DE102022107124A1

DE102022107124A1 - Messanordnung, Durchflussmessgerät und Verfahren zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses

Info

Publication number: DE102022107124A1
Application number: DE102022107124.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Gerding; Sven Walbrecker
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Messanordnung (1) zur Messung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses eines fluiden Mediums durch ein Messrohr (2), umfassend ein Durchflussmessgerät (3), einen Aktor (4) zur Erzeugung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses, eine Kommunikationsverbindung (5) und eine Steuereinheit (6), wobei der Aktor (4) und das Durchflussmessgerät (3) hintereinander an dem Messrohr (2) angeordnet sind und wobei zumindest der Aktor (4) und die Steuereinheit (6) über die Kommunikationsverbindung (5) derart miteinander verbunden sind, dass die Steuereinheit (6) im Betrieb dem Aktor (4) einen Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors (4) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (3) einen Steuereingang (8) aufweist, wobei das Durchflussmessgerät (3) zumindest über den Steuereingang (8) mit der Steuereinheit (6) und/oder dem Aktor (4) verbunden ist, wobei das Durchflussmessgerät (3) im Betrieb eine Messphase aufweist, wobei das Durchflussmessgerät (3) in der Messphase Durchflussmesswerte erfasst, wobei bei Vorhandensein eines Durchflusses der Steuereingang (8) des Durchflussmessgeräts (3) mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, das die Messphase auslöst.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Messanordnung zur Messung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses eines fluiden Mediums durch ein Messrohr, umfassend ein Durchflussmessgerät, einen Aktor zur Erzeugung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses, eine Kommunikationsverbindung und eine Steuereinheit, wobei der Aktor und das Durchflussmessgerät hintereinander an dem Messrohr angeordnet sind und wobei zumindest der Aktor und die Steuereinheit über die Kommunikationsverbindung derart miteinander verbunden sind, dass die Steuereinheit im Betrieb dem Aktor einen Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors sendet.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Durchflussmessgerät mit einem Steuereingang zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messanordnung sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses mit einer erfindungsgemäßen Messordnung.
Bei der Erfassung von nicht-kontinuierlichen Durchflüssen, insbesondere bei der Erfassung von kurzen Durchflusspulsen kann es aufgrund von begrenzten Messraten der Durchflussmessgeräte zu der Situation kommen, dass im Moment des Durchflusses zu wenige oder gar keine Durchflussmesswerte ermittelt werden können, beispielsweise, wenn die Messrate nicht zur Öffnungszeit eines Ventils passt. Eine begrenzte Messrate ist beispielsweise auf eine begrenzte Signallaufzeit von Ultraschallsignalen bei der Messung mit Ultraschalldurchflussmessgeräten oder auf eine nicht beliebig schnelle Ummagnetisierung und Stabilisierung des Magnetfeldes bei der Messung mit Magnetisch-Induktiven-Durchflussmessgeräten zurückzuführen.
Eine Möglichkeit zur Behebung dieses Problems ist die Erhöhung der Messrate. Dies ist jedoch technisch bedingt nicht immer möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Messanordnung anzugeben, die eine verbesserte Durchflussmessung von nicht-kontinuierlichen Durchflüssen gewährleistet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Durchflussmessgerät sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses anzugeben.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird die Aufgabe durch eine eingangs genannte Messanordnung dadurch gelöst, dass das Durchflussmessgerät einen Steuereingang aufweist, wobei das Durchflussmessgerät zumindest über den Steuereingang mit der Steuereinheit und/oder dem Aktor verbunden ist,
wobei das Durchflussmessgerät im Betrieb eine Messphase aufweist, wobei das Durchflussmessgerät in der Messphase Durchflussmesswerte erfasst,
wobei bei Vorhandensein eines Durchflusses der Steuereingang des Durchflussmessgeräts mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, das die Messphase auslöst.
Es wurde erkannt, dass durch eine erfindungsgemäße Auslösung der Messphase zu einem Zeitpunkt zu dem ein Durchfluss in dem Messrohr der Messanordnung vorhanden ist, sichergestellt werden kann, dass der Durchfluss erfasst wird, selbst wenn dieser nur in Form eines kurzen Durchflusspulses vorhanden ist.
Auch bei begrenzten Messraten kann damit sichergestellt werden, dass auch kurze Durchflusspulse erfasst werden können und sich diese damit nicht oder nicht vollständig beispielsweise mit einem Blindzeitraum des Durchflussmessgeräts, der technisch bedingt ist, überschneiden.
In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Messanordnung in Anwendungen zum Einsatz kommen, in denen die Abgabe eines Mediums in dosierten Pulsen oder Mediumspritzern erfolgt. Dadurch, dass das Durchflussmessgerät sämtliche Durchflusspulse erfasst, kann überwacht und frühzeitig erkannt werden, wenn beispielsweise ein Aktor verstopft und damit keinen Durchfluss mehr erzeugt.
Der Steuereingang des Durchflussmessgeräts kann beispielsweise als Triggereingang ausgebildet sein. Gemäß dieser Ausgestaltung wird im Betrieb das Steuersignal als Triggersignal an den Triggereingang gesendet, wobei das Triggersignal die Messphase des Durchflussmessgerätes auslöst.
