WO2023099275A1 - Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung - Google Patents

Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2023099275A1
WO2023099275A1 PCT/EP2022/082696 EP2022082696W WO2023099275A1 WO 2023099275 A1 WO2023099275 A1 WO 2023099275A1 EP 2022082696 W EP2022082696 W EP 2022082696W WO 2023099275 A1 WO2023099275 A1 WO 2023099275A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
voltage
interval
time
hold
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082696
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florent Tschambser
Tulio PAIVA GALVAO
Andrew Burg
Anacelia Weiss
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2023099275A1 publication Critical patent/WO2023099275A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/60—Circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a magnetic-inductive flow measuring device, in particular a magnetic-inductive flow measuring device and/or a magnetic-inductive flow measuring probe.
  • Electromagnetic flow measuring devices are used to determine the flow rate and the volume flow of a flowing medium in a pipeline.
  • a magneto-inductive flowmeter has a device for generating a magnetic field, which generates a magnetic field perpendicular to the flow direction of the flowing medium. Single coils are usually used for this.
  • additional pole shoes are formed and attached in such a way that the magnetic field lines run essentially perpendicular to the transverse axis or parallel to the vertical axis of the measuring tube over the entire tube cross-section.
  • a magneto-inductive flowmeter has a measuring tube on which the device for generating the magnetic field is arranged.
  • a pair of measuring electrodes attached to the lateral surface of the measuring tube picks up an electrical measuring voltage or potential difference perpendicular to the direction of flow and to the magnetic field, which arises when a conductive medium flows in the direction of flow with an applied magnetic field. Since the measured voltage depends on the speed of the flowing medium according to Faraday's law of induction, the flow rate and - with the addition of a known pipe cross-section - the volume flow can be determined from the induced measuring voltage.
  • magnetic-inductive flowmeter probes In contrast to a magnetic-inductive flowmeter, which includes a measuring tube for guiding the medium with an attached device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube and measuring electrodes, magnetic-inductive flowmeter probes with their usually circular-cylindrical housing are inserted into a lateral opening of a pipeline and fixed in a fluid-tight manner . A special measuring tube is no longer necessary.
  • the measuring electrode arrangement and coil arrangement on the outer surface of the measuring tube mentioned at the beginning is omitted and is replaced by a device for generating a magnetic field, which is arranged inside the housing and in the immediate vicinity of the measuring electrodes, which is designed in such a way that an axis of symmetry of the magnetic field lines of the generated magnetic field corresponds to the Front surface or the surface between the measuring electrodes intersects perpendicularly.
  • a device for generating a magnetic field which is arranged inside the housing and in the immediate vicinity of the measuring electrodes, which is designed in such a way that an axis of symmetry of the magnetic field lines of the generated magnetic field corresponds to the Front surface or the surface between the measuring electrodes intersects perpendicularly.
  • Magnetic-inductive flow meters are widely used in process and automation technology for fluids with an electrical conductivity of around 5 pS/cm.
  • Corresponding flow measuring devices are sold by the applicant in a wide variety of embodiments for different areas of application, for example under the name PROMAG or MAGPH
  • WO 2014/001026 A1 teaches a controller in which a voltage signal applied to the coil arrangement is regulated in such a way that a coil current flowing through the coil arrangement reaches and maintains a coil current setpoint in a specified measurement phase. The coil current flowing through the coil arrangement generates a magnetic field with a magnetic induction that is dependent on the coil current.
  • DE 10 2015 116 771 B4 also discloses a method for setting a constant magnetic field strength of a magnetic field in a magneto-inductive flow meter.
  • a constant setpoint current is specified for a current controller.
  • the object of the invention is to provide a magneto-inductive flow measuring device with a more robust magnetic field.
  • the object is achieved by the magnetic-inductive flow measuring device according to claim 1, the method according to claim 18 and the uses according to claims 30 to 34.
  • the magnetic-inductive flow measuring device according to the invention for determining a flow rate-dependent measured variable of a flowable medium comprises:
  • a device for generating a magnetic field in particular comprising a coil arrangement
  • a device for tapping a measuring voltage induced in the flowable medium in particular comprising at least two measuring electrodes, preferably arranged diametrically;
  • an operating circuit which is set up to feed electrical power into the device for generating the magnetic field by means of an electrical operating signal having a variable (coil) voltage and a variable (coil) current, the operating signal having a voltage curve which varies over time which is divided into time intervals, the time intervals each having a first time sub-interval in which the (coil) voltage assumes an, in particular constant, first (coil) voltage over the, in particular entire, first time sub-interval; and
  • a regulator circuit in particular with a microprocessor, wherein the regulator circuit is set up to regulate at least the first (coil) voltage in such a way that a deviation of a control function from a predetermined control setpoint, in particular a variable that is proportional to a magnetic flux, is minimal .
  • the method according to the invention for operating a magneto-inductive flow measuring device for determining a flow rate-dependent measured variable of a flowable medium comprising the method steps:
  • an operating signal having a variable (coil) voltage and a variable (coil) current to the device for generating the magnetic field to feed electrical power into the device for generating the magnetic field, wherein the operating signal has a voltage curve that changes over time, which is divided into time intervals, the time intervals each having a first time sub-interval in which a first (coil) voltage that is constant over the, in particular entire, first time sub-interval is applied to the device is applied to generate the magnetic field;
  • Magneto-inductive flow measuring devices with such a controller circuit have a higher insensitivity to external interference fields.
  • the controller circuit according to the invention is particularly advantageous when used in magneto-inductive flow measuring devices supplied via an electrochemical storage device. As a rule, these are operated with a significantly lower current or a significantly lower (coil) voltage than conventional magnetic-inductive flow measuring devices supplied via a mains power supply. This means that the field-carrying components do not go into magnetic saturation during use.
  • Electromagnetic flow measuring devices with the controller circuit according to the invention also have a significantly lower temperature coefficient of the magnetic field, with the temperature coefficient describing the deviation of the magnetic field per temperature change.
  • the control setpoint determined and provided at the factory or during commissioning can be determined in an adjustment process or by a computer simulation.
  • the control setpoint also includes a quantity that is proportional to the magnetic flux. This means that the setpoint includes the unit of the magnetic flux.
  • the magnetic flux of a coil arrangement depends on the one hand on the self-induction L of the coil and a quadratic contribution of the current (coil) current flowing through the coil arrangement, and on the other hand on the magnetic flux generated by eddy currents occurring in the metallic carrier tube and the housing becomes. If an external magnet is attached to the magneto-inductive flow measuring device or brought close to it, this also contributes to the magnetic flux in the measuring tube.
  • time intervals each have a second time sub-interval in which a particularly constant second (coil) voltage is applied to the device for generating the magnetic field over the entire second time sub-interval, the second (coil) voltage being greater than the first (coil) voltage, the duration of the second sub-time interval and the first (coil) voltage each being a variable and controllable variable, the control function being a product of the duration of the second sub-time interval and one of the first (coils -)Voltage dependent function depends.
  • An advantage of the configuration is that the measurement intervals in which the coil current has settled and assumes a coil current value that essentially no longer changes over time begin significantly earlier as a result.
  • One embodiment provides that an absolute value of a quotient of the first (coil) voltage and the second (coil) voltage is constant over the voltage profile, with the function dependent on the first (coil) voltage being inversely proportional to the duration of the second time sub-interval is.
  • the advantage of the configuration is that a regulation is thus implemented which ensures a robust magnetic field and at the same time reacts very quickly to the influences of external magnetic fields.
  • One embodiment provides that an absolute value of the second (coil) voltage is constant over the time intervals.
  • the (coil) coil current assumes a maximum coil current value in each of the time intervals, in particular in the first time sub-interval, the condition being met that a coil current value determined from a quotient of the maximum coil current value and a coil current value determined during the first time sub-interval exceeds the operating signal is constant.
  • Determination of the product of the duration of the second time sub-interval and that of the first (coil) voltage-dependent function can be achieved as an operating signal parameter.
  • a magnetic inductive flow measuring devices with particularly high insensitivity and fast response time can be achieved.
  • continuous monitoring of the apparent self-induction of the magneto-inductive flow measuring device is not necessary. It has been found that due to the configuration according to the invention, in which the function dependent on the product of the duration of the second partial time interval and the first (coil) voltage is kept constant, the function dependent on the self-induction value of the apparent self-induction and the coil current value of the (coils -) Current or its product-dependent function remains constant. Since the quotient of the first (coil) voltage and the second (coil) voltage is constant, the function dependent on the first (coil) voltage can be equated with a function dependent on the second (coil) voltage.
  • the controller circuit is set up to regulate the duration of the second time sub-interval in such a way that at a specified point in time - for example the start of the measurement interval in which the induced measurement voltage is determined - or in a period of time, the deviation of a test variable from a test setpoint is minimal.
  • the test variable can be a measured value of the (coil) current, a sum or an integral over a course of the (coil) current or a function dependent on the coil current.
  • the test setpoint can vary for the different time sub-intervals.
  • the controller circuit can be designed and set up to regulate the duration of the second time sub-interval in such a way that the duration of a transient of the (coil) current after the start of the first time sub-interval is minimal.
  • One embodiment provides that the (coil) current assumes a maximum coil current value in the time intervals, particularly in the first partial time interval, with the function dependent on the first (coil) voltage also depending on the maximum coil current value.
  • One embodiment provides that the function dependent on the first (coil) voltage also depends on In (_(U shot +U hold )/(U shot -U hold ) ⁇ ), in particular is proportional to dauz.
  • the second (coil) voltage can be chosen to be constant or with a constant ratio to the first (coil) voltage. According to a preferred embodiment, however, the second (coil) voltage is a controllable variable. So can the second (Coil) voltage can be regulated in such a way that the duration of the second time interval is as small as possible, ie the duration until the magnetic field assumes a steady state is as small as possible.
  • control function depends on a product of the duration of a rise time sub-interval and a function dependent on the first (coil) voltage, with an absolute value of the (coil) current within the rise time sub-interval from a first coil current setpoint value a second coil current setpoint increases.
  • the (coil) current assumes a maximum coil current value in each of the time intervals, particularly in the first time sub-interval, with the control function being dependent on a product of the duration of a third time sub-interval and a voltage dependent on the first (coil) voltage Function depends, wherein the third time sub-interval is limited by a start of the second time sub-interval and a point in time at which the (coil) current assumes the maximum coil current value.
  • One embodiment provides that a sign of the voltage curve alternates in successive time intervals.
  • time intervals with a positive sign in the voltage curve have a first control setpoint and time intervals with a negative sign have a second control setpoint, the first control setpoint differing from the second control setpoint.
  • control function depends on a product of a coil current value of the (coil) current during the measurement interval and an apparent self-inductance.
  • the apparent self-inductance of the magnetic-inductive flow measuring device can be, for example, from the slope of the (coil) current around the
  • the apparent self-inductance can be determined in a period in which the coil current overshoots due to the switching or the change in the coil voltage and then decreases. During the overshoot, the change in the eddy currents over time is small.
  • the apparent also determine the self-inductance as a function of the time profile of the (coil) current and the coil voltage.
  • a measuring circuit can be provided for determining the apparent self-inductance.
  • the apparent self-inductance is made up of the self-inductance of the device for generating the magnetic field, the influence of eddy currents in the metallic measuring tube and metallic housing - if present - and the influence of external magnetic fields.
  • the magnetic-inductive flow measuring device is designed as a magnetic-inductive flow measuring device, comprising a measuring tube for guiding the flowable medium.
  • the magnetic-inductive flow-measuring device is designed as a magnetic-inductive flow-measuring probe for insertion into a lateral opening of a pipeline, comprising a housing to which the medium is to be applied.
