DE19615140A1 - Device for determining the phase proportion of a conductive medium in a line - Google Patents

Device for determining the phase proportion of a conductive medium in a line

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Abstract

A device for determining the phase component of a conductive medium (1) in a duct (2), useful in particular with a magnetic-inductive flow rate meter, has at least one capacitor plate (3), an insulating layer (8) between the capacitor plate (3) and the medium (1) and a control and evaluation circuit which applies an alternating voltage to the capacitor plate (3). The known device is improved in that the control and evaluation circuit determines the capacitance between the capacitor plate (3) and the medium (1) as a measure for the phase component.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leit­ fähigen Mediums in einer Leitung, insbesondere zum Einsatz in Verbindung mit ei­ nem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät, mit mindestens einer Kondensator­ platte, mit einer Isolationsschicht zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium und mit einer Steuer- und Auswerteschaltung, wobei die Steuer- und Auswerteschal­ tung die Kondensatorplatte mit einer Wechselspannung beaufschlagt.The invention relates to a device for determining the phase component of a conductor capable medium in a line, especially for use in connection with egg nem magnetic-inductive flow meter, with at least one capacitor plate, with an insulation layer between the capacitor plate and the medium and with a control and evaluation circuit, the control and evaluation scarf device applied to the capacitor plate with an alternating voltage.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem magnetisch-indukti­ ven Durchflußmeßgerät (MID), und zwar insbesondere in einem MID mit kapazitiv gekoppelten Elektroden. Bei dieser Kombination können die für die Durchflußmes­ sung mit Hilfe des MID benötigten kapazitiv gekoppelten Elektroden gleichzeitig als Kondensatorplatten zur Bestimmung des Phasenanteils eingesetzt werden. Die Kombination der vorliegenden Erfindung mit einem MID ist weiterhin deshalb vor­ teilhaft, weil aus dem Meßsignal eines MID nicht zwischen einer reduzierten Durch­ flußgeschwindigkeit und einem reduzierten Phasenanteil des leitfähigen Mediums un­ terschieden werden kann.The invention is particularly suitable for use in a magnetic inductor ven flow meter (MID), especially in an MID with capacitive coupled electrodes. This combination can be used for the flow meter solution with the help of the MID capacitively coupled electrodes simultaneously as Capacitor plates are used to determine the phase component. The Combination of the present invention with a MID is therefore still available partial, because from the measurement signal of a MID not between a reduced through flow rate and a reduced phase portion of the conductive medium un can be distinguished.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Leitung in Verbindung mit einem MID mit galva­ nisch gekoppelten Elektroden bekannt. Diese werden auch als Leerlauferkennungen bezeichnet. Bei einer solchen Leerlauferkennung wird gleichzeitig mit der normalen Durchflußmessung des MID′s geprüft, ob die Leitung vollständig mit dem leitfähigen Medium gefüllt ist. Das Arbeitsprinzip dieser bekannten Leerlauferkennungen unter­ scheidet sich jedoch von dem der Erfindung grundsätzlich.Devices for determining the phase component are from the prior art of a conductive medium in a line in connection with a MID with galva nisch coupled electrodes known. These are also called idle detections designated. With such an idle detection, the normal Flow measurement of the MID's checked whether the line completely with the conductive Medium is filled. The working principle of these known idle detections under differs fundamentally from that of the invention.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung sind die aus den europäischen Offenle­ gungsschriften 0 514 964 und 0 547 751 sowie aus der nachveröffentlichten deut­ schen Offenlegungsschrift 195 31 124 bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Phasenanteils eines Mediums in einer Leitung. Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird zur Bestimmung des Phasenanteils stets der Strom zwischen zwei Kondensatorplatten ausgewertet. Dies führt, wie aus dem genannten Stand der Technik ersichtlich ist, zu einer Aufteilung der Kondensatorplatten und ei­ ner relativ aufwendigen Ansteuerung der Kondensatorplatten und Auswertung der erzielten Meßsignale. Diese Problematik resultiert aus der Tatsache, daß der Strom zwischen zwei Kondensatorplatten wesentlich von den elektrischen Eigenschaften des Mediums, also insbesondere der Dielektrizitätskonstante ε und der elektrischen Leitfähigkeit σ, bestimmt wird.The starting point of the present invention are those from the European Offenle 0 514 964 and 0 547 751 as well as from the later published German rule 195 1954 known methods and devices for Determination of the phase proportion of a medium in a line. With these known The current and methods are always used to determine the phase component evaluated between two capacitor plates. This leads, as from the above State of the art can be seen on a division of the capacitor plates and egg ner relatively complex control of the capacitor plates and evaluation of achieved measurement signals. This problem arises from the fact that the current  between two capacitor plates significantly of the electrical properties of the medium, in particular the dielectric constant ε and the electrical Conductivity σ, is determined.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Leitung zur Verfügung zu stel­ len, welche einfach aufgebaut ist und zumindest im wesentlichen unabhängig von den elektrischen Eigenschaften des leitfähigen Mediums arbeitet.The invention is therefore based on the object of a device for determination of the phase component of a conductive medium in a line len, which is simple and at least essentially independent of the electrical properties of the conductive medium.

