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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft magnetische Durchflussmesser, welche in Prozessrohren
für Wasser, Chemikalien
oder Abwasser verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung
die Erfassung einer geringen Flüssigkeitsleitfähigkeit
oder von Leerrohrzuständen
in diesen magnetischen Durchflussmessern.
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Die
Kalibrierung oder Genauigkeit des Durchflussraten-Ausgangssignals
eines magnetischen Durchflussmessers kann angenähert werden, falls eine niedrige
Leitfähigkeit
in dem Elektrodenschaltkreis des magnetischen Durchflussmessers vorliegt.
Eine niedrige Leitfähigkeit
in dem Elektrodenschaltkreis ist oft ein Anzeichen für Probleme,
wie beispielsweise ein zum Teil gefülltes oder leeres Rohr, eine
geringe Flüssigkeitsleitfähigkeit,
bewachsene oder polarisierte Elektroden, oder eine gebrochene oder
nicht angeschlossene Elektrodenleitung.
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Es
sind verschiedene Leitfähigkeitsschaltkreise
bekannt, die ein Wechselstrom-, Gleichstrom- oder ein Impulssignal
erzeugen und zur Erfassung der Leitfähigkeit in den Elektrodenschaltkreis einspeisen.
Diese Einspeisung erzeugt einen unerwünschten Weg für ein Stromleck
eines Teils des Durchflusssignals zurück durch den Leitfähigkeitsschaltkreis.
Eine Kalibrierungsveränderung
oder Ungenauigkeit des Durchflussraten-Ausgangssignals ist das Ergebnis
dieses Lecks.
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US
Patent Nr. 5,426,984 beschreibt einen magnetischen Durchflussmesser
mit einer Leerrohr-Erfassungsschaltkreisanordnung. Das Europäische Patent
Nr. 0 915 325 beschreibt einen magnetischen Durchflussmesser, welcher
einen Schaltkreis für
die Anzeige, wann ein Rohr leer ist, aufweist, und dadurch fehlerhafte
Durchflusssignale verhindert.
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Es
besteht ein Bedarf an einer Leitfähigkeitsanzeige, welche diese
Stromleckprobleme vermeidet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen magnetischen Durchflussmesser
mit einer verbesserten Flüssigkeitsleitfähigkeitsanzeige
gemäß Anspruch
1 bereit. Der magnetische Durchflussmesser weist eine Durchflussrohranordnung
auf, welche einen Durchgang für
einen Flüssigkeitsdurchfluss
oder -strom und einen Elektromagneten aufweist, welcher außerhalb
des Durchgangs angeordnet ist und so ausgelegt ist, dass er eine
magnetische Erregung mit ansteigender bzw. abfallender Flanke bereitstellt, und
weiter einen Elektrodenschaltkreis aufweist, welcher durch den Durchgang
koppelt und Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken sowie
ein Durchflusssignal erzeugt; sowie einen Verarbeitungsschaltkreis
zum Empfang des Durchflusssignals und zur Erzeugung eines Durchflussraten-Ausgangssignals
und weiter zum Empfang der Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw.
abfallenden Flanken und zur Erzeugung eines gefilterten Integrals
der Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken als
Flüssigkeitsleitfähigkeitsangabe-
oder anzeige.
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Ausführungsformen
stellen zudem einen magnetischen Durchfluss messer mit einer verbesserten Flüssigkeitsleitfähigkeitsanzeige
bereit, welcher Folgendes aufweist: eine Durchflussrohranordnung
mit einem Durchgang für
einen Flüssigkeitsstrom
und einen Elektrodmagneten, der außerhalb des Durchgangs befestigt
ist und derart ausgelegt ist, dass er eine magnetische Erregung
mit ansteigender bzw. abfallender Flanke erzeugt, und weiter einen
Eleketrodenschaltkreis, welcher zur Erzeugung von Spannungspitzen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken und eines Durchflusssignals
durch den Durchgang koppelt; einen Wandler mit einem Puffer, der
mit dem Elektrodenschaltkreis koppelt und ein Puffer-Ausgangssignal
erzeugt, und mit einem Durchfluss-Ausgangssignalschaltkreis für den Empfang des
Puffer-Ausgangssignals und zur Erzeugung eines Durchflussraten-Ausgangssignals;
ein Filter für den
Empfang des Puffer-Ausgangssignals und zur selektiven Reproduktion
von Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken;
und einen Integrationsschaltkreis für den Empfang der reproduzierten
Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken und zur
Erzeugung einer Anzeige des Flüssigkeitsleitfähigkeit
in dem Durchgang.