Alternativ kann das Durchflussmessgerät auch über den Steuereingang mit der Betätigung des Aktors derart synchronisiert sein, dass sofern der Aktor mit einer Steuerfrequenz aktiviert wird, mit der gleichen Frequenz jeweils die Messphase des Durchflussmessgeräts ausgelöst wird. In diesem Fall entspricht das Steuersignal dem Signal, mit dem dem Durchflussmessgerät die Steuerfrequenz mitgeteilt wird.
Die Messphase umfasst die Erfassung von wenigstens einem Durchflussmesswert. Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Messphase die Erfassung von genau einem Durchflussmesswert. Gemäß einer nächsten Ausgestaltung umfasst die Messphase die Erfassung von einer Mehrzahl von Durchflussmesswerten, die vorzugsweise zur weiteren Auswertung gemittelt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Durchflussmessgerät derart ausgebildet und eingerichtet, dass die Messphase nur durch das Steuersignal ausgelöst wird. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Durchflussmessgerät also derart ausgebildet und eingerichtet, dass kein fortwährender Messbetrieb durchgeführt wird, sondern lediglich ereignisbezogen die Erfassung von Durchflussmesswerten realisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Aktor als Dosierpumpe oder Dosierventil ausgebildet. Unter der Betätigung oder der Aktivierung des Aktors wird gemäß dieser Ausgestaltung die Öffnung des Dosierventils bzw. die Aktivierung der Dosierpumpe verstanden. Zur Öffnung des Dosierventils bzw. zur Aktivierung der Dosierpumpe sendet die Steuereinheit einen Steuerbefehl an das Dosierventil bzw. an die Dosierpumpe. Mit der Öffnung des Dosierventils bzw. mit der Aktivierung der Dosierpumpe liegt ein Durchfluss durch das Messrohr vor. Im Betrieb wird dann der Steuereingang des Durchflussmessgeräts mit einem Steuersignal beaufschlagt, sodass die Messphase des Durchflussmessgeräts ausgelöst wird und der Durchfluss von dem Durchflussmessgerät erfasst werden kann.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass sie den Aktor im Betrieb mittels einer PWM-Steuerung ansteuert. Unter einer PWM-Steuerung ist eine Pulsweitenmodulations-Steuerung zu verstehen. Im Rahmen dieser Steuerung weist der Steuerbefehl eine periodische Abfolge von einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung auf, wobei der Aktor aktiviert ist, wenn die erste Spannung an dem Aktor anliegt, und wobei der Aktor deaktiviert ist, wenn die zweite Spannung an dem Aktor anliegt. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Dosierventil im Betrieb periodisch geöffnet oder eine Dosierpumpe periodisch betätigt werden. Beispielsweise kann die erste Spannung einen definierten Spannungswert größer Null aufweisen und die zweite Spannung kann 0 V betragen. Über die Höhe des ersten Spannungswerts kann die Ventilstellung eines Dosierventils eingestellt werden. Insofern kann ein Dosierventil im Betrieb mit unterschiedlichen Ventilöffnungsgraden geöffnet werden,
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine analoge Steuerleitung zwischen dem Aktor und dem Steuereingang des Durchflussmessgeräts vorhanden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann im Betrieb der Aktor unmittelbar das Steuersignal zur Auslösung der Messphase an das Durchflussmessgerät senden, sobald der Aktor von der Steuereinheit den Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors erhalten halt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine analoge Steuerleitung zwischen der Steuereinheit und dem Steuereingang des Durchflussmessgeräts vorhanden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Steuereinheit im Betrieb sowohl den Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors senden als auch, vorzugsweise zeitgleich, das Steuersignal zur Auslösung der Messphase.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung ist eine digitale Kommunikationsverbindung zwischen dem Aktor und dem Durchflussmessgerät vorhanden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine digitale Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und dem Durchflussmessgerät vorhanden.
