WO2005012842A1 - Verfahren zur magnetisch-induktiven bestimmung der durchflussrate eines mediums - Google Patents

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WO2005012842A1
WO2005012842A1 PCT/EP2004/007976 EP2004007976W WO2005012842A1 WO 2005012842 A1 WO2005012842 A1 WO 2005012842A1 EP 2004007976 W EP2004007976 W EP 2004007976W WO 2005012842 A1 WO2005012842 A1 WO 2005012842A1
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measuring
measuring electrode
time
electrode
determined
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PCT/EP2004/007976
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Thomas Budmiger
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Endress + Hauser Flowtec Ag
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    • 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
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    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Definitions

  • the invention relates to a method for the magnetic-inductive determination of the flow rate of a medium which flows through a measuring tube in the direction of the measuring tube axis, the measuring tube being penetrated by a magnetic field substantially perpendicular to the measuring tube axis, at least one being arranged essentially perpendicular to the measuring tube axis Measuring electrode, a measuring voltage is induced and the induced measuring voltage provides information about the volume flow of the medium in the measuring tube. Furthermore, the invention relates to a corresponding device.
  • Magnetic-inductive flowmeters use the principle of electrodynamic induction for volumetric flow measurement: Charge carriers of the medium, which are moved perpendicular to a magnetic field, induce a voltage in measuring electrodes which are also arranged essentially perpendicular to the direction of flow of the medium. This voltage induced in the measuring electrodes is proportional to the flow velocity of the medium averaged over the cross section of the tube; it is therefore proportional to the volume flow.
  • the measuring electrodes are either galvanically or capacitively coupled to the medium. If the measuring electrodes come into contact with the medium, a coating forms on the surface of the measuring electrodes over time. As a result of the deposit formation, the flow meter malfunctions. If the covering consists of a non-conductive material, the flow meter no longer delivers any measured values at all.
  • the invention is generally also for the detection of others Malfunctions that can occur on a magnetic inductive flow meter can be used.
  • EP 0 337 292 proposes to clean the measuring electrodes at predetermined time intervals by applying an electrical direct or alternating voltage.
  • the known automatic cleaning of the measuring electrodes also has disadvantages: First, it cannot be used universally for coverings made of any material - it only works when removing conductive coverings , Furthermore, the automatic cleaning takes place preventively at predetermined time intervals; So there is no guarantee that cleaning will take place at a time when it is absolutely necessary.
  • Preventive cleaning of the measuring electrodes is disruptive and undesirable for several reasons: for example, no volumetric flow measurement is possible within a certain period of time after the cleaning process, since the measuring voltage at the measuring electrodes first has to build up again. Furthermore, the power supply for the purpose of cleaning the measuring electrodes takes place for a predetermined period of time, since the degree of deposit formation at the time of cleaning is largely unknown. It is therefore up to chance or the corresponding experience of the operating personnel whether the desired optimal condition of the measuring electrodes is actually achieved after the automatic cleaning has been carried out. In the normal case it can be assumed that after the automatic cleaning has taken place there is either still a coating on the measuring electrode or that the measuring electrode has been damaged by applying the cleaning voltage for too long.
  • the interruptions in the measuring process are even more serious if the measuring electrodes are precautionary of non-conductive coatings have to be exempted.
  • the service life of the flow meter is even longer in this case, since the removal of non-conductive deposits can only be done mechanically, ie the flow meter must be removed and the measuring electrodes must be cleaned by hand.
  • a solution has become known from EP 1 108 988 A1 as to how a deposit formation can be identified in a targeted and automatic manner in order then to be removed from the measuring electrode if necessary.
  • a defined test signal is given to the measuring electrode; on the basis of the response signal to the defined test signal and / or on the basis of a reference variable determined from the response signal on the defined test signal, it is determined whether the measuring electrode supplies correct measured values.
  • the response signal to the defined test signal or the reference variable determined from the response signal to the defined test signal is referred to below as the actual value for the sake of simplicity.
  • the method according to the invention detects a creeping malfunction of the flow meter at an early stage, so that it can subsequently be counteracted in a targeted manner.
  • this publication proposes to compare the respective actual value with a predetermined target value and to display, output and / or store a malfunction if the actual value deviates from the target value.
  • the known solution brings the desired success over long distances.
  • measurement errors and misinterpretations can occur if the relaxation time of the response signal to the test signal at a measurement electrode exceeds the time period of a measurement period.
  • the control / evaluation unit signals that the target value has been reached; however, the supposed actual value is not an indication of exceeding a tolerable deposit formation, but is caused by the superimposition of different voltage values on the measuring electrode.
  • the invention is based on the object of proposing a method and a device which is distinguished by reliable detection of the deposit formation in a magnetically inductive flow meter.
