EP1716395A2 - Method and device for determining parameters of a fluctuating flow - Google Patents

Method and device for determining parameters of a fluctuating flow

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Publication number
EP1716395A2
EP1716395A2 EP05706185A EP05706185A EP1716395A2 EP 1716395 A2 EP1716395 A2 EP 1716395A2 EP 05706185 A EP05706185 A EP 05706185A EP 05706185 A EP05706185 A EP 05706185A EP 1716395 A2 EP1716395 A2 EP 1716395A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
flow
electrode
electrode arrangement
correlation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05706185A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hubert Zangl
Anton Fuchs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Graz
Forschungsholding TU Graz GmbH
Original Assignee
Technische Universitaet Graz
Forschungsholding TU Graz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Graz, Forschungsholding TU Graz GmbH filed Critical Technische Universitaet Graz
Publication of EP1716395A2 publication Critical patent/EP1716395A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/64—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by measuring electrical currents passing through the fluid flow; measuring electrical potential generated by the fluid flow, e.g. by electrochemical, contact or friction effects
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/08—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring variation of an electric variable directly affected by the flow, e.g. by using dynamo-electric effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P5/22—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means

Definitions

  • the invention relates to a method for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes being provided at a distance from one another in the flow direction.
  • the invention also relates to a device for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes being provided at a distance from one another in the flow direction.
  • Non-contact capacitive sensors for detecting the fill level of a dielectric medium in the interior of containers with non-metallic walls are known and can be found, for example, in the chemical or pharmaceutical industry. Such a sensor is described, for example, in DE 19949985 C2.
  • a structure consisting of a plurality of sensor fields arranged in matrix form can be found in DE 10008093 AI.
  • a large number of capacitive sensors use remote probes to determine the fill level (cf. DE 69001151 T2, DE 19938270 AI, DE 19757190 AI, DE 19721255 AI, or DE 19613813 C2) or other non-contact methods (cf. DE 19754093 C2, DE 19516809 Cl, or DE 10063557 AI).
  • DE 19916979 A1 discloses methods for filling level measurement with a large number of capacitive sensors arranged alongside one another along a filling path.
  • US 5722290 A describes the construction of a capacitive level meter with a ring oscillator.
  • DE 69530863 T2 describes a level sensor based on a transit time measurement, which can also be used as a linear displacement transducer.
  • EP 0760467 AI also describes a level measurement in a pipe using a capacitive method.
  • Methods and devices for determining density profiles in closed conveying devices also belong to the prior art. These methods include the class of electrical capacitance tomography sensors (ECT). An example is shown in EP 0326266, in which corresponding reconstruction methods are also disclosed.
  • ECT electrical capacitance tomography sensors
  • No. 4,568,874 A discloses an arrangement in which the presence of a liquid is determined with the aid of at least three electrode rings, the sensitivity being reduced by conductive deposits in the tube. The order is not used for speed measurement but only for density measurement. Determination of the dielectric property of the material flow at the observation points.
  • US 4568874 A the method of "active guarding" is used, in which auxiliary electrodes are acted upon by the potential of the receiving electrodes in order to avoid interference effects or to shift the sensitivity range: a method which is complex in terms of circuit technology.
  • DE 4025952 AI describes the measurement of the flow velocity of fine-grained bulk materials in a pneumatic or hydraulic suspension by means of a contactless measurement using capacitive sensors.
  • Two sensor electrodes are spatially opposite a sensor electrode on the outside of a measuring tube, an AC voltage being applied in phase opposition to the sensor electrodes. Downstream or upstream thereof, two transmitter electrodes and a sensor electrode are again provided, with the feed being carried out at a different frequency.
  • Statistical fluctuations are recorded using phase-sensitive rectifiers and signal processing by means of cross-correlation, and the flow velocity is deduced from these.
  • a similar measuring arrangement with two pairs of electrodes is known from DE 3909177 AI.
  • statistical fluctuations of the mass flow here coal dust, are recorded and evaluated after high signal amplification with the aid of phase-sensitive rectifiers and a transit time correlator.
  • a measuring arrangement described in WO 01/65212 A1 uses two spaced-apart, ring-shaped capacitance sensors, each surrounding a flow tube, with at least three electrodes each. Flow parameters are obtained by recording changes in capacitance at the two sensors and cross-correlation.
  • EP 0108876 A1 describes a device in which the spatial averaging is carried out by dividing the electrodes in a pseudo-random manner along the tube, in order to obtain sufficiently large signals on the one hand and to reduce the averaging effect on the other hand.
  • a dielectric property of the material to be conveyed is determined at at least two points in the flow direction. This dielectric property is required to have temporal fluctuations at each observation point. These fluctuations in the dielectric property can be of natural origin (e.g. concentration fluctuations in turbulent flow) or intentionally introduced (e.g. injecting another medium into the material flow).
  • Another difficulty is that the formation of stray fields provides a far-reaching sensitivity that goes beyond the desired observation area of the measuring arrangement.
  • the distance between the two observation points must be chosen to be large.
  • a large distance particularly in turbulent flow conditions, means that fluctuations during the movement from an observation point upstream to an observation point downstream are greatly changed (rheological decay of the fluctuation), as a result of which the signal sharpness of the correlation result decreases.
  • the invention provides in a device of the type mentioned at the outset that, according to the invention, a first, upstream transmission electrode arrangement and a second, downstream transmission electrode arrangement are supplied with alternating voltage signals, and detection signals resulting from displacement currents at a reception electrode arrangement located between the transmission electrodes are detected and are subjected to a time-discrete cross correlation, the throughput times of the fluctuations detected by the electrodes being determined from the results.
  • a device of the type specified at the outset which is characterized according to the invention by a first, upstream transmission electrode arrangement (S1) and a second, downstream transmission electrode arrangement (S 2 ) and a reception electrode arrangement (E) located between the transmission electrodes , wherein these electrode arrangements are provided on the circumference of a flow of a fluid carried in a line, and a receiving and evaluating device for detecting the received signals (s e ) caused by displacement currents, for carrying out a time-discrete cross-correlation and for determining the throughput times of the electrodes fluctuations recorded from the cross-correlation values.
  • the present invention differs from many of the known devices in that the electrode means are not arranged orthogonally to the direction of flow and in that a common receiving electrode can be used for both measuring points.
  • the resulting advantages are discussed in detail in the detailed description of the invention.
  • the present invention also offers the advantage that the coupling capacitances are measured in the direction of flow, which increases the local sensitivity. Furthermore, the spatial extent (space requirement) of the device can be reduced compared to known capacitive flow sensors. The measurements can be carried out under dynamic conditions (flowing material to be conveyed) or under static conditions (stationary material to be conveyed), with only the density or density profile being able to be determined for static conditions
  • the nature and the rheological properties of the loaded substance are not a limitation, since the measurement is based on a non-contact, capacitive method.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a pipe section with an electrode arrangement in the sense of the invention
  • FIG. 2 in a view like FIG. 1, another embodiment of an electrode arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a representation similar to FIG. 2 with the coupling capacitances drawn in between the electrodes
  • FIGS. 6 is a view of a tube similar to FIGS. 2 and 4,
  • FIG. 1 shows a tube made of insulating material, on the outside of which an annular receiving electrode E and two annular transmitting electrodes Si and S 2 are arranged.
  • each transmitting electrode is subdivided into eight individual electrodes, which are seated on the outside of a tube according to FIG. 3a, but are incorporated into a tube according to FIG. 3b.
  • the transmitting device and the receiving device can in principle be interchanged, since the coupling capacities remain identical.
  • the use of a common receiving device is recommended.
  • the further descriptions of the invention therefore relate to this preferred embodiment with a plurality of transmitting devices and a common receiving device.
  • the arrangement of the electrodes and the corresponding evaluation described in the invention result in good decoupling of the transmitter devices, since the field lines emanating from a transmitter end at the receiver without first penetrating into the effective range of the second transmitter.
  • the two transmission devices can be at a very short distance from one another in the flow direction, or at least separated by the receiving device, can be set up without causing significant cross-talk.
  • the small distance that can be achieved with the principle on which the invention is based enables a non-invasive measurement of the conveying speed even in the case of flows in which fluctuations, for example due to mixing (e.g. strongly turbulent flows), occur in a short time (or on a short conveyor length).
  • the averaging effect that occurs at large distances is greatly reduced. This causes spatially small Storurige ⁇ correspondingly increased signal amplitudes.
  • the design is selected so that electrodes and evaluation electronics can be used for the capacitive measurement of all specified conveying properties and conveying parameters.
  • the physical principle on which the invention is based is the change in coupling capacitances by means of dielectrics with relative dielectric numbers different from 1.
  • FIG. 1 The simplest embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIG. 1, the speed being determined using correlative methods.
  • FIG. 2 With the refined geometry according to FIG. 2, a density measurement and a measurement of the propagation behavior of the conveyed material in the flow direction can be implemented in addition to the speed measurement.
  • FIG. 14 shows a block diagram of the measuring circuit in the time multiplex variant.
  • a switching device 2 Via a switching device 2, a high-frequency signal from a source 1, in the simplest case, square-wave signals, is passed to the transmission electrodes S1, S2 via a control circuit AST, in the simplest case circuit by AND gate.
  • a displacement current i flows through capacitive coupling and is supplied to an evaluation circuit 8 with a measuring converter 6 and subsequent analog-digital conversion ADC.
  • the transducer has a very low input impedance (Ri ⁇ 1/100. L / (2. ⁇ .fC)), where f is the frequency of the high-frequency signal and C describes the coupling capacity between the transmitting and receiving electrodes.
  • f the frequency of the high-frequency signal
  • C describes the coupling capacity between the transmitting and receiving electrodes.
  • the control and evaluation logic 8 first ensures that the electrodes S1, S2 located upstream and downstream are cyclically actuated one after the other and the corresponding displacement current i is measured.
  • the shift current i is directly proportional to the respective coupling capacitance 9 or 10.
  • a specific number N of measured values which follow one another in time is stored in a memory of the control and evaluation logic 8.
  • Measurement data of the coupling capacity 10 are stored in a field X, data of the coupling capacity 9 in a field Y.
