WO2006029947A1 - Vorrichtung und verfahren zur einer prozessgrösse - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur einer prozessgrösse

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WO2006029947A1
WO2006029947A1 PCT/EP2005/054053 EP2005054053W WO2006029947A1 WO 2006029947 A1 WO2006029947 A1 WO 2006029947A1 EP 2005054053 W EP2005054053 W EP 2005054053W WO 2006029947 A1 WO2006029947 A1 WO 2006029947A1
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clock rate
measurement
process variable
measured
mode
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PCT/EP2005/054053
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Gerhard Zimmermann
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Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Publication date
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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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    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring at least one process variable of a medium, wherein the device measures the process variable at least with a predeterminable measurement amplitude and with a predeterminable clock rate, wherein an energy requirement is associated with the measurement amplitude and the clock rate. Furthermore, the invention relates to a corresponding method.
  • the process variable is, for example, the flow, the mass flow, the level, the density, the viscosity, the temperature, the conductivity or the pH of the medium.
  • the medium can be, for example, a liquid or a bulk material.
  • measurement amplitude is understood to mean the amplitude or power which is expended during a measurement in order to obtain a measurement signal. It is thus e.g.
  • Clock rate is the rate at which the interrogation signal is generated. A higher clock rate therefore means that the time interval between the measurements is smaller and the measuring cycles are shorter.
  • Measuring devices, measuring devices or also sensors monitor or measure process variables of media which, depending on the type of process - e.g. filling a medium - subject to major changes in a relatively short time. Such dynamic processes thus make it necessary that the time interval between the measured values should be as low as possible. It should therefore be measured as often as possible in order to obtain the best possible temporal resolution. However, this is precluded by the problem of the energy requirement for the measurements, wherein a higher accuracy of measurement is usually associated with an increased energy requirement. For 4 ... 20 mA measuring instruments, the energy is limited in principle. Depending on the configuration, however, components - e.g. Power supplies - for higher performance correspondingly expensive or expensive.
  • the object of the invention is to measure a process variable with a temporal resolution adapted to the respective process condition, taking into account a limited amount of available energy.
  • the invention solves the problem by a device in which a control unit is provided, which is designed such that the control unit operates the device at least in an observation mode or in a measurement mode, wherein in the observation mode, the device, the process variable with a first Measuring amplitude and a first clock rate, wherein in the measurement mode the device measures the process variable with a second measurement amplitude and a second clock rate, wherein the first clock rate and the second clock rate are selected such that the first clock rate is greater than the second clock rate, and wherein the first measurement amplitude and the first clock rate and the second measurement amplitude and the second clock rate are selected such that a first energy requirement of the observation mode and a second energy requirement of the measurement mode are substantially equal.
  • the measuring device - the device - is operated in at least two different modes: an observation mode and a measurement mode. Both modes differ with regard to the clock rate and the measurement amplitude.
  • the clock rates and the measurement amplitudes are selected so that the respectively associated energy consumption is essentially the same. Thus, on the one hand, no additional energy is required and, on the other hand, the energy provided is used to the maximum.
  • the clock rate of the observation mode is greater than the clock rate of the measurement mode.
  • more measured values are obtained in the observation mode than in the measurement mode, which also means that the temporal resolution in the observation mode is greater.
  • changes in the process variable can be monitored better over time.
  • the measurement amplitude in the observation mode is smaller than in the measurement mode. In most cases, this means that the measurement signal is weaker and thus the signal-to-noise ratio is smaller. In the observation mode, therefore, the signal quality is reduced, as a result of which the measured value will also be less accurate. However, this is compensated by the fact that the temporal resolution of the measured values is better. Thus, just in the observation mode, for example, the beginning of a fall of a medium can be observed more accurately. In the measuring mode, the process variable is measured with a higher measuring amplitude, ie with a higher accuracy, but with a lower temporal resolution. In the measuring mode, there are therefore better measured values with a greater time interval. This measurement mode is to be preferred, for example, when a constant value for the process variable has been reached.
  • control unit is designed aus ⁇ such that the control unit operates the device in the observation mode or in the measurement mode as a function of the measured process variable and / or in dependence on the temporal behavior of the measured process variable.
  • the control unit operates the device in the observation mode or in the measurement mode as a function of the measured process variable and / or in dependence on the temporal behavior of the measured process variable.
  • control unit is designed such that the control unit operates the device in the observation mode when the measured process variable is smaller than a predeterminable limit, and that the control unit operates the device in the measurement mode if the measured process size is greater than the limit. Due to this configuration, the process variable itself determines in which mode it is measured. This eliminates the need for an external trigger signal and the optimal mode can be used, adapted to the conditions.