Die zuvor aufgezeigte und hergeleitete Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuer- und Auswerteschaltung die Kapazität zwischen der Kondensatorplat­ te und dem Medium als Maß für den Phasenanteil bestimmt. Vorteilhafterweise läßt sich also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Phasenanteil des leitfähigen Mediums anhand einer entsprechenden Ansteuerung nur einer Kondensatorplatte bestimmen. Diese Kondensatorplatte kann gleichzeitig auch eine kapazitiv gekoppel­ te Elektrode eines MID′s bilden. Bei vollständig gefüllter Leitung bildet sich zwi­ schen der Kondensatorplatte mit einer Oberfläche A und dem leitfähigen Medium eine Kapazität. Ist die Leitung nun nicht mehr vollständig gefüllt, ergibt sich eine kleinere Kapazität CMeß, die proportional zu einer kleineren Fläche A′ ist. Die kleinere Fläche A′ erhält man durch die Projektion der Fläche A von der Außenseite der Lei­ tung auf die Innenseite und die Betrachtung nur des Teils dieser Fläche, der mit dem leitfähigen Medium benetzt ist. Bezeichnet man die mittlere Dicke der Isolations­ schicht zwischen der Kondensatorplatte und dem leitfähigen Medium mit d und die Dielektrizitätskonstante dieser Schicht mit ε, so erhält man für CMeß:The previously shown and derived object is achieved in that the control and evaluation circuit determines the capacitance between the capacitor plate and the medium as a measure of the phase portion. Advantageously, the phase component of the conductive medium can thus be determined with the device according to the invention by means of appropriate control of only one capacitor plate. This capacitor plate can also form a capacitively coupled electrode of an MID. When the line is completely filled, a capacitance is formed between the capacitor plate with a surface A and the conductive medium. If the line is no longer completely filled, there is a smaller capacitance C Meß , which is proportional to a smaller area A '. The smaller area A 'is obtained by projecting the area A from the outside of the conduit to the inside and viewing only the part of this area which is wetted with the conductive medium. If the mean thickness of the insulation layer between the capacitor plate and the conductive medium is denoted by d and the dielectric constant of this layer is denoted by ε, we get for C meas :

und für C′Meß:and for C ′ measuring :

Hieraus erkennt man, daß die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium ohne weiteres als Maß für den Phasenanteil des leitfähigen Mediums in der Leitung geeignet ist. From this it can be seen that the capacitance between the capacitor plate and the Medium as a measure of the phase proportion of the conductive medium in the Line is suitable.  

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre führt die Steuer- und Auswerteschaltung anhand der gemessenen Kapazität zwischen der Kondensa­ torplatte und dem Medium eine Schwellwertentscheidung durch. Beim Unterschrei­ ten des Schwellwertes wird in bekannter Art und Weise ein Leerlaufsignal ausgege­ ben.According to a first embodiment of the teaching according to the invention, the control and Evaluation circuit based on the measured capacitance between the condensates door plate and the medium through a threshold decision. When yelling an idle signal is output in a known manner ben.

