DE4323028A1 - Massendurchflußmeßsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußmeßsystem für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem Meßsignalerzeugungssystem, einem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem, einer Meßsignalübertra­ gungsstrecke zwischen dem Meßsignalerzeugungssystem und dem Meßsignalanzei­ ge- und/oder -auswertesystem und einer Umpolungsschaltung zur getakteten Umpolung der vom Meßsignalerzeugungssystem abgegebenen Meßsignale, wobei die vom Meßsignalerzeugungssystem abgegebenen Meßsignale eine dem Massendurchfluß proportionale Phasendifferenz aufweisen.

Die Erfindung verbessert die Signalauswertung bei Coriolis-Massendurchflußmeß­ geräten. Diese Coriolis-Massendurchflußmeßgeräte liefern als Meßsignale zwei periodische Spannungen, die eine dem Massendurchfluß proportionale Phasenver­ schiebung aufweisen. Entscheidend für die Meßgenauigkeit der Massendurchfluß­ meßgeräte ist also die Bestimmung der Phasendifferenz. Die im Industriebereich gängigen Anforderungen an die Meßgenauigkeit erfordern eine Auflösung der Pha­ sendifferenz von ungefähr 4 10^-5 Grad. Bei den normalerweise verwandten Kom­ paktgeräten, bei denen das Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem zur Be­ stimmung der Phasendifferenz unmittelbar bei dem Meßsignalerzeugungssystem an­ geordnet ist, sind derartige Meßgenauigkeiten auch unter industriellen Tempe­ raturbedingungen noch erreichbar. Um die Genauigkeit auch in diesen Fällen wei­ ter zu erhöhen, werden die beiden Eingangssignale, deren Phasendifferenz zu ermitteln ist, bei den bekannten Coriolis-Massendurchflußmeßgeräten periodisch unmittelbar vor dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem umgeschaltet. Im Idealfall liefert dann der Phasendetektor jeweils exakt inverse Werte. Z. B. durch die unterschiedlichen Temperatureinwirkungen auf die Eingangskanäle tre­ ten jedoch tatsächlich unterschiedliche Phasenverschiebungen auf, die dazu führen, daß die obengenannten Mittelwerte nicht mehr exakt invers zueinander sind. Aus dieser Abweichung der Mittelwerte kann ein Nullpunktkorrektursignal abgeleitet werden. Durch die Korrektur der ermittelten Phasendifferenz mit die­ sem Nullpunktkorrektursignal können in der Praxis sehr hohe Meßgenauigkeiten erreicht werden.

Tatsächlich treten regelmäßig Fälle auf, wo eine unmittelbare Verbindung des Meßsignalerzeugungssystems mit dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem nicht möglich oder nicht gewünscht ist. In diesen Fällen wird das Meßsignal­ erzeugungssystem über eine Meßsignalübertragungsstrecke mit dem Meßsignalan­ zeige- und/oder -auswertesystem verbunden; als Meßsignalübertragungsstrecke wird hier die gesamte elektronische Verbindung zwischen dem Meßsignalerzeu­ gungssystem und dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem bezeichnet. Derartige Fälle liegen beispielsweise vor, wenn sich das Meßsignalerzeugungs­ system in einem explosionsgefährdeten Bereich befindet. In diesem Fall werden aus sicherheitstechnischen Gründen vorteilhafterweise Ex-Barrieren vorgesehen, welche z. B. Dioden oder Zenerdioden aufweisen, die einseitig auf einem Poten­ tial-Ausgleichsbezugspunkt liegen - im allgemeinen Erde. Regelmäßig werden hier­ bei das Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem außerhalb des explosionsge­ fährdeten Bereiches angebracht, wodurch zusätzlich lange Leitungen zwischen dem Meßsignalerzeugungssystem und dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem notwendig werden. Eine Meßsignalübertragungsstrecke ist auch dann erforderlich, wenn für mehrere Meßsignalerzeugungssysteme ein zentrales Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem vorgesehen wird, welches die Meßsignale der verschie­ denen Erzeugungssysteme im Multiplex-Verfahren auswertet. Da die Umpolungsschal­ tung bislang ein integraler Bestandteil des Meßsignalanzeige- und/oder -aus­ wertesystems ist, befindet sich diese - vom Meßsignalerzeugungssystem betrach­ tet - hinter der Meßsignalübertragungsstrecke.

