WO2005090927A2 - Vorrichtung zum messen und/oder überwachen des durchflusses eines messmediums - Google Patents

Vorrichtung zum messen und/oder überwachen des durchflusses eines messmediums Download PDF

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WO2005090927A2
WO2005090927A2 PCT/EP2005/051314 EP2005051314W WO2005090927A2 WO 2005090927 A2 WO2005090927 A2 WO 2005090927A2 EP 2005051314 W EP2005051314 W EP 2005051314W WO 2005090927 A2 WO2005090927 A2 WO 2005090927A2
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cables
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electrode lines
measuring tube
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Günther Bähr
Fred Kappertz
Thomas KÜNG
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • 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
    • G01F1/588—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 combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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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
    • G01F1/60—Circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring and / or monitoring the flow of a measuring medium which flows through a measuring tube in the direction of the longitudinal axis of the measuring tube, with a magnet arrangement consisting of a coil arrangement and at least two pole pieces, which are arranged so that they generate a magnetic field which penetrates the measuring tube and runs essentially transversely to the longitudinal axis of the measuring tube, with two measuring electrodes which are galvanically or capacitively coupled to the measuring medium and arranged in such a way that a measuring voltage caused by the measuring medium is induced therein, and with an evaluation / Control unit, which provides information about the volume flow of the measuring medium in the measuring tube based on the measuring voltage induced in the measuring electrode, wherein a first electrode cable or a first electrode line and a second electrode cable or a second electrode line are provided, via which the measurement signals between the both measuring electrodes and the control / evaluation unit.
  • Magnetic-inductive flowmeters use the principle of electrodynamic induction for volumetric flow measurement: Charge carriers of the measuring medium that move perpendicular to a magnetic field induce an induction voltage in measuring electrodes that are also arranged essentially perpendicular to the direction of flow of the measuring medium. This voltage induced in the measuring electrodes is proportional to the flow velocity of the measuring medium averaged over the cross section of the tube; it is therefore proportional to the volume flow.
  • the measurement signals which are tapped at the measurement electrodes are conducted via electrode cables to the converter, which contains, among other things, a control / evaluation unit.
  • the electrode cables are mostly guided along opposite side surfaces of the pole piece of the magnet arrangement. Since the between the If the area covered by the electrode cables is to be as small as possible in order to avoid induction voltages, the electrode cables are brought together in the area of the pole piece. This merging requires a change of direction, the critical area spanned between the electrode cables in the corresponding area not being oriented exclusively parallel to the main direction of the magnetic field.
  • Corresponding cable guides are known from electromagnetic flowmeters. There is an increased risk here that, particularly during changes in the magnetic field, interference voltages are induced in the electrode cables, which can impair the measuring accuracy.
  • the invention has for its object to improve the measurement accuracy of a magnetic-inductive flow meter.
  • the electrode cables or the electrode lines are guided substantially symmetrically to a partial area of the measuring tube and to the two pole pieces, a first partial area being defined in which the two electrode cables or the two electrode lines in The outer area of the measuring tube and the pole piece extend, a third partial area being defined in which the two electrode cables or electrode lines run parallel to one another, and a second partial area is provided between the first partial area and the third partial area, in which the two electrode cables or the electrode lines are arranged in such a way that a critical area is defined between them, which is oriented essentially perpendicular to the main direction of the magnetic field of the magnet arrangement, and that the electrode cables or the electrode lines are designed and / or wired in the area of the defined area are that interference voltages that are induced in the electrode cables or in the electrode lines are at least approximately compensated for.
  • the compensation of interference voltages is carried out specifically in the area of the greatest concentration of the magnetic field, that is to say in the area of the pole pieces. This allows the expansion of the Minimize the critical area between the lines.
  • care is taken that the two electrode cables or electrode lines are routed as closely as possible.
  • the shortening of the stabilization time makes it possible to either increase the measuring rate or to extend the integration time with the same measuring rate. A shorter measurement time corresponds to a faster sampling of the measurement signal; this improves the measuring performance of the magnetic inductive flow meter for processes with high dynamics.
  • a longer integration time (this runs after the magnetic field has been switched over from the point in time at which the magnetic field has assumed a sufficiently stable value) improves the relationship between measuring time and dead time.
