DE3810034A1 - Magnetinduktiver durchflussmengenmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetinduktiven Durchflußmengen­ messer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiger magnetinduktiver Durchflußmengenmesser ist bekannt.

Es ist Zweck der Erfindung, die bekannten Einrichtungen zur magnetinduktiven Durchflußmengenmessung so zu verbessern, daß diese vielseitiger einsetzbar sind.

Bei den magnetinduktiven Durchflußmengenmessern nach der Erfindung, entsteht an den Elektroden unter dem Einfluß des transversalen Magnetfeldes nach dem dynamoelektrischen Prinzip eine Spannung, welche der Induktion des Magnetfeldes und der Geschwindigkeit des durchfließenden Fluidums proportional ist.

An die Elektroden des Meßrohres ist ein Differenzverstärker angeschaltet, welcher die gemessene induzierte Spannung entsprechend aufpegelt und einem nachgeordneten Integrator zuleitet. An diesem werden die Spannungswerte durch einen Abzählvorgang ermittelt und in ein digitales Signal umge­ wandelt, das einem nachgeordneten elektronischen Steuerwerk, insbesondere einem Mikrocomputer zugeführt wird. Die erhaltenen digitalen Daten werden durch den Mikrocomputer abgearbeitet und als Durchflußmengenwerte der Anzeigevorrich­ tung übermittelt.

Bei diesem Meßvorgang wird das Magnetfeld, das der Erzeugung der dynamoelektrischen Spannungssignale an den Elektroden dient, in seiner Richtung fortlaufend gewechselt, um Drift- oder Störspannungen sowie Polarisationseinflüsse zu kompensieren bzw. zu eliminieren.

Der Meßvorgang als solcher wird am magnetinduktiven Durch­ flußmengenmesser in Form von mehreren Einzelphasen eines Gesamtzyklus abgewickelt. So können z.B. mehrere Durchfluß­ meßzyklen vorgesehen sein, deren Ergebnis durch das Steuerwerk für die Anzeige gemittelt wird. Den Durchflußmeßphasen des Meßzyklus schließen sich weitere Phasen an, welche z.B. der Korrektur, der Berechnung etc. dienen können. Die Abarbei­ tung der einzelnen Meßphasen eines Meßzyklus erfolgt stets durch das vorzugsweise als Mikrocomputer ausgebildete Steuerwerk, welches dem magnetinduktiven Durchflußmengenmesser zugeordnet ist.

Durch die bekannten Geräte wird unter normalen Bedingungen ein zufriedenstellender Betrieb erreicht. Bei Grenzbedingungen hingegen werden oft unzuverlässige, ja widersprüchliche Angaben erzielt.

Eine solche Grenzbedingung bei magnetinduktiven Durchfluß­ mengenmessern besteht z.B. in dem Zustand "Meßrohr-leer" oder "Leer-Rohr".

Dieser Zustand, bei welchem das Meßrohr und damit auch die Elektrodenstrecke ohne die zu erfassende Flüssigkeit sind, kann z.B. ungewollt im erfaßten Rohrsystem durch einen falsch geschlossenen Schieber, durch einen Rohrbruch im vorgeordneten Rohrsystem oder durch einen Rohrbruch im nachgeordneten Rohr­ netz bei kleinen Zulaufmengen entstehen. Es besteht die Not­ wendigkeit, daß derartige nachteilige Grenzbedingungen bzw. Anormalitäten im Rohrsystem zur Meldung bzw. Signalisierung gebracht werden, so daß durch das Überwachungs- und Sicherheits­ personal möglichst umgehend eingegriffen werden kann.

Im Zustand "Leer-Rohr", bei welchem also kein Durchfluß durch das Meßrohr erfolgt, dieses also offen und ohne Fluidum ist, liegt ein restlicher Flüssigkeitsfilm an der Innenwand des Meßrohres und an den Elektroden an und simuliert unter Umständen durch Stör- und Driftspannungen o.dgl. einen Durchfluß, der dann von dem Meßgerät fälschlicherweise ange­ zeigt wird. Dies kann insbesondere bei hochauflösenden Anzeigesystemen des Durchflußmengenmessers zu beträchtlichen Fehlindikationen des Durchlaufes führen.

Eine andere Grenzbedingung besteht in einem sogenannten "Überlauf", d.h. in einem zu starken Durchfluß durch das Meßrohr des Durchflußmengenmessers. Eine solche Grenzsituation kann auch hier durch einen im nachgeordneten Rohrnetz aufge­ tretenen Rohrbruch oder durch einen unzulässigerweise geöffneten Schieber etc. zustande kommen.

