DE202004002879U1 - Magnetic-inductive mass flow meter error compensation device for a full measurement pipe has a piezoelectric element for determining the thickness of a deposition layer so that an accurate flow cross section can be determined - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerkompensation und Überwachung magnetisch -induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr, wobei im Messrohr Elektroden angeordnet sind, die eine der Durchflussgeschwindigkeit proportionale Spannung abgreifen.The invention relates to a device for error compensation and monitoring magnetic-inductive flow meter with a measuring tube, whereby electrodes are arranged in the measuring tube which correspond to the flow rate tap proportional voltage.
Diese Messanordnungen zur Durchflussmessung sind allgemein bekannt.These measuring arrangements for flow measurement are generally known.
Mit magnetisch-induktiven Durchflussmessern
wird der Volumendurchfluss von elektrisch leitfähigen Messstoffen gemessen.
Ein elektrischer Leiter, das ist im Allgemeinen eine elektrisch
leitfähige
Flüssigkeit oder
Suspension (Messstoff, bewegt sich durch ein Magnetfeld. In dem
vom Magnetfeld durchflossenen Messstoffwird entsprechend dem Faradayschen
Prinzip eine Spannung e induziert, die direkt proportional von der mittleren
Fließgeschwindigkeit
v abhängt.
Die magnetische Induktion B (Stärke
des Magnetfeldes) und der Elektrodenabstand D (Rohrnennweite) werden
als konstant betrachtet.
B magnetische Induktion K Gerätekonstante v mittlere Fliessgeschwindigkeit des Messstoffes D Elektrodenabstand Der Elektrodenabstand D ist für magnetisch-induktive Durchflussmesser gleich dem Rohrdurchmesser.B magnetic induction K device constant v average flow velocity of the medium D electrode distance The electrode distance D is for magnetic-inductive flow meter equal to the pipe diameter.
Der Volumendurchfluss Q lässt sich
berechnen nach:
Aus Gleichung 1 folgt:
Damit ist:
Damit e = proportional Q ist, muss der gesamte Rohrquerschnitt vom Messstoff durchströmt sein.So that e = proportional Q, must the entire pipe cross section must be flowed through by the medium.
Die Befüllung des gesamten Messrohrquerschnittes ist daher eine grundlegende Vorraussetzung für das Funktionieren dieser Messgeräte mit minimalen Fehlern.The filling of the entire measuring tube cross section is therefore a basic requirement for this to work Measuring device with minimal errors.
Für teilbefüllte magnetisch-induktive Durchflussmesser (auch Freispiegelmessungen genannt) sind Lösungen bekannt.For partially filled magnetic-inductive flow meters (also free-level measurements are solutions known.
Dazu werden in die Rohrauskleidung berührungslose kapazitive Füllstandmesser integriert. Damit sollen Messungen bis hinunter zu 10% Teilbefüllung möglich sein.Do this in the pipe liner contactless capacitive level meter integrated. This should enable measurements down to 10% partial filling.
Bei dieser Fehlerkorrektur wird aber der Einfluss von Ablagerungen nicht mit berücksichtigt. Diese Ablagerungen können auch wie Sedimente verstanden werden, die den Messrohrquerschnitt unterhalb der Elektroden verringern.With this error correction, however the influence of deposits is not taken into account. These deposits can also how sediments are understood that cover the measuring tube cross section decrease below the electrodes.
Ablagerungen auf der Rohrsohle verfälschen durch Verkleinerung des Querschnitts das Messergebnis, während Ablagerungen auf den Messelektroden zu fehlerhafter Geschwindigkeitsmessung durch falsche Spannungsmessung führen können.Deposits on the pipe base falsify Reduction of the cross-section of the measurement result during deposits on the measuring electrodes to incorrect speed measurement incorrect voltage measurement can.
Die spezifische Dielektrizitätskonstante der Ablagerungen führt hier zu einer zusätzlichen Fehlmessung der Füllstandmessung und damit zu einer fehlerhaften Durchflusskorrektur.The specific dielectric constant of deposits here for an additional one Incorrect measurement of the level measurement and thus an incorrect flow correction.
Diese Ablagerungen im Messaufnehmer sind vorwiegend im Zulauf zur Kläranlage zu befürchten aber auch in feststobeladenen Zuläufen von Trinkwasseraufbereitungsanlagen.These deposits in the sensor are mainly in the inflow to the sewage treatment plant to fear but also in permanently loaded inlets of drinking water treatment plants.
Es sind auch magnetisch-induktive Messwertaufnehmer bekannt, die durch zusätzliche Elektrodenpaare im teilbefüllten Zustand messen können.They are also magnetic-inductive Known transducers, which by additional pairs of electrodes in partially filled Can measure condition.