Der Nachteil der bisherigen Anordnung ist der, daß auf der Meßsignalübertra­ gungsstrecke regelmäßig Phasenverschiebungen - hauptsächlich bedingt durch Tem­ peraturschwankungen im industriellen Bereich - auftreten. Durch die Tempera­ turschwankungen verändern sich z. B. die parasitären Kapazitäten der Dioden, die vorgesehen sind, um die Schaltungen eigensicher auszulegen, und die Leitwer­ te der Signalübertragungskabel. Aus beiden Temperatureinflüssen resultiert eine Phasenverschiebung, so daß eine stabile Messung des Massendurchflusses nicht mehr gewährleistet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ein­ fluß der Phasenverschiebungen durch die Meßsignalübertragungsstrecke zu elimi­ nieren.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Umpolungsschaltung elektrisch unmittelbar nach dem Meßsignalerzeugungssystem vorgesehen ist. Durch diese Anordnung der Umpolungsschaltung wird erreicht, daß auch die aus der Meß­ signalübertragungsstrecke entstehenden Phasenverschiebungen eliminiert werden bzw. in ein Nullpunktkorrektursignal eingehen. Dies kann durch Anordnung der Umpolungsschaltung nach der Meßsignalübertragungsstrecke nicht geleistet wer­ den, da in diesem Fall die Phasenverschiebung gleichzeitig mit der Phasendiffe­ renz umgepolt wird und somit nicht von der Phasendifferenz als dem ei­ gentlichen Meßsignal unterschieden werden kann.

Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßsystem anhand einer Zeichnung beispielhaft beschrieben; die einzige Figur zeigt ein Block­ schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Massen­ durchflußmeßsystems.

Das in der Figur schematisch dargestellte Massendurchflußmeßsystem 1 für strö­ mende Medien, das nach dem Coriolisprinzip arbeitet, weist zunächst ein in ei­ nem explosionsgefährdeten Bereich vorgesehenes Meßsignalerzeugungssystem 2, ein Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem 3 und eine Meßsignalübertragungs­ strecke 4 zwischen dem Meßsignalerzeugungssystem 2 und dem Meßsignalanzeige­ und/oder -auswertesystem 3 auf. Die Meßsignalübertragungsstrecke 4 besteht aus für den Betrieb in einem explosionsgefährdeten Bereich vorgesehenen, gegen ein Bezugspotential geschalteten Dioden 5 und den Übertragungsleitungen 6, welche die Verbindung des Meßsignalerzeugungssystems 2 mit dem im nicht explosions­ gefährdeten Bereich befindlichen Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem 3 herstellen. Das Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem 3 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer Quelle 7 für die Erregerspule des Meß­ signalerzeugungssystems 2, einem Phasendetektor 8 zur Ermittlung der Phasenver­ schiebung der Meßsignale und einer Ausgabeeinheit 9 zur Anzeige oder Weiter­ gabe des Meßresultates. Erfindungsgemäß ist eine Umpolungsschaltung 10 nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt in das Meßsignalanzeige- und/oder -aus­ wertesystem 3 integriert, sondern ist elektrisch unmittelbar nach dem Meßsignal­ erzeugungssystem 2 vorgesehen.

Die Umpolungsschaltung 10 zur getakteten Umpolung der Meßsignale kann so aus­ gelegt werden, daß der Umpoltakt entweder periodisch oder aperiodisch vorge­ geben wird. Ein aperiodischer Umpoltakt hat den Vorteil, daß evtl. vorhan­ dene periodische Störeinflüsse - im Gegensatz zum Betrieb mit periodischem Um­ poltakt - eliminiert werden können.

Ein Kontrollsignal, welches den Umpoltakt bestimmt, kann auf verschiedene Ar­ ten erzeugt werden. Eine erste Möglichkeit besteht darin, daß eine Kontroll­ schaltung das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung 10 liefert, und zwar in Abhängigkeit von der Anregungs- oder der Coriolisfrequenz des Meßsignal­ erzeugungssystems 2. Da es nicht sinnvoll ist, die Umpolung mit der Periode des Meßsignals durchzuführen, leitet man das Kontrollsignal für die Umpolungsschal­ tung 10 aus der Anregungsfrequenz oder der Coriolisfrequenz über einen nicht dargestellten Komparator in Verbindung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Teiler ab. Hierdurch gelangt man zu einem Kontrollsignal mit einem Vielfachen der Periode der Meßsignale.

Die vorstehend geschilderte Ableitung des Kontrollsignals aus den Meßsignalen oder den Erregersignalen weist den Vorteil auf, daß es nicht notwendig ist, eine weitere Schaltung zur Erzeugung einer Zeitbasis für das Kontrollsignal zur Verfügung zu stellen.

Weiter ist es möglich, einen nicht dargestellten freilaufenden Oszillator vor­ zusehen, welcher das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung 10 liefert. Der Vorteil einer Anordnung eines solchen freilaufenden Oszillators besteht vor allem darin, daß die Umpolfrequenz unabhängig von der Anregungsfrequenz oder der Coriolisfrequenz gewählt werden kann.

Um alternativ ein aperiodisches Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung 10 zur Verfügung zu stellen, ist es notwendig, einen wiederum nicht dargestellten Zufallsgenerator entsprechend vorzusehen.

Die vorstehend beschriebenen Kontrollschaltungen zur Erzeugung des Kontroll­ signals für die Umpolungsschaltung 10 können nun entweder in unmittelbarer Nähe oder als integraler Bestandteil des Meßsignalanzeige- und/oder -auswerte­ systems 3 angeordnet bzw. ausgebildet sein oder in unmittelbarer Nähe der Umpolungsschaltung 10 angeordnet sein.