  • the discrete-time cross-correlation is defined as follows:
  • the correlation function ⁇ XY is then a measure of the signal similarity.
  • a fluctuation in the medium flowing past first becomes effective in the coupling capacity 9 belonging to the upstream and after the speed-dependent cycle time T in the coupling capacity 10 belonging to the downstream. That shift k which leads to a maximum in the correlation function ⁇ Y is the cycle time T proportional ,
  • ⁇ f corresponds to the sampling time (i.e. the time interval between two measurements of the same transmitter electrode).
  • the cross correlations are formed in each case between all measurement data belonging to the respective segments of the first measurement level and all measurement data belonging to the respective segments of the second measurement level.
  • the sensitivity is no longer the same across the entire pipe, but is increased at certain points and reduced at others - spatial resolution is thus possible.
  • the term "pipe” used in the invention is not limited to bodies with a round or rectangular circumference and can be used for the transport of liquids, powders, gases and solids.
  • the section of the pipe on which the measurement of the conveying properties is carried out can differ from the rest of the pipe system in terms of material, structure and properties such as conductivity and elasticity. Regardless of the structure of the rest of the pipe system, the pipe section of the measuring section must consist of at least partially non-conductive material.
  • Capacitive level measurements of vessels are primarily used for vertical containers and belong to the state of the art.
  • the principle of the capacitive level measurement on horizontally lying or inclined pipes is to be given, since the electrode arrangement according to the invention is also suitable for this.
  • FIGS. 3a and 3b Two exemplary embodiments of the pipe section used for level measurement are given in FIGS. 3a and 3b.
  • 3a is an embodiment which consists of a non-conductive tube, on the surfaces of which electrodes are applied.
  • Fig. 3b shows an embodiment in which the pipe section described consists of continuous metal strips (electrodes), which by non-conductive material such. B. plastic are interrupted.
  • a structure according to FIG. 3b also offers a functional tube in the sense of transporting or storing liquids, powders, gases and solids.
  • the embodiments from FIGS. 3a and 3b can be used in such a way that the capacitances between corresponding electrodes and the receiving electrode (see FIG. 4) can be viewed for measurements.
  • the substance i pipe the fill level of which is to be determined, has a certain relative dielectric constant which is different from the dielectric constant of another medium in the pipe (for example air). Physically, a change in the dielectric constant means a change in the capacitance between the transmitting and receiving device.
  • a distribution similar to that shown in FIGS. 5a to 5c can be assumed for liquids, powders and solids. The presence of the substance in the tube, coupled with its own relative dielectric, alters the value of the capacitance between the transmit and receive devices.
  • a filling means an increase in capacitance of C ⁇ _E mp f and C 8 _Empf and a minimal influence on the capacities C2_Empf and CV_Empf, while C3_Em f, CjjEmpf, Csempf and C6_Empf almost remain unchanged.
  • C2_Em P and G / npf is already greatly increased and in Fig. 5c all capacities except for C4_Em P f and Csj ⁇ mpf are significantly increased by the material inside the tube.
  • FIG. 3b For the construction of the pipe section, an arrangement according to FIG. 3b is to be preferred to that of FIG. 3a, since the influence of the pipe itself only goes into the measurement to a smaller extent and more precise measurements can be assumed.
  • FIG. 6 shows the principle used.
  • the change in shape of the interference with the distance covered illustrates the usefulness of transmitters located close to one another.
  • a signal UEX, I proportional to the coupling capacitance is to be tapped at the receiving device if (only) the electrode E x , ⁇ sends.
  • the z. B. is obtained from the cross-correlation of corresponding signals t ⁇ & ⁇ and TE 2 , an average conveying speed can be calculated by a known method.
  • a “low speed profile” can be determined by correlating signals that are arranged at different distances from the receiving device in the direction of flow.
  • the arrangement thus becomes sensitive to disturbances in layers of the material to be conveyed which are further away from the edge of the conveying tube (see FIG. 8b).
  • the measurement of the propagation behavior of the material to be conveyed in the direction of flow is based on the same principle as the measurement of the level or density profile. By means of correlation, a maximum similarity can be sought in the signal profiles in the density profiles of both areas of action. If a change in the position of the fluctuation relative to the electrodes is observed from one observation control to the next (rotary offset), it can be assumed that the material is rotating in the direction of flow (e.g.
  • FIG. 10a and 10b show exemplary electrode geometries of the subject matter of the invention, which are embodied here as a so-called “flexprint” and can be mounted on an existing pipe of a system by wrapping.
  • FIG. 10a there are four to the receiving electrode in the flow direction 10b shows the electrode configuration for two transmitting devices with 16 electrodes each, this embodiment as a flexprint represents a cost-effective and robust embodiment of the geometry according to FIG Cables (connections) to the electrode areas can be led out to a soldering area for a (flat ribbon) cable on the flexprint (not shown in the figures).
  • the electrode arrangement in particular the receiving electrode, can the receiving electrode e insulation applied (e.g. B. wrapped) on which an electrical shield (see. Fig. 11a and b) is applied, for. B. a metal foil placed on common ground).
  • Such shielding also serves to minimize the emission of electromagnetic waves from the transmission devices to the outside.
  • the variant of the invention explained in FIGS. 12 and 13 provides for the adaptation of the distance between the electrodes, depending on the ampute of the correlation function.
  • the transmitting electrodes are applied to carrier rings which can be displaced on the tube and which can be shifted in their position, for example by means of a spindle drive, manually or automatically, controlled by the measurement results.
  • the distance between the two levels is changed from a minimal to a maximum position and the correlation functions of corresponding electrodes for each position educated.
  • the distance between the measurement levels at which the correlation functions (on average) clearly detectable peaks Hefert is used for the measurement of the conveying properties.
  • the dependence of the determined AmpHtude on the distance between a transmitting electrode and the receiving electrode is shown in FIG. 13, for example.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for determining the parameters of a fluctuating flow of a fluid in a pipe, wherein at least three electrodes (S1, E, S2) that are placed at a distance from one another in the direction of flow are provided in the periphery of the flow, wherein alternating voltage signals (ss) are fed to a first upstream transmission electrode arrangement (S1) and to a second downstream transmission electrode arrangement (S2) and the receiving signals (se) generated by the displacement current are detected in a receiving electrode arrangement (E) located between the transmission electrodes and subjected to a time-discrete cross-correlation. The throughput times of the fluctuations detected by the electrodes are determined on the basis of the results.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BESTIMMEN VON PARAMETERN EINER STRÖMUNG METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING PARAMETERS OF A FLOW
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Parametern einer Fluktuationen aufweisenden Strömung eines Fluidums in einer Leitung, wobei am Umfang der Strömung zumindest drei, in Strömungsrichtung voneinander in Abstand befindliche Elektroden vorgesehen sind.The invention relates to a method for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes being provided at a distance from one another in the flow direction.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Bestimmen von Parametern einer Fluktuationen aufweisenden Strömung eines Fluidums in einer Leitung, wobei am Umfang der Strömung zumindest drei, in Strömungsrichtung voneinander in Abstand befindliche Elektroden vorgesehen sind.The invention also relates to a device for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes being provided at a distance from one another in the flow direction.
Für kapazitive Füllstandsmessung in Behältern gibt es eine Vielzahl von Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen. Berührungslos arbeitende kapazitive Sensoren zur Erkennung des Füllstandes eines dielektrischen Mediums im Inneren von Behältern mit nicht- metallischen Wänden sind bekannt und finden sich beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie. Einen solchen Sensor beschreibt beispielsweise die DE 19949985 C2. Ein Aufbau, bestehend aus mehreren matrixförmig angeordneten Sensorfeldern, ist der DE 10008093 AI zu entnehmen. Eine Vielzahl von kapazitiven Sensoren nutzen abgesetzte Sonden zum Ermitteln des Füllstandes (vgl. DE 69001151 T2, DE 19938270 AI, DE 19757190 AI, DE 19721255 AI, oder DE 19613813 C2) oder andere nicht-berührungslose Verfahren (vgl. DE 19754093 C2, DE 19516809 Cl, oder DE 10063557 AI). Darüber hinaus sind aus der DE 19916979 AI Verfahren zur Füllstandsmessung mit einer Vielzahl nebeneinander entlang einer Füllstrecke angeordneter kapazitiver Sensoren bekannt. Die US 5722290 A beschreibt den Aufbau eines kapazitiven Füllstandsmessers mit Ringoszillator. Die DE 69530863 T2 beschreibt einen Füllstandssensor, basierend auf einer Laufzeitmessung, der sich auch als linearer Weg-Messwandler verwenden lassen kann. Auch in der EP 0760467 AI wird eine Füllstandsmessung in einem Rohr mit Hilfe eines kapazitiven Verfahrens beschrieben.A large number of methods and corresponding devices exist for capacitive level measurement in containers. Non-contact capacitive sensors for detecting the fill level of a dielectric medium in the interior of containers with non-metallic walls are known and can be found, for example, in the chemical or pharmaceutical industry. Such a sensor is described, for example, in DE 19949985 C2. A structure consisting of a plurality of sensor fields arranged in matrix form can be found in DE 10008093 AI. A large number of capacitive sensors use remote probes to determine the fill level (cf. DE 69001151 T2, DE 19938270 AI, DE 19757190 AI, DE 19721255 AI, or DE 19613813 C2) or other non-contact methods (cf. DE 19754093 C2, DE 19516809 Cl, or DE 10063557 AI). In addition, DE 19916979 A1 discloses methods for filling level measurement with a large number of capacitive sensors arranged alongside one another along a filling path. US 5722290 A describes the construction of a capacitive level meter with a ring oscillator. DE 69530863 T2 describes a level sensor based on a transit time measurement, which can also be used as a linear displacement transducer. EP 0760467 AI also describes a level measurement in a pipe using a capacitive method.
Auch Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Dichteprofilen in geschlossenen Fördervorrichtungen zählen zum Stand der Technik. Zu diesen Methoden gehört die Klasse der Elektrischen-Kapazitäts- Tomografie-Sensoren (ECT). Ein Beispiel ist in der EP 0326266 dargestellt, in der auch entsprechende Rekonstruktionsmethoden offenbart sind.Methods and devices for determining density profiles in closed conveying devices also belong to the prior art. These methods include the class of electrical capacitance tomography sensors (ECT). An example is shown in EP 0326266, in which corresponding reconstruction methods are also disclosed.