Alternativ oder kumulativ zu der an sich bekannten Leerlauferkennung ist die er­ findungsgemäße Lehre dadurch weiter ausgestaltet, daß die Steuer- und Auswerte­ schaltung die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium quantita­ tiv auswertet, d. h. ein zur Füllstandshöhe des Mediums in der Leitung proportionales Signal ausgibt. Somit ist bei der Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem MID auch bei einer nur teilweise gefüllten Leitung sichergestellt, daß die Durchflußmenge zutreffend feststellbar ist.As an alternative or cumulative to the known idling detection, he is Teaching according to the invention further developed in that the control and evaluation circuit the capacitance between the capacitor plate and the medium quantita tiv evaluates, d. H. a proportional to the level of the medium in the line Outputs signal. Thus, when combining the device according to the invention with an MID even with a partially filled line ensures that the Flow rate can be determined correctly.

Liegt die Wechselspannung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Lehre zwischen zwei Kondensatorplatten an, so ist der bereits geringe Einfluß der elektrischen Eigenschaften des leitfähigen Mediums auf das Meßsignal der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung weiter reduziert, da der Ladungstransport innerhalb der Flüssigkeit nur auf einer realtiv geringen Strecke stattfinden muß.Is the AC voltage according to a further embodiment of the invention According to the teaching between two capacitor plates, there is already little influence the electrical properties of the conductive medium to the measurement signal of the inventor device according to the invention further reduced, since the charge transport within the Liquid only has to take place over a relatively short distance.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre liegt die Wech­ selspannung zwischen jeweils einer Kondensatorplatte und einem Bezugspotential an, mit dem das Medium mit Hilfe eines Mittels zur Erdung verbunden ist. Diese Aus­ gestaltung gewährleistet eine Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur einer Kondensatorplatte.According to an alternative embodiment of the teaching according to the invention, the change sel voltage between a capacitor plate and a reference potential to which the medium is connected by means of a grounding device. This out design ensures a realization of the device according to the invention only one capacitor plate.

Die bei der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung notwendige Verbindung mit dem Bezugspotential kann in konventioneller Weise über Erdungsringe oder metallische Rohrstücke erfolgen oder gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Lehre über kapazitiv gekoppelte, vom Medium isolierte Elektroden, die mit dem Bezugspotential verbunden sind. Diese Alternative ist insbesondere zu bevorzugen, wenn das Medium gegenüber Metallen chemisch aggressiv ist, da hiermit ein Kontakt des Mittels zur Erdung mit dem Medium vermieden wird. The necessary connection with the last described configuration with the The reference potential can be established in a conventional manner via earthing rings or metallic Pieces of pipe are made or according to a further embodiment of the invention according to teaching about capacitively coupled electrodes isolated from the medium are connected to the reference potential. This alternative is particularly too prefer if the medium is chemically aggressive to metals, because with this contact of the grounding agent with the medium is avoided.  

Bei der zuletzt beschriebenen alternativen Ausgestaltung ist weiter zu beachten, daß der Wechselstromwiderstand der Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium in Verbindung mit der Frequenz der Wechselspannung fTest höchstens in der Größenordnung des ohmschen Widerstandes des Mediums gegen das Bezugspoten­ tial RMedium liegt. Formelmäßig bedeutet dies in etwa:In the last alternative embodiment described, it should also be noted that the AC resistance of the capacitance between the capacitor plate and the medium in connection with the frequency of the AC voltage f test is at most in the order of magnitude of the ohmic resistance of the medium against the reference potential R medium . In terms of formula, this roughly means:

Diese Maßnahme gewährleistet es, daß der Ladungstransport durch das leitfähige Medium das Meßergebnis nur unwesentlich beeinträchtigt, wobei die Genauigkeit des Meßsignals durch eine Absenkung des Wechselstromwiderstandes der Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium durch eine Erhöhung der Fre­ quenz fTest weiter zu verbessern ist.This measure ensures that the charge transport through the conductive medium affects the measurement result only insignificantly, the accuracy of the measurement signal can be further improved by lowering the AC resistance of the capacitance between the capacitor plate and the medium by increasing the frequency f test .