Der Vorteil der Anordnung der Kontrollschaltung in unmittelbarer Nähe der Um­ polungsschaltung 10 besteht darin, daß das Kontrollsignal der Umpolungsschal­ tung 10 nicht über zusätzliche Leitungen übermittelt werden muß.

Befindet sich die Kontrollschaltung in unmittelbarer Nähe der Umpolungsschal­ tung 10, so ist es notwendig, daß sie dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswerte­ system 3 Erkennungsmarken übermittelt, welche die Umpolung anzeigen. Damit auch für die Übermittlung dieser Erkennungsmarken keine zusätzliche Leitung notwen­ dig wird, ist es sinnvoll, die Erkennungsmarken dem Meßsignal zu überlagern.

In besonders vorteilhafter Weise können die Erkennungsmarken aus dem Kontroll­ signal von einem Differenzierglied abgeleitet werden.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Anordnung, bei welcher die Kontrollschaltung in unmittelbarer Nähe der Umpolungsschaltung 10 angeord­ net ist, besteht darin, daß die Versorgungsspannung für die Kontrollschaltung aus der Erregerspannung des Meßsignalerzeugungssystems 2 abgeleitet sind. Durch diese Maßnahme erübrigt es sich, über eine zusätzliche Leitung zwischen dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem 3 die Versorgungsspannung für die Kontrollschaltung zu liefern.

Die zur Verwirklichung des zuletzt beschriebenen Merkmals notwendigen Einrich­ tungen können selbstverständlich gleichzeitig auch die Versorgungsspannung für die Umpolungsschaltung 10 aus der Erregerspannung des Meßsignalerzeugungssystems 2 ableiten.

Wird das Meßsignalerzeugungssystem 2 und die Umpolungsschaltung 10 zur getak­ teten Umpolung der Meßsignale in einem explosionsgefährdeten Bereich EX betrie­ ben, so müssen die Versorgungsspannung der Umpolungsschaltung 10 bzw. des Meßwerterzeugungssystems 2 eigensicher dargestellt werden. Dies gilt auch, falls die Versorgungsspannung der Umpolungsschaltung 10 oder die Versorgungs­ spannung der Kontrollschaltung von der Erregerspannung des Meßsignalerzeugungs­ systems 2 abgeleitet werden.

Claims (13)

1. Massendurchflußmeßsystem für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prin­ zip arbeitet, mit einem Meßsignalerzeugungssystem (2), einem Meßsignalanzeige­ und/oder -auswertesystem (3), einer Meßsignalübertragungsstrecke (4) zwischen dem Meßsignalerzeugungssystem (2) und dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswerte­ system (3) und einer Umpolungsschaltung (10) zur getakteten Umpolung der vom Meßsignalerzeugungssystem (2) abgegebenen Meßsignale, wobei die vom Meßsignal­ erzeugungssystem (2) abgegebenen Meßsignale eine dem Massendurchfluß proportio­ nale Phasendifferenz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umpolungsschal­ tung (10) elektrisch unmittelbar nach dem Meßsignalerzeugungssystem (2) vorge­ sehen ist.

2. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umpolung der vom Meßsignalerzeugungssystem (2) abgegebenen Signale periodisch getaktet ist.

3. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umpolung der vom Meßsignalerzeugungssystem (2) abgegebenen Signale aperiodisch getaktet ist.

4. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollschaltung das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung (10) liefert, - abhängig von der Anregungsfrequenz oder der Coriolisfrequenz des Meßsignaler­ zeugungssystems (2).

5. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator in Verbindung mit einem Teiler die Kontrollschaltung bildet und das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung (10) aus der Anregungsfrequenz oder der Coriolisfrequenz ableitet.

6. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein freilaufender Oszillator die Kontrollschaltung bildet und das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung (10) liefert.

7. Massendurchflußmeßsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontrollschaltung als Bestandteil des Meßsignalanzeige- und/ oder -auswertesystem (3) das Kontrollsignal für die Umpolungsschaltung liefert.

8. Massendurchflußmeßsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontrollschaltung in unmittelbarer Nähe der Umpolungsschal­ tung (10) angeordnet ist.

9. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung dem Meßsignalanzeige- und/oder -auswertesystem (3) Erken­ nungsmarken übermittelt, welche die Umpolung anzeigen.

10. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierglied die Erkennungsmarken aus dem Kontrollsignal ableitet.

11. Massendurchflußmeßsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Versorgungsspannung für die Kontrollschaltung aus der Erre­ gerspannung des Meßsignalerzeugungssystems (2) ableitbar sind.

12. Massendurchflußmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Versorgungsspannung für die Umpolungsschaltung (10) aus der Erregerspannung des Meßsignalerzeugungssystems (2) ableitbar sind.

13. Massendurchflußmeßsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung der Umpolungsschaltung (10) und/oder der Kontroll­ schaltung in einem explosionsgefährdeten Bereich eigensicher ausgelegt sind.