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Ausführungsformen
stellen weiter einen magnetischen Durchflussmesser mit einer verbesserten Angabe
der Flüssigkeitsleitfähigkeit
bereit, wobei der Durchflussmesser Folgendes aufweist: eine Durchflusstrohranordnung
mit einem Durchgang für
den Flüssigkeitsstrom
und mit einem Elektromagneten, der außerhalb des Durchgangs angeordnet
ist und derart ausgelegt ist, dass er eine magnetische Erregung
mit ansteigender bzw. abfallender Flanke bereitstellt, und mit einem
Elektrodenschaltkreis, welcher durch den Durchgang koppelt und Spannungsspitzen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken erzeugt; einen Prozessor
für den
Empfang des Durchflusssignals und zur Erzeugung eines Durchflussraten-Ausgangssignals;
und eine Vorrichtung für den
Empfang der Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken
und zur Erzeugung eines gefilterten Integrals der Spannungsspitzen
als Anzeige oder Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit.
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Es
ist ein verbesserter magnetischer Durchflussmesser gezeigt, der
eine verbesserte Angabe oder Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
aufweist. Die Angabe der Leitfähigkeit
verwendet natürlich
auftretende "Flankenimpulsen", welche mit der
Leitfähigkeit
in Zusammenhang stehen, und in einem Elektrodenschaltkreis des magnetischen
Durchflussmessers anzutreffen sind. Diese Flankenimpulse werden als
Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
verwendet.
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Die
Leitfähigkeitsanzeige
erfordert keinen elektrischen Anschluss eines Antriebs- oder Erregungsschaltkreises
mit dem Elektrodenschaltkreis und eine Aufladung des Elektrodenschaltkreises kann
vermieden werden.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden
Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
typische Anordnung eines magnetischen Durchflussmessers;
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2 ein
vereinfachtes Steuerungsdiagramm magnetischer Erregungs- und Elektrodenspannungs-Wellenformen;
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3 eine
Ausführungsform
eines magnetischen Durchflussmessers mit einem Prozessor, welcher
eine verbesserte Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
bereitstellt;
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4 eine
Ausführungsform
eines Schaltkreises, welcher eine verbesserte Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
bereitstellt;
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5 eine
Ausführungsform
eines magnetischen Durchflussmessers, welcher eine Abstimmlogik
zur Bereitstellung einer verbesserten Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
verwendet;
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6 eine
Ausführungsform
eines magnetischen Durchflussmessers, welcher eine Fuzzy-Logik oder
Qualitativaussagenlogik sowie ein neurales Netz zur Bereitstellung
einer verbesserten Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
verwendet;
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7 ein
Beispiel für
die Amplituden von Spektralkomponenten von Spannungsspitzen mit
ansteigenden bzw. abfallenden Flanken als Funktion der Frequenz;
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8 ein erstes Beispiel für bei einer
Flüssigkeitsleitfähigkeit
von 200 MicroSiemens verarbeiteter Spannungsspitzen-Wellenformen mit
ansteigenden bzw. abfallenden Flanken, wobei Wellenformen eines
vollen Rohrs auf der linken Seite und Wellenformen eines leeren
Rohrs auf der rechten Seite, ungefilterte Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw.
abfallenden Flanken oben und bandpassgefilterte Wellenformen unten
veranschaulicht sind;
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9 ein
zweites Beispiel für
bearbeitete Spannungsspitzen-Wellenformen
mit ansteigenden und abfallenden Flanken eines vollen Rohrs, wobei ungefilterte
Spannungsspitzen bei (a) und (c) und gefilterte Spannungsspitzen
bei (b) und (d) gezeigt sind, indem eine 200 MicroSiemens Leitfähigkeit
bei (a) und (b) und eine 20 MicroSiemens Leitfähigkeit bei (c) und (d) eingesetzt
wird;
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10 Amplituden
von Spektralkomponenten von Signalen eines Elektrodenschaltkreises
für Vollrohr-
und Leerrohrzustände;
und
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11 ein
Beispiel bei 200 MicroSiemens Flüssigkeitsleitfähigkeit
für Spitzenspannungs-Wellenformen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken, wobei Wellenformen eines
vollen Rohrs auf der linken Seite und Wellenformen eines leeren
Rohrs auf der rechten Seite veranschaulicht sind; ungefilterte Spitzenspannungen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken sind oben und hochpassgefilterte Wellenformen
sind unten dargestellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird ein magnetischer Durchflussmesser offenbart, der eine verbesserte
Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
aufweist. Die Anzeige oder Angabe der Leitfähigkeit verwendet natürlich auftretende "Flankenimpulse", welche in einem
Elektrodenschaltkreis des magnetischen Durchflussmessers vorzufinden
sind. Die Leitfähigkeitsanzeige
erfordert keinen elektrischen Anschluss irgendeines Antriebs- oder Erregungsschaltkreises
an den Elektrodenschaltkreis und so kann eine Aufladung des Elektrodenschaltkreises
vermieden werden.