In der US 4,568,874 A wird eine Anordnung geoffenbart, bei der das Vorhandensein einer Flüssigkeit mit Hilfe von wenigstens drei Elektrodenringen ermittelt wird, wobei die Empfindlichkeit durch konduktive Ablagerungen im Rohr vermindert wird. Die Anordnung wird nicht zur Geschwindigkeitsmessung sondern ausschließlich zur Dichtemessung verwendet. Bestimmung der dielektrischen Eigenschaft des Fördergutstromes an den Beobachtungsstellen. In der US 4568874 A wird die Methode des „active guarding" verwendet, bei dem Hilfselektroden mit dem Potential der Empfangselektroden beaufschlagt werden, um Störeffekte zu vermeiden bzw. den Empfindlichkeitsbereich zu verschieben: eine schaltungstechnisch aufwendige Methode.No. 4,568,874 A discloses an arrangement in which the presence of a liquid is determined with the aid of at least three electrode rings, the sensitivity being reduced by conductive deposits in the tube. The order is not used for speed measurement but only for density measurement. Determination of the dielectric property of the material flow at the observation points. In US 4568874 A the method of "active guarding" is used, in which auxiliary electrodes are acted upon by the potential of the receiving electrodes in order to avoid interference effects or to shift the sensitivity range: a method which is complex in terms of circuit technology.
Eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung unter Verminderung von Streufeldeffekten wird in der DE 4442711 A beschrieben. Auch hier werden gesteuerten Hilfselektroden (active guarding) verwendet, was wiederum einen entsprechenden schaltungstechnischen Aufwand mit sich bringt.A device for capacitive measurement while reducing stray field effects is described in DE 4442711 A. Controlled auxiliary electrodes (active guarding) are also used here, which in turn entails a corresponding amount of circuitry.
Zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Fördergutstromes sind viele Verfahren und entsprechende Vorrichtungen bekannt geworden. So beschreibt beispielsweise die DE 4025952 AI die Messung der Strömungsgeschwindigkeit von feinkörnigen Schüttgütern in einer pneumatischen oder hydraulischen Suspension durch eine berührungslose Messung mit kapazitiven Sensoren. Dabei liegen an der Außenseite eines Messrohres zwei Geberelektroden einer Sensorelektrode räumlich gegenüber, wobei an die Geberelektroden eine Wechselspannung gegenphasig angelegt wird. Stromab oder stromauf davon sind nochmals zwei Geberelektroden und eine Sensorelektrode vorgesehen, wobei hier die Speisung mit einer anderen Frequenz erfolgt. Unter Verwendung phasenempfindlicher Gleichrichter und einer Signalverarbeitung durch Kreuzkorrelation werden statistische Fluktuationen erfasst und aus diesen wird auf die Fließgeschwindigkeit geschlossen. Eine ähnliche Messanordnung mit zwei Elektrodenpaaren geht aus der DE 3909177 AI als bekannt hervor. Ebenso wie bei dem zuvor genannten Dokument erfolgt die Erfassung und Auswertung statistischer Fluktuationen des Massenstroms, hier Kohlenstaub, nach hoher Signalverstärkung mit Hilfe von phasenempfindlichen Gleichrichtern und eines Laufzeitkorrelators.Many methods and corresponding devices have become known for measuring the flow velocity of a conveyed material flow. For example, DE 4025952 AI describes the measurement of the flow velocity of fine-grained bulk materials in a pneumatic or hydraulic suspension by means of a contactless measurement using capacitive sensors. Two sensor electrodes are spatially opposite a sensor electrode on the outside of a measuring tube, an AC voltage being applied in phase opposition to the sensor electrodes. Downstream or upstream thereof, two transmitter electrodes and a sensor electrode are again provided, with the feed being carried out at a different frequency. Statistical fluctuations are recorded using phase-sensitive rectifiers and signal processing by means of cross-correlation, and the flow velocity is deduced from these. A similar measuring arrangement with two pairs of electrodes is known from DE 3909177 AI. As with the aforementioned document, statistical fluctuations of the mass flow, here coal dust, are recorded and evaluated after high signal amplification with the aid of phase-sensitive rectifiers and a transit time correlator.
Eine in der WO 01/65212 AI beschriebene Messanordnung verwendet zwei in Abstand voneinander gelegene, ringförmige, außen ein Durchflussrohr umgebende Kapazitätssensoren mit zumindest je drei Elektroden. Strömungsparameter werden durch Erfassung von Kapazitätsänderungen an den beiden Sensoren und Kreuzkorrelation gewonnen.A measuring arrangement described in WO 01/65212 A1 uses two spaced-apart, ring-shaped capacitance sensors, each surrounding a flow tube, with at least three electrodes each. Flow parameters are obtained by recording changes in capacitance at the two sensors and cross-correlation.
Auch das Problem der räumlichen Mittelung von Fluktuationen ist dem Stand der Technik bekannt. In der EP 0108876 AI wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der die räumlich Mittelung durch Aufteilung der Elektroden in pseudo-zufälliger Weise entlang des Rohres erfolgt, um einerseits genügend große Signale zu erhalten und andererseits den Mittelungseffekt zu reduzieren. Bei bekannten Durchflussmessungen wird an zumindest zwei Stellen in Flussrichtung eine dielektrische Eigenschaft des Fördergutes bestimmt. Es ist erforderlich, dass diese dielektrische Eigenschaft an jeder Beobachtungsstelle zeitliche Fluktuationen aufweist. Diese Fluktuationen der dielektrischen Eigenschaft können natürlichen Ursprungs sein (z. B. Konzentrationsschwankungen bei turbulenter Strömung) oder beabsichtigt eingebracht werden (z. B. Einspritzen eines anderen Mediums in den Fördergutstrom.) .The problem of spatially averaging fluctuations is also known in the prior art. EP 0108876 A1 describes a device in which the spatial averaging is carried out by dividing the electrodes in a pseudo-random manner along the tube, in order to obtain sufficiently large signals on the one hand and to reduce the averaging effect on the other hand. In known flow measurements, a dielectric property of the material to be conveyed is determined at at least two points in the flow direction. This dielectric property is required to have temporal fluctuations at each observation point. These fluctuations in the dielectric property can be of natural origin (e.g. concentration fluctuations in turbulent flow) or intentionally introduced (e.g. injecting another medium into the material flow).
Aufgrund der erforderlichen räumlichen Ausdehnung der Messeinrichtungen (Elektroden) erfolgt eine Mittelung von Fluktuationen und dadurch eine Abschwächung der Signalschärfe.Due to the required spatial expansion of the measuring devices (electrodes), fluctuations are averaged and the signal sharpness is thus weakened.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass durch die Ausbildung von Streufeldern eine weitreichende Empfindlichkeit gegeben ist, die über den gewünschten Beobachtungsbereich der Messanordnung hinausgeht. Um eine ausreichende Signalschärfe zu erhalten muss der Abstand zwischen den beiden Beobachtungsstellen groß gewählt werden. Andererseits bedeutet ein großer Abstand, insbesondere bei turbulenten Flussbedingungen, dass Fluktuationen während der Bewegung von einer Beobachtungsstelle stromauf zu einer Beobachtungsstelle stromab stark verändert werden (rheologischer Zerfall der Fluktuation), wodurch die Signalschärfe des Korrelationsergebnisses abnimmt.Another difficulty is that the formation of stray fields provides a far-reaching sensitivity that goes beyond the desired observation area of the measuring arrangement. In order to obtain sufficient signal sharpness, the distance between the two observation points must be chosen to be large. On the other hand, a large distance, particularly in turbulent flow conditions, means that fluctuations during the movement from an observation point upstream to an observation point downstream are greatly changed (rheological decay of the fluctuation), as a result of which the signal sharpness of the correlation result decreases.
Insbesondere die Verwendung einer Vielzahl von Elektroden, wie sie bei der Bestimmung eines Profils erforderlich ist, führt weiters zu einer hohen Schaltungskomplexität, da viele Messwerte ermittelt werden müssen.In particular, the use of a large number of electrodes, as is required when determining a profile, also leads to a high level of circuit complexity, since many measured values have to be determined.
Die komplexe Anordnung von Elektroden, Elektronik und Schirmung führt zu komplexen mechanischen Aufbauten, die sich im Allgemeinen schwer in bestehende Anlagen integrieren lassen.The complex arrangement of electrodes, electronics and shielding leads to complex mechanical structures that are generally difficult to integrate into existing systems.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Verfahrens und einer Messanordnung, welche die weit reichende Empfindlichkeit einer kapazitiven Messanordnung zur Messung einer dielektrischen Eigenschaft verkleinert und dadurch eine Verkleinerung des Abstandes zwischen zwei Beobachtungsstellen ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a method and a measuring arrangement which reduces the far-reaching sensitivity of a capacitive measuring arrangement for measuring a dielectric property and thereby enables the distance between two observation points to be reduced.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, durch eine erhöhte lokale Em.pfindlichkeit eine geringere Mittelung von Fluktuationen zu bewirken. Beide Merkmale führen zu einer Verbesserung der Bestimmung von Geschwindigkeit/Geschwindigkeitsprofil und Dich- te/Dichteprofil eines Fördergutstromes. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Komplexität der elektronischen Schaltung und somit die Kosten der Herstellung, insbesondere bei der Verwendung einer Vielzahl von Elektroden, gering zu halten.Another object of the invention is to bring about a lower averaging of fluctuations by means of an increased local sensitivity. Both features lead to an improvement in the determination of the speed / speed profile and density / density profile of a material flow. Another object of the invention is to keep the complexity of the electronic circuit and thus the cost of production, in particular when using a large number of electrodes, low.
Des Weiteren ist es ein Aspekt der Erfindung, dass eine platzsparende, kompakte, gegen äußere Einflüsse geschützte Vorrichtung, die einfach in bestehende Anlagen integriert werden kann, geschaffen wird.Furthermore, it is an aspect of the invention that a space-saving, compact device that is protected against external influences and that can be easily integrated into existing systems is created.
