EP1941242A1 - Magneto-inductive flowmeter - Google Patents

Magneto-inductive flowmeter

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Publication number
EP1941242A1
EP1941242A1 EP06806799A EP06806799A EP1941242A1 EP 1941242 A1 EP1941242 A1 EP 1941242A1 EP 06806799 A EP06806799 A EP 06806799A EP 06806799 A EP06806799 A EP 06806799A EP 1941242 A1 EP1941242 A1 EP 1941242A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
measuring
evaluation unit
settling time
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP06806799A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Budmiger
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.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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 Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP1941242A1 publication Critical patent/EP1941242A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01F1/58—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 electromagnetic flowmeters
    • G01F1/60—Circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a magnetic-inductive flowmeter with a measuring tube, which is traversed by a medium substantially in the direction of the measuring tube axis, with a magnet arrangement which generates a measuring tube penetrating and extending substantially perpendicular to the measuring tube axis, alternating magnetic field with two measuring electrodes arranged essentially on a connecting line, wherein the connecting line is oriented substantially perpendicular to the measuring tube axis and to the magnetic field, and with a control / evaluation unit which determines the volume or mass flow of the medium on the basis of the measuring voltage tapped off at the measuring electrodes determined by the measuring tube.
  • Magnetic-inductive flowmeters exploit the principle of electrodynamic induction for the volumetric flow measurement: vertically to a magnetic field moving charge carriers of the medium induce in equally substantially perpendicular to the flow direction of the medium arranged measuring electrodes a voltage. This measuring voltage induced in the measuring electrodes is proportional to the mean flow velocity of the medium over the cross section of the measuring tube; it is therefore proportional to the volume flow. In the case of a known density of the medium, it is also possible to make a statement about the mass flow of the medium flowing through the measuring tube.
  • the measuring electrodes are usually galvanically or capacitively coupled to the medium.
  • the invention has for its object to improve a magnetic-inductive flowmeter to the effect that it provides information regarding a defect of the meter or individual components of the meter.
  • the object is achieved in that the control / evaluation unit determines the current settling time until a stable measuring state of the measuring device is reached, that the control / evaluation unit reaches the actual settling time with a desired setpoint time for the measuring device until it is reached the stable measurement state compares and that the control / evaluation generates an error message when the actual settling time is greater than the predetermined target settling time.
  • Under settling time is In this case, it is understood that it takes the time it takes for the magnetic-inductive flowmeter to reach a stable operating state after commissioning.
  • the measuring device achieves this stable operating state via an iterative approximation process during which the control variable / control variables for, for example, the optimum sensor-specific switching of the magnetic field are / are determined. Corresponding approximation processes have already become known from the prior art and will be explained in more detail below. If the usual, predetermined settling time of the flowmeter is exceeded at a later time, this is an indication that there is a defect in the flowmeter.
  • control / evaluation unit generates the error message when the deviation between the current actual settling time and the setpoint settling time until reaching a stable measuring state of the measuring device is outside a predetermined tolerance value.
  • the control / evaluation unit generates the error message that the mechanical stability of the magnet arrangement is disturbed due to an actual settling time exceeding the predetermined target settling time until a stable measuring state of the measuring device is reached .
  • an extended settling time is an indication that e.g. the attachment of the pole pieces of Magnetanordung is no longer given.
  • the vibrations caused by the mechanical instability when switching the magnetic field substantially lengthen the settling time of the coil current. According to the invention, therefore, a mechanically unstable magnet system is reliably detected by monitoring the settling time.
  • the target settling time is the time it takes for the measuring device to have determined an optimum value for at least one control variable.
  • the control variable is a sensor-specific variable, in particular the magnetic field strength or the coil current flowing through a coil arrangement of the magnet arrangement after switching the magnetic field.
  • the sensor-specific variable or the control variable preferably via an iterative approximation process, wherein the approximation process starts with a predetermined starting value of the sensor-specific variable or the control variable.
  • the sensor-specific variable or the control variable, which the control / evaluation unit determines iteratively is the minimum period of time it takes to reach that through the coil arrangement flowing current has a substantially constant current end value has reached.
  • the switching of the magnetic field is controlled by the current flowing through the coils of the magnet assembly coil current.
  • the current profile in the coil arrangement corresponds to the course of the magnetic field. Due to eddy currents, which occur during the switching of the magnetic field in the pole shoes and cores of the coil assembly, deviations from the ideal case occur in reality.
  • the coil current measured outside the coil arrangement therefore corresponds to the sum of the current flowing in the coil and the current generated by the eddy currents. If the current measured outside the coil arrangement is used as the controlled variable, then the current is not constant but the magnetic field is constant. This applies as long as the eddy currents have not decayed.
  • EP 0 969 268 A1 proposes not to use the current directly for tracking the voltage across the coil arrangement.
  • an overvoltage is applied to the coil assembly upon switching the magnetic field for a rise time.
  • the duration of the over-voltage is successively adjusted so that the current maximum is reached with the end of the rise time, so that no further increase of the coil current occurs.
  • the coil current asymptotically approaches the final current value.