  • the coil current is less than or equal to 750 mA, in particular less than or equal to 350 mA and preferably less than or equal to 30 mA.
  • One embodiment provides that the operating circuit is powered by a galvanic cell, in particular by a battery.
  • the magneto-inductive flow measuring device has a housing which has a plastic or aluminum casing or is formed exclusively by a plastic housing body.
  • magneto-inductive flow measuring device takes place in applications in which the magneto-inductive flow meter is exposed to a magnetic field of greater than or equal to 0.3 G, in particular between 1.25 and 90 G, in particular for process monitoring of a melting furnace or a desalination plant.
  • the magneto-inductive flow measuring device or the plurality of magneto-inductive Flow measuring devices each have no shielding plate inside a housing and/or are arranged without shielding to an external magnetic field generating device.
  • One embodiment provides that 1 ⁇ t hold ⁇ 2000 ms, in particular 5 ⁇ thoid 1000 ms.
  • One embodiment provides that 0.1 ⁇ t shot ⁇ 500 ms, in particular 0.1 ⁇ t hold ⁇ 300 ms.
  • One embodiment provides that 1 ⁇ U shot ⁇ 230 V, in particular 3.6 ⁇ U shot ⁇ 60 V.
  • One embodiment provides that 0.1 ⁇ U hold ⁇ 23 V, in particular 0.5 ⁇ U hold ⁇ 20.
  • One embodiment provides that 5 ⁇ I ⁇ 2000 mA, in particular 10 ⁇ I ⁇ 500 mA.
  • control setpoint assumes a value between 0.01 and 10 Wb.
  • One embodiment provides that the first time sub-interval follows the second time sub-interval in the voltage profile.
  • One embodiment provides that coil currents at different measurement intervals are variable variables or that coil current values at different measurement intervals differ from one another.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the course of the (coil) voltage and the correspondingly generated magnetic field through the coil arrangement
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the course of the (coil) voltage and the correspondingly generated magnetic field through the coil arrangement
  • 5 shows a second embodiment of the course of the (coil) current which flows through the coil arrangement
  • 6 a perspective view of a partially sectioned embodiment of a magneto-inductive flow measuring probe according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a measuring arrangement with a magnetic-inductive flow measuring device according to the invention.
  • FIG. 8 shows a schematic top view of a carousel filling machine with magnetic-inductive flow measuring devices according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of an embodiment of the magneto-inductive flow meter 1 according to the invention.
  • the structure and the measuring principle of a magneto-inductive flow meter 1 are known in principle.
  • a flowable medium which has electrical conductivity is passed through a measuring tube 2 .
  • the measuring tube 2 includes a support tube 3, which is usually made of steel, ceramic, plastic or glass or at least include them.
  • a device 5 for generating a magnetic field is arranged on the carrier tube 3 in such a way that the magnetic field lines are oriented essentially perpendicular to a longitudinal direction defined by a measuring tube axis.
  • the device 5 for generating the magnetic field comprises a coil arrangement made up of at least one saddle coil or at least one coil 6.
  • Magneto-inductive flowmeters usually have two coils 6 arranged diametrically.
  • a coil core 14 usually extends through a receptacle 15 of the coil 6 .
  • the volume delimited by the coil wire forming the coil 6 is to be understood as the receptacle 15 .
  • the receptacle 15 of the coil 6 can thus be formed by a coil holder or by the imaginary enclosed volume. The latter occurs when the coil wire of coil 6 is wound directly around coil core 14 .
  • the coil core 14 is formed from a magnetically conductive, in particular soft-magnetic material.
  • the device 5 for generating the magnetic field usually also includes a pole shoe 21 which is arranged at one end of the coil core 14 .
  • the pole shoe 21 can be a separate component or can be monolithically connected to the coil core 14 .
  • two diametrically arranged coils 6.1, 6.2 each have a coil core 14.1, 14.2 and a pole shoe 21.1, 21.2.
  • the two coil cores 14.1, 14.2 are connected to one another via a field feedback 22.
  • the field return 22 connects the opposite sides of the coil cores 14.1, 14.2 to each other.
  • magnetic-inductive flowmeters with exactly one coil with a coil core or a saddle coil and without field feedback are also known.
  • the device 5 for generating a magnetic field, in particular the coil 6 is connected to an operating circuit 7 which operates the coil 6 with an operating signal 11 .
  • the operating signal 11 can be a (coil) voltage with a time-varying Its voltage curve and is characterized by operating signal parameters, at least one of the operating signal parameters being controllable.
  • the magnetic field built up by the device 5 for generating the magnetic field is generated by a (coil) voltage of alternating polarity clocked by means of an operating circuit 7 . This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to the influence of electrochemical interference.
  • the two coils 6.1, 6.2 can be connected separately to the operating circuit 7 or connected in series or parallel to one another.
  • a flow-dependent potential distribution occurs in the measuring tube 2, which can be recorded, for example, in the form of an induced measuring voltage.
  • a device 8 for tapping off the induced measuring voltage is arranged on the measuring tube 2 .
  • the device 8 for tapping the induced measurement voltage is formed by two oppositely arranged measuring electrodes 17, 18 for forming a galvanic contact with the medium.
  • magnetic-inductive flowmeters are known which have measuring electrodes which are arranged on the outer wall of the support tube 3 and do not come into contact with the medium.
  • the measuring electrodes 17 , 18 are arranged diametrically and form an electrode axis or are intersected by a transverse axis that runs perpendicular to the magnetic field lines and the longitudinal axis of the measuring tube 2 .
  • devices 8 for tapping off the induced measuring voltage are also known, which have more than two measuring electrodes.
  • the flow rate-dependent measurement variable can be determined on the basis of the measured measurement voltage.
  • the flow rate-dependent measured variable includes the flow rate, the volume flow and/or the mass flow of the medium.
  • a measuring circuit 8 is set up to detect the induced measuring voltage present at the measuring electrodes 17, 18 and an evaluation circuit 24 is designed to determine the flow rate-dependent measured variable.
  • the support tube 3 is often formed from an electrically conductive material such as steel.
  • the inner wall is lined with an insulating material, for example a (plastic) liner 4 .
  • a filling level monitoring electrode 19 which is optimally attached to the highest point in the measuring tube 2, serves to detect a partial filling of the measuring tube 1 and is set up to forward this information to the user and/or to take the filling level into account when determining the volume flow.
  • a reference electrode 20, which is usually attached diametrically to the fill level monitoring electrode 19 or at the lowest point of the measuring tube cross section, is used to set a controlled electrical potential in the medium. As a rule, the reference electrode 20 is used to connect the flowing medium to a ground potential.
  • the operating circuit 7, controller circuit 10, measuring circuit 23 and evaluation circuit 24 can be part of a single electronic circuit or form individual circuits.
  • At least the control circuit 10 has a particularly programmable microprocessor 26, i.e. a processor designed as an integrated circuit. This is set up to set the voltages and the duration of the time sub-intervals and to change them in such a way that the specification for the control function is met.
  • the operating circuit 7 is set up to apply a first (coil) voltage to the device 5 for generating the magnetic field for a first time sub-interval.
  • the time intervals also each have a second time sub-interval in which a particularly constant second (coil) voltage is applied to the device 5 for generating the magnetic field over the entire second time sub-interval.
  • a second (coil) voltage is also applied for a second time sub-interval )Apply voltage to the coil assembly.
  • the second (coil) voltage is greater than the first (coil) voltage.
  • the first time sub-interval follows the second time sub-interval.
  • the duration of the first sub-time interval is greater than the duration of the second sub-time interval.
  • the duration of the second time sub-interval is an adjustable variable.
  • the first (coil) voltage FIGS. 2 to 5 show possible configurations of the operating signal.
  • regulator circuit 10 is set up to regulate one of the operating signal parameters of the operating signal, in particular at least the first (coil) voltage (Uhoid), in such a way that a deviation of a control function from a predefined control setpoint, in particular a control setpoint that is proportional to a magnetic flux, is minimal .
  • the control function can depend on a product of the duration of the second time sub-interval and a function dependent on the first (coil) voltage.
  • the first (coil) voltage and the duration of the second partial time interval are controlled in such a way that a variable dependent on the first (coil) voltage and the duration of the second partial time interval does not deviate from the control setpoint.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the operating signal and the corresponding magnetic field generated by the coil.
  • the operating signal comprises a (coil) voltage with a time-varying profile 12, which is divided into time intervals t. The sign of the applied (coil) voltage changes in successive time intervals t.
  • the operating signal shown in FIG. 2 includes time intervals t, each of which has a first sub-interval t hold , in which a constant first ( coil ) voltage U hold is applied to the coil over the entire duration of the first sub-interval thoid.
  • the recorded measurement voltage induced to determine the flow rate-dependent measurement variable is determined in the first sub-interval t hold , in particular during a measurement interval.
  • a coil current flows through the device 5 for generating the magnetic field.
  • This is not regulated to be constant, ie an absolute value of a (coil) current flowing during the measurement interval is a variable variable in different time intervals t.
  • the regulator circuit 10 is set up to regulate the first (coil) voltage U hold of a time interval t such that a deviation of a control function from a predefined control setpoint, in particular a variable that is proportional to a magnetic flux, is minimal.
  • the first (coil) voltage U hold is a time-variable and controllable variable.
  • the rise in the coil current is characterized by the duration of a sub-time interval t rise , which can be determined using a measuring circuit.
  • An absolute value of the (coil) current increases within the sub-time interval t rise from a first desired coil current value to a second desired coil current value.
  • the first (coil) voltage U hold is regulated in such a way that a variable dependent on the product of the duration of the partial time interval t rise and the first (coil) voltage U hold does not deviate from a predetermined second desired value.
  • FIG. 3 shows a time profile of the (coil) current resulting from the voltage signal of FIG. After switching the applied (coil) voltage, the current direction of the (coil) current changes.
  • the absolute value of the (coil) current increases with a non-linear behavior within a rise time sub-interval t rise .
  • the coil current approaches a maximum coil current value I max .
  • I max maximum coil current value
  • Fig. 4 shows a second embodiment of the operation signal and the magnetic field generated by the device for generating the magnetic field.
  • the operating signal comprises a (coil) voltage with a time-variable course 12, which is divided into time intervals t. The sign of the applied (coil) voltage changes in successive time intervals t.
  • the operating signal shown in FIG. 4 includes time intervals t, each of which has a first sub-interval t hold , in which a constant first ( coil ) voltage U hold is applied to the coil over the entire duration of the first sub-interval thoid.
  • the recorded measuring voltage induced for the determination of the flow rate-dependent measured variable is determined in the first sub-interval t hold .
  • the time intervals t each have a second sub-interval t shot , in which a second (coil) voltage U shot , which is constant over the entire duration of the second sub-interval t shot , is applied to the coil.
  • the second (coil) voltage U shot is greater than the first (coil) voltage U hold .
  • the first time sub-interval t hold follows the second time sub-interval t shot .
  • the duration of the second sub-interval t shot is shorter than the duration of the first sub-interval t hold .
  • the duration of the second time sub-interval t shot can be changed and regulated over time. Likewise the first (coil) voltage U hold .
  • At least the first (coil) voltage U hold is controlled in such a way that a deviation of a control function from a predefined control setpoint, in particular a variable that is proportional to a magnetic flux, is minimal.
  • the control function depends on a product of the duration of the second partial time interval t shot and a function dependent on the first (coil) voltage U hold .
  • the control setpoint can be specified for the entire voltage curve and thus for all time intervals. Alternatively, time intervals with a positive sign in the voltage curve can have a first control setpoint and time intervals with a negative sign can have a second control setpoint, the first control setpoint differing from the second control setpoint.