  • the object is achieved in that a test pulse with a defined pulse duration is applied to the measuring electrode, that at least one response signal to the test pulse is determined at at least two measuring times, that the measuring times lie in a time window that is selected in such a way that that no foreseeable interference signals occur at the measuring electrode in this time window, that the relaxation time or the time until a predetermined discharge state of the measuring electrode is determined on the basis of the response signal determined in the measuring times, and that based on the determined relaxation time or based on the time until reaching a malfunction of the measuring electrode is recognized or recognizable due to the defined discharge state of the measuring electrode.
  • the relaxation time or the time period for reaching the defined discharge state of the measuring electrode is determined and that determined relaxation time or the time period for reaching the defined discharge state of the measuring electrode is stored as a setpoint.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the test pulse is applied to the measuring electrode with a predetermined or predeterminable pulse duration and / or with a predetermined or predeterminable pulse repetition frequency.
  • the pulse duration of the test pulse and / or the pulse repetition frequency of the test pulses be predetermined or determined as a function of the conditions at the measurement location, in particular as a function of the measurement medium.
  • a favorable embodiment of the method according to the invention provides that a change in the relaxation time or a change in the period of time until the defined discharge state of the measuring electrode is detected to determine whether the measuring electrode is working correctly or whether the measuring electrode is malfunctioning.
  • a malfunction or an indication of an impending malfunction is displayed and / or output when the change in the relaxation time or the change in the time period until the defined discharge state of the measuring electrode is reached outside a tolerance range is around the target value or if the relaxation time or the time period until the defined discharge state of the measuring electrode tends to change.
  • the time window is chosen such that it lies after the point in time at which the test pulse was applied to the measuring electrode to be checked, and before the point in time at which the magnetic field on the measuring electrode to be checked is switched. Within the time window described above, it is ensured that no changes in the potentials at the measuring electrodes occur due to a change in the magnetic field of the magnetic field arrangement.
  • an automatic cleaning of the measuring electrode is activated as soon as a malfunction is displayed and / or output.
  • a corresponding display and / or output is given, for example, that the measuring electrode is to be cleaned.
  • the measuring electrode is automatically cleaned by applying a direct or alternating current.
  • the object is achieved in that the evaluation / control unit determines at least one response signal to the test pulse at at least two measurement times, the measurement times being in a defined time window, the time window being selected such that no predictable times are given in this time window Interference signals occur at the measuring electrode, and that the control / evaluation unit determines the relaxation time or the period of time until a defined discharge state of the measuring electrode is reached on the basis of the response signal determined at the predetermined measuring times.
  • test pulse is a rectangular pulse with a specific and / or predetermined pulse duration is regarded as particularly favorable.
  • Fig. 3 a flow chart for controlling the control / evaluation unit.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the device 1 according to the invention.
  • the measuring tube 2 of a flow meter is likewise not separated from one flow through the medium shown in the direction of the measuring tube axis 10.
  • the medium is at least to a small extent electrically conductive.
  • the measuring tube 2 itself is made of a non-conductive material, or it is at least lined on its inside with a non-conductive material.
  • charge carriers located in the medium migrate to the oppositely polarized measuring electrode 3; 4 from.
  • the voltage building up between the two measuring electrodes 3, 4 is proportional to the flow velocity of the medium averaged over the cross-section of the measuring tube 2, ie it is a measure of the volume flow of the medium in the measuring tube 2.
  • the measuring tube 2 is, incidentally, via connecting elements which in the drawing are not shown separately, connected to a pipe system through which the medium flows.
  • the two measuring electrodes 3, 4 are in direct contact with the medium 2, as a result of which a coating 11, 12, which consists of particles of the medium, forms on the measuring electrodes 3, 4 in the course of time.
  • This formation of deposits naturally influences the values of the induced voltage measured at the measuring electrodes 3, 4. If the covering is made of a non-conductive material, the flow meter no longer works at all.
  • the measuring electrodes 3, 4 are connected to the control / evaluation unit 7 via connecting lines 5, 6.
  • the control / evaluation unit 7 transmits a test pulse U p , in the simplest case a rectangular pulse, to the measuring electrodes 3, 4 via the connecting lines 5, 6.
  • relaxation time ⁇ always means the time period until the response signal to the test signal (eg the rectangular pulse U p ) has reached a predetermined threshold value U i .
  • the disadvantage of this known method is that the end of the relaxation time ⁇ can already lie in the subsequent measuring period in which the magnetic field and thus also the voltage at the measuring electrode 3, 4 have an opposite sign. This can result in the occurrence of a coating formation lying outside the tolerances, although in this case falling below a predetermined threshold value U t is the result of a corresponding one
  • the setpoint value of the relaxation time ⁇ is incidentally determined as a function of the prevailing system and process conditions with measuring electrodes 3, 4 that are as clean as possible. Because of the dependence of the relaxation time ⁇ on the respective process and system conditions, it is very advantageous if the 'deposit formation detection' is calibrated in the process itself. This calibration is done e.g. B. by repeated application of test pulses (z. B. rectangular pulses U P ) of different lengths t p and subsequent preferably inventive determination of the relaxation time ⁇ . The pulse duration t P of the test pulse U p becomes so long changed until the relaxation time ⁇ is within a defined time window t END - t BEGIN .