Die Kommunikationsverbindungen zwischen dem Aktor und/oder der Steuereinheit und/oder dem Steuereingang des Durchflussmessgeräts können sowohl leitungsgebunden als auch drahtlos ausgebildet sein.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Messanordnung steht das Durchflussmessgerät mit der Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und dem Aktor in Verbindung und erfasst im Betrieb von der Steuereinheit an den Aktor gerichtete Steuerbefehle, und löst in Abhängigkeit von den erfassten Steuerbefehlen seine Messphase aus. Gemäß dieser Ausgestaltung sind der Aktor, die Steuereinheit und das Durchflussmessgerät derart miteinander verbunden, dass das Durchflussmessgerät der Kommunikation zwischen der Steuereinheit und dem Aktor lauscht.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung wird der Aktor von der Steuereinheit mittels einer PWM-Steuerung mit einer Steuerfrequenz im Betrieb regelmäßig betätigt, wobei das Durchflussmessgerät derart eingerichtet ist, dass die Messphase mit der Steuerfrequenz der PWM-Steuerung synchronisiert ist. Mit einer derartigen Synchronisierung ist gemeint, dass die Messphase mit der ersten Spannung der PWM-Steuerung synchron ausgelöst wird, sodass während jeder Öffnung des Dosierventils bzw. jeder Betätigung der Dosierpumpe wenigstens ein Durchflussmesswert erfasst wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Durchflussmessgerät derart ausgebildet sein, dass es nach der Messphase und nach Beenden des Durchflusses in einen Energiesparmodus versetzt werden kann. In einem solchen Energiesparmodus ist beispielsweise ein Teil der internen Elektronik des Durchflussmessgeräts abgeschaltet, sodass das Durchflussmessgerät zunächst aktiviert werden muss, bevor die nächste Messphase ausgelöst werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung kann hierfür ein Sensor vorhanden sein, der eine Zustandsgröße erfasst und bei einer Änderung der überwachten Zustandsgröße ein Signal zur Aktivierung des Durchflussmessgeräts an das Durchflussmessgerät sendet und so das Durchflussmessgerät in einen messbereiten Zustand versetzt. Beispielsweise kann ein solcher Sensor intern im Durchflussmessgerät oder auch außerhalb des Durchflussmessgerät an oder in dem Messrohr angeordnet sein. Die von dem Sensor erfasste Zustandsgrö-ße kann beispielsweise ein Druck und/oder eine Temperatur und/oder eine Feuchtigkeit und/oder der Durchfluss sein. Der Sensor kann daher ebenfalls als Durchflussschalter oder als Durchflusswächter ausgebildet sein.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs dargelegte Aufgabe durch ein eingangs beschriebenes Durchflussmessgerät mit einem Steuereingang zur Verwendung in einer der zuvor beschriebenen Messanordnungen gelöst.
Dabei ist das Durchflussmessgerät besonders bevorzugt nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet. Zudem ist das Durchflussmessgerät ebenfalls zur Durchführung von wenigstens einem der nachfolgend beschriebenen Verfahren ausgebildet und eingerichtet.
Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein eingangs beschriebenes Verfahren zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses mit einer erfindungsgemä-ßen Messordnung dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- Starten eines Durchflusses durch Betätigung des Aktors basierend auf einem Steuerbefehl von der Steuereinheit,
- Senden eines Steuersignals an den Steuereingang des Durchflussmessgeräts oder Erfassen eines Steuersignals durch das Durchflussmessgerät, wodurch die Messphase des Durchflussmessgeräts ausgelöst wird,
- Erfassen von wenigstens einem Durchflussmesswert in der Messphase durch das Durchflussmessgerät,
- Beenden des Durchflusses durch Betätigung des Aktors.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Messphase des Durchflussmessgeräts immer dann ausgelöst wird, wenn der Aktor betätigt wird. Diese Ausgestaltung gewährleistet, dass der durch Betätigung des Aktors erzeugte Durchfluss von dem Durchflussmessgerät erfasst wird, auch wenn dieser Durchfluss lediglich einem kurzen Durchflusspuls entspricht.
Insbesondere kann gewährleistet werden, dass, wenn der Aktor wiederholt kurz geöffnet wird, sodass in definierten Zeitabständen Durchflusspulse durch das Messrohr strömen, sämtliche Durchflusspulse von dem Durchflussmessgerät erfasst werden können, da mit jedem einzelnen Durchflusspuls eine eigene Messphase ausgelöst wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung entspricht in dem Fall, in dem das Durchflussmessgerät mit der Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und dem Aktor in Verbindung steht und im Betrieb von der Steuereinheit an den Aktor gerichtete Steuerbefehle erfasst, das erfasste Steuersignal dem durch das Durchflussmessgerät abgehörten Steuerbefehl.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Durchflussmessgerät nach der Messphase und nach Beenden des Durchflusses in einen Energiesparmodus versetzt. Besonders bevorzugt wird das Durchflussmessgerät in einen Energiesparmodus versetzt, wenn für einen festgelegten Zeitraum, beispielsweise für einen Zeitraum von 5 min, nicht die Messphase ausgelöst wurde. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass in den Fällen, in denen ein Durchfluss nur zeitweise erzeugt wird, das Durchflussmessgerät nicht permanent aktiv, also bereit für die Auslösung der Messphase ist. Damit ist diese Ausgestaltung besonders energiesparend.