WO2010108805A2 - Magnetisch-induktive durchflussmesseinrichtung und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Magnetisch-induktive durchflussmesseinrichtung und verfahren zum betreiben derselben Download PDF

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WO2010108805A2 PCT/EP2010/053271 EP2010053271W WO2010108805A2 WO 2010108805 A2 WO2010108805 A2 WO 2010108805A2 EP 2010053271 W EP2010053271 W EP 2010053271W WO 2010108805 A2 WO2010108805 A2 WO 2010108805A2
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Jörg Herwig
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • 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
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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 operating a magneto-inductive flow measuring device, wherein the flow measuring device has at least one coil, wherein in a measuring operation by means of the coil, a magnetic field is generated, which magnetic field passes through a measuring tube and a measuring voltage in a flow through the measuring tube at least slightly generates electrically conductive medium.
  • the invention relates to a magnetic-inductive flow measuring device, with at least one exciter circuit which includes a coil, wherein in a measuring operation, an exciting current flows through the coil and generates a magnetic field, which magnetic field passes through a measuring tube, and a measuring voltage in the measuring tube by flowing generates at least slightly electrically conductive medium.
  • Magnetic-inductive flow sensors are used in industrial measurement technology for the measurement of volume flows.
  • the magnetic field is usually generated by two opposing coils, between which the measuring tube runs.
  • Perpendicular to the magnetic field moving charge carriers generate perpendicular to their flow direction, a voltage that can be tapped off via measuring electrodes.
  • two measuring electrodes are arranged opposite one another on both sides of the measuring tube such that an imaginary connecting line between the two measuring electrodes runs perpendicular to an imaginary connecting line between the coils.
  • the measuring electrodes are either capacitively or galvanically coupled to the medium.
  • the generated voltage is proportional to one over one Cross section of the measuring tube averaged flow velocity of the medium and thus proportional to the volume flow.
  • Magnetic-inductive flow measurement may cause interference. These may be, for example, not ideal
  • Magnetic field generation to one turn short in the coils, e.g. due to corrosion or vibration, or to external fields.
  • a function monitoring is preferably carried out.
  • EP 1275940 A2 a method is described in which by a separate control of two coils temporarily deliberately inhomogeneous magnetic fields are generated.
  • the monitoring is based on resulting induced voltages that are tapped at the electrodes.
  • this form of monitoring can only be used if there is a conductive medium in the measuring tube.
  • the invention has for its object to reduce the sensitivity of the magnetic inductive flow measurement to magnetic interference fields.
  • the object is achieved in that a force acting from outside of the flow measuring device and an interference voltage in the medium generating magnetic interference field is determined that for flow determination between two with the Measuring medium communicating measuring electrodes present voltage is tapped, wherein the voltage present between the measuring electrodes consists of a superposition of the measuring voltage and the noise voltage, and that the tapped voltage or a magnitude derived therefrom is corrected in dependence on the magnetic interference field.
  • a magnetic field can be generated, which magnetic field passes through the measuring tube and generates a measuring voltage.
  • the voltage generated by means of the coil in the medium is therefore referred to as the measuring voltage.
  • Due to external interference, such as the magnetic interference field as they are often present in industrial plants, there may be a magnetic interference field, which also passes through the measuring tube and generates an interference voltage in the medium.
  • Such magnetic interference fields arise, for example, in the vicinity of the melting electrode leads of electric melting furnaces.
  • the voltage resulting from the superposition between the measuring voltage and the interference voltage in the medium can be tapped off by means of the measuring electrodes.
  • This tapped voltage or a quantity derived therefrom does not correspond to the correct flow signal when there is an interference voltage, but is faulty due to the interference voltage generated by the magnetic interference field.
  • the determination of the magnetic interference field acting from outside the magnetic-inductive flow measuring device makes it possible to correct the tapped voltage.
  • the voltage and the corrected voltage as a function of the interference field can be stored, for example, in the form of tables or a formulaic relationship, and produced by means of electronic data processing. For example, it may be sufficient to determine the mere presence of a magnetic interference field to correct for the sensed voltage or a quantity derived therefrom. Alternatively, a physical property of the magnetic interference field can also be determined. Depending on the physical property can then be made a correction of the tapped voltage and / or the derived size.
  • An advantage of the method according to the invention is the fact that mechanical devices, such as those used today for shielding the magnetic interference field, are eliminated.
  • mechanical devices for example, shielding plates for shielding an external magnetic interference field are to be understood.
  • Medium produced by the measuring tube corresponding measured value.
  • the actual flow through the measuring tube can be determined.
  • the voltage tapped between the measuring electrodes can then be corrected as a function of the magnetic interference field. From the corrected voltage, a measured value corresponding to the actual flow, in particular the volume flow or the mass flow, can be generated.
  • the magnetic interference field is determined by means of the coil.