  • Dead time identifies the time range in a measurement period that is not recorded for the measurement value acquisition.
  • the first electrode cable has a branch with two line branches, the first line branch being oriented essentially in the opposite direction of rotation around the critical surface in the opposite direction of rotation.
  • the one line branch of one of the two electrode cables is preferably designed and arranged in such a way that the critical magnetic field which causes the disturbance passes through the area defined by the line branch (for example guided by one of the pole pieces).
  • an advantageous embodiment of the device according to the invention proposes that the two line branches of the electrode cable each have a defined resistance.
  • an embodiment of the device according to the invention provides that the resistors are nominally constant and that the resistance ratio of the resistors is dependent on the particular arrangement and configuration of the two line branches and on the arrangement and configuration of the second electrode cable.
  • the ability to pre-calculate the resistance values eliminates the need to adjust each flow meter manufactured during the production process. As a result, the manufacturing time is reduced, which is reflected in a reduction in manufacturing costs.
  • Noteworthy in the aforementioned embodiment is the fact that the voltages induced due to the design of the electrode cable in the electrode cable, which are largely caused by the time-varying magnetic field of the magnet arrangement, can be essentially compensated with nominally constant current dividing resistors ,
  • the two electrode cables or the two electrode lines are arranged in the first partial area essentially mirror-symmetrically to a plane which is spanned by the longitudinal axis of the measuring tube and the connecting axis that connects the coils of the magnet arrangement.
  • the two electrode cables or the two electrode lines are ideally arranged in the first partial area in the plane through the longitudinal axis of the measuring tube and the connecting axis that connects the electrodes of the magnet arrangement, is spanned.
  • the magnet arrangement consists of two pole pieces, which are arranged on both sides of the measuring tube and are surrounded by a coil.
  • the coil arrangement is shown schematically in FIG. 3.
  • the electrode cable or the two electrode lines in the area of the critical area on a carrier material preferably on a flexible carrier material, e.g. are arranged on a so-called flexprint or a print.
  • FIG. 1 a schematic representation of a magnetic-inductive flow meter
  • 2 shows a perspective illustration of a routing of the electrode cables known from the prior art between the measuring electrodes and the converter in a magnetic-inductive flow meter
  • FIG. 2a shows a plan view of the plane which is marked with A in 2 is marked
  • FIG. 2b the electrode circuit with signal and interference voltages in the area of the defined area when the electrode cable is shown in FIG. 2
  • FIG. 3 a perspective view of the guide according to the invention Electrode cable between the measuring electrodes and the converter in a magnetic-inductive flow meter
  • FIG. 3 a a plan view of the defined plane according to the marking B in FIG. 3, [0022] FIG.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a magnetic-inductive flow meter 1, as is known from the prior art.
  • the measuring tube 2 of the flow measuring device is flowed through by a measuring medium, likewise not shown separately, in the direction of the measuring tube axis 10.
  • the measuring 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.
  • the measuring electrodes 3, 4 are connected to the control / evaluation unit 7 via the signal lines 5, 6. Measurement data can also be forwarded to the display unit 8 via the connecting line 9.
  • the pole piece 12 preferably consists of a plurality of composite pole piece lamellae 13. The layered structure of the pole piece 12 suppresses eddy currents.
  • the electrode cables 5, 6 show a changed direction course. This is clearly visible in FIG. 2a, which shows a top view of the pole shoe 12 in the plane of the defined surface 14.
  • the area 14 spanned between the two electrode cables 5, 6 in this area is oriented essentially perpendicular to the magnetic field which changes over time due to the principle and which is generated by the magnet arrangement. In this area, the risk of induction currents being induced in the electrode cables 5, 6 due to interference voltages is particularly great. It is necessary to guide the electrode cables 5, 6 as described above, since this allows the area spanned between the electrode cables 5, 6 to be designed to be minimal.
  • 2b shows an equivalent circuit diagram for the voltages when the electrode cables 5, 6 are shown in FIG. 2.