  • the limit value must be determined according to the process to be measured or the other criteria.
  • an embodiment includes that the device is a magnetic-inductive flowmeter.
  • the flow rate of an electrically conductive medium can be measured using Faraday's law of induction.
  • the medium flows through a tube. Perpendicular to the tube axis, a magnetic field is generated and perpendicular to the tube axis and the magnetic field axis measuring electrodes are mounted, which detect a voltage that is induced by the medium.
  • the magnetic field is usually an alternating field.
  • the device can also work with ultrasonic transducers.
  • Frequency of the magnetic alternating field of the electromagnetic flowmeter is, and that it is the measurement amplitude to the current strength for the magnetic field unit of the electromagnetic flowmeter.
  • the clock rate of the modes is here specifically the frequency with which the magnetic Reverse polarity is reversed, and the amplitude is the current at which the magnetic field is generated.
  • the invention solves the problem with a method for measuring at least one
  • Process variable of a medium wherein the process variable with a predetermined Mes ⁇ samplitude and a predetermined clock rate is measured, with the Mes ⁇ samplitude and the clock rate energy consumption is connected.
  • the process variable is measured at least in an observation mode or in a measurement mode, wherein in the observation mode the process variable is measured with a first measurement amplitude and a first clock rate, wherein measuring the process variable with a second measurement amplitude and a second clock rate, wherein the first clock rate is selected to be greater than the second clock rate, and wherein the first measurement amplitude and the first clock rate and the second measurement amplitude and the second clock rate are selected such that the first energy requirement of the observation mode and the second energy requirement of the measurement mode are essentially the same.
  • the idea of the invention is therefore that the process variable is measured in an observation mode or in a measurement mode.
  • the clock rate is greater than in the measurement mode, as a result of which the temporal resolution in the observation mode is better.
  • Another criterion is that the energy consumption of the observation mode essentially corresponds to the energy consumption of the measurement mode, with the result that the measurement amplitude in the observation mode is smaller than in the measurement mode.
  • the power with which the measurement signal is generated is thus less than in the measurement mode.
  • the clock rate is higher and the values for the process variable have a higher temporal resolution, which is especially relevant for changes in the process with a small time scale.
  • the condition that the power consumption is substantially the same in both modes causes no additional requirement for the power supply or components.
  • the disadvantage of the lower signal-to-noise ratio of the observation mode is compensated by the higher temporal resolution. If, for example, the process variable flow is measured with a magneto-inductive flow meter, the measurement amplitude is the coil current for the magnet unit which generates the magnetic field, and the clock rate is the frequency with which the magnetic field is reversed becomes.
  • An embodiment of the method according to the invention includes switching between the two modes as a function of the measured process variable and / or as a function of the time behavior of the measured process variable.
  • the system itself specifies which mode is more optimal.
  • For the Separation may be provided a limit value, but it may also be the temporal behavior used as a criterion, such as the separation between a substantially constant process variable and a fluctuating process variable.
  • the advantage of this embodiment is that no external trigger is necessary, but that the system itself dictates which mode is more appropriate. For optimal utilization, therefore, the limit values must be determined accordingly.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that the process variable in the observation mode is measured when the measured process variable is smaller than a predefinable limit value, and that the process variable in the measurement mode is measured when the measured process variable is greater as the limit.
  • the threshold should be set to describe a significant transition between the range in which the process variable is still more dynamic and the range in which the process variable is subject to slower fluctuations, if any, so that more emphasis is placed on the Ge ⁇ accuracy of the measurements can be placed. With such a limit then takes place an automatic switching between the two modes.
  • FIG. 1 shows a schematic first embodiment of a device according to the invention for measuring the flow
  • FIG. 2 a schematic time profile of the implementation of the invention
  • FIG. 3 a schematic representation of a second embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a device according to the invention for the magnetic-inductive measurement of the flow.
  • the magnetic field unit 5 generates a magnetic alternating field perpendicular to the axis of the measuring tube 1. If the medium is electrically conductive, it induces an electrical current when passing through the magnetic field according to Faraday's law of induction Voltage in the measuring electrodes 10, which are arranged perpendicular to the magnetic field and perpendicular to the measuring tube axis.
  • the electrodes 10 are so-called galvanic electrodes which are in direct contact with the medium. From the induced voltage, the flow of the medium can be calculated in the control / evaluation unit 30.