  • the coil can be used as a passive or active sensor element for determining the magnetic interference field.
  • the magnetic field generating coils are often already in the vicinity of the measuring tube, in particular directly on the measuring tube, mounted so that the present on or in the measuring tube magnetic interference field, in particular the at least one physical property of the magnetic interference field can be determined.
  • the coil used as an induction coil for the determination of the magnetic interference field.
  • the coil In the phase in which the coil is used as an induction coil, the coil is not flowed through by a field current generating a magnetic field, so it is free of an excitation current.
  • the induced voltage in the induction coil allows conclusions, and thus the determination of the magnetic interference field.
  • the phase in which the magnetic interference field is determined by means of the induction coil can be, for example, within a measurement cycle or between two measurement cycles in a pulsed DC operation.
  • the coil may be disconnected from the excitation circuit and used as an induction coil.
  • the idle time between thrust processes can be used to determine the magnetic interference field.
  • a separate diagnostic operation can be provided, in which the coil is free from a field current generating the magnetic field and the magnetic interference field is determined.
  • the magnetic interference field is an alternating field.
  • the magnetic interference field may in particular be a magnetic alternating field.
  • the magnetic alternating field can induce a voltage in the coil used, for example, as an induction coil via induction. This voltage can be used to determine the interference field by, for example, the voltage drop across the induction coil is measured. Alternatively, the magnetic field strength at the location of the induction coil can be determined via the voltage drop across the induction coil and consequently the voltage tapped between the measuring electrodes or a quantity derived therefrom can be corrected.
  • the frequency of the magnetic interference field is determined. This can be done, for example, by means of a separate magnetic sensor or by means of the proposed embodiment, in which proposed embodiment the magnetic interference field is determined by means of the coil, in particular in which proposed embodiment the coil is used as an induction coil.
  • the frequency of the magnetic interference field can be used to determine measurement times or measurement intervals be determined, in which an interference voltage is present. The voltage taken at these measurement times or measurement intervals or the quantity derived therefrom can then be corrected or discarded.
  • the coil may, for example, be operated by means of a pulsed direct current, i. the magnetic field is periodically reversed so that two consecutive measuring voltages with opposite signs are created at the measuring electrodes. Interference voltages that arise due to a constant magnetic interference field can be eliminated.
  • the coils can, for example, be supplied directly from the mains with an alternating voltage.
  • the clock frequency of the magnetic field is approximately adapted to the frequency of the magnetic interference field.
  • the clock frequency of the magnetic field generated by the at least one coil can be tuned to the frequency of the magnetic interference field such that the interference field occurs at specific measurement phases, in particular outside the measurement phases, or at certain times in a measurement phase.
  • the clock frequency of the magnetic field is adapted to the frequency of the magnetic interference field that the clock frequency corresponds approximately to an integer multiple or a divisor of the frequency of the interference field.
  • the object is achieved by providing an evaluation unit which serves to determine a magnetic interference field, which magnetic interference field acts from outside the flow measuring device and generates a noise voltage in the medium, that at least two measuring electrodes are provided which serve to pick up a voltage present in the medium, which present voltage consists of the overlapping measuring voltage and interference voltage, and that the evaluation unit is further used to correct the tapped voltage or a variable derived therefrom in dependence on the magnetic interference field.
  • the exciter circuit is, for example, supplied with a voltage which generates the excitation current, which exciter current flows through the coil during measurement operation, for example clocked, and thereby generates a magnetic field, in particular clocked.
  • the magnetic interference field can be determined by an evaluation unit.
  • the evaluation unit can be, for example, a magnetic and / or electronic circuit comprising a magnetic sensor act.
  • the tapped voltage can then be corrected by the evaluation unit in the case of a present magnetic interference field.
  • At least one switch is provided, which serves to separate the coil from the exciter circuit.
  • the switch may be a device for disconnecting and / or establishing an electrical connection. By adjusting the switch, the operation of the flow measuring device, in particular the use of the coil, can be controlled.
  • the coil serves to determine the magnetic interference field while the coil is separated from the exciter circuit.
  • the coil can be used as an induction coil by separating the coil from the excitation circuit. Due to the magnetic interference field, a voltage can then be induced in the coil, which voltage allows a conclusion to the magnetic interference field.
  • the separation of the coil from the exciter circuit can be done in a simple manner by the mentioned switch.
  • the magnetic interference field is an alternating field, and the voltage induced in the coil serves to determine the magnetic interference field. From the frequency of the voltage induced in the coil used as induction coil, the frequency or the magnetic field strength of the magnetic interference field can be determined. By means of the frequency and / or the magnetic field strength of the magnetic interference field, an adjustment of the voltage tapped between the measuring electrodes or of a variable derived therefrom can take place. In particular, an adjusted flow rate measurement value can be generated and output by the flow measuring device. Furthermore, the measuring operation, in particular the clock frequency with which the magnetic field is excited, be adapted to the frequency of the magnetic interference field. Thus, the influence of the magnetic interference field on the between the Measuring electrodes are reduced during measurement operation tapped voltage.