  • the voltage in the electrode cables 5, 6 can be easily determined on the basis of the following assumptions: - A homogeneous magnetic induction prevails in the pole shoe 12 - The electrode cables 5, 6 are guided symmetrically - Each electrode cable 5, 6 circles the pole shoe 12 in a Vi-rounding - The magnetic field shows no scatter.
  • the corresponding formulas are:
  • U c is the total voltage in the measuring electrode circuit. characterizes the interference voltage in each of the two electrode cables 5; 6 is induced.
  • U s is the voltage which is tapped at the measuring electrodes 3, 4 and which is composed of the voltage present at the measuring electrodes 3, 4 and the voltage which is attributable to the flowing measuring medium 11. It can be seen from the above formula that the interference voltages V v that are shown during the switching of the magnetic field add up. These drop with a time constant that depends on the electrode circuit (and possibly also on the measuring medium).
  • Fig. 3 shows a perspective view of the inventive routing of the electrode cables 5, 6 between the measuring electrodes 3, 4 and the converter in a magnetic-inductive flow meter 1.
  • Fig. 3a is a plan view of the plane 14 according to the label B. seen in Fig. 3.
  • the one electrode cable 5 has a branch 17 with two line branches 18, 19, one line branch 18 being oriented opposite to the other line branch 19 (opposite direction of rotation around the spanned surface).
  • the line branch 19 of the electrode cable 5 is designed and arranged in such a way that the pole piece 12 of the magnet arrangement lies within the surface 14 which is defined by the line branch 19.
  • At least one resistor R1, R2 is installed in each of the two line branches 18, 19 of the electrode cable 5.
  • the resistors R1, R2 are nominally constant and the resistance ratio of the two resistors R1, R2 in the two line branches 18, 19 depends on the respective arrangement and configuration of the two line branches 18, 19 and on the arrangement and configuration of the second electrode cable 6.
  • the possibility of pre-calculating the resistance values R1, R2 eliminates the need to compare each flowmeter 1 manufactured during the production process. As a result, the manufacturing time is reduced, which is reflected in a reduction in manufacturing costs.
  • 3b shows an equivalent circuit diagram for the voltage conditions in the measuring electrode circuit.
  • the interference voltage which is induced in the area 14 of the electrode cable 5 is:
  • the interference voltages in the area of the area 14 are compensated for when the two resistors R1, R2 in the line branches 18, 19 are the same.
  • the significant advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that the resistance values R1, R2 can be calculated in advance, so that no individual adjustment is necessary during production.

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Abstract

Zwecks Erhöhung der Messgenauigkeit des magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts ist vorgesehen, dass die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen im wesentlichen symmetrisch zu einem Teilbereich des Messrohres (2) und zu den beiden Polschuhen (12) geführt sind, wobei ein erster Teilbereich (20) definiert ist, in dem die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die beiden Elektrodenleitungen im Außenbereich des Messrohres (2) und des Polschuhs (12) verlaufen, wobei ein dritter Teilbereich (21) definiert ist, in dem die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. Elektrodenleitungen parallel zueinander verlaufen, und wobei zwischen dem ersten Teilbereich (20) und dem dritten Teilbereich (21) ein zweiter Teilbereich (22) vorgesehen ist, in dem die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen so angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kritische Fläche (14) definiert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Hauptrichtung des Magnetfeldes der Magnetanordnung ausgerichtet ist, und dass die Elek­trodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen im Bereich der definierten Fläche (14) derart ausgelegt und/oder beschaltet sind, dass Störspannungen, die in die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. in die Elektrodenleitungen induziert werden, zumindest näherungsweise kompensiert werden.

Description

Beschreibung Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen des Durchflusses eines Messmediums
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen des Durchflusses eines Messmediums, das ein Messrohr in Richtung der Längsachse des Messrohrs durchströmt, mit einer Magnetanordnung, bestehend aus einer Spulenanordnung und zumindest zwei Polschuhen, die so angeordnet sind, dass sie ein das Messrohr durchsetzendes und im wesentlichen quer zur Längsachse des Messrohrs verlaufendes Magnetfeld erzeugen, mit zwei Messelektroden, die galvanisch oder kapazitiv mit dem Messmedium gekoppelt und derart angeordnet sind, dass in sie eine durch das Messmedium hervorgerufene Messspannung induziert wird, und mit einer Auswerte-/Regeleinheit, die anhand der in die Messelektrode induzierten Messspannung Information über den Volumenstrom des Messmediums in dem Messrohr bereitstellt, wobei ein erstes Elektrodenkabel bzw. eine erste Elektrodenleitung und ein zweites Elektrodenkabel bzw. eine zweite Elektrodenleitung vorgesehen sind, über die die Messsignale zwischen den beiden Messelektroden und der Regel-/Auswerteeinheit geführt werden.