  • the first (coil) voltage U hold and the second (coil) voltage U shot can be set so that a ratio between the first (coil) voltage U hold and the second (coil) voltage U shot over the entire Voltage curve 12 is constant or an absolute value of a quotient of the first (coil) voltage U hold and the second (coil) voltage U shot over the voltage curve 12 is constant.
  • the function dependent on the first (coil) voltage U hold is preferably inversely proportional to the duration of the second partial time interval t shot .
  • the second (coil) voltage U shot or an absolute value of the second (coil) voltage U shot can assume a constant value over the entire voltage profile 12 .
  • the duration of the second sub-interval t shot is controlled so that a determined value of a variable dependent on a test variable within the duration of the second sub-interval t shot assumes a target test value.
  • the variable can be, for example, a coil current setpoint, a sum or an integral of the measured values of the test variable for a specified time segment.
  • the two control parameters are controlled in such a way that a function dependent on the product of the first (coil) voltage U hold and the duration of the second partial time interval t shot does not deviate from a predetermined second control setpoint.
  • the function dependent on the first (coil) voltage U hold is inversely proportional to the duration of the second partial time interval t shot .
  • the test variable can be a measured value of the (coil) current, a time profile of a (coil) current and/or a variable dependent thereon.
  • the controller circuit is set up to change the duration of the second partial time interval t shot in a time interval t N if a coil test current value or a test variable dependent on the coil test current value deviates from a target value in such a way that the deviation occurs in a subsequent time interval t N+M is smaller, where M > 1.
  • the controller circuit is set up to change the first (coil) voltage U hold if the actual value deviates from a target value in a time interval t N in such a way that the deviation from a target value occurs in a subsequent time interval t N+ M is smaller, where M > 1.
  • the regulator circuit can be set up to regulate other variables and/or functions.
  • control function in particular the function dependent on the first (coil) voltage U hold , can also depend on In ((U shot +U hold )/(U shot -U hold ) ⁇ ) or be proportional thereto.
  • FIG. 5 shows a time profile of the (coil) current through the device for generating the magnetic field, in particular through the coil arrangement, resulting from the voltage signal of FIG. 4 .
  • the coil current changes the flow direction in the individual time intervals.
  • the second coil voltage which is many times higher than the first (coil) voltage
  • the coil current increases rapidly. From the start of the first partial time interval, the coil current continues to increase until it reaches the maximum coil current value I max . In this time sub-interval, the eddy currents are essentially constant. Thereafter, the coil current decreases and converges towards a substantially constant coil current value I hold .
  • a measuring circuit is set up to determine a maximum coil current value I max in the first time sub-interval t hold and to determine the Duration of the second time interval t shot and the function dependent on the first (coil) voltage U hold are controlled in such a way that a control function does not deviate from a predetermined second setpoint, the control function being a product of the duration of the second time interval t shot and the depends on the first (coil) voltage U hold and the maximum coil current value I max dependent function.
  • the regulator circuit can be set up to regulate at least one of the operating signal parameters - preferably the first (coil) voltage U hold - in such a way that a coil current value I hoid determined from a quotient of the maximum coil current value I max and a coil current value I hoid determined during the first partial time interval t hold is constant over the operating signal.
  • control function can depend on a product of the duration of a third time subinterval t Imax and a function dependent on the first (coil) voltage U hold .
  • the third time sub-interval t Imax is limited by a start of the second time sub-interval t shot and a point in time at which the coil current assumes the maximum coil current value I max .
  • the curves shown in FIGS. 2 to 5 are highly simplified schemes. After the second time sub-interval, the magnetic field usually starts to oscillate.
  • a flow measuring probe 101 comprises a generally circular-cylindrical housing 102 having a predetermined outside diameter. This is adapted to the diameter of a bore which is located in a wall of a pipeline (not shown in FIG. 6) and into which the flow measuring probe 101 is inserted in a fluid-tight manner.
  • a medium to be measured flows in the pipeline, into which the flow measuring probe 101 dips practically perpendicularly to the direction of flow of the medium, which is indicated by the corrugated arrows 118 .
  • a front end 116 of the housing 102 protruding into the medium is sealed in a fluid-tight manner with a front body 115 made of insulating material.
  • a magnetic field 109 that extends through the end section and into the medium can be generated by means of a coil arrangement 106 arranged in the housing 102 .
  • a coil core 111 which consists at least partially of a soft magnetic material and is arranged in the housing 102, ends at or in the vicinity of the end section 116.
  • a field return body 114 which encloses the coil arrangement 106 and the coil core 111, is set up for the magnetic field 109 passing through from the end section the housing 102 due.
  • the coil core 111 , the pole shoe 112 and the field return body 114 are each field guide bodies 110 which together form a field guide arrangement 105 .
  • a first and a second measuring electrode 103, 104 forming a galvanic contact with the medium to be conveyed form the device for detecting a measuring voltage induced in the medium and are arranged in the front body 115 and, like the outer walls of the housing, touch the medium.
  • An electrical (coil) voltage induced on the basis of Faraday's law of induction can be tapped off at the measuring electrodes 103, 104 by means of a measuring and/or evaluation unit.
  • An operating circuit 107 is electrically connected to the coil arrangement 106, in particular to the coil 113, and is set up to impress a clocked operating signal on the coil 113 in order to thus generate a clocked magnetic field 109.
  • Regulator circuit 120 is set up to regulate at least one of the operating signal parameters of the operating signal, in particular the first (coil) voltage and preferably also the duration of the second partial time interval, in such a way that a deviation of a control function from a predefined one, in particular one that is proportional to a magnetic flux Size, comprehensive control setpoint is minimal.
  • the function dependent on the first (coil) voltage U hold and the duration of the second partial time interval t shot are regulated in such a way that both are inversely proportional to one another.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a measuring arrangement with a magnetic-inductive flow-measuring device according to the invention, in particular a magnetic-inductive flow-measuring device 1 that is arranged in a pipeline 201 .
  • the measuring arrangement includes a magnetic field generating device 202 which generates an external interfering magnetic field to which the magneto-inductive flow measuring device is exposed.
  • the magnetic field generating device 202 can comprise a melting furnace or a desalination plant.
  • Fig. 8 shows a schematic view of a carousel filling machine RF with a large number of magnetic-inductive flow measuring devices according to the invention for filling containers, such as bottles, cups, ampoules or the like, each with a defined quantity of one, especially at least partially or predominantly liquid, medium.
  • the medium here can be practically any free-flowing, meterable substance, such as a low-viscosity or pasty liquid or, for example, a granulate or a powder.
  • the carousel filling machine RF comprises a carousel K--designed here as a rotor--on which a large number of filling stations A1, A2, .
  • the filling stations run on a central axis of rotation DA when the carousel K is driven by the carousel K and the arrangement of the corresponding defined filling points - ie circular in this case - orbit around, namely with an angular velocity that is kept essentially constant at least over a period of several revolutions.
  • the containers to be filled are sequentially transferred in a suitable manner to the carousel K or to the respective assigned filling station via a feed system formed, for example, by means of a conveyor belt and a so-called infeed starwheel.
  • each of the containers is filled during a filling phase marking the actual filling process of the respective corresponding filling station, while the medium is allowed to flow into the assigned container until a previously defined filling quantity is reached.
  • each of the containers is taken over by a discharge system formed, for example, by means of a so-called discharge star wheel and a discharge belt, optionally already suitably closed, and transferred to the next station for further treatment.
  • the carousel filling machine has 17 such filling points A1-An moving about the axis of rotation DA, each with a magnetic-inductive flow measuring device of the carousel filling machine and a container FL to be filled momentarily placed below it.
  • the carousel filling machine RF in particular also the speed at which the filling stations are moved about the axis of rotation DA, and/or the respective start times at which the individual filling phases of the filling stations are started and, consequently, the respective start times at which the measurement phases of the respectively associated magneto-inductive flow measuring device are started, is controlled and/or monitored according to one embodiment of the invention with the aid of higher-level control electronics PLC processing measured values, for example designed as a programmable logic controller.
  • the -for example, modularly constructed -control electronics SPS can be arranged both, at least partially, on the carousel K and, at least partially, outside of it.
  • control electronics SPS are advantageously also electrically connected to the respective electromagnetic flow measuring device electronics of the filling points via corresponding signal lines SL, possibly also with the interposition of corresponding slip ring contacts.
  • control electronics PLC and the magneto-inductive flow measuring device electronics can also communicate with one another wirelessly by radio.
  • the electromagnetic flow measuring device electronics also sends control commands - wirelessly by radio and/or wired - directly to the at least one valve of the respectively assigned filling station.
  • control electronics SPS are connected to a yaw rate sensor DS, which is arranged on the edge of the turntable DT in the exemplary embodiment shown, and which detects the rotary movement of the carousel K, for example optically or inductively, and which recurrently has a currently measured speed generates the speed value representing the carousel, especially a digital value, and makes it available for the PLC control electronics.
  • a yaw rate sensor DS which is arranged on the edge of the turntable DT in the exemplary embodiment shown, and which detects the rotary movement of the carousel K, for example optically or inductively, and which recurrently has a currently measured speed generates the speed value representing the carousel, especially a digital value, and makes it available for the PLC control electronics.
  • the magnetic-inductive flow measuring device electronics MW1 is also designed in such a way that it is connected to a fieldbus system and thus integrated into a higher-level electronic data transmission and data processing system, for example a programmable logic controller controlling the carousel filling machine or a cross-plant process control system PL can be.
  • FIG. 9 shows an illustration of an embodiment of the method sequence according to the invention.
  • the process includes the following process steps:
  • an operating signal having a variable (coil) voltage and a variable (coil) current to the device for generating the magnetic field for feeding an electrical power into the device (5) for generating the magnetic field.
  • the voltage signal has a voltage curve that changes over time and is divided into time intervals. These each have a first sub-interval t hold , in which a first (coil) voltage U hold , which is constant over the, in particular entire, first sub-interval thoid , is applied to the coil device.
  • the operating signal can be designed as in FIGS. 4 and 5 and the associated description of the figures.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhägigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend: - eine Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines Magnetfeldes; - eine Vorrichtung (8) zum Abgreifen einer im fließfähigen Medium induzierten Messspannung; - eine Betriebsschaltung (7), welche dazu eingerichtet ist, mittels eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden elektrisch Betriebssignals (11) elektrische Leistung in die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes einzuspeisen, wobei das Betriebssignal (11) einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein erstes Zeitteilintervall (t hold ) aufweisen, in welchem die (Spulen-) Spannung über das erste Zeitteilintervall (t hold ), eine erste (Spulen-)Spannung (U hold ) annimmt; und - eine Reglerschaltung (10), welche dazu eingerichtet ist, zumindest die erste (Spulen-)Spannung (U hold ) so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe, umfassenden Regelsollwert minimal ist.

Description

Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung, insbesondere ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und/oder eine magnetischinduktive Durchflussmesssonde.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Dabei werden inline magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden unterschieden, die in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingesetzt werden. Ein magnetischinduktives Durchflussmessgerät weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, das ein Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne Spulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Zudem weist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ein Messrohr auf, auf das die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angeordnet ist. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw. Potentialdifferenz ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Flussrichtung fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday’schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und - mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts - der Volumendurchfluss ermittelt werden.
Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, welches ein Messrohr zum Führen des Mediums mit angebrachter Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes und Messelektroden umfasst, werden magnetisch-induktive Durchflussmesssonden mit ihrem üblicherweise kreiszylindrischen Gehäuse in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingeführt und fluiddicht fixiert. Ein spezielles Messrohr ist nicht mehr notwendig. Die eingangs erwähnte Messelektrodenanordnung und Spulenanordnung auf der Mantelfläche des Messrohrs entfällt, und wird durch ein im Inneren des Gehäuses und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ersetzt, welche so ausgestaltet ist, dass eine Symmetrieachse der Magnetfeldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Frontfläche bzw. die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Im Stand der Technik gibt es bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden. Magnetisch-induktive Durchflussmessvomchtungen finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 pS/cm. Entsprechende Durchflussmessvorrichtungen werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG oder MAGPHANT vertrieben.
Es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zum Regeln des an die Spulenanordnung aufgeprägten Betriebssignales. Diese haben in der Regel das Ziel, ein Magnetfeld mit einer, über eine gesamte Messphase möglichst konstanten magnetischen Induktion zu erzeugen. So wird beispielsweise in der WO 2014/001026 A1 eine Steuerung gelehrt, bei der ein an die Spulenanordnung aufgebrachtes Spannungssignal derart geregelt wird, dass ein durch die Spulenanordnung fließender Spulenstrom in einer festgelegten Messphase einen Spulenstromsollwert erreicht und beibehält. Der durch die Spulenanordnung fließende Spulenstrom erzeugt ein Magnetfeld mit einer vom Spulenstrom abhängigen magnetischen Induktion.
DE 10 2015 116 771 B4 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Einstellen einer konstanten Magnetfeldstärke eines Magnetfelds bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät. Dabei wird ein konstanter Sollstrom einem Stromregler vorgegeben.
Dabei wird grundlegend angenommen, dass durch Einrichten eines für alle Zeitintervalle fixen Spulenstromsollwertes auch die magnetische Induktion des erzeugten Magnetfeldes einen Sollwert reproduzierbar annimmt. Vorteilhaft an einer derartigen Regelung ist, dass die Regelung ohne das Messen der magnetischen Induktion auskommt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich - bedingt durch Temperaturänderungen und magnetische Störfelder - das magnetische Feld nicht alleine durch das Regeln auf einen fixen Spulenstromsollwert reproduzieren lässt. Das hat zur Folge, dass der für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße angenommene Kalibrationswerte für die magnetische Induktion von der aktuell vorliegenden magnetischen Induktion im Messrohr abweicht. Abhängig von der Störgröße kann dies bei der Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße zu Abweichungen von bis zu 20% führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung mit einem robusteren Magnetfeld bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 1 , das Verfahren nach Anspruch 18 und die Verwendungen nach den Ansprüchen 30 bis 34. Die erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessvomchtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfasst:
- eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere umfassend eine Spulenanordnung;
- eine Vorrichtung zum Abgreifen einer im fließfähigen Medium induzierten Messspannung, insbesondere umfassend mindestens zwei bevorzugt diametral angeordnete Messelektroden;
- eine Betriebsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden elektrisch Betriebssignals, elektrische Leistung in die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes einzuspeisen, wobei das Betriebssignal einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf aufweist, welcher in Zeitintervalle eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle jeweils ein erstes Zeitteilintervall aufweisen, in welchem die (Spulen-)Spannung über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall, eine, insbesondere konstante, erste (Spulen-)Spannung annimmt; und
- eine Reglerschaltung, insbesondere mit einem Mikroprozessor, wobei die Reglerschaltung dazu eingerichtet ist, zumindest die erste (Spulen-)Spannung so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe, umfassenden Regelsollwert minimal ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung zum Abgreifen einer Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte:
- Anlegen eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden Betriebssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes zum Einspeisen einer elektrischen Leistung in die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes einzuspeisen, wobei das Betriebssignal einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf aufweist, welcher in Zeitintervalle eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle jeweils ein erstes Zeitteilintervall aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall, insbesondere konstante, erste (Spulen-)Spannung an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird;
- Regeln der ersten (Spulen-)Spannung derart, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von dem Regelsollwert minimal ist.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen mit einer derartigen Reglerschaltung weisen eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber externer Störfelder auf. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Reglerschaltung im Einsatz in, über einen elektrochemischen Speicher versorgte magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen. Diese werden in der Regel mit einem deutlich geringeren Strom bzw. einer deutlich geringeren (Spulen-)Spannung betrieben, als herkömmliche über ein Stromnetz versorgte magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen. Das führt dazu, dass die feldführenden Bauteile im Einsatz nicht in eine magnetische Sättigung übergehen. Dadurch weisen sie zusätzlich zu einer besonders erhöhten Empfindlichkeit gegenüber externer Störfelder auch eine verlängerte Einschwingzeit bei der Inbetriebnahme auf, wobei die Einschwingzeit die Dauer beschreibt, die nach dem Einschalten der Durchflussmessvorrichtung abgewartet werden muss, bis die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes aufgewärmt ist und in der sich die magnetische Induktion stetig in Richtung Sollwert einpendelt. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen mit der erfindungsgemäßen Reglerschaltung weisen zudem einen deutlich geringeren Temperaturkoeffizienten des Magnetfeldes auf, wobei der Temperaturkoeffizient die Abweichung des Magnetfeldes pro Temperaturänderung beschreibt.
Der werkseitig oder bei der Inbetriebnahme ermittelte und bereitgestellte Regelsollwert kann in einem Justierverfahren oder durch eine Computersimulation bestimmt werden. Der Regelsollwert umfasst weiterhin eine Größe, die mit dem magnetischen Fluss proportional ist. D.h. dass der Sollwert die Einheit einer des magnetischen Flusses umfasst. Der magnetische Fluss einer Spulenanordnung hängt zum Einen von der Selbstinduktion L der Spule und einem quadratischen Beitrag des aktuell durch die Spuleanordnung fließenden (Spulen-)Stromes ab, und zum Anderen von dem magnetischen Fluss, der durch im metallischen Trägerroh und dem Gehäuse auftretende Wirbelströme erzeugt wird. Wird eine externer Magnet an die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung angebracht bzw. angenähert, so trägt auch dieser zum magnetischen Fluss im Messrohr bei.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zeitmtervalle jeweils em zweites Zeitteilintervall aufweisen, in welchem über das insbesondere gesamte zweite Zeitteilintervall eine insbesondere konstante zweite (Spulen-)Spannung an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist, wobei die zweite (Spulen-)Spannung größer als die erste (Spulen-) Spannung ist, wobei die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und die ersten (Spulen-)Spannung jeweils eine veränderliche und regelbare Größe sind, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und eine von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion abhängt.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist, dass die Messintervalle, in denen der Spulenstrom eingeschwungen ist und einen sich im Wesentlichen zeitlich nicht mehr ändernden Spulenstromwert annimmt, dadurch deutlich früher beginnen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Absolutbetrag eines Quotientes aus der ersten (Spulen-)Spannung und der zweiten (Spulen-)Spannung über den Spannungsverlauf konstant ist, wobei die von der ersten (Spulen-)Spannung abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles ist.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist, dass somit eine Regelung realisiert wird, die für ein robustes Magnetfeld sorgt und gleichzeitig sehr schnell auf die Einflüsse durch externe Magnetfelder reagiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Absolutbetrag der zweiten (Spulen-)Spannung über die Zeitintervalle konstant ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der (Spulen-)Spulenstrom in den Zeitintervallen jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall einen maximalen Spulenstromwert annimmt, wobei die Bedingung erfüllt ist, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes und eines während des ersten Zeitteilintervalles ermittelten Spulenstromwertes über das Betriebssignal konstant ist.
Durch das Festlegen des Quotienten der ersten (Spulen-)Spannung und der zweiten (Spulen-)Spannung ergibt sich eine vereinfachte Regelung. Eine Reduktion der Empfindlichkeit gegenüber Störfelder und Temperatureinflüssen konnte durch die
Festlegung der von dem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und der von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion als Betnebssignalparameter erreicht werden. Insbesondere durch das Regeln der veränderlichen und regelbaren Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und der ersten (Spulen-)Spannung bzw. der von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion, so dass das Produkt zwischen den beiden Parameters einen Regelsollwert annimmt, konnte eine magnetisch-induktives Durchflussmessvorrichtungen mit besonders hoher Unempfindlichkeit und schneller Reaktionszeit erzielt werden. Zudem ist eine kontinuierliche Überwachung der scheinbaren Selbstinduktion der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung nicht notwendig. Es hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der die von dem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und der ersten (Spulen-)Spannung abhängige Funktion konstant gehalten wird, auch die von dem Selbstinduktionswert der scheinbaren Selbstinduktion und dem Spulenstromwert des (Spulen-)Stromes bzw. deren Produkt abhängige Funktion konstant bleibt. Da der Quotient der ersten (Spulen-)Spannung und der zweiten (Spulen-)Spannung konstant ist, ist die von der ersten (Spulen-)Spannung abhängige Funktion gleichzusetzen mit einer von der zweiten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion.
Die Reglerschaltung ist dazu eingerichtet die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles so zu regeln, dass zu einem festgelegten Zeitpunkt - beispielsweise der Beginn des Messintervalles, in dem die induzierte Messspannung bestimmt wird - oder in einem Zeitabschnitt die Abweichung einer Prüfgröße von einem Prüfsollwert minimal ist. Die Prüfgröße kann ein Messwert des (Spulen-)Stromes, eine Summe bzw. ein Integral über einen Verlauf des (Spulen-)Stromes oder eine von dem Spulenstrom abhängige Funktion sein. Dabei kann der Prüfsollwert für die unterschiedlichen Zeitteilintervalle variieren. Alternativ kann die Reglerschaltung dazu ausgebildet und eingerichtet sein, die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles so zu regeln, dass eine Dauer eines Einschwingens des (Spulen-)Stromes nach Beginn des ersten Zeitteilintervalles minimal ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen, insbesondere im ersten Zeitteilintervall jeweils einen maximalen Spulenstromwert annimmt, wobei die von der erste (Spulen-)Spannung abhängige Funktion ebenfalls von dem maximalen Spulenstromwert abhängt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die von der ersten (Spulen-) Spannung abhängige Funktion ebenfalls von In (_(Ushot + Uhold)/(Ushot - Uhold)~) abhängt, insbesondere dauz proportional ist.
Die zweite (Spulen-)Spannung kann dabei konstant oder mit einem konstanten Verhältnis zur ersten (Spulen-)Spannung gewählt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite (Spulen-)Spannung jedoch eine regelbare Größe. So kann die zweite (Spulen-)Spannung so geregelt werden, dass die Dauer des zweiten Zeitteihntervalles möglichst klein ist, d.h. die Dauer bis das Magnetfeld einen eingeschwungenen Zustand annimmt möglichst gering ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines Anstiegs-Zeitteilintervalles und eine von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion abhängt, wobei ein Absolutbetrag des (Spulen-)Stromes innerhalb des Anstiegs-Zeitteilintervalles von einem ersten Spulenstromsollwert auf einen zweiten Spulenstromsollwert anwächst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall einen maximalen Spulenstromwert annimmt, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines dritten Zeitteil- intervalles und eine von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion abhängt, wobei das dritte Zeitteilintervall durch einen Beginn des zweiten Zeitteilintervalles und einem Zeitpunkt in dem der (Spulen-)Strom den maximalen Spulenstromwert annimmt begrenzt ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Vorzeichen des Spannungsverlaufes in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen alterniert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Zeitintervalle mit einem positiven Vorzeichen im Spannungsverlauf einen ersten Regelsollwert aufweisen und Zeitintervalle mit einem negativen Vorzeichen einen zweiten Regelsollwert aufweisen, wobei sich der erste Regelsollwert vom zweiten Regelsollwert unterscheidet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Regelfunktion von einem Produkt eines Spulenstromwertes des (Spulen-)Stromes während des Messintervalles und einer scheinbaren Selbstinduktivität abhängt.