  • Fig. 1 a schematic representation of the structure and operation of a magnetic-inductive flow measuring device
  • Fig. 2 .An equivalent circuit diagram of an exciter circuit.
  • FIG. 1 shows a magnetic-inductive flow measuring device with a measuring tube 1 through which an at least slightly electrically conductive medium, in particular a fluid whose volumetric flow rate is to be determined, flows at the speed v.
  • the tapping of the generated voltage takes place by means of two measuring electrodes 4, 5, which enter the wall of the measuring tube 1 are mounted electrically isolated from the measuring tube.
  • the measuring tube 1 has a lining 6
  • the lining has the function, the metallic support tube 7 from the electrically conductive medium u.a. electrically isolate.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of an embodiment of the invention.
  • the exciter circuit shown in FIG. 2 essentially consists of a coil L generating the magnetic field B in a measuring operation.
  • the exciter circuit can be supplied with a supply voltage U + with respect to the ground GND.
  • the exciter circuit has a first, second, third, fourth, fifth and sixth switch S1, SN, S1, S2, S3, S4.
  • the first switch Sl serves to interrupt the excitation or supply circuit, while the second switch SN serves to close the diagnostic circuit. If the coil L is used to generate a magnetic field, so the first switch Sl is closed and the second switch SN interrupts the short-circuit branch between current input and current output, so that the coil L is flowed through by the exciter current I.
  • the third, fourth, fifth and sixth switches S1, S2, S3, S4 serve to control the direction of current flow through the coil. If the third switch S1 and the fourth switch S2 are closed and the fifth switch S3 and the sixth switch S4 open, then in the case that the coil is traversed by an excitation current, a magnetic field B is generated with one polarity. If, on the other hand, the third switch S1 and the fourth switch S2 are open and the fifth switch S3 and the sixth switch S4 are closed, the coil L is flowed through in the opposite direction by the exciter current I and a magnetic field B of opposite polarity is produced. The coil L serves as a coil L for generating a measuring tube 1 passing through the magnetic field B.
  • the coil L is used, for example, during a diagnostic operation as an induction coil.
  • the switch S1 then interrupts the excitation circuit, while the switch SN closes the short-circuit branch and thus allows a measurement of the voltage drop across the coil L.
  • a measuring resistor R is provided in order to measure the voltage dropped across the coil L, which is induced by a given magnetic interference field. The voltage drop across the measuring resistor R is measured and rectification of the tapped measuring voltage can be used.
  • the coil may have a core of a suitable, in particular ferromagnetic, material. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung, wobei die Durchflussmesseinrichtung mindestens eine Spule (L, 2, 3) aufweist, wobei in einem Messbetrieb mittels der Spule (L, 2, 3) ein Magnetfeld (B) erzeugt wird, welches Magnetfeld (B) ein Messrohr (1) durchsetzt und eine Messspannung in einem das Messrohr (1) durchströmenden zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messstoff erzeugt, wobei ein von außerhalb der Durchflussmesseinrichtung einwirkendes und eine Störspannung in dem Messstoff erzeugendes magnetisches Störfeld bestimmt wird, wobei zur Durchflussbestimmung eine zwischen zwei mit dem Messstoff kommunizierenden Messelektroden (4, 5) vorliegende Spannung abgegriffen wird, wobei die zwischen den Messelektroden (4, 5) vorliegende Spannung aus einer Überlagerung der Messspannung und der Störspannung besteht, und wobei die abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld berichtigt wird.

Description

Magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer magnetisch- induktiven Durchflussmesseinrichtung, wobei die Durchflussmesseinrichtung mindestens eine Spule aufweist, wobei in einem Messbetrieb mittels der Spule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches Magnetfeld ein Messrohr durchsetzt und eine Messspannung in einem das Messrohr durchströmenden zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messstoff erzeugt.
Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung, mit mindestens einem Erregerkreis, der eine Spule beinhaltet, wobei in einem Messbetrieb ein Erregerstrom die Spule durchfließt und ein Magnetfeld erzeugt, welches Magnetfeld ein Messrohr durchsetzt, und eine Messspannung in einem das Messrohr durchströmenden zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messstoff erzeugt.
Magnetisch-induktive Durchflussmessaufnehmer werden in der industriellen Messtechnik zur Messung von Volumenströmen eingesetzt.