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Der
magnetische Durchflussmesser weist einen Elektromagneten auf, der
außerhalb
des Durchgangs befestigt ist. Der Elektromagnet stellt eine magnetische
Erregung mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken bereit. Diese
magnetische Erregung mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken induziert
gemäß dem Faradayschen
elektromagnetischen Induktionsgesetz sowohl Spannungsspitzen als
auch ein Durchflusssignal in dem Elektrodenschaltkreis. Die Bewegung
der Flüssigkeit
relativ zu dem Durchflussmesser induziert das Durchflusssignal.
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Die
Zeitgeschwindigkeit der Veränderung des
Magnetfelds induziert Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden
Flanken, bei welchen es sich um ein natürlich auftretendes Phänomen handelt,
das normalerweise in der Durchflussmessung nicht verwendet wird.
Die Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken weisen
Amplituden und Formen auf, die sich abhängig von der Leitfähigkeit
der Flüssigkeit
unterscheiden. Die Spannungsspitzen werden elektronisch integriert
und dann zur Bereitstellung einer Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
ver wendet, und insbesondere zur Bereitstellung einer nützlichen
Anzeige, wann das Durchflussmesserrohr nicht voll ist.
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In 1 ist
ein magnetischer Durchflussmesser 100 veranschaulicht,
welcher eine verbesserte Leitfähigkeitsanzeige
aufweist.
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Der
Durchflussmesser 100 weist einen Durchgang 102 für einen
Flüssigkeitsstrom
auf. Der Durchgang 102 umfasst einen geflanschten Rohrabschnitt 104.
Der Rohrabschnitt 104 ist für gewöhnlich aus einem nichtmagnetischen
rostfreien Stahl zur Druckeinschließung oder -aufnahme hergestellt
und mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung 106 ausgekleidet,
die für
gewöhnlich
aus Teflon, Polyurethan, Tefzel oder Kunstharz hergestellt ist.
Bei Niederdruckanwendungen kann der Rohrabschnitt 104 aus
einem elektrisch isolierenden Kunstharz hergestellt werden, in welchem
Fall keine Auskleidung 106 benötigt wird.
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Es
können
auch andere Konstruktionen der Durchgänge 102 verwendet
werden. Beispielsweise können
ein Metallrohrabschnitt 104 und eine nur teilweise isolierende
Auskleidung 106 in einem Kreisring um jede Elektrode herum
eingesetzt werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform
ist der Rohrabschnitt 104 ohne Flansche ausgebildet, und
der Durchflussmesser 100 kann dann zwischen Flanschen zusammenpassender
Rohre festgeklemmt werden, indem verlängerte Bolzen zur Ummantelung des
Durchflussmessers 100 eingesetzt werden.
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Ein
Elektromagnet 108 ist außerhalb des Durchgangs 102 befestigt
und erzeugt eine magnetische Erregung 110 mit ansteigenden
bzw. abfallenden Flanken in dem Fluid innerhalb des Durchgangs 102.
Wie dargestellt ist, umfasst der Elektromagnet 108 ein
Paar Spulen 112, welche von einem magnetischen Rückleiter
umgeben sind. Der magnetische Rückleiter 114 kann
aus einem ferromagnetischen Werkstoff wie beispielsweise einer M-19-Legierung hergestellt
sein. Der magnetische Rückleiter 114 kann
zudem Schenkelpole innerhalb der Spulen 112, einen Schichtkern,
harte magnetische Werkstoffe sowie andere für die Verwendung in magnetischen Durchflussmessern
bekannte Anordnungen magnetischer Rückleiter aufweisen.
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Die
elektrische Erregung des Elektromagneten 108 ist für gewöhnlich ein
Strom mit ansteigender bzw. abfallender Flanke, wenn magnetisch
weiche Werkstoffe im Elektromagneten 108 verwendet werden.
Alternativ handelt es sich bei dem Erregungsstrom für gewöhnlich um
magnetisierende und entmagnetisierende Stromimpulse, wenn der Elektromagnet 108 magnetisierbare
und demagnetisierbare harte magnetische Werkstoffe aufweist.
