DE202004002885U1

DE202004002885U1 - Magnetic induction flow rate sensor monitoring and error correction unit has piezoelectric element contacting measurement electrodes in tube wall

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Publication number: DE202004002885U1
Application number: DE200420002885
Authority: DE
Original assignee: JAEGER FRANK MICHAEL
Current assignee: JAEGER FRANK MICHAEL
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2014-02-26

Abstract

A magnetic induction flow rate sensor (2a,b) monitoring and error correction unit has a piezoelectric element (4) under the measurement electrodes (2a, b) in the tube (1) wall in contact with the fluid or in a conducting housing with the side facing the fluid excited by surface waves.

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.With magnetic-inductive flow meters the volume flow of electrically conductive media is measured. An electrical conductor is generally an electrical one conductive liquid or suspension (medium) moves through a magnetic field. In the medium through which the magnetic field flows is Faraday's principle induces a voltage e that is directly proportional from the average flow rate v depends. Magnetic induction B (strength of the magnetic field) and the electrode distance D (nominal pipe size) considered constant.

(1) e=K×B×v×D mit:(1) e = K × B × v × D With:

B magnetische Induktion K Gerätekonstante v mittlere Fliessgeschwindigkeit des Messstoffes D ElektrodenabstandB magnetic induction K device constant v average flow velocity of the medium D electrode distance

Der Elektrodenabständ D ist für magnetisch-induktive Durchflussmesser gleich dem Rohrdurchmesser.The electrode gap D is for magnetic-inductive Flow meter equal to the pipe diameter.

Der Volumendurchfluss Q lässt sich berechnen nach: (2) Q = v × D² × π/4 The volume flow Q can be calculated according to: (2) Q = v × D² × π / 4

Aus Gleichung 1 folgt: (3) v=e/K×B×D From equation 1 follows: (3) v = e / K × W × D

Damit ist: (4) Q = (e / K×B) × D × π/4 So that is: (4) Q = (e / K × B) × D × π / 4

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 for incorrect speed measurement due to incorrect Conduct 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 feststoffbeladenen Zuläufen von Trinkwasseraufbereitungsanlagen.These deposits are in the sensor predominantly in the inflow to the sewage treatment plant to fear but also in solids-laden 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 to completely fill the Measuring tube to ensure is the culvert. there the electromagnetic flow meter becomes deeper than the and drain 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 mit der vorstehend genannter Fehler eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers nicht nur erkannt wird. Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern in Durchflussmesssignalen von magnetisch-induktiven Durchflussmessern , die Messrohre aus einem gegenüberliegenden Elektrodenpaar besitzen und das Messrohr bis oben voll mit Messstoff gefüllt ist, wobeiThe object of the invention is a Specify device with the above error one magnetic-inductive flow meter is not only recognized. The invention relates to a device for detecting Errors in flow measurement signals from electromagnetic flowmeters , the measuring tubes from an opposite Have a pair of electrodes and the measuring tube is full of medium up to the top filled is where

a) a piezoelectric built in below the measuring electrodes Element facing liquid Has its surface with surface waves is excited
b) the piezoelectric element is part of a medium monitoring is
c) the piezoelectric element has a conductive housing and with the liquid is in contact.

Oberflächenwellen auf Festkörpern sind besonders gut an der Phasengrenze Feststoff Gas anreg- und nachweisbar.Surface waves are on solids Particularly well stimulable and detectable at the solid gas phase boundary.

Mit einem piezoelektrischen Element kann daher festgestellt werden, ob eine Oberfläche belegt ist oder nicht. Herkömmliche Wandausschwingverfahren lassen sich nicht für den Zweck der Überwachung der Sedimentbildung verwenden.With a piezoelectric element it can therefore be determined whether a surface is occupied or not. conventional Wall swinging methods cannot be used for monitoring purposes use sediment formation.

Überraschenderweise wurde der Effekt festgestellt, das es zusätzlich zu einer Bedämpfung der Oberflächenwellen kommt, wenn bei befülltem Messrohr eine Sedimentablagerung erfolgt.Surprisingly the effect was found that it was in addition to an attenuation of surface waves comes when filled Measuring tube sediment is deposited.

Der dabei auftretend Messeffekt ist außer Erwartung so groß, das sogar eine halbquantitative Aussage über eine Sedimenthöhe getroffen werden kann.The measuring effect that occurs is except Expectation so great that even made a semi-quantitative statement about a sediment height can be.

Der Sedimentnachweis wird mit einer Torschaltung durchgeführt, die das Vorhandensein von Oberflächenwellen prüft.The sediment detection is done with a gate circuit carried out, which checks for the presence of surface waves.