Dabei wird ein zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähiger Messstoff, dessen Volumenstrom gemessen werden soll, durch ein Messrohr geleitet, das im Wesentlichen senkrecht zur Rohrachse von einem Magnetfeld durchsetzt ist. Das Magnetfeld wird dabei in der Regel durch zwei einander gegenüberliegende Spulen erzeugt, zwischen denen das Messrohr verläuft. Senkrecht zum Magnetfeld bewegte Ladungsträger erzeugen senkrecht zu deren Durchflussrichtung eine Spannung, die über Messelektroden abgreifbar ist. Hierzu werden z.B. zwei Messelektroden einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des Messrohrs derart angeordnet, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen den beiden Messelektroden senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Spulen verläuft. Die Messelektroden sind mit dem Messstoff entweder kapazitiv oder galvanisch gekoppelt. Die erzeugte Spannung ist proportional zu einer über einen Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Messstoffs und damit proportional zum Volumenstrom.
Bei der magnetisch-induktiven Durchflussmessung können Störungen auftreten. Diese können zum Beispiel auf eine nicht ideale
Magnetfelderzeugung, auf einen Windungsschluss in den Spulen, z.B. durch Korrosion oder Vibration, oder auf Fremdfelder zurückzuführen sein. Um entsprechende Störungen erkennen zu können wird vorzugsweise eine Funktionsüberwachung durchgeführt.
In der US 6,763,729 A wird hierzu beispielsweise ein Stromanstieg in einer Spule im Anschluss an eine Umpolung der Spule überwacht und mit einem charakteristischen Verlauf verglichen.
In der EP 1275940 A2 ist ein Verfahren beschrieben bei dem durch eine getrennte Ansteuerung von zwei Spulen zeitweilig bewusst inhomogene Magnetfelder erzeugt werden. Die Überwachung erfolgt anhand von daraus resultierenden induzierten Spannungen, die an den Elektroden abgegriffen werden. Diese Form der Überwachung ist jedoch nur dann einsetzbar, wenn sich im Messrohr ein leitfähiger Messstoff befindet.
Eine mögliche Fehlerursache sind sehr starke externe Störfelder. Sie bewirken, dass magnetisch relevante Werkstoffe in die Sättigung getrieben werden. Dies führt zu einer massiven Reduktion der Amplitude des Messsignals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Empfindlichkeit der magnetischinduktiven Durchflussmessung gegenüber magnetischen Störfeldern zu verringern.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein von außerhalb der Durchflussmesseinrichtung einwirkendes und eine Störspannung in dem Messstoff erzeugendes magnetisches Störfeld bestimmt wird, dass zur Durchflussbestimmung eine zwischen zwei mit dem Messstoff kommunizierenden Messelektroden vorliegende Spannung abgegriffen wird, wobei die zwischen den Messelektroden vorliegende Spannung aus einer Überlagerung der Messspannung und der Störspannung besteht, und dass die abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld berichtigt wird.
Von der mindestens einen bspw. in einem Messbetrieb von einem Erregerstrom durchflossenen Spule kann ein Magnetfeld erzeugt werden, welches Magnetfeld das Messrohr durchsetzt und eine Messspannung erzeugt. Die mittels der Spule in dem Messstoff erzeugte Spannung wird folglich als Messspannung bezeichnet. Aufgrund äußerer Störeinflüsse, wie bspw. dem magnetischen Störfeld, wie sie oftmals in industriellen Anlagen vorhanden sind, kann ein magnetisches Störfeld vorliegen, welches das Messrohr ebenfalls durchsetzt und eine Störspannung in dem Messstoff erzeugt. Solche magnetischen Störfelder entstehen bspw. in der Umgebung von Schmelzelektroden-Zuleitungen von Elektroschmelzöfen. Die aus der Überlagerung zwischen der Messspannung und der Störspannung in dem Messstoff resultierende Spannung kann mittels der Messelektroden abgegriffen werden. Diese abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe entspricht bei vorhandener Störspannung, nicht dem korrekten Durchflusssignal, sondern ist aufgrund der von dem magnetischen Störfeld erzeugten Störspannung fehlerhaft. Die Bestimmung des von außerhalb der magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung einwirkenden magnetischen Störfeldes ermöglicht es, die abgegriffene Spannung zu berichtigen. Der Zusammenhang zwischen der abgegriffenen