  • this time window t END - t BEGIN is selected in such a way that no foreseeable interference signals occur, as can be seen, for example, in the immediate vicinity of the switching times of the magnetic field.
  • the determined pulse duration t p possibly the amplitude of the test signal U p and the associated relaxation time ⁇ are stored as target values.
  • a test pulse U p in particular a rectangular pulse of the previously determined pulse duration t p, is applied to the measuring electrode 3, 4; a response signal to the test pulse U p is then determined at at least two measuring times t,, t 2 , the measuring times t ! , t 2 lie in a time window t END - t BEGJN , which is selected such that, as already mentioned several times - in this time window t Em - t BEGm there are no predictable interference signals at the
  • Measuring electrode 3, 4 occur. Interference signals are caused in particular by switching the magnetic field.
  • the time window t END - t BEGm is selected such that it lies between the reaching of the linear range of the detection of the voltage U at the measuring electrodes 3, 4 and the measuring time t END at the end of the measuring period.
  • To determine the relaxation time ⁇ knowledge of two voltage values U x , U 2 at the measuring electrode 3, 4 is necessary.
  • One can, for example, be identical to the test pulse U p , while the second is measured by measuring at a later measuring time t 2 , which lies within the time window t END - t BEGIN .
  • t 2 becomes the relaxation time ⁇ or
  • the measuring electrode 3, 4 is determined; on the basis of the determined relaxation time ⁇ or on the length of time until the defined discharge state U is reached, the measuring electrode 3, 4 a malfunction of the measuring electrode 3, 4, as is caused in particular by the formation of a deposit, is recognized or recognizable.
  • the relaxation time ⁇ can be calculated using the following formula - reference being made to FIG. 2 for the nomenclature:
  • the cleaning of the measuring electrodes 3, 4 or the indication that cleaning of the measuring electrodes 3, 4 is necessary can always take place when the deposit formation on the measuring electrodes 3, 4 becomes so strong that they lead to unacceptable falsifications of the Measured values on the measuring electrodes 3, 4 leads.
  • FIG. 2 shows a representation of the relaxation behavior of the electrode potentials at the measuring electrodes 3, 4 with different deposits.
  • a rectangular pulse U p of defined duration t p is applied to the measuring electrode 3; 4 given.
  • the control / evaluation unit 7 calculates the relaxation time ⁇ on the basis of two different measuring times t. , t 2 measured voltage values. These measuring times t j , t 2 lie within a defined time window t END - t BEGm .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Verfahren zur Bestimmung der Durchflußrate eines Mediums, das ein Meßrohr (2) in Richtung der Meßrohrachse durchströmt. Um eine Belagsbildung an einer Meßelektrode frühzeitig und mit hoher Sicherheit erkennen zu können, wird ein Testimpuls (Up) mit einer definierten Pulsdauer (tp) auf die Meßelektrode (3, 4) gegeben; zumindest ein Antwortsignal auf den Testimpuls (Up) wird zu zumindest zwei Meßzeitpunkten bestimmt, wobei die Meßzeitpunkte (t1, t2) in einem Zeitfenster (tend - tbegin) liegen, das so gewählt wird, daß in diesem Zeitfenster (tend - tbegin) keine vorhersehbaren Störsignale an der Meßelektrode (3, 4) auftreten. Anhand des in den Meßzeitpunkten (t1, t2) bestimmten Antwortsignals wird die Relaxationszeit (τ) bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Entladezustands (Ui) der Meßelektrode (3, 4) bestimmt; anhand der ermittelten Relaxationszeit (τ) bzw. anhand der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands (Ui) der Meßelektrode (3, 4) wird eine Fehlfunktion der Meßelektrode (3, 4) erkannt bzw. erkennbar.

Description

Verfahren zur magnetisch-induktiven Bestimmung der Durchflußrate eines Mediums
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur magnetisch-induktiven Bestimmung der Durchflußrate eines Mediums, das ein Meßrohr in Richtung der Meßrohrachse durchströmt, wobei das Meßrohr von einem Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse durchsetzt wird, wobei in zumindest eine im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse angeordnete Meßelektrode eine Meßspannung induziert wird und wobei die induzierte Meßspannung Information über den Volumenstrom des Mediums in dem Meßrohr liefert. Desweiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung.
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 Durchflußrichtung des Mediums angeordnete Meßelektroden eine Spannung. Diese in die Meßelektroden induzierte Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Rohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom.
Die Meßelektroden sind mit dem Medium entweder galvanisch oder kapazitiv gekoppelt. Kommen die Meßelektroden mit dem Medium in Kontakt, so bildet sich im Laufe der Zeit ein Belag an der Oberfläche der Meßelektroden. Folge der Belagsbildung ist eine Fehlfunktion des Durchflußmeßgerätes. Besteht der Belag aus einem nicht-leitfähigen Material, so liefert das Durchflußmeßgerät überhaupt keine Meßwerte mehr.