  • the magnetic field has a constant maximum magnetic field value corresponding to the constant current end value when the current maximum is reached.
  • the duration of the switching phase is given by the characteristic of the coil current. Since the stability of the measuring signal u.a.
  • the measured values determined during a switching phase are used to optimize the period of time sh ⁇ il for the subsequent switching phase.
  • the procedure is as follows:
  • the control / evaluation unit sets during a first switching operation for a predetermined period of time
  • control / evaluation unit detects a plurality of current measured values within the predetermined period of time
  • control / evaluation unit checks the actual settling time in predetermined periodic or aperiodic intervals.
  • control / evaluation unit triggers the determination or the verification of the actual settling time by means of a command.
  • FIG. 1 a schematic representation of the flowmeter according to the invention
  • FIG. 2 shows a flow chart for controlling the control / evaluation unit.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the flowmeter according to the invention 1.
  • the measuring tube 2 is flowed through by the medium 11 in the direction of the measuring tube axis 3.
  • the medium 11 is at least to a small extent electrically conductive.
  • the measuring tube 2 itself is made of a non-conductive material, or it is lined at least on its inner surface with a non-conductive material.
  • the magnetic field B oriented substantially perpendicular to the flow direction of the medium 11 is generated via the diametrically arranged coil arrangement 6, 7 or via two electromagnets. Under the influence of the magnetic field B, charge carriers located in the medium 11 migrate, depending on the polarity, to one of the two oppositely poled measuring electrodes 4, 5.
  • the voltage which builds up on the measuring electrodes 4, 5 is proportional to the flow velocity of the medium 11, averaged over the cross section of the measuring tube 2. H. it is a measure of the volume flow of the medium 11 in the measuring tube 2.
  • the measuring tube 2 is incidentally via connecting elements, for. As flanges, which are not shown separately in the drawing, connected to a pipe system through which the measuring medium 11 flows.
  • the measuring electrodes 4, 5 are in direct contact with the measuring medium 11;
  • the coupling can also be capacitive, as already mentioned above.
  • the connection between the coil arrangements 6, 7 and the control / evaluation unit 8 takes place via the connection lines 14, 15.
  • the control / evaluation unit 8 is connected via the connection line 16 to an input / output unit 9.
  • the evaluation / control unit is assigned to the memory unit 10.
  • a flowchart for controlling the control / evaluation unit 8 is shown.
  • the starting values for the individual control variables are each provided as a function of the iterative approximation process used. If, for example, the iterative approximation process proposed in EP 0 969 268 A1 is used, start values for the rise time during which an overvoltage is applied to the coil arrangement and the overvoltage itself must be specified.
  • the desired settling time is determined via the selected iterative approximation process; under program item 21, the determined target settling time is stored.
  • the measuring device 1 is determined at a later time - for example, after a re-commissioning of the flowmeter 1 - the actual control time until reaching a stable operating state and compared with the stored target delay time. If the actual control time exceeds the predetermined setpoint control time by a period ⁇ , this check is made under program point 23, this is an indication of a mechanical defect on the measuring device which has effects on the correct switching of the magnetic field , In this case, an error message is output at program point 24.
  • the defect is, for example, a loosening of the magnet assembly due to a loose attachment. Due to the mechanical instability of the magnet arrangement and the vibrations excited subsequently when the magnetic field is switched on, the regulation of the coil current and consequently the desired settling time are prolonged.
  • the actual settling time is again determined at a suitable later point in time and compared with the predetermined target settling time.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a magneto-inductive flowmeter (1) consisting of a measuring tube (2) in which a medium (11) flows through substantially in the direction of the measuring tube axis (3) and comprising a magnetic device (6, 7) producing an alternating magnetic field, which is introduced into the measuring tube (2) and passes in a substantially vertical direction with respect to the axis (3) of the measuring tube which is provided with two measuring electrodes (4, 5) positioned in a connecting line substantially vertical with respect to the measuring tube axis (3) and to the magnetic field and an adjusting and evaluating unit (8) which determines the volume or mass flowrate of the medium (11) running through the measuring tube (2) according to a measuring voltage captured at the measuring electrodes (4, 5). In order to rapidly detecting the flowmeter (1) failure, the adjusting and evaluating unit (8) determines the actual adjusting time required for obtaining a stable measuring mode of the flowmeter (1), afterwards compares the actual adjustment time with a reference adjustment time predetermined for the flowmeter (1) in such a way that the stable measuring mode thereof in attained and generates a failure message when the actual adjustment time exceeds the predetermined reference adjustment time.