Auch bei Eintreten dieses Grenzfalles besteht ein Interesse an dessen Signalisierung, so daß ein Eingriff von außen in das Rohrnetz zur Behebung der Betriebsanormalie möglich wird.

Bei Eintreten der ein oder anderen der beschriebenen Grenz­ bedingungen ist es unter Umständen auch wünschenswert, die Anzeige der erfaßten Durchflußmenge nicht weiter fortzuführen, sondern zu blockieren, um insbesondere in dem Zustand "Leer- Rohr" eine täuschende und fehlerhafte Anzeige zu unterbinden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den bekannten magnetinduktiven Durchflußmengenmesser derart weiterzubilden, daß eine Berücksichtigung der beschriebenen Grenzbedingungen möglich wird.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird in den Maßnahmen gemäß der Merkmalfolge des Kennzeichens von Anspruch 1 gesehen.

Eine Anzahl von Ausgestaltungs- und Verwirklichungsformen der Erfindung sind in den Merkmalen der dem Anspruch 1 nachge­ ordneten Unteransprüchen erfaßt bzw. enthalten.

Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen aufzuweisen. So kann das vorhandene Elektrodensystem des magnetinduktiven Durchflußmengenmessers bzw. die zugeordnete Elektronikschal­ tung auch zur Detektion auf "Leer-Rohr" und "Überlauf" durch das Meßsystem Verwendung finden.

Hierdurch verringert sich der Aufwand ganz erheblich und es wird eine preisgünstige Ausführungsform des Durchflußmengen­ messers nach der Erfindung möglich.

Weitere Vorteile bestehen darin, daß ebenso wie die Durch­ flußmengenmessung auch die Detektion auf "Leer-Rohr" und "Überlauf" stromsparend durchgeführt werden können und daß dadurch ein Betrieb durch galvanische Stromquellen, so Trockenbatterien und Klein-Akkumulatoren, möglich ist.

Die Erfindung ist an Hand der beigegebenen Zeichnungen in Form eines Ausführungsbeispieles dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert:

Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtschaltung des magnetinduktiven Durchflußmengenmessers nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Detail der Schaltungsanordnung des Durchfluß­ mengenmessers nach der Erfindung;

Fig. 3 die schematische graphische Darstellung eines Meß­ zyklus des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung;

Fig. 4 die schematische graphische Darstellung eines Details des Meßzyklus des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung;

Fig. 5 ein Entscheidungsdiagramm der Schaltungsanordnung des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Meßrohr 1 im Querschnitt dargestellt, das von dem seinem Durchfluß nach zu erfassenden Fluidum 2 durchströmt ist. Beidseitig an der Innenwand des Meßrohres sind - einander gegenüberliegend - die beiden Elektroden E ₁, E ₂ angeordnet, so daß diese mit dem Fluidum 2 in direkter galvani­ scher Berührung stehen. Die Anschlüsse 3 und 4 der Elektroden E ₁, E ₂ sind in geeigneter Weise durch die Wandung 1 a des Meßrohres 1 hindurchgeführt und außen dem elektrischen Anschluß zugänglich. Die Anschlüsse 3 und 4 sind über Zuleitungen 5 und 6 mit den Eingängen 8 a, 8 b eines Differenzverstärkers 8 verbunden.

Andererseits sind mit den Elektroden E ₁, E ₂ Kondensatoren C _R1, C _R2 in Reihe geschaltet, die mit ihren anderen Anschlüssen mit Zuleitungen 10, 11 verbunden sind. Diese Zuleitungen 10, 11 führen an die Eingänge 12 a, 12 b eines Polumschalters 12, der dazu dient, aus einer anliegenden Gleichspannung geringen Potentiales eine geringe Wechselspannung zu erzeugen, welche in bestimmten Betriebsphasen des Durchflußmengenmessers über die Kondensatoren C _R1, C _R2 an den Elektroden E ₁, E ₂ anliegt.

Transversal zu der Verbindungslinie der Elektroden E ₁, E ₂ sind nun außen am Meßrohr 1 - einander gegenüberliegend - Magnetspulen MS 1 und MS 2 vorgesehen, welche durch eine Zuleitung 13 miteinander verbunden und durch Zuleitungen 14, 16 an die Eingänge 15a, 15 b eines weiteren Polumschalters 15 geführt sind.

Dem Differenzverstärker 8 ist über die Zuleitung 17 ein Integrator 18 nachgeordnet. Durch den Differenzverstärker 8 wird die an den Elektroden E ₁, E ₂ auf Grund des transversalen Magnetfeldes nach dem dynamoelektrischen Prinzip erzeugte schwache Gleichspannung aufgepegelt und über die Zuleitung 8 a an den Eingang 18 a des Integrators 18 übertragen. In diesem erfolgt eine Auswertung und Umwandlung der verstärkten Spannung, so wie dies zu Fig. 4 im einzelnen noch beschrieben wird.