  • the magnetic field unit 5 is supplied with the necessary current by an energy source 20 to generate the magnetic field.
  • the control unit 25 specifies the clock rate T and the measurement amplitude A for the magnetic field unit 5. Specifically, this is the frequency of the alternating field and the amplitude of the coil current (this is so the measuring amplitude) and thus also the strength of the magnetic field.
  • the control / evaluation unit 30 is connected to the control unit 25 and transmits this to the respectively measured value of the process variable. If the value is above a limit, the magnetic field unit 5 is operated with the measurement mode. If the value is smaller than the limit value, then the observation mode is used.
  • FIG. 2 shows the time course of an implementation of the invention
  • the clock rate of the observation mode P1 is greater than the clock rate of the measurement mode P2.
  • the time in which the flow Q increases slowly more measured values are obtained, whereby the point is more accurately recognized, at which the flow rate is above the low flow rate.
  • the lower clock rate of the measuring mode P2 is sufficient. With this lower clock rate, a higher measurement amplitude is simultaneously possible with the same energy requirement, so that the measured values can be determined correspondingly more accurately than in the observation mode P 1 having the smaller amplitude.
  • the so-called overload is shown here. This is because the coil voltage is set to its maximum value for a short time and then reduced again. This override ensures that the magnetic field builds up faster.
  • the flow Q is measured with the observation mode Pl until the flow is greater than the low flow rate - in an extension, the temporal behavior of the flow is evaluated - is. Subsequently, the measurement is carried out with the measurement mode P2, wherein in the decrease of the flow Q - but not shown here - is switched back to the observation mode Pl.
  • the measurement mode P2 For the change between the modes limit values for the measured
  • the temporal behavior of the measured process variable or a combination of process variable and the time derivative can be used.
  • the wall of the container 50 and the probe unit 55 form a capacitor in which the medium is the dielectric. Since the capacity of this capacitor depends, inter alia, on the level, it is possible to infer the level from the measured level.
  • One way to measure the capacitance is to apply an AC electrical voltage to the probe unit and measure the current flowing through the capacitor.
  • the clock rate is the rate at which the measurements are taken
  • the measurement amplitude is the amplitude of the voltage at which the capacitance is measured.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (40), wobei die Vorrichtung die Prozessgröße mindestens mit einer vorgebbaren Messamplitude (A) und mit einer vorgebbaren Taktrate (T) misst, wobei damit ein Energiebedarf (E) verbunden ist. Die Erfindung beinhaltet, dass eine Steuereinheit (25) vorgesehen ist, welche die Vorrichtung in einer Beobachtungsmode (Pl) oder in einer Messmode (P2) betreibt, wobei in der Beobachtungsmode (Pl) die Vorrichtung mit einer ersten Messamplitude (Al) und einer ersten Taktrate (Tl) misst, wobei in der Messmode (P2) die Vorrichtung mit einer zweiten Mes¬ samplitude (A2) und einer zweiten Taktrate (T2) misst, wobei die erste Taktrate (Tl) größer als die zweite Taktrate (T2) ist, und wobei ein erster Energiebedarf (El) der Beobachtungsmode (Pl) und ein zweiter Energiebedarf (E2) der Messmode (P2) im Wesentlichen gleich sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren.

Description

Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Prozessgröße
[001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung mindestens einer Pro¬ zessgröße eines Mediums, wobei die Vorrichtung die Prozessgröße mindestens mit einer vorgebbaren Messamplitude und mit einer vorgebbaren Taktrate misst, wobei mit der Messamplitude und der Taktrate ein Energiebedarf verbunden ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Durchfluss, den Massendurchfluss, den Füllstand, die Dichte, die Viskosität, die Temperatur, die Leitfähigkeit oder den pH- Wert des Mediums. Das Medium kann beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut sein. Unter Messamplitude sei im folgenden die Amplitude oder Leistung verstanden, die bei einer Messung aufgewendet wird, um ein Messsignal zu erhalten. Es ist also z.B. die Amplitude des Abfragesignals, auf welches das Medium mit einem Antwortsignal antwortet, und aus welchem dann die Prozessgröße bestimmt wird. Taktrate wiederum ist die Rate, mit der das Abfragesignal erzeugt wird. Eine höhere Taktrate bedeutet also, dass der zeitliche Abstand zwischen den Messungen kleiner ist und die Messzyklen kürzer sind.
