DE10238362B4

DE10238362B4 - Verfahren und Einrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung leitender und nichtleitender Medien

Info

Publication number: DE10238362B4
Application number: DE10238362A
Authority: DE
Inventors: Dieter Keese; Hans W. Dipl.-Ing. Schwiderski
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: DE10238362A1

Abstract

Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsmessung leitender und nichtleitender Medien, wobei an einer definierten Stelle eines Rohres ein elektrisches Erreger-Signal erzeugt, und in einem in Fließrichtung definierten Abstand ein elektrisches Messsignal abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Messsignalabgriffes der exponentielle Abfall der Erregerspannungsamplitude ermittelt, und daraus die Fließgeschwindigkeit v des Mediums über den Formalzusammenhang

bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung leitender und nichtleitender Medien, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.
Es sind vielfältige Verfahrensweisen zur Messung des Durchflusses von Medien bekannt. Hierzu zählen zum Beispiel induktive sowie kapazitive Messmethoden, Messung des Durchflusses über Corioliseffekt, Messung des Durchflusses über Schwebekörper etc.
Aus der DE 41 17 912 A1 ist eine Vorrichtung zur Strömungsmessung bekannt, indem in das Medium Ionen injiziert werden, und der Ladungstransfer zu einer anderen Elektrode ermittelt wird. Diese Vorgehensweise ist relativ aufwändig und ist im Übrigen stark abhängig von im Medium ggfs vorliegenden Turbulenzen.
Aus der DE 40 18 254 A1 ist ein Strömungswächter bekannt, der ein ähnliches Prinzip wie im vorbenannten Stand der Technik anwendet, bei dem aber nicht die Messung von Durchflüssen vorgenommen wird, sondern lediglich geprüft wird, ob ein von null verschiedener Durchfluss vorliegt oder nicht. Bei einem Verfahren sowie einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art besteht jedoch das Interesse den Messaufbau zu vereinfachen, und dennoch ein zuverlässiges feinfühliges Signal zu erhalten.
Diese gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Kerngedanke bei der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass am Ort des Messsignalabgriffes der exponentielle Abfall der Erregerspannungsamplitude ermittelt, und daraus die Fließgeschwindigkeit v des Mediums über den Formalzusammenhang
bestimmt wird.
Dieses Messignal hat dabei eine Abhängigkeit zur Fließgeschwindigkeit des Mediums. Aus dieser Abhängigkeit und bei bekannter Dimensionierung des Messrohres kann nun der Durchfluss bestimmt werden. Auf dieses Weise kann das Verfahren bei einem Durchflussmessgerät zum Einsatz kommen.
Im Hinblick auf eine Einrichtung besteht der Kern der Erfindung darin, dass an einer definierten Stelle eines Messrohres (1) über ein Elektrodenpaar (A, B) ein elektrisches Erreger-Signal erzeugbar und in einem in Fließrichtung definierten Abstand ein elektrisches Messsignal an einem Messelektrodenpaar (C, D) abgreifbar ist, und die Fließgeschwindigkeit über den Formalzusammenhang
bestimmbar ist.
In weiterer Ausgestaltung ist angegeben, dass in Fließrichtung zwischen Erregersignal-Elektrodenpaar und Messelektrodenpaar ein Abschirmungsring angeordnet ist.
Weiterhin ist eine Laufzeitberechungseinheit vorgesehen, die über die Signalauswertung die Laufzeiten und daraus wiederum die Fließgeschwindigkeiten misst.
Ebenso kann eine Amplitudenmesseinheit vorgesehen sein, bei welcher allein aus der Amplitude im Vergleich zwischen Signalerregungsort und Messsignalort die Fliessgeschwindigkeit ermittelbar ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt schematisch ein Messrohr 1 durch welches das Medium hindurch geleitet wird. An einem ersten, als Erregersignalerzeuger arbeitenden Elektrodenpaar A, B wird eine Wechselspannung als Erregersignal angelegt. Das dort vorhandene Medium stellt das Dielektrikum dieser Kondensatoranordnung dar und wird dort polarisiert. In einem Abstand L in Fließrichtung des Mediums ist ein weiteres Elektrodenpaar als Messsignalelektrodenpaar C, D angeordnet.
Um die reine Erregerspannung an den Elektroden A, B gegenüber den Elektroden C, D abzuschirmen ist eine kapazitive Abschirmung E zwischen dem Elektrodenpaar A, B und dem Elektrodenpaar C, D vorhanden.
Am Elektrodenpaar C, D wird demnach eine Fließgeschwindigkeitsproportionale elektrische Spannung als Signal abgegriffen.
Bei einer Fließgeschwindigkeit von v = 0 kann an den Elektroden demnach keine Spannung abgegriffen werden. Ist die Fließgeschwindigkeit in der dargestellten Richtung größer Null, so verschiebt sich das polarisierte Dielektrikum in der Zeit Δt um den Betrag L = v·Δt.
Die Amplitude der Polarisation klingt als Funktion der Zeit exponentiell ab.
So ergibt sich dann die gesuchte Fließgeschwindigkeit v aus der Laufzeit Δt zu v = L/Δt
Nun kann auch unabhängig dazu die Amplitude als Größe ausgewerte werden. Beim Abklingverhalten der Amplitude ϛ ergibt sich ϛ = ϛ0·eΔt/τ
Hieraus ergibt sich wiederum ϛ = ϛ0·eLt/·τ
Dabei ist τ die Zeit in der die Amplitude auf 1/e abgenommen hat.
Im Ergebnis lässt sich dann die Geschwindigkeit bestimmen zu
Aus der ermittelten Fließgeschwindigkeit kann dann über die durchströmte Querschnittsfläche über die Kontinuitätsgleichung der Volumendurchfluß bestimmt werden.
Die besagten Signale werden in einem Signalgenerator 4 erzeugt und an die Elektroden A, B als Wechselspannung bekannter Amplitude angelegt.
In einer Laufzeitberechnungseinheit 2 und einem Amplitudenmesseinheit 3 wird dann das an den Elektroden C, D anliegende Signal, sofern die Fließgeschwindigkeit des Mediums von Null verschieden ist, gemessen, bzw bestimmt.
Die Ermittlung der Fließgeschwindigkeit und der daraus bestimmbare Durchfluß erfolgt dann nach dem oben angegebenen formalen Zusammenhang.