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Die
magnetische Erregung 110 mit ansteigender bzw. abfallender
Flanke in dem Durchgang 102 wirkt mit der durch den Durchgang 102 fließenden Flüssigkeit
zusammen, um eine elektromotorische Kraft (EMF) gemäß dem Faradayschen
Gesetz der elektromagnetischen Induktion in der Flüssigkeit zu
erzeugen, welche auch als Elektrodenspannung oder Durchflusssignal
bezeichnet wird.
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Der
magnetische Durchflussmesser 100 weist einen Elektrodenschaltkreis 116 auf,
der durch die Flüssigkeit
in dem Durchgang 102 koppelt und diese einschließt. Der
Elektrodenschaltkreis weist Elektroden 118, 120 auf,
die mit der Flüssigkeit
in dem Durchgang in Berührung
sind und eine leitfähige Verbindung
mit der Flüssigkeit
herstellen. Der Elektrodenschaltkreis weist zudem Leitungen oder
Drähte 122, 124 auf,
welche die Elektrodenspannung von den Elektroden 118, 120 zu
einem Verarbeitungsschaltkreis in einem Fach 126 leiten.
Die Elektrodenleitungen 122, 124 können sich
auch zu einem Verarbeitungsschaltkreis an einem Ort erstrecken,
welcher entfernt von dem Durchgang 102 liegt. Die Elektrodenspannung
schließt
ein Durchflusssignal sowie Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw.
abfallenden Flanken ein, wie nachfolgend noch ausführlicher in
Verbindung mit 2 beschrieben wird. Die Verarbeitungsschaltkreisanordnung
in dem Fach 126 (oder an einem entfernten Ort) liefert
eine verbesserte Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
und wird nachfolgend ausführlicher
in Verbindung mit 3 und den folgenden Figuren
erklärt.
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In 2 veranschaulicht
ein vereinfachtes Steuerungsdiagramm 200 eine magnetische
Erregung 202 mit ansteigender bzw. abfallender Flanke sowie
eine Elektrodenschaltkreisspannung 204 gemäß Funktionen
der Zeit. Die Skalierungsfaktoren wurden zur deutlicheren Veranschaulichung
der wichtigen Zeitmerkmale verzerrt. Die horizontalen Achsen 206, 208 stellen
die Zeit dar. Die vertikalen Achsen stellen die Amplituden der magnetischen
Erregung 202 mit ansteigender bzw. abfallender Flanke sowie
die Elektrodenschaltkreisspannung 204 dar.
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Die
magnetische Erregung 202 mit ansteigender bzw. abfallender
Flanke veranschaulicht die Skalargröße eines vertikalen magnetischen
Feldes B an einem Punkt in dem Durchgang, welcher mittig zwischen
den Elektroden liegt. Die Elektrodenschaltkreisspannung 204 veranschaulicht
die Größe der Differenzspannung
auf den Elektrodenleitungen, welche mit der Verarbeitungsschalkreisanordnung
verbunden sind.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, wird die magnetische Erregung 202 im
Wesentlichen rechteckig erzeugt, wobei sie jedoch sich wiederholende Übergänge 210, 212 mit
ansteigenden bzw. abfallenden Flanken mit eingeschränkten Anstiegsgeschwindigkeiten
zwischen flachen Pegeln 214, 216 als Funktion
von Zeit aufweist. Die magnetische Erregung 202 mit ansteigender
bzw. abfallender Flanke 202 wechselt zwischen einem positiven
flachen Pegel 214 und einem negativen flachen Pegel 216.
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Während der
alternierenden flachen Pegel 214, 216 wird ein
entsprechendes Durchflusssignal gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz
in der Elektrodenspannung 204 induziert, wie es bei 222, 224 dargestellt
ist. Es versteht sich, dass das Durchflusssignal von null abweichen
kann, wie es durch die gestrichelte Linie 226 veranschaulicht
ist. Diese Gleichstromabweichung von null tritt aufgrund der unterschiedlichen
elektrochemischen Potentiale an den beiden Elektroden und Streuspannungen
des Thermoelements in dem Elektrodenschaltkreis auf und hat keine
negativen Auswirkun gen auf die Durchflussmessung.
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Während der Übergänge 210, 212 mit
ansteigenden bzw. abfallenden Flanken werden die Spannungsspitzen 218, 220 als
Teil der Elektrodenspannung 204 erzeugt. Die Spannungsspitzen 218, 220 weisen
alternierende positive Spannungsspitzen 218 und negative
Spannungsspitzen 220 auf.
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Die
Spannungsspitzen 218, 220 mit ansteigenden bzw.
abfallenden Flanken werden als Ergebnis einer verbleibenden Wandlertätigkeit
zwischen der magnetischen Erregung mit ansteigender bzw. abfallender
Flanke und den Abschnitten des Elektrodenschaltkreises, welche eine
magnetische Einstreuungsschleife in dem Magnetfeld erzeugen, erzeugt.