Ein anderer Weg, die vollständige Befüllung des Messrohres zu gewährleisten, ist die Dükerung. Dabei wird der magnetisch-induktive Durchflussmesser tiefer als der Zu- und Ablauf der zu messenden Rohrleitung gelegt. Diese Einbauvariante des magnetischinduktiven Durchflussmessers birgt aber bei niedrigen Messstoffgeschwindigkeiten die Gefahr der Sedimentbildung.Another way, the full filling of the Measuring tube to ensure is the culvert. The electromagnetic flow meter becomes deeper than the inlet and outlet of the pipeline to be measured. This installation variant of the magnetic inductive flow meter hides at low Media speeds the risk of sediment formation.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mittels dem die vorstehend genannten Fehler eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers nicht nur erkannt, sondern auch korrigiert werden können ohne das zusätzliche Informationen über den Messstoff vorliegen müssen. Weiterhin ist keine zusätzliche Messvorrichtung an der Messleitung notwendig. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen magnetisch -induktiven Durchflussmesser aufzuzeigen, bei dem die vorstehend genannten Fehler bei der Querschnittberücksichtigung des Messrohres zur Volumendurchflussberechnung zuverlässig kompensiert werden können.The object of the invention is a Specify device by means of which the aforementioned errors of a magnetic-inductive flow meter not only recognized, but can also be corrected without the additional information about the medium must be available. Furthermore, there is no additional measuring device necessary on the measuring line. Another object of the invention is to show a magnetic-inductive flow meter in which the above-mentioned errors when considering the cross-section of the measuring tube for volume flow calculation reliably compensated can be.
Gegenstand der Erfindung ist ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser für voll befüllte Messrohre, wobei einThe invention relates to a Magnetic-inductive flow meter for fully filled measuring tubes, whereby one
- a) piezoelektrisches Element die Flüssigkeitshöhe senkrecht von oben nach unten ermittelt,a) piezoelectric element the liquid height perpendicular determined from top to bottom,
- b) dass piezoelektrische Element nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit steht,b) that piezoelectric element is not in contact with the liquid stands,
- c) dass piezoelektrische Element Teil einer Messstoffüberwachung ist,c) that the piezoelectric element is part of a medium monitoring is
- d) dass piezoelektrische Element ein leitfähiges Gehäuse besitzen kann und mit der Flüssigkeit in Kontakt steht.d) that piezoelectric element can have a conductive housing and with the liquid is in contact.
Die Messung des vom Messstoff durchströmten Querschnittes muss von oben erfolgen, da eine lose Ansammlung von Sedimenten, zum Beispiel Sandkörner, keine Messung der Messstoffhöhe von unten gestattet.The measurement of the cross-section through which the medium flows must be from above as there is a loose accumulation of sediment, for example grains of sand, no measurement of the medium height allowed from below.
Die Füllhöhenmessung erfolgt mit einem piezoelektrischen Element durch die Laufzeitmessung eines Ultraschallimpulses.The level measurement is done with a piezoelectric element by measuring the transit time of an ultrasonic pulse.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert einen mit Messstoff voll befüllten magnetischinduktiven Durchflussmesser, da sich die zur Füllhöhenmessung verwendeten Ultraschallwellen nicht durch Luft oder Gas fortpflanzen.The device according to the invention requires one Filled with medium Magnetic inductive flow meter, because it is used for level measurement Do not propagate the ultrasonic waves used by air or gas.
Das oberhalb der Elektroden angebrachte piezoelektrische Element ermittelt den Abstand von der Messrohrwand und der Oberfläche des im unteren Teil befindlichen Sedimentes.The one attached above the electrodes piezoelectric element determines the distance from the measuring tube wall and the surface of the sediment in the lower part.
Mit: r Messrohrradius ( r = ½ D ) h Füllhöhe des Sedimentes ( h = D – m )With: r measuring tube radius (r = ½ D) h Fill level of the sediment (h = D - m )
Aus der gemessenen Füllhöhe des Messstoffes m ergibt sich die durch das Sediment besetzte Querschnittsfläche A zu: The cross-sectional area A occupied by the sediment results from the measured fill level of the medium m:
Der wahre Volumendurchfluss Qw errechnet
sich danach zu:
Diese Berechnung gilt unter der Annahme, dass die Sedimente im Messrohr einen Kreisabschnitt bilden.This calculation is based on the assumption that the sediments form a circular section in the measuring tube.