[002] Messgeräte, Messvorrichtungen oder auch Sensoren überwachen oder messen Pro¬ zessgrößen von Medien, die je nach Art des Prozesses - z.B. das Abfüllen eines Mediums - größeren Änderungen in relativ kleiner Zeit unterliegen. Solche dy¬ namischen Prozesse machen es somit erforderlich, dass der zeitliche Abstand zwischen den Messwerten möglichst gering sein sollte. Es sollte also möglichst oft gemessen werden, um eine möglichst gute zeitliche Auflösung zu erhalten. Dem steht jedoch das Problem des Energiebedarfs für die Messungen entgegen, wobei eine höhere Messge¬ nauigkeit üblicherweise mit einem erhöhten Energiebedarf verbunden ist. Bei 4...20 mA-Messgeräten ist die Energie prinzipiell begrenzt. Je nach Ausgestaltung sind jedoch auch Bauteile - z.B. Netzteile - für höhere Leistungen entsprechend aufwendig oder auch kostenintensiv. Somit ist es also durchaus umständlich, die Anzahl der Messdaten oder Messpunkte zu erhöhen. Eine weitere Begrenzung ist das phy¬ sikalische Messprinzip, das angewendet wird und das somit auch eine untere Grenze für die zeitliche Auflösung vorgibt. Es kann auch vorkommen, dass eine höhere zeitliche Auflösung nicht ständig erforderlich ist, weil z.B. die gemessene Pro¬ zessgröße über einen größeren Zeitraum konstant ist. Der Bedarf kann also von Pro¬ zessbedingung zu Prozessbedingung unterschiedlich sein.
[003] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, unter Beachtung einer begrenzten zur Verfügung stehenden Energiemenge eine Prozessgröße mit einer an die jeweilige Prozessbedingung angepassten zeitlichen Auflösung zu messen. [004] Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung, bei der eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit die Vorrichtung mindestens in einer Beobachtungsmode oder in einer Messmode betreibt, wobei in der Beobachtungsmode die Vorrichtung die Prozessgröße mit einer ersten Messamplitude und einer ersten Taktrate misst, wobei in der Messmode die Vorrichtung die Pro¬ zessgröße mit einer zweiten Messamplitude und einer zweiten Taktrate misst, wobei die erste Taktrate und die zweite Taktrate derartig gewählt sind, dass die erste Taktrate größer als die zweite Taktrate ist, und wobei die erste Messamplitude und die erste Taktrate und die zweite Messamplitude und die zweite Taktrate derartig gewählt sind, dass ein erster Energiebedarf der Beobachtungsmode und ein zweiter Energiebedarf der Messmode im Wesentlichen gleich sind. Die Idee der Erfindung besteht also darin, dass das Messgerät - die Vorrichtung - in mindestens zwei unterschiedlichen Moden betrieben wird: eine Beobachtungsmode und eine Messmode. Beide Moden un¬ terscheiden sich hinsichtlich der Taktrate und der Messamplitude. Die Taktraten und die Messamplituden sind dabei so gewählt, dass der jeweils damit verbundene Ener¬ gieverbrauch im Wesentlichen gleich ist. Somit ist also zum einen keine zusätzliche Energie erforderlich und zum anderen wird auch jeweils die bereitgestellte Energie maximal ausgenutzt. Die Taktrate der Beobachtungsmode ist größer als die Taktrate der Messmode. Somit werden in der Beobachtungsmode mehr Messwerte als in der Messmode gewonnen, was gleichzeitig bedeutet, dass die zeitliche Auflösung in der Beobachtungsmode größer ist. Somit lassen sich in der Beobachtungsmode Änderungen der Prozessgröße zeitlich besser überwachen. Mit der Einstellung der Taktraten ist über die Vorgabe der gleichen Energieverbrauche auch verbunden, dass die Messamplitude in der Beobachtungsmode kleiner als in der Messmode ist. Dies bringt in den meisten Fällen mit sich, dass das Messsignal schwächer und somit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kleiner ist. In der Beobachtungsmode ist also die Si¬ gnalqualität reduziert, wodurch auch der Messwert ungenauer sein wird. Dies wird jedoch dadurch ausgeglichen, dass die zeitliche Auflösung der Messwerte besser ist. Somit kann eben in der Beobachtungsmode z.B. der Beginn eines Abfallens eines Mediums genauer beobachtet werden. In der Messmode wird die Prozessgröße mit einer höheren Messamplitude, also mit einer höheren Genauigkeit, jedoch mit einer geringeren zeitlichen Auflösung gemessen. In der Messmode gibt es also bessere Messwerte mit einem größeren zeitlichen Abstand. Diese Messmode ist beispielsweise dann zu bevorzugen, wenn ein konstanter Wert für die Prozessgröße erreicht ist.