[0002] Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Messmediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Messmediums angeordnete Messelektroden eine Induktionsspannung. Diese in die Messelektroden induzierte Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Rohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom.
[0003] Wie bereits zuvor erwähnt, werden die Messsignale, die an den Mess-elektroden abgegriffen werden, über Elektrodenkabel zum Umformer geführt, der u.a. eine Regel-/Auswerteeinheit enthält. Hierbei werden die Elektrodenkabel großteils an gegenüberliegenden Seitenflächen des Polschuhs der Magnetanordnung entlanggeführt. Da die zwischen den Elektrodenkabeln aufgespannte Fläche zwecks Vermeidung von Induktionsspannungen möglichst gering sein sollte, werden die Elektrodenkabel im Bereich des Polschuhs zusammengeführt. Diese Zusammenführung bedingt eine Richtungsänderung, wobei in dem entsprechenden Bereich die zwischen den Elektrodenkabeln aufgespannte kritische Fläche nicht ausschließlich parallel zu der Hauptrichtung des Magnetfeldes ausgerichtet ist. Entsprechende Kabelführungen sind von magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten bekannt. Hier besteht die erhöhte Gefahr, dass insbesondere während der Änderungen des Magnetfeldes Störspannungen in die Elektrodenkabel induziert werden, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen können.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messgenauigkeit eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zu verbessern.
[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Elektrodenkabel bzw. die Elektrodenleitungen im wesentlichen symmetrisch zu einem Teilbereich des Messrohres und zu den beiden Polschuhen geführt sind, wobei ein erster Teilbereich definiert ist, in dem die beiden Elektrodenkabel bzw. die beiden Elektrodenleitungen im Außenbereich des Messrohres und des Polschuhs verlaufen, wobei ein dritter Teilbereich definiert ist, in dem die beiden Elektrodenkabel bzw. Elektrodenleitungen parallel zueinander verlaufen, und wobei zwischen dem ersten Teilbereich und dem dritten Teilbereich ein zweiter Teilbereich vorgesehen ist, in dem die beiden Elektrodenkabel bzw. die Elektrodenleitungen so angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kritische Fläche definiert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Hauptrichtung des Magnetfeldes der Magnetanordnung ausgerichtet ist, und dass die Elektrodenkabel bzw. die Elektrodenleitungen im Bereich der definierten Fläche derart ausgelegt und/oder beschaltet sind, dass Störspannungen, die in die Elektrodenkabel bzw. in die Elektrodenleitungen induziert werden, zumindest näherungsweise kompensiert werden.
[0006] Erfindungsgemäß wird also die Kompensation von Störspannungen gezielt im Bereich der größten Bündelung des Magnetfeldes, also im Bereich der Polschuhe durchgeführt. Hierdurch lässt sich die Ausdehnung der kritischen Fläche zwischen den Leitungen minimieren. Generell wird erfindungsgemäß darauf geachtet, dass die beiden Elektrodenkabel bzw. Elektrodenleitungen möglichst eng geführt werden. Weiterhin lässt sich durch die Verminderung der induktiven Einstreuung die Zeit verkürzen, die es braucht, damit sich die Messsignalspannung nach einer Umschaltung des Magnetfeldes stabilisiert. Die Verkürzung der Stabilisierungszeit ermöglicht es, entweder die Messrate zu erhöhen oder die Integrationszeit bei gleichbleibender Messrate zu verlängern. Eine kürzere Messzeit entspricht einer schnelleren Abtastung des Messsignals; hierdurch wird die Mess-Performance des magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts für Prozesse mit hoher Dynamik verbessert. Eine längere Integrationszeit (diese läuft nach Umschalten des Magnetfeldes ab dem Zeitpunkt, an dem das Magnetfeld einen hinreichend stabilen Wert angenommen hat) verbessert das Verhältnis zwischen Messzeit und Totzeit. Totzeit kennzeichnet den Zeitbereich in einer Messperiode, der zur Messwertgewinnung nicht erfasst wird.