Zur Lösung zumindest einer dieser Aufgaben sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass erfindungsgemäß einer ersten, stromauf gelegenen Sendeelektrodenanordnung sowie einer zweiten, stromab gelegenen Sendeelektrodenanordnung Wechselspannungssignale zugeführt werden und durch Verschiebeströme an einer zwischen den Sendeelektroden gelegenen Empfangselektrodenanordnung entstehende Empfangssignale erfasst und einer zeitdiskreten Kreuzkorrelation unterworfen werden, wobei aus den Ergebnissen die Durchlaufzeiten der von den Elektroden erfassten Fluktuationen ermittelt werden.To solve at least one of these tasks, the invention provides in a device of the type mentioned at the outset that, according to the invention, a first, upstream transmission electrode arrangement and a second, downstream transmission electrode arrangement are supplied with alternating voltage signals, and detection signals resulting from displacement currents at a reception electrode arrangement located between the transmission electrodes are detected and are subjected to a time-discrete cross correlation, the throughput times of the fluctuations detected by the electrodes being determined from the results.
Ebenso werden Aufgaben der Erfindung mit Hilfe einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art gelöst, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine erste, stromauf gelegene Sendeelektrodenanordnung (Sl) sowie eine zweite, stromab gelegene Sendeelektrodenanordnung (S2) sowie eine zwischen den Sendeelektroden gelegene Empfangselektrodenanordnung (E), wobei diese Elektrodenanordnungen am Umfang einer in einer Leitung geführten Strömung eines Fluidums vorgesehen sind, und eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung, zum Erfassen der durch Verschiebeströme hervorgerufenen Empfangssignale (se), zum Durchführen einer zeitdiskreten Kreuzkorrelation sowie zum Ermitteln der Durchlaufzeiten der von den Elektroden erfassten Fluktuationen aus den Kreuzkorrelationswerten.Likewise, objects of the invention are achieved with the aid of a device of the type specified at the outset, which is characterized according to the invention by a first, upstream transmission electrode arrangement (S1) and a second, downstream transmission electrode arrangement (S 2 ) and a reception electrode arrangement (E) located between the transmission electrodes , wherein these electrode arrangements are provided on the circumference of a flow of a fluid carried in a line, and a receiving and evaluating device for detecting the received signals (s e ) caused by displacement currents, for carrying out a time-discrete cross-correlation and for determining the throughput times of the electrodes fluctuations recorded from the cross-correlation values.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von vielen der bekannten Vorrichtungen dadurch, dass die Elektrodenmittel nicht orthogonal zur Flussrichtung angeordnet sind und dass eine gemeinsame Empfangselektrode für beide Messstellen verwendet werden kann. Die sich daraus ergebenden Vorteile werden in der detaillierten Beschreibung der Erfindung ausführlich behandelt.The present invention differs from many of the known devices in that the electrode means are not arranged orthogonally to the direction of flow and in that a common receiving electrode can be used for both measuring points. The resulting advantages are discussed in detail in the detailed description of the invention.
Die vorliegende Erfindung bietet auch den Vorteil, dass die Messung der Kopplungskapazitäten in Flussrichtung erfolgt, wodurch die lokale Empfindlichkeit erhöht wird. Weiters kann dadurch die räumliche Ausdehnung (Platzbedarf) der Vorrichtung gegenüber bekannten kapazitiven Durchflusssensoren verkleinert werden. Die Messungen können dabei unter dynamischen Bedingungen (fließendes Fördergut) oder unter statischen Bedingungen (ruhendes Fördergut) erfolgen, wobei für statische Bedingungen nur die die Dichte bzw. das Dichteprofil ermittelt werden kannThe present invention also offers the advantage that the coupling capacitances are measured in the direction of flow, which increases the local sensitivity. Furthermore, the spatial extent (space requirement) of the device can be reduced compared to known capacitive flow sensors. The measurements can be carried out under dynamic conditions (flowing material to be conveyed) or under static conditions (stationary material to be conveyed), with only the density or density profile being able to be determined for static conditions
Die Beschaffenheit und die rheologischen Eigenschaften der beladenen Substanz stellen hierbei keine Einschränkung dar, da die Messung auf einem berührungslosen, kapazitiven Verfahren beruht.The nature and the rheological properties of the loaded substance are not a limitation, since the measurement is based on a non-contact, capacitive method.
Weitere zweckmäßige Merkmale sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 10 sowie 12 bis 17 gekennzeichnet.Further useful features are characterized in the dependent claims 2 to 10 and 12 to 17.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigenThe invention and further advantages are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments which are illustrated in the drawing. In this show
Fig. 1 in schematischer Seitenansicht einen Rohrabschnitt mit einer Elektrodenanordnung im Sinne der Erfindung,1 is a schematic side view of a pipe section with an electrode arrangement in the sense of the invention,
Fig. 2 in einer Ansicht wie Fig. 1 eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,2 in a view like FIG. 1, another embodiment of an electrode arrangement according to the invention,
Fig. 3a und 3b die Anordnung von Elektroden an einem Rohr in schematischen Schnitten,3a and 3b, the arrangement of electrodes on a tube in schematic sections,
Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 mit eingezeichneten Kopplungskapazitäten zwischen den Elektroden,4 shows a representation similar to FIG. 2 with the coupling capacitances drawn in between the electrodes,
Fig. 5a bis 5c ein mit Elektroden versehenes Rohr in schematischem Schnitt mit drei unterschiedlichen Füllständen,5a to 5c a tube provided with electrodes in a schematic section with three different fill levels,
Fig. 6 eine Ansicht eines Rohres ähnlich den Fig. 2 und 4,6 is a view of a tube similar to FIGS. 2 and 4,
Fig. 7 ein Diagramm mit zwei Ausgangssignalen der Auswerteeinrichtung,7 shows a diagram with two output signals of the evaluation device,
Fig. 8a und 8b in Seitenansicht zwei weitere Ausführungsformen von Elektrodenanordnungen, mit welchen ein Geschwindigkeitsprofil ermittelt werden kann,8a and 8b in side view two further embodiments of electrode arrangements with which a speed profile can be determined,
Fig. 9a bis 9c in einer Ansicht wie Fig. 5a bis 5c eine zirkuläre Strömung zu unterschiedlichen Zeitpunkten, Fig. 10a und 10b beispielsweise Ausführungen von Elektroden auf einem flexiblen Isoliermaterial,9a to 9c in a view like FIGS. 5a to 5c a circular flow at different times, 10a and 10b, for example, designs of electrodes on a flexible insulating material,
Fig. 11a und 11b die Anordnung einer Schirmung an einem Rohr mit Elektroden in Seitenansicht und im Schnitt,11a and 11b the arrangement of a shield on a tube with electrodes in side view and in section,
Fig. 12 in schematischer Seitenansicht die Anordnung von verschiebbaren Sendeelektroden an einem Rohr,12 shows a schematic side view of the arrangement of displaceable transmission electrodes on a tube,
Fig. 13 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Ausgangssignals der Auswerteschaltung von dem einstellbaren Elektrodenabstand,13 shows in a diagram the dependence of the output signal of the evaluation circuit on the adjustable electrode spacing,
Fig. 14 in einem vereinfachten Blockschaltbild die gesamte Messanordnung nach der Erfindung14 shows the entire measuring arrangement according to the invention in a simplified block diagram
Fig. 15 in einem schematischen Schnitt jenen Strömungsbereich, in dem sich Fluktuationen auf eine bestimmte Elektrode stark auswirken.15 shows a schematic section of that flow area in which fluctuations have a strong effect on a specific electrode.
In der nun folgenden Beschreibung zeigt Fig. 1 ein Rohr aus isolierendem Material, auf welchem außen eine ringförmige Empfangselektrode E sowie zwei ringförmige Sendeelektroden Si und S2 angeordnet sind.In the description that follows, FIG. 1 shows a tube made of insulating material, on the outside of which an annular receiving electrode E and two annular transmitting electrodes Si and S 2 are arranged.
Gemäß Fig. 2 ist jede Sendeelektrode in acht Einzelelektroden unterteilt, die nach Fig. 3a außen an einem Rohr sitzen, nach Fig.3b jedoch in ein Rohr eingearbeitet sind.According to FIG. 2, each transmitting electrode is subdivided into eight individual electrodes, which are seated on the outside of a tube according to FIG. 3a, but are incorporated into a tube according to FIG. 3b.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, können Sendevorrichtung und Empfangsvorrichtung prinzipiell vertauscht werden, da die Kopplungskapazitäten identisch bleiben. Aufgrund der in der kapazitiven Messtechnik üblicherweise höheren Komplexität der Empfangsvorrichtung empfiehlt sich jedoch die Verwendung einer gemeinsamen Empfangsvorrichtung. Die weiteren Beschreibungen der Erfindung beziehen sich deshalb auf diese bevorzugte Ausführungsform mit mehreren Sendevorrichtungen und einer gemeinsamen Empfangsvorrichtung.As can be seen from FIG. 4, the transmitting device and the receiving device can in principle be interchanged, since the coupling capacities remain identical. However, due to the higher complexity of the receiving device in capacitive measurement technology, the use of a common receiving device is recommended. The further descriptions of the invention therefore relate to this preferred embodiment with a plurality of transmitting devices and a common receiving device.
Durch die in der Erfindung beschriebene Anordnung der Elektroden und der entsprechenden Auswertung wird eine gute Entkopplung der Sendevorrichtungen erzielt, da die von einem Sender ausgehenden Feldlinien beim Empfänger enden, ohne zuerst in den Wirkungsbereich des zweiten Senders einzudringen. Dadurch können die beiden Sendevorrichtungen in sehr geringem Abstand in Flussrichtung voneinander, zumindest aber getrennt durch die Empfangsvorrichtung, aufgebaut werden ohne nennenswertes Übersprechen (cross-talk) zu verursachen. Der geringe Abstand, der mit dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip erzielt werden kann, ermöglicht eine nicht-invasive Messung der Fördergeschwindigkeit auch bei Strömungen, bei denen sich Fluktuationen beispielsweise durch Durchmischung (z. B. stark turbulente Strömungen) in kurzer Zeit (bzw. auf kurzer Förderlänge) stark verändern. Außerdem ist der Mittelungseffekt, der bei großen Abständen auftritt, stark vermindert. Dadurch bewirken räumlich kleine Storurigeή entsprechend vergrößerte Signalamplituden.The arrangement of the electrodes and the corresponding evaluation described in the invention result in good decoupling of the transmitter devices, since the field lines emanating from a transmitter end at the receiver without first penetrating into the effective range of the second transmitter. As a result, the two transmission devices can be at a very short distance from one another in the flow direction, or at least separated by the receiving device, can be set up without causing significant cross-talk. The small distance that can be achieved with the principle on which the invention is based enables a non-invasive measurement of the conveying speed even in the case of flows in which fluctuations, for example due to mixing (e.g. strongly turbulent flows), occur in a short time (or on a short conveyor length). In addition, the averaging effect that occurs at large distances is greatly reduced. This causes spatially small Storurigeή correspondingly increased signal amplitudes.