Claims

Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsmessung leitender und nichtleitender Medien, wobei an einer definierten Stelle eines Rohres ein elektrisches Erreger-Signal erzeugt, und in einem in Fließrichtung definierten Abstand ein elektrisches Messsignal abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Messsignalabgriffes der exponentielle Abfall der Erregerspannungsamplitude ermittelt, und daraus die Fließgeschwindigkeit v des Mediums über den Formalzusammenhang
bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ort der Erzeugung der Erregerspannung und dem Ort des Messignalabgriffes eine Abschirmung der Erregerspannung gegenüber dem Ort des Messsignalabgriffes erfolgt.
Einrichtung zur Fließgeschwindigkeitsmessung leitender und nichtleitender Medien in einem Messrohr, wobei an einer definierten Stelle eines Messrohres (1) über ein Elektrodenpaar (A, B) ein elektrisches Erreger-Signal erzeugbar und in einem in Fließrichtung definierten Abstand ein elektrisches Messsignal an einem Messelektrodenpaar (C, D) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitudenmesseinheit (3) vorgesehen ist, und die Fließgeschwindigkeit v über den Formalzusammenhang
bestimmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Fließrichtung zwischen Erregersignal-Elektrodenpaar (A, B) und Messelektrodenpaar (C, D) ein Abschirmungsring (E) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laufzeitberechungseinheit (2) vorgesehen ist die über die Signalauswertung die Laufzeiten und daraus wiederum die Fließgeschwindigkeiten misst.