WO2017108280A1 - Feldgerät der prozessmesstechnik - Google Patents

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WO2017108280A1
WO2017108280A1 PCT/EP2016/077817 EP2016077817W WO2017108280A1 WO 2017108280 A1 WO2017108280 A1 WO 2017108280A1 EP 2016077817 W EP2016077817 W EP 2016077817W WO 2017108280 A1 WO2017108280 A1 WO 2017108280A1
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WO
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medium
sensor
field device
reactance
determining
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PCT/EP2016/077817
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andrea Berlinger
Ingo Buschke
Christof Huber
Peter KLÖFER
Sergej Lopatin
Torsten Pechstein
Thomas Uehlin
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • 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
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/28—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 the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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    • G01F23/2968—Transducers specially adapted for acoustic level indicators
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    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
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    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork

Definitions

  • the invention relates to a field device of process measuring technology with a vibration-type sensor according to the preamble of claim 1.
  • Coriolis flowmeters have at least one or more vibratable tubes which can be vibrated by means of an exciter. These vibrations are transmitted over the pipe length and are varied by the type of flowable medium in the pipe and its flow rate.
  • a sensor or in particular two sensors spaced apart from one another, can receive the varied oscillations in the form of a measuring signal or a plurality of measuring signals at another point on the tube. From the one or more measuring signals, a
  • Evaluation unit determine the flow and / or density of the medium
  • Respective exciters and / or sensors are usually based on an electro-dynamic principle and are usually constructed in several parts and include a magnet-generating unit for generating a magnetic field and a coil penetrated by this magnetic field.
  • This coil is usually made of wire and is wound on a bobbin, typically a cylindrical bobbin.
  • This technology has proven itself in principle.
  • Field devices with sensors of the vibration type can also be designed as level gauges. For many years, Endress and Hauser have distributed products under the name "Liquiphant.” Typical of this type of level gauge is a membrane of which two fork arms of a fork-shaped element with
  • the membrane and thus also the bifurcated element is transmitted via ultrasonic transducers, e.g. a so-called bimorph driven to vibrate, these vibrations being damped depending on the density and / or viscosity of the medium between the fork arms.
  • This vibration damping can be detected metrologically and can be used to determine the viscosity and / or the density of the medium.
  • Heterogeneous liquid media in particular dispersions and / or suspensions, can be characterized by determining the density and by rheological measurements.
  • polar liquid media in particular for aqueous or alcoholic systems, with proportions of ionic compounds, however, this characterization is not sufficient. It should It should be noted that the time stability of aqueous dispersions and suspensions is highly dependent on the ionic constituents. For one
  • the object of the present invention is therefore to provide a field device of process measurement technology which makes it possible in a compact manner to determine both the density or viscosity of a medium and the proportions of ionic compounds.
  • a field device comprises a vibration-type sensor for determining a viscosity, a density and / or a size of a fluid medium contained in a container and / or a pipeline, the sensor
  • a sensor arrangement with at least two sensor elements. These may be preferably, but not exclusively, two electrodes.
  • the sensor arrangement In a first operating mode, the sensor arrangement is set up to detect measured values for determining a resistance of the medium between the two sensor elements and, in a second operating mode, to determine measured values
  • the impedance of a liquid medium can be from the resistance and the
  • the effective resistance is dependent on the frequency and the ion concentration in the liquid medium.
  • the ionic portions can be characterized integrally.
  • the dielectric components of the medium e.g. Colloids or sedimented solids can also be absorbed by the
  • the field device can have a transmitter for determining the viscosity, the density and / or a quantity derivable therefrom, wherein the effective resistance and the reactance of the medium and / or an impedance of the medium comprising the active and the
  • the transmitter in particular a computing unit of the transmitter can be advantageously equipped such that a comparison of the determined active and reactive resistance and / or the impedance of the medium with at least one desired value, taking into account the medium temperature is feasible.
  • the comparison of the active and reactive resistance is to be carried out with at least one reference value.
  • the medium temperature can advantageously be determined by the field device itself or determined by one with an external sensor and fed to the field device.
  • the setpoint may preferably be stored on a data memory which is part of the transmitter.
  • the transmitter can also be equipped to perform a comparison of a determined viscosity, density and / or the size of the medium derived therefrom with a predetermined desired value.
  • the arithmetic unit and the data memory can also be used for this purpose.
  • the field device may be advantageous as a Coriolis flow and / or Coriolis density meter and / or as a level gauge, in particular with a gabelfömigen
  • the sensor arrangement can advantageously have a temperature sensor for determining the temperature of the medium.
  • the sensor arrangement can have at least one electrode in which the
  • the electrode can preferably be used as a sensor element for measuring the effective resistance and / or the reactance.
  • the sensor can advantageously have a medium-contacting metallic wall. This can e.g. in the case of a Coriolis flowmeter, a fluid-carrying pipe section or, in the case of a level gauge, a rod-shaped housing which connects the sensor to the transmitter.
  • a channel may extend obliquely, in particular perpendicular to the longitudinal axis of the rod-shaped housing through this housing.
  • the sensor arrangement may have at least two sensor elements for detecting the active and the reactive resistance, preferably two electrodes, which advantageously in at least the second operating mode for determining the reactance with
  • AC are operated while they are operated in the first mode of operation for determining the effective resistance, preferably with direct current. This approach advantageously allows a robust and low-interference measurement.
  • the transmitter of the field device is advantageously designed to modulate the frequency of the alternating current, wherein the sensor arrangement detects a reactance for each frequency. Since the reactance is frequency-dependent, a spectrum can be recorded by the frequency modulation, so that even difficult-to-detect constituents of a dispersion or suspension can be detected and quantified.
  • the transmitter can, as previously described, have a data memory.
  • On this data storage can advantageously a record of resistances and / or reactances of at least one medium or more media at
  • the sensor arrangement can have only three sensor elements, in particular two electrodes and a temperature sensor, in an advantageous design-simple design, wherein the sensor arrangement in a first operating mode, the effective resistance of
  • the sensor arrangement can comprise at least two first sensor elements, in particular two electrodes, for determining the effective resistance and at least two second ones
  • electrodes does not only include rod-shaped electrodes, but may also include, for example, electrodes with plate-shaped sub-segments, preferably analogously to a plate capacitor.
  • a data set for the effective resistance, the reactance, the impedance, the viscosity and / or the density of the medium for different binary mixtures is stored in the data memory of the transmitter at different concentrations of the two components.
  • individual of the aforementioned measured variables can be stored as concentration tables on the data memory.
  • Each of the aforementioned measured quantities is able to provide information about the concentration present.
  • Sensor elements for determining the density and the impedance the respective determined concentration information can be compared or validated. In case of a
  • Deviation from a setpoint can be deduced from deviations in the process or in the measuring system.
  • An example of this would be the concentration measurement in Clean in Place (CIP) processes.