Spannung und der berichtigten Spannung in Abhängigkeit des Störfeldes kann dabei bspw. in Form von Tabellen oder einer formelhaften Beziehung hinterlegt sein, und mittels elektronischer Datenverarbeitung hergestellt werden. Es kann bspw. ausreichen das bloße Vorhandensein eines magnetischen Störfeldes zu bestimmen, um eine Berichtigung der abgegriffenen Spannung oder einer daraus abgeleiteten Größe durchzuführen. Alternativ kann auch eine physikalische Eigenschaft des magnetischen Störfeldes bestimmt werden. In Abhängigkeit von der physikalischen Eigenschaft kann dann eine Berichtigung der abgegriffenen Spannung und/oder der daraus abgeleiteten Größe vorgenommen werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass mechanische Vorrichtungen, wie sie heutzutage zur Abschirmung des magnetischen Störfeldes eingesetzt werden, entfallen. Unter mechanischen Vorrichtungen sind bspw. Schirmbleche zur Abschirmung eines äußeren magnetischen Störfeldes zu verstehen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein dem Durchfluss des
Messstoffs durch das Messrohr entsprechender Messwert erzeugt. Durch die Bestimmung des magnetischen Störfeldes kann der tatsächliche Durchfluss durch das Messrohr bestimmt werden. Die zwischen den Messelektroden abgegriffene Spannung kann dann in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld berichtigt werden. Aus der berichtigten Spannung kann ein dem tatsächlichen Durchfluss, insbesondere dem Volumendurchfluss bzw. dem Massendurchfluss, entsprechender Messwert erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Störfeld mittels der Spule bestimmt. Die Spule kann als passives oder aktives Sensorelement zur Bestimmung des magnetischen Störfeldes verwendet werden. In dieser Ausführungsform sind keine zusätzlichen Magnetsensoren, bspw. in der Form von induktiven Elementen, wie z.B. zusätzliche Spulen, die separat in der Umgebung der magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung zur Detektion von magnetischen Störfeldern angebracht werden, notwendig. Zudem sind die das Magnetfeld erzeugenden Spulen oftmals bereits in der Umgebung des Messrohrs, insbesondere unmittelbar am Messrohr, angebracht, so dass das an bzw. in dem Messrohr vorliegende magnetische Störfeld, insbesondere die mindestens eine physikalische Eigenschaft des magnetischen Störfeldes, bestimmt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird während mindestens einer Phase, in welcher die Spule frei von einem das Magnetfeld erzeugenden Erregerstrom ist, die Spule als Induktionsspule zur Bestimmung des magnetischen Störfeldes verwendet. In der Phase, in welcher die Spule als Induktionsspule verwendet wird, wird die Spule nicht von einem ein Magnetfeld erzeugenden Erregerstrom durchflössen, ist also frei von einem Erregerstrom. Die in die Induktionsspule induzierte Spannung ermöglicht Rückschlüsse, und also die Bestimmung des magnetischen Störfeldes. Die Phase, in welcher das magnetische Störfeld mittels der Induktionsspule bestimmt wird, kann z.B. innerhalb eines Messzyklus oder zwischen zwei Messzyklen bei einem Betrieb mit getaktetem Gleichstrom liegen. Alternativ kann die Spule von dem Erregerkreis getrennt werden und als Induktionsspule verwendet werden. Zudem kann die Leerlaufzeit zwischen Schubprozessen genutzt werden, um das magnetische Störfeld zu bestimmen. Zudem kann ein gesonderter Diagnosebetrieb vorgesehen sein, in welchem die Spule frei von einem das Magnetfeld erzeugenden Erregerstrom ist und das magnetische Störfeld bestimmt wird.
In einer Ausführungsform ist das magnetische Störfeld ein Wechselfeld. Bei dem magnetischen Störfeld kann es sich insbesondere um ein magnetisches Wechselfeld handeln. Das magnetische Wechselfeld kann über Induktion eine Spannung in der bspw. als Induktionsspule verwendeten Spule hervorrufen. Diese Spannung kann zur Bestimmung des Störfeldes genutzt werden, indem bspw. der Spannungsabfall über der Induktionsspule gemessen wird. Ersatzweise kann über den Spannungsabfall an der Induktionsspule die Magnetfeldstärke am Ort der Induktionsspule bestimmt werden und folglich die zwischen den Messelektroden abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe berichtigt werden.