Die scheinbare Selbstinduktivität der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung lässt sich beispielsweise aus der Steigung des (Spulen-)Stromes um den
Spulenstromnullpunkt ermitteln. In dem Fall ist der elektrische Widerstand annähernd null und thermische Einflüsse sind vernachlässigbar gering. Um Einflüsse durch Wirbelströme zu vermeiden, kann die scheinbare Selbstinduktivität in einem Zeitabschnitt ermittelt werden, in dem der Spulenstrom aufgrund des Umschaltens bzw. der Änderung der Spulenspannung überschwingt und danach abnimmt. Während des Überschwingens ist die zeitliche Änderung der Wirbelströme gering. Alternativ lässt sich die scheinbare Selbstinduktivität auch in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes des (Spulen-)Stromes und der Spulenspannung ermitteln. Für die Ermittlung der scheinbaren Selbstinduktivität kann eine Messschaltung vorgesehen sein. Die scheinbare Selbstinduktivität setzt sich aus der Selbstinduktivität der Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, aus Einflüssen durch Wirbelströme im metallischen Messrohr und metallischem Gehäuse - wenn jeweils vorhanden - und aus Einflüssen durch externen Magnetfeldern zusammen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgestaltet ist, umfassend ein Messrohr zum Führen des fließfähigen Mediums.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde zum Einführen in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung ausgestaltet ist, umfassend ein mit dem Medium zu beaufschlagendes Gehäuse.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Spulenstrom kleiner gleich 750 mA, insbesondere kleiner gleich 350 mA und bevorzugt kleiner gleich 30 mA ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Betriebsschaltung mittels einer galvanischen Zelle, insbesondere mittels einer Batterie bespiesen ist.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes erfolgt in Applikationen mit OIML R-49 (2013), EN1434-4:2018 (2018) oder DIRECTIVE 2014/32/EU (2014) Anforderung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches eine Kunststoff- oder Aluminiumummantelung aufweist oder ausschließlich durch einen Kunststoffgehäusekörper gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessvorrichtung erfolgt in Applikationen in denen das magnetischinduktive Durchflussmessgerät einem Magnetfeld von größer gleich 0,3 G, insbesondere zwischen 1 ,25 bis 90 G ausgesetzt ist, insbesondere zur Prozessüberwachung eines Schmelzofens oder einer Entsalzungsanlage.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Vielzahl der erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtungen erfolgt in einer rotierenden Karussell-Abfüllmaschine.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung oder die Vielzahl an magnetisch-induktiven Durchflussmessvomchtungen jeweils kein Abschirmblech innerhalb eines Gehäuses aufweist bzw. aufweisen und/oder abschirmungsfrei zu einer externen magnetfelderzeugendene Vorrichtung angeordnet ist bzw. sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 1 < thold < 2000 ms, insbesondere 5 < thoid 1000 ms gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 0,1 < tshot < 500 ms, insbesondere 0,1 < thold < 300 ms gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 1 < Ushot < 230 V, insbesondere 3,6 < Ushot < 60 V gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 0,1 < Uhold < 23 V, insbesondere 0,5 < Uhoiä < 20 gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass 5 < I < 2000 mA, insbesondere 10 < I < 500 mA gilt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regelsollwert einen Wert zwischen 0,01 und 10 Wb annimmt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Spannungsverlauf das erste Zeitteilintervall auf das zweite Zeitteilintervall folgt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Spulenströme unterschiedlicher Messintervalle veränderliche Größen sind bzw. dass sich Spulenstromwerte unterschiedlicher Messintervalle voneinander unterscheiden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
Fig. 2: eine erste Ausgestaltung des Verlaufes der (Spulen-)Spannung und das entsprechend erzeugten Magnetfeld durch die Spulenanordnung;
Fig. 3: eine erste Ausgestaltung des Verlaufes des Stromes, welcher durch die Spulenanordnung fließt;
Fig. 4: eine zweite Ausgestaltung des Verlaufes der (Spulen-)Spannung und das entsprechend erzeugte Magnetfeld durch die Spulenanordnung;
Fig. 5: eine zweite Ausgestaltung des Verlaufes des (Spulen-)Stromes, welcher durch die Spulenanordnung fließt; Fig. 6: eine perspektivische Ansicht auf eine teilweise geschnittene Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde;
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer Messanordnung mit einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung;
Fig. 8: eine schematische Aufsicht auf eine Karussel-Abfüllmaschine mit erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtungen; und
Fig. 9: eine Darstellung einer Ausgestaltung des Verfahrensablaufes.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1 sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr 2 wird ein fließfähiges Medium geleitet, welches eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das Messrohr 2 umfasst ein Trägerrohr 3, welches üblicherweise aus Stahl, Keramik, Kunststoff oder Glas gebildet ist oder diese zumindest umfassen. Eine Vorrichtung 5 zum Erzeugen eines Magnetfeldes ist so am Trägerrohr 3 angeordnet, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch eine Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst eine Spulenanordnung aus mindestens einer Sattelspule oder mindestens einer Spule 6. Üblicherweise weisen magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte zwei diametral angeordnete Spulen 6 auf. Durch eine Aufnahme 15 der Spule 6 erstreckt sich üblicherweise ein Spulenkern 14. Als Aufnahme 15 ist der durch die die Spule 6 bildende Spulendraht begrenzte Volumen zu verstehen. Die Aufnahme 15 der Spule 6 kann somit durch eine Spulenhalterung oder durch das gedachte eingeschlossene Volumen gebildet sein. Letzteres tritt ein, wenn der Spulendraht der Spule 6 direkt um den Spulenkern 14 gewickelt ist. Der Spulenkern 14 ist aus einem magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff gebildet. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst üblicherweise ebenfalls einen Polschuh 21 , der an einem Ende des Spulenkerns 14 angeordnet ist. Der Polschuh 21 kann separates Bauteil sein oder monolithisch mit dem Spulenkern 14 verbunden sein. In der abgebildeten Ausgestaltung der Fig. 1 weisen zwei diametral angeordnete Spulen 6.1 , 6.2 jeweils einen Spulenkern 14.1 , 14.2 und einen Polschuh 21.1 , 21.2 auf. Die zwei Spulenkerne 14.1 , 14.2 sind über eine Feldrückführung 22 miteinander verbunden. Die Feldrückführung 22 verbindet die jeweils voneinander abgewandten Seiten der Spulenkerne 14.1 , 14.2 miteinander. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit genau einer Spule mit einem Spulenkern bzw. einer Sattelspule und ohne Feldrückführung bekannt. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere die Spule 6 ist mit einer Betriebsschaltung 7 verbunden, welche die Spule 6 mit einem Betriebssignal 11 betreibt. Das Betriebssignal 11 kann eine (Spulen-)Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf sein und ist durch Betriebssignalparameter charakterisiert, wobei mindestens einer der Betriebssignalparameter regelbar ist. Das durch die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung 7 getakteten (Spulen-)Spannung wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Die zwei Spulen 6.1 , 6.2 können separat mit der Betriebsschaltung 7 verbunden oder in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sein.
Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine durchflussabhängige Potentialverteilung, welche sich beispielsweise in Form einer induzierten Messspannung erfassen lässt. Eine Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung ist am Messrohr 2 angeordnet. In der abgebildeten Ausgestaltung ist die Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung durch zwei gegenüberliegend angeordnete Messelektroden 17, 18 zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium gebildet. Es sind jedoch aus magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die an der Außenwandung des Trägerrohres 3 angeordnete Messelektroden aufweise, die nicht mediumsberührend sind. In der Regel sind die Messelektroden 17, 18 diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse bzw. werden durch eine Querachse geschnitten, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 2 verläuft. Es sind aber auch Vorrichtungen 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung bekannt, welche mehr als zwei Messelektrode aufweisen. Anhand der gemessenen Messspannung kann die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße bestimmt werden. Die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße umfasst die Durchflussgeschwindigkeit, den Volumendurchfluss und/oder den Massedurchfluss des Mediums. Eine Messschaltung 8 ist dazu eingerichtet, die an den Messelektroden 17, 18 anliegende, induzierte Messspannung zu erfassen und eine Auswerteschaltung 24 ist dazu ausgebildet, die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße zu ermitteln.
Das Trägerrohr 3 ist häufig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wie z.B. Stahl. Um das Ableiten der an der ersten und zweiten Messelektrode 2, 3 anliegenden Messspannung über das Trägerrohr 3 zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem (Kunststoff-) Liner 4 ausgekleidet.
Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden 17, 18 zwei weitere Elektroden 19, 20 auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Messrohr 2 angebrachte Füllstandsüberwachungselektrode 19 dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres 1 zu detektieren, und ist dazu eingerichtet diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses zu berücksichtigen. Des Weiteren dient eine Bezugselektrode 20, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode 19 bzw. am untersten Punkt des Messrohrquerschnittes angebracht ist, dazu, ein kontrolliertes, elektrisches Potential im Medium einzustellen. In der Regel wird die Referenzelektrode 20 zum Verbinden des fließenden Mediums mit einem Erdpotential eingesetzt.
Die Betriebsschaltung 7, Reglerschaltung 10, Messschaltung 23 und Auswerteschaltung 24 können Teil einer einzelnen Elektronikschaltung sein, oder einzelne Schaltungen bilden. Zumindest die Regelerschaltung 10 weist einen insbesondere programmierbaren Mikroprozessor 26, d.h. einen als integrierter Schaltkreis ausgeführter Prozessor auf. Dieser ist dazu eingerichtet, die Spannungen und die Dauer der Zeitteilintervalle einzustellen und so zu ändern, dass die Vorgabe für die Regelfunktion erfüllt ist.
Die Betriebsschaltung 7 ist dazu eingerichtet, für ein erstes Zeitteilintervall eine erste (Spulen-)Spannung an die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes anzulegen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Zeitintervalle ebenfalls jeweils ein zweites Zeitteilintervall aufweisen, in welchem über das insbesondere gesamte zweite Zeitteilintervall eine insbesondere konstante zweite (Spulen-)Spannung an die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt istebenfalls für ein zweites Zeitteilintervall eine zweite (Spulen-)Spannung an die Spulenanordnung anzulegen. Dabei ist die zweite (Spulen-)Spannung größer als die erste (Spulen-)Spannung. Zudem folgt in einem einzelnen Zeitintervall das erste Zeitteilintervall auf das zweite Zeitteilintervall. Die Dauer des ersten Zeitteilintervalles ist größer als die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles. Die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles ist eine regelbare Größe. Ebenso die erste (Spulen-)Spannung. Die Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen mögliche Ausgestaltungen des Betriebssignales.