  • CIP Clean in Place
  • the concentrations In the storage tanks for lye and acid, the concentrations must be determined. If the concentration is too low, it must be concentrated. The safe
  • Determination of concentration and the testing for impurities can be carried out by a level gauge in an aforementioned embodiment according to the invention.
  • a level gauge in an aforementioned embodiment according to the invention.
  • the field device according to the invention can be used for
  • Determination of dissolved and undissolved portions of a suspension or dispersion can be used and operated accordingly in the aforementioned operating modes.
  • one or more phases of a multiphase mixture which are detectable by the field device, belong to the undissolved components of a mixture.
  • the determination of the two resistors or the impedance can also be used for the determination of the two resistors or the impedance.
  • Monitoring of compliance with the operating parameters of a state defined according to device specification can be used. This may include, for example, the exceeding of a permissible medium temperature.
  • the sensor arrangement can have a pH sensor for determining the pH of the medium.
  • a pH sensor for determining the pH of the medium.
  • Such applications are particularly necessary in the food industry and can be integrated in a compact manner in the field device, however, however, the implementation of a pH sensor increases the evaluation effort of the field device. Overall, an advantageous arrangement of the pH sensor and the temperature sensor in a sensor arrangement is recommended.
  • FIG. 1 a schematic partially sectioned perspective view of a field device according to the invention in the embodiment of a Coriolis flowmeter; 1 a partial section of an electrode for determining the electrical conductivity of a medium with integrated temperature sensor; and
  • Fig. 2 is a schematic representation of a field device according to the invention in the
  • Coriolis flowmeter The measuring principle of a Coriolis flowmeter is briefly discussed below with reference to a two-pipe Coriolis flowmeter. However, they are e.g. Also known as single-pipe or four-pipe Coriolis flow meters, which are also included in the context of the present invention. In addition, Coriolis density meters are known which only the
  • Viscosity and / or the density of a medium can be manufactured on the basis of a MEMS chip, for example, and can be provided, for example, as a bypass to a pipeline.
  • the measuring principle is based on the controlled generation of Coriolis forces. These forces occur in a system whenever simultaneous translational (rectilinear) and rotational (rotating) movements overlap. The size of the Coriolis force depends on the moving mass, its velocity in the system and thus on the mass flow. Instead of a constant rotational speed, an oscillation occurs at the sensor.
  • Tube vibration At zero flow, ie at standstill of the medium, both tubes oscillate in phase. At mass flow, the pipe vibration is delayed on the inlet side and accelerated on the outlet side.
  • Vibrations of the two measuring tubes achieved. Basically, the measuring principle works independently of temperature, pressure, viscosity, conductivity and flow profile.
  • a density measurement of the medium is also possible.
  • the measuring tube is excited at its resonance frequency.
  • the excitation frequency is readjusted.
  • the resonance frequency is thus a function of the density of the medium.
  • a density signal can be obtained, for example, by means of a microprocessor. Due to the mass flow and the density, a volumetric flow can also be determined. For computational compensation of temperature effects, the temperature at the measuring tube can be detected. This signal corresponds to the process temperature and is also available as
  • FIG. 1 An inventive measuring device is shown by way of example in FIG. 1 as a Coriolis meter 1.
  • the measuring device shown in Fig. 1 is shown as a two-tube variant.
  • a medium is passed through two mutually parallel tubes 2, which are arranged in a sensor housing 5.
  • the sensor housing 5 has an elongated structure and has flanges for each at two terminal positions
  • the meter preferably has a
  • Transmitter 4 and a transmitter, in which an evaluation unit is arranged.
  • the tubes 2 each have a bend, wherein the exciter 3. II in the middle of the bend, based on the longitudinal direction of the tubes, is arranged and each a first sensor 3.I for detecting the vibrations of the tube 2 in a flow direction R before and a second sensor 3. III for detecting the vibrations of the tube 2 in a flow direction R behind the exciter 3. II is arranged.
  • This distance between the two sensors 3.I and 3. III to the exciter 3. II is preferably the same size.
  • Coriolisessetti which are designed as pipes without a corresponding bend.
  • the exciter and / or the receiver for example, after the magnetic-inductive
  • the Coriolis flowmeter can then be connected by means of a flange 10 to a process line, not shown.
  • the Coriolis flow measuring device has a tubular inlet region 9, in which a flow division of the medium into the two tubes 2 takes place.
  • the inlet region may be made of metal and is arranged in a flow direction R at the inlet-side ends of the tubes 2.
  • the entirety of the tubes 2, the inlet area 9, the outlet area, as well as the sensors 3.1 and 3. III and the exciters 3.11 form the vibration sensor 15 of the Coriolis flowmeter.
  • two sensor elements in the form of two electrodes 7 are arranged, with which a measurement in terms of a resistance and a
  • Reactivity of the medium can take place, which is between the two
  • Sensor elements is located.
  • the arrangement of the electrodes can also be arranged in an outlet region.
  • the electrodes 7 are arranged diametrically opposite each other at the pipe circumference of the inlet region 9. However, it is also possible to position the electrodes next to one another with a small spacing, for example with electrode axes running parallel to one another.
  • the reactance can be expressed by the formula Xc
  • the electrodes are made of a conductive material, e.g. made of a metal or graphite. They can be replaced by an electrical insulation 1 1, e.g. a plastic sleeve, be introduced into the wall of the tubular inlet region 9. Alternatively or additionally, at least the inlet region is provided at least in regions with an electrically insulating lining.
  • only one electrode can be provided which, in conjunction with a ring electrode arranged between the flange 10 and the process line, permits measurement of the active and reactive resistance of the medium
  • a temperature sensor for determining the temperature of the medium is arranged in the electrodes or outside the electrodes.
  • the electrode 7 may be formed as an electrode cup 7a, as shown in the detailed representation 1 a. Arranged therein is the temperature sensor 12. The entirety of the two electrodes 7 and the temperature sensor 12 form a
  • This transmitter has a data memory, not shown, and a processing unit.
  • Electrodes 7 for determining the active and the reactance of the medium also go from one or more signal lines 8 to the transmitter 6 from.
  • FIG. 2 shows an exemplary fill level measuring device 21 for determining and / or monitoring a filling level in particular a container or at least individual components of such a level measuring device.
  • Level measuring devices for determining and / or monitoring a level in a pipeline or a container are known in various configurations.
  • level measuring devices with a vibratable membrane, which is arranged in a rigid membrane edge.
  • the membrane edge can also be part of a housing or fixed to a housing of the
  • Level measuring devices to a drive device which serves to put the diaphragm into vibration with a drive-side of the drive means, and / or serves to absorb a vibration of the membrane and convert it into an electrical signal.
  • level measuring devices usually see a fastening device for fastening the drive device to the membrane edge or rigidly connected to the membrane edge relative to the
  • FIG. 2 In a manner known per se, that shown in FIG. 2 includes
  • the membrane 28 is surrounded by the rigidly formed membrane edge 29, wherein the membrane 28, however, remains capable of oscillating.