Description

Beschreibung Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät Description Magnetic-inductive flowmeter
[0001] Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Messrohr, das von einem Medium im wesentlichen in Richtung der Messrohrachse durchflössen wird, mit einer Magnetanordnung, die ein das Messrohr durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufendes, alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei im wesentlichen auf einer Verbindungslinie angeordneten Messelektroden, wobei die Verbindungs-linie im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, und mit einer Regel- /Auswerteeinheit, die anhand der an den Messelektroden abgegriffenen Messspannung den Volumen- bzw. den Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bestimmt.The invention relates to a magnetic-inductive flowmeter with a measuring tube, which is traversed by a medium substantially in the direction of the measuring tube axis, with a magnet arrangement which generates a measuring tube penetrating and extending substantially perpendicular to the measuring tube axis, alternating magnetic field with two measuring electrodes arranged essentially on a connecting line, wherein the connecting line is oriented substantially perpendicular to the measuring tube axis and to the magnetic field, and with a control / evaluation unit which determines the volume or mass flow of the medium on the basis of the measuring voltage tapped off at the measuring electrodes determined by the measuring tube.
[0002] Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Spannung. Diese in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Bei bekannter Dichte des Mediums lässt sich darüber hinaus eine Aussage über den Massestrom des durch das Messrohr strömenden Mediums machen. Die Messelektroden sind üblicherweise mit dem Medium galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.Magnetic-inductive flowmeters exploit the principle of electrodynamic induction for the volumetric flow measurement: vertically to a magnetic field moving charge carriers of the medium induce in equally substantially perpendicular to the flow direction of the medium arranged measuring electrodes a voltage. This measuring voltage induced in the measuring electrodes is proportional to the mean flow velocity of the medium over the cross section of the measuring tube; it is therefore proportional to the volume flow. In the case of a known density of the medium, it is also possible to make a statement about the mass flow of the medium flowing through the measuring tube. The measuring electrodes are usually galvanically or capacitively coupled to the medium.
[0003] Im Zusammenhang mit der Bestimmung und/oder Überwachung des Volumenstroms mittels eines magnetisch-induktiven Messgeräts geht die Tendenz zunehmend in die Richtung, dem Anwender neben dem Volumen-strom auch Information über die Funktionstüchtigkeit des Messgeräts zur Verfügung zu stellen. Das gängige Schlagwort ist in diesem Zusammenhang 'Predictive Maintenance'. Ziel dieser Bemühungen ist es letztendlich, Stand- und Ausfallzeiten eines Messgeräts auszuschließen oder auf ein Minimum zu reduzieren.In connection with the determination and / or monitoring of the volume flow by means of a magnetic-inductive measuring device, the tendency is increasingly in the direction to provide the user in addition to the volume flow and information about the functionality of the meter available. The common buzzword in this context is 'Predictive Maintenance'. The ultimate goal of this effort is to eliminate or minimize the downtime and downtime of a meter.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät dahingehend zu verbessern, dass es Information bezüglich eines Defekts des Messgeräts bzw. einzelner Komponenten des Messgeräts bereitstellt.The invention has for its object to improve a magnetic-inductive flowmeter to the effect that it provides information regarding a defect of the meter or individual components of the meter.
[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Regel-/ Auswerteeinheit die aktuelle Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts bestimmt, dass die Regel-/Auswerteeinheit die IST-Einregelzeit mit einer für das Messgerät vorgegebenen SOLL-Einregelzeit bis zum Erreichen des stabilen Messzustands vergleicht und dass die Regel-/Auswerteeinheit eine Fehlermeldung generiert, wenn die IST- Einregelzeit größer ist als die vorgegebene SOLL-Einregelzeit. Unter Einregelzeit wird hierbei die Zeit verstanden, die es braucht, bis das magnetisch-induktive Durch- flussmess-gerät nach einer Inbetriebnahme einen stabilen Betriebszustand erreicht hat. Diesen stabilen Betriebszustand erreicht das Messgerät über einen iterativen Nähe- rungsprozess, während dessen die Steuergröße/Steuergrößen für z.B. die optimale, sensorspezifische Umschaltung des Magnetfeldes ermittelt ist/sind. Entsprechende Näherungsprozesse sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt geworden und werden an nachfolgender Stelle ausführlicher dargelegt. Wird die übliche, vorgegebene Einregelzeit des Durchflussmessgeräts zu einem späteren Zeitpunkt überschritten, so ist dies ein Indiz dafür, dass an dem Durchflussmessgerät ein Defekt vorliegt.The object is achieved in that the control / evaluation unit determines the current settling time until a stable measuring state of the measuring device is reached, that the control / evaluation unit reaches the actual settling time with a desired setpoint time for the measuring device until it is reached the stable measurement state compares and that the control / evaluation generates an error message when the actual settling time is greater than the predetermined target settling time. Under settling time is In this case, it is understood that it takes the time it takes for the magnetic-inductive flowmeter to reach a stable operating state after commissioning. The measuring device achieves this stable operating state via an iterative approximation process during which the control variable / control variables for, for example, the optimum sensor-specific switching of the magnetic field are / are determined. Corresponding approximation processes have already become known from the prior art and will be explained in more detail below. If the usual, predetermined settling time of the flowmeter is exceeded at a later time, this is an indication that there is a defect in the flowmeter.
[0006] Insbesondere ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit die Fehler-meldung generiert, wenn die Abweichung zwischen der aktuellen IST-Einregelzeit und der SOLL-Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts außerhalb eines vorgegebenen Toleranz- wertes liegt.In particular, it is provided that the control / evaluation unit generates the error message when the deviation between the current actual settling time and the setpoint settling time until reaching a stable measuring state of the measuring device is outside a predetermined tolerance value.