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit den Aktor durch eine PWM-Steuerung ansteuert, wobei die PWM-Steuerung eine abwechselnde Folge von einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung an den Aktor sendet, wobei der Aktor aktiviert ist, wenn die erste Spannung an dem Aktor anliegt und wobei der Aktor deaktiviert ist, wenn die zweite Spannung an dem Aktor anliegt. Ist der Aktor als Dosierventil ausgebildet, so ist mit einer Aktivierung des Aktors eine Öffnung des Ventils gemeint. Eine Deaktivierung meint in der Folge, dass das Dosierventil geschlossen ist. Ist der Aktor als Dosierpumpe ausgebildet, so meint eine Aktivierung des Aktors den Zustand, in dem die Dosierpumpe einen Durchfluss erzeugt bzw. eine Deaktivierung der Dosierpumpe meint den Zustand, in dem kein Durchfluss vorhanden ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Aktor im Betrieb regelmäßig, insbesondere periodisch aktiviert werden. Dabei kann die Dauer der Öffnung, also die Dauer der Beaufschlagung des Aktors mit der ersten Spannung variieren. Zudem kann auch das Verhältnis der Dauer der Aktivierung und der Deaktivierung des Aktors variieren. Beispielsweise ist in einer Anwendung der Aktor 50% der Dauer einer Periode aktiviert und 50% der Dauer einer Periode deaktiviert. In einer anderen Anwendung dagegen kann der Aktor 70% der Dauer einer Periode aktiviert sein und 30% der Dauer einer Periode deaktiviert. Vorteilhaft ist es, wenn die Dauer der Aktivierung des Aktors über mehrere Messphasen hinweg konstant ist.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung wird der Aktor über die PWM-Steuerung periodisch aktiviert, wobei die Messphase des Durchflussmessgeräts über den Steuereingang derart mit der ersten Spannung der PWM-Steuerung synchronisiert ist, dass bei jeder Aktivierung des Aktors mindestens ein Durchflussmesswert erfasst wird. Auch diese Ausgestaltung des Verfahrens gewährleistet, dass bei einer Abfolge von mehreren Durchflusspulsen jeder einzelne Durchflusspuls erfasst werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung wird bei jeder Aktivierung eine Mehrzahl von Durchflussmesswerten erfasst, die vorzugsweise zur weiteren Auswertung gemittelt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden durch die periodische Aktivierung des Aktors Durchflusspulse mit einem charakteristischen Pulsprofil, umfassend die Form und die Länge des Durchflusspulses, erzeugt, wobei das Durchflussmessgerät mittels des Pulsprofils und dem wenigstens einen gemessenen Durchflussmesswert des Durchflusspulses das Gesamtvolumen eines Durchflusspulses bestimmt. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Durchflussmessgerät nicht nur lediglich registrieren, dass ein Durchflusspuls vorhanden ist, sondern vielmehr auch bestimmen, welches Gesamtvolumen mit dem Durchflusspuls insgesamt geflossen ist. Mit dieser Ausgestaltung können einzelne Durchflusspulse besonders genau bestimmt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung wird dazu die Form eines Durchflusspulses vorzugsweise bei vollständiger Öffnung des Dosierventils, insbesondere der Zusammenhang zwischen Ventilöffnung des Dosierventils und der Form eines Durchflusspulses, durch wenigstens ein anderes schnelleres Messgerät charakterisiert.
Vorzugsweise wird die Form des Durchflusspulses, insbesondere der Zusammenhang zwischen Ventilöffnung und Pulsform in dem Durchflussmessgerät hinterlegt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Dosierventil derart ausgebildet, dass die Pulsform bei unterschiedlichen Ventilstellungen gleich ist und lediglich die Höhe des Durchflusspulses mit unterschiedlichen Ventilstellungen variiert.
Zudem kann zur Bestimmung des mit einem Durchflusspuls geflossenen Gesamtvolumens auch grundsätzlich angenommen werden, dass die Form des Durchflusspulses bei unterschiedlichen Ventilstellungen gleich ist und lediglich die Höhe der Form variiert.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung wird die Form eines durch eine Dosierpumpe erzeugten Durchflusspulses, insbesondere der Zusammenhang zwischen Dosierung des Durchflusspulses und der Pulsform des Durchflusspulses, durch ein schnelleres Messgerät charakterisiert.
Vorzugsweise wird die Form des Durchflusspulses, insbesondere der Zusammenhang zwischen Dosierung und Pulsform in dem Durchflussmessgerät hinterlegt.
Besonders bevorzugt ist die Dosierpumpe derart ausgebildet, dass die Pulsform bei unterschiedlichen Dosierungen gleich ist und lediglich die Höhe des Durchflusspulses mit unterschiedlichen Dosierungen variiert.
Zudem kann zur Bestimmung des mit einem Durchflusspuls geflossenen Gesamtvolumens auch grundsätzlich angenommen werden, dass die Form des Durchflusspulses bei unterschiedlichen Dosierungen gleich ist und lediglich die Höhe der Form variiert.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung, in der der Aktor als Dosierventil ausgebildet ist, wird zur Bestimmung der Pulsform und/oder des mit einem Durchflusspuls geflossenen Gesamtvolumens zusätzlich der Druck des Mediums vor dem Dosierventil berücksichtigt.
Dazu ist vorzugsweise ein Drucksensor zur Bestimmung des Mediumdrucks vor dem Dosierventil angeordnet.
Zur Berücksichtigung des Drucks wird beispielsweise während der Bestimmung der Pulsform bei einem vollständig geöffneten Ventil bzw. der Charakterisierung des Zusammenhangs zwischen der Ventilöffnung und der Pulsform des Durchflusspulses ebenfalls der Druck variiert, sodass in der Messphase bei der Bestimmung der Pulsform die Pulsform in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor gemessenen Druck angepasst werden kann.
Zudem kann die Messanordnung auch derart ausgebildet sein und betrieben werden, dass der Druck vor dem Dosierventil im Wesentlichen konstant ist. Auch in diesem Fall kann der Druck bei der Bestimmung der Pulsform berücksichtigt werden. Entspricht der Druck dem Mediumdruck, bei dem die Charakterisierung der Pulsform vorgenommen wurde, so muss in der Messphase die Pulsform nicht angepasst werden. Weicht der Druck im Betrieb von dem Mediumdruck ab, bei dem die Charakterisierung der Pulsform erfasst wurde, oder wurde die Charakterisierung bei unterschiedlichen Drücken erstellt, so wird im Betrieb die aus dem Durchflussmesswert bestimmte Pulsform angepasst an den aktuellen Druck vor dem Dosierventil.