  • the diaphragm 28 has a vibrating body in the form of, for example, a fork 23, which serves as an antenna for transmitting vibrations of the diaphragm 28 in the front environment and at the same time serves as a receiver for vibrations from the front environment for transmission to the diaphragm 28 ,
  • a drive device 22 is arranged, which is tensioned against the diaphragm 28 in order to transmit mechanical vibrations from the drive device 22 to the diaphragm 28 or in the reverse direction.
  • the drive device 22 may be a so-called bimorph drive with one or more piezo bending transducers. Details about the drive can For example, EP 2 031 359 A1.
  • the assembly of the membrane 28, the oscillating body, in particular the fork 23 and the drive device 22 forms a vibration-type sensor 36.
  • the fill level measuring device 21 As is known, not only the fill level but also the viscosity and / or the density of the medium, which is in contact with the oscillating body, can be determined with the above-described fill level measuring device 21.
  • the housing 22 is rod-shaped and extends at least up to a sensor assembly 31 in the container, not shown, or the pipeline.
  • This sensor assembly 31 is located in a tubular channel extending through the housing 22.
  • the channel Within the channel are two sensor elements in the form of electrodes 25 and 26, for example, metal or graphite, arranged to measure the resistance and the reactance of the medium, which is located in the channel 24.
  • electrodes 25 and 26 for example, metal or graphite, arranged to measure the resistance and the reactance of the medium, which is located in the channel 24.
  • the wall of the channel 24 may preferably be made of metallic material or a plastic material. In the case of a metallic material, insulation is provided between the wall of the channel 24 and the respective electrode 25 or 26.
  • Medium temperature can be arranged.
  • the temperature sensor may be arranged in one of the electrodes 25 or 26. This can e.g. take place analogously to the embodiment shown in Fig. 1 a.
  • signal lines 32-34 each go to a measuring transducer 35.
  • this measuring transducer 35 comprises a data memory and a computing unit.
  • a first signal line 32 serves to transmit a measurement signal for determining the viscosity and is assigned to the drive unit.
  • a second signal line 33 serves to transmit a measurement signal for determining the effective resistance and / or the reactance of the medium and is assigned to one or more of the electrodes 25 and / or 26.
  • a third signal line 34 serves to transmit a measurement signal for determining the temperature of the medium and is assigned to the temperature sensor 27.
  • the transmitter 26 or 35 shown in Figures 1 and 2 also has other optional components, e.g. an input unit and / or an output unit, in particular in the form of a display.
  • Transmitter 26 and 35 may provide a set of data relating to temperature and viscosity, and to temperature and impedance or to the effect and temperature
  • the qualitative change relates in particular to dispersions and / or suspensions.
  • a determination of dissolved and undissolved components or components in the dispersion and / or suspension can preferably take place.
  • the measurement of the effective resistance may be in a preferred range of 0.3 to 250 MHz. respectively.
  • the measurement of reactance may be in a preferred range of 0.2 to 80 GHz.
  • the present invention is not limited to those shown in FIG. 1 and / or FIG.
  • Embodiment variants limited, but includes a variety of other variants.
  • the field device according to the invention requires little maintenance and only needs to be calibrated after operation of very long time intervals.

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Abstract

Ein Feldgerät der Prozessmesstechnik umfassend einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp (15, 36) zur Ermittlung einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe eines in einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung befindlichen strömungsfähigen Mediums wobei der Messaufnehmer (15, 36) zudem eine Sensoranordnung (14, 31) mit zumindest zwei Sensorelementen, insbesondere zwei Elektroden (7, 25, 26), aufweist, welche Sensoranordnung (14, 31) in einem ersten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Wirkwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen erfasst und welche in einem zweiten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Blindwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen erfasst.

Description

Feldgerät der Prozessmesstechnik
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Feldgeräte der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp und besonders Coriolis-Durchflussmessgeräte sind seit vielen Jahren bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Messgeräts wird beispielsweise in der EP 1 807 681 A1 beschrieben, wobei auf den Aufbau eines gattungsgemäßen Feldgeräts im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf diese Druckschrift vollumfänglich Bezug genommen wird. Diese Messtechnik und entsprechende Messgeräte wurden seitens der Anmelderin zudem in zahlreichen weiteren Patentanmeldungen umfangreich beschrieben.
Typischerweise weisen Coriolis-Durchflussmessgeräte zumindest ein oder mehrere schwingfähige Rohre auf, welche mittels eines Erregers in Schwingung versetzt werden können. Diese Schwingungen übertragen sich über die Rohrlänge und werden durch die Art des im Rohr befindlichen fließfähigen Mediums und dessen Durchflussgeschwindigkeit variiert. Ein Sensor oder insbesondere zwei voneinander beabstandete Sensoren können an einer anderen Stelle des Rohres die variierten Schwingungen in Form eines Messsignals oder mehrerer Messsignale aufnehmen. Aus dem oder den Messsignalen kann eine
Auswerteeinheit sodann den Durchfluss und/oder die Dichte des Mediums ermitteln
Entsprechende Erreger und/oder Sensoren beruhen zumeist auf einem elektro-dynamischen Prinzip und sind zumeist mehrteilig aufgebaut und umfassen eine magneterzeugende Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes und eine von diesem Magnetfeld durchsetzte Spule.
Diese Spule besteht üblicherweise aus Draht und ist auf einen Spulenkörper, typischerweise einem zylindrischen Spulenkörper, gewickelt. Diese Technologie hat sich grundsätzlich bewährt. Feldgeräte mit Messaufnehmer vom Vibrationstyp können auch als Füllstandsmessgeräte ausgebildet sein. Seit vielen Jahren werden von Endress und Hauser Produkte unter dem Namen„Liquiphant" vertrieben. Typisch für diese Art von Füllstandsmessgeräten ist eine Membran von welcher zwei Gabelarme eines gabelförmigen Elements mit
gegenüberstehenden ebenen Flächen in Richtung des Mediums hervorstehen. Die Membran und damit auch das gabelförmige Element wird über Ultraschallwandler, z.B. einem sogenannten Bimorphantrieb, zum Schwingen angeregt, wobei diese Schwingungen je nach Dichte und/oder Viskosität des Mediums zwischen den Gabelarmen gedämpft wird. Diese Schwingungsdämpfung ist messtechnisch erfassbar und kann zur Ermittlung der Viskosität und/oder der Dichte des Mediums genutzt werden.