Obwohl nachfolgend als Ursache für die Fehlfunktion bzw. die Nichtfunktion des Durchflußmeßgerätes stets die Belagsbildung an der Meßelektrode beschrieben wird, ist die Erfindung generell auch zur Erkennung sonstiger Fehlfunktionen, die an einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät auftreten können, verwendbar.
Um unerwünschte Beläge aus leitfähigem Material von den Meßelektroden zu entfernen, schlägt die EP 0 337 292 vor, in vorgegebenen Zeitabständen die Meßelektroden durch Anlegen einer elektrischen Gleich- oder Wechselspannung zu reinigen. Trotz der beachtlichen Vorteile, die eine automatische Reinigung der Meßelektroden gegenüber einer manuell durchgeführten Reinigung aufweist, hat die bekannte automatische Reinigung der Meßelektroden auch Nachteile: Sie läßt sich erstens nicht universell bei Belägen aus beliebigen Materialien einsetzen - sie funktioniert nur bei der Beseitigung von leitfähigen Belägen. Desweiteren erfolgt die automatische Reinigung präventiv in vorgegebenen Zeitabständen; es ist also nicht sichergestellt, daß die Reinigung zu einem Zeitpunkt erfolgt, wenn sie zwingend erforderlich ist.
Präventives Reinigen der Meßelektroden ist aus mehreren Gründen störend und unerwünscht: So ist innerhalb eines gewissen Zeitraumes nach dem Reinigungsvorgang keine volumetrische Durchflußmessung möglich, da sich die Meßspannung an den Meßelektroden erst wieder aufbauen muß. Weiterhin erfolgt die Stromzufuhr zwecks Reinigung der Meßelektroden während einer fest vorgegebenen Zeitdauer, da der Grad der Belagsbildung zum Zeitpunkt der Reinigung weitgehend unbekannt ist. Es ist also dem Zufall oder der entsprechenden Erfahrung des Bedienpersonals überlassen, ob nach erfolgter automatischer Reinigung der gewünschte optimale Zustand der Meßelektroden tatsächlich erreicht wird. Im Normalfall ist davon auszugehen, daß sich nach erfolgter automatischer Reinigung entweder noch ein Belag auf der Meßelektrode befindet oder daß die Meßelektrode durch zu langes Anlegen der Reinigungsspannung beschädigt worden ist.
Noch gravierender schlagen die Unterbrechungen des Meßvorgangs zu Buche, wenn die Meßelektroden vorsorglich von nicht-leitfähigen Belägen befreit werden müssen. Die Standzeiten des Durchflußmeßgerätes sind in diesem Fall noch größer, da das Entfernen von nicht-leitfähigen Belägen nur auf mechanischem Wege erfolgen kann, d. h. das Durchflußmeßgerät muß ausgebaut und die Meßelektroden müssen von Hand gereinigt werden.
Aus der EP 1 108 988 A1 ist eine Lösung bekannt geworden, wie eine Belagsbildung gezielt und automatisch erkannt werden kann, um dann bei Bedarf von der Meßelektrode entfernt zu werden. Hierzu wird ein definiertes Testsignal auf die Meßelektrode gegeben wird; anhand des Antwortsignals auf das definierte Testsignal und/oder anhand einer aus dem Antwortsignal auf das definierte Testsignal ermittelten Bezugsgröße wird festgestellt, ob die Meßelektrode korrekte Meßwerte liefert. Das Antwortsignal auf das definierte Testsignal bzw. die aus dem Antwortsignal auf das definierte Testsignal ermittelte Bezugsgröße wird im folgenden der Einfachheit halber als Istwert bezeichnet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine sich schleichend einstellende Fehlfunktion des Durchflußmeßgerätes frühzeitig erkannt, so daß ihr nachfolgend gezielt entgegengewirkt werden kann. Insbesondere wird in dieser Offenlegungsschrift vorgeschlagen, den jeweiligen Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen und eine Fehlfunktion anzuzeigen, auszugeben und/oder abzuspeichern, wenn der Istwert von dem Sollwert abweicht.
Die bekannte Lösung bringt über weite Strecken den gewünschten Erfolg. Meßfehler und Fehlinterpretationen können jedoch dann auftreten, wenn die Relaxationszeit des Antwortsignals auf das Testsignal an einer Meßelektrode die Zeitdauer einer Meßperiode überschreitet. Infolge des Umschaltens des Magnetfeldes nach einer Meßperiode kann dann der Fall auftreten, daß die Regel-/Auswerteeinheit ein Erreichen des Sollwertes signalisiert; jedoch ist der vermeintliche Istwert kein Anzeichen für das Überschreiten einer tolerierbaren Belagsbildung, sondern wird durch die Überlagerung unterschiedlicher Spannungswerte an der Meßelektrode verursacht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, das sich durch eine zuverlässige Erkennung der Belagsbildung bei einem magnetisch induktiven Durchflußmeßgerät auszeichnet.