[0007] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das erste Elektrodenkabel eine Verzweigung mit zwei Leitungszweigen auf, wobei der erste Leitungszweig im wesentlichen zu dem zweiten Leitungszweig in entgegengesetzter Drehrichtung um die kritische Fläche orientiert ist.
[0008] Bevorzugt ist der eine Leitungszweig eines der beiden Elektrodenkabel derart ausgestaltet und angeordnet, dass das kritische Magnetfeld, das die Störung verursacht, die Fläche durchläuft, die durch den Leitungszweig definiert ist (z. B. geführt durch einen der Polschuhe).
[0009] Weiterhin schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die beiden Leitungszweige des Elektrodenkabels jeweils einen definierten Widerstand haben.
[0010] Darüber hinaus sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die Widerstände nominal konstant sind und dass das Widerstandsverhältnis der Widerstände in den von der jeweiligen Anordnung und Ausgestaltung der beiden Leitungszweige und von der Anordnung und Ausgestaltung des zweiten Elektrodenkabels abhängig ist. Durch die Möglichkeit der Vorausberechnung der Widerstandswerte entfällt die Notwendigkeit eines Abgleiche eines jeden gefertigten Durchflussmessgeräts während des Produktionsprozesses. Hierdurch wird die Fertigungszeit verringert, was sich in einer Verringerung der Herstellungskosten niederschlägt. [0011] Beachtenswert bei der zuvor genannten Ausgestaltung ist übrigens die Tatsache, dass die infolge der konstruktiv bedingten Führung der Elektrodenkabel in die Elektrodenkabel induzierten Spannungen, die großteils durch das zeitlich veränderliche Magnetfeld der Magnetanordnung hervorgerufen werden, sich mit nominell konstanten Stromteilerwiderständen im wesentlichen kompensieren lassen.
[0012] Weiterhin ist vorgesehen, dass die beiden Elektrodenkabel bzw. die beiden Elektrodenleitungen im ersten Teilbereich im wesentlichen spiegel-symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die durch die Längsachse des Messrohres und die Verbindungsachse, die die Spulen der Magnetanordnung verbindet, aufgespannt ist.
[0013] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Elektrodenkabel bzw. die beiden Elektrodenleitungen idealer Weise im ersten Teilbereich in der Ebene angeordnet sind, die durch die Längsachse des Messrohres und die Verbindungsachse, die die Elektroden der Magnetanordnung verbindet, aufgespannt ist. Die Magnetanordnung besteht aus zwei Polschuhen, die beidseitig des Messrohres angeordnet sind und von einer Spule umgeben sind. Schematisch ist die Spulenanordnung in Fig. 3 gezeigt.
[0014] Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die Elektrodenkabel bzw. die beiden Elektrodenleitungen im Bereich der kritischen Fläche auf einem Träger-material, bevorzugt auf einem flexiblen Trägermaterial, z.B. auf einem sog. Flexprint, oder einem Print, angeordnet sind.
[0015] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
[0016] Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durch-flussmessgeräts, [0017] Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Führung der Elektrodenkabel zwischen den Messelektroden und dem Umformer bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, [0018] Fig. 2a: eine Draufsicht auf die Ebene, die mit A in Fig. 2 gekennzeichnet ist, [0019] Fig. 2b: den Elektrodenkreis mit Signal- und Störspannungen im Bereich der definierten Fläche bei der in Fig. 2 gezeigten Führung der Elektrodenkabel, [0020] Fig. 3: eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Führung der Elektrodenkabel zwischen den Messelektroden und dem Umformer bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, [0021] Fig. 3 a: eine Draufsicht auf die definierte Ebene gemäß der Kennzeichnung B in Fig. 3, [0022] Fig. 3b: den Elektrodenkreis mit Signal- und Störspannungen im Bereich der definierten Fläche bei der in Fig. 3 gezeigten Führung der Elektrodenkabel. [0023] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 , wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Messrohr 2 des in der Zeichnung nicht gesondert dargestellten Durchflussmessgeräts wird von einem gleichfalls nicht gesondert darstellten Messmedium in Richtung der Messrohrachse 10 durchströmt. Das Messmedium 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. [0024] Infolge eines senkrecht zur Flussrichtung S des Messmediums ausgerichteten Magnetfeldes, das üblicherweise von zwei diametral angeordneten Elektromagneten erzeugt wird, die in der Zeichnung ebenfalls nicht zu sehen sind, wandern in dem Messmedium 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 Messrohrs 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Messmediums im Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, die in der Zeichnung gleichfalls nicht gesondert dargestellt sind, mit einer Rohrleitung, durch die das Messmedium hindurchströmt, verbunden.