[0007] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteeinheit aufgrund einer die vorgegebene SOLL-Einregelzeit überschreitenden IST-Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts die Fehlermeldung generiert, dass die mechanische Stabilität der Magnetanordnung gestört ist. So ist eine verlängerte Einregelzeit ein Indiz dafür, dass z.B. die Befestigung der Polschuhe der Magnetanordung nicht mehr gegeben ist. Die durch die mechanische Instabilität beim Umschalten des Magnetfeldes hervorge-rufenen Vibrationen verlängern die Einregelzeit des Spulenstroms ganz wesentlich. Erfindungsgemäß wird folglich durch die Überwachung der Einregelzeit ein mechanisch instabiles Magnetsystem zuverlässig erkannt.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, it is proposed that the control / evaluation unit generates the error message that the mechanical stability of the magnet arrangement is disturbed due to an actual settling time exceeding the predetermined target settling time until a stable measuring state of the measuring device is reached , Thus, an extended settling time is an indication that e.g. the attachment of the pole pieces of Magnetanordung is no longer given. The vibrations caused by the mechanical instability when switching the magnetic field substantially lengthen the settling time of the coil current. According to the invention, therefore, a mechanically unstable magnet system is reliably detected by monitoring the settling time.
[0008] Wie bereits zuvor angedeutet, handelt es sich bei der SOLL-Einregelzeit um die Zeit, die es dauert, bis das Messgerät einen optimalen Wert für zumindest eine Steuergröße ermittelt hat. Bei der Steuergröße handelt es sich um eine sensorspezifische Größe, insbesondere um die Magnetfeldstärke bzw. um den durch einen Spulenanordnung der Magnetanordnung fließenden Spulen- ström nach Umschalten des Magnetfeldes.As previously indicated, the target settling time is the time it takes for the measuring device to have determined an optimum value for at least one control variable. The control variable is a sensor-specific variable, in particular the magnetic field strength or the coil current flowing through a coil arrangement of the magnet arrangement after switching the magnetic field.
[0009] Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, bestimmt die Regel-[0009] As already mentioned in the preceding paragraph, the rule
/Auswerte-einheit die sensorspezifische Größe bzw. die Steuergröße bevorzugt über einen iterativen Näherungsprozess, wobei der Näherungsprozess mit einem vorgegebenen Startwert der sensorspezifischen Größe bzw. der Steuergröße startet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts ist vorgesehen, dass es sich bei der sensorspezi-fischen Größe bzw. bei der Steuergröße, die die Regel-/Auswerteeinheit iterativ ermittelt, um die minimale Zeitspanne handelt, die es braucht, bis der der durch die Spulenanordnung fließende Strom einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwert erreicht hat./ Evaluation unit, the sensor-specific variable or the control variable preferably via an iterative approximation process, wherein the approximation process starts with a predetermined starting value of the sensor-specific variable or the control variable. According to an advantageous embodiment of the flowmeter according to the invention, it is provided that the sensor-specific variable or the control variable, which the control / evaluation unit determines iteratively, is the minimum period of time it takes to reach that through the coil arrangement flowing current has a substantially constant current end value has reached.
[0010] Bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät wird die Umschaltung des Magnetfeldes über den durch die Spulen der Magnetanordnung fließen-den Spulenstrom geregelt. Im Idealfall entspricht der Stromverlauf in der Spulenanordnung dem Verlauf des Magnetfelds. Aufgrund von Wirbel-strömen, die während des Um- schaltens des Magnetfeldes in den Polschuhen und Kernen der Spulenanordnung entstehen, treten in der Realität Abweichungen vom Idealfall auf. Der außerhalb der Spulenanordnung gemessene Spulenstrom entspricht daher der Summe des in der Spule fließenden Stroms und des durch die Wirbelströme erzeugten Stroms. Wird der außerhalb der Spulenanordnung gemessene Strom als Regelgröße verwendet, ist folglich zwar der Strom nicht aber das Magnetfeld konstant. Dies gilt solange, wie die Wirbelströme nicht abgeklungen sind.In a magnetic-inductive flowmeter, the switching of the magnetic field is controlled by the current flowing through the coils of the magnet assembly coil current. Ideally, the current profile in the coil arrangement corresponds to the course of the magnetic field. Due to eddy currents, which occur during the switching of the magnetic field in the pole shoes and cores of the coil assembly, deviations from the ideal case occur in reality. The coil current measured outside the coil arrangement therefore corresponds to the sum of the current flowing in the coil and the current generated by the eddy currents. If the current measured outside the coil arrangement is used as the controlled variable, then the current is not constant but the magnetic field is constant. This applies as long as the eddy currents have not decayed.