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Der
Abschnitt des Elektrodenschaltkreises, welcher den Leitungsweg in
der Flüssigkeit
zwischen den Elektroden und dem Abschnitt der Elektrodenleitungen
aufweist, ist im Gesamten im Allgemeinen in einer Ebene in der magnetischen
Abschirmung angeordnet, welche derart ausgewählt wird, dass sie eine Wandlerkopplung
reduziert. In manchen Fällen
wird die Position einer oder mehrerer Leitungen sorgfältig angepasst,
um die restliche Wandlerkopplung zwischen dem magnetischen Erregungsfeld
und dem Elektrodenschaltkreis zu reduzieren oder ganz auf null zu
bringen. Die Wandlerkopplung wird vorsätzlich derart reduziert, dass
es die Messung des Durchflusssignals nicht stört. Trotz dieser Bemühungen gibt
es für
gewöhnlich
nach wie vor eine Restmenge an Wandlerkopplung, welche Spitzenspannungen 218, 220 mit
ansteigenden bzw. abfallenden Flanken erzeugt.
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Es
stellte sich heraus, dass diese restliche Wandlerkopplung sowie
die Spitzenspannungen mit ansteigender bzw. abfallender Flanke empfindlich gegenüber einer
Flüssigkeitsleitfähigkeit
sind und als Angabe oder Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
in dem Durchgang verwendet werden können. Durch Verwendung der
Spitzenspannungen wird eine Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
erhalten, ohne dass es notwendig ist, dass der Elektroden schaltkreis
mit zusätzlichen
Bauteilen belastet wird. Die Spitzenspannungen können ohne unerwünschte Veränderung
in der Kalibrierung des Durchflussraten-Ausgangssignals gemessen
werden. Exemplarische Schaltkreise und Verfahren, welche eine Flüssigkeitsleitfähigkeit
in einem magnetischen Durchflussmesser unter Verwendung von Spitzenspannungen
mit ansteigender bzw. abfallender Flanke anzeigen, werden nachfolgend
in Verbindung mit den 3, 4, 5 und 6 beschrieben.
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In 3 ist
ein magnetischer Durchflussmesser 300 mit einem verbesserten,
die Flüssigkeitsleitfähigkeit
anzeigenden Ausgangssignal 301 in Blockdiagrammform veranschaulicht.
Der magnetische Durchflussmesser 300 weist eine Durchflussrohranordnung 303 auf.
Wie in Verbindung mit 1 erklärt worden ist, kann der Durchflussmesser 300 in einer
von mehreren wechselnden Konfigurationen zusammengebaut sein, und
die Durchflussrohranordnung 303 kann nach Bedarf bemessen
sein, um mit der entsprechenden Rohrleitung in einer Prozessinstallation
zusammenzuarbeiten, welche für
gewöhnlich
Durchmesser aufweist, die von 5 Millimeter bis zu einem Meter oder
mehr reichen. Der magnetische Durchflussmesser 300 weist
einen Durchgang 302 für
einen Flüssigkeitsstrom
auf. Der Durchgang 302 ist von einem Rohr 304 umgeben,
welches eine Innenfläche
aufweist, die zumindest teilweise in der Nähe der Elektroden 306, 308 isoliert
ist.
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Die
Durchflussrohranordnung 303 weist ein Paar elektromagnetischer
Spulen 310, 312 sowie eine magnetische Abschirmung
oder Rückleiter 314 auf,
welche ein Magnetfeld in der Flüssigkeit
im Durchgang 302 erzeugen. Elektromagnetische Spulen 310, 312 sind über eine
Leitung 316 in Reihe geschaltet und weisen zwei Eingangsleitungen 318, 320 für den Empfang
eines Erregungsstroms mit ansteigender bzw. abfallender Flanke auf.
Bei dem Magnetfeld handelt es sich um eine magnetische Erregung
mit ansteigender bzw. abfallender Flanke.
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Die
Elektroden 306, 308 sind über Leitungen 322, 324 mit
einem elektronischen Stromrichter oder Wandler 326 verbunden.
Die Leitungen 322, 324 koppeln an einen Differenzverstärker 328 im Wandler 326.
Der Differenzverstärker 328 weist
hohe Impedanzeingänge
und einen niedrigeren Impedanzausgang auf und wirkt als Puffer,
der mit dem Elektrodenschaltkreis gekoppelt ist und ein gepuffertes
Verstärker-Ausgangssignal
erzeugt. Die Elektroden 306, 308 sowie die Leitungen 322, 324 bilden
einen Elektrodenschaltkreis, welcher sowohl ein Durchflusssignal
als auch Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken
an den Wandler 326 liefern.
