzspektrums des Blindwiderstandes wird entweder das Anregungssignal und das Messsignal erst in ein Frequenzspektrum transformiert und dann der Blindwiderstand aus dem Quotienten beider Signale ermittelt, oder ein Zeitsignal des Blindwiderstandes wird zuerst aus dem Anregungssignal und dem Messsignal gebildet und dann in ein Frequenzspektrum transformiert.
Als Methode zum Transformieren eignen sich beispielsweise eine Integraltransformation und eine Fourier-Analyse, wobei die Fourier-Analyse die Methode der Fourier-Reihen, der kontinuierlichen Fourier-Transformation, der diskreten Fourier-Transformation und der Fouriertransformation für zeitdiskrete Signale umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz f_Ü oder mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 ermittelt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Änderung des Blindwiderstandes oder der vom Blindwiderstand abhängigen Größe in Abhängigkeit der Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz f_Ü bestimmt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die eine Überwachungsfrequenz f_Ü oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 aus einem Überwachungsfrequenzbereich f ausgewählt sind für den gilt, dass 0,1 Hz ≤ f ≤ 10 kHz, insbesondere 1 ≤ f ≤ 1.000 Hz und bevorzugt f ≤ 250 Hz ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine Spektrallinie einer Überwachungsfrequenz f_Ü mit niedrigen Frequenzwerten (f_Ü ≤ 10 kHz, insbesondere ≤ 1 kHz und bevorzugt ≤ 250 Hz) ausreichend Leistung enthält, um für die Bestimmung von Abweichungen σ, welche durch externe Magnetfelder bedingt sind, benutzt zu werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe aus einer Extrapolierten bestimmt wird, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 für eine Frequenz f_Extra entstammt, die kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f ist.
Dies ist gerade für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit große Nennweiten (≥ DN 150) vorteilhaft, da somit die externen Magnetfelder oder Alterung der magnetfelderzeugenden Vorrichtung trotz hohen Wirbelströmen noch sehr genaue detektierbar sind.
Weiterhin lässt sich durch die Ausgestaltung Temperatureffekte reduziert werden. Eine temperaturbedingte Abweichung von 1% konnte durch die Berücksichtigung der Extrapolierten auf 0,3% reduziert werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Anregungssignal einem Spulenerregersignal entspricht,
wobei das Spulenerregersignal zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt,
wobei das Spulenerregersignal zwischen zwei, insbesondere aufeinanderfolgende, Messphasen eine Einschwingphase aufweist, in welcher sich ein Spulenstrom und/oder eine Spulenstromrichtung im Spulensystem ändert.
Das Spulenerregersignal entspricht den Signalen, welche bei herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten an das Spulensystem angelegt werden zur Erzeugung eines konstanten Magnetfeldes während der Messphase. In der Messphase wird an den Messelektroden die im Medium induzierte Messspannung ermittelt. Die Funktion des Spulenerregersignales ist es, ein zeitlich konstantes Magnetfeld während einer Messphase zu erzeugen.
Ein Spulenerregersignal weist üblicherweise eine im Wesentlichen pulsförmige Spulenspannung oder einen pulsförmigen Spulenstrom mit getaktetem Vorzeichen auf. Dabei existiert immer ein Bereich, in welchem der Spulenstrom und/oder die Spulenspannung konstant ist. Es gibt auch Ausgestaltungen, in denen das Spulenerregersignal zwei oder mehr pulsförmige Spulenspannungen umfasst, wobei eine dazu dient, eine Abklingdauer des Spulenstromes zu reduzieren und somit die Erzeugung des zeitlich konstanten Magnetfeldes zu beschleunigen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Anregungssignal einem Spulenerregersignal und einem zusätzlich aufgegeprägtes Diagnosesignal entspricht,
wobei das Spulenerregersignal zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt,
wobei das Spulenerregersignal und das Diagnosesignal jeweils eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst,
wobei die mindestens eine Frequenz des Diagnosesignales von der mindestens einen Frequenz des Diagnosesignales und/oder eine Amplitude des Diagnosesignales von einer Amplitude des Spulenerregersignales abweicht.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Anregungssignal nicht ausschließlich aus dem Spulenerregersignal besteht, sondern zusätzlich noch ein Diagnosesignal aufweist. Das Diagnosesignal umfasst eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal. Darunter fällt auch ein sogenanntes Pseudo-Rauschen mit einer Vielzahl von Frequenzen, also ein Frequenzspektrum.
Das Anregungssignal kann eine Phase zwischen den Spulenerregersignalen aufweisen, in der das Diagnosesignal auf das Spulensystem aufgebracht wird. Dafür kann die Periodendauer zwischen den pulsförmigen Spulenspannungen erhöht oder das Spulenerregersignal kurzzeitig ausgesetzt werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines ersten Blindwiderstandbereiches liegt, insbesondere dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe kleiner als der Sollwert ist, von dem Vorliegen eines externen Magnetfeldes ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Der erste Blindwiderstandsbereich liegt vorzugsweise unterhalb des Sollwertes, bzw. einer unteren Toleranzgrenze für den Sollwert. Ist das vorliegende Magnetfeld bzw. die ermittelte scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes niedriger als ein Referenzwert, so wirkt sich das in einem niedrigeren Blindwiderstand relativ zum Sollwert aus. Die scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes umfasst den Beitrag der Scheininduktivität der magnetfelderzeugenden Vorrichtung - insbesondere der mindestens einen Spule, des mindestens einen Spulenkernes und der Feldrückführung - des Einflusses durch Wirbelströme und des Einflusses durch externe Magnetfelder.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines zweiten Blindwiderstandbereiches liegt, insbesondere dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe größer als der Sollwert ist, von dem Vorliegen von magnetfelderzeugenden Bestandteilen im Medium oder ein magnetfelderzeugende Bestandteile aufweisender Belag ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Der zweite Blindwiderstandsbereich unterscheidet sich vom ersten Blindwiderstandsbereich. Der zweite Blindwiderstandsbereich liegt vorzugsweise oberhalb des Sollwertes, bzw. einer oberen Toleranzgrenze für den Sollwert. Ist das vorliegende Magnetfeld bzw. die ermittelte scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes höher als ein Referenzwert, so wirkt sich das in einem höheren Blindwiderstand relativ zum Sollwert aus.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt wird,
wobei in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems ermittelt und optional ausgegeben wird.

a Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sollwert des Blindwiderstandes oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe, den Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe im justierten Zustand beschreibt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die vom Blindwiderstand abhängige Größe den Scheinwiderstand, insbesondere die scheinbare Selbstinduktivität des Spulensystems umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass bei einer Inbetriebnahme des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes die Abweichung σ einen Grenzwert überschreitet, von einer mechanischen Beschädigung oder Manipulation des Spulensystems ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: eine Perspektivansicht auf ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät;
2: eine Ausgestaltung eines Anregungssignales B und eines Messsignales A im Zeitbereich und im dazugehörigen Frequenzbereich;
3: zwei weitere Ausgestaltungen des Anregungssignales B und Messsignales A im Zeitbereich; und
4: einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.

Der Aufbau und das Messprinzip des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1 ist grundsätzlich bekannt (siehe 1). Durch ein Messrohr 2 wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das Messrohr 2 umfasst üblicherweise ein metallisches Rohr mit einem elektrisch isolierenden Liner oder ein Kunststoff- bzw. Keramikrohr. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung 4 ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung 4 eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule 5. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine Potentialverteilung im fließenden Medium, die mit an der Innenwand des Messrohres 2 gegenüberliegend angebrachten Messelektroden 3 abgegriffen wird. In der Regel werden zwei Messelektroden 3 verwendet, welche diametral angeordnet sind und eine Elektrodenachse bilden, die senkrecht zu einer Symmetrieachse der Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 2 verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Ist die Dichte des Mediums bekannt, so kann der Massedurchfluss bestimmt werden.
Das mittels der Spulen- und Polschuhanordnung aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Strömungsrichtung erzeugt. Eine Betriebsschaltung 6 ist mit den beiden Spulen 5 verbunden und dazu eingerichtet, ein Anregungssignal mit einem charakteristischen Verlauf an das Spulensystem anzulegen, mit welchem der Spulenstrom oder die Spulenspannung reguliert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des charakteristischer Verlaufes der Anregungssignale B werden in den 1 und 2 abgebildet. Das Umpolen der Spulenspannung gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Eine Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 liest die an den Messelektroden 3 anliegende Spannung aus und gibt die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den errechneten Volumendurchfluss und/oder den Massedurchfluss des Mediums aus. Bei dem in 1 dargestellten Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1 befinden sich die Messelektroden 3 in direktem Kontakt mit dem Medium. Die Kopplung kann jedoch auch kapazitiv erfolgen. Erfindungsgemäß ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 zusätzlich dazu eingerichtet, ein Messsignal A an dem Spulensystem zu bestimmen. Das Messsignal A umfasst die an dem Spulensystem tatsächlich anliegende Spulenspannung un/oder den Spulenstrom durch das Spulensystem.
Erfindungsgemäß ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung weiterhin dazu eingerichtet das Anregungssignal B und das Messsignal A oder eine von dem Anregungssignal B und Messsignal A abhängige Größe in ein Frequenzspektrum zu transformieren, und daraus eine Abweichung σ des Blindwiderstandes von einem Sollwert zu bestimmen und den ermittelten Durchflussmesswert in Abhängigkeit der bestimmten Abweichung σ zu korrigieren.