In einer Ausführungsform wird die Frequenz des magnetischen Störfeldes bestimmt. Dies kann bspw. mittels eines separaten Magnetsensors oder mittels der vorgeschlagenen Ausgestaltung geschehen, in welcher vorgeschlagenen Ausgestaltung das magnetische Störfeld mittels der Spule bestimmt wird, insbesondere in welcher vorgeschlagenen Ausgestaltung die Spule als Induktionsspule verwendet wird. Über die Frequenz des magnetischen Störfeldes können Messzeitpunkte oder Messintervalle bestimmt werden, in welchen eine Störspannung vorliegt. Die zu diesen Messzeitpunkte oder Messintervalle abgegriffene Spannung oder die daraus abgeleitete Größe kann dann berichtigt oder verworfen werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Magnetfeld im
Messbetrieb mit einer Taktfrequenz erregt. Die Spule kann bspw. mittels eines getakteten Gleichstroms betrieben werden, d.h. das Magnetfeld wird periodisch umgepolt, sodass an den Messelektroden zwei aufeinander folgende Messspannungen mit umgekehrten Vorzeichen entstehen. Störspannungen die aufgrund eines konstanten magnetischen Störfeldes entstehen, können dadurch eliminiert werden. Andererseits können bei der Erregung des Magnetfeldfeldes mittels eines Wechselstroms die Spulen bspw. direkt vom Stromnetz mit einer Wechselspannung versorgt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Taktfrequenz des Magnetfeldes annähernd an die Frequenz des magnetischen Störfeldes angepasst. Alternativ kann die Taktfrequenz des von der mindestens einen Spule erzeugten Magnetfeldes, so mit der Frequenz des magnetischen Störfeldes abgestimmt werden, dass das Störfeld zu bestimmten Messphasen, insbesondere außerhalb der Messphasen, oder zu bestimmten Zeitpunkten in einer Messphase auftritt. Durch das Anpassen und/oder Abstimmen der Frequenz des magnetischen Störfeldes an die Taktfrequenz des Magnetfeldes kann somit der, insbesondere abträgliche, Einfluss des magnetischen Störfeldes auf die Messsignale verringert werden oder sogar vollständig unterbunden werden. Unter Messsignale sind hier bspw. die zwischen den
Messelektroden abgegriffene Spannung, die aus der abgegriffenen Spannung abgeleitete Größe sowie die von der Durchflussmesseinrichtung erzeugten Messwerte zu verstehen. Insbesondere besteht die Möglichkeit die Frequenz des Störfeldes so auf die Taktfrequenz des Magnetfeldes abzustimmen, dass ein magnetisches Störfeld mit einem Wechselfeldanteil einer Frequenz wie ein Gleichfeld erscheint. Dies kann bspw. durch eine konstante Phasenbeziehung zwischen der Frequenz des Magnetfeldes und der Frequenz des magnetischen Störfeldes bewirkt werden. Wird z.B. ein getaktetes Gleichfeld als Magnetfeld verwendet, so lassen sich dann die durch das Wechselfeld bedingten Störspannungen rechnerisch aus der abgegriffenen Spannung eliminieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Taktfrequenz des Magnetfeldes so an die Frequenz des magnetischen Störfeldes angepasst, dass die Taktfrequenz annähernd einem ganzzahligen Vielfachen oder einem Teiler der Frequenz des Störfeldes entspricht. Durch die vorgeschlagene Anpassung der Taktfrequenz an die Frequenz des magnetischen Störfeldes können Messungen zur Durchflussbestimmung vorgenommen werden, die nicht von dem magnetischen Störsignal beeinflusst werden, also ungestört sind. Die abgegriffenen Spannungen während dieser Messzyklen sind dann nicht durch die Störspannung verfälsch. Während der Messzyklen während denen das magnetische Störfeld auftritt und auf die Messeinrichtung insbesondere die abgegriffenen Spannung einwirkt, können die Messsignale entsprechend berichtigt oder verworfen werden.
Hinsichtlich der magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche dazu dient, ein magnetisches Störfeld zu bestimmen, welches magnetische Störfeld von außerhalb der Durchflussmesseinrichtung einwirkt und eine Störspannung in dem Messstoff erzeugt, dass wenigstens zwei Messelektroden vorgesehen sind, die dazu dienen, eine in dem Messstoff vorliegende Spannung abzugreifen, welche vorliegende Spannung aus der sich überlagernden Messspannung und Störspannung besteht, und dass die Auswerteeinheit weiterhin dazu dient, die abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld zu berichtigen.
Der Erregerkreis wird bspw. mit einer Spannung versorgt, die den Erregerstrom erzeugt, welcher Erregerstrom die Spule im Messbetrieb bspw. getaktet durchfließt und dadurch ein, insbesondere getaktetes, Magnetfeld erzeugt. Das magnetische Störfeld kann von einer Auswerteeinheit bestimmt werden. Bei der Auswerteeinheit kann es sich bspw. um eine einen Magnetsensor umfassende elektrische und/oder elektronische Schaltung handeln. Die abgegriffene Spannung kann dann in dem Fall eines vorliegenden magnetischen Störfeldes von der Auswerteeinheit berichtigt werden.
In einer Ausführungsform der Durchflussmesseinrichtung ist mindestens ein Schalter vorgesehen, welcher dazu dient, die Spule von dem Erregerkreis zu trennen. Bei dem Schalter kann es sich um eine Vorrichtung zum Trennen und/oder Herstellen einer elektrischen Verbindung handeln. Durch eine Einstellung des Schalters kann der Betrieb der Durchflussmesseinrichtung, insbesondere der die Verwendung der Spule, gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Durchflussmesseinrichtung dient die Spule dazu, das magnetische Störfeld zu bestimmen, während die Spule von dem Erregerkreis getrennt ist. Die Spule kann als Induktionsspule verwendet werden, indem die Spule von dem Erregerkreis getrennt wird. In die Spule kann dann aufgrund des magnetischen Störfeldes eine Spannung induziert werden, welche Spannung einen Rückschluss auf das magnetische Störfeld zulässt. Die Trennung der Spule von dem Erregerkreis kann dabei in einfacher Weise durch den erwähnten Schalter erfolgen.