Beispielsweise ist die Form des Pulsprofils derart ausgebildet, dass der Durchfluss nach der Aktivierung des Aktors mit einer Flanke ansteigt und kurzzeitig ein erhöhter Durchfluss vorliegt, wobei der erhöhte Durchfluss abfällt und einen zeitweise konstanten Wert in Form eines Plateaus erreicht und nach dem Deaktivieren des Aktors mit einer Flanke wieder abfällt. Durch die Messung wenigstens eines Durchflussmesswertes zu einem definierten Zeitpunkt, der einem definierten Punkt in dem Pulsprofil entspricht, kann die Form des gesamten Pulsprofils interpoliert werden. Besonders bevorzugt wird daher zumindest ein Durchflussmesswert des Plateaus zur Rekonstruktion des Pulsprofils erfasst.
Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn die Länge der Durchflusspulse festgelegt, und vorzugsweise konstant, ist oder wenn dem Durchflussmessgerät die Länge eines Durchflusspulses, die der Zeitdauer, des zugehörigen ersten Spannungssignals der PWM-Steuerung entspricht, durch die Steuereinheit oder durch den Aktor mitgeteilt wird. Alternativ kann das Durchflussmessgerät mit der Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und dem Aktor in Verbindung stehen und von der Steuereinheit an den Aktor gerichtete Steuerbefehle erfassen und aus diesen erfassten Steuerbefehlen die Betätigungszeit des Aktors und damit die Länge des Durchflusspulses ableiten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Messphase zu einem definierten Zeitpunkt des Durchflusspulses ausgelöst, wobei vorzugsweise die Messphase mit einer definierten Zeitverzögerung ausgelöst wird und wobei vorzugsweise durch Erfassen eines einzigen Durchflussmesswertes bei bekanntem Pulsprofil der Gesamtdurchfluss eines Durchflusspulses berechnet wird.
Wird im Betrieb das Dosierventil derart angesteuert, dass es sich mit jedem Durchflusspuls mit einer festgelegten Ventilstellung, insbesondere vollständig öffnet, und wird der Durchflussmesswert stets mit derselben Zeitverzögerung gemessen, ist der gemessene Durchflussmesswert erwartungsgemäß im Wesentlichen konstant. Eine Abweichung des gemessenen Durchflussmesswerts im Verlauf mehrere Durchflusspulse kann beispielsweise auf ein Verstopfen des Dosierventils hindeuten. Dies insbesondere wenn keine Druckschwankungen vor dem Dosierventil vorliegen.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung kann in einer Messphase auch eine Mehrzahl an Durchflussmesswerten zu jeweils definierten Punkten des Pulsprofils abgetastet werden, wodurch die Interpolation des Durchflusspulses und damit die Bestimmung des Gesamtdurchflusses eines Durchflusspulses weiter verbessert werden kann.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Messanordnung, das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Verwiesen wird dazu auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Kombination mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messanordnung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messanordnung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messanordnung,
5 eine Darstellung der PWM-Steuerung eines Dosierventils in Kombination mit den Durchflusspulsen durch das Dosierventil,
6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses und
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 1 zur Messung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses eines fluiden Mediums durch ein Messrohr 2, umfassend ein Messrohr 2, ein Durchflussmessgerät 3, einen Aktor 4 zur Erzeugung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses, eine Kommunikationsverbindung 5 und eine Steuereinheit 6. Der Aktor 5 und das Durchflussmessgerät 3 sind in Durchflussrichtung hintereinander an dem Messrohr 2 angeordnet. Zudem sind der Aktor 4 und die Steuereinheit 6 über die Kommunikationsverbindung 5 derart miteinander verbunden, dass die Steuereinheit 6 im Betrieb dem Aktor 4 einen Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors 4 sendet. Im Detail ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Aktor 4 als Dosierventil 7 ausgebildet.
Das Durchflussmessgerät 3 weist weiterhin einen Steuereingang 8 auf, über den das Durchflussmessgerät 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Steuereinheit 6 verbunden ist.
Zudem ist das Durchflussmessgerät 3 derart ausgebildet und eingerichtet, dass es im Betrieb eine Messphase aufweist, in der das Durchflussmessgerät 3 Durchflussmesswerte erfasst.
Durch Öffnung des Dosierventils 7 kann ein Durchfluss durch das Messrohr 2 erzeugt werden. Bei Vorhandensein eines Durchflusses wird der Steuereingang 8 des Durchflussmessgeräts 3 mit einem Steuersignal beaufschlagt, das die Messphase auslöst.
Im Detail steuert die Steuereinheit 6 das Dosierventil 7 über eine PWM-Steuerung, womit ein periodisches Signal aus einer abwechselnde Folge von einer ersten Spannung 9 und einer zweiten Spannung 10 an das Dosierventil 7 übertragen wird. Das Dosierventil 7 ist geöffnet, wenn die erste Spannung 9 an dem Dosierventil anliegt und das Dosierventil 7 ist geschlossen, wenn die zweite Spannung 10 an dem Dosierventil 7 anliegt.