[0011] Um diesen Missstand zu beseitigen, wird in der EP 0 969 268 Al vorge-schlagen, den Strom nicht direkt zur Nachführung der Spannung über der Spulenanordnung zu verwenden. Zum raschen Umkehren der Richtung des Magnetfeldes wird beim Umschalten des Magnetfeldes für eine Anstiegsdauer eine Überspannung an die Spulenanordnung angelegt. Die Dauer der Über-spannung wird sukzessive so eingestellt, daß mit Ablauf der Anstiegsdauer das Strommaximum erreicht ist, so dass kein weiterer Anstieg des Spulen-stroms auftritt. Nach Erreichen des Maximums nähert sich der Spulenstrom asymptotisch dem Strom-Endwert an. Gemäß der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, hat das Magnetfeld mit Erreichen des Strommaximums einen dem konstanten Strom-Endwert entsprechenden konstanten Magnetfeld-Endwert. Die Dauer der Umschaltphase ist durch die Charakteristik des Spulenstroms gegeben. Da die Stabilität des Meßsignals u.a. auch durch die induktive Einkopplung von der Spulenanordnung zu den Messelektroden beeinträchtigt wird, müssen während der Messung der Spannungsdifferenz zwischen den Messelektroden sowohl die Spannung über der Spulenan-ordnung als auch der Strom durch die Spulen konstant sein. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist dies aufgrund der asymptotischen Annäherung an den Endwert erst der Fall, wenn die Wirbelströme vollständig abgeklungen sind.Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmess-geräts, die aus der EP 1 460 394 A2 bekannt geworden ist, schlägt vor, dass es sich bei den sensorspezifischen Größe bzw. bei der Steuergröße, die die Regel-/ Auswerteeinheit iterativ ermittelt, um die Referenz -ZeitspanneIn order to eliminate this malady, EP 0 969 268 A1 proposes not to use the current directly for tracking the voltage across the coil arrangement. For rapidly reversing the direction of the magnetic field, an overvoltage is applied to the coil assembly upon switching the magnetic field for a rise time. The duration of the over-voltage is successively adjusted so that the current maximum is reached with the end of the rise time, so that no further increase of the coil current occurs. After reaching the maximum, the coil current asymptotically approaches the final current value. According to the solution known from the prior art, the magnetic field has a constant maximum magnetic field value corresponding to the constant current end value when the current maximum is reached. The duration of the switching phase is given by the characteristic of the coil current. Since the stability of the measuring signal u.a. is also affected by the inductive coupling of the coil assembly to the measuring electrodes, both the voltage across the coil arrangement and the current through the coils must be constant during the measurement of the voltage difference between the measuring electrodes. In the case of the solution known from the prior art, this is only the case due to the asymptotic approach to the final value when the eddy currents have completely subsided. An alternative embodiment of the flowmeter according to the invention, which has become known from EP 1 460 394 A2, suggests that the sensor-specific variable or the control variable that the control / evaluation unit determines iteratively is the reference time span
handelt, während der die Regel-/Auswerteeinheit beim Umschalten des Magnetfeldes eine Überspannung an die Spulenanordnung anlegt, wobei die Überspannungacts while the control / evaluation unit when switching the magnetic field, an overvoltage to the coil assembly applies, wherein the overvoltage
bei Erreichen des stabilen Messzustands so bemessen ist, dass der der durch die Spulenanordnung fließende Strom nach Ablauf der Referenz-Zeitspanne stetig gegen einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwertis measured on reaching the stable state of measurement so that the current flowing through the coil assembly current after the reference period is constant against a substantially constant current end value
abfällt. [0012] Die Ermittlung der optimalen Zeitspannedrops. The determination of the optimal period
erfolgt bevorzugt mittels eines Trial-/Error- Verfahrens. Die während einer Umschaltphase ermittelten Messwerte werden zur Optimierung der Zeitspanne shυil für die nachfolgende Umschaltphase verwendet.is preferably carried out by means of a trial / error method. The measured values determined during a switching phase are used to optimize the period of time shυil for the subsequent switching phase.
[0013] Bevorzugt wird folgendermaßen vorgegangen: Die Regel-/ Auswerteeinheit legt während eines ersten Umschaltvorgangs für eine vorgegebene Zeit-spannePreferably, the procedure is as follows: The control / evaluation unit sets during a first switching operation for a predetermined period of time
' shoit eine Gegenspannung an die Spulenanordnung an; nachfolgend erfaßt die Regel- /Auswerteinheit mehrere Strom-Meßwerte innerhalb der vorgegebenen Zeitspanneputs a reverse voltage on the coil assembly; Subsequently, the control / evaluation unit detects a plurality of current measured values within the predetermined period of time
; für den Fall, daß mit Ablauf der Zeitspanne; in the event that at the end of the period
der Strom-Endwert nicht erreicht ist, wird die Zeitspannethe current end value is not reached, the time is
Ulion vergrößert; für den Fall, daß mit Ablauf der ZeitspanneUlion enlarged; in the event that at the end of the period
' shoit der Strom-Endwert vorzeitig erreicht ist, wird die ZeitspanneAs soon as the current end value has been reached, the time will be reached
' shoit verkleinert.'shoit downsized.