Die Ausführung ist dabei so gewählt, dass Elektroden und Auswerteelektronik zur kapazitiven Messung aller angegebenen Fördereigenschaften und Förderparameter verwendet werden können.The design is selected so that electrodes and evaluation electronics can be used for the capacitive measurement of all specified conveying properties and conveying parameters.
Das der Erfindung zugrunde liegende physikalische Prinzip ist die Veränderung von Koppelkapazitäten durch Dielektrika mit von 1 verschiedenen relativen Dielektrizitätszahlen.The physical principle on which the invention is based is the change in coupling capacitances by means of dielectrics with relative dielectric numbers different from 1.
Die einfachste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 1 abgebildet, wobei die Geschwindigkeit über korrelative Verfahren ermittelt wird. .Bei der verfeinerten Geometrie nach Fig. 2 kann eine Dichtemessung und eine Messung des Ausbreitungsverhaltens des Fördergutes in Flussrichtung zusätzlich zur Geschwindigkeitsmessung implementiert werden.The simplest embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIG. 1, the speed being determined using correlative methods. With the refined geometry according to FIG. 2, a density measurement and a measurement of the propagation behavior of the conveyed material in the flow direction can be implemented in addition to the speed measurement.
Die Messung der Koppelkapazitäten zwischen den beschriebenen Elektroden erfolgt z. B. sequentiell über einen Kanal, wobei sehr rasch hintereinander alle Elektroden der Sendevorrichtungen aktiviert werden. Eine Möglichkeit der Messung und Auswertung wird nun an Hand der Fig. 14 erläutert. Diese zeigt ein Blockschaltbild der Messschaltung in der Zeitmul- tiplex Variante. Über eine Schaltvorrichtung 2 wird ein hochfrequentes Signal aus einer Quelle 1, im einfachsten Fall Rechtecksignale, über eine Ansteuerschaltung AST, im einfachsten Fall Schaltung durch UND Gatter, zu den Sendeelektroden Sl, S2 geleitet. Durch kapazitive Kopplung fließt ein Verschiebestrom i, der mit einem Messumsetzer 6 und nachfolgender analog-digital Umsetzung ADU einer Auswerteschaltung 8 zugeführt wird. Der Messumsetzer besitzt eine sehr niedrige Eingangsimpedanz (Ri < 1/100 . l/(2.π.f.C)), wobei f die Frequenz des hochfrequenten Signals ist und C die Kopplungskapazität zwischen Sende- und Empfangselektrode beschreibt. Dadurch befindet sich das Potential der Empfangselektrode E nahezu auf Masse (virtual ground) und eine Schirmung kann passiv durch Masseflächen erfolgen. Die Steuer- und Auswertelogik 8 sorgt zunächst dafür, dass zyklisch nacheinander die stromauf und stromab gelegenen Elektroden Sl, S2 angesteuert und der entsprechende Verschiebestrom i gemessen wird. Der Verschiebestrom i ist dabei der jeweiligen Kopplungskapazität 9 oder 10 direkt proportional. Eine bestimmte Anzahl N von zeitlich aufeinander folgenden Messwerten wird in einem Speicher der Steuer- und Auswertelogik 8 abgelegt. Dabei werden Messdaten der Kopplungskapazität 10 in einem Feld X gespeichert, Daten der Kopplungskapazität 9 in einem Feld Y. Die zeitdiskrete Kreuzkorrelation (Kurzzeit-Kreuzkorrelation) ist wie folgt definiert:The measurement of the coupling capacitances between the electrodes described takes place e.g. B. sequentially via a channel, with all electrodes of the transmitting devices being activated very quickly in succession. One way of measuring and evaluating is now explained with reference to FIG. 14. This shows a block diagram of the measuring circuit in the time multiplex variant. Via a switching device 2, a high-frequency signal from a source 1, in the simplest case, square-wave signals, is passed to the transmission electrodes S1, S2 via a control circuit AST, in the simplest case circuit by AND gate. A displacement current i flows through capacitive coupling and is supplied to an evaluation circuit 8 with a measuring converter 6 and subsequent analog-digital conversion ADC. The transducer has a very low input impedance (Ri <1/100. L / (2.π.fC)), where f is the frequency of the high-frequency signal and C describes the coupling capacity between the transmitting and receiving electrodes. As a result, the potential of the receiving electrode E is almost at ground (virtual ground) and shielding can take place passively through ground surfaces. The control and evaluation logic 8 first ensures that the electrodes S1, S2 located upstream and downstream are cyclically actuated one after the other and the corresponding displacement current i is measured. The shift current i is directly proportional to the respective coupling capacitance 9 or 10. A specific number N of measured values which follow one another in time is stored in a memory of the control and evaluation logic 8. Measurement data of the coupling capacity 10 are stored in a field X, data of the coupling capacity 9 in a field Y. The discrete-time cross-correlation (short-term cross-correlation) is defined as follows:
wobei die Messwerte vor der Korrelation vom arithmetischen Mittelwert befreit werden. Die Korrelationsfunktion ΦXY ist dann ein Maß für die Signalähnlichkeit. Eine Fluktuation im vorbeiströmenden Medium wird zuerst in der zur stromauf gehörigen Kopplungskapazität 9 wirksam und nach der geschwindigkeitsabhängigen Durchlaufzeit T in der zur stromab gehörigen Kopplungskapazität 10. Jene Verschiebung k, die zu einem Maximum in der Korrelationsfunktion Φ Y führt, ist damit der Durchlaufzeit T proportional.the measured values are freed from the arithmetic mean before the correlation. The correlation function Φ XY is then a measure of the signal similarity. A fluctuation in the medium flowing past first becomes effective in the coupling capacity 9 belonging to the upstream and after the speed-dependent cycle time T in the coupling capacity 10 belonging to the downstream. That shift k which leads to a maximum in the correlation function Φ Y is the cycle time T proportional ,
T = Δt • arg max Φ ^ [k]T = Δt • arg max Φ ^ [k]
Δf entspricht dabei der Abtastzeit (d. h. jenem Zeitintervall zwischen zwei Messungen derselben Sendeelektrode).Δf corresponds to the sampling time (i.e. the time interval between two measurements of the same transmitter electrode).
Die Geschwindigkeit ergibt sich mit Zeff als dem effektiven Abstand zwischen den Wirkbereichen ausWith Z e ff, the speed results from the effective distance between the effective areas
Bei einer Segmentierung der Sendeelektroden gemäß Fig. 2 werden die Kreuzkorrelationen jeweils zwischen allen, zu den jeweiligen Segmenten der ersten Messebene gehörigen Messdaten, und allen, zu den jeweiligen Segmenten der zweiten Messebene gehörigen Messdaten, gebildet. Dadurch ist die Empfindlichkeit nicht mehr über das gesamte Rohr gleich, sondern an bestimmten Stellen erhöht und an anderen verringert - eine räumliche Auflösung ist somit möglich. Der in der Erfindung verwendete Begriff „Rohr" beschränkt sich nicht auf Körper mit rundem oder rechteckigem Umfang und kann zum Transport von Flüssigkeiten, Pulvern, Gasen und Festkörpern verwendet werden.2, the cross correlations are formed in each case between all measurement data belonging to the respective segments of the first measurement level and all measurement data belonging to the respective segments of the second measurement level. As a result, the sensitivity is no longer the same across the entire pipe, but is increased at certain points and reduced at others - spatial resolution is thus possible. The term "pipe" used in the invention is not limited to bodies with a round or rectangular circumference and can be used for the transport of liquids, powders, gases and solids.
Jener Abschnitt des Rohres, an dem die Messung der Fördereigenschaften durchgeführt wird, kann sich vom Rest des Rohrsystems in Material, Struktur und Eigenschaften wie der Leitfähigkeit und Elastizität unterscheiden. Unabhängig vom Aufbau des restlichen Rohrsystems muss das Rohrstück des .Messabschnitts aus zumindest teilweise nicht-leitendem Material bestehen.The section of the pipe on which the measurement of the conveying properties is carried out can differ from the rest of the pipe system in terms of material, structure and properties such as conductivity and elasticity. Regardless of the structure of the rest of the pipe system, the pipe section of the measuring section must consist of at least partially non-conductive material.