[005] Eine vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit derartig aus¬ gestaltet ist, dass die Steuereinheit die Vorrichtung in der Beobachtungsmode oder in der Messmode in Abhängigkeit von der gemessenen Prozessgröße und/oder in Ab¬ hängigkeit vom zeitlichen Verhalten der gemessenen Prozessgröße betreibt. Somit ist kein externes Triggersignal notwendig, sondern durch die Bedürfnisse des Systems selbst wird vorgegeben, mit welcher Mode die Prozessgröße zu messen ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen unteren Wert handeln, ab dem erst der eigentliche Prozess relevant ist oder ab dem erst eine genauere Messung durch die Messmode sinnvoll ist. Andererseits wird durch die Auswertung des zeitlichen Verhaltens verhindert, dass bereits durch einen momentanen Ausreißer - z.B. ein Spike - in die jeweils andere Mode gewechselt wird. Gleichzeitig kann auch in einer Ausgestaltung zwischen einem konstanten und einem dynamischen Verhalten getrennt werden, so dass beispielsweise in der konstanten Phase mit der besseren Signalqualität und der verminderten zeitlichen Auflösung gemessen wird. Eine höhere zeitliche Auflösung ist in diesem Fall nicht erforderlich, wenn sich die Prozessgröße per se kaum ändert. Im fluktuierenden Zustand ist dann jedoch die Beobachtungsmode mit der bessern zeitlichen Auflösung sinnvoller, um dem Signalverlauf folgen zu können.
[006] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit die Vorrichtung in der Beobachtungsmode betreibt, wenn die gemessene Prozessgröße kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist, und dass die Steuereinheit die Vorrichtung in der Messmode betreibt, wenn die gemessene Prozessgröße größer als der Grenzwert ist. Durch diese Ausgestaltung wird durch die Prozessgröße selbst vorgegeben, in welcher Mode sie gemessen wird. Somit entfällt ein externes Triggersignal und es kann angepasst an die Bedingungen die optimale Mode verwendet werden. Der Grenzwert ist entsprechend dem zu messenden Prozess oder den sonstigen Kriterien zu bestimmen.
[007] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Vorrichtung um ein magnetisch¬ induktives Durchflussmessgerät handelt. Bei einem magnetisch-induktiven Durchfluss- messgerät (beschrieben beispielsweise in der Offenlegungsschrift EP 0 814 324 Al der Anmelderin) lässt sich der Durchfluss eines elektrisch leitfähigen Mediums mit dem Faraday' sehen Induktionsgesetz messen. Das Medium durchströmt dabei eine Röhre. Senkrecht zur Röhrenachse wird ein Magnetfeld erzeugt und senkrecht zur Röhrenachse und zur Magnetfeldachse sind Messelektroden angebracht, die eine Spannung detektieren, die vom Medium induziert wird. Bei dem Magnetfeld handelt es sich üblicherweise um ein Wechselfeld. Damit ist die folgende Ausgestaltung verbunden. Die Vorrichtung kann auch mit Ultraschallwandlern arbeiten.
[008] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Taktrate der Vorrichtung um die
Frequenz des magnetischen Wechselfeldes des magnetisch-induktiven Durchfluss- messgerätes handelt, und dass es sich bei der Messamplitude um die Stromstärke für die Magnetfeldeinheit des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes handelt. Die Taktrate der Moden ist hier konkret die Frequenz, mit welcher das magnetische Wechselfeld umgepolt wird, und die Amplitude ist die Stromstärke, mit der das Magnetfeld erzeugt wird.