Je nach Ausbildung der Querschnittsfläche kann die Berechnungsvorschrift variiert werden.Depending on the design of the cross-sectional area the calculation rule can be varied.
Zur Vereinfachung der Berechnung können natürlich auch normierte Korrekturfaktoren in einer Tabelle abgespeichert werden. Zur Korrektur des durchflossenen Querschnittes wird dann nur noch das Verhältnis von Rohrdurchmesser und ermitteltem Abstand zur Sedimentoberfläche gebildet und mit dem abgespeicherten Korrekturwert aus der Tabelle verrechnet.To simplify the calculation can Naturally standardized correction factors are also stored in a table become. Then, to correct the cross-section through which it flows only the ratio formed by the pipe diameter and the determined distance from the sediment surface and offset against the stored correction value from the table.
Die zur Füllhöhenmessung verwendeten piezoelektrischen Elemente ragen nicht in den Messstoff hinein. Je nach Ausgestaltung kann durch das äußere Messrohr oder durch das innere elektrisch isolierte Messrohr hindurch gemessen werden.The piezoelectric used for level measurement Elements do not protrude into the medium. Depending on the design can through the outer measuring tube or measured through the inner electrically insulated measuring tube become.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:The invention is with reference to the drawing below described. Show it:
Der für das strömende Messstoffmedium zur Verfügung stehende
Rohrquerschnitt ist um die Fläche eines
Kreisabschnittes kleiner. Zur Kompensation des Fehlers genügt es, die
Sedimenthöhe
Aus dem Füllstandmesswert wird die um die Fläche des Kreisabschnittes verringerte durchströmte Querschnittsfläche im Korrekturrechner ermittelt.The level measurement becomes the um the area of the circular section reduced flow cross-sectional area in the correction computer determined.
Die Berechnung kann direkt nach der
Funktion (
In der in
Die Montage des piezoelektrischen
Elementes
Die Füllhöhenmessung des Sedimentes
Sich ändernde Schallgeschwindigkeiten des Messstoffes können durch Plausibilitätsprüfung des Füllstandmesswertes überwacht oder zusätzlich kompensiert werden.Changing speeds of sound of the medium through plausibility check of the Level measured value monitored or additionally be compensated.
In der Mehrzahl der Anwendungsfälle ist der Messstoffbekannt und der Temperaturbereich der Anwendung bewegt sich in bekannten Grenzen.In the majority of use cases the medium is known and the temperature range of the application moves yourself within known limits.
Oberhalb der Elektroden
Weiterhin ist der Füllstandsensor
Aus dem Füllstandmesswert wird wie in
In der in
Die Durchführung der Füllhöhenmessung des Sedimentes
In weiteren hier nicht näher dargestellten Ausführungsformen kann die Durchführung der Messstoffüberwachung auch anders gestaltet sein.In others not shown here embodiments can carry out the medium monitoring also be designed differently.
Das erfindungsgemäßer Verfahren kann auch bei magnetisch-induktivem Durchflussmesser mit kapazitivem Signalabgriff erfolgen.The inventive method can also magnetic-inductive flow meter with capacitive signal tap respectively.
Eine weitere Ausführungsform kann die Laufzeitmessung so erweitert durchführen, dass nicht nur das erste Echo zur Füllhöhenbestimmung herangezogen wird, sondern die Anzahl weiterer Echos und die Signalamplitude der Echos zur Beurteilung des Sedimentes verwendet wird.Another embodiment can measure the transit time perform so expanded that not only the first echo is used to determine the fill level but the number of further echoes and the signal amplitude the echo is used to assess the sediment.
So werden dichte gut reflektierende Sedimente nicht nur mehr Echos, sondern auch höhere Echoamplituden bewirken. Gelartige Ablagerungen, zum Beispiel Verockerungen, haben weniger Echos und geringere Echoamplituden. Über eine Hüllkurvenbewertung können somit zusätzlich Informationen über das Sediment gewonnen werden.So dense, well reflective Sediments not only cause more echoes, but also higher echo amplitudes. Gel-like deposits, for example blockages, have less Echoes and lower echo amplitudes. With an envelope evaluation you can additionally information about the sediment can be extracted.
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WO2008000538A1 (en) * | 2006-06-26 | 2008-01-03 | Robert Bosch Gmbh | Measuring apparatus for measuring the flow rate of a combustion gas mixture, comprising a correction device |
CN103575344A (en) * | 2013-10-12 | 2014-02-12 | 苏州赛斯德工程设备有限公司 | Electromagnetic flowmeter capable of accurately measuring |
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- 2004-02-25 DE DE200420002879 patent/DE202004002879U1/en not_active Expired - Lifetime
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