Zur zentralen Steuerung und zur Abarbeitung der einzelnen Funktionsphasen eines Meßzyklus bei der Durchflußmengenmessung, ist nun ein Mikrocomputer 20 vorgesehen, welcher über Zulei­ tungen 21, 22 mit Eingängen 12 c und 15 c der Polumschal­ ter 12 und 15 verbunden ist. Ebenso ist der Mikrocomputer 20 mit dem Integrator 18 über eine Zuleitung 23 verbunden, welche auch als eine Bus ausgebildet sein kann. Schließlich ist dem Mikrocomputer 20 über eine Zuleitung 24 eine Anzeige 25 nachge­ ordnet, an welcher der momentane und/oder der zeitlich integrierte Durchfluß des Fluidums 2 im Meßrohr 1 auf einem Anzeigefeld 26 dargestellt werden kann.

Die einzelnen Zuleitungen zwischen den Baugruppen 8, 12, 15, 18, 20 und 25 können jeweils eine oder mehrere Adern umfassen.

Während der Durchflußmengenmessung werden die Magnetspulen MS 1, MS 2 über den Polumschalter 15 intermittierend mit wechselnder Polarität an eine Gleichspannungsquelle, z.B. eine Trocken­ batterie oder an einem kleinen Akkumulator angeschaltet, um das transversale Magnetfeld aufzubauen, das zur Erzeugung einer Meßspannung bei der magnetinduktiven Messung an den Elektroden E ₁, E ₂ notwendig ist. Hierzu wird zweckmäßig eine Brückenschal­ tung von vier Transistoren oder 4 Thyristoren verwendet, deren Eingänge durch den Mikrocomputer 20 paarweise steuerbar sind.

In die Diagonale der Brückenschaltung sind die zweckmäßig in Reihe liegenden Magnetspulen MS 1, MS 2 geschaltet. Durch wechselweise Ansteuerung von jeweils zwei der vier Transistoren oder Thyristoren, wird so in den Magnetspulen MS 1, MS 2 eine in ihrer Richtung wechselnde Durchflutung erzeugt, welche im zugeordneten, nicht dargestellten Magnetjoch, welches das Meßrohr 1 umgibt, den Aufbau eines Magnetflusses entsprechende Richtung zur Folge hat, der transversal zu der gedachten Ver­ bindungslinie der beiden Elektroden E ₁, E ₂ verläuft.

Der Wechsel in der Richtung des Magnetfeldes der Spulen MS 1, MS 2 verhindert die Entstehung von Polarisationseffekten und von mit diesen verbundenen Drifterscheinungen der an den Elektroden E ₁, E ₂ abnehmbaren Meßspannung. Nur so ist eine zuverlässige magnetinduktive Durchflußmessung im Meßrohr 1 durchführbar.

Die schaltungstechnische Ausbildung des Polumschalters 15 für die wechselnde Bestromung der Magnetspulen MS 1, MS 2 ist als solche bekannt. Aus diesem Grunde wurde auf eine figürliche Darstellung verzichtet. Über den Polumschalter 15 ist auch eine Abschaltung der Magnetspulen MS 1, MS 2 dann möglich, wenn eine Durchflutung in diesen und ein Magnetfeld transversal zu den Elektroden E ₁, E ₂, z.B. in bestimmten Funktionsphasen, welche noch näher erläutert werden sollen, nicht erwünscht ist. Dies geschieht dadurch, daß keiner der vier Transistoren oder Thyristoren durch den Mikrocomputer 20 angesteuert wird. Eine Bestromung der Magnetspulen MS 1, MS 2 unterbleibt dann. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind ferner noch zwei elektrische Indikatoren 30, 32 vorgesehen, die z.B. Leuchtdioden oder LCD-Elemente sein können und dazu dienen, gewisse und nachstehend im einzelnen noch zu beschreibende extreme Betriebsbedingungen, nämlich "Leer-Rohr" und "Überlauf" anzuzeigen bzw. zu signalisieren. Diese Indikatoren 30, 32 werden über den Mikrocomputer 20 nach Erkennen des Vorliegens der betreffenden extremen Betriebsbedingung durch diesen eingeschaltet. Sie sind über Zuleitungen 27, 28 mit dem Mikrocomputer 20 verbunden. Die Indikatoren 30, 32 können mit in das Anzeigefeld 26 der Anzeige 25 einbezogen sein. Eine dieser Grenzbedingungen des Meßbetriebes kann z.B. darin bestehen, daß durch einen dem Durchflußmengenmesser im Rohr­ netz an einer vorgelagerten Stelle aufgetretenen Rohrbruch oder durch eine versehentliche Betätigung eines im Rohrnetz vorgelagerten Schiebers das Meßrohr 1 zusammen mit dem übrigen benachbarten Rohrsystem leerläuft. In diesem Falle verbleibt an der Innenwand des Meßrohres ein dünner Flüssig­ keitsfilm, der auch die Elektroden E ₁, E ₂ mit umfaßt, aufrechterhalten, der wechselnde Abmessungen aufweist. Hierbei wird durch Polarisationseffekte und andere elektro­ lytische Einflüsse an den Elektroden E ₁, E ₂ eine Meßspannung erzeugt bzw. aufrechterhalten, die trotz praktisch leerem Meßrohr 1 einen weiteren Durchfluß simuliert, der von der Schaltungsanordnung erfaßt, verarbeitet und dann auf die Anzeige 25 übertragen wird.

