DE10346409A1

DE10346409A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit Mitteln zur Bestimmung von Betriebsparametern

Info

Publication number: DE10346409A1
Application number: DE2003146409
Authority: DE
Inventors: Dieter Keese; Dirk Dipl.-Ing. Steckel
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr (1) strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium (3) mit einer Magnetanordnung (4a, 4b) zur Erzeugung eines im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfeldes sowie einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und im Wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung (5) zur Messung einer infolge der Strömung des Mediums (3) induzierten Messspannung, woraus eine nachgeschaltete Auswerteelektronik (7) mit eingangsseitigem Impedanzwandler (8) den Volumenstrom des Mediums (3) bestimmt, wobei die Auswerteelektronik (7) weiterhin aus der vom eingangsseitigen Impedanzwandler (8) erzeugten Gleichspannung (U¶a¶) die Impedanz (Z¶e¶) des durch das Messrohr (1) strömenden Mediums (3) berechnet, um hieraus den Befüllungszustand des Messrohres (1) und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Mediums (3) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium, mit einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfeldes, sowie einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und im Wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung zur Messung einer in Folge der Strömung des Mediums induzierten Messspannung, woraus eine nachgeschaltete Auswerteelektronik mit eingangseitigem Impedanzwandler den Volumenstrom des Mediums bestimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen magnetischen-induktiven Durchflussmessgeräts.

Ein solcher magnetisch-induktiver Durchflussmesser wird vorzugsweise als Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Breie und Pasten eingesetzt, die eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Die Grundlage für das Messverfahren bildet das Faraday'sche Induktionsgesetz, welches besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums – oder unter Beachtung der Dichte der Massenstrom – bestimmt werden.

Aus der EP 0 869 336 A2 geht ein gattungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät hervor. Dessen Elektrodenanordnung besteht aus zwei gegenüberliegenden elektrischen Magnetspulen, welche das erforderliche Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Messrohr erzeugen. Innerhalb dieses Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld hindurch bewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über Messelektroden abgegriffenen Messspannung. Die Messspannung wird der nachgeschalteten Auswerteelektronik eingangsseitig zugeführt. Innerhalb der Auswertelektronik erfolgt zunächst über einen elektronischen Differenzverstärker eine Signalverstärkung, wobei der Differenzverstärker gegenüber einem Bezugspotential arbeitet, welches üblicherweise dem Erdpotential entspricht. Die Auswerteelektronik liefert ausgehend von der Messspannung einen Wert für den Volumenstrom des das Messrohr durchströmenden Mediums.

Zum Zwecke einer Kalibrierung und Initiierung des Durchflussmessgerätes sind der Auswertelektronik die spezifische elektrische Leitfähigkeit des strömenden Mediums vorzugeben. Weiterhin ist eine Fehlererkennung erforderlich, welche angibt, ob das Messrohr mit dem strömenden Medium gefüllt ist oder nicht. Hiervon abhängig entscheidet die Auswerteelektronik, ob ein gültiges Messsignal ausgegeben werden kann.

In allgemein bekannter Weise war es bisher üblich, eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums sowie die Erkennung des Befüllungszustandes des Messrohres über ein Aufschalten von Wechsel- oder Gleichspannung auf die Messelektroden zu realisieren, woraus die gewünschten Informationen ausgewertet werden können.

Ein Nachteil dieser bisherigen Praxis besteht darin, dass das bekannte magnetischinduktive Durchflussmessgerät neben einem Messmodus auch ein Kalibriermodus besitzen muss, dessen Betrieb somit die Messung zeitweise unterbricht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät dahingehend weiter zu verbessern, dass eine Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit des strömenden Mediums sowie eine Erkennung des Befüllungszustandes ohne einer Unterbrechung der Messung in einfacher Weise möglich ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 4 gelöst.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Auswerteelektronik zusätzlich aus der vom eingangsseitigen Impedanzwandler erzeugten Gleichspannung U_A die Impedanz Z_E des durch das Messrohr strömenden Mediums berechnet, um hieraus den Befüllungszustand des Messrohres und / oder die elektrische Leitfähigkeit des Mediums zu ermitteln.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die möglichst gleichmäßige Leitfähigkeit des Messmediums ständig überwacht werden kann, um Messfehler zu vermeiden. Weiterhin kann somit auch der Befüllungszustand des Messrohres kontinuierlich überwacht werden, um bei Erkennung eines lehren Messrohres die Volumenstrommessung abzubrechen und eine entsprechende Fehlermeldung auszugeben.

Vorzugsweise umfasst der eingangsseitige Impedanzwandler der Auswertelektronik schaltungstechnisch einen gegengekoppelten Operationsverstärker, dessen Eingangsgleichstrom I_E über die Impedanz Z_E der Elektrodenanordnung gegen Masse fließt. Der Wert der Gleichspannung ergibt sich aus UA = Ugalvano + (ZE × IE)