Kapazitive Füllstandsmessungen von Gefäßen werden in erster Linie für senkrecht stehende Behältnisse angewendet und gehören zum Stand der Technik. Hier soll das Prinzip der kapazitiven Füllstandsmessung auf horizontal Hegende oder geneigte Rohre gegeben werden, da die Elektrodenanordnung nach der Erfindung auch dazu geeignet ist. Zwei beispielhafte Ausführungsformen jenes Rohrabschnittes, der zur Füllstandsmessung verwendet wird, sind in Fig. 3a und Fig. 3b gegeben. Bei Fig. 3a handelt es sich um eine Ausführungsform, die aus einem nichtleitenden Rohr besteht, auf dessen Oberflächen Elektroden aufgebracht werden. Fig. 3b zeigt eine Ausführungsform bei der beschriebener Rohrabschnitt aus durchgehenden Metallstreifen (Elektroden) besteht, die durch nichtleitendes Material wie z. B. Kunststoff unterbrochen sind. In seiner Gesamtheit bietet auch ein Aufbau nach Fig. 3b ein funktionsfähiges Rohr im Sinne eines Transportes oder einer Lagerung von Flüssigkeiten, Pulvern, Gasen und Festkörpern. Die Ausführungsformen aus Fig. 3a und 3b können so verwendet werden, dass für Messungen die Kapazitäten zwischen entsprechenden Elektroden und der Empfangselektrode (siehe Fig. 4) betrachtet werden können. Die Substanz i Rohr, deren Füllstand bestimmt werden soll, besitzt eine gewisse relative Dielektrizitätszahl, die von der Dielektrizitätszahl eines anderen Mediums im Rohr (z. B. Luft) verschieden ist. Physikalisch bedeutet eine Änderung der Dielektrizitätszahl eine Änderung der Kapazität zwischen Sende- und Empfangsvorrichtung. Für Flüssigkeiten, Pulver und Festkörper kann eine Verteilung ähnlich der in Fig. 5a bis 5c gezeigten angenommen werden. Das Vorhandensein der Substanz im Rohr, verbunden mit ihrer ihr eigenen relativen Dielektrizität, verändert den Wert der Kapazität zwischen den Sende- und Empfangsvorrichtungen.Capacitive level measurements of vessels are primarily used for vertical containers and belong to the state of the art. Here the principle of the capacitive level measurement on horizontally lying or inclined pipes is to be given, since the electrode arrangement according to the invention is also suitable for this. Two exemplary embodiments of the pipe section used for level measurement are given in FIGS. 3a and 3b. 3a is an embodiment which consists of a non-conductive tube, on the surfaces of which electrodes are applied. Fig. 3b shows an embodiment in which the pipe section described consists of continuous metal strips (electrodes), which by non-conductive material such. B. plastic are interrupted. In its entirety, a structure according to FIG. 3b also offers a functional tube in the sense of transporting or storing liquids, powders, gases and solids. The embodiments from FIGS. 3a and 3b can be used in such a way that the capacitances between corresponding electrodes and the receiving electrode (see FIG. 4) can be viewed for measurements. The substance i pipe, the fill level of which is to be determined, has a certain relative dielectric constant which is different from the dielectric constant of another medium in the pipe (for example air). Physically, a change in the dielectric constant means a change in the capacitance between the transmitting and receiving device. A distribution similar to that shown in FIGS. 5a to 5c can be assumed for liquids, powders and solids. The presence of the substance in the tube, coupled with its own relative dielectric, alters the value of the capacitance between the transmit and receive devices.
In Fig. 5a bedeutet eine Befüllung (relative Dielektrizitätszahl des Materials größer als die des umgebenden Mediums) eine Kapazitätszunahme von Cι_Empf und C8_Empf und eine minimale Beeinflussung der Kapazitäten C2_Empf und CV_Empf, während C3_Em f, CjjEmpf, Cs Empf und C6_Empf nahezu unverändert bleiben. In Fig. 5b ist hier auch schon C2_EmP und G/ npf stark erhöht und in Fig. 5c sind alle Kapazitäten bis auf C4_EmPf und Csjεmpf durch das Material im Rohrinneren deutlich erhöht.In Fig. 5a a filling (relative dielectric constant of the material greater than that of the surrounding medium) means an increase in capacitance of Cι_E mp f and C 8 _Empf and a minimal influence on the capacities C2_Empf and CV_Empf, while C3_Em f, CjjEmpf, Csempf and C6_Empf almost remain unchanged. In Fig. 5b C2_Em P and G / npf is already greatly increased and in Fig. 5c all capacities except for C4_Em P f and Csjεmpf are significantly increased by the material inside the tube.
Für den Aufbau des Rohrabschnittes ist eine Anordnung gemäß Fig. 3b jener von Fig. 3a zu bevorzugen, da der Einfluss des Rohres selbst nur in kleinerem Maß in die Messung eingeht und von präziseren Messungen auszugehen ist.For the construction of the pipe section, an arrangement according to FIG. 3b is to be preferred to that of FIG. 3a, since the influence of the pipe itself only goes into the measurement to a smaller extent and more precise measurements can be assumed.
Es ist für die Messung des Füllstandes zu empfehlen acht oder mehr Elektroden pro Sendevorrichtung zu verwenden. Durch die Überbestimmtheit des Systems (acht oder mehr Kapazitätswerte für einen Parameter) ist eine Relativmessung des Füllstandes möglich. Die Messung basiert auf der Erfassung der Verhältnisse der Änderungen der Kapazitätswerte zueinander. Somit ist die Messung unabhängig von globalen Störgrößen wie Temperatur, Feuchtigkeit, usw., die eine Einzelmessung stark beeinflussen würden. Nur noch sehr lokale Inhomogenitäten haben Einfluss auf das Messergebnis.It is recommended to use eight or more electrodes per transmitter to measure the level. Due to the over-determination of the system (eight or more capacitance values for one parameter), a relative measurement of the fill level is possible. The measurement is based on the detection of the relationships of the changes in the capacitance values to one another. The measurement is therefore independent of global disturbances such as temperature, humidity, etc., which would strongly influence an individual measurement. Only very local inhomogeneities have an influence on the measurement result.
Für die Bestimmung der Fördergeschwindigkeit werden den Kopplungskapazitäten proportionale Signale einander entsprechender Elektroden korreliert. Fig. 6 zeigt das verwendete Prinzip. Eine natürliche oder willentlich eingebrachte Störung (=Fluktuation in der Verteilung der relativen Dielektrizität) des Fördergutes verursacht im Wirkbereich 1 der Konfiguration (z. B. auf Höhe der Elektrode EXι) wegen der sich ändernden Koppelkapazität CEx,ι_EmPf ein verändertes Signal. Unmittelbar darauf ist dieselbe Störung im Wirkbereich 2 (auf Höhe Ex,2) und verursacht eine, vergleichbare Signaländerung (vgl. Fig. 7). Die Formänderung der Störung mit der zurückgelegten Wegstrecke verdeutlicht die Zweckmäßigkeit von knapp aneinander befindlichen Sendevorrichtungen.To determine the conveying speed, signals proportional to the coupling capacitances of corresponding electrodes are correlated. Fig. 6 shows the principle used. A natural or deliberate disturbance (= fluctuation in the distribution of the relative dielectric) of the conveyed material causes a changed signal in the effective area 1 of the configuration (e.g. at the level of the electrode E X ι) due to the changing coupling capacitance CEx, ι_Em P f , Immediately afterwards there is the same disturbance in the effective range 2 (at the level E x , 2 ) and causes a comparable signal change (cf. FIG. 7). The change in shape of the interference with the distance covered illustrates the usefulness of transmitters located close to one another.
An der Empfangsvorrichtung ist nach der Auswerteschaltung ein der Koppelkapazität proportionales Signal UEX,I abzugreifen, wenn (nur) die Elektrode Ex,ι sendet. Aus dem bekannten Abstand der Wirkbereiche und der Zeitdifferenz, die z. B. aus der Kreuzkorrelation entsprechender Signale tϊ&α und TE 2 gewonnen wird, kann nach bekannter Methode eine mittlere Fördergeschwindigkeit berechnet werden. Bei Verwendung mehrerer . Sendevorrichtungen (vgl. Fig. 8a) kann ein „Tief en-Geschwindigkeitsprofil" ermittelt werden, indem man Signale, die in unterschiedlichem Abstand zur Empfangsvorrichtung in Flussrichtung angeordneten Sendevorrichtungen, korreliert. Das elektrische Feld von Sendevorrichtungen, die von der Empfangsvorrichtung weiter entfernt sind, bildet sich tiefer ins Fördergut hinein aus - die Anordnung wird somit sensitiv auf Störungen in Schichten des Fördergutes, die weiter vom Rand des Förderrohres entfernt Hegen (vgl. Fig. 8b). Die Messung des Ausbreitungsverhaltens des Fördergutes in Flussrichtung erfolgt nach dem selben Prinzip wie die Messung des Füllstandes bzw. Dichteprofils. Mittels Korrelation kann eine maximale Ähnlichkeit in den Signalverläufen in den Dichteprofilen beider Wirkungsbereiche gesucht werden. Wird eine Veränderung bezügHch der Position der Fluktuation relativ zu den Elektroden von einer BeobachtungssteUe zur nächsten (rotatorischer Versatz) beobachtet, kann von einem sich in Flussrichtung drehendem Fördergut ausgegangen werden (z. B. CFB, c culating fluidized bed) - je nach Richtung und Ausmaß des Versatzes von einem Wirkungsbereich zum nächsten kann zwischen rechts- und linksdrehendem Fördergut und den unterschiedHchen Stärken der Drehung unterschieden werden. Fig. 9a bis 9c zeigen ein Beispiel eines sich drehenden Fördergutes.After the evaluation circuit, a signal UEX, I proportional to the coupling capacitance is to be tapped at the receiving device if (only) the electrode E x , ι sends. From the known distance between the effective areas and the time difference, the z. B. is obtained from the cross-correlation of corresponding signals tϊ & α and TE 2 , an average conveying speed can be calculated by a known method. When using multiple . Transmitting devices (cf. FIG. 8a) a “low speed profile” can be determined by correlating signals that are arranged at different distances from the receiving device in the direction of flow. Corresponding to the electric field of transmitting devices that are further away from the receiving device, forms deeper into the material to be conveyed - the arrangement thus becomes sensitive to disturbances in layers of the material to be conveyed which are further away from the edge of the conveying tube (see FIG. 8b). The measurement of the propagation behavior of the material to be conveyed in the direction of flow is based on the same principle as the measurement of the level or density profile. By means of correlation, a maximum similarity can be sought in the signal profiles in the density profiles of both areas of action. If a change in the position of the fluctuation relative to the electrodes is observed from one observation control to the next (rotary offset), it can be assumed that the material is rotating in the direction of flow (e.g. CFB, culating fluidized bed) - depending on the direction and The extent of the offset from one effective area to the next can be differentiated between right and left rotating goods and the different strengths of the rotation. 9a to 9c show an example of a rotating material to be conveyed.