Eine weitere Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, daß die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium eine erste Kapazität eines mindestens zwei Kapazitäten aufweisenden kapazitiven Spannungsteilers bil­ det und die Steuer- und Auswerteschaltung das Meßsignal am Mittelabgriff des ka­ pazitiven Spannungsteilers abgreift. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre liegt das Wechselspannungssignal STest über die zweite Kapazität des kapaziti­ ven Spannungsteilers an der Kapazität zwischen der Kondensatorplatte und dem Medium an. Es ergibt sich somit für die von der Steuer- und Auswerteschaltung aus­ gewertete Spannung UTest folgender Zusammenhang:A further embodiment of the device according to the invention is characterized in that the capacitance between the capacitor plate and the medium has a first capacitance of a capacitive voltage divider having at least two capacitances and the control and evaluation circuit taps the measurement signal at the center tap of the capacitive voltage divider. In this embodiment of the teaching according to the invention, the AC voltage signal S Test is applied to the capacitance between the capacitor plate and the medium via the second capacitance of the capacitive voltage divider. The following relationship thus results for the voltage U Test evaluated by the control and evaluation circuit:

mitWith

CTest = zweite Kapazität des kapazitiven Spannungsteilers.C test = second capacitance of the capacitive voltage divider.

Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist vorteilhaft, da somit eine besonders einfach zu realisierende Möglichkeit der Messung der Kapazität zwi­ schen der Kondensatorplatte und dem Medium zur Verfügung gestellt ist. This embodiment of the subject matter of the invention is advantageous because a particularly easy to implement possibility of measuring the capacitance between the capacitor plate and the medium is provided.  

Die zuletzt beschriebene Anordnung erfährt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dadurch, daß die zweite Kapazität CTest des kapazitiven Spannungsteilers kleiner als die erste Kapazität C′Meß ist. Bei leerer Leitung ist dann die Spannung UTest groß, da CMeß fast gleich Null ist. Hingegen ist bei voller Leitung die Spannung UTest klein, da CMeß deutlich größer als CTest ist.The arrangement described last experiences a further advantageous embodiment in that the second capacitance C test of the capacitive voltage divider is smaller than the first capacitance C ' meas . When the line is empty, the voltage U Test is high, since C meas is almost zero. On the other hand, when the line is full, the voltage U Test is small, since C Meß is significantly larger than C Test .

Eine, wie vorgeschlagen, kleine zweite Kapazität CTest läßt sich ohne schaltungstech­ nischen Aufwand besonders einfach dadurch zur Verfügung stellen, daß eine parasi­ täre Kapazität der Steuer- und Auswerteschaltung diese zweite Kapazität CTest bildet.A, as proposed, small second capacitance C test can be made available in a particularly simple manner without circuit technology, in that a parasitic capacitance of the control and evaluation circuit forms this second capacitance C test .

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Leitung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Be­ schreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich­ nung. In der Zeichnung zeigtIn particular, there are a multitude of possibilities for the invention Device for determining the phase proportion of a conductive medium in a To design and develop management. On the one hand, reference is made to the the subordinate claims, on the other hand to the Be writing of preferred embodiments in connection with the drawing nung. In the drawing shows

Fig. 1 die prinzipielle Ausbildung eines magnetisch-induktiven Durchflußmeß­ gerätes sowohl mit kapazitiv gekoppelten Elektroden als auch mit gal­ vanisch gekoppelten Elektroden, Fig. 1, the basic formation of a magnetic-inductive device Durchflußmeß both capacitively coupled electrodes as well as with gal vanisch coupled electrodes,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Lei­ tung, realisiert in Verbindung mit einem kapazitiven magnetisch-indukti­ ven Durchflußmeßgerät mit vollständig gefüllter Leitung,2 shows a first embodiment of an apparatus for determining the phase portion tung. A conductive medium in a Lei, implemented in conjunction with a capacitive magnetic-inductive flowmeter ven completely filled with cable,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Lei­ tung, realisiert in Verbindung mit einem kapazitiven magnetisch-indukti­ ven Durchflußmeßgerät mit teilweise gefüllter Leitung und, Fig. 3 shows a first embodiment of an apparatus for determining the phase portion of a conductive medium in a tung Lei, implemented in conjunction with a capacitive magnetic-inductive flowmeter ven with partially filled conduit and,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Leitung, realisiert in Verbindung mit einem kapazitiven magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßgerät mit teilweise gefüllter Leitung. Fig. 4 shows a second embodiment of a device according to the invention for determining the phase portion of a conductive medium in a line, realized in connection with a capacitive magnetic-inductive flowmeter with partially filled line.

