DE4010727C2 - Vorrichtung zur Messung des Stroms eines wenigstens geringfügig elektrisch leitenden Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 31 26 965 A1 bekannt.

Zum Stand der Technik wird ferner auf die DE 38 10 034 A1 verwiesen, aus der ein magnetinduktiver Durchflußmengenmesser bekannt ist, bei dem das Auftreten der irregulären Zustände "Rohr leer" oder "Überlauf" bei einem gegebenen Medium mittels einer Schaltungsanordnung überwacht wird. Zu diesem Zweck kann in Zeitabständen, in denen an den eigentli­ chen Meßelektroden des Rohres keine Messung der Induktionsspannung stattfindet, eine von einem Polumschalter erzeugte Wechselspannung an die Meßelektroden angelegt werden und der Wechselspannungsabfall zwischen den Elektroden mit Hilfe eines Differenzverstärkers, eines Integra­ tors und eines Mikrocomputers ausgewertet werden. Dieser Spannungs­ abfall ist ein Maß für den Füllstand des Mediums zwischen den Meßelek­ troden. Die Überwachung des Zustandes "Rohr leer" erfolgt bei dem Durch­ flußmengenmesser nach der DE 38 10 034 A1 nicht durch die Messung der Frequenz eines Oszillators, sondern durch die Messung des Wechsel­ spannungsabfalls an den Elektroden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Durch­ flußmeßvorrichtung mit Möglichkeit der Überwachung des Zustandes "Rohr leer" durch Überwachung der Kapazität zwischen der Meßflüssigkeit und den Elektroden dahingehend weiterzubilden, daß die Schaltungsanordnung zur Kapazitätsüberwachung ungeachtet des jeweiligen Meßmediums in einem definierten Frequenzmeß-Arbeitsbereich betrieben werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Die Kapazität zwischen der Meßflüssigkeit und der betreffenden Meßelek­ trode hängt vom Flüssigkeitsstand im Rohr bzw. von der Kapazität zwi­ schen dem Wandteil des Rohrs und der Elektrode ab. Erfindungsgemäß enthält die Schaltungsanordnung zur Überwachung der Kapazität zwischen der Meßflüssigkeit und der Elektrode ein Einstellwerk, mittels dem die Frequenz des Oszillators bei gefülltem Rohr auf eine vorbestimmte Arbeits­ punkt-Frequenz abgleichbar ist. Dieser Abgleich kann jeweils vorgenommen werden, damit die Frequenz des Oszillators bei gefülltem Rohr immer, also unabhängig vom Medium im Rohr, den gleichen Wert hat. Damit wird si­ chergestellt, dass die Schaltungsanordnung ungeachtet des jeweiligen Meßmediums in einem definierten Frequenzmeß-Arbeitsbereich funktioniert.

Eine schaltungstechnisch besonders einfache Steuerung des Einstellwerks ist in Anspruch 2 abgegeben.

Ebenfalls schaltungstechnisch besonders einfach ist die Signalauswerte­ schaltung nach Anspruch 3.

Um zu verhindern, daß Meßwertsignale abgegeben werden, die dem Strom der Flüssigkeit nicht entsprechen, ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 4 vorgesehen.

Um den Zustand der Vorrichtung überwachen zu können, ist bevorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 5 vorgesehen.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß mit Hilfe der zweiten Signalauswerteschaltung, bevorzugt einer µP-Elektronik, und dem Einstellwerk ein automa­ tischer Abgleich des Oszillators möglich ist. Eine erforderliche Schaltschwelle kann mit Hilfe von Software direkt über eine Tastatur eingegeben werden. Zusätzlich ermöglicht die zweite Signalauswerteschaltung eine Diagnose mit an­ schließender Diagnosemeldung an die Wiedergabeeinrich­ tung sowie eine Weitergabe dieser Meldung z. B. an über­ geordnete Systeme.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbei­ spielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform.

Beiden Ausführungsformen ist ein metallisches Rohr 2 gemeinsam, das von dem wenigstens geringfügig elektrisch leitenden Medium zu durchströmen ist, dessen Strom gemessen werden soll. Ein zwei Spulen 4 und 6 durchflie­ ßender, elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld, das das Rohr durchsetzt. Im Rohr befinden sich zwei Elek­ troden 8, 10, deren Verbindungslinie im wesentlichen rechtwinklig zu der des Magnetfelds verläuft und die normalerweise von dem das Rohr 2 durchströmenden Medium berührt werden. Die beiden Elektroden 8 und 10 sind über Leitungen 12 und 14 in an sich bekannter Weise mit einer Signalauswerteschaltung 16 verbunden, deren über eine Leitung 18 abzugreifendes Ausgangssignal ein Maß für den Strom des das Rohr 2 durchströmenden Mediums ist.