Außerdem kann es vorkommen, daß der vorgelagerte Rohrbruch oder die falsche Bedienung von Steuermittel, so eines Schiebers, - vor allem nachts - erst nach längerer Zeit erkannt wird, so daß nur sehr verzögert Abhilfe geschaffen werden kann und zwischenzeitlich erhebliche Schäden durch ausgelaufene Flüssigkeitsmengen bzw. durch nicht versorgte Anlagenkomplexe - z.B. in der chemischen Industrie - entstehen können!

Gemäß der Erfindung ist nun eine derartige Ausgestaltung eines magnetinduktiven Durchflußmengenmessers vorgesehen, daß die Grenzbedingung "Leer-Rohr" erkannt, gemeldet bzw. signalisiert und ggf. die Fortstellung der Anzeige 25 für die Zeitdauer dieser Betriebsbedingung unterbrochen wird. Dadurch könnten Umgebungsschäden - durch die extreme Betriebsbedingung verursacht - begrenzt und Fehlanzeigen des Durchflusses auf der Anzeige 25 vermieden werden.

Hierzu ist - wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht - eine Reihenschaltung aus den als Kondensatoren C _R1, C _R2 ausgebildeten Impedanzen und der Elektroden E ₁, E ₂ vorgesehen. Es konnte festgestellt werden, daß eine erhebliche Änderung der zwischen den Elektroden E ₁, E ₂ meßbaren Kapazität Cw zwischen den Zuständen "Flüssigkeit vorhanden" und "Flüssigkeit nicht vorhanden" zu verzeichnen ist. So konnte im Versuch eine Kapazitätsänderung der Kapazität Cw um den Faktor 50! ermittelt werden (leer 40 pF, voll 2000 pF). Dieser hohe Unterschied der Elektrodenkapazität Cw zwischen den Elektro­ den E ₁, E ₂ ist durch die hohe Dielektrizitätskonstante von Wasser, welche den Wert 81 aufweist, bedingt.

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, an die Reihenschal­ tung C _R1, E ₁, E ₂, C _R2 einen Wechselspannungsimpulsgeber 12, S 1- S 4 anzuschalten, der diese Kette mit Wechselspannungs­ impulsen beschickt, um dann die an der Kapazität Cw der Elektroden E ₁, E ₂ abfallende Wechselspannung messen zu können. Die Reihenschaltung der Elemente C _R1, E ₁, E ₂, C _R2 dient also sozusagen als Spannungsteiler zur Ermittlung der jeweiligen kapazitiven Spannung an den Elektroden E ₁, E ₂.

Auf Grund des hohen Kapazitätsunterschiedes ist ein deutlicher Sprung der Elektrodenspannung zwischen den Zuständen "leer" und "voll" festzustellen, welcher dann problemlos durch die nachfolgende Schaltungsanordnung erfaßt und verarbeitet werden kann.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, die Reihenschaltung der Elemente C _R1, E ₁, E ₂, C _R2 als Brückendiagonale einer aus vier Schaltern S ₁, S ₂, S ₃, S ₄ gebildeten Brücke gemäß der Prinzipskizze nach Fig. 2 zu schalten. Die Schalter S ₁-S ₄ können Transistoren sein, deren Eingänge wechselweise nach Paaren beschaltet sind, so daß ein Polwechsel an der Reihenschaltung bei einem jeden Betätigungstakt eintritt, d.h. an den Elektroden E ₁, E ₂ eine der Kapazität Cw proportionale Wechselspannung mit der Frequenz der Taktung der Schalter S ₁-S ₄ abfällt. Diese Taktung erfolgt zweckmäßig durch den die zeitliche Steuerung der Funktionsabläufe vornehmenden Mikrocomputer 20. Die Brückenschaltung der Schalter S ₁-S ₄ entspricht der Polwechsel­ schaltung 12 der Fig. 1.