Unter Berücksichtigung der Galvanospannungen an der Elektrodenanordnung ergibt sich die Gleichspannung UA= Ugalvano + (ZE × IE) – Ugalvano welche ein Maß für die Größe der Impedanz Z_E ist. Steigt der Wert für die Impedanz Z_E gegen unendlich, so steigt die Gleichspannung U_A auf die Größe der Versorgungsspannung U_B des Impedanzwandlers an.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme stellt die Auswerteelektronik bei Überschreiten oder Unterschreiten eines festgelegten Werts der Gleichspannung U_A eine den entsprechend leeren bzw. vollen Befüllungszustand des Messrohres charakterisierende Information bereit. Diese Information kann beispielsweise optisch zur Anzeige gebracht werden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit Mitteln zur Bestimmung der hier interessierenden Betriebsparameter Befüllungszustand und elektrische Leitfähigkeit.
Gemäß der Figur besitzt das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Messrohr 1, welches mit einer isolierenden Auskleidung 2 versehen ist. Das Messrohr 1 wird von einem fließfähigen Medium 3 durchströmt. Das Medium 3 weist zur Realisierung des magnetisch-induktiven Durchflussmessprinzips eine zumindest geringfügige elektrische Leitfähigkeit auf. Außen am Messrohr 1 ist weiterhin eine Magnetanordnung 4a, 4b vorgesehen. Die aus einander gegenüberliegenden Magneten bestehende Magnetanordnung 4a, 4b dient der Erzeugung eines senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfelds. Die Magnetanordnung 4a, 4b korrespondiert mit einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung 5. Die Elektrodenanordnung 5 dient zur Messung einer in Folge der Strömung des Mediums 3 induzierten Messspannung, die im Zusammenwirken mit einer Erdung 6 des Mediums 3 als Bezugspotential abgreifbar ist.
Einer nachgeschalteten Auswerteelektronik 7 wird das Messsignal zugeführt. Die Auswerteelektronik 7 besitzt einen eingangsseitigen Impedanzwandler 8, der einen gegengekoppelten Operationsverstärker 9 umfasst, dessen Eingangsgleichstrom I_E über die Impedanz Z_E des Mediums 3 gegen Masse fließt. Aus der ausgangsseitig des Operationsverstärkers 9 anliegenden Gleichspannung U_A berechnet die Auswerteelektronik 7 die Impedanz Z_E des durch das Messrohr 1 strömenden Mediums 3. Die Impedanz Z_E ist ein Maß für den Befüllungszustand des Messrohres 1 sowie für die elektrische Leitfähigkeit des Mediums 3. Diese Betriebsparameter werden durch die Auswertelektronik 7 zur automatischen Kalibrierung und Initialisierung des Durchflussmessgerätes genutzt.
Weiterhin wird die Information zur Fehlererkennung genutzt. Bei Ansteigen der ausgangsseitigen Gleichspannung U_A auf Betriebsspannungsniveau U_B des Operationsverstärkers 9 erkennt die Auswerteelektronik 7 den Befüllungszustand des Messrohres 1 als „leer". Ein Abfallen der ausgangsseitigen Gleichspannung U_A auf das herrschende Minimum wird von der Auswerteelektronik 7 als Befüllungszustand im Sinne von „voll" erkannt und entsprechend angezeigt. Die Messung des Volumenstroms durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät wird beim Fehlerzustand „leer" gestoppt, damit keine Messfehler entstehen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die im Rahmen der Erfindung liegen. So ist die gerätetechnische Ausbildung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nicht auf die Ausführungsform mit einer einzigen Messelektrode beschränkt; es kann also auch eine Mehrfachanordnung von Messelektroden erfolgen, z.B. für eine Füllstandsmessung.

1: Messrohr
2: Auskleidung
3: Medium
4: Magnetanordnung
5: Elektrodenanordnung
6: Erdung
7: Auswerteelektronik
8: Impedanzwandler
9: Operationsverstärker
Z_E: Impedanz
U_A: Gleichspannung
I_E: Eingangsgleichstrom
U_B: Betriebsspannung

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr (1) strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium (3), mit einer Magnetanordnung (4a, 4b) zur Erzeugung eines im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfeldes, sowie einer ebenfalls im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse und im wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung (5) zur Messung einer infolge der Strömung des Mediums (3) induzierten Messspannung, woraus eine nachgeschaltete Auswerteelektronik (7) mit eingangsseitigem Impedanzwandler (8) den Volumenstrom des Mediums (3) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (7) weiterhin aus der vom eingangsseitigen Impedanzwandler (8) erzeugten Gleichspannung (U_a) die Impedanz (Z_e) des durch das Messrohr (1) strömenden Mediums (3) berechnet, um hieraus den Befüllungszustand des Messrohres (1) und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Mediums (3) zu ermitteln.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitige Impedanzwandler (8) der Auswerteelektronik (7) schaltungstechnisch einen gegengekoppelten Operationsverstärker (9) umfasst, dessen Eingangsgleichstrom (1_e ) über die Impedanz (Z_e) des Mediums (3) gegen Masse fließt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (7) bei Überschreiten oder Unterschreiten eines festgelegten Werts der Gleichspannung (U_a) eine den entsprechend leeren bzw. vollen Befüllungszustand des Messrohres (1) charakterisierende Information bereitstellt.
Verfahren zum Betrieb eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteelektronik (7) weiterhin aus der vom eingangsseitigen Impedanzwandler (8) erzeugten Gleichspannung (U_a) die Impedanz (Z_e) des durch das Messrohr (1) strömenden Mediums (3) berechnet wird, woraus der Befüllungszustand des Messrohres (1) und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Mediums (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ansteigen der Gleichspannung (U_a) auf Betriebsspannungsniveau (U_b) durch die Auswerteelektronik (7) als Befüllungszustand eines leeren Messrohres (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abfallen der Gleichspannung (U_a) auf das herrschende Minimum durch die Auswerteelektronik (7) als Befüllungszustand eines vollen Messrohres (1) ermittelt wird.