[009] Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur Messung mindestens einer
Prozessgröße eines Mediums, wobei die Prozessgröße mit einer vorgebbaren Mes¬ samplitude und einer vorgebbaren Taktrate gemessen wird, wobei mit der Mes¬ samplitude und der Taktrate ein Energieverbrauch verbunden ist. Bei dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass die Pro¬ zessgröße mindestens in einer Beobachtungsmode oder in einer Messmode gemessen wird, wobei in der Beobachtungsmode die Prozessgröße mit einer ersten Mes¬ samplitude und einer ersten Taktrate gemessen wird, wobei in der Messmode die Pro¬ zessgröße mit einer zweiten Messamplitude und einer zweiten Taktrate gemessen wird, wobei die erste Taktrate größer als die zweite Taktrate gewählt wird, und wobei die erste Messamplitude und die erste Taktrate und die zweite Messamplitude und die zweite Taktrate derartig gewählt werden, dass der erste Energiebedarf der Beobach¬ tungsmode und der zweite Energiebedarf der Messmode im Wesentlichen gleich sind. Die Idee der Erfindung ist also, dass die Prozessgröße in einer Beobachtungsmode oder in einer Messmode gemessen wird. In der Beobachtungsmode ist die Taktrate größer als in der Messmode, wodurch die zeitliche Auflösung in der Beobach¬ tungsmode besser ist. Als weiteres Kriterium kommt hinzu, dass der Energieverbrauch der Beobachtungsmode im Wesentlichen dem Energieverbrauch der Messmode entspricht, woraus sich ergibt, dass die Messamplitude in der Beobachtungsmode kleiner als in der Messmode ist. In der Beobachtungsmode ist die Leistung, mit der das Messsignal erzeugt wird, also geringer als in der Messmode. Dafür ist die Taktrate höher und die Werte für die Prozessgröße haben eine höhere zeitliche Auflösung, was besonders für Änderungen beim Prozess mit einer kleinen Zeitskala relevant ist. Die Bedingung, dass der Energieverbrauch in beiden Moden im Wesentlichen gleich ist, bewirkt, dass keine zusätzliche Anforderung an die Energieversorgung oder an die Bauteile gestellt werden muss. Der Nachteil des geringeren Signal- zu-Rausch- Verhältnisses der Beobachtungsmode wird durch die höhere zeitliche Auflösung kompensiert. Wird beispielsweise die Prozessgröße Durchfluss mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gemessen, so handelt es sich bei der Mes¬ samplitude um den Spulenstrom für die Magneteinheit, welche das Magnetfeld erzeugt, und bei der Taktrate handelt es sich um die Frequenz, mit welcher das Magnetfeld umgepolt wird.
[010] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass in Ab¬ hängigkeit von der gemessenen Prozessgröße und/oder in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten der gemessenen Prozessgröße zwischen den beiden Moden gewechselt wird. Das System gibt in dieser Ausgestaltung selbst vor, welche Mode optimaler ist. Für die Trennung kann ein Grenzwert vorgesehen sein, es kann jedoch auch das zeitliche Verhalten als Kriterium herangezogen werden, so z.B. die Trennung zwischen einer im Wesentlichen konstanten Prozessgröße und einer fluktuierenden Prozessgröße. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht dabei darin, dass kein externer Trigger notwendig ist, sondern dass das System selbst vorgibt, welche Mode adäquater ist. Für eine optimale Ausnutzung sind daher die Grenzwerte entsprechend zu bestimmen.
[011] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Pro¬ zessgröße in der Beobachtungsmode gemessen wird, wenn die gemessene Pro¬ zessgröße kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist, und dass die Prozessgröße in der Messmode gemessen wird, wenn die gemessene Prozessgröße größer als der Grenzwert ist. Der Grenzwert ist dabei so festzulegen, dass er einen signifikanten Übergang beschreibt zwischen dem Bereich, in welchem die Prozessgröße noch einer größeren Dynamik unterliegt, und dem Bereich, in welchem die Prozessgröße - wenn überhaupt - langsameren Schwankungen unterliegt, so dass mehr Wert auf die Ge¬ nauigkeit der Messungen gelegt werden kann. Mit einem solchen Grenzwert findet dann eine automatische Umschaltung zwischen den beiden Moden statt.
[012] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
[013] Fig. 1: eine schematische erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung des Durchflusses,
[014] Fig. 2: ein schematischer zeitlicher Verlauf der Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit der Vorrichtung in Fig. 1, und
[015] Fig. 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung.