Die Aufgabe wird bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, daß ein Testimpuls mit einer definierten Pulsdauer auf die Meßelektrode gegeben wird, daß zumindest ein Antwortsignal auf den Testimpuls zu zumindest zwei Meßzeitpunkt bestimmt wird, daß die Meßzeitpunkte in einem Zeitfenster liegt, das so gewählt wird, daß in diesem Zeitfenster keine vorhersehbaren Störsignale an der Meßelektrode auftreten, daß anhand des in den Meßzeitpunkten bestimmten Antwortsignals die Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Entladezustands der Meßelektrode bestimmt wird und daß anhand der ermittelten Relaxationszeit bzw. anhand der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode eine Fehlfunktion der Meßelektrode erkannt bzw. erkennbar wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, da > in einem Anfangszustand, der dadurch definiert ist, daß an der Meßelektrode keine Fehlfunktion aufgrund von Ablagerungen auftritt, die Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode ermittelt wird und daß die ermittelte Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode als Sollwert abgespeichert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Testimpuls mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Pulsdauer und/oder mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Pulswiederholfrequenz an die Meßelektrode angelegt wird. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Pulsdauer des Testimpulses und/oder die Pulswiederholfrequenz der Testimpulse in Abhängigkeit von dem Bedingungen am Meßort, insbesondere in Abhängigkeit von dem Meßmedium vorgegeben oder bestimmt wird. Weiterhin sieht eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß anhand einer zeitlichen Änderung der Relaxationszeit bzw. anhand einer Änderung der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode erkannt wird, ob die Meßelektrode korrekt arbeitet oder ob eine Fehlfunktion der Meßelektrode vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß eine Fehlfunktion oder ein Hinweis auf eine sich anbahnende Fehlfunktion angezeigt und/oder ausgegeben wird, wenn die zeitliche Änderung der Relaxationszeit bzw. die Änderung der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode außerhalb eines Toleranzbereichs um den Sollwert liegt oder wenn sich die Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands der Meßelektrode tendenziell ändert.
Als besonders günstig hat es sich herausgestallt, wenn das Zeitfenster so gewählt wird, daß es nach dem Zeitpunkt liegt, an dem der Testimpuls an die zu überprüfende Meßelektrode angelegt wurde, und daß es vor dem Zeitpunkt, an dem das Magnetfeld an der zu überprüfenden Meßelektrode umgeschaltet wird. Innerhalb des zuvor beschriebenen Zeitfensters ist sichergestellt, daß keine Änderungen der Potentiale an den Meßelektroden aufgrund einer Umschaltung des Magnetfeldes der Magnetfeldanordnung auftritt.
In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin vorgesehen, daß für den Fall, daß die Fehlfunktion infolge der Bildung eines leitfähigen Belags an der Meßelektrode auftritt, ein automatisches Reinigen der Meßelektrode aktiviert wird, sobald eine Fehlfunktion angezeigt und/oder ausgegeben wird. Für den Fall, daß die Fehlfunktion infolge der Bildung eines leitfähigen oder eines nicht leitfähigen Belags an der Meßelektrode auftritt, erfolgt beispielsweise eine entsprechende Anzeige und/oder Ausgabe, daß die Meßelektrode zu reinigen ist. Insbesondere ist vorgesehen, daß die automatische Reinigung der Meßelektrode mittels Anlegen eines Gleich- oder eines Wechselstroms erfolgt.
Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auswerte-/Regeleinheit zumindest ein Antwortsignal auf den Testimpuls an zumindest zwei Meßzeitpunkten ermittelt, wobei die Meßzeitpunkte in einem definierten Zeitfenster liegen, wobei das Zeitfenster so gewählt ist, daß in diesem Zeitfenster keine vorhersehbaren Störsignale an der Meßelektrode auftreten, und daß die Regel-/Auswerteeinheit anhand des zu den vorgegebenen Meßzeitpunkten ermittelten Antwortsignals die Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen eines definierten Entladezustands der Meßelektrode bestimmt.
Als besonders günstig wird die Ausgestaltung angesehen, daß es sich bei dem Testimpuls um einen Rechteckpuls mit einer bestimmten und/oder vorgegebenen Pulsdauer handelt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2: eine Darstellung des Relaxationsverhaltens der Elektrodenpotentiale an den Meßelektroden bei unterschiedlicher Belagsbildung; und
Fig. 3: ein Flußdiagramm zur Ansteuerung der Regel-/Auswerteeinheit.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das Meßrohr 2 eines in der Erfindung nicht gesondert dargestellten Durchflußmeßgerätes wird von einem gleichfalls nicht gesondert dargestellten Medium in Richtung der Meßrohrachse 10 durchflössen. Das Medium ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Meßrohr 2 selbst ist aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenseite mit einem nicht leitfähigen Material ausgekleidet. Infolge eines senkrecht zur Flußrichtung des Mediums ausgerichteten Magnetfeldes, das üblicherweise von zwei diametral angeordneten Elektromagneten erzeugt wird, die in der Zeichnung ebenfalls nicht zu sehen sind, wandern in dem Medium befindliche Ladungsträger zu der entgegengesetzt gepolten Meßelektrode 3; 4 ab. Die sich zwischen den beiden Meßelektroden 3, 4 aufbauende Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Meßrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums im Meßrohr 2. Das Meßrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Medium hindurchströmt, verbunden.