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Der
Differenzverstärker 328 liefert
ein verstärktes
Elektrodensignal, welches sowohl ein Durchflusssignal als auch Spannungsspitzen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken einschließt, an eine
Verarbeitungsschaltkreisanordnung 330 in dem Wandler 326,
welcher das verstärkte
Durchflusssignal auf herkömmliche
Art und Weise selektiv verarbeitet und bei 332 ein Durchflussraten-Ausgangssignal
erzeugt, welches an einen entfernten Ort übertragen werden kann.
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Der
Differenzverstärker 328 liefert
zudem ein verstärktes
Elektrodensignal an den Verarbeitungsschaltkreis 334 im
Wandler 326, welches die verstärkten Spannungsspitzen selektiv
bearbeitet und bei 301 ein Ausgangssignal erzeugt, welches
die Flüssigkeitsleithfähigkeit
anzeigt. Das die Leitfähigkeit
anzeigende Ausgangssignal wird als gefiltertes Integral der Spannungsspitzen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken berechnet und zeigt Flüssigkeitsleitfähigkeitszustände in dem
Durchgang 302 an. Für
Fachleute in der Technik versteht es sich, dass die Verarbeitungsschaltkreisanordnung 330 und
die Verarbeitungsschaltkreisanordnung 334 in einem einzigen
Prozessor, wie beispielsweise einem Mikroprozessorsystem für allgemeine
Zwecke, oder einem anwenderspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder
einer Kombination aus verschiedenen Schaltkreisen kombiniert werden
können,
welche zur Ausführung
der gewünschten
Funktionen programmiert sind.
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Der
Verarbeitungsschaltkreis 334 kann das Durchflussraten-Ausgangssignal
an einen Warnpegel anpassen, wenn die Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
anzeigt, dass eine Flüssigkeitsleitung
für eine
genaue Durchflussmessung unzureichend ist. Dies kann durch eine
Veränderung
der chemischen Zusammensetzung der Flüssigkeit, einer Beschichtung
der Elektroden oder einem leeren oder teilweise gefüllten Durchflussrohr 304 verursacht
werden.
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4 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines Schaltkreises 30, welcher in dem Prozessor 334 von 3 eingesetzt
werden kann. Der Schaltkreis 350 empfängt ein verstärktes Elektrodensignal,
welches Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken
auf einer Leitung 352 aufweist. Ein Datenpuffer 354 speichert
eine Reihe von Zeiten von Datenpunkten von der Leitung 352.
Bei der Reihe von Datenpunkten kann es sich um eine einzelnen Spannungsspitze,
ein Paar von Spannungsspitzen oder um eine längere Reihe von Spannungsspitzen,
je nach Anwendung, handeln. Wenn der Datenpuffer 354 einen
vollständigen
Satz von Datenpunkten gespeichert hat, wird der Satz von Datenpunkten
entlang einer Leitung 356 an ein digitales Signalverarbeitungs(DSP)-Filter 358 übertragen.
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Bei
dem Filter 358 kann es sich um ein Bandpassfilter handeln,
welches eine bandpassgefilterte Auswahl derjenigen Datenpunkte berechnet,
welche die Spannungsspitzen darstellen. Die gefilterte Auswahl von
Datenpunkten wird entlang einer Leitung 360 an einen Integrator 362 gekoppelt.
Der Integrator 362 integriert die gefilterten Datenpunkte
zur Bereitstellung einer Angabe der Flüssigkeitsleitfähigkeit
bei 364.
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Der
Integrator 362 steuert vorzugsweise die Berechnung des
gefilterten Integrals in Synchronisation mit den Spannungsspitzen.
Diese Synchronisation kann erreicht werden, indem ein Abtastwert
der Spulenerregung verwendet wird. Der Integrator empfängt einen
Abtastwert der Spulenerregung und steuert dann eine Berechnung des
gefilterten Integrals als Funktion des empfangenen Abtastwerts.
Alternativ kann der Integrator 362 eine Berechnung des
gefilterten Integrals in Autosynchronisation mit den Spannungsspitzen
selbst steuern.