Für einen jeden Meßvorgang der Leer-Rohrerkennung LRE wird von dem Polumschalter 12 (Schalter S ₁-S ₄) zweckmäßig ein einziger Wechselspannungsimpuls, d.h. zwei aufeinanderfolgende Spannungsimpulse wechselnder Richtung, an die Reihenschaltung C _R1, E ₁, E ₂, C _R2 verabfolgt.

In der Fig. 2 sind die Kapazitäten Cw und ein Widerstand Rw strichliert angedeutet. Der Widerstand Rw entspricht dem ohmschen Widerstand des Flüssigkeitsfilmes zwischen den Elektroden E ₁, E ₂ während des Zustandes "Leer-Rohr".

Der Elektrodenwiderstand Rw ist jedoch für den Wert des an den Elektroden E ₁, E ₂ während des Wechselspannungsimpulses abfallenden Spannung von nur geringer Bedeutung, maßgeblich für den Wert der Spannung an E ₁, E ₂ ist im wesentlichen die Kapazität Cw.

Die Taktung der Polwechselschaltung 12 erfolgt in Pausen der Durchflußmengenmessung, um eine Überlagerung der einzelnen Meßvorgänge zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind während des Meßvorganges zur Leer-Rohrerkennung auch die Magnetspulen MS 1, MS 2 abgeschaltet. Diese Abschaltung erfolgt durch Nichtbetäti­ gung der Polwechselschaltung 15 durch den Mikrocomputer 20, wodurch sämtliche vier Brückenglieder unbeeinflußt, d.h. getrennt bleiben. In ähnlicher Weise wird die Polwechselschaltung 12 durch Nichtbetätigung aller Schalter S ₁-S ₄ durch den Mikrocomputer 20 unwirksam gemacht. In diesem Falle bleibt die Bestromung der Spannungsteilerschaltung C _R1, E ₁, E ₂, C _R2 durch polwechselnden Gleichstrom unterbunden.

Das Meßverfahren an dem Durchflußmengenmesser nach der Erfindung erfolgt durch nacheinander durchgeführte und sich wiederholende Meßzyklen. Ein jeder der Meßzyklen besteht z.B. aus drei Einzelphasen zur Durchflußmengenmessung D ₀, D ₁, D ₂ deren Ergebnisse bei der Auswertung eine Mittelung erfahren, sowie aus einer Leer-Rohrerkennungsphase LRE. Diesen Phasen schließt sich am Schluß des Meßzyklus noch eine Berechnungs­ phase B an. Diese Einzelheiten sind aus der Fig. 3 entnehmbar.

Findet der Durchflußmengenmesser nach der Erfindung Anwendung als Wärmemengenmesser, so ist der Berechnungsphase B des Meßzyklus noch eine Temperaturerfassungsphase T vorgeordnet, welche aber in der Darstellung nach Fig. 3 nicht wiedergegeben ist.

Die Messung und Auswertung der an den Elektroden E ₁, E ₂ bzw. der Kapazität Cw abfallenden Wechselspannung erfolgt in analoger Weise wie bei der Erfassung der durchflußproportionalen Spannung. Auch hier wird die Spannung durch den Differenzver­ stärker 8 aufgepegelt und dem Integrator 18 zugeleitet, der den Spannungswert durch Abzählen digitalisiert und zur Auswertung an den Mikrocomputer 20 weiterführt. Dort wird der an den Elektroden E ₁, E ₂ gemessene Spannungswert mit einem Speicher­ wert verglichen und bei starker Unterschreitung ein Signal wenigstens an dem Indikator 30 gesetzt. Zweckmäßig erfolgt jedoch auch eine Signalisierung nach außen, z.B. an eine Wächterzentrale.

Gleichzeitig wird die weitere Fortstellung der Anzeige unterbunden.

Aus der bereits vorstehend behandelten Fig. 3 ist die Struktur eines Meßzyklus entnehmbar. Es ist ersichtlich, daß drei Durchflußmengenmeßphasen D ₀, D ₁, D ₂ vorgesehen sind, welche nacheinander - eine jede mit einer Dauer von ca. 0,5 sec. - abgewickelt werden.

An die drei Meßphasen D ₀, D ₁, D ₂ schließt sich nun eine weitere Meßphase LRE an, welche für die Leer-Rohrerkennung vorgesehen ist und während welcher die Leer-Rohr-Detektion durchgeführt wird und welche ebenfalls etwa 0,5 sec. andauert.

In der dann folgenden Berechnungsphase B werden die notwendigen Berechnungen, so Mittelungen, Multiplikationen etc. durch den Mikrocomputer 20 durchgeführt. Ein Meßzyklus dauert ca. 2,5 sec. und wird fortlaufend wiederholt.