Eine halbquantitative Sedimenthöhenermittlung erfolgt mit einem piezoelektrischen Element in dem die Messtorlänge entsprechend variiert wird.A semi-quantitative sediment height determination takes place with a piezoelectric element in which the measuring gate length accordingly is varied.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet bei einen von Messstoff entleerten magnetischinduktiven Durchflussmesser mit größerem Messeffekt. Hier lassen sich auch dünne Beläge nachweisen. Höhere Sedimentschichten, die den Messrohrquerschnitt einengen, können auch bei mit Messstoff befülltem Messrohr nachgewiesen werden.The device according to the invention works with a magnetic inductive flow meter emptied of the medium with greater measurement effect. Here can also be thin coverings prove. higher Sediment layers that narrow the cross-section of the measuring tube can also when filled with medium Measuring tube can be detected.

Die zur Füllhöhenmessung verwendeten piezoelektrischen Elemente ragen nicht in den Messstoff hinein. Die zum Messstoff hingewande Seite schließt mit der Messrohrwand bündig ab. Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung nachfolgend näher beschrieben.The piezoelectric used for level measurement Elements do not protrude into the medium. The one for the medium side closes with the measuring tube wall flush from. The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

1: die magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung mit Sedimenterkennung im Querschnitt. 1 : cross section of the magnetic-inductive flow measuring device with sediment detection.

1 zeigt einen Querschnitt einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung mit den Spulen 3a und 3b sowie den Elektroden 2a und 2b im Querschnitt. Unterhalb der Elektroden 2a und 2b ist das piezoelektrische Element 4 angeordnet. Dieses ist über eine elektronische Anrege-und Auswerteschaltung 9 mit der Durchflussmesserelektronik 7 verbunden, die das Durchflussmesssignal 8 ausgibt. Im Messrohr 1, das mit hier nicht weiter dargestellten Flanschen in ein Rohrsystem angeordnet ist, wird der Rohrquerschnitt durch eine Sedimentschicht 6 verringert. 1 shows a cross section of a magnetic-inductive flow measuring device with the coils 3a and 3b as well as the electrodes 2a and 2 B in cross section. Below the electrodes 2a and 2 B is the piezoelectric element 4 arranged. This is via an electronic excitation and evaluation circuit 9 with the flow meter electronics 7 connected to the flow measurement signal 8th outputs. In the measuring tube 1 , which is arranged in a pipe system with flanges not shown here, the pipe cross-section is formed by a sediment layer 6 reduced.

Der für das strömende Messstoffmedium zur Verfügung stehende Rohrquerschnitt ist um eine bestimmte Fläche, zum Beispiel die eines Kreisabschnittes kleiner.The one available for the flowing medium Pipe cross-section is around a certain area, for example that of one Circular section smaller.

Mehrere piezoelektrische Elemente 4 können auch in unterschiedlicher Höhe unterhalb der Elektroden 2a und 2b angeordnet werden. Damit ist eine quasikontinuierliche Fehlerkompensation möglich. Die Flächen der Kreisabschnitte werden durch die Einbauhöhen der piezoelektrischen Elemente 4 festgelegt.Multiple piezoelectric elements 4 can also be at different heights below the electrodes 2a and 2 B to be ordered. Quasi-continuous error compensation is thus possible. The areas of the circular sections are determined by the installation heights of the piezoelectric elements 4 established.

Zum Erkennen des Fehlers genügt es, für eine bestimmte Sedimenthöhe 6 über die Anrege-und Auswerteschaltung 9 ein Fehlersignal an die Durchflussmesserelektronik 7 zu senden Die Erkennung des Sedimentes 6 kann natürlich parallel zur Durchflussmessung durchgeführt werden.To detect the error, it is sufficient for a certain sediment height 6 via the excitation and evaluation circuit 9 an error signal to the flow meter electronics 7 to send Detection of sediment 6 can of course be carried out parallel to the flow measurement.

In weiteren hier nicht näher dargestellten Ausführungsformen kann die Durchführung der Sedimentüberwachung auch als Teil einer Messstoffüberwachung gestaltet sein.In further embodiments not shown here can carry out the sediment monitoring also as part of a medium monitoring be designed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit kapazitiven Signalabgriff angewendet werden.The device according to the invention can also be used magnetic-inductive flow meter with capacitive signal tap be applied.

Claims

Device for monitoring magnetic-inductive flow meters for deposits, characterized in that a piezoelectric element is arranged below the measuring electrodes in the tube wall and is in contact with the liquid.

Device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element has a side facing the liquid has its surface with surface waves is excited.

Device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element is part of a medium monitoring is.

Device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element has a conductive housing and with the liquid is in contact.