Erfindungsgemäß ist die Reglerschaltung 10 dazu eingerichtet einen der Betriebssignalparametern des Betriebssignales, insbesondere zumindest die erste (Spulen-)Spannung (Uhoid) so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden Regelsollwert minimal ist. Die Regelfunktion kann von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles und eine von der ersten (Spulen-)Spannung abhängigen Funktion abhängen. Dafür wird die erste (Spulen-)Spannung und die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles so geregelt, dass eine von der ersten (Spulen-)Spannung und der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles abhängige Größe nicht vom Regelsollwert abweicht. Kommt es zu einer Abweichung - bedingt durch magnetische Störfelder oder Temperatureinflüsse - so werden die beiden Regelparameter angepasst, bis die Abweichung des Produktes vom Regelsollwert wieder minimal ist. Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung des Betnebssignales und das entsprechend erzeugte Magnetfeld durch die Spule. Das Betriebssignal umfasst erfindungsgemäß eine (Spulen-)Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Verlauf 12, welcher in Zeitintervalle t eingeteilt ist. Das Vorzeichen der angelegten (Spulen-)Spannung ändert sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t. Das in Fig. 2 abgebildete Betriebssignal umfasst Zeitintervalle t, die jeweils ein erstes Zeitteilintervall thold aufweisen, in denen über die gesamte Dauer des ersten Zeitteilintervalles thoid eine konstante erste (Spulen-)Spannung Uhold an die Spule angelegt wird. Die erfasste für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße induzierte Messspannung wird im ersten Zeitteilintervall thold, insbesondere während eines Messintervalles ermittelt. Während des Messintervalles fließt durch die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes ein Spulenstrom. Dieser ist nicht konstant geregelt, d.h. dass ein Absolutbetrages eines während des Messintervalles fließender (Spulen-)Stromes in unterschiedlichen Zeitintervallen t eine veränderliche Größe ist. Gemäß der ersten Ausgestaltung ist die Reglerschaltung 10 dazu eingerichtet, die erste (Spulen-)Spannung Uhold eines Zeitintervalles t so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden Regelsollwert minimal ist. Die erste (Spulen-)Spannung Uhold ist erfindungsgemäß eine zeitlich veränderliche und regelbare Größe. Der Anstieg des Spulenstrom ist durch eine Dauer eines Zeitteilintervalles trise charakterisiert, welche über eine Messschaltung ermittelbar ist. Ein Absolutbetrag des (Spulen-)Stromes wächst innerhalb des Zeitteilintervalles trise von einem ersten Spulenstromsollwert auf einen zweiten Spulenstromsollwert an. Die erste (Spulen-) Spannung Uhold ist so geregelt sein, dass eine von dem Produkt der Dauer des Zeitteilintervalles trise und der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängigen Größe nicht von einem vorgegebenen zweiten Sollwert abweicht.
Die Fig. 3 zeigt einen sich aus dem Spannungssignal der Fig. 2 ergebenden zeitlichen Verlauf des (Spulen-)Stromes. Nach dem Umschalten der angelegten (Spulen-)Spannung ändert sich die Stromrichtung des (Spulen-)Stromes. Innerhalb eines Anstiegs- Zeitteilintervalles trise nimmt der Absolutbetrag des (Spulen-)Stromes mit einem nichtlinearen Verhalten zu. Der Spulenstrom nähert sich einem maximalen Spulenstromwert Imax an. Wenn der Spulenstrom maximal ist und sich im Wesentlichen nicht mehr ändert beginnt das Messintervall tmess. Nur Messspannungen, die in diesem Zeitintervall ermittelt werden, gehen in die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Größe ein.
Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Betriebssignales und das erzeugte Magnetfeld durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes. Das Betriebssignal umfasst erfindungsgemäß eine (Spulen-)Spannung mit einem zeitlich veränderlichen verlauf 12, welcher in Zeitmtervalle t eingeteilt ist. Das Vorzeichen der angelegten (Spulen-)Spannung ändert sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t. Das in Fig. 4 abgebildete Betriebssignal umfasst Zeitintervalle t, die jeweils ein erstes Zeitteilintervall thold aufweisen, in denen über die gesamte Dauer des ersten Zeitteilintervalles thoid eine konstante erste (Spulen-)Spannung Uhold an die Spule angelegt wird. Die erfasste für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße induzierte Messspannung wird im ersten Zeitteilintervall thold ermittelt. Zudem weisen die Zeitintervalle t jeweils ein zweites Zeitteilintervall tshot auf, in denen eine, insbesondere über die gesamte Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot konstante zweite (Spulen-)Spannung Ushot an die Spule angelegt ist. Dabei ist die zweite (Spulen-)Spannung Ushot größer als die erste (Spulen-)Spannung Uhold. Im Spannungsverlauf folgt das erste Zeitteilintervall thold auf das zweite Zeitteilintervall tshot. Zudem ist die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot kleiner als die Dauer des ersten Zeitteilintervalles thold. Die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot ist zeitlich veränderlich und regelbar. Ebenso die erste (Spulen-)Spannung Uhold. Zumindest die erste (Spulen-)Spannung Uhold ist so geregeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe umfassenden Regelsollwert minimal ist. Die Regelfunktion hängt dabei von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot und eine von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängigen Funktion ab. Der Regelsollwert kann für den gesamten Spannungsverlauf und somit für alle Zeitintervalle vorgegeben sein. Alternativ können Zeitintervalle mit einem positiven Vorzeichen im Spannungsverlauf einen ersten Regelsollwert aufweisen und Zeitintervalle mit einem negativen Vorzeichen einen zweiten Regelsollwert aufweisen, wobei sich der erste Regelsollwert vom zweiten Regelsollwert unterscheidet.
Die erste (Spulen-)Spannung Uhold und die zweite (Spulen-)Spannung Ushot können so festgesetzt sein, dass ein Verhältnis zwischen der ersten (Spulen-)Spannung Uhold und der zweiten (Spulen-)Spannung Ushot über den gesamten Spannungsverlauf 12 konstant ist bzw. ein Absolutbetrag eines Quotientes aus der ersten (Spulen-)Spannung Uhold und der zweiten (Spulen-)Spannung Ushot über den Spannungsverlauf 12 konstant ist. Das heißt, dass durch Regelung der ersten (Spulen-)Spannung Uhold automatisch auch die zweite (Spulen-)Spannung Ushot proportional zu Änderung angepasst wird. In dem Fall ist vorzugsweise die von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot. Alternativ kann die zweite (Spulen-)Spannung Ushot, bzw. ein Absolutbetrag der zweiten (Spulen-)Spannung Ushot über den gesamten Spannungsverlauf 12 einen konstanten Wert annehmen. Zusätzlich zur Regelung der ersten (Spulen-)Spannung Uhold wird die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot so geregelt ist, dass ein ermittelter Wert einer von einer Prüfgröße abhängigen Größe innerhalb der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot einen Prüfsollwert annimmt. Ein Beispiel für eine derartige Umsetzung wird in der WO 2014/001026 A1 offenbart. Dabei kann es sich bei der Größe beispielsweise um einen Spulenstromsollwert, eine Summe oder eine Integral der Messwerte der Prüfgröße für einen vorgegebenen Zeitabschnitt handeln. Dabei werden die beiden Regelparameter so geregelt, dass eine von dem Produkt der ersten (Spulen-)Spannung Uhold und der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot abhängigen Funktion nicht von einem vorgegebenen zweiten Regelsollwert abweicht. Die von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängige Funktion ist umgekehrt proportional zur Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot. Bei der Prüfgröße kann es sich um einen Messwert des (Spulen-)Stromes, einen zeitlichen Verlauf eines (Spulen-)Stromes und/oder einer davon abhängigen Größe handeln.
Die Reglerschaltung ist dazu eingerichtet, bei einer Abweichung eines Spulenprüfstromwertes oder einer von dem Spulenprüfstromwert abhängigen Prüfgröße von einem Sollwert in einem Zeitintervall tN, die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot so zu ändern, dass die Abweichung in einem zeitlich darauffolgenden Zeitintervall tN+M kleiner ist, wobei M > 1 ist. Gleichzeitig ist die Reglerschaltung dazu eingerichtet, bei einer Abweichung des Ist-Wertes von einem Sollwert in einem Zeitintervall tN , die erste (Spulen-)Spannung Uhold so zu ändern, dass die Abweichung von einem Sollwert in einem zeitlich darauffolgenden Zeitintervall tN+M kleiner ist, wobei M > 1. Dabei ist jedoch mindestens eine der obig gelisteten Bedingungen zu erfüllen. Die Reglerschaltung kann dazu eingerichtet sein, weitere Größen und/oder Funktionen zu regeln.
Die Regelfunktion, insbesondere die von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängige Funktion kann ebenfalls von In ((Ushot + Uhold)/(Ushot - Uhold)~) abhängen, bzw. proportional dazu sein.
Die Fig. 5 zeigt einen sich aus dem Spannungssignal der Fig. 4 ergebenden zeitlichen Verlauf des (Spulen-)Stromes durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes, insbesondere durch die Spulenanordnung. Der Spulenstrom ändert in den einzelnen Zeitintervallen die Fließrichtung. Durch das Anlegen der zweiten Spulenspannung, die um ein Vielfaches höher ist als die erste (Spulen-)Spannung, nimmt der Spulenstrom rapide zu. Ab Beginn des ersten Zeitteilintervalles nimmt der Spulenstrom noch solange zu, bis er den maximalen Spulenstromwert Imax erreicht. In diesem Zeitteilintervall sind die Wirbelströme im Wesentlichen konstant. Danach sinkt der Spulenstrom ab und konvergiert gegen einen im Wesentlichen konstanten Spulenstromwert Ihold.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung ist eine Messschaltung dazu eingerichtet im ersten Zeitteilintervall thold einen maximalen Spulenstromwert Imax zu ermitteln und die die Dauer des zweiten Zeitteihntervalles tshot und die von der erste (Spulen-)Spannung Uhold abhängige Funktion so geregelt werden, dass eine Regelfunktion nicht von einem vorgegebenen zweiten Sollwert abweicht, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot und der von der erste (Spulen-)Spannung Uhold und dem maximalen Spulenstromwert Imax abhängigen Funktion abhängt.
Alternativ kann die Reglerschaltung dazu eingerichtet sein, mindestens einen der Betriebssignalparameter - vorzugsweise die erste (Spulen-)Spannung Uhold - so zu regeln, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes Imax und eines während des ersten Zeitteilintervalles thold ermittelten Spulenstromwertes Ihoid über das Betriebssignal konstant ist.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines dritten Zeitteilintervalles tImax und eine von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängigen Funktion abhängen. Dabei ist das dritte Zeitteilintervall tImax durch einen Beginn des zweiten Zeitteilintervalles tshot und einem Zeitpunkt in dem der Spulenstrom den maximalen Spulenstromwert Imax annimmt begrenzt ist.
Bei den in Fig. 2 bis Fig. 5 abgebildeten Verläufen handelt es sich um stark vereinfachte Schemata. Nach dem zweiten Zeitteilintervall kommt es in der Regel zu einem Einschwingen des Magnetfeldes.