Heterogene flüssige Medien, insbesondere Dispersionen und/oder Suspensionen, können über die Ermittlung der Dichte und durch rheologische Messungen charakterisiert werden. Für polare flüssige Medien, insbesondere für wässrige oder alkoholische Systeme, mit Anteilen an ionischen Verbindungen ist diese Charakterisierung jedoch nicht ausreichend. Dabei sollte beachtet werden dass die Zeitstabilität von wässrigen Dispersionen und Suspensionen im hohen Maße abhängig ist von den ionischen Bestandteilen abhängig sind. Für eine
Qualitätsbestimmung sind in diesen Fällen die Messung der Dichte und der rheologischen Eigenschaften ungenügend.
Die DE 10 2013 200 685 A offenbart ein Coriolis-Durchflussmessgerät mit einer Vorrichtung zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit zur Überprüfung eines Befüllungszustandes des Rohres. Allerdings wird hierbei nur der Wirkwiderstand ermittelt. Eine Berücksichtigung der Mediumstemperatur erfolgt bei dieser Leitfähigkeitsmessung ebenfalls nicht und ist auch nicht erforderlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Feldgerät der Prozessmesstechik bereitzustellen, welches es in kompakter Weise ermöglicht sowohl die Dichte oder Viskosität eines Mediums, als auch die Anteile an ionischen Verbindungen zu bestimmen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Feldgerätes mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Prozessmesstechnik umfasst einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp zur Ermittlung einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe eines in einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung befindlichen strömungsfähigen Mediums, wobei der Messaufnehmer
zudem eine Sensoranordnung mit zumindest zwei Sensorelementen aufweist. Dies können vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich zwei Elektroden sein.
Die Sensoranordnung ist eingerichtet um in einem ersten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines Wirkwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen zu erfassen und in einem zweiten Betriebsmodus Messwerte zur Ermittlung eines
Blindwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen zu erfassen. Die Begriffe des Wirk- und Blindwiderstands beziehen sich im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auf elektrische Widerstände.
Die Impedanz eines flüssigen Mediums lässt sich aus dem Wirkwiderstand und dem
Blindwiderstand ermitteln. Dabei ist der Wirkwiderstand abhängig ist von der Frequenz und der lonenkonzentration im flüssigen Medium.
Die ionischen Anteile können integral charakterisiert werden. Die dielektrischen Bestandteile des Mediums, z.B. auch Kolloide oder sedimentierte Feststoffe können durch den
Blindwiderstand berücksichtigt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Feldgerät kann einen Messumformer zur Ermittlung der Viskosität, der Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe aufweist, wobei der Wirkwiderstand und der Blindwiderstand des Mediums und/oder eine Impedanz des Mediums umfassend den Wirk- und den
Blindwiderstand durch diesen Messumformer aus den im ersten und im zweiten Betriebsmodus erfassten Messwerten ermittelt wird. Somit wird beispielsweise nur ein Messumwandler benötigt um sowohl die Dichte als auch die Impedanz des Mediums zu bestimmen, wodurch ein kompaktes Feldgerät realisierbar ist. Der Messumformer, insbesondere eine Recheneinheit des Messumformers kann vorteilhaft derart ausgerüstet sein, dass ein Vergleich des ermittelten Wirk- und Blindwiderstand und/oder der Impedanz des Mediums mit zumindest einem Sollwert unter Berücksichtigung der Mediumstemperatur durchführbar ist. Der Vergleich des Wirk- und des Blindwiderstandes ist dabei mit jeweils zumindest einem Sollwert durchzuführen. Die Mediumstemperatur kann vorteilhaft durch das Feldgerät selbst ermittelt werden oder durch einen mit einem externen Sensor ermittelt und dem Feldgerät zugeführt werden. Der Sollwert kann vorzugsweise auf einem Datenspeicher, welcher Teil des Messumformers ist, hinterlegt sein.
Es ist zudem von Vorteil, wenn Messumformer kann zudem ausgerüstet ist, um einen Vergleich einer ermittelten Viskosität, Dichte und/oder der davon abgeleiteten Größe des Mediums mit einem vorgegebenen Sollwert durchzuführen. Analog kann auch hierzu die Recheneinheit und der Datenspeicher genutzt werden.
Das Feldgerät kann vorteilhaft als Coriolis-Durchfluss- und/oder Coriolis-Dichtemessgerät und/oder als Füllstandsmessgerät, insbesondere mit einem gabelfömigen
mediumsberührenden Element, ausgebildet sein. Dadurch kann eine Ermittlung weiterer nützlicher Messgrößen, wie z.B. des Durchflusses oder der Füllhöhe mit ein und demselben kompakten Messgerät erfolgen. Entsprechende Durchfluss- und Füllstandsmessgeräte sind einem Fachmann für Prozessmesstechnik hinlänglich bekannt.
Um eine Temperaturmessung möglichst nahe am Ort der Messung des Wirk- und
Blindwiderstands zu erreichen kann die Sensoranordnung vorteilhaft einen Temperatursensor zur Ermittlung der Mediumstemperatur aufweisen. Zum Schutz des Temperatursensors vor mechanischen und/oder chemischen Einflüssen kann die Sensoranordung zumindest eine Elektrode aufweisen in welcher der
Temperatursensor angeordnet ist. Die Elektrode kann dabei vorzugsweise als Sensorelement zur Messung des Wirkwiderstands und/oder des Blindwiderstands eingesetzt werden. Der Messaufnehmer kann vorteilhaft eine mediumsberührende metallische Wandung aufweisen. Dies kann z.B. im Fall eines Coriolis-Durchflussmessgeräts ein fluidführender Rohrabschnitt sein oder im Fall eines Füllstandsmessgerätes ein stabförmiges Gehäuse welches den Messaufnehmer mit dem Messumformer verbindet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann sich ein Kanal schräg, insbesondere senkrecht zur Längsachse des stabförmigen Gehäuses durch dieses Gehäuse erstrecken. Die
Sensoranordnung kann vorteilhaft in der Wandung angeordnet sein und durch eine
Isolatierung von dieser Wandung elektrisch isoliert sein. Dadurch wird eine Signalübertragung zwischen den zwei Sensorelemente zur Ermittlung des Wirkwiderstands und/oder des Blindwiderstands durch die metallische Wandung verhindert oder eine Messstörung vermieden.
Die Sensoranordnung kann zumindest zwei Sensorelemente zum Erfassen des Wirk- und des Blindwiderstands aufweisen, vorzugsweise zwei Elektroden, welche vorteilhaft in zumindest dem zweiten Betriebsmodus zur Ermittlung des Blindwiderstandes mit
Wechselstrom betrieben werden, während sie im ersten Betriebsmodus zur Ermittlung des Wirkwiderstandes vorzugsweisemit Gleichstrom betrieben werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht vorteilhaft eine robuste und störungsarme Messung.
Der Messumformer des Feldgeräts ist vorteilhaft eingerichtet ist zur Modulation der Frequenz des Wechselstroms, wobei die Sensoranordnung für jede Frequenz einen Blindwiderstand erfasst. Da der Blindwiderstand frequenzabhängig ist kann durch die Frequenzmodulation ein Spektrum aufgenommen werden, so dass auch schwierig erfassbare Bestandteile einer Dispersion oder Suspension erfassbar und quantifizierbar sind.