Eine nicht abgebildete Anzeigeeinheit gibt die ermittelte Abweichung σ oder eine von der ermittelten Abweichung σ abhängigen Größe aus. Alternativ kann eine Meldung oder ein Warnhinweis ausgegeben werden, wenn diese vom hinterlegten Vorgabewert oder Vorgabeintervall abweichen. Der Vorgabewert wird mittels eines mathematischen Modells, Kalibrationsverfahrens und/oder Simulationsprogrammes ermittelt. Dies ist jedoch insbesondere bei Anwendungen im Trinkwasserbereich nicht ausreichend. Daher ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 dazu eingerichtet die gemessenen Messspannung oder eine von der Messspannung abhängige Durchflussmessgröße um die ermittelten Abweichung σ zu korrigieren. Dabei wird die Abweichung σ nicht zwingend über das gesamte Frequenzspektrum bzw. für alle einzelnen Frequenzen bestimmt, sondern für eine ausgewählte Überwachungsfrequenz fü.
Die 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Anregungssignales B und eines Messsignales A im Zeitbereich, und die sich daraus ergebenden Frequenzspektren E und F im Frequenzbereich. Gemäß der Ausgestaltung umfasst das Anregungssignal B eine Spulenspannung und das Messsignal A einen Spulenstrom. Die Spulenspannung umfasst zwei getaktete Pulse mit unterschiedlichen Pulsamplituden und Pulsbreiten. Ein derartiges Anregungssignal B entspricht einem typischen Spulenerregersignal D.
Nach der Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Messsignales und des Anregungssignales erhält man jeweils ein Frequenzspektrum mit diskreten Frequenzen. Aus dem frequenzabhängigen Blindwiderstand lassen sich dann bei Abweichungen von einem Sollwert auf Einflüsse durch externe Magnetfelder zurückschließen. Die Mess- und/oder Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die Änderung des Blindwiderstandes für eine eingestellte Überwachungsfrequenz f_Ü zu überwachen. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung liegt die Überwachungsfrequenz bei ca. 100 Hz.
In der 3 sind zwei Ausgestaltungen des Anregungssignales B und des Messsignales A abgebildet. In beiden Ausgestaltungen umfasst das Anregungssignal B eine Spulenspannung und das Messsignal A einen Spulenstrom. Beide Ausgestaltungen unterscheiden sich von der Ausgestaltung der 1 darin, dass zusätzlich zum Spulenerregersignal D ein Diagnosesignal C auf das Spulensystem aufgebracht wird. Die beiden abgebildeten Ausgestaltungen unterscheiden sich darin, wie sich das Diagnosesignal C zum Spulenerregersignal D verhält.
Die erste der beiden Ausgestaltungen zeigt ein charakteristisches Anregungssignal B, bei dem das Diagnosesignal C zusätzlich zum Spulenerregersignal D angelegt wird. Das Anregungssignal B ist eine Superposition des Spulenerregersignales D und des Diagnosesignales C. D.h. Spulenerregersignal D und Diagnosesignal C überlagern sich. Das Messsignal A hängt von dem Anregungssignal B ab und weist daher eine Reaktion des Spulensystems auf das Diagnosesignal C auf. Das Diagnosesignal C ist so zeitlich mit dem Spulenerregersignal D abzugleichen, dass sich das Diagnosesignal C nicht in die Messphase hineinerstreckt. Die Reaktion des Messsignales A auf das Anregungssignal B ist empfindlich gegenüber externer Magnetfelder. Daher wird die Frequenz und/oder die Amplitude des Diagnosesignales C unabhängig vom Spulenerregersignal D so festgelegt, dass externe Einflüsse mit der Mess- und/oder Auswerteschaltung aufgelöst werden können.
Die zweite der beiden Ausgestaltungen zeigt auch ein charakteristisches Anregungssignal B, bei dem das Diagnosesignal C zusätzlich zum Spulenerregersignal D angelegt wird. Jedoch wird das Spulenerregersignal D für einen Zeitraum ausgesetzt, in dem das Diagnosesignal C aufgebracht wird. Diagnosesignal C und Spulenerregersignal D wechseln sich somit ab.
Die 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf mit den Verfahrensschritten:

- Bereitstellen eines multifrequenziellen Spulenerregersignales (D) am Spulensystem.

Dabei umfasst das Spulenerregersignal (D) aus eine Spulenspannung umfassend mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils eine Frequenz. Details zum Spulenerregersignal (D) sind in den 2 und 3 abgebildet.

- Ermitteln eines Messsignales (A) an dem Spulensystem.

Bei dem Messsignal (A) handelt es sich um einen Spulenstrom, der auf Grund der angelegten Spulenspannung durch die magnetfelderzeugenden Vorrichtung, insbesondere durch die mindestens eine Spule, fließt und mittels einer Messschaltung gemessen wird.

- Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Spulenerregersignales (D) und des Messignales (A) mittels Fourier-Analyse.
- Ermitteln eines Blindwiderstand des Spulensystems mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz f_Ü.

Die eine Überwachungsfrequenz f_Ü ist oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 sind aus einem Überwachungsfrequenzbereich f ausgewählt für den gilt, dass f ≤ 250 Hz ist.
Alternativ kann der Blindwiderstand des mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 ermittelt werden. In dem Fall wird der Blindwiderstand aus einer Extrapolierten bestimmt, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 für eine Frequenz f_Extra entstammt Die Frequenz f_Extra ist dabei kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f. Ein Beispiel für die Frequenz f_Extra kann 0 Hz sein. Diese Vorgehensweise ist besonders bei Messrohren mit großen Nennweiten - und somit zwingendermaßen auch großen Wirbelströmen - und bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten mit temperaturempfindlichen magnetfelderzeugenden Vorrichtungen vorteilhaft.
Alternativ kann an Stelle des Blindwiderstandes eine vom Blindwiderstand abhängige Größe ermittelt werden. So kann beispielsweise eine aktuelle scheinbare Selbstinduktion für die Detektion von externen Magnetfeldern oder einer Alterung der magnetfelderzeugenden Vorrichtung bestimmt und überwacht werden.