Die Steuereinheit 6 sendet im Betrieb gleichzeitig mit dem die erste Spannung 9 umfassenden Steuerbefehl ein Steuersignal an den Steuereingang 8 des Durchflussmessgeräts 3, mit dem die Messphase ausgelöst wird.
Damit weist die dargestellte Messanordnung 1 den Vorteil auf, dass insbesondere zeitlich begrenzte Durchflüsse, wie beispielsweise Dosierspritzer, besonders zuverlässig erfasst werden können.
Optional wird das Durchflussmessgerät 3 in einen energiesparenden Ruhemodus versetzt, wenn es für einen festgelegten Zeitraum, beispielsweise für einen Zeitraum von 5 min nicht in die Messphase versetzt wurde.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 1 dargestellt. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Durchflussmessgerät 3 nicht über eine gesonderte Leitung mit der Steuereinheit 6 verbunden. Vielmehr sind das Durchflussmessgerät 3 und das Dosierventil 7 über einen gemeinsamen Feldbus mit der Steuereinheit 6 verbunden. Auch in diesem Beispiel sendet die Steuereinheit 6 im Betrieb ein Steuersignal an das Durchflussmessgerät 3 zur Auslösung der Messphase, wenn es einen entsprechenden Steuerbefehl zur Öffnung des Dosierventils 7 an das Dosierventil 7 sendet.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Messanordnung 1, wobei das Dosierventil 7 über eine Leitung mit der Steuereinheit 6 verbunden ist und wobei weiterhin das Dosierventil 7 über eine weitere Leitung mit dem Steuereingang 8 des Durchflussmessgeräts 3 verbunden ist. Im Betrieb sendet das Dosierventil 7 ein Steuersignal an das Durchflussmessgerät 3 zur Auslösung der Messphase, wenn es einen Steuerbefehl zur Öffnung des Dosierventils 7 von der Steuereinheit 6 erhält.
Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 1 steht das Durchflussmessgerät 3 mit der Kommunikationsverbindung 5 zwischen der Steuereinheit 6 und dem Dosierventil 7 derart in Verbindung, dass es von der Steuereinheit 6 an das Dosierventil 7 gerichtete Steuerbefehle erfasst, und in Abhängigkeit von den erfassten Steuerbefehlen seine Messphase auslöst. Gemäß dieser Ausgestaltung wird im Betrieb also nicht aktiv ein Steuersignal an das Durchflussmessgerät 3 gesendet, vielmehr erhält das Durchflussmessgerät 3 die Information, also das Steuersignal, zur Auslösung der Messphase durch Lauschen der Kommunikation zwischen der Steuereinheit 6 und dem Dosierventil 7.
Sämtliche in den 1 bis 4 dargestellte Kommunikationsverbindungen 5 können sowohl auf einer analogen als auch auf einer digitalen Datenübertragung beruhen. Zudem können die Kommunikationsverbindungen sowohl leitungsgebunden als auch drahtlos ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann das Dosierventil 7 in sämtlichen Ausführungsbeispielen ebenso durch eine Dosierpumpe ersetzt werden.
In 5 ist das Durchflussverhalten durch das Messrohr 2 im Fall einer PWM-Ansteuerung des Dosierventils dargestellt. Die PWM-Ansteuerung umfasst die Aussendung einer Abfolge von einer ersten Spannung 9 und einer zweiten Spannung 10 an das Dosierventil 7, wobei das Dosierventil 7 jeweils geöffnet ist, wenn die erste Spannung 9 an dem Dosierventil 7 anliegt und wobei das Dosierventil 7 geschlossen ist, wenn die zweite Spannung 10 an dem Dosierventil 7 anliegt.
Wird das Dosierventil 7 insbesondere kurzzeitig geöffnet, so wird ein Durchflusspuls erzeugt, der sich durch ein charakteristisches Pulsprofil 11, umfassend die Form und die Länge eines Durchflusspulses, auszeichnet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel zeichnet sich die Form des Durchflusspulses zunächst durch einen kurzzeitigen erhöhten Durchfluss sowie anschließend durch einen zeitlich begrenzten konstanten Durchfluss aus. Wird das Dosierventil 7 geöffnet, so wird die Messphase mit einer Zeitverzögerung ausgelöst, sodass gewährleistet ist, dass die Durchflussmessung erfolgt, wenn der Durchfluss einen Wert auf dem konstanten Durchflussplateau aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird zu den Zeiten t₁ und t₂ jeweils der Durchfluss bestimmt.
Ist das charakteristische Pulsprofil 11 bekannt, so kann neben der grundsätzlichen Erfassung eines Durchflusspulses ebenfalls das mit dem Durchflusspuls geflossene Gesamtvolumen bestimmt werden. Eine solche Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass auch mittels der Messung eines einzelnen Durchflusswertes das mit einem Durchflusspuls geflossene Gesamtvolumen durch Interpolation des Pulsprofils bestimmt werden kann. Optional wird zur Bestimmung des Pulsprofils 11 aus dem gemessenen Durchflussmesswert ebenfalls der vor dem Dosierventil herrschende Mediumsdruck berücksichtigt. Durch eine solche Berücksichtigung kann das Pulsprofil 11 besonders genau bestimmt werden.