Der Messumformer kann, wie zuvor bereits beschrieben, einen Datenspeicher aufweisen. Auf diesem Datenspeicher kann vorteilhaft ein Datensatz von Wirkwiderständen und/oder Blindwiderständen zumindest des einen Mediums oder mehrerer Medien bei
unterschiedlichen Temperaturen vorteilhaft hinterlegt sein.
Die Sensoranordnung kann in vorteilhafter konstruktiv-einfacher Bauweise lediglich drei Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden und einen Temperatursensor, aufweisen, wobei die Sensoranordnung in einem ersten Betriebsmodus den Wirkwiderstand des
Mediums zwischen den zwei Elektroden ermittelt und wobei die Sensoranordnung in einem zweiten Betriebsmodus den Blindwiderstand des Mediums zwischen den Sensorelementen ermittelt. Dabei werden die Betriebsmodi wechselweise, also nicht zeitgleich, betrieben, so dass die Sensoranordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, wenn der zweite
Betriebsmodus nicht erfolgt und umgekehrt.
Alternativ kann die Sensoranordnung zumindest zwei erste Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden, zur Ermittlung des Wirkwiderstands und zumindest zwei zweite
Sensorelemente, insbesondere zwei weitere Elektroden, zur Ermittlung des Blindwiderstands aufweisen, wobei der erste und der zweite Betriebszustand zeitgleich ablaufen. Dies ermöglicht eine Zeitersparnis und kurze Ansprechzeiten.
Der Begriff Elektroden umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur stabförmige Elektroden, sondern kann beispielsweise auch Elektroden mit plattenformigen Teilsegmenten, vorzugsweise analog zu einem Plattenkondensator, umfassen.
Es ist weiterhin vor Vorteil, wenn im Datenspeicher des Messumformers ein Datensatz für den Wirkwiderstand, den Blindwiderstand, die Impedanz, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums für verschiedene binäre Gemische bei unterschiedlichen Konzentrationen der beiden Komponenten hinterlegt ist. Für binäre Gemische bzw. Zweistoffgemische können beispielsweise einzelne der vorgenannten Messgrößen als Konzentrationstabellen auf dem Datenspeicher hinterlegt sein. Jede der vorgenannten Messgrößen ist in der Lage eine Aussage über die vorliegende Konzentration zu liefern. Durch den Vergleich der Konzentrationswerte an den
Sensorelementen zur Bestimmung der Dichte und der Impedanz können die jeweiligen ermittelten Konzentrationsangaben verglichen bzw. validiert werden. Im Falle einer
Abweichung von einem Sollwert kann auf Abweichungen im Prozess oder im Messsystem geschlossen werden. Ein Beispiel hierfür wäre die Konzentrationsmessung in Clean in Place (CIP) Prozessen. In den Vorlagebehältern für Lauge und Säure müssen die Konzentrationen ermittelt werden. Im Falle einer zu geringen Konzentration muss aufkonzentiert werden. Die sichere
Konzentrationsermittlung und das Prüfen auf Verunreinigungen (z.B. auch ob Säure in den Laugentank gedrungen ist) kann durch ein Füllstandsmessgerät in einer vorgenannten erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgen. Dadurch wird ein sicherer Ausschluss des CIP- Mediums aus dem Produktionsprozess erreicht, was beispielsweise bei der
Nahrungsmittelsicherheit relevant ist.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren kann das erfindungsgemäße Feldgerät zur
Bestimmung von gelösten und nicht gelösten Anteilen einer Suspension oder Dispersion eingesetzt werden und entsprechend in den vorgenannten Betriebsmodi betrieben werden.
Zu den nicht-gelösten Anteilen eines Gemisches gehören insbesondere auch eine oder mehrere Phasen eines Mehrphasengemisches, welche durch das Feldgerät detektierbar sind. Dies umfasst beispielsweise auch Öltröpfchen in Wasser.
Die Ermittlung der beiden Widerstände oder der Impedanz kann zusätzlich auch zur
Überwachung der Einhaltung der Betriebsparameter eines nach Gerätespezifikation definierten Zustands genutzt werden. Dies kann beispielsweise auch die Überschreitung einer zulässigen Mediumstemperatur umfassen.
Zusätzlich kann die Sensoranordnung in einer weiteren Ausführungsvariante einen pH- Sensor aufweisen zur Ermittlung des pH-Wertes des Mediums. Derartige Anwendungen sind insbesondere in der Lebensmittelindustrie notwendig und können in kompakter Art und Weise in das Feldgerät integriert werden, allerdings erhöht die Implementierung eines pH-Sensors jedoch den Wertungsaufwand des Feldgerätes. Insgesamt empfiehlt sich eine vorteilhafte Anordnung des pH-Sensors und des Temperatursensors in einer Sensoranordnung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
eine schematische teilgeschnittene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Feldgeräts in der Ausgestaltung eines Coriolis-Durchflussmessgerätes; Fig. 1 a Teilausschnitt einer Elektrode zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit eines Mediums mit integriertem Temperatursensor; und
Fig. 2 schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts in der
Ausgestaltung eines Füllstandsmessgerätes.
Das Messprinzip eines Coriolis-Durchflussmessgerätes wird nachfolgend anhand eines Zweirohr-Coriolisdurchflussmessgerätes kurz erörtert. Es sind jedoch z.B. auch Einrohr- oder 4-Rohr-Coriolisdurchflussmessgeräte bekannt, welche ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasst sind. Zudem sind Coriolis-Dichtemessgeräte bekannt, welche lediglich die
Viskosität und/oder die Dichte eines Mediums, allerdings nicht den Durchfluss bestimmen. Diese Geräte sind beispielsweise auf Basis eines MEMS-Chips fertigbar und können beispielsweise als Bypass zu einer Rohrleitung vorgesehen sein. Das Messprinzip basiert auf der kontrollierten Erzeugung von Corioliskräften. Diese Kräfte treten in einem System immer dann auf, wenn sich gleichzeitig translatorische (geradlinige) und rotatorische (drehende) Bewegungen überlagern. Die Größe der Corioliskraft hängt von der bewegten Masse, deren Geschwindigkeit im System und somit vom Massefluss ab. Anstelle einer konstanten Drehgeschwindigkeit tritt beim Messaufnehmer eine Oszillation auf.
Beim Messaufnehmer werden dabei zwei vom Messstoff durchströmte, parallele Messrohre in Gegenphase zur Schwingung gebracht und bilden eine Art Stimmgabel. Die an den
Messrohren erzeugten Corioliskräfte bewirken eine Phasenverschiebung der
Rohrschwingung. Bei Nulldurchfluss, also bei Stillstand des Messstoffs, schwingen beide Rohre in Phase. Bei Massefluss wird die Rohrschwingung einlaufseitig verzögert und auslaufseitig beschleunigt.