In einer Weiterbildung der Durchflussmesseinrichtung ist das magnetische Störfeld ein Wechselfeld, und die in die Spule induzierte Spannung dient dazu, das magnetische Störfeld zu bestimmen. Aus der Frequenz der in die als Induktionsspule verwendeten Spule induzierten Spannung, kann die Frequenz oder die Magnetfeldstärke des magnetischen Störfeldes bestimmt werden. Mittels der Frequenz und/oder der Magnetfeldstärke des magnetischen Störfeldes kann eine Berichtigung der zwischen den Messelektroden abgegriffenen Spannung oder einer daraus abgeleiteten Größe erfolgen. Insbesondere kann ein berichtigter Durchfluss-Messwert von der Durchflussmesseinrichtung erzeugt und ausgegeben werden. Weiterhin kann der Messbetrieb, insbesondere die Taktfrequenz mit welcher das Magnetfeld erregt wird, an die Frequenz des magnetischen Störfeldes angepasst werden. Dadurch kann der Einfluss des magnetischen Störfeldes auf die zwischen den Messelektroden während des Messbetriebs abgegriffene Spannung verringert werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung, und
Fig. 2: .ein Ersatzschaltbild eines Erregerkreises.
Figur 1 zeigt eine magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung mit einem Messrohr 1 , durch das ein wenigstens geringfügig elektrisch leitfähiger Messstoff, insbesondere ein Fluid, dessen volumethscher Durchfluss bestimmt werden soll, mit der Geschwindigkeit v strömt. Zwei Spulen 2, 3, durch die ein Erregerstrom bspw. in Form eines Wechselstroms oder eines pulsierenden Gleichstroms I fließt, erzeugen im Inneren des Messrohres 1 ein Magnetfeld B. Der Abgriff der erzeugten Spannung erfolgt mittels zwei Messelektroden 4, 5, die in die Wandung des Messrohrs 1 elektrisch gegenüber dem Messrohr isoliert angebracht sind. Das Messrohr 1 weist eine Auskleidung 6 aus
Kunststoff und ein Trägerrohr 7 auf. Die Auskleidung hat die Funktion, das metallische Trägerrohr 7 vom elektrisch leitfähigen Messstoff u.a. elektrisch zu isolieren.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. Der in Figur 2 gezeigte Erregerkreis besteht im Wesentlichen aus einer in einem Messbetrieb das Magnetfeld B erzeugenden Spule L. Der Erregerkreis kann mit einer Versorgungsspannung U+ gegenüber der Masse GND versorgt werden. Weiterhin weist der Erregerkreis einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Schalter Sl, SN, S1 , S2, S3, S4 auf. Der erste Schalter Sl dient dabei zur Unterbrechung des Erreger- bzw. Versorgungskreises, während der zweite Schalter SN dazu dient, den Diagnosekreis zu schließen. Wird die Spule L zur Erzeugung eines Magnetfeldes verwendet, so ist der erste Schalter Sl geschlossen und der zweite Schalter SN unterbricht den Kurzschlusszweig zwischen Stromein- und Stromausgang, so dass die Spule L von dem Erregerstrom I durchflössen wird.
Der dritte, vierte, fünfte und sechste Schalter S1 , S2, S3, S4 dienen dazu, die Richtung des Stromflusses durch die Spule zu steuern. Sind der dritte Schalter S1 und der vierte Schalter S2 geschlossen und der fünfte Schalter S3 und der sechste Schalter S4 geöffnet, so wird in dem Fall, dass die Spule von einem Erregerstrom durchflössen wird, ein Magnetfeld B mit einer Polarität erzeugt. Sind hingegen der dritte Schalter S1 und der vierte Schalter S2 geöffnet und der fünfte Schalter S3 und der sechste Schalter S4 geschlossen, so wird die Spule L in entgegengesetzter Richtung von dem Erregerstrom I durchflössen und es entsteht ein Magnetfeld B umgekehrter Polarität erzeugt. Die Spule L dient dabei als Spule L zur Erzeugung eines das Messrohr 1 durchsetzenden Magnetfelds B.
Die Spule L wird bspw. während eines Diagnosebetriebs als Induktionsspule verwendet. Der Schalter Sl unterbricht dann den Erregerkreis, während der Schalter SN den Kurzschlusszweig schließt und so eine Messung der über der Spule L abfallenden Spannung ermöglicht. Um die über der Spule L abfallende Spannung, welche durch ein vorliegendes magnetisches Störfeld induziert wird, zu messen, ist ein Messwiderstand R vorgesehen. Die über dem Messwiderstand R abfallende Spannung wird gemessen und zur kann Berichtigung der abgegriffenen Messspannung verwendet werden.