Es soll zunächst das Prinzip eines MID anhand der Fig. 1 der Zeichnung erläutert werden.The principle of a MID will first be explained with reference to FIG. 1 of the drawing.

Ein MID besteht zunächst aus einer ein leitfähiges Medium 1 führenden Leitung 2. In der Leitung 2 wird ein magnetisches Wechselfeld B mit einer Frequenz fMeß erzeugt, dessen magnetische Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Leitungsachse verlau­ fen. Durch die Lorenzkraft wird, abhängig von der Durchflußgeschwindigkeit v des leitfähigen Mediums eine Ladungstrennung in dem Medium erzeugt. An zwei Elek­ troden 4, 5, bzw. 6, 7, deren Elektrodenachse sowohl senkrecht zu den magnetischen Feldlinien als auch zu der Leitungsachse liegt, kann eine Wechselspannung UMeß mit der Meßfrequenz fMeß gemessen werden, deren Amplitude proportional zur Durch­ flußgeschwindigkeit v des Mediums 1 in der Leitung 2 ist. Bei einem MID mit galva­ nisch gekoppelten Elektroden 6, 7 wird diese Spannung UMeß über metallische Kon­ takte zu dem Medium 1 nahezu punktförmig abgegriffen. Bei MID′s mit kapazitiv ge­ koppelten Elektroden 4, 5, die bei der vorliegenden Erfindung gleichzeitig als Kon­ densatorplatten dienen können, wird die Wechselspannung UMeß zwischen flächen­ förmigen Elektroden 4, 5, die von dem leitfähigen Medium durch eine Isolations­ schicht 8 getrennt sind, kapazitiv abgegriffen. Die Leitung 2 ist auch bei einem MID mit galvanisch gekoppelten Elektroden 6, 7 mit einer Isolationsschicht 8 ausgekleidet, die jedoch von den galvanisch gekoppelten Elektroden 6, 7 durchbrochen ist. Bei beiden Varianten der bekannten MID wird das leitfähige Medium außerhalb des ge­ genüber der Flüssigkeit isolierten Leitungsabschnittes mit einem Bezugspotential, beispielsweise über Erdungsringe oder metallische Rohrstücke, verbunden.An MID initially consists of a line 2 carrying a conductive medium 1 . In line 2 , an alternating magnetic field B is generated with a frequency f measuring , the magnetic field lines of which lie substantially perpendicular to the line axis. The Lorenz force generates a charge separation in the medium, depending on the flow rate v of the conductive medium. Two elec trodes 4, 5, or 6, 7, the electrode axis and is perpendicular to both the magnetic field lines to the conduit axis, an AC voltage may U measurement with the measuring frequency f measurement are measured, the amplitude v proportional to the flow velocity of the Medium 1 in line 2 is. In a MID with galvanically coupled electrodes 6 , 7 , this voltage U Meß is tapped via metal contacts to the medium 1 almost at a point. In MID's with capacitively coupled electrodes 4 , 5 , which can also serve as capacitor plates in the present invention, the alternating voltage U Meß between flat electrodes 4 , 5 , which are separated from the conductive medium by an insulation layer 8 , tapped capacitively. The line 2 is also lined with an insulation layer 8 in the case of a MID with galvanically coupled electrodes 6 , 7 , which is, however, broken through by the galvanically coupled electrodes 6 , 7 . In both variants of the known MID, the conductive medium is connected outside of the line section which is insulated from the liquid with a reference potential, for example via grounding rings or metallic pipe pieces.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums in einer Leitung 2. In der Fig. 2 ist die Leitung 2 vollständig mit dem leitfähigen Medium 1 ge­ füllt. Somit kommt die gesamte Oberfläche der Kondensatorplatten 3, also der Elek­ troden 4, 5, für die Kapazität zwischen den Kondensatorplatten 3 und dem leitfähi­ gen Medium 1 zum Tragen. Für die Kapazität CMeß ergibt sich also: Fig. 2 of the drawing shows a first embodiment of an inventive apparatus for determining the phase portion of a conductive medium in a line 2. In FIG. 2, the pipe 2 is completely filled with the conductive medium 1 ge. Thus, the entire surface of the capacitor plates 3 , ie the electrodes 4 , 5 , for the capacitance between the capacitor plates 3 and the conductive medium 1 comes into play. For the capacitance C Mess we get:

Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese Kapazität CMeß dadurch bestimmt, daß eine Wechselspannung STest zwischen jeweils einer Kondensatorplatte 3, also einer Elektrode 4 bzw. 5, und einem Bezugs­ potential 9 anliegt und daß das Medium 1 mit Hilfe eines nicht dargestellten Mittels zur Erdung mit dem Bezugspotential 9 verbunden ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuer- und Auswerteschaltung nur für die rechte Elektrode 5 dargestellt. Sollte auch die linke Elektrode 4 zur Bestimmung des Phasenanteils des leitfähigen Mediums 1 herange­ zogen werden, so ist eine entsprechende Steuer- und Auswerteschaltung mit der lin­ ken Elektrode 4 zu verbinden.In the illustrated first embodiment of the device according to the invention, this capacitance C Meß is determined by the fact that an alternating voltage S Test is present between each capacitor plate 3 , that is to say an electrode 4 or 5 , and a reference potential 9 and that the medium 1 is used with the aid of a not shown Is connected to ground potential 9 for grounding. In the first exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 2, the control and evaluation circuit is only shown for the right electrode 5 . If the left electrode 4 is also used to determine the phase component of the conductive medium 1 , then a corresponding control and evaluation circuit is to be connected to the left electrode 4 .

Bei dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet die Kapazität CMeß zwischen der als Kondensatorplatte 3 dienen­ den Elektrode 4 und dem Medium 1 eine erste Kapazität 10 eines zwei Kapazitäten 10, 11 aufweisenden kapazitiven Spannungsteilers 12. Die Steuer- und Auswerte­ schaltung greift hier das Meßsignal am Mittelabgriff 13 des kapazitiven Spannungs­ teilers 12 ab und ermittelt aus dem am Ausgang eines Buffers 14 anliegenden Signal die Testspannung UTest und damit den Phasenanteil des leitfähigen Mediums 1 in der Leitung 2 und die Meßspannung UMeß und damit die Durchflußgeschwindigkeit V des Mediums 1 in der Leitung 2. Aus diesen beiden Größen kann die Steuer- und Auswerteschaltung anschließend die Durchflußmenge durch die Leitung 2 bestim­ men. Bei der dargestellten vollständig gefüllten Leitung 2 ergibt sich die Durchfluß­ menge in bekannter Weise aus der Durchflußgeschwindigkeit V multipliziert mit dem Querschnitt der Leitung 2.In the first exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 2, the capacitance C measurement between the electrode 4 and the medium 1 serving as capacitor plate 3 forms a first capacitance 10 of a capacitive voltage divider 12 having two capacitances 10 , 11 . The control and evaluation circuit picks up the measurement signal at the center tap 13 of the capacitive voltage divider 12 and determines the test voltage U test and thus the phase component of the conductive medium 1 in line 2 and the measurement voltage U from the signal present at the output of a buffer 14 Measuring and thus the flow rate V of the medium 1 in line 2 . From these two quantities, the control and evaluation circuit can then determine the flow rate through line 2 . In the completely filled line 2 shown , the flow rate results in a known manner from the flow rate V multiplied by the cross section of the line 2 .