Die Fig.en 10a und 10b zeigen beispielhafte Elektroden-Geometrien des Erfindungsgegenstandes, die hier als sogenannter „Flexprint" ausgeführt sind und auf ein bestehendes Rohr einer Anlage durch Umwicklung montiert werden kann. Gemäß Fig. 10a sind vier, zu der Empfangselektrode in Flussrichtung jeweils symmetrischen Sendeelektrodenanordnungen Sl, Sl', S2, S2'mit je acht Elektroden vorgesehen, Fig. 10b zeigt die Elektrodenkonfiguration für zwei Sendevorrichtungen mit jeweils 16 Elektroden. Diese Ausführung als Flexprint stellt eine kostengünstige und robuste Ausführungsform der Geometrie nach Fig. 3a dar. Die Leitungen (Verbindungen) zu den Elektrodenflächen können zu einer Lötfläche für ein (Flachband)Kabel am Flexprint herausgeführt werden (in den Figuren nicht eingezeichnet). Über der Elektrodenanordnung, insbesondere der Empfangselektrode kann aus Gründen der UnempfindHchkeit gegen äußere Störungen und Übersprechen von den Leitungen auf die Empfangselektrode eine Isolierung aufgebracht (z. B. umwickelt) sein, auf der eine elektrische Schirmung (vgl. Fig. 11a und b) aufgebracht ist, z. B. eine auf gemeinsame Masse gelegte Metallfolie). Eine derartige Schirmung dient auch zur Minirnierung der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen von den Sendevorrichtungen nach außen.10a and 10b show exemplary electrode geometries of the subject matter of the invention, which are embodied here as a so-called “flexprint” and can be mounted on an existing pipe of a system by wrapping. According to FIG. 10a, there are four to the receiving electrode in the flow direction 10b shows the electrode configuration for two transmitting devices with 16 electrodes each, this embodiment as a flexprint represents a cost-effective and robust embodiment of the geometry according to FIG Cables (connections) to the electrode areas can be led out to a soldering area for a (flat ribbon) cable on the flexprint (not shown in the figures). For reasons of insensitivity to external interference and crosstalk from the lines, the electrode arrangement, in particular the receiving electrode, can the receiving electrode e insulation applied (e.g. B. wrapped) on which an electrical shield (see. Fig. 11a and b) is applied, for. B. a metal foil placed on common ground). Such shielding also serves to minimize the emission of electromagnetic waves from the transmission devices to the outside.
In Xie C G, Huang S M, Hoyle B S, Thorn R, Lenn C, Snowden D und Beck M S 1992 Electrical capacitance tomography for floiυ imaging - systemmodel for development of Image reconstruction algoήthms and design ofprimary sensors IEE Proc. G 139 89-98 wird die Methode der Rückprojektion beschrieben, mit der aus Messdaten und bekannten EmpfindHchkeiten Dichteprofile ermittelt werden können. Trotz geänderter Elektrodentopologie ist diese Methode . sowohl auf das Geschwindigkeits- als auch auf das Dichteprofil anwendbar.In Xie C G, Huang S M, Hoyle B S, Thorn R, Lenn C, Snowden D and Beck M S 1992 Electrical capacitance tomography for floiυ imaging - systemmodel for development of Image reconstruction algoήthms and design ofprimary sensors IEE Proc. G 139 89-98 describes the method of rear projection, with which density profiles can be determined from measurement data and known sensitivities. This method is despite the changed electrode topology. applicable to both the speed and density profiles.
Für sehr turbulente Strömungen und für sehr langsam beförderte Strömungen können sich natürHche oder künstlich eingebrachte Störungen von einer Messebene zur nächsten stark verändern, was zu einer verschlechterten Korrelation der abgeleiteten Signale beider Ebenen führt. Je weiter beide Messebenen beisammen sind desto geringer der Unterschied in der Materialverteilung in beiden Ebenen und desto höher die AhnHchkeit der Signale (gute Korrelation). Wegen der damit verminderten Auflösung der Ermittelung der Zeitdifferenz (und damit der verminderten Auflösung der GeschwmcHgkeitsbestirnmung) wird man aber bemüht sein, diesen Abstand soweit zu vergrößern, soweit es die Qualität der Korrelationsfunktion zulässt.For very turbulent currents and for very slowly conveyed currents, natural or artificially introduced disturbances can change greatly from one measurement level to the next, which leads to a deteriorated correlation of the derived signals of both levels. The further both measurement levels are together, the less the difference in the Material distribution in both levels and the higher the similarity of the signals (good correlation). Because of the reduced resolution of the determination of the time difference (and thus the reduced resolution of the speed limit), efforts will be made to increase this distance to the extent that the quality of the correlation function permits.
Um den Abstand zwischen den beiden Messebenen auf die vorherrschende Strömung anzupassen, sieht die in den Fig. 12 und 13 erläuterte Variante der Erfindung die Anpassung des Abstandes der Elektroden, abhängig von der AmpHtude der Korrelationsfunktion, vor. Die Sendeelektroden sind dabei auf am Rohr verschiebbaren Trägerringen aufgebracht, die beispielsweise mittels eines Spindelantriebes manuell oder automatisch, von den Messergebnissen gesteuert, in ihrer Position verschoben werden können.In order to adapt the distance between the two measurement planes to the prevailing flow, the variant of the invention explained in FIGS. 12 and 13 provides for the adaptation of the distance between the electrodes, depending on the ampute of the correlation function. The transmitting electrodes are applied to carrier rings which can be displaced on the tube and which can be shifted in their position, for example by means of a spindle drive, manually or automatically, controlled by the measurement results.
Unter der Annahme, dass sich die aHgemeinen Förderbedingungen (z. B. Parameter der Förderluftzufuhr) nur geringfügig während eines stationären Förderprozesses ändern, wird der Abstand zwischen den beiden Ebenen von einer rninimalen bis zu einer maximalen Position verändert und für jede Position die Korrelationsfunktionen entsprechender Elektroden gebildet. Jener Abstand zwischen den Messebenen, bei der die Korrelationsfunktionen (im Mittel) noch klar detektierbare Spitzen Hefert, wird für die Messung der Fördereigenschaften verwendet. Die Abhängigkeit der ermittelten AmpHtude von dem Abstand einer Sendeelektrode zu der Empfangselektrode ist in Fig. 13 beispielsweise gezeigt. Assuming that the general conveying conditions (e.g. parameters of the conveying air supply) change only slightly during a stationary conveying process, the distance between the two levels is changed from a minimal to a maximum position and the correlation functions of corresponding electrodes for each position educated. The distance between the measurement levels at which the correlation functions (on average) clearly detectable peaks Hefert is used for the measurement of the conveying properties. The dependence of the determined AmpHtude on the distance between a transmitting electrode and the receiving electrode is shown in FIG. 13, for example.

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren zum Bestimmen von Parametern einer Fluktuationen aufweisenden Strömung eines Fluidums in einer Leitung, wobei am Umfang der Strömung zumindest drei, in Strömungsrichtung voneinander in Abstand befindHche Elektroden (Sl, E, S2) vorgesehen sind,1. Method for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes (S1, E, S2) being provided at a distance from one another in the flow direction,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
einer ersten, stromauf gelegenen Sendeelektrodenanordnung (Sl) sowie einer zweiten, stromab gelegenen Sendeelektrodenanordnung (S2) Wechselspannungssignale (ss) zugeführt werden und durch Verschiebeströme an einer zwischen den Sendeelektroden gelegenen Empfangselektrodenanordnung (E) entstehende Empfangssignale (se) erfasst und einer zeitdiskreten Kreuzkorrelation unterworfen werden, wobei aus den Ergebnissen die Durchlaufzeiten der von den Elektroden erfassten Fluktuationen ermittelt werden.a first upstream transmitting electrode array (Sl) and a second, downstream transmitting electrode array (S 2) AC signals (s s) are supplied and caused by displacement currents at a point located between the transmitting electrodes receiving electrode arrangement (E) receiving signals (s s) is detected and a time-discrete Cross correlation are subjected, the throughput times of the fluctuations detected by the electrodes being determined from the results.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungssignale (ss) den Sendeelekτrodenanordnungen (Sl, S2) zeitlich gesteuert zugeführt werden und die Kreuzkorrelation unter Einbeziehung des Verlaufes der zeitlichen Steuerung der Sendesignale ausgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the alternating voltage signals (s s ) are supplied to the transmission electrode arrangements (S1, S2) in a time-controlled manner and the cross-correlation is carried out taking into account the course of the time control of the transmission signals.