Im gezeigten Fall befinden sich die beiden Meßelektroden 3, 4 in direktem Kontakt mit dem Medium 2, wodurch sich im Laufe der Zeit ein Belag 11 , 12, der aus Partikeln des Mediums besteht, an den Meßelektroden 3, 4 bildet. Diese Belagsbildung beeinflußt natürlich die Werte der an den Meßelektroden 3, 4 gemessenen induzierten Spannung. Ist der Belag aus einem nicht leitfähigen Material, so funktioniert das Durchflußmeßgerät überhaupt nicht mehr.
Um die Fehler bei der Messung des Volumenstroms in vorgegebenen Toleranzgrenzen zu halten, war es bislang üblich, die Meßelektroden 3, 4 des Durchflußmeßgerätes jeweils nach einer fest vorgegebenen Zeitdauer zu reinigen. Die Nachteile dieser auf empirischer Basis ermittelten Zeitabstände zwischen den einzelnen Reinigungsvorgängen haben - wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt - einige gravierende Nachteile. Die Meßelektroden 3, 4 sind über Verbindungsleitungen 5, 6 mit der Regel- /Auswerteeinheit 7 verbunden. Erfindungsgemäß gibt die Regel-/Auswerte- einheit 7 über die Verbindungsleitungen 5, 6 einen Testimpuls Up, im einfachsten Fall einen Rechteckpuls, auf die Meßelektroden 3, 4. Anhand einer fortwährenden Beobachtung des Relaxationsverhaltens des Antwortsignals läßt sich eine schleichende Belagsbildung an den Meßelektroden 3, 4 erkennen. Einer derartigen Belagsbildung läßt sich mit den bereits zuvorgenannten geeigneten Maßnahmen entgegenwirken. Bei der aus der EP 1 108 988 A1 bekannt gewordenen Lösung bedeutet Relaxationszeit τ stets die Zeitspanne, bis das Antwortsignal auf das Testsignal (z. B. den Rechteckpuls Up) einen vorgegebenen Schwellenwert Ui erreicht hat. Wie bereits gesagt, ist der Nachteil dieser bekannten Methode darin zu sehen, daß das Ende der Relaxationszeit τ bereits in der nachfolgenden Meßperiode liegen kann, in der das Magnetfeld und damit auch die Spannung an der Meßelektrode 3, 4 ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist. Hierdurch kann der Fall auftreten, daß eine außerhalb der Toleranzen liegenden Belagsbildung angezeigt wird, obwohl das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes Ut hier die Folge einer entsprechenden
Überlagerung von negativen und positiven Spannungen an der Meßelektrode 3, 4 ist.
Der Sollwert der Relaxationszeit τ wird übrigens in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden System- und Prozeßbedingungen bei möglichst sauberen Meßelektroden 3, 4 bestimmt. Wegen der Abhängigkeit der Relaxationszeit τ von den jeweiligen Prozeß- und Systembedingungen ist es sehr vorteilhaft, wenn die 'Belagsbildungserkennung' im Prozeß selbst kalibriert wird. Diese Kalibrierung erfolgt z. B. durch wiederholtes Anlegen von Testimpulsen (z. B. Rechteckpulsen UP) unterschiedlicher Länge tp und anschließender vorzugsweise erfindungsgemäßer Bestimmung der Relaxationszeit τ. Die Pulsdauer tP des Testimpulses Up wird so lange geändert, bis sich die Relaxationszeit τ innerhalb eines definierten Zeitfensters tEND - tBEGIN befindet. Erfindungsgemäß ist dieses Zeitfenster tEND - tBEGIN so ausgewählt, daß hier keine vorhersehbaren Störsignale auftreten, wie sie sich beispielsweise in unmittelbarer Nähe der Umschaltzeitpunkte des Magnetfeldes zeigen. Die ermittelte Pulsdauer tp , eventuell die Amplitude des Testsignals Up und die zugehörige Relaxationszeit τ werden als Sollwerte abgespeichert.