[0014] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit die IST-Einregelzeit in vorgegebenen periodischen oder aperiodischen Intervallen überprüft. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Regel-/ Auswerteeinheit die Bestimmung bzw. die Überprüfung der IST- Einregelzeit durch einen Befehl auslöst.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention it is provided that the control / evaluation unit checks the actual settling time in predetermined periodic or aperiodic intervals. Alternatively, it is proposed that the control / evaluation unit triggers the determination or the verification of the actual settling time by means of a command.
[0015] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: [0016] Fig. 1 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Durchfluss- messgeräts undThe invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows: [0016] FIG. 1: a schematic representation of the flowmeter according to the invention and FIG
[0017] Fig. 2: ein Flussdiagramm zur Ansteuerung der Regel-/Auswerteeinheit.2 shows a flow chart for controlling the control / evaluation unit.
[0018] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflössen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Messrohr 2 selbst ist aus einem nicht- leitfähigen Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet.Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the flowmeter according to the invention 1. The measuring tube 2 is flowed through by the medium 11 in the direction of the measuring tube axis 3. The medium 11 is at least to a small extent electrically conductive. The measuring tube 2 itself is made of a non-conductive material, or it is lined at least on its inner surface with a non-conductive material.
[0019] Das im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete Magnetfeld B wird über die diametral angeordnete Spulen- anordnung 6, 7 bzw. über zwei Elektromagnete erzeugt. Unter dem Einfluß der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu einer der beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Messmedium 11 hindurchströmt, verbunden.The magnetic field B oriented substantially perpendicular to the flow direction of the medium 11 is generated via the diametrically arranged coil arrangement 6, 7 or via two electromagnets. Under the influence of the magnetic field B, charge carriers located in the medium 11 migrate, depending on the polarity, to one of the two oppositely poled measuring electrodes 4, 5. The voltage which builds up on the measuring electrodes 4, 5 is proportional to the flow velocity of the medium 11, averaged over the cross section of the measuring tube 2. H. it is a measure of the volume flow of the medium 11 in the measuring tube 2. The measuring tube 2 is incidentally via connecting elements, for. As flanges, which are not shown separately in the drawing, connected to a pipe system through which the measuring medium 11 flows.
[0020] In den beiden gezeigten Fällen befinden sich die Messelektroden 4, 5 in direktem Kontakt mit dem Messmedium 11; die Kopplung kann jedoch, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiver Natur sein.In the two cases shown, the measuring electrodes 4, 5 are in direct contact with the measuring medium 11; However, the coupling can also be capacitive, as already mentioned above.
[0021] Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Rege-Via connecting lines 12, 13, the measuring electrodes 4, 5 are connected to the
/Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Spulenan-ordnungen 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/ Aus werteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe- /Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit ist die Speichereinheit 10 zugeordnet./ Evaluation unit 8 connected. The connection between the coil arrangements 6, 7 and the control / evaluation unit 8 takes place via the connection lines 14, 15. The control / evaluation unit 8 is connected via the connection line 16 to an input / output unit 9. The evaluation / control unit is assigned to the memory unit 10.
[0022] In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm zur Ansteuerung der Regel-/Auswerteeinheit 8 dargestellt. Die Startwerte für die einzelnen Steuergrößen werden jeweils in Abhängigkeit von dem verwendeten iterativen Näherungsprozess bereit-gestellt. Kommt beispielsweise der in der EP 0 969 268 Al vorgeschlagene iterative Näherungsprozess zur Anwendung, so müssen Startwerte für die Anstiegsdauer, während der eine Überspannung an die Spulenanordnung angelegt wird, und die Überspannung selbst vorgegeben werden.2, a flowchart for controlling the control / evaluation unit 8 is shown. The starting values for the individual control variables are each provided as a function of the iterative approximation process used. If, for example, the iterative approximation process proposed in EP 0 969 268 A1 is used, start values for the rise time during which an overvoltage is applied to the coil arrangement and the overvoltage itself must be specified.
[0023] Kommt die in der EP 1 460 394 A2 bekannt gewordene Lösung zur Anwendung, so ist ein Startwert für die Referenz-Zeitspanne notwendig, während der die Regel-/Auswerteeinheit beim Umschalten des Magnetfeldes eine ÜberspannungIf the solution disclosed in EP 1 460 394 A2 is used, a starting value for the reference time span is used necessary, while the control / evaluation unit when switching the magnetic field, an overvoltage
an die Spulenanordnung anlegt, wobei die Überspannungto the coil assembly applies, wherein the overvoltage
bei Erreichen des stabilen Messzustands so bemessen ist, dass der der durch die Spulenanordnung fließende Strom nach Ablauf der Referenz-Zeitspanne stetig gegen einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwertis measured on reaching the stable state of measurement so that the current flowing through the coil assembly current after the reference period is constant against a substantially constant current end value
abfällt. Weiterhin ist es in diesem Fall erforderlich, einen Startwert für die Überspannungdrops. Furthermore, it is necessary in this case, a start value for the overvoltage
anzugeben.specify.