[0025] Über die Signalleitungen 5, 6 sind die Messelektroden 3, 4 mit der Regel-/Auswerteeinheit 7 verbunden. Über die Verbindungsleitung 9 können des Weiteren Messdaten zu der Anzeigeeinheit 8 weitergeleitet werden.
[0026] In den Figuren Fig. 2 und Fig. 2a ist die Führung der Elektrodenkabel 5, 6 zwischen den Messelektroden 3, 4 und dem Umformer, der zumindest die Regel-Auswerteeinheit 7 enthält, dargestellt. Die von den Messelektroden 3, 4 wegführenden Elektrodenkabel 5, 6 verlaufen an gegenüberliegenden Seitenflächen des Polschuhs 12. Der gegenüberliegende Polschuh der Magnetanordnung ist in Fig. 2 nicht gesondert wiedergegeben. Der Polschuh 12 besteht bevorzugt aus einer Vielzahl von zusammengesetzten Polschuhlamellen 13. Durch den schichtweisen Aufbau des Polschuhs 12 werden Wirbelströme unterdrückt.
[0027] Im Bereich der definierten Fläche 14 zeigen die Elektrodenkabel 5, 6 einen geänderten Richtungsverlauf. Gut sichtbar ist dies in der Fig. 2a, die eine Draufsicht auf den Polschuh 12 in der Ebene der definierten Fläche 14 zeigt. Die zwischen den beiden Elektrodenkabeln 5, 6 in diesem Bereich aufgespannte Fläche 14 ist im wesentlichen senkrecht zu dem prinzipbedingt zeitlich veränderlichen Magnetfeld ausgerichtet, das von der Magnetanordnung erzeugt wird. In diesem Bereich ist die Gefahr, dass infolge von Störspannungen Induktionsströme in die Elektrodenkabel 5, 6 induziert werden, besonders groß. Notwendig ist die zuvor beschriebene Führung der Elektrodenkabel 5, 6, da hierdurch die zwischen den Elektrodenkabeln 5, 6 aufgespannte Fläche minimal ausgelegt werden kann. Zudem ist es nachfolgend möglich, für die Führung der beiden Elektrodenkabel 5, 6 aus dem Gehäuse des Durchflussmessgeräts 1 heraus nur eine Bohrung vorzusehen. Durch die Minimierung der Fläche zwischen den Elektrodenkabeln 5, 6 wird natürlich die Gefahr von unerwünschten in die Elektrodenkabel 5, 6 induzierten Induktionsströmen, die sich dem eigentlichen Messwertsignal als Störsignale überlagern, auf ein Mindestmaß reduziert. [0028] In Fig. 2b ist ein Ersatzschaltbild für die Spannungen bei der in Fig. 2 gezeigten Führung der Elektrodenkabel 5, 6 zu sehen. Unter folgenden Annahmen lässt sich die Spannung in den Elektrodenkabeln 5, 6 einfach bestimmen: - Im Polschuh 12 herrscht eine homogene magnetische Induktion - Die Elektrodenkabel 5, 6 sind symmetrisch geführt - Jedes Elektrodenkabel 5, 6 umrundet den Polschuh 12 jeweils in einer Vi-Umrundung - Das Magnetfeld weist keine Streuungen auf. [0029] Die entsprechenden Formeln lauten:
[0030] ( d - — B - A "- \ V dt ) ( d Λ UE = US + 2U„ = UX + - - — B - A 2 dt )
[0031] Hierbei ist Uc die Gesamtspannung im Messelektrodenkreis. kennzeichnet jeweils die Störspannung, die in jedes der beiden Elektrodenkabel 5; 6 induziert wird. Us ist die Spannung, die an den Messelektroden 3, 4 abgegriffen wird und die sich aus der an den Messelektroden 3, 4 anliegenden Spannung und der Spannung zusammensetzt, die auf das fließende Messmedium 11 zurückzuführen ist. Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass sich die Störspannungen Vv die sich während der Umschaltung des Magnetfeldes zeigen, addieren. Diese fallen mit einer vom Elektrodenkreis (und ev. auch vom Messmedium) abhängigen Zeitkonstante ab.