[016] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur magnetisch-induktiven Messung des Durchflusses. Das - hier nicht dargestellte - Medium durchströmt die Messröhre 1. Die Magnetfeldeinheit 5 erzeugt ein ma¬ gnetisches Wechselfeld senkrecht zur Achse des Messrohres 1. Ist das Medium elektrisch leitfähig, so induziert es nach dem Faraday' sehen Induktionsgesetz beim Durchgang durch das Magnetfeld eine elektrische Spannung in den Messelektroden 10, die senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Messrohrachse angeordnet sind. Bei den Elektroden 10 handelt es sich hier um sog. galvanische Elektroden, die im direkten Kontakt mit dem Medium stehen. Aus der induzierten Spannung kann in der Regel- /Auswerteeinheit 30 der Durchfluss des Mediums berechnet werden. Die Magnet¬ feldeinheit 5 wird von einer Energiequelle 20 mit dem nötigen Strom zu Erzeugung des Magnetfeldes versorgt. Die Steuereinheit 25 gibt die Taktrate T und die Mes¬ samplitude A für die Magnetfeldeinheit 5 vor. Konkret handelt es sich hier also um die Frequenz des Wechselfeldes und um die Amplitude des Spulenstromes (dies ist also die Messamplitude) und somit auch um die Stärke des Magnetfeldes. Für das Umschalten zwischen der Beobachtungs- und der Messmode ist die Regel- /Auswerteeinheit 30 mit der Steuereinheit 25 verbunden und übermittelt dieser den jeweils gemessenen Wert der Prozessgröße. Liegt der Wert oberhalb eines Grenzwerts, so wird die Magnetfeldeinheit 5 mit der Messmode betrieben. Ist der Wert kleiner als der Grenzwert, so wird mit der Beobachtungsmode gemessen.
[017] Die Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1. In der unteren Zeile ist der Durchfluss Q über der Zeit t dargestellt. Die gestrichelte Horizontale gibt die sog. Schleichmengenunterdrückung an. Dies ist der Durchfluss, unterhalb dessen nicht gemessen wird oder gemessen werden kann. Als Grenzwert ist hier dieser Schleich¬ mengenwert gewählt. Wie zu sehen, steigt der Durchfluss an, ist dann über eine längere Zeit konstant und geht dann wieder auf Null zurück. Hierbei handelt es sich beispielsweise um den Durchfluss, wie er bei einer Abfüllung des Mediums auftreten kann: Ein Ventil wird geöffnet, das Medium beginnt zu fließen und langsam baut sich der maximale Durchfluss auf. Aus dem Durchfluss und der Abfüllzeit wird dann die abgefüllte Menge errechnet. Hat die abgefüllte Menge einen bestimmten Wert erreicht, so wird das Ventil geschlossen und die Durchflussmenge geht auf den Wert Null zurück. In der oberen Zeile sind die Beobachtungsmode Pl und die Messmode P2 dargestellt. Wie zu sehen ist die Taktrate der Beobachtungsmode Pl größer als die Taktrate der Messmode P2. In der Zeit, in welcher der Durchfluss Q erst langsam zunimmt, werden mehr Messwerte gewonnen, wodurch der Punkt genauer erkannt wird, an welchem der Durchfluss über der Schleichmenge liegt. Hat der Durchfluss seinen optimalen Wert erreicht, so genügt die geringere Taktrate der Messmode P2. Mit dieser geringeren Taktrate ist gleichzeitig bei gleichem Energiebedarf eine höhere Messamplitude möglich, so dass die Messwerte entsprechend genauer bestimmt werden können als in der Beobachtungsmode Pl mit der kleineren Amplitude. In der Beobachtungsmode Pl ist hier die sog. Übersteuerung dargestellt. Dabei handelt es sich darum, dass kurzzeitig die Spulenspannung auf seinen maximalen Wert eingestellt wird und dass er anschließend wieder reduziert wird. Durch diese Übersteuerung wird erreicht, dass das Magnetfeld sich schneller aufbaut.
[018] Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert also in diesem Beispiel wie folgt:
Der Durchfluss Q wird mit der Beobachtungsmode Pl solange gemessen, bis der Durchfluss größer als die Schleichmenge - in einer Erweiterung wird auch das zeitliche Verhalten des Durchflusses ausgewertet - ist. Anschließend erfolgt die Messung mit der Messmode P2, wobei bei der Abnahme des Durchflusses Q - hier jedoch nicht dargestellt - wieder in die Beobachtungsmode Pl gewechselt wird. Für den Wechsel zwischen den Moden können dabei Grenzwerte für die gemessene Pro- zessgröße vorgesehen sein, es kann jedoch auch das zeitliche Verhalten der gemessenen Prozessgröße bzw. eine Kombination aus Prozessgröße und der zeitlichen Ableitung verwendet werden. Eine externes Steuer- oder Triggersignal ist weiterhin für das Umschalten zwischen den Moden möglich. In der Fig. 3 ist eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine kapazitive Messvorrichtung zur Messung des Füllstandes des Mediums 40 im Behälter 50. Die Wand des Behälters 50 und die Sondeneinheit 55 bilden einen Kondensator, bei welchem das Medium das Di¬ elektrikum ist. Da die Kapazität dieses Kondensators u.a. vom Füllstand abhängt, kann aus dem gemessenen Füllstand umgekehrt auf den Füllstand geschlossen werden. Eine Möglichkeit, die Kapazität zu messen, besteht darin, die Sondeneinheit mit einer elektrischen Wechselspannung zu beaufschlagen und den Strom, der durch den Kondensator fließt, zu messen. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Taktrate um die Rate, mit der die Messwerte gewonnen werden, und die Messamplitude ist die Amplitude der Spannung, mit welcher die Kapazität gemessen wird.