Zwecks Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Testimpuls Up , insbesondere ein Rechteckimpuls der zuvor bestimmten Pulsdauer tp auf die Meßelektrode 3, 4 gegeben; anschließend wird ein Antwortsignal auf den Testimpuls Up zu zumindest zwei Meßzeitpunkten t, , t2 bestimmt, wobei die Meßzeitpunkte t! , t2 in einem Zeitfenster tEND - tBEGJN liegen, das so gewählt wird, daß wie bereits mehrfach erwähnt - in diesem Zeitfenster tEm - tBEGm keine vorhersehbaren Störsignale an der
Meßelektrode 3, 4 auftreten. Störsignale werden insbesondere durch das Umschalten des Magnetfeldes hervorgerufen. Insbesondere ist das Zeitfenster tEND - tBEGm so gewählt, daß es zwischen dem Erreichen des linearen Bereichs der Erfassung der Spannung U an den Meßelektroden 3, 4 und dem Meßzeitpunkt tEND am Ende der Meßperiode liegt. Zur Bestimmung der Relaxationszeit τ ist die Kenntnis von zwei Spannungswerten Ux , U2 an der Meßelektrode 3, 4 notwendig. Einer kann beispielsweise mit dem Testimpuls Up identisch sein , während der zweite durch Messung zu einer späteren Meßzeitpunkt t2 , der innerhalb des Zeitfensters tEND - tBEGIN liegt, gemessen wird. Anhand der bekannten und/oder ermittelten Spannungswerts zu unterschiedlichen Meßzeitpunkten t. , t2 wird die Relaxationszeit τ bzw. die
Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Entladezustands U, der Meßelektrode 3, 4 bestimmt; anhand der ermittelten Relaxationszeit τ bzw. anhand der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands U, der Meßelektrode 3, 4 wird eine Fehlfunktion der Meßelektrode 3, 4, wie sie insbesondere durch eine Belagsbildung hervorgerufen wird, erkannt bzw. erkennbar.
Für den Fall, daß es sich bei den beiden Meßzeitpunkte t , t2 um beliebige
Meßzeitpunkte handelt, die innerhalb des Zeitfensters t END ''BEGIN liegen, läßt sich die Relaxationszeit τ nach folgender Formel berechnen - wobei bezüglich der Nomenklatur auf Fig. 2 verwiesen wird:
Figure imgf000012_0001
t2 t-
Werden als Meßzeitpunkte tBEGm , tEND die Ränder des Zeitfesters tEND - t BEGIN genommen, so lautet die Formel:
U -U I -lnl u BEGIN ^ i
*END '•BEGIN
Ergibt sich bei nachfolgenden periodischen Messungen zur Belagsbildungserkennung, daß der errechnete Istwert der Relaxationszeit τ auf den definierten Testimpuls außerhalb gewisser Toleranzgrenzen um den Sollwert der Relaxationszeit τ liegt, wird eine Fehlfunktion an der Anzeigeeinheit 8 des Durchflußmeßgerätes angezeigt; alternativ kann im Falle der Bildung leitfähiger Beläge 11 ein automatisches Reinigungsverfahren aktiviert werden.
Erfindungsgemäß kann die Reinigung der Meßelektroden 3, 4 bzw. die Anzeige, daß eine Reinigung der Meßelektroden 3, 4 erforderlich ist, stets dann erfolgen, wenn die an den Meßelektroden 3, 4 auftretende Belagsbildung derart stark wird, daß sie zu inakzeptablen Verfälschungen der Meßwerte an den Meßelektroden 3, 4 führt. Hierdurch ist es möglich, die Zeitdauer zwischen zwei Reinigungsvorgängen zu optimieren: So erfolgt einerseits die Reinigung, bevor das Durchflußmeßgerät fehlerhafte Meßwerte liefert bzw. im Falle nicht-leitfähiger Beläge 11 , bevor es überhaupt keine Meßwerte mehr liefert; andererseits erfolgt die Reinigung nur dann, wenn sie tatsächlich erforderlich ist und nicht präventiv nach gewissen Zeitintervallen, die auf irgendwelchen empirischen Erfahrungen beruhen.
In Fig. 2 ist eine Darstellung des Relaxationsverhaltens der Elektrodenpotentiale an den Meßelektroden 3, 4 bei unterschiedlich starker Belagsbildung zu sehen. Ein Rechteckpuls Up definierter Zeitdauer tp wird auf die Meßelektrode 3; 4 gegeben. Die Regel-/Auswerteeinheit 7 errechnet die Relaxationszeit τ anhand von zu zwei unterschiedlichen Meßzeitpunkten t. , t2 gemessenen Spannungswerten. Diese Meßzeitpunkte tj , t2 liegen innerhalb eines definierten Zeitfensters tEND - tBEGm .