Je größer der Massefluss ist, desto größer ist auch die Phasendifferenz der beiden schwingenden Messrohre. Mittels elektrodynamischer Sensoren wird die Rohrschwingung ein- und auslaufseitig abgegriffen. Die Systembalance wird durch die gegenseitigen
Schwingungen der beiden Messrohre erreicht. Das Messprinzip arbeitet grundsätzlich unabhängig von Temperatur, Druck, Viskosität, Leitfähigkeit und Durchflussprofil.
Zusätzlich zum Massendurchfluss ist auch eine Dichtemessung des Mediums möglich. Dabei wird das Messrohr in seiner Resonanzfrequenz angeregt. Sobald sich die Masse und somit die Dichte des schwingenden Systems, also des Messrohrs und des Messstoffes sich ändert, so wird die Erregerfrequenz nachgeregelt. Die Resonanzfrequenz ist somit eine Funktion der Messstoffdichte. Aufgrund dieser Abhängigkeit lässt sich z.B. mittels eines Mikroprozessors, ein Dichtesignal gewinnen. Durch den Massed urchfluss und der Dichte lässt sich zudem ein Volumendurchfluss ermitteln. Zur rechnerischen Kompensation von Temperatureffekten kann die Temperatur am Messrohr erfasst werden. Dieses Signal entspricht der Prozesstemperatur und steht auch als
Ausgangssignal zur Verfügung. Ein erfindungsgemäßes Messgerät ist exemplarisch in Fig. 1 als ein Coriolismessgerät 1 dargestellt. Das in Fig. 1 dargestellte Messgerät ist als Zweirohr-Variante dargestellt. Dabei wird ein Medium durch zwei parallel zueinander verlaufenden Rohre 2 geleitet, welche in einem Messaufnehmergehäuse 5 angeordnet sind. Das Messaufnehmergehäuse 5 hat einen länglichen Aufbau und weist an jeweils zwei endständigen Positionen Flansche zum
Anschluss an eine Prozessleitung auf. Zudem weist das Messgerät vorzugsweise einen
Messumformer 4 bzw. einen Transmitter auf, in welchem eine Auswerteeinheit angeordnet ist.
Aus der vorgenannten Schilderung des Messprinzips ergibt sich, dass ein mit einem Medium durchflossenes Rohr 2 zunächst durch einen Erreger 3.11 in Schwingungen versetzt werden muss. Und schließlich wird die Schwingungsfrequenz und/oder die Schwingungsamplitude eines Rohres 2 durch Sensoren 3.1 und 3. III detektiert.
In Fig. 1 sind der Erreger 3. II und die Sensoren 3.I und 3. III baugleich als eine
Sensor/Erreger-Einheit ausgebildet und in einem Vergrößerungsausschnitt dargestellt.
Die Rohre 2 weisen jeweils eine Biegung auf, wobei der Erreger 3. II in der Mitte der Biegung, bezogen auf die Längsrichtung der Rohre, angeordnet ist und je einer erster Sensor 3.I zur Detektion der Schwingungen des Rohres 2 in einer Strömungsrichtung R vor und ein zweiter Sensor 3. III zur Detektion der Schwingungen des Rohres 2 in einer Strömungsrichtung R hinter dem Erreger 3. II angeordnet ist. Diese Entfernung beider Sensoren 3.I und 3. III zum Erreger 3. II ist vorzugsweise gleich groß. Es sind allerdings auch Coriolismessgeräte bekannt, welche als Rohre ohne eine entsprechende Biegung ausgebildet sind. Der Erreger und/oder der Empfänger können beispielsweise nach dem magnetisch-induktiven
Prinzip arbeiten und eine Relativbewegung der beiden Rohre 2 zueinander oder die
Relativbewegung eines jeweiligen Rohres im Messaufnehmergehäuse 5 ermitteln oder die Messrohre in Bewegung versetzen.
Das Coriolis-Durchflussmessgerät kann sodann mittels eines Flansches 10 an eine nicht näher dargestellte Prozessleitung angeschlossen werden.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, weist das Coriolis-Duchflussmessgerät einen rohrförmigen Einlaufbereich 9 auf, in welchem eine Strömungsteilung des Mediums in die zwei Rohre 2 erfolgt. Der Einlaufbereich kann aus Metall gefertigt sein und ist in einer Strömungsrichtung R an den einlaufseitigen Enden der Rohre 2 angeordnet. Die Gesamtheit der Rohre 2, des Einaufbereichs 9, des Auslaufbereichs, sowie die Sensoren 3.1 und 3. III als auch die Erreger 3.11 bilden den Messaufnehmer vom Vibrationstyp 15 des Coriolis-Durchflussmessgerätes. In diesem Einlaufbereich 9 sind zwei Sensorelemente in Form von zwei Elektroden 7 angeordnet, mit welchen eine Messung hinsichtlich eines Wirkwiderstands und eines
Blindwiderstands des Mediums erfolgen kann, welches sich zwischen den beiden
Sensorelementen befindet. Alternativ kann die Anordnung der Elektroden auch in einem Auslaufbereich angeordnet sein.
In Fig. 1 sind die Elektroden 7 zueinander diametral gegenüberstehend am Rohrumfang des Einlaufbereichs 9 angeordnet. Es ist allerdings auch möglich die Elektroden mit geringen Abstand nebeneinander zu positionieren, beispielsweise mit zueinander parallel verlaufenden Elektrodenachsen.
Der Wirkwiderstand des Mediums kann bekanntlich durch die Formel ^= ~j~ ermittelt werden, wobei U die Spannung zwischen den Elektroden ist und I die Stromstärke zwischen den Elektroden ist. Der Blindwiderstand kann durch die Formel Xc-
2π* f * C
, wobei f die Frequenz eines Wechselstroms ist und C die Kapazität des Kondensators, also die Kapazität zwischen den beiden Elektroden ist.
Die Elektroden sind aus einem leitfähigen Material, z.B. einem Metall oder Graphit gefertigt. Sie können durch eine elektrische Isolierung 1 1 , z.B. eine Kunststoffhülse, in die Wandung des rohrförmigen Einlaufbereichs 9 eingebracht sein. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest der Einlaufbereich zumindest bereichsweise mit einer elektrisch-isolierenden Auskleidung versehen.