In 6 ist nun ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 12 zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses mit einer der in den 1 bis 4 gezeigten Messordnungen 1 dargestellt.
Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Starten 13 eines Durchflusses durch Öffnung des Dosierventils 7 durch einen Steuerbefehl von der Steuereinheit 6,
- Senden 14 eines Steuersignals an den Steuereingang 8 des Durchflussmessgeräts 3 oder Erfassen 15 eines Steuersignals durch das Durchflussmessgerät 3, wodurch die Messphase des Durchflussmessgeräts 3 ausgelöst wird,
- Erfassen 16 von wenigstens einem Durchflussmesswert in der Messphase durch das Durchflussmessgerät 3,
- Beenden 17 des Durchflusses durch Schließen des Dosierventils 7.

Dieses Verfahren 12 weist den Vorteil auf, dass auch kurzzeitige Durchflusspulse grundsätzlich von dem Durchflussmessgerät 3 erfasst werden können, da mit jedem Durchflusspuls eine neue Messphase ausgelöst wird.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 12, wobei neben der Erfassung von Durchflusspulsen gemäß der Verfahrensschritte 13 bis 17 zusätzlich das pro Durchflusspuls geflossene Gesamtvolumen bestimmt wird 18. Hierzu ist die Länge eines Durchflusspulses dem Durchflussmessgerät 3 bekannt, und zwar entweder dadurch, dass die Länge gleichbleibend ist, oder dass das Durchflussmessgerät 3 eine Information über die Dauer der Öffnung des Dosierventils 7 erhält. Zudem ist in dem Durchflussmessgerät 3 ebenfalls die Form des Durchflusspulses hinterlegt.
Basierend auf der Kenntnis des Pulsprofils 11 sowie einem Messwert des Durchflusses während des Durchflusspulses zu einem definierten Zeitpunkt kann das Durchflussmessgerät 3 den tatsächlichen Durchflusspuls interpolieren und damit das während eines Durchflusspulses geflossene Gesamtvolumen bestimmen.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 12 zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses dargestellt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist den zusätzlichen Verfahrensschritt auf, dass das Durchflussmessgerät 3 nach Beendigung des Durchflusses in einen energiesparenden Ruhemodus versetzt wird 19, wenn für einen festgelegten Zeitraum nicht die Messphase ausgelöst wird. Während sich das Durchflussmessgerät im Energiesparmodus befindet, ist ein Teil der internen Elektronik des Durchflussmessgeräts 3 abgeschaltet, sodass das Durchflussmessgerät 3 zunächst aktiviert werden muss, bevor die nächste Messphase ausgelöst werden kann. Damit ist das Verfahren 12 sowie die Einrichtung des Durchflussmessgeräts 3 besonders energiesparend ausgebildet, womit ein langer Batteriebetrieb gewährleistet werden kann.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 12 zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses, wobei nach dem Beenden des Durchflusses 17 zunächst das Gesamtvolumen des Durchflusspulses bestimmt wird 18 und wobei das Durchflussmessgerät anschließend in einen energiesparenden Ruhemodus versetzt wird 19, wenn für einen festgelegten Zeitraum nicht die Messphase ausgelöst wird. Ein solches Verfahren weist den Vorteil auf, dass nicht nur überwacht werden kann, ob bei jeder Öffnung des Ventils auch ein Durchflusspuls erzeugt wird sondern auch, ob ein erwartungsgemäßes Gesamtvolumen fließt und darüber hinaus gewährleistet es einen besonders energiesparenden Betrieb des Durchflussmessgeräts 3, da das Durchflussmessgerät 3 nur dann vollkommen messbereit sein muss, wenn auch ein Durchfluss zu erwarten ist.
Bezugszeichen

1: Messanordnung
2: Messrohr,
3: Durchflussmessgerät
4: Aktor
5: Kommunikationsverbindung
6: Steuereinheit
7: Dosierventil
8: Steuereingang
9: erste Spannung
10: zweite Spannung
11: Pulsprofil
12: Verfahren zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses
13: Starten eines Durchflusses
14: Senden eines Steuersignals
15: Erfassen eines Steuersignals
16: Erfassen von wenigstens einem Durchflussmesswert
17: Beenden des Durchflusses
18: Bestimmung des Gesamtvolumens
19: Versetzen in Energiesparmodus

Claims

Messanordnung (1) zur Messung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses eines fluiden Mediums durch ein Messrohr (2), umfassend ein Durchflussmessgerät (3), einen Aktor (4) zur Erzeugung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses, eine Kommunikationsverbindung (5) und eine Steuereinheit (6), wobei der Aktor (4) und das Durchflussmessgerät (3) hintereinander an dem Messrohr (2) angeordnet sind und wobei zumindest der Aktor (4) und die Steuereinheit (6) über die Kommunikationsverbindung (5) derart miteinander verbunden sind, dass die Steuereinheit (6) im Betrieb dem Aktor (4) einen Steuerbefehl zur Betätigung des Aktors (4) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (3) einen Steuereingang (8) aufweist, wobei das Durchflussmessgerät (3) zumindest über den Steuereingang (8) mit der Steuereinheit (6) und/oder dem Aktor (4) verbunden ist, wobei das Durchflussmessgerät (3) im Betrieb eine Messphase aufweist, wobei das Durchflussmessgerät (3) in der Messphase Durchflussmesswerte erfasst, wobei bei Vorhandensein eines Durchflusses der Steuereingang (8) des Durchflussmessgeräts (3) mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, das die Messphase auslöst.
Messanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) als Dosierpumpe oder Dosierventil (7) ausgebildet ist.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) derart eingerichtet ist, dass sie den Aktor (4) im Betrieb mittels einer PWM-Steuerung ansteuert.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Steuerleitung zwischen dem Aktor (4) und dem Steuereingang (8) des Durchflussmessgeräts (3) und/ oder zwischen der Steuereinheit (6) und dem Steuereingang (8) des Durchflussmessgeräts (3) vorhanden ist.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine digitale Kommunikationsverbindung zwischen dem Aktor (4) und dem Durchflussmessgerät (3) und/oder zwischen der Steuereinheit (6) und dem Durchflussmessgerät (3) vorhanden ist.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (3) mit der Kommunikationsverbindung (5) zwischen Steuereinheit (6) und Aktor (4) in Verbindung steht und von der Steuereinheit (6) an den Aktor (4) gerichtete Steuerbefehle erfasst, und in Abhängigkeit von den erfassten Steuerbefehlen seine Messphase auslöst.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) von der Steuereinheit (6) mittels einer PWM-Steuerung mit einer Steuerfrequenz regelmäßig betätigt wird und dass das Durchflussmessgerät (3) derart eingerichtet ist, dass die Messphase mit der Steuerfrequenz der PWM-Steuerung synchronisiert ist.
Durchflussmessgerät (3) mit einem Steuereingang (8) zur Verwendung in einer Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren (12) zur Bestimmung eines nicht-kontinuierlichen Durchflusses mit einer Messordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Starten (13) eines Durchflusses durch Betätigung des Aktors (4) basierend auf einem Steuerbefehl von der Steuereinheit (6), - Senden (14) eines Steuersignals an den Steuereingang (8) des Durchflussmessgeräts (3) oder Erfassen (15) eines Steuersignals durch das Durchflussmessgerät (3), wodurch die Messphase des Durchflussmessgeräts (3) ausgelöst wird, - Erfassen (16) von wenigstens einem Durchflussmesswert in der Messphase durch das Durchflussmessgerät (3), - Beenden (17) des Durchflusses durch Betätigung des Aktors (4).
Verfahren (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Steuersignal dem durch das Durchflussmessgerät abgehörten Steuerbefehl entspricht.
Verfahren (12) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (3) nach der Messphase und nach Beenden des Durchflusses in einen Energiesparmodus versetzt wird (19).
Verfahren (12) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) den Aktor (4) durch eine PWM-Steuerung steuert, wobei die PWM-Steuerung eine abwechselnde Folge von einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung an den Aktor (4) sendet, wobei der Aktor (4) aktiviert ist, wenn die erste Spannung an dem Aktor (4) anliegt und wobei der Aktor (4) deaktiviert ist, wenn die zweite Spannung an dem Aktor (4) anliegt.
Verfahren (12) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) über die PWM-Steuerung periodisch aktiviert wird und dass die Messphase des Durchflussmessgeräts (3) über den Steuereingang (8) derart mit der ersten Spannung der PWM-Steuerung synchronisiert ist, dass bei jeder Aktivierung des Aktors (4) mindestens ein Durchflussmesswert erfasst wird.
Verfahren (12) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die periodische Aktivierung des Aktors (4) Durchflusspulse mit einem charakteristischen Pulsprofil (11), umfassend die Form und die Länge des Durchflusspulses, erzeugt werden und dass das Durchflussmessgerät (3) mittels des Pulsprofils (11) und dem wenigstens einen gemessenen Durchflussmesswert des Durchflusspulses das Gesamtvolumen eines Durchflusspulses bestimmt (18).
Verfahren (12) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Durchflusspulses, insbesondere der Zusammenhang zwischen Ventilöffnung bzw. Dosierung und Pulsform in dem Durchflussmessgerät hinterlegt ist, und dass die Bestimmung der Form des Durchflusspulses ausgehend von dem wenigstens einen gemessenen Durchflussmesswert erfolgt, insbesondere wobei in dem Fall, in dem der Aktor (4) als Dosierventil ausgebildet ist, ebenfalls der Druck des Mediums vor dem Dosierventil berücksichtigt wird.
Verfahren (12) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Durchflusspulse festgelegt, und vorzugsweise konstant, ist oder dass dem Durchflussmessgerät die Länge eines Durchflusspulses, die der Zeitdauer des zugehörigen ersten Spannungssignals entspricht, mitgeteilt wird.
Verfahren (12) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messphase zu einem definierten Zeitpunkt des Pulsprofils ausgelöst wird, wobei vorzugsweise die Messphase mit einer definierten Zeitverzögerung ausgelöst wird und wobei vorzugsweise durch Erfassen eines einzigen Durchflussmesswertes bei bekanntem Pulsprofil der Gesamtdurchfluss eines Durchflusspulses berechnet wird.