Der Zustand Meßrohr 1 "leer" ist galvanisch betrachtet völlig instabil, d.h. es kann dadurch in diesem Zustand auch zu einer Übersteuerung des Differenzverstärkers 8 kommen, z.B. durch eine im Leerzustand auftretende Drift- oder Polarisations­ spannung bzw. ähnliches. Der Zustand der Übersteuerung des Differenzverstärkers 8 auf "Anschlag" ist nun ebenfalls in Verbindung mit einem anderen phasenspezifischen Merkmal als Kriterium für den Zustand "Meßrohr 1 leer" zu werten.

Dieses phasenspezifische Merkmal kann nun in der Meßphase LRE des Meßzyklus an sich bestehen und durch den Mikro­ computer 20 gekennzeichnet sein oder aber in einem damit einhergehenden Merkmal bestehen, so z.B. der Abschaltung der Magnetspulen MS 1, MS 2 während der Meßphase LRE.

Die aufgetretene Übersteuerung des Differenzverstärkers 8 wird vom Integrator 18 erkannt, dadurch nämlich, daß die Zeit­ dauer einer Abintegration einen bestimmten zeitlichen Wert - z.B. 50 msec. - überschreitet. Auf Grund von gleichzeitig beim Mikrocomputer 20 vorliegenden phasenspezifischen Merkmalen, kann letzterer auch dahingehend eine klare Entscheidung darüber treffen, ob die Übersteuerung durch "Meßrohr 1 leer" oder "Meßrohr 1 Überlauf" bedingt ist.

Phasenspezifisch für die Meßphase LRE, d.h. Leer-Rohrerkennung ist nun auch, daß auf Grund der während dieser Meßphase abge­ schalteten Magnetspulen MS 1, MS 2 an den Elektroden E ₁, E ₂ nur eine monopolare Spannung auftreten kann. Dieses Merkmal kann der Mikrocomputer 20 ebenfalls erkennen und als Kennzeichen für die gerade laufende Meßphase "Leer-Rohrdetektion" deuten, wenn eine Übersteuerung, d.h. "Verstärker am Anschlag" vorliegt.

In Fig. 4 ist der Verlauf der Spannung am Integrator 18 während einer Meßphase der Durchflußmessung dargestellt. Es ist erkennbar, daß der Meßvorgang jeweils zwei Auf- und zwei Abintegrationen umfaßt, welche jedoch jeweils von entgegen­ gesetzter polarer Richtung sind.

Die Höhe der Impulse ergibt sich aus dem Wert der gemessenen und aufintegrierten Spannung an den Elektroden E ₁, E ₂ nach entsprechender Verstärkung durch den Differenzverstärker 8. Die Höhe dieser Impulse bestimmt auch die Zeitdauer der jeweiligen Abintegration zur Digitalisierung des Meßwertes und zur Überprüfung auf Grenzwertbedingungen durch den Mikrocomputer 20.

Der Integrator 18, der zweckmäßig nach dem Dual-Slow-Verfahren arbeitet, dient als Analog/Digitalwandler und setzt das vom Differenzverstärker 8 ermittelte analoge Meßsignal in einen entsprechenden digitalen Wert um, der vom Mikrocomputer 20 weiterverarbeitet wird.

Eine weitere Grenzbedingung liegt beim sogenannten "Überlauf" vor. Dieser Betriebszustand kann ja dadurch entstehen, daß ein Rohrbruch entsteht oder ein Freischieber versehentlich geöffnet wird, so daß bei verringertem Druckgefälle große Mengen Flüssigkeit an einer unzulässigen Stelle ausfließen können.

Durch den gesteigerten Durchfluß steigt nun die an den Elektroden E ₁, E ₂ auftretende Meßspannung der Durchflußmessung, so daß der Differenzverstärker 8 in die Übersteuerung bzw. "auf Anschlag" geführt wird. Zunächst durch dieses Merkmal wird das Vorliegen einer Grenzbedingung durch den Mikrocomputer 20 erkannt.

Als ergänzendes Merkmal für den Zustand "Überlauf" dient das Auftreten der alternierenden induktiven Spannung an den Elektroden E ₁, E ₂ auf Grund der Polumschaltung der Magnet­ spulen MS 1, MS 2 während einer jeden der Durchflußmeßphasen D ₀, D ₁, D ₂ eines Meßzyklus. Dieses Merkmal wird vom Integrator 18 und dem Mikrocomputer 20 erkannt und entsprechend erfaßt. Die festgestellte Grenzbedingung "Überlauf" wird dann an dem Integrator 32 angezeigt, welcher ebenfalls als Leuchtdiode oder LCD-Element ausgebildet sein kann. Eine Signalgabe nach außen ist darüber hinaus notwendig.