3. Verfahren nach Anspruch loder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselspannungssignal (ss) abwechselnd an die Sendeelektroden geschaltet wird.3. The method according to claim loder 2, characterized in that an alternating voltage signal (s s ) is alternately connected to the transmitting electrodes.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste und/ oder zumindest eine zweite Sendeelektrodenanordnung mehrere, über den Umfang der Strömung verteilte Einzelelektroden (Sιι...Si8/S2ι...S28) aufweisen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one first and / or at least one second transmitter electrode arrangement a plurality of individual electrodes distributed over the circumference of the flow (Sιι ... Si8 / S 2 ι ... S 28 ) exhibit.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste und zwei zweite Sendeelektrodenanordnungen verwendet werden (Fig. 8a).5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that two first and two second transmitting electrode arrangements are used (Fig. 8a).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Durchlaufzeiten der Fluktuationen zwischen den Elektroden mit Hufe einer Rückprojektion ein Geschwindigkeitsprofil ermittelt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a speed profile is determined from the throughput times of the fluctuations between the electrodes with hooves of a rear projection.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnungen auf einem flexiblen, isoHerenden Trägermaterial vorgesehen sind und dieses Material an der inneren/ äußeren Oberfläche eines Förderrohres für das Fluidum angeordnet wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the electrode arrangements are provided on a flexible, isoHerenden carrier material and this material is arranged on the inner / outer surface of a delivery pipe for the fluid.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame äußere Schirmung (SCH) für die Elektrodenanordnungen vorgesehen ist.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a common outer shield (SCH) is provided for the electrode arrangements.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Wechselspannungssignale (ss) sowie die Messung der Empfangssignale (se) asymmetrisch gegen eine gemeinsame Masse erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the supply of the AC voltage signals (s s ) and the measurement of the received signals (s e ) takes place asymmetrically against a common ground.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sendeelektrodenanordnungen bezügHch der Empfangselektrodenanordnung stromauf/ stromab verschiebbar ist, sodass der entsprechende Abstand, abhängig von der Amplitude des erhaltenen Kreuzkorrelationswertes, zu dessen Optimierung an die Strömungsverhältnisse angepasst werden kann.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that at least one of the transmitting electrode arrangements with respect to the receiving electrode arrangement is displaceable upstream / downstream, so that the corresponding distance, depending on the amplitude of the cross-correlation value obtained, can be adapted to the flow conditions in order to optimize it ,
11. Vorrichtung zum Bestimmen von Parametern einer Fluktuationen aufweisenden Strömung eines Fluidums in einer Leitung, wobei am Umfang der Strömung zumindest drei, in Strömungsrichtung voneinander in Abstand befindHche Elektroden (Sl, E, S2) vorgesehen sind,11. Device for determining parameters of a fluctuating flow of a fluid in a line, at least three electrodes (S1, E, S2) being provided at a distance from one another in the flow direction,
gekennzeichnet durchmarked by
eine erste, stromauf gelegene Sendeelektrodenanordnung (Sl) sowie eine zweite, stromab gelegene Sendeelektrodenanordnung (S2) sowie eine zwischen den Sendeelektroden gelegene Empfangselektrodenanordnung (E), wobei diese Elektrodenanordnungen am Umfang einer in einer Leitung geführten Strömung eines Fluidums vorgesehen sind,a first, upstream transmission electrode arrangement (S1) and a second, downstream transmission electrode arrangement (S 2 ) and a reception electrode arrangement (E) located between the transmission electrodes, these electrode arrangements being provided on the circumference of a flow of a fluid carried in a line,
und eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung, zum Erfassen der durch Verschiebeströme hervorgerufenen Empfangssignale (se), zum Durchführen einer zeitdiskreten Kreuzkorrelation sowie zum Ermitteln der Durchlaufzeiten der von den Elektroden erfassten Fluktuationen aus den Kreuzkorrelationswerten.and a receiving and evaluating device for detecting the received signals (s e ) caused by shift currents, for performing a time-discrete cross-correlation and for determining the transit times of the fluctuations detected by the electrodes from the cross-correlation values.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerschaltung (AST) zur zeitHch gesteuerten Zuführung der Wechselspannungssignale (ss) an die Sendeelektrodenanordnungen (Sl, S2) vorgesehen ist. 12. The device according to claim 11, characterized in that a control circuit (AST) is provided for the time-controlled supply of the AC voltage signals (s s ) to the transmitting electrode arrangements (S1, S2).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste und/ oder zumindest eine zweite Sendeelektrodenanordnung mehrere, über den Umfang der Strömung verteilte EinzelelektiOden (S11...S18/S21...S28) aufweisen.13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one first and / or at least one second transmitter electrode arrangement have a plurality of individual electrodes (S11 ... S18 / S21 ... S28) distributed over the circumference of the flow.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste und zwei zweite Sendeelektrodenanordnungen vorgesehen sind (Fig. 8a).14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that two first and two second transmitter electrode arrangements are provided (Fig. 8a).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnungen auf einem flexiblen, isolierenden Trägermaterial vorgesehen sind und dieses Material an der inneren/ äußeren Oberfläche eines Förderrohres für das Fluidum angeordnet ist.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the electrode arrangements are provided on a flexible, insulating carrier material and this material is arranged on the inner / outer surface of a delivery pipe for the fluid.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame äußere Schirrnung (SCH) für die Elektrodenanordnungen vorgesehen ist.16. Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that a common outer harness (SCH) is provided for the electrode arrangements.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sendeelektrodenanordnungen bezügHch der Empfangselektrodenanordnung stromauf/ stromab verschiebbar gelagert ist. 17. Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that at least one of the transmitting electrode arrangements is mounted displaceably upstream / downstream with respect to the receiving electrode arrangement.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT503444B1 (en) * 2006-03-28 2007-10-15 Univ Graz Tech ADAPTIVE PROCESS FOR IMPROVING FUNCTIONAL SAFETY IN CROSS CORRELATION FLOW METERS
AT504403B1 (en) * 2006-10-16 2010-09-15 Univ Graz Tech METHOD AND DEVICE FOR MEASURING TWO PARTIAL CAPACITIES
NL1032693C2 (en) * 2006-10-17 2008-04-22 Nedap Nv Milk meter.
AT505193B8 (en) * 2006-11-14 2009-06-15 Univ Graz Tech DEVICE AND METHOD FOR RELIABLE DETERMINATION OF THE MASS FLOW IN SCREW CONVEYORS
AT505522B1 (en) * 2007-08-09 2011-04-15 Univ Graz Tech DEVICE FOR DETERMINING FLOW PARAMETERS OF A PARTICLE FLUIDUM FLOW
DE102008036212B3 (en) * 2008-08-02 2010-01-14 Swr Engineering Messtechnik Gmbh Measuring device for measuring flow rate of flowable bulk material that is conveyed by conveyer device, has two sensors arranged one behind other in direction of flow under given distance
US9259168B2 (en) * 2011-10-04 2016-02-16 The Ohio State University Adaptive electrical capacitance volume tomography
ES2689104T3 (en) * 2013-02-01 2018-11-08 Rocsole Ltd. Method and apparatus for determining the location of an interface of interest, and computer program
EP2965072B1 (en) * 2013-03-07 2020-06-17 Rocsole Ltd Method and apparatus for investigating permittivity in a target domain
GB201402183D0 (en) * 2014-02-07 2014-03-26 Ind Tomography Systems Plc Measurement device and method
FR3028315B1 (en) * 2014-11-07 2018-06-01 Capaab IMPROVED SYSTEM FOR MEASURING THE GAS RATE IN A FLUID FLOW
GB201519363D0 (en) * 2015-11-02 2015-12-16 Ind Tomography Systems Plc Measurement apparatus
DE102018107450A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-02 Endress+Hauser Flowtec Ag Device for determining a level of a liquid in a measuring tube, and flowmeter with such a device

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3235750C2 (en) * 1982-09-27 1984-12-13 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Sensor for the detection of random signals suitable for correlative signal processing
US4568874A (en) * 1983-02-17 1986-02-04 Drexelbrook Controls, Inc. RF Admittance apparatus and method for monitoring the contents of a pipe
DE3433148C2 (en) * 1984-09-10 1987-01-22 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Arrangement for detecting spatial inhomogeneities in a dielectric
DE3627162A1 (en) * 1986-08-11 1988-02-25 Endress Hauser Gmbh Co ARRANGEMENT FOR THE CONTACTLESS MEASUREMENT OF THE VOLUME OR MASS FLOW OF A MOVING MEDIUM
GB2214640B (en) 1988-01-20 1992-05-20 Univ Manchester Tomographic flow imaging system
DE3822076C1 (en) * 1988-06-30 1990-02-08 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7864 Maulburg, De
DE3909177A1 (en) * 1988-07-19 1990-01-25 Freiberg Brennstoffinst Arrangement for measuring the rate of flow in the case of the pneumatic and hydraulic conveyance of fine (small) grained bulk materials
FR2647898A1 (en) 1989-05-31 1990-12-07 Jaeger DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL AND / OR VOLUME OF A CAPACITIVE PROBE LIQUID
DD290952A5 (en) 1989-12-27 1991-06-13 Brennstoffinstitut Freiberg,De ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE FLOW SPEED OF TWO AND MULTIPLE PHASE FLOWS IN TUBE SYSTEMS
DE4025052A1 (en) * 1990-08-07 1992-02-13 Siemens Ag Sampling flue gas stream, esp. for sulphur di:oxide determn. - involves ammonia removal using nitrogen oxide(s) removing catalyst
DE4442711A1 (en) * 1994-12-01 1996-06-05 Claas Ohg Capacitive measuring device
US5609059A (en) 1994-12-19 1997-03-11 The Regents Of The University Of California Electronic multi-purpose material level sensor
US5722290A (en) * 1995-03-21 1998-03-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Closed-field capacitive liquid level sensor
DE19516809C1 (en) 1995-05-08 1996-09-05 Heinz Dipl Ing Ploechinger Capacitive liq. level sensor based on cores of flexible ribbon cable for e.g. milk tank
DE19531124C2 (en) * 1995-08-24 1997-08-14 Krohne Ag Method for determining the phase proportion of a medium in open and closed lines
DE19613813C2 (en) 1996-04-07 1999-06-02 Schaudt Gmbh Device for measuring the level of liquids of low conductivity, especially water
DE29610015U1 (en) 1996-06-07 1996-10-10 Sanivac Vakuumtechnik GmbH, 22880 Wedel Device for determining the level or level
DE19754093C2 (en) 1997-12-08 1999-10-14 Bedia Motorentechnik Gmbh Capacitive measuring device for determining the fill level of a container
DE19757190A1 (en) 1997-12-22 1999-06-24 Abb Research Ltd Capacitive level sensor with integrated dirt film detection
US5944955A (en) * 1998-01-15 1999-08-31 Honeywell-Measurex Corporation Fast basis weight control for papermaking machine
FR2780499B1 (en) * 1998-06-25 2000-08-18 Schlumberger Services Petrol DEVICES FOR CHARACTERIZING THE FLOW OF A POLYPHASIC FLUID
DE19916979A1 (en) 1999-04-15 2000-11-02 Sican Gmbh Level measurement method and level sensor
DE19938270A1 (en) 1999-08-12 2001-02-15 Abb Research Ltd Capacitive level sensor with dielectric coating
DE19949985C2 (en) 1999-10-15 2001-08-16 Sie Sensorik Ind Elektronik Gm Capacitive sensor for the detection of the level of a medium in a container
DE10008093B4 (en) 2000-02-22 2007-07-05 Ifm Electronic Gmbh Capacitive level gauge
WO2001065212A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Capacitance meter
DE10063557B4 (en) 2000-12-20 2007-01-04 Abertax Research And Development Ltd. Method and device for measuring water levels

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005075945A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
US7368922B2 (en) 2008-05-06
AU2005210509B9 (en) 2009-12-10
WO2005075945A2 (en) 2005-08-18
US20070186679A1 (en) 2007-08-16
AT505013B1 (en) 2008-10-15
AT505013A4 (en) 2008-10-15
AU2005210509B2 (en) 2009-07-23
WO2005075945A3 (en) 2005-10-13
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