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Das
die Leitfähigkeit
anzeigende Ausgangssignal bei 364 kann direkt verwendet
werden, oder das Ausgangssignal bei 364 kann mit einem
gespeicherten Referenzpegel im Integrator 364 verglichen werden,
und der Integrator kann eine Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
in dem Durchgang als Funktion des Vergleichs erzeugen. Vorzugsweise
weist der Integrator 362 einen Vergleicher auf, der laufende Durchschnitte
des Zeitintegrals mit dem gespeicherten Referenzpegel vergleicht.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann
der Integrator 362 ein Zeitintegral einer Differenz zwischen
positiven und negativen Spannungsspitzen berechnen, und der Integrator 362 kann
die Differenz mit einem gespeicherten Referenzpegel vergleichen
und dann die Anzeige der Flüssigkeitsleitfähigkeit
als eine Funktion des Vergleichs erzeugen.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform kann
der Integrator 362 laufende Durchschnittswerte der gefilterten
Integrale der ansteigenden oder abfallenden Flankenimpulse berechnen
und erzeugt die Angabe der Flüssigkeitsleitfähigeit als
Funktion der laufenden Durchschnittswerte.
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Es
können
verschiedene Kombinationen der vorstehend beschriebenen alternativen
Funktionen in dem Integrator 362 enthalten sein, und dann
kann eine der Funktionen zur Verwendung zum Zeitpunkt der Installation
abhängig
von den Bedürfnissen
der Anwendungsumgebung ausgewählt
werden.
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5 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
eines magnetischen Durchflussmessers 400. Der magnetische
Durchflussmesser 400 in 5 ähnelt dem
in 3 gezeigten magnetischen Durchflussmesser 300 und
Bezugszeichen, welche in 3 verwendet werden, werden ebenfalls
in 5 verwendet, um ähnliche oder identische Merkmale
zu identifizieren. In 5 weist ein Prozessor 334 eine
Kombination aus 1, 2 ... N Funktionen 402 auf, welche jeweils
eine Flüssigkeitsleitfähigkeitsanzeige
basierend auf Spannungspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden
Flanken berechnen, indem sie unterschiedliche Verfahren oder Algorithmen
für eine Integration
und einen Vergleich der Spannungsspitzen verwenden, wie es vorstehend
in Verbindung mit 4 beschrieben worden ist. Ein
Abstimmlogikschaltkreis 404 führt eine Mehrheits-Abstimmlogikfunktion
aus, wenn die Differenzierungsverfahren 1, 2 ... N nicht alle zu
demselben Ergebnis führen.
Das Ausgangssignal 301 ist eine von der Mehrheit gewählte Kombination
der Differenzierungsverfahren 1, 2 ... N. In 5 liefert
der Prozessor 330 zudem den Erregungsstrom an die Spulen 310, 312.
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6 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
eines magnetischen Durchflussmessers 420. Der magnetische
Durchflussmesser 420 in 6 ähnelt dem
in 3 gezeigten magnetischen Durchflussmesser 300 und
in 3 verwendete Bezugszeichen werden auch in 6 verwendet,
um ähnliche
oder identische Merkmale zu identifizieren. In 6 weist
ein Prozessor 334 eine Kombination aus 1, 2 ... N Funktionen 402 auf,
welche jeweils eine Flüssigkeitsleitfähigkeitsanzeige
basierend auf Spannungsspitzen erzeugen, indem sie unterschiedliche
Verfahren oder Algorithmen zur Integration und zum Vergleich der
Spannungsspitzen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken verwenden,
wie vorstehend in Verbindung mit 4 erörtert worden
ist. Ein Qualitativaussagenlogik- oder Fuzzy-Logik-Controller 422 führt eine
Fuzzy-Logik-Funktion
aus, indem er jedes der Differenzierungsverfahren 1, 2 ... N gemäß einer
zugewiesenen Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktion durchführt.
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Bei
dem Ausgangssignal 301 handelt es sich um eine Fuzzy-Logik-Kombination der Differenzierungsverfahren
1, 2 ... N. Die Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktionen
können
entwickelt werden, nachdem der Durchflussmesser in einer Anlage
mit Hilfe eines neuralen Netzes 424 installiert worden
ist. Ein Schalter 426 auf dem neuralen Netz wird auf einen "Lernmodus" eingestellt und
der Durchflussmesser wird Vollrohr-Zuständen ausgesetzt und der Leerstands-/Vollstands-Schalter 428 wird
betätigt,
um "voll" anzuzeigen, wenn
das Rohr voll ist. Der Durchflussmesser wird dann Leerrohr-Zuständen ausgesetzt
und der Leerstands-/Vollstands-Schalter 428 wird betätigt, um "leer" anzuzeigen, wenn
das Rohr leer ist. Dieser Vorgang wird unter unterschiedlichen Anlage-Umweltbedingungen
wiederholt. Dann wird der Ein-/Lernschalter 426 zurück in die "Ein"-Position gestellt
und das neurale Netz 424 berechnet die Mitgliedsschaftfunktionen
und liefert die Mitgliedsschaftsfunktionen an den Fuzzy-Logik-Controller 422 zur
betrieblichen Verwendung. In 6 liefert
der Prozessor 330 darüber
hinaus den Erregungsstrom an die Spulen 310, 312.