Alternativ zu der Variante mit den zwei Elektroden kann auch nur eine Elektrode vorgesehen sein, die in Verbindung mit einer zwischen dem Flansch 10 und der Prozessleitung angeordneten Ringelektrode eine Messung des Wirk- und des Blindwiderstands des Mediums erlaubt
Die an den Elektroden 7 ermittelte Impedanz des Mediums als Summe aus dem
Wirkwiderstand und dem Blindwiderstand des Mediums wird durch eine Mess- und
Auswerteeinheit übermittelt. In den Elektroden oder außerhalb der Elektroden ist zudem ein Temperatursensor zur Ermittlung der Mediumstemperatur angeordnet. Die Elektrode 7 kann dabei als ein Elektrodenbecher 7a ausgebildet sein, wie in der Detaildarstellung 1 a dargestellt ist. Darin angeordnet ist der Temperatursensor 12. Die Gesamtheit der beiden Elektroden 7 und des Temperatursensors 12 bilden eine
Sensoranordung 14.
Von den Erregern und Sensoren 3.I bis 3. III gehen Signalleitungen zu einem Messumformer 6 ab. Dieser Messumformer verfügt über einen nicht näher dargestellten Datenspeicher und eine Recheneinheit.
Von den Elektroden 7 zur Bestimmung des Wirk- und des Blindwiderstands des Mediums gehen zudem eine oder mehrere Signalleitungen 8 zum Messumformer 6 ab.
Von dem Temperatursensor 12 geht zudem eine Signalleitung 13 zum Messumformer 6 ab.
Die Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Füllstandsmessvorrichtung 21 zum Bestimmen und/oder Überwachen eines Füllstandes in insbesondere einem Behälter oder zumindest einzelne Komponenten einer solchen Füilstandsmessvorrichtung.
Füllstandsmessvorrichtungen zum Bestimmen und/oder Überwachen eines Füllstandes in einer Rohrleitung oder einem Behälter sind in verschiedenster Ausgestaltung bekannt.
Insbesondere gibt es Füllstandsmessvorrichtungen mit einer in Schwingungen versetzbaren Membran, welche in einem starren Membranrand angeordnet ist. Der Membranrand kann dabei auch Bestandteil eines Gehäuses sein oder fest mit einem Gehäuse der
Füllstandsmessvorrichtung verbunden sein. Üblicherweise weisen solche
Füllstandsmessvorrichtungen eine Antriebseinrichtung auf, welche dazu dient, mit einer Antriebsstimseite der Antriebseinrichtung die Membran in eine Schwingung zu versetzen, und/oder dazu dient, eine Schwingung der Membran aufzunehmen und in ein elektrisches Signal umzusetzen. Um dies zu ermöglichen, sehen derartige Füllstandsmessvorrichtungen üblicherweise eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Antriebseinrichtung an dem Membranrand bzw. mit starrer Verbindung zu dem Membranrand relativ zu dem
Membranrand am Gehäuse vor.
In für sich bekannter Art und Weise umfasst die in Fig. 2 dargestellte
Füllstandsmessvorrichtung 21 aus einer Membran 28, welche mit ihrem Membranrand 29 in einem Gehäuse 30 festleg bar ist. Die Membran 28 ist dabei von dem starr ausgebildeten Membranrand 29 umgeben, wobei die Membran 28 jedoch schwingfähig bleibt. In vorderseitiger Richtung weist die Membran 28 einen Schwingkörper in Form beispielsweise einer Gabel 23 auf, welche als Antenne zum Absenden von Schwingungen der Membran 28 in die vorderseitige Umgebung dient und zugleich auch als Empfänger für Schwingungen aus der vorderseitigen Umgebung zur Übertragung auf die Membran 28 dient. In rückseitiger Richtung der Membran 28 ist eine Antriebseinrichtung 22 angeordnet, welche gegen die Membran 28 gespannt ist, um mechanische Schwingungen von der Antriebseinrichtung 22 auf die Membran 28 bzw. in umgekehrter Richtung zu übertragen.
Bei der Antriebseinrichtung 22 kann es sich um einen sogenannten Bimorph- Antrieb mit einem oder mehreren Piezo-Biegewandler handeln. Details zu dem Antrieb können beispielsweise der EP 2 031 359 A1 übernommen werden.
Dabei bildet die Gesamtheit aus der Membran 28, dem Schwingkörper, insbesondere der Gabel 23 und der Antriebseinrichtung 22 einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp 36.
Bekannterweise können mit der vorbeschriebenen Füllstandsmessvorrichtung 21 nicht nur der Füllstand, sondern auch die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums bestimmt werden, welches mit dem Schwingkörper in Kontakt ist.
Das Gehäuse 22 ist stabförmig ausgebildet und erstreckt sich zumindest bis zu einer Sensoranordnung 31 in das nicht näher dargestellte Behältnis oder die Rohrleitung. Diese Sensoranordnung 31 befindet sich in einem durch das Gehäuse 22 erstreckenden rohrförmigen Kanal.
Innerhalb des Kanals sind zwei Sensorelemente in Form von Elektroden 25 und 26, beispielsweise ais Metall oder Graphit, angeordnet zur Messung des Wirkwiderstands und des Blindwiderstands des Mediums, welches sich im Kanal 24 befindet.
Die Wandung des Kanals 24 kann vorzugsweise aus metallischem Material oder einem Kunststoffmaterial besteht. Im Fall eines metallischen Materials ist eine Isolierung zwischen der Wandung des Kanals 24 und der jeweiligen Elektrode 25 oder 26 vorgesehen.
Zusätzlich kann im Kanal 24 auch ein Temperatursensor 27 zur Ermittlung der
Mediumstemperatur angeordnet sein. Alternativ kann in einer der Elektrode 25 oder 26 der Temperatursensor angeordnet sein. Dies kann z.B. analog zu der in Fig. 1 a dargestellten Ausführungsvariante erfolgen.
Von der Antriebseinrichtung 22 und der Sensoranordnung 31 gehen jeweils Signalleitungen 32-34 zu einem Messumformer 35 ab. Dieser Messumformer 35 umfasst analog zum Messumformer der Fig. 1 eine Datenspeicher und eine Recheneinheit auf. Dabei dient eine erste Signalleitung 32 der Übertragung eines Messsignals zur Ermittlung der Viskosität und ist der Antriebseinheit zugeordnet. Eine zweite Signalleitung 33 dient der Übertragung eines Messsignals zur Ermittlung des Wirkwiderstands und/oder des Blindwiderstands des Mediums und ist einer oder mehrerer der Elektroden 25 und/oder 26 zugeordnet. Eine dritte Signalleitung 34 dient der Übertragung eines Messsignals zur Ermittlung der Temperatur des Mediums und ist dem Temperatursensor 27 zugeordnet.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Messumformer 26 oder 35 weist zudem weitere optionale Bauteile auf, z.B. eine Eingabeeinheit und/oder eine Ausgabeeinheit, insbesondere in Form eines Displays.