Claims

Ansprüche
[001] Vorrichtung zur Messung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (40), wobei die Vorrichtung die Prozessgröße mindestens mit einer vorgebbaren Mes¬ samplitude (A) und mit einer vorgebbaren Taktrate (T) misst, wobei mit der Messamplitude (A) und der Taktrate (T) ein Energiebedarf (E) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (25) vorgesehen ist, welche derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (25) die Vorrichtung mindestens in einer Beobachtungsmode (Pl) oder in einer Messmode (P2) betreibt, wobei in der Beobachtungsmode (Pl) die Vorrichtung die Prozessgröße mit einer ersten Messamplitude (Al) und einer ersten Taktrate (Tl) misst, wobei in der Messmode (P2) die Vorrichtung die Prozessgröße mit einer zweiten Mes¬ samplitude (A2) und einer zweiten Taktrate (T2) misst, wobei die erste Taktrate (Tl) und die zweite Taktrate (T2) derartig gewählt sind, dass die erste Taktrate (Tl) größer als die zweite Taktrate (T2) ist, und wobei die erste Messamplitude (Al) und die erste Taktrate (Tl) und die zweite Messamplitude (A2) und die zweite Taktrate (T2) derartig gewählt sind, dass ein erster Energiebedarf (El) der Beobachtungsmode (Pl) und ein zweiter Energiebedarf (E2) der Messmode (P2) im Wesentlichen gleich sind.
[002] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
(25) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (25) die Vorrichtung in der Beobachtungsmode (Pl) oder in der Messmode (P2) in Abhängigkeit von der gemessenen Prozessgröße und/oder in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten der gemessenen Prozessgröße betreibt.
[003] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
(25) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (25) die Vorrichtung in der Beobachtungsmode (Pl) betreibt, wenn die gemessene Prozessgröße kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist, und dass die Steuereinheit (25) die Vorrichtung in der Messmode (P2) betreibt, wenn die gemessene Prozessgröße größer als der Grenzwert ist.
[004] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der
Vorrichtung um ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät handelt.
[005] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der
Taktrate (T, Tl, T2) der Vorrichtung um die Frequenz des magnetischen Wech¬ selfeldes des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes handelt, und dass es sich bei der Messamplitude (A, Al, A2) um die Stromstärke für die Magnet¬ feldeinheit (5) des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes handelt.
[006] Verfahren zur Messung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (40), wobei die Prozessgröße mit einer vorgebbaren Messamplitude (A) und einer vorgebbaren Taktrate (T) gemessen wird, wobei mit der Messamplitude (A) und der Taktrate (T) ein Energieverbrauch (E) verbunden ist, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Prozessgröße mindestens in einer Beobachtungsmode (Pl) oder in einer Messmode (P2) gemessen wird, wobei in der Beobach¬ tungsmode (Pl) die Prozessgröße mit einer ersten Messamplitude (Al) und einer ersten Taktrate (Tl) gemessen wird, wobei in der Messmode (P2) die Pro¬ zessgröße mit einer zweiten Messamplitude (A2) und einer zweiten Taktrate (T2) gemessen wird, wobei die erste Taktrate (Tl) größer als die zweite Taktrate (T2) gewählt wird, und wobei die erste Messamplitude (Al) und die erste Taktrate (Tl) und die zweite Messamplitude (A2) und die zweite Taktrate (T2) derartig gewählt werden, dass der erste Energiebedarf (El) der Beobachtungsmode (Pl) und der zweite Energiebedarf (E2) der Messmode (P2) im Wesentlichen gleich sind.
[007] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der gemessenen Prozessgröße und/oder in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten der gemessenen Prozessgröße zwischen den beiden Moden gewechselt wird.
[008] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgröße in der Beobachtungsmode (Pl) gemessen wird, wenn die gemessene Prozessgröße kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist, und dass die Prozessgröße in der Messmode (P2) gemessen wird, wenn die gemessene Prozessgröße größer als der Grenzwert ist.
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