Bezugszeichenliste
erfindungsgemäße Vorn Meßrohr
Meßelektrode
Meßelektrode
Verbindungsleitung
Verbindungsleitung
Regel-/Auswerteeinheit
Anzeigeeinheit
Verbindungsleitung
Meßrohrachse
Belag

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur magnetisch-induktiven Bestimmung der Durchflußrate eines Mediums, das ein Meßrohr (2) in Richtung der Meßrohrachse durchströmt, wobei das Meßrohr (2) von einem Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse durchsetzt wird, wobei in zumindest eine im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse angeordnete Meßelektrode (3, 4) eine Meßspannung induziert wird und wobei die induzierte Meßspannung Information über den Volumenstrom des Mediums in dem Meßrohr (2) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Testimpuls (Up) mit einer definierten Pulsdauer (tp ) auf die Meßelektrode (3, 4) gegeben wird, daß zumindest ein Antwortsignal auf den Testimpuls (Up) zu zumindest zwei Meßzeitpunkten (ti t t2) bestimmt wird, daß die Meßzeitpunkte (tλ , t2 ) in einem Zeitfenster ( tEND - tBEGm) liegen, das so gewählt wird, daß in diesem Zeitfenster ( tBND - tBEGJN) keine vorhersehbaren Störsignale an der Meßelektrode (3, 4) auftreten, daß anhand des in den Meßzeitpunkten (t , t2 ) bestimmten Antwortsignals die Relaxationszeit (τ) bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Entladezustands (Ut ) der Meßelektrode (3, 4) bestimmt wird, und daß anhand der ermittelten Relaxationszeit bzw. anhand der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands (£/. ) der Meßelektrode (3, 4) eine Fehlfunktion der Meßelektrode (3, 4) erkannt bzw. erkennbar wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in einem Anfangszustand, der dadurch definiert ist, daß an der Meßelektrode (3, 4) keine Fehlfunktion aufgrund von Ablagerungen auftritt, die Relaxationszeit bzw. die Zeitdauer zum Erreichen des definierten Entladezustands (Ut ) der Meßelektrode (3, 4) ermittelt wird und daß die ermittelte Relaxationszeit (τ) bzw. die Zeitdauer zum Erreichen des definierten Entladezustands (U. ) der Meßelektrode (3, 4) als Sollwert abgespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Testimpuls (Up) mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Pulsdauer (tp ) und/oder mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Pulswiederholfrequenz an die Meßelektrode (3, 4) angelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer (tp ) des Testimpulses (Up) und/oder die Pulswiederholfrequenz der Testimpulse in Abhängigkeit von dem Bedingungen am Meßort, insbesondere in Abhängigkeit von dem Meßmedium vorgegeben oder bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anhand einer zeitlichen Änderung der Relaxationszeit (τ) bzw. anhand einer Änderung der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands (Ui ) der Meßelektrode (3, 4) erkannt wird, ob die Meßelektrode (3, 4) korrekt arbeitet oder ob eine Fehlfunktion der Meßelektrode (3, 4) vorliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlfunktion oder ein Hinweis auf eine sich anbahnende Fehlfunktion angezeigt und/oder ausgegeben wird, wenn die zeitliche Änderung der Relaxationszeit bzw. die Änderung der Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands ( U. ) der Meßelektrode (3, 4) außerhalb eines
Toleranzbereichs um den Sollwert liegt oder wenn sich die Relaxationszeit (τ) bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen des definierten Entladezustands (Ü7. ) der Meßelektrode (3, 4) tendenziell ändert.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitfenster ( tEND - tBEGm ) so gewählt wird, daß es nach dem Zeitpunkt
(tp ) liegt, an dem der Testimpuls (Up) an die zu überprüfende Meßelektrode (3, 4) angelegt wurde, und daß es vor dem Zeitpunkt, an dem das Magnetfeld an der zu überprüfenden Meßelektrode (3, 4) umgeschaltet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Fehlfunktion infolge der Bildung eines leitfähigen Belags (11 , 12) an der Meßelektrode (3, 4) auftritt, ein automatisches Reinigen der Meßelektrode (3, 4) aktiviert wird, sobald eine Fehlfunktion angezeigt und/oder ausgegeben wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Fehlfunktion infolge der Bildung eines leitfähigen oder eines nicht leitfähigen Belags (11 , 12) an der Meßelektrode (3, 4) auftritt, eine Anzeige und/oder Ausgabe erfolgt, daß die Meßelektrode (3, 4) zu reinigen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Reinigung der Meßelektrode (3, 4) mittels Anlegen eines Gleich- oder eines Wechselstroms erfolgt.
11. Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines Mediums, das ein Meßrohr (2) in Richtung der Meßrohrachse durchströmt, mit einer Magnetan- Ordnung, die ein das Meßrohr (2) durchsetzendes und im wesentlichen quer Meßrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt, mit einer Meßelektrodenanordnung, die einen von der Durchflußgeschwingkeit des Mediums durch das Meßrohr (2) abhängigen Meßwert liefert, und einer Regel-/Auswerte- einheit (7), die anhand des Meßwertes die Durchflußrate des Mediums in dem Meßrohr (2) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit zumindest ein Antwortsignal auf den Testimpuls (Up) zu zumindest zwei Meßzeitpunkten (t. , t2 ) ermittelt, die in einem definierten Zeitfenster ( tEND - tBEGIN ) liegen, daß das Zeitfenster ( tEND - tBEGW ) so gewählt ist, daß in diesem Zeitfenster (tEND - tBEGIN ) keine vorhersehbaren Störsignale an der Meßelektrode (3, 4) auftreten, und daß die Regel-/Auswerteeinheit (7) anhand des zu den vorgegebenen Meßzeitpunkten (t. , t2 ) gemessenen Antwortsignal die Relaxationszeit (τ) bzw. die Zeitdauer bis zum Erreichen eines definierten Entladezustands (U. ) der Meßelektrode (3, 4) bestimmt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Testimpuls um einen Rechteckpuls (ZJP) handelt.
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