Von den Leitungen 12 und 14 sind Leitungen 20 und 22 zu einem Oszillator 24 abgeführt, in dessen frequenzbestim­ menden Kreis die Kapazitäten der Elektroden 8, 10 gegenüber dem Rohr 2 liegen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 führt die Leitung 18 zu einem Eingang eines Multiplexers 26. Ein weiterer Ein­ gang des Multiplexers 26 ist mit dem Ausgang des Os­ zillators 24 über einen Integrator 28 verbunden. Ein Ausgang des Multiplexers 26 ist über einen Analog- Digital-Wandler 30 mit einem Eingang einer zweiten Signalauswerteschaltung - einer µP-Elektronik 32 - verbunden. Der Multiplexer 26 schaltet zyklisch das durchflußproportionale Signal der Signalauswerteschal­ tung 16 und das frequenzproportionale Signal des Os­ zillators 24 bzw. des Integrators 26 zum Analog-Digital­ wandler 30. Die µP-Elektronik 32 steuert über eine Leitung 44 das Schalten des Multiplexers 26. Ein Ausgang der µP-Elektronik 32 ist mit einem Eingang eines Ein­ stellwerks 34 verbunden, das die Frequenz des Oszilla­ tors 24 steuert. Die Frequenz des Oszillators 24 hängt im wesentlichen von der Kapazität der Elektroden 8 und 10 zum Flüssigkeitspotential im Rohr 2 ab, wenn der Wider­ stand des Einstellwerks 34 als konstant angesehen wird. Die Frequenz des Oszillators 24 soll bei gefülltem Rohr 2 immer den gleichen Wert haben. Daher ist es er­ forderlich, mit dem Einstellwerk 34 den Oszillator 24 auf diese Frequenz, den "Arbeitspunkt", abzugleichen.

Damit gilt im wesentlichen:
Die Frequenz des Oszillators 24 wird bestimmt von der Kapazität der Elektroden 8 und 10 sowie von dem Wider­ stand des Einstellwerks 34. Nach dem Abgleich des Oszil­ lators 24 mit Hilfe des Einstellwerks 34 ist der Wider­ stand des Einstellwerks 34 konstant und der Oszillator 24 auf das Medium (d. h. auf die Kapazität) abgeglichen.

Dabei wird von der µP-Elektronik 32 das vom Analog- Digital-Wandler 30 gewandelte, der Frequenz des Oszil­ lators 24 proportionale Signal erfaßt. Damit kann mit Hilfe von Software ein dem Arbeitspunkt entsprechender Digitalwert festgelegt und durch diesen das Einstellwerk 34 eingestellt werden. Bei entleertem Rohr 2 stellt sich entsprechend der Kapazität ein der Frequenz proportio­ naler Digitalwert ein. Um diesen Betriebszustand zu er­ kennen, ist mit Hilfe von Software ein entsprechender Schwellwert über eine Tastatur zu setzen.

Die eigentliche Flußmessung wird mit der Signalauswerte­ schaltung 16, dem Multiplexer 26, dem Analog-Digital- Wandler 30 und der µP-Elektronik 32 ermöglicht. In der µP-Elektronik 32 wird mit Hilfe von Software eine Volumenintegration durchgeführt, d. h. die Auswertung des durchflußproportionalen Signals. Überschreitet der der Frequenz des Oszillators 24 proportionale Digital­ wert den eingestellten Schwelwert, wird die Volumenintegration abgebrochen.

Ein Ausgang der µP-Elektronik 32 betätigt das Relais 36 und ein weiterer Ausgang der µP-Elek­ tronik 32 schaltet die Ausgabeschaltung 38 ab, wenn die eingangs genannte Kapazität ein vorgegebenes Maß unterschreitet. Schließlich ist ein Ausgang der µP-Elektronik 32 mit einer Wiedergabeeinrichtung 40 verbunden.

Die µP-Elektronik 32 fragt zyklisch die Frequenz des Oszillators 24 ab und gibt bei entleerter Rohrleitung die Diagnosemeldung "ROHR LEER" an die Wiedergabeein­ richtung 40.