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt nun das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung mit einer nur teilweise gefüllten Leitung 2. Der von der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung bestimmte Phasenanteil des flüssigen leitfähigen Medi­ ums 1 ist somit geringer als 1. Dies drückt sich meßtechnisch darin aus, daß die wirk­ same Fläche A′ der Kapazität der als Elektrode 5 dienenden Kondensatorplatte 3 deutlich geringer ist als die Gesamtfläche der gleichzeitig als Elektrode 5 wirkenden Kondensatorplatte 3. Für die Kapazität CMeß ergibt sich somit: Fig. 3 of the drawing will show the first embodiment of a device according to the Invention with a partially filled conduit 2. The phase component of the liquid conductive medium around 1 determined by the device according to the invention is therefore less than 1. This is expressed by measurement technology in that the effective area A 'of the capacitance of the capacitor plate 3 serving as electrode 5 is significantly smaller than the total area of the capacitor plate 3 acting simultaneously as electrode 5 . For the capacitance C Mess we have:

Die Kapazität C′Meß bildet in Fig. 3 wiederum die erste Kapazität 10 eines Spannungs­ teilers 12. Die Steuer- und Auswerteschaltung ermittelt die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte 3 und dem Medium 1, wie bereits anhand von Fig. 2 beschrieben. Die durch die Leitung 2 strömende Menge des Mediums 1 ergibt sich bei einer nur teilweisen Füllung der Leitung 1, wie in Fig. 3 dargestellt, aus der Durchflußge­ schwindigkeit V, multipliziert mit dem Querschnitt der Leitung 2 und dem Phasenan­ teil des leitfähigen Mediums 1, der sich aus der Kapazität CMeß bestimmen läßt.The capacitance C ' measurement in turn forms the first capacitance 10 of a voltage divider 12 in FIG. 3. The control and evaluation circuit determines the capacitance between the capacitor plate 3 and the medium 1 , as already described with reference to FIG. 2. The flowing through the line 2 amount of the medium 1 results from a partial filling of the line 1 , as shown in Fig. 3, from the Durchflußge speed V, multiplied by the cross section of the line 2 and the phase portion of the conductive medium 1 , which can be determined from the capacitance C meas .

Fig. 4 der Zeichnung zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine parasitäre Kapazität 15 des Buffers 14 der Steuer- und Aus­ werteschaltung die zweite Kapazität eines kapazitiven Spannungsteilers 12 bildet. Die parasitäre Kapazität 15 wird hierbei durch einen parasitären Kondensator zwi­ schen dem Eingang des Buffers 14 und dessen Versorgungsanschlüssen 16, 17 gebil­ det. Ansonsten stimmt die Funktionsweise des in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der des in den Fig. 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels überein. Fig. 4 of the drawing shows a second embodiment of a device according to the invention, in which a parasitic capacitance 15 of the buffer 14 of the control and evaluation circuit forms the second capacitance of a capacitive voltage divider 12 . The parasitic capacitance 15 is formed by a parasitic capacitor between the input of the buffer 14 and its supply connections 16 , 17 . Otherwise, the mode of operation of the second exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 4 corresponds to that of the first exemplary embodiment shown in FIGS . 2 and 3.

Wird die Wechselspannung, wie in der allgemeinen Beschreibung bereits erläutert, zwischen zwei Kondensatorplatten über ein Differenzsignal eingespeist, so wird die Testspannung in diesem Fall zwischen zwei Buffern abgenommen. Die Funktion stimmt ansonsten im wesentlichen mit der der in den Fig. 2 bis 4 beschriebenen Aus­ führungsbeispielen überein.If, as already explained in the general description, the AC voltage is fed in between two capacitor plates via a differential signal, the test voltage in this case is taken between two buffers. The function is otherwise essentially the same as that of the exemplary embodiments described in FIGS. 2 to 4.

Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenan­ teils eines leitfähigen Mediums 1 in einer Leitung 2 in Verbindung mit einem magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgerät, wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, ist zu beach­ ten, daß die von der Steuer- und Auswerteschaltung an die Kondensatorplatten ange­ legte Wechselspannung eine von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes B, fMeß, verschiedene Frequenz fTest aufweisen muß.When operating a device according to the invention for determining the phase portion of a conductive medium 1 in a line 2 in connection with a magnetic-inductive flow meter, as shown in FIGS . 2 to 4, it should be noted that the control and Evaluation circuit to the capacitor plates is placed AC voltage must have a frequency f test different from the frequency of the magnetic alternating field B, f measuring .