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7 veranschaulicht
ein Beispiel der Amplituden der Spektralkomponenten von Spannungsspitzen
mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken als Funktion der Frequenz.
Die vertikale Achse 450 stellt die Amplitude der Spektralkomponenten
dar und die horizontale Achse 452 stellt Frequenzen der Spektralkomponenten
dar. Die Ortskurve der Spektralkomponenten ist bei 454 gezeigt.
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8 veranschaulicht Beispiele für Spannungsspitzen-Wellenformen
unter unterschiedlichen Bedingungen, welche Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit
von 200 MicroSiemens verwenden. In jeder Wellenform stellt die horizontale
Achse die Zeit dar und die vertikale Achse stellt die Amplitude
dar. Bei 8(a) ist eine Vollrohr-Wellenform
von Impulsen mit ansteigenden bzw. abfallenden Flanken gezeigt. Bei 8(b) ist eine gefilterte Vollrohr-Wellenform gezeigt.
Bei 8(c) ist eine Leerrohr-Spannungsspitzen-Wellenform
mit ansteigender bzw. abfallender Flanke gezeigt und bei 8(d) ist eine gefilterte Wellenform eines Leerrohrs
gezeigt. Die Wellenform veranschaulicht die Unterschiede zwischen
Vollrohr- und Leerrohrzuständen
für eine
Installation.
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9 veranschaulicht
ein zweites Beispiel für
verarbeitete, Vollrohr-Spannungsspitzen-Wellenformen mit ansteigenden
bzw. abfallenden Flanken, wobei ungefilterte Spannungsspitzen bei 9(a) und 9(c) und
gefilterte Spitzen bei 9(b) und 9(d) gezeigt sind, wobei bei 9(a) und 9(b) Leitfähigkeitsflüssigkeit
von 200 MicroSiemens und bei 9(c) und 9(d) Leitfähigkeitsflüssigkeit
von 20 MicroSiemens verwendet wird. Die Wellenformen veranschaulichen
die Unterschiede zwischen ausreichenden oder niedrigen Leitfähigkeitszuständen für eine Installation.
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10 veranschaulicht
Amplituden von Spektralkomponenten von Elektrodenschaltkreissignalen
für Voll-
und Leerrohr-Zustände.
Die vertikale Achse stellt eine Amplitude der Spektralkomponenten
dar und die horizontale Achse stellt die Frequenz dar. 10(a) veranschaulicht Elektrodenschaltkreissignale
bei einem vollen Rohr und eine ausreichende Flüssigkeitsleitfähigkeit
zur Messung, um einen guten Störabstand
zwischen dem Durchflussignalspitzen und einem Rauschen, welches
in dem Fluid erzeugt wird, bereitzustellen. 10(b) veranschaulicht
Elektrodenschaltkreissignale bei Leerrohr-Zuständen, welche hohe Rauschpegel
verursachen.
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11 veranschaulicht
ein Beispiel einer Flüssigkeitsleitfähigkeit
von 200 MicroSiemens bei Spannungsspitzen-Wellenformen, wobei Vollrohr-Wellenformen 11(a), 11(b) auf
der linken Seite, sowie Leerrohr-Wellenformen 11(c), 11(d) auf der rechten Seite angeordnet sind; ungefilterte
Spannungsspitzen 11(a), 11(c) sind
oben und hochpassgefilterte Wellenformen 11(b), 11(d) sind unten angezeigt.
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Spannungsspitzen-Wellenformen
können aufgrund
kleiner Unterschiede bei der Ausrichtung der Elektroden und Elektromagneten
in individuellen Durchflussrohren und Installationsbedingungen stark voneinander
abweichen. Die Anordnungen bei einer Mehrheits-Abstimmlogik und
einer Fuzzy-Logik oder Qualitativaussagenlogik sind besonders wirksam
bei der Handhabung dieser Abweichungen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, werden Fachleute in der Technik erkennen,
dass Veränderungen
hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen abzuweichen.
Beispielsweise können
unterschiedliche Schaltkreisfunktionen, welche in Blockdiagrammform
beschrieben worden sind, auch in einer Reihe von Schritten ausgeführt werden,
die von einem digitalen Mikroprozessor ausgeführt werden.