Gemäß einer zweckmäßigen und besonders wirtschaftlichen Aus­ führungsform des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die für die Durchflußmessung erforderlichen Schaltungselemente der Meßschaltung, nämlich der Verstärker 8, der Integrator 18 und der Mikrocomputer 20, sowie die nicht näher dargestellten oder beschriebenen Schaltungselemente der Peripherie dieser Meßschaltung auch zur Erkennung der Grenzbe­ dingungen "Leer-Rohr" und "Überlauf" Verwendung finden. Gegebenenfalls erforderlich werdende Adaptionen bzw. Umschaltun­ gen innerhalb der gemeinsamen Meßschaltung 8, 18, 20 können durch den eine zentrale Steuerung vornehmenden Mikrocomputer 20 erfolgen.

In den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 sind nur die zum Funktionsverständnis der Schaltungsanordnung nach der Erfindung notwendigen Details angegeben.

Weitere Einzelheiten der Schaltungsanordnungen wurden der Einfachheit halber weggelassen. Diese Einzelheiten sind entweder für den Fachmann selbstverständlich oder sind allgemein bekannt.

Die Fig. 5 der zeichnerischen Darstellungen zeigt ein Entscheidungsdiagramm für die Durchführung der Detektionen auf "Leer-Rohr" und "Überlauf". Aus diesem Diagramm sind die einzelnen von der Meßschaltung nach der Erfindung abzuwickelnden Ent­ scheidungsschritte zur Vornahme dieser Detektionen ersichtlich.

Claims (28)

1. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser mit innerhalb eines das zu erfassende Fluidum führenden Meßrohres angeordneten, insbesondere gegenüberliegenden Elektroden und einem Magnetspulensystem, welches ein transversal zur Elektrodenstrecke gerichtetes Magnet­ feld erzeugt, mit einer zugeordneten Meß- und Steuerelektronik zur Abwicklung und Auswertung der Meßvorgänge und mit einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Durchflusses bzw. der Durchflußmenge, dadurch gekennzeichnet, daß dem Durchflußmengenmesser eine den Status "Meßrohr (1)-leer" oder "Überlauf" erkennende und den Status optisch und/oder akustisch anzeigende Meßeinrichtung (C _R1, E ₁, E ₂, C _R2; 8, 18, 20) zugeordnet ist.

2. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Leer-Rohrerkennung als eine die zwischen den Elektroden (E ₁, E ₂) auftretende Kapazität (Cw) erfassende Meßschaltung (C _R1, E ₁, E ₂, C _R2; 8, 18, 20) ausgebildet ist und daß bei Unterschrei­ tung eines bestimmten Mindestwertes der Elektrodenkapa­ zität (Cw) die Leer-Rohrerkennung (LRE) erfolgt.

3. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung zur Leer-Rohrerkennung eine die an der Kapazität (Cw) der Elektroden (E ₁, E ₂) abfallende Wechselspannung erfassende Spannungsmeßeinrichtung (8, 18, 20) ist.

4. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (E ₁, E ₂) Teil einer Spannungsteiler­ schaltung sind, welche aus der Elektrodenkapazität (Cw) und wenigstens einer weiteren Impedanz (C _R1, C _R2) gebildet ist und welche an eine Wechselspannungsquelle (12; S ₁-S ₄) anschaltbar ist, und daß der Wert der an den beiden Elektroden (E ₁, E ₂) abfallenden Wechselspannung durch die zugeordnete Meßschaltung (8, 18, 20) erfaßbar ist.

5. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden (E ₁, E ₂) ein Verstärker (8) angeschaltet ist, dem ein Integrator (18) nachgeordnet ist, der über seinen Ausgang mit einem Mikrocomputer (20) verbunden ist, der den Vergleich zwischen dem Soll- und Istwert, der an den Elektroden (E ₁, E ₂) abfallenden Wechselspannung durchführt.

6. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als eine die im Zustand "Meßrohr (1)-leer" an den Elektroden (E ₁, E ₂) auftretende galvanische Spannung erfassende Meßschaltung ausgebildet ist.

7. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung einen den Elektroden (E ₁, E ₂) nachgeschalteten Verstärker (8) umfaßt, der durch die an den Elektroden (E ₁, E ₂) auftretende galvanische Spannung in die Übersteuerung geführt ist, wodurch die Leer-Rohrerkennung erfolgt.

8. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßvorgang der Durchflußmessung in mehrere Phasen unterteilt ist und daß in wenigstens einer dieser Phasen (D ₀, D ₁, D ₂) die Durchflußmengenmessung und in einer anderen dieser Phasen (LRE) die Leer-Rohrerkennung erfolgt.

9. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Phase der Leer-Rohrerkennung (LRE) die das transversal zu der Elektrodenstrecke (E ₁-E ₂) verlaufende Magnetfeld erzeugenden Magnetspulen (MS 1, MS 2) abgeschaltet sind. 10. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Durchflußmengenmesser eine Meßeinrichtung (MS 1, MS 2; E ₁, E ₂; 8, 18, 20) zugeordnet ist, welche einen einen regulären Durchflußwert wesentlich überschreitenden Durchfluß erkennt und optisch und/oder akustisch anzeigt.

11. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Erfassung eines Überwertes des Durchflusses einen den Elektroden (E ₁, E ₂) nachge­ schalteten Verstärker (8) aufweist, der durch den Überwert des Durchflusses in die Übersteuerung geführt ist, wodurch die Erkennung des Überlaufes erfolgt.

12. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung eines Überwertes des Durchflusses durch die Meßeinrichtung (MS 1, MS 2; E ₁, E ₂; 8, 18, 20) während einer Meßphase der Durchflußmessung erfolgt.

13. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (8) ein Integrator (18) nachgeordnet ist, der die Übersteuerung des Verstärkers (8) an Hand der Dauer eines abzuwickelnden Integra­ tionsvorganges erfaßt.

14. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (18) ein Mikrocomputer (20) nachgeordnet ist, der die Zeitdauer des Integrations­ vorganges auswertet.

15. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 5, 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker als Differenzverstärker (8) ausgebildet ist.

16. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Meßvorganges der Durchfluß­ messung in mehrere einzelne Meßphasen (D ₀-D ₂) durch einen Mikrocomputer (20) erfolgt.

17. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 5, 7, 11, 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß die den Elektroden (E ₁, E ₂) nachgeordnete Meß­ schaltung zur Erkennung von "Meßrohr (1)-leer" und "Überlauf" durch Schaltungselemente der der Durch­ flußmessung dienenden Schaltungsanordnung (8, 18, 20) gebildet sind.

18. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem derAnsprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (E ₁, E ₂; 8, 18, 20) zur Erkennung von "Meßrohr (1)-leer" und "Überlauf" mit der Anzeigevorrichtung (25) des Durchflußmengen­ messers verknüpft ist, derart, daß bei Erkennung einer dieser Grenzbedingungen die Fortschaltung der Anzeigevorrichtung (25) unterbunden ist.

19. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (E ₁, E ₂) über jeweils eine Impedanz (C _R1, C _R2) an eine Wechselspannungsimpulsquelle (12; S ₁, S ₂, S ₃, S ₄) anschaltbar sind.

20. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 4 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Elektroden in Reihe liegenden Impedanzen als Kondensatoren (C _R1, C _R2) ausgebildet sind.

21. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kondensatoren (C _R1, C _R2) in ihrem Kapazitätswert identisch sind.

22. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 4 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (E ₁, E ₂) zusammen mit der mit ihnen jeweils in Reihe liegenden Impedanz (C _R1, C _R2) in die Diagonale einer durch vier Schalter (S ₁-S ₄) gebildeten Brücke (15) geschaltet sind, wobei je zwei zur Diagonale kreuzweise angeordnete Schalter (S ₁, S ₄; S ₂, S ₃) gemeinsam nacheinander betätigbar sind.

23. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (15) darstellenden Schalter (S ₁-S ₄) durch Schalttransistoren gebildet sind, die paarweise (S ₁, S ₄; S ₂, S ₃) nacheinander durch einen Taktgeber (20) gesteuert sind.

24. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber durch einen internen Impulsgeber eines das Steuerwerk für die Meßvorgänge darstellenden Mikrocomputers (20) gebildet ist.

25. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die vier Schalttransistoren (S ₁-S ₄) gebildete Brückenschaltung (15) an eine Gleichspannungs­ quelle niedriger Spannung angeschaltet ist.

26. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein jedes Paar (S ₁, S ₄; S ₂, S ₃) der Schalter (S ₁-S ₄) in jeder Meßphase einer Leer-Rohrerkennung (LRE) vom Taktgeber (20) nur einmal betätigbar ist.

27. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (20) in seiner Wirkung auf die Schalter (S ₁, S ₄; S ₂, S ₃) durch den Mikroprozessor (20) ein- und ausschaltbar ist.

28. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 5, 13, 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator als ein Dual-Slope-Integrator (18) ausgebildet ist.

29. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der an den Elektroden (E ₁, E ₂) abfallenden Wechselspannung im Mikrocomputer (20) gespeichert ist.