[0024] Unter dem Programmpunkt 20 wird über den gewählten iterativen Nähe- rungsprozess die SOLL-Einregelzeit bestimmt; unter dem Programmpunkt 21 wird die ermittelte SOLL-Einregelzeit abgespeichert.[0024] Under the program item 20, the desired settling time is determined via the selected iterative approximation process; under program item 21, the determined target settling time is stored.
[0025] Bei Punkt 22 wird zu einem späteren Zeitpunkt - beispielsweise nach einer erneuten Inbetriebnahme des Durchflussmessgeräts 1 - die IST-Regelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Betriebszustandes dies Messgeräts 1 ermittelt und mit der abgespeicherten SOLL-Regelzeit verglichen. Falls die IST-Regel-zeit die vorgegebene SOLL-Regelzeit um eine Zeitspanne Δ überschreitet, diese Überprüfung erfolgt unter dem Programmpunkt 23, so ist dies ein Hinweis auf einen mechanischen Defekt an dem Messgerät, der Auswir-kungen auf die korrekte Umschaltung des Magnetfeldes hat. In diesem Falle wird bei Programmpunkt 24 eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei dem Defekt handelt es sich beispielsweise um ein Lockerung der Magnetanordnung aufgrund einer gelockerten Befestigung. Aufgrund der mechanischen Instabilität der Magnetanordnung und der nachfolgend beim Umschalten des Magnetfeldes angeregten Vibrationen verlängert sich die Einregelung des Spulenstroms und folglich die SOLL- Einregelzeit.At point 22, the measuring device 1 is determined at a later time - for example, after a re-commissioning of the flowmeter 1 - the actual control time until reaching a stable operating state and compared with the stored target delay time. If the actual control time exceeds the predetermined setpoint control time by a period Δ, this check is made under program point 23, this is an indication of a mechanical defect on the measuring device which has effects on the correct switching of the magnetic field , In this case, an error message is output at program point 24. The defect is, for example, a loosening of the magnet assembly due to a loose attachment. Due to the mechanical instability of the magnet arrangement and the vibrations excited subsequently when the magnetic field is switched on, the regulation of the coil current and consequently the desired settling time are prolonged.
[0026] Liegt hingegen bei Programmpunkt 22 die IST-Einregelzeit innerhalb einer um die SOLL-Einregelzeit vorgegebenen Toleranz Δ, so wird zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt wiederum die IST-Einregelzeit bestimmt und mit der vorgegebenen SOLL- Einregelzeit verglichen.If, however, at program point 22, the actual settling time within a tolerance Δ predetermined by the target settling time, the actual settling time is again determined at a suitable later point in time and compared with the predetermined target settling time.
[0027] Bezugszeichenliste[0027] List of Reference Numerals
1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 2. Meßrohr1. Magnetic-inductive flowmeter 2nd measuring tube
3. Meßrohrachse3. Measuring tube axis
4. Meßelektrode4. measuring electrode
5. Meßelektrode5. measuring electrode
6. Spulenanordnung6. coil arrangement
7. Spulenanordnung7. coil arrangement
8. Regel-/Auswerteeinheit8. Control / evaluation unit
9. Eingabe-/Ausgabeeinheit9. input / output unit
10. Speichereinheit10. Storage unit
11. Meßmedium11. Measuring medium
12. Verbindungsleitung12. Connecting line
13. Verbindungsleitung13. Connecting line
14. Verbindungsleitung14. Connection line
15. Verbindungsleitung ] Verbindungsleitung 15. Connecting line] Connecting line

Claims

Ansprücheclaims
[0001] 1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) mit einem Messrohr (2), das von einem Medium (11) im wesentlichen in Richtung der Messrohrachse (3) durchflössen wird, mit einer Magnetanordnung (6, 7), die ein das Messrohr (2) durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse (3) verlaufendes, alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei im wesentlichen auf einer Verbindungslinie angeordneten Messelektroden (4, 5), wobei die Verbindungslinie im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse (3) und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (8), die anhand der an den Messelektroden (4, 5) abgegriffenen Messspannung den Volumen- bzw. den Massedurchfluss des Mediums (11) durch das Messrohr (2) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/ Auswerteeinheit (8) die aktuelle IST-Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts (1) bestimmt, dass die Regel-/Auswerteeinheit (8) die IST- Einregelzeit mit einer für das Messgerät (1) vorgegebenen SOLL-Einregelzeit bis zum Erreichen des stabilen Messzustands vergleicht und dass die Regel- /Auswerteeinheit (8) eine Fehlermeldung generiert, wenn die IST-Einregelzeit größer ist als die vorgegebene SOLL-Einregelzeit.1. Magnetic-inductive flowmeter (1) with a measuring tube (2), which is traversed by a medium (11) substantially in the direction of the measuring tube axis (3), with a magnet arrangement (6, 7), the one Measuring tube (2) passing through and substantially perpendicular to the Meßrohrachse (3) extending, alternating magnetic field generated, with two substantially arranged on a connecting line measuring electrodes (4, 5), wherein the connecting line substantially perpendicular to the measuring tube axis (3) and aligned to the magnetic field is, and with a control / evaluation unit (8), on the basis of the measured at the measuring electrodes (4, 5) measured voltage volumetric or mass flow of the medium (11) through the measuring tube (2), characterized in that the control / evaluation unit (8) determines the current actual settling time until a stable measuring state of the measuring device (1) is reached that the control / evaluation unit (8) sets the actual settling time with one for the measurement device (1) compares predetermined setpoint settling time until the stable measuring state is reached and that the control / evaluation unit (8) generates an error message if the actual settling time is greater than the predefined setpoint settling time.