Mittels des Einstellwerks 34 wird also die Frequenz des Oszillators 24 selbsttätig, gesteuert durch die Signalauswerteschaltung 32, einem Arbeitspunkt ange­ paßt, der im wesentlichen von der Kapazität der Elek­ troden 8, 10 zum Medium bzw. zur Wand des Rohrs 2 ab­ hängt. Dabei wird diese Kapazität im wesentlichen durch die Leitfähigkeit des Mediums und die Größe der Elektroden 8, 10 bestimmt.

Bei einem auf das Medium abgeglichenen Oszillator 24 ist die Frequenz des Oszillators 24 an sich sehr stark vom Füllstand des Rohrs 2 abhängig. Durch das Ein­ stellwerk 34 wird jedoch diese Abhängigkeit praktisch beseitigt. Bei Abfall der Kapazität unter einen vor­ eingestellten Wert beendet jedoch die µP-Elektronik 32 die Auswertung, etwa die Integration des Volumens des Mediums, und schaltet die Ausgabeschaltung 38 ab. Mit­ tels der Wiedergabeeinrichtung 40 kann eine Diagnose­ meldung in einer gewünschten Landessprache im Klartext ausgegeben werden. Werden Auswerteeinheiten mit serieller Datenschnittstelle verwendet, so wird in einem Statusregister ein Bit gesetzt, um eine Fern­ diagnose zu ermöglichen.

Die Fähigkeit der µP-Elektronik 32, mit einer anderen µP-Elektronik (z. B. eines Prozeßleitsystems) kommu­ nizieren zu können, erfordert eine serielle Daten­ schnittstelle.

Das Statusregister ist ein bestimmter digitaler Speicher­ bereich der µP-Elektronik 32. In diesem Speicherbereich wird eine bestimmte Speicherzelle "gesetzt", wenn die µP-Elektronik 32 den Betriebszustand "ROHR LEER" erkennt. Damit ist nun eine externe µP-Elektronik in der Lage, diesen "Status" über die serielle Datenschnittstelle abzufragen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Multiplexer 26 und der Integrator 28 entfallen. Die Signalauswerteschaltung 16 ist direkt mit dem Analog- Digital-Wandler 30 verbunden. Die Frequenz des Oszilla­ tors 24 wird über eine Leitung 42 direkt von der µP- Elektronik 32 ermittelt. Bei Abfall der genannten Kapa­ zität unter den vorgegebenen Wert reagiert die Vor­ richtung wie diejenige nach Fig. 1.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung des Stroms eines ein Rohr (2) durchströ­ menden, wenigstens geringfügig elektrisch leitenden Mediums nach dem Induktionsprinzip unter Verwendung wenigstens einer von dem Medium berührten, nächst eines elektrisch leitenden Wandteils des Rohrs (2) angeordneten Elektrode (8, 10), die an eine Signalauswer­ teschaltung (16) und an eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Kapazität zwischen der Meßflüssigkeit und der Elektrode (8, 10) angeschlossen ist, wobei die Schaltungsanordnung einen Oszillator (24) enthält, in dessen frequenzbestimmendem Kreis die Kapazität liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Überwachung der Kapazität zwi­ schen der Meßflüssigkeit und der Elektrode (8, 10) ein Einstellwerk (34) enthält, mittels dem die Frequenz des Oszillators (24) bei gefüll­ tem Rohr (2) auf eine vorbestimmte Arbeitspunkt-Frequenz abgleich­ bar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerteschaltung (16) einerseits und der Oszillator (24) über einen Integrator (28) andererseits an Eingänge eines Multiplexers (26) angeschlossen sind, der ausgangsseitig über einen Analog-Digital- Wandler (30) und eine zweite Signalauswerteschaltung (32) an das Einstellwerk (34) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Signalauswerteschaltung (32) den Multiplexer (26) schaltet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die zweite Signalauswerteschaltung (32) ausgangs­ seitig eine Ausgabeschaltung (38) für ein Meßwertsignal angeschlos­ sen ist und daß die zweite Signalauswerteschaltung (32) diese Aus­ gabeschaltung (38) abschaltet, wenn die Kapazität einen vorgegebe­ nen Wert unterschreitet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Signalauswerteschaltung (32) ausgangs­ seitig an eine Wiedergabeeinrichtung (40) zur Wiedergabe eines der Kapazität entsprechenden Zustands angeschlossen ist.