Die Spule kann über einen Kern aus einem geeigneten, insbesondere ferromagnetischen, Material, verfügen. Bezugszeichenliste
1 Messrohr
2 Spule
3 Spule
4 Messelektrode
5 Messelektrode
6 Auskleidung
7 Trägerrohr
I Erregerstrom
B Magnetfeld
V (Durchfluss-)Geschwindigkeit
U+ Versorgungsspannung
GND Masse
SI Erster Widerstand
SN Zweiter Widerstand
S1 Dritter Widerstand
S2 Vierter Widerstand
S3 Fünfter Widerstand
S4 Sechster Widerstand
R Messwiderstand
L Spule

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung, wobei die Durchflussmesseinrichtung mindestens eine Spule (L, 2, 3) aufweist, wobei in einem Messbetrieb mittels der Spule (L,
2, 3) ein Magnetfeld (B) erzeugt wird, welches Magnetfeld (B) ein Messrohr (1 ) durchsetzt und eine Messspannung in einem das Messrohr (1 ) durchströmenden zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messstoff erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass ein von außerhalb der Durchflussmesseinrichtung einwirkendes und eine
Störspannung in dem Messstoff erzeugendes magnetisches Störfeld bestimmt wird, dass zur Durchflussbestimmung eine zwischen zwei mit dem Messstoff kommunizierenden Messelektroden (4, 5) vorliegende Spannung abgegriffen wird, wobei die zwischen den Messelektroden (4, 5) vorliegende Spannung aus einer Überlagerung der Messspannung und der Störspannung besteht, und dass die abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld berichtigt wird.
2. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Durchfluss des Messstoffs durch das Messrohr (1 ) entsprechender Messwert erzeugt wird.
3. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Störfeld mittels der Spule (L, 3 ,4) bestimmt wird.
4. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens einer Phase in welcher die Spule (L, 3, 4) frei von einem das Magnetfeld B erzeugenden Erregerstrom (I) ist, die Spule (L, 3, 4) als Induktionsspule zur Bestimmung des magnetischen Störfeldes verwendet wird.
5. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Störfeld ein Wechselfeld ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des magnetischen Störfeldes bestimmt wird.
7. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld B im Messbetrieb mit einer Taktfrequenz erregt wird.
8. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz des Magnetfeldes B annähernd an die Frequenz des magnetischen Störfeldes angepasst wird.
9. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz des Magnetfeldes B so an die Frequenz des magnetischen Störfeldes angepasst wird, dass die Taktfrequenz annähernd einem ganzzahligen Vielfachen oder einem Teiler der Frequenz des Störfeldes entspricht.
10. Magnetisch-induktive Durchflussmesseinhchtung, mit mindestens einem Erregerkreis, der eine Spule (L, 2, 3) beinhaltet, wobei in einem Messbetrieb ein Erregerstrom (I) die Spule (L, 2, 3) durchfließt und ein Magnetfeld (B) erzeugt, welches Magnetfeld (B) ein Messrohr (1 ) durchsetzt, und eine Messspannung in einem das Messrohr (1 ) durchströmenden zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messstoff erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche dazu dient, ein gegebenenfalls vorliegendes magnetisches Störfeld zu bestimmen, welches magnetische Störfeld von außerhalb der Durchflussmesseinhchtung einwirkt und eine Störspannung in dem Messstoff erzeugt, dass wenigstens zwei Messelektroden (4, 5) vorgesehen sind, die dazu dienen, eine in dem Messstoff vorliegende Spannung abzugreifen, welche vorliegende Spannung aus der sich überlagernden Messspannung und
Störspannung besteht, und dass die Auswerteeinheit weiterhin dazu dient, die abgegriffene Spannung oder eine daraus abgeleitete Größe in Abhängigkeit von dem magnetischen Störfeld zu berichtigen.
11. Magnetisch-induktive Durchflussmesseinhchtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Schalter (Sl) vorgesehen ist, welcher dazu dient, die Spule (L, 2, 3) von dem Erregerkreis zu trennen.
12. Magnetisch-induktive Durchflussmesseinhchtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass während die Spule (L, 2, 3) von dem Erregerkreis getrennt ist, die Spule (L, 2, 3) dazu dient, das magnetische Störfeld zu bestimmen.
13. Magnetisch-induktive Durchflussmesseinhchtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Störfeld ein Wechselfeld ist, und dass die in die Spule (L, 2, 3) induzierte Spannung dazu dient, das magnetische Störfeld zu bestimmen.
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