[0032] Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Führung der Elektrodenkabel 5, 6 zwischen den Messelektroden 3, 4 und dem Umformer bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1. In Fig. 3a ist eine Draufsicht auf die Ebene 14 gemäß der Kennzeichnung B in Fig. 3 zu sehen.
[0033] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das eine Elektrodenkabel 5 eine Verzweigung 17 mit zwei Leitungszweigen 18, 19 auf, wobei der eine Leitungszweig 18 entgegengesetzt orientiert zum anderen Leitungszweig 19 ist (entgegengesetzter Drehsinn um die aufgespannte Fläche). Der Leitungszweig 19 des Elektrodenkabels 5 ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass der Polschuh 12 der Magnetanordnung innerhalb der Fläche 14 liegt, die durch den Leitungszweig 19 definiert ist. In die beiden Leitungszweige 18, 19 des Elektrodenkabels 5 ist jeweils zumindest ein Widerstand R1 , R2 eingebaut. Die Widerstände R1 , R2 sind nominal konstant und das Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände R1 , R2 in den beiden Leitungszweigen 18, 19 ist von der jeweiligen Anordnung und Ausgestaltung der beiden Leitungszweige 18, 19 und von der Anordnung und Ausgestaltung des zweiten Elektrodenkabels 6 abhängig. Durch die Möglichkeit der Vorausberechnung der Widerstandswerte R1 , R2 entfällt die Notwendigkeit eines Abgleichs eines jeden gefertigten Durchflussmessgeräts 1 während des Produktionsprozesses. Hierdurch wird die Fertigungszeit verringert, was sich in einer Verringerung der Herstellungskosten niederschlägt.
[0034] In Fig. 3b ist ein Ersatzschaltbild für die Spannungsverhältnisse im Messelektrodenkreis dargestellt.
[0035] Hierbei kennzeichnet
[0036] Utt u -H 4 {-± dt B.Λ [0037] die in das Elektrodenkabel 6 induzierte Störspannung im Bereich der Fläche 14, die senkrecht zu dem von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeld angeordnet ist.
[0038] Die Störspannung, die im Bereich der Fläche 14 in das Elektrodenkabel 5 induziert wird, lautet:
[0039] 3f d ^ -3^=-- -—B-A 4 dt
[0040] Die Spannungssumme im Elektrodenkreis beträgt [0041]
UE = Uu+Us-3Uu-Uli2=Us-2Uu-U1 R2
[0042] Hierbei ist [0043]
UR2 = Ui — (Spannungsteiler)
[0044] mit [0045]
U2=-4Ua
Figure imgf000010_0001
[0046] Damit sich die Störspannungen kompensieren, muss folgende Bedingung erfüllt sein: [0047] uB =us => -2Uu +4Uü _ R 9, = 0 R, +R2 <= R[ = R2
[0048] Im gezeigten Fall, bei der gezeigten Anordnung kompensieren sich die Störspannungen im Bereich der Fläche 14, wenn die beiden Widerstände R1 , R2 in den Leitungszweigen 18, 19 gleich sind. Der erhebliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass die Widerstandswerte R1 , R2 vorausberechnet werden können, so dass bei der Produktion kein individueller Abgleich notwendig ist.