[0002] 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the control
/Auswerteeinheit (8) die Fehlermeldung generiert, wenn die Abweichung zwischen der aktuellen IST-Einregelzeit und der SOLL-Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts (1) außerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes (Δ) liegt./ Evaluation unit (8) generates the error message if the deviation between the current actual settling time and the setpoint settling time until reaching a stable measuring state of the measuring device (1) is outside a predetermined tolerance value (Δ).
[0003] 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the
Regel-/Auswerteeinheit (8) aufgrund einer die vorgegebene SOLL-Einregelzeit überschreitenden IST-Einregelzeit bis zum Erreichen eines stabilen Messzustands des Messgeräts (1) die Fehlermeldung generiert, dass die mechanische Stabilität der Magnetanordnung (6, 7) gestört ist.Control / evaluation unit (8) due to a predetermined setpoint settling time exceeding actual settling time until a stable measurement state of the measuring device (1) generates the error message that the mechanical stability of the magnet assembly (6, 7) is disturbed.
[0004] 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der SOLL-Einregelzeit um die Zeit handelt, die es dauert, bis das Messgerät (1) einen optimalen Wert für zumindest eine Steuergröße ermittelt hat.4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is the target settling time by the time it takes for the meter (1) has determined an optimal value for at least one control variable.
[0005] 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der5. Apparatus according to claim 4, characterized in that it is in the
Steuergröße um eine sensorspezifische Größe handelt.Control quantity is a sensor-specific size.
[0006] 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der6. Apparatus according to claim 5, characterized in that it is in the
Steuergröße um die Magnetfeldstärke bzw. um den durch einen Spulenanordnung der Magnetanordnung (6, 7) fließenden Spulenstrom nach Umschalten des Magnetfeldes handelt. [0007] 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieControl quantity to the magnetic field strength or to the current flowing through a coil arrangement of the magnet assembly (6, 7) coil current after switching the magnetic field is. 7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the
Regel-/Auswerteeinheit (8) die sensorspezifische Größe bzw. die Steuergröße über einen iterativen Näherungsprozess bestimmt, wobei der Näherungsprozess mit einem vorgegebenen Startwert der sensorspezifischen Größe bzw. der Steuergröße startet.Control / evaluation unit (8) determines the sensor-specific variable or the control variable via an iterative approximation process, wherein the approximation process starts with a predetermined starting value of the sensor-specific variable or the control variable.
[0008] 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der sensorspezifischen Größe bzw. bei der Steuergröße, die die Regel- /Auswerteeinheit iterativ ermittelt, um die minimale Zeitspanne handelt, bis der der durch die Spulenanordnung (6, 7) fließende Strom ( h8. The device according to claim 7, characterized in that it is at the sensor-specific size or at the control variable, which determines the control / evaluation unit iteratively, to the minimum period until the by the coil assembly (6, 7) flowing current (h
) einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwert () has a substantially constant current end value (
I1 ,I 1 ,
) erreicht hat.) has reached.
[0009] 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der sensorspezifischen Größe bzw. bei der Steuergröße, die die Regel- /Auswerteeinheit iterativ ermittelt, um eine Referenz-Zeitspanne (9. The device according to claim 7, characterized in that it is at the sensor-specific size or at the control variable, which determines the control / evaluation unit iteratively by a reference time period (
WW
) handelt, während der die Regel-/Auswerteeinheit (8) beim Umschalten des Magnetfeldes (B) eine Überspannung ( ), while the control / evaluation unit (8), when switching the magnetic field (B) an overvoltage (
) an die Spulenanordnung anlegt, wobei die Überspannung () applies to the coil arrangement, wherein the overvoltage (
Udn.U dn .
) bei Erreichen des stabilen Messzustands so bemessen ist, dass der der durch die) is measured on reaching the stable state of measurement so that by the
Spulenanordnung fließende Strom nach Ablauf der Referenz -Zeitspanne ( Coil arrangement current flowing after the expiration of the reference period (
) stetig gegen einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwert () continuously against a substantially constant current end value (
) abfällt. [0010] 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die) drops. 10. The device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the
Regel-/Auswerteeinheit (8) die IST-Einregelzeit in vorgegebenen periodischen oder aperiodischen Intervallen überprüft. [0011] 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieControl / evaluation unit (8) checks the actual settling time at predetermined periodic or aperiodic intervals. 11. The device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the
Regel-/Auswerteeinheit (8) die Überprüfung der IST-Einregelzeit durch einenControl / evaluation unit (8) the verification of the actual settling time by a
Befehl auslöst. Command triggers.
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