- Bestimmen einer Abweichung σ des Blindwiderstandes von einem Sollwert.
- Ausgehen davon, dass ein externes Magnetfeld vorliegt im Falle, dass der Blindwiderstand bzw. die Abweichung σ innerhalb eines ersten Blindwiderstandsbereiches bzw. eines ersten Blindwiderstandsabweichungsbereiches liegt und Ausgeben einer Warnmeldung.
- Ausgehen davon, dass magnetfelderzeugenden Bestandteilen im Medium vorliegen im Falle, dass der Blindwiderstand bzw. die Abweichung σ innerhalb eines zweiten Blindwiderstandsbereiches bzw. eines zweiten Blindwiderstandsabweichungsbereiches liegt und Ausgeben einer Warnmeldung.

Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt und in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

1: magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Messelektrode
4: magnetfelderzeugende Vorrichtung
5: Spule
6: Betriebsschaltung
7: Mess- und/oder Auswerteschaltung
A: Messsignal
B: Anregungssignal
C: Diagnosesignal
D: Spulenerregersignal
E: Frequenzspektrum des Messsignales
F: Frequenzspektrum des Anregungssignales
fÜ: Überwachungsfrequenz
fÜ,1: erste Überwachungsfrequenz
fÜ,2: zweite Überwachungsfrequenz

Claims

Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (1), wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät (1) umfasst: - ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums; - mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (2) durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung σ eines Blindwiderstandes des Spulensystems oder eine Abweichung σ einer vom Blindwiderstand des Spulensystems abhängigen Größe von einem Sollwert bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, wobei ein insbesondere multifrequenzielles Anregungssignal (B) am Spulensystem bereitgestellt wird, wobei das Anregungssignal (B) eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Messsignal (A) an dem Spulensystem ermittelt wird, wobei eine Transformation, insbesondere eine Integraltransformation und/oder einer Fourier-Analyse und/oder eine Z-Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Anregungssignales (B) und des Messignales (A) oder eines zeitlichen Ausschnittes einer von dem Anregungssignal (B) und/oder Messsignal (A) abhängigen Größe erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz f_Ü oder mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Änderung des Blindwiderstandes oder der vom Blindwiderstand abhängigen Größe in Abhängigkeit der Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz f_Ü bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die eine Überwachungsfrequenz f_Ü oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 aus einem Überwachungsfrequenzbereich f ausgewählt sind für den gilt, dass 0,1 Hz ≤ f ≤ 10 kHz, insbesondere 1 ≤ f ≤ 1.000 Hz und bevorzugt f ≤ 250 Hz ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe aus einer Extrapolierten bestimmt wird, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen f_Ü,1, f_Ü,2 für eine Frequenz f_Extra entstammt, die kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Anregungssignal (B) einem Spulenerregersignal (D) entspricht, wobei das Spulenerregersignal (D) zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal (D) zwischen zwei insbesondere aufeinanderfolgende Messphasen eine Einschwingphase aufweist, in welcher sich ein Spulenstrom und/oder eine Spulenstromrichtung im Spulensystem ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Anregungssignal (B) einem Spulenerregersignal (D) und einem zusätzlich aufgegeprägtes Diagnosesignal (C) entspricht, wobei das Spulenerregersignal (D) zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal (D) und das Diagnosesignal (C) jeweils eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst, wobei die mindestens eine Frequenz des Diagnosesignales (C) von der mindestens einen Frequenz des Diagnosesignales (C) und/oder eine Amplitude des Diagnosesignales (C) von einer Amplitude des Spulenerregersignales (D) abweicht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines ersten Blindwiderstandsbereiches liegt, insbesondere kleiner als der Sollwert ist, von dem Vorliegen eines externen Magnetfeldes ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines zweiten Blindwiderstansbereiches liegt, insbesondere größer als der Sollwert ist, von dem Vorliegen von magnetfelderzeugenden Bestandteilen oder ein magnetfelderzeugende Bestandteile aufweisender Belag im Medium ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems ermittelt und optional ausgegeben wird.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1), umfassend: - ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums; - mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (1) durchsetzenden Magnetfeldes umfasst, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist; und - eine Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung (6, 7); dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung (6, 7) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.