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Phasenanteils eines leitfähigen Mediums (1) in ei­ ner Leitung (2), insbesondere zum Einsatz in Verbindung mit einem magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßgerät, mit mindestens einer Kondensatorplatte (3), mit einer Isolationsschicht (8) zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Medium (1) und mit einer Steuer- und Auswerteschaltung, wobei die Steuer- und Auswerteschaltung die Kondensatorplatte (3) mit einer Wechselspannung beaufschlagt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteschaltung die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Medium (1) als Maß für den Phasenanteil bestimmt.1. Device for determining the phase portion of a conductive medium ( 1 ) in a line ( 2 ), in particular for use in conjunction with a magnetic-inductive flow meter, with at least one capacitor plate ( 3 ), with an insulation layer ( 8 ) between the Capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) and with a control and evaluation circuit, the control and evaluation circuit applying an alternating voltage to the capacitor plate ( 3 ), characterized in that the control and evaluation circuit has the capacitance between the capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) as a measure of the phase proportion. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Aus­ werteschaltung anhand der Kapazität zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Medium (1) eine Schwellwertentscheidung durchführt.2. Device according to claim 1, characterized in that the control and evaluation circuit based on the capacitance between the capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) carries out a threshold decision. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteschaltung die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Me­ dium (1) quantitativ auswertet.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control and evaluation circuit evaluates the capacitance between the capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) quantitatively. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung zwischen zwei Kondensatorplatten (3) anliegt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the AC voltage is present between two capacitor plates ( 3 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung zwischen jeweils einer Kondensatorplatte (3) und einem Bezugs­ potential (9) anliegt und das Medium (1) mit Hilfe eines Mittels zur Erdung mit dem Bezugspotential (9) verbunden ist.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the alternating voltage between a respective capacitor plate ( 3 ) and a reference potential ( 9 ) is present and the medium ( 1 ) with the aid of a means for grounding with the reference potential ( 9 ) connected is. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (1) über kapazitiv gekoppelte, vom Medium (1) isolierte Elektroden mit dem Bezugspotential (9) verbunden ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the medium ( 1 ) via capacitively coupled electrodes isolated from the medium ( 1 ) is connected to the reference potential ( 9 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel­ stromwiderstand der Kapazität zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Medium (1) in Verbindung mit der Frequenz der Wechselspannung höchstens in der Größen­ ordnung des ohmschen Widerstandes des Mediums (1) gegen das Bezugspotential (9) liegt.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the alternating current resistance of the capacitance between the capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) in connection with the frequency of the alternating voltage at most in the order of magnitude of the ohmic resistance of the medium ( 1 ) lies against the reference potential ( 9 ). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität zwischen der Kondensatorplatte (3) und dem Medium (1) eine erste Kapa­ zität (10) eines mindestens zwei Kapazitäten (10, 11) aufweisenden kapazitiven Spannungsteilers (12) bildet und die Steuer- und Auswerteschaltung das Meßsignal am Mittelabgriff (13) des kapazitiven Spannungsteilers (12) abgreift.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the capacitance between the capacitor plate ( 3 ) and the medium ( 1 ) a first capacitance ( 10 ) of at least two capacitances ( 10 , 11 ) having capacitive voltage divider ( 12th ) forms and the control and evaluation circuit taps the measurement signal at the center tap ( 13 ) of the capacitive voltage divider ( 12 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität (11) des kapazitiven Spannungsteilers (12) kleiner als die erste Kapazität (10) ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the second capacitance ( 11 ) of the capacitive voltage divider ( 12 ) is smaller than the first capacitance ( 10 ). 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine parasitä­ re Kapazität (15) der Steuer- und Auswerteschaltung die zweite Kapazität bildet.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that a parasitic capacitance ( 15 ) of the control and evaluation circuit forms the second capacitance.
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