Claims

Ansprüche
1. 1. Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen des Durchflusses eines Messmediums (11), das ein Messrohr (2) in Richtung der Längsachse (10) des Messrohrs (2) durchströmt, mit einer Magnetanordnung, bestehend aus einer Spulenanordnung und zumindest zwei Polschuhen, die so angeordnet sind, dass sie ein das Messrohr (2) durchsetzendes und im wesentlichen quer zur Längsachse (10) des Messrohrs (2) verlaufendes Magnetfeld erzeugen, mit zwei Messelektroden (3, 4), die galvanisch oder kapazitiv mit dem Messmedium (11) gekoppelt und derart angeordnet sind, dass in sie eine durch das Messmedium (11) hervorgerufene Messspannung induziert wird, und mit einer Auswerte-/Regeleinheit (7), die anhand der in die Messelektrode (3; 4) induzierten Messspannung Information über den Volumenstrom des Messmediums (11) in dem Messrohr (2) bereitstellt, wobei ein erstes Elektrodenkabel (5) bzw. eine erste Elektrodenleitung und ein zweites Elektrodenkabel (6) bzw. eine zweite Elektrodenleitung vorgesehen sind, über die die Messsignale zwischen den beiden Messelektroden (5, 6) und der Regel-/Auswerteeinheit (7) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen im wesentlichen symmetrisch zu einem Teilbereich des Messrohres (2) und zu den beiden Polschuhen (12) geführt sind, wobei ein erster Teilbereich (20) definiert ist, in dem die beiden Elektroden-kabel (5, 6) bzw. die beiden Elektrodenleitungen im Außenbereich des Messrohres (2) und des Polschuhs (12) verlaufen, wobei ein dritter Teilbereich (21) definiert ist, in dem die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. Elektrodenleitungen parallel zueinander verlaufen, und wobei zwischen dem ersten Teilbereich (20) und dem dritten Teilbereich (21) ein zweiter Teilbereich (22) vorgesehen ist, in dem die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen so angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine kritische Fläche (14) definiert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Hauptrichtung des Magnetfeldes der Magnetanordnung ausgerichtet ist, und dass die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die Elektrodenleitungen im Bereich der definierten Fläche (14) derart ausgelegt und/oder beschaltet sind, dass Störspannungen, die in die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. in die Elektrodenleitungen induziert werden, zumindest näherungsweise kompensiert werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. eine der beiden Elektrodenleitungen eine Verzweigung (17) mit zwei Leitungszweigen (18, 19) aufweist, wobei der erste Leitungszweig (18) im wesentlichen zu dem zweiten Leitungszweig (19) in entgegengesetzter Drehrichtung um die kritische Fläche (14) orientiert ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Leitungszweige (18, 19) eines der beiden Elektroden-kabel bzw. einer der beiden Elektrodenleitungen derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Magnetfeld, das die Störung verursacht, die kritische Fläche (14), die durch die beiden Leitungszweige (18, 19) aufgespannt wird, durchläuft.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungszweig (18) und der zweite Leitungszweig (19) eines der beiden Elektrodenkabel (5; 6) bzw. einer der beiden Elektrodenleitungen jeweils einen definierten Widerstand (16, 15) haben.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (15, 16) nominal konstant sind und dass das Widerstandsverhältnis der Widerstände (15, 16) in den beiden Leitungszweigen (18, 19) von der jeweiligen Anordnung und Ausgestaltung der beiden Leitungszweige (18, 19) und von der Ausgestaltung und Anordnung des zweiten Elektrodenkabels (5; 6) bzw. der zweiten Elektrodenleitung abhängig ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die beiden Elektrodenleitungen im ersten Teilbereich im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Ebene (25) angeordnet sind, die durch die Längsachse (10) des Messrohres (2) und die Verbinduπgsachse (23), die die Spulen (24) der Magnetanordnung (12) verbindet, aufgespannt ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die beiden Elektrodenleitungen im ersten Teilbereich (20) in der Ebene angeordnet sind, die durch die Längsachse (10) des Messrohres (2) und die Verbindungsachse, die die Elektroden der Magnetanordnung (12) verbindet, aufgespannt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkabel (5, 6) bzw. die beiden Elektrodenleitungen im Bereich der kritischen Fläche (14) auf einem Trägermaterial, bevorzugt auf einem flexiblen Trägermaterial oder einem Print, angeordnet sind.
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