Der Messumformer 26 und 35 kann einen Datensatz bezüglich der Temperatur und der Viskosität und bezüglich der Temperatur und der Impedanz oder des Wirk- und des
Blindwiderstands des Mediums oder mehrerer Medien aufweisen. Sie kann sodann Qualitätsüberprüfung des Mediums durch Vergleich eines Sollwertes für die Viskosität des Mediums und die elektrische Leitfähigkeit des Mediums oder eine Größe in der die beiden vorgenannten Größen eingehen bei einer vorgegebenen Temperatur erfolgen. Die ermittelten Werte oder der Sollwert sowohl für die Viskosität und/oder Dichte als auch für die Impedanz und/oder den Wirkwiderstand und den Blindwiderstand können sodann mittels der aktuellen Mediumstemperatur aneinander angepasst und miteinander verglichen werden. Bei größeren Abweichungen kann eine Ausgabe hinsichtlich einer qualitativen Änderung des Mediums ausgegeben werden.
Die qualitative Änderung betrifft insbesondere eine Dispersionen und/oder Suspensionen. Hierbei kann bevorzugt eine Bestimmung von gelösten und nicht gelösten Anteilen bzw. Komponenten in der Dispersion und/oder Suspension erfolgen. Die Messung des Wirkwiderstands kann in einem bevorzugten Bereich von 0,3 bis 250 MHz. erfolgen.
Die Messung des Blindwiderstands kann in einem bevorzugten Bereich von 0,2 bis 80 GHz erfolgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in Fig. 1 und/oder Fig. 2 dargestellten
Ausführungsvarianten beschränkt, sondern umfasst eine Vielzahl weitere Varianten.
Das erfindungsgemäße Feldgerät ist wartungsarm und braucht erst nach einem Betrieb von sehr langen Zeitabständen kalibriert zu werden.
Bezugszeichen
1 Coriolismessgerät
2 Rohr
3.I Sensor
3. II Erreger
3. III Sensor
5 Gehäuse
6 Messumformer
7 Elektroden zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit 7a Sensorbecher
8 Signalleitung
9 Einlaufbereich
10 Flansch
1 1 Isolierung
12 Temperatursensor
13 Signalleitung
14 Sensoranordnung
15 Messaufnehmer vom Vibrationstyp
Strömungsrichtung
21 Füllstandsmessgerät
22 Antriebseinrichtung
23 Gabel
24 Kanal
25, 26 Elektrode
27 Temperatursensor
28 Membran
29 Membranrand
30 Gehäuse
31 Sensoranordnung
32 Signalleitung
33 Signalleitung
34 Signalleitung
35 Messumformer
36 Messaufnehmer vom Vibrationstyp

Claims

Patentansprüche
Feldgerät der Prozessmesstechnik umfassend einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp (15, 36) zur Ermittlung einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe eines in einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung befindlichen
strömungsfähigen Mediums
dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (15, 36) zudem eine
Sensoranordnung (14, 31 ) mit zumindest zwei Sensorelementen, insbesondere zwei Elektroden (7, 25, 26), aufweist, welche Sensoranordnung (14, 31 ) eingerichtet ist zum Erfassen von Messwerten zur Ermittlung eines Wirkwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen in einem ersten Betriebsmodus und welche eingerichtet ist zum Erfassen von Messwerten zur Ermittlung eines Blindwiderstands des Mediums zwischen den zwei Sensorelementen in einem zweiten Betriebsmodus.
Feldgerät der Prozessmesstechnik nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät einen Messumformer (6, 35) zur Ermittlung der Viskosität, der Dichte und/oder einer davon ableitbaren Größe aufweist, wobei der Wirkwiderstand und der Blindwiderstand des Mediums und/oder eine Impedanz des Mediums umfassend den Wirkwiderstand und den Blindwiderstand durch diesen Messumformer (6, 35) aus den im ersten und im zweiten Betriebsmodus erfassten Messwerten ermittelbar ist.
Feldgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messumformer (6, 35) ausgerüstet ist um einen Vergleich des ermittelten Wirkwiderstands und Blindwiderstands und/oder der Impedanz des Mediums mit zumindest einem Sollwert unter
Berücksichtigung der Mediumstemperatur durchzuführen.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät als Coriolis-Durchfluss- und/oder Coriolis-Dichtemessgerät (1 ) und/oder als Füllstandsmessgerät (21 ), insbesondere mit einem gabelfömigen mediumsberührenden Element (23), ausgebildet ist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14, 31 ) einen Temperatursensor (12, 27) zur Ermittlung der Mediumstemperatur aufweist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordung (14) zumindest eine Elektrode (7a) aufweist, in welcher der Temperatursensor (12) angeordnet ist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14, 31 ), bzw. die zumindest zwei Sensorelemente zum Erfassen des Wirkwiderstands und des Blindwiderstands des Mediums zwischen den
Sensorelementen, in zumindest dem zweiten Betriebsmodus mit Wechselstrom und im ersten Betriebsmodus mit Gleichstrom betrieben wird.
8. Feldgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messumformer (6, 35) eingerichtet ist zur Modulation der Frequenz des Wechselstroms, wobei die
Sensoranordnung (14, 31 ) für jede Frequenz einen Blindwiderstand erfasst.
9. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messumformer (6, 35) einen Datenspeicher aufweist, auf welchem ein Datensatz von Wirkwiderständen und/oder
Scheinwiderständen zumindest des einen Mediums bei unterschiedlichen Temperaturen hinterlegt ist.
10. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14, 31 ) lediglich drei Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden (7, 25, 26) und einen Temperatursensor (12, 27), aufweist, wobei die
Sensoranordnung (14, 31 ) in einem ersten Betriebsmodus den Wirkwiderstand des Mediums zwischen den zwei Elektroden (7, 25, 26) ermittelt und wobei die
Sensoranordnung (14, 31 ) in einem zweiten Betriebsmodus den Blindwiderstand des Mediums zwischen den zwei Elektroden (7, 25, 26) ermittelt, wobei der erste und der zweite Betriebsmodus jeweils dann betrieben werden, wenn sich die Sensoranordnung nicht im jeweils anderen Betriebsmodus befindet.
1 1. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14, 31 ) zumindest zwei erste Sensorelemente, insbesondere zwei Elektroden, zur Ermittlung des Wirkwiderstands und zumindest zwei zweite
Sensorelemente, insbesondere zwei weitere Elektroden, zur Ermittlung des
Blindwiderstands aufweist, wobei der erste und der zweite Betriebszustand zeitgleich ablaufen.
12. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Datenspeicher des Messumformers (6, 35) ein Datensatz für den Wirkwiderstand, den Blindwiderstand, die Impedanz, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums für verschiedene binäre Gemische bei unterschiedlichen Konzentrationen der beiden Komponenten hinterlegt ist.
13. Verfahren zur Bestimmung von gelösten und nicht gelösten Anteilen einer Suspension oder Dispersion durch ein Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verwendung eines Feldgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur
Erkennung von mehrphasigen Gemischen, insb. von Zweiphasengemischen.
15. Verwendung eines Feldgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur
Überwachung der Einhaltung der Betriebsparameter eines nach Gerätespezifikation definierten Zustands.
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