Anhand der perspektivischen und teilweise geschnittenen Darstellung der Fig. 6 wird zunächst das der Erfindung zugrunde liegende Messprinzip erläutert. Eine Durchflussmesssonde 101 umfasst ein im allgemeinen kreiszylindrisches, einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweisendes Gehäuse 102. Dieses ist an den Durchmesser einer Bohrung angepasst, die sich in einer Wand einer in Fig. 6 nicht dargestellten Rohrleitung befindet und in die die Durchflussmesssonde 101 fluiddicht eingesteckt ist. In der Rohrleitung strömt ein zu messendes Medium, in das die Durchflussmesssonde 101 praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums eintaucht, die durch die gewellten Pfeile 118 angedeutet ist. Ein in das Medium ragendes Frontende 116 des Gehäuses 102 ist mit einem Frontkörper 115 aus Isoliermaterial fluiddicht verschlossen. Mittels einer im Gehäuse 102 angeordneten Spulenanordnung 106 lässt sich ein durch den Endabschnitt hindurch, in das Medium hineinreichendes Magnetfeld 109 erzeugen. Ein mindestens teilweise aus einem weichmagnetischen Material bestehender, im Gehäuse 102 angeordneter Spulenkern 111 endet an oder in der Nähe des Endabschnittes 116. Ein Feldrückführungskörper 114, der die Spulenanordnung 106 und den Spulenkern 111 umschließt, ist dazu eingerichtet das aus dem Endabschnitt hindurchreichende Magnetfeld 109 in das Gehäuse 102 zurückzuführen. Der Spulenkern 111 , der Polschuh 112 und der Feldrückführungskörper 114 sind jeweils Feldführungskörper 110, welche zusammen eine Feldführungsanordnung 105 bilden. Eine erste und eine zweite einen galvanischen Kontakt mit dem zu führenden Medium bildende Messelektrode 103, 104 bilden die Vorrichtung zum Erfassen einer im Medium induzierten Messspannung und sind in dem Frontkörper 115 angeordnet und berühren ebenso wie die Außenwände des Gehäuses das Medium. An den Messelektroden 103, 104 lässt sich eine aufgrund des Faraday'schen Induktionsgesetzes induzierte elektrische (Spulen-)Spannung mittels einer Mess- und/oder Auswerteeinheit abgreifen. Diese ist maximal, wenn die Durchflussmesssonde 101 so in die Rohrleitung eingebaut ist, dass eine durch eine die beiden Messelektroden 103, 104 schneidende Gerade und eine Längsachse der Durchflussmesssonde aufgespannte Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung 118 bzw. Längsachse der Rohrleitung verläuft. Eine Betriebsschaltung 107 ist mit der Spulenanordnung 106, insbesondere mit der Spule 113 elektrisch verbunden und dazu eingerichtet ein getaktetes Betriebssignal auf die Spule 113 aufzuprägen, um somit ein getaktetes Magnetfeld 109 zu erzeugen. Die Reglerschaltung 120 ist dazu eingerichtet, mindestens einen der Betriebssignalparameter des Betriebssignales, insbesondere die erste (Spulen-) Spannung und bevorzugt auch die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe, umfassenden Regelsollwert minimal ist. Dafür wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die von der ersten (Spulen-)Spannung Uhold abhängige Funktion und die Dauer des zweiten Zeitteilintervalles tshot so geregelt, dass sich beide umgekehrt proportional zueinander verhalten.
Die Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung mit einer erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, insbesondere einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1 , dass in einer Rohrleitung 201 angeordnet ist. Die Messanordnung umfasst eine magnetfelderzeugende Vorrichtung 202, die ein externes Störmagnetfeld erzeugt, welchem das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ausgesetzt ist. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 202 kann ein Schmelzofen oder eine Entsalzungsanlage umfassen.
Die Fig. 8 zeigt eine schematische Ausicht einer Karussel-Abfüllmaschine RF mit einer Vielzahl an erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtungen zum Befüllen von Behältnissen, wie etwa Flaschen, Becher, Ampullen oder dergleichen, mit jeweils einer definierten Menge einer, insb. zumindest anteilig oder überwiegend liquiden, Mediums. Medium kann hierbei praktisch jeder fließfähige, dosierbare Stoff, wie etwa eine niedrigviskose oder pastöse Flüssigkeit oder z.B. auch ein Granulat, ein Pulver, sein. Die Karussell-Abfüllmaschine RF umfaßt ein - hier als Rotor ausgebildetes - Karussell K, an dem entlang eines Umfangs gleichmäßig verteilt eine Vielzahl von einander im wesentlichen bau- und funktionsgleichen, insb. identischen, Abfüllstellen A1 , A2, ..., An angeordnet ist. Die Abfüllstellen laufen im Betrieb der Karussell- Abfüllmaschine bei Antrieb des Karussells K um eine zentrale Drehachse DA auf einer durch das Karussell K und die Anordnung der entsprechend Abfüllstellen entsprechenden definierten - hier also zirkulären - Umlaufbahn um, und zwar mit einer zumindest über einen Zeitraum von mehren Umläufen im wesentlichen konstant gehaltenen Winkelgeschwindigkeit. Die zu befüllenden Behältnisse werden über ein, beispielsweise mittels eines Förderband und eines sogenannten Einlaufsterns gebildetes, Zufördersystem an das Karussell K bzw. an die jeweils zugewiesene Abfüllstelle in geeigneter Weise sequentiell übergeben. Jedes der Behältnisse wird während einer den eigentlichen Abfüllvorgang markierenden Abfüllphase der jeweils korrespondierenden Abfüllstelle befüllt, während der Medium in das zugewiesene Behältnis einströmen gelassen wird, bis eine vorab definierte Füllmenge erreicht ist. Nach Beendigung der jeweiligen Abfüllphase wird jedes der Behältnisse von einem, beispielsweise mittels eines sogenannten Auslaufstern und eines Abförderband gebildeten, Abfördersystem übernommen, gegebenenfalls auch bereits geeignet verschlossen, und zur weiteren Behandlung an die nächste Station übergeben. Die Karussell-Abfüllmaschine weist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel 17 solcher um die Drehachse DA bewegten Abfüllstellen A1 - An auf mit jeweils einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung der Karussell-Abfüllmaschine und einem unterhalb davon plazierten, momentan zu befüllende Behältnis FL.
Die Karussell-Abfüllmaschine RF, insb. auch die Drehzahl, mit der die Abfüllstellen um die Drehachse DA bewegt sind, und/oder die jeweiligen Startzeiten, zu denen die einzelnen Abfüllphasen der Abfüllstellen begonnen werden und damit einhergehend auch die jeweiligen Startzeiten, zu denen die Messphasen der jeweils zugehörigen magnetischinduktiven Durchflussmessvorrichtung begonnen werden, wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe einer, beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildeten, Meßwerte verarbeitende übergeordneten Steuerelektronik SPS gesteuert und/oder überwacht. Die - beispielsweise modular aufgebaute -Steuerelektronik SPS kann sowohl, zumindest anteilig, auf dem Karussell K als auch, zumindest anteilig, außerhalb desselben angeordnet sein. Zwecks Steuerung und/oder Überwachung der einzelnen Abfüllstellen ist die Steuerelektronik SPS vorteilhafterweise auch mit den jeweiligen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung-Elektroniken der Abfüllstellen über entsprechende Signalleitungen SL elektrisch verbunden, gegebenenfalls auch unter Zwischenschaltung entsprechender Schleifringkontakte. Alternativ oder in Ergänzung dazu können Steuerelektronik SPS und magnetischinduktiven Durchflussmessvorrichtung-Elektronik auch drahtlos per Funk miteinander kommunizieren. Zudem kann für eine schnelle und präzise Steuerung der Abfüllvorgänge aber auch von Vorteil sein, wenn die magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung- Elektronik auch Steuerbefehle - drahtlos per Funk und/oder leitungsgebunden - direkt an das wenigstens eine Ventil der jeweils zugeordneten Abfüllstelle sendet. Zur Verbesserung der Genauigkeit wie auch der Dynamik der Karussell-Abfüllmaschinen- Steuerung ist die Steuerelektronik SPS nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem Drehratensensor DS verbunden, der im gezeigten Ausführungsbeispiel am Rand des Drehtisches DT angeordnet ist, und der die Drehbewegung des Karussells K erfaßt, beispielsweise optisch oder induktiv, und der wiederkehrend einen eine aktuell gemessene Drehzahl des Karussells repräsentierenden, insb. digitalen, Drehzahlwert generiert und für die Steuerelektronik SPS bereitstellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung- Elektronik MW1 ferner so ausgelegt, dass sie an ein Feldbussystem angeschlossen und somit in ein übergeordnetes elektronisches Datenübertragungsund Datenverarbeitungssystem, beispielsweise eine die Karussell-Abfüllmaschine steuernden speicherprogrammierbare Steuerung oder ein anlagenübergreifendes Prozeßleitsystem PL, eingebunden werden kann.
Die Fig. 9 zeigt eine Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Anlegen eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden Betirebssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes zum Einspeisen einer elektrischen Leistung in die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes einzuspeisen.
Das Spannungssignal weist dabei einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf auf, welcher in Zeitintervalle eingeteilt ist. Diese weisen jeweils ein erstes Zeitteilintervall thold auf, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall thoid, insbesondere konstante, erste (Spulen-)Spannung Uhold an die Spulenvorrichtung angelegt wird.
- Regeln der ersten (Spulen-)Spannung Uhold derart, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von dem Regelsollwert minimal ist.
In einerweitere Ausgestaltung kann das Betriebssignal wie in den Fig. 4 und 5 und der dazugehörigen Figurenbeschreibung ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- eine Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere umfassend eine Spulenanordnung;
- eine Vorrichtung (8) zum Abgreifen einer im fließfähigen Medium induzierten Messspannung, insbesondere umfassend mindestens zwei bevorzugt diametral angeordnete Messelektroden (17, 18);
- eine Betriebsschaltung (7), welche dazu eingerichtet ist, mittels eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden elektrisch Betriebssignals (11), elektrische Leistung in die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes einzuspeisen, wobei das Betriebssignal (11) einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein erstes Zeitteilintervall (thoM) aufweisen, in welchem die Spulenspannung über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall (thold), eine. insbesondere konstante, erste (Spulen-)Spannung (Uhold) annimmt; und
- eine Reglerschaltung (10), insbesondere mit einem Mikroprozessor (26), wobei die Reglerschaltung (10) dazu eingerichtet ist, zumindest die erste (Spulen-)Spannung (Uhoid) so zu regeln, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von einem vorgegebenen, insbesondere eine zu einem magnetischen Fluss proportionale Größe, umfassenden Regelsollwert minimal ist.
2. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein zweites Zeitteilintervall (tshot) aufweisen, in welchem über das insbesondere gesamte zweite Zeitteilintervall (tshot) eine insbesondere konstante zweite (Spulen-)Spannung (Ushot) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist, wobei die zweite (Spulen-)Spannung (Ushot) größer als die erste (Spulen-)Spannung (Uhold) ist, wobei die Dauer des zweiten Zeitteihntervalles (tshot) und die ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) jeweils eine veränderliche und regelbare Größe sind.
3. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängigen Funktion abhängt.
4. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Absolutbetrag eines Quotientes aus der ersten (Spulen-) Spannung (Uhold) und der zweiten (Spulen-)Spannung (Ushot) über den Spannungsverlauf (12) konstant ist, wobei die von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) ist.
5. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Absolutbetrag der zweiten (Spulen-)Spannung (Ushot) über die Zeitintervalle (t) konstant ist.
6. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen (t) jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall (thoW) einen maximalen (Spulen-)Stromwert (lmax) annimmt, wobei die Bedingung erfüllt ist, dass ein von einem Quotienten des maximalen (Spulen-)Stromwertes (lmax) und eines während des ersten Zeitteilintervalles (thoW) ermittelten (Spulen-)Stromwertes ( oW) über das Betriebssignal konstant ist.
7. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der (Spulen-)Strom in den Zeitmtervallen (t), insbesondere im ersten Zeitteilintervall (thold) jeweils einen maximalen (Spulen-)Stromwert Imax) annimmt, wobei die von der erste (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängige Funktion ebenfalls von dem maximalen (Spulen-)Stromwert (Imax) abhängt.
8. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängige Funktion ebenfalls von In (_(Ushot + Uhold)/(Ushot - Uhold)~) abhängt, insbesondere proportional ist.
9. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines Anstiegs-Zeitteil- intervalles (trise) und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängigen Funktion abhängt, wobei ein Absolutbetrag des (Spulen-)Stromes innerhalb des Anstiegs-Zeitteil- intervalles (trise) von einem ersten (Spulen-)Stromsollwert auf einen zweiten (Spulen-)Stromsollwert anwächst.
10. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der (Spulen-)strom in den Zeitintervallen (t) jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall (thold) einen maximalen (Spulen-)Stromwert Imax) annimmt, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines dritten Zeitteil- intervalles tImax) und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängigen Funktion abhängt, wobei das dritte Zeitteilintervall tImax) durch einen Beginn des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) und einem Zeitpunkt in dem der (Spulen-)Strom den maximalen (Spulen-)Stromwert (Imax) annimmt begrenzt ist.
11. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vorzeichen des Spannungsverlaufes (12) in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen (t) alterniert.
12. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 11 , wobei Zeitintervalle mit einem positiven Vorzeichen im Spannungsverlauf einen ersten Regelsollwert aufweisen und Zeitintervalle mit einem negativen Vorzeichen einen zweiten Regelsollwert aufweisen, wobei sich der erste Regelsollwert vom zweiten Regelsollwert unterscheidet.
13. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelfunktion von einem Produkt eines (Spulen-)Stromwertes des (Spulen-)Stromes während eines Messintervalles und einer scheinbaren Selbstinduktivität (Ls) abhängt.
14. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als ein magnetischinduktives Durchflussmessgerät (1) ausgestaltet ist, umfassend ein Messrohr (2) zum Führen des fließfähigen Mediums.
15. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung als eine magnetischinduktive Durchflussmesssonde (101) zum Einführen in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung ausgestaltet ist, umfassend ein mit dem Medium zu beaufschlagendes Gehäuse (102).
16. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spulenstrom kleiner gleich 750 mA, insbesondere kleiner gleich 350 mA und bevorzugt kleiner gleich 30 mA ist.
17. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsschaltung mittels einer galvanischen Zelle, insbesondere mittels einer Batterie betrieben ist.
18. Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, wobei die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung zum Abgreifen einer Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte:
- Anlegen eines eine veränderliche (Spulen-)Spannung und einen veränderlichen (Spulen-)Strom aufweisenden Betriebssignales an die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes zum Einspeisen einer elektrischen Leistung in die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes, wobei das Spannungssignal einen, sich zeitlich veränderlichen Spannungsverlauf (12) aufweist, welcher in Zeitintervalle (t) eingeteilt ist, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein erstes Zeitteilintervall (thoM) aufweisen, in welchem eine über das, insbesondere gesamte, erste Zeitteilintervall (thold), insbesondere konstante, erste (Spulen-)Spannung (t/hoW) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt wird;
- Regeln der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) derart, dass eine Abweichung einer Regelfunktion von dem Regelsollwert minimal ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Zeitintervalle (t) jeweils ein zweites Zeitteilintervall (tshot) aufweisen, in welchem über das insbesondere gesamte zweite Zeitteilintervall (tshot) eine insbesondere konstante zweite (Spulen-)Spannung (Ushot) an die Vorrichtung (5) zum Erzeugen des Magnetfeldes angelegt ist, wobei die zweite (Spulen-)Spannung (Ushot) größer als die erste (Spulen-)Spannung (Uhold) ist, wobei die Dauer des zweiten Zeitteihntervalles (tshot) und die ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) jeweils eine veränderliche und regelbare Größe sind, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängigen Funktion abhängt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Absolutbetrag eines Quotientes aus der ersten (Spulen-) Spannung (Uhold) und der zweiten (Spulen-)Spannung (Ushot) über den Spannungsverlauf (12) konstant ist, wobei die von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängige Funktion umgekehrt proportional zu der Dauer des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Absolutbetrag der zweiten (Spulen-)Spannung (Ushot) über die Zeitintervalle (t) konstant ist.
22. Verfahren nach mindestens einem derAnsprüce 18 bis 21 , wobei der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen (t) jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall (thoW) einen maximalen Spulenstromwert (lmax) annimmt, wobei die Bedingung erfüllt ist, dass ein von einem Quotienten des maximalen Spulenstromwertes (lmax) und eines während des ersten Zeitteilintervalles (thoW) ermittelten Spulenstromwertes ( oW) über das Betriebssignal konstant ist.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen (t), insbesondere im ersten
Zeitteilintervall (thold) jeweils einen maximalen (Spulen-)Stromwert (Imax) annimmt, wobei die von der erste (Spulen-)Spannung (Uhold) abhängige Funktion ebenfalls von dem maximalen (Spulen-)Stromwert Imax) abhängt.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängige Funktion ebenfalls von In (_(Ushot + Uhold)/(Ushot - Uhold)~) abhängt, insbesondere proportional dazu ist.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines Anstiegs-Zeitteil- intervalles (trise) und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängigen Funktion abhängt, wobei ein Absolutbetrag des (Spulen-)Stromes innerhalb des Anstiegs-Zeitteil- intervalles (trise) von einem ersten (Spulen-)Stromsollwert auf einen zweiten (Spulen-)Stromsollwert anwächst.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei der (Spulen-)Strom in den Zeitintervallen (t) jeweils, insbesondere im ersten Zeitteilintervall (thold) einen maximalen Spulenstromwert Imax) annimmt, wobei die Regelfunktion von einem Produkt der Dauer eines dritten Zeitteil- intervalles
Figure imgf000028_0001
und eine von der ersten (Spulen-)Spannung (Uhoid) abhängigen Funktion abhängt, wobei das dritte Zeitteilintervall tImax) durch einen Beginn des zweiten Zeitteilintervalles (tshot) und einem Zeitpunkt in dem der (Spulen-)Strom den maximalen Spulenstromwert (Imax) annimmt begrenzt ist.
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 26, wobei ein Vorzeichen des Spannungsverlaufes (12) in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen (t) alterniert.
28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei Zeitintervalle mit einem positiven Vorzeichen im Spannungsverlauf einen ersten Regelsollwert aufweisen und Zeitintervalle mit einem negativen Vorzeichen einen zweiten Regelsollwert aufweisen, wobei sich der erste Regelsollwert vom zweiten Regelsollwert unterscheidet.
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei die Regelfunktion von einem Produkt eines (Spulen-)Stromwertes des (Spulen-)Stromes während eines Messintervalles und einer scheinbaren Selbstinduktivität (Ls) abhängt.
30. Verwendung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Applikationen mit OIML R-49 (2013), EN1434-4 (2018) oder DIRECTIVE 2014/32/EU (2014) Anforderung.
31. Verwendung nach Anspruch 30, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Gehäuse aufweist, welches eine Kunststoff- oder Aluminiumummantelung aufweist oder ausschließlich durch einen Kunststoffgehäusekörper gebildet ist.
32. Verwendung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in Applikationen in denen das magnetisch-induktive
Durchflussmessgerät einem Magnetfeld von größer gleich 0,3 G, insbesondere zwischen 1 ,25 bis 90 G ausgesetzt ist, insbesondere zur Prozessüberwachung eines Schmelzofens oder einer Entsalzungsanlage.
33. Verwendung einer Vielzahl an magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten (A1 , A2,... , An) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 in einer rotierenden Karussell- Abfüllmaschine (K).
34. Verwendung nach Anspruch 30, 32 oder 33, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät oder die Vielzahl an magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten jeweils kein Abschirmblech innerhalb eines Gehäuses aufweist bzw. aufweisen und/oder abschirmungsfrei zu einer externen magnetfelderzeugendene Vorrichtung angeordnet ist bzw. sind.
PCT/EP2022/082696 2021-12-01 2022-11-22 Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung WO2023099275A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021131692.8A DE102021131692A1 (de) 2021-12-01 2021-12-01 Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung
DE102021131692.8 2021-12-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023099275A1 true WO2023099275A1 (de) 2023-06-08

Family

ID=84462995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/082696 WO2023099275A1 (de) 2021-12-01 2022-11-22 Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021131692A1 (de)
WO (1) WO2023099275A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4784000A (en) * 1987-01-15 1988-11-15 Emerson Electric Co. Magnetic flowmeter coil driver and method
GB2324606A (en) * 1997-04-25 1998-10-28 Kent Meters Ltd Electromagnetic flowmeters
EP0969268A1 (de) * 1998-07-03 2000-01-05 Endress + Hauser Flowtec AG Verfahren zum Regeln des Spulenstroms von magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmern
DE102004046238A1 (de) * 2004-09-22 2006-03-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
WO2014001026A1 (de) 2012-06-28 2014-01-03 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zur steuerung eines spulenstroms eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes
DE102014107200A1 (de) * 2014-05-22 2015-11-26 Endress + Hauser Flowtec Ag Vorrichtung zum Messen des Volumenstroms eines Fluids
DE102018132601A1 (de) * 2018-12-18 2020-06-18 Endress+Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde, Messaufbau und Verfahren zur Ermittlung eines Durchflusses und/oder eines Einbauwinkels
DE102019133462A1 (de) * 2019-12-06 2021-06-10 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
DE102015116771B4 (de) 2015-10-02 2021-07-01 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zum Einstellen einer konstanten Magnetfeldstärke eines Magnetfelds bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät und diesbezügliches magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200217700A1 (en) 2019-01-09 2020-07-09 Georg Fischer Signet Llc Magnetic flowmeter assembly with zero-flow measurement capability
DE102020114517A1 (de) 2020-05-29 2021-12-02 Endress+Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4784000A (en) * 1987-01-15 1988-11-15 Emerson Electric Co. Magnetic flowmeter coil driver and method
GB2324606A (en) * 1997-04-25 1998-10-28 Kent Meters Ltd Electromagnetic flowmeters
EP0969268A1 (de) * 1998-07-03 2000-01-05 Endress + Hauser Flowtec AG Verfahren zum Regeln des Spulenstroms von magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmern
DE102004046238A1 (de) * 2004-09-22 2006-03-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
WO2014001026A1 (de) 2012-06-28 2014-01-03 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zur steuerung eines spulenstroms eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes
DE102014107200A1 (de) * 2014-05-22 2015-11-26 Endress + Hauser Flowtec Ag Vorrichtung zum Messen des Volumenstroms eines Fluids
DE102015116771B4 (de) 2015-10-02 2021-07-01 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zum Einstellen einer konstanten Magnetfeldstärke eines Magnetfelds bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät und diesbezügliches magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
DE102018132601A1 (de) * 2018-12-18 2020-06-18 Endress+Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde, Messaufbau und Verfahren zur Ermittlung eines Durchflusses und/oder eines Einbauwinkels
DE102019133462A1 (de) * 2019-12-06 2021-06-10 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021131692A1 (de) 2023-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1792144B1 (de) Verfahren zum überprüfen eines magnetisch-induktiven durch flussmessers
WO2021239352A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung
EP2422167A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmesseinrichtung und verfahren zum betreiben derselben
EP3268698B1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät mit verringerter stromaufnahme
EP4078100B1 (de) Verfahren zum betreiben eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes
DE102006023916A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
WO2021224035A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung und verfahren zum ermitteln eines füllstandes
EP1460394B1 (de) Method of regulating the coil current of electromagnetic flow sensors
WO2016041723A1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät mit einem vierspulen-magnetsystem
WO2007141266A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des volumen- oder massestroms
WO2007003461A1 (de) Verfahren zur bestimmung des arbeitspunktes eines magnetisch-induktiven durchflussmessgeräts
WO2023099275A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung
EP4070043A1 (de) Verfahren zum betreiben eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes und magnetisch-induktives durchflussmessgerät
EP1431716A1 (de) Magnetisch induktiver Durchflussmesser
EP4147011B1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung und verfahren zum ermitteln eines füllstandes
WO2023099276A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung
WO2023099277A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung
WO2023099410A1 (de) Verfahren zum betreiben einer magnetisch-induktiven durchflussmessvorrichtung
DE102009045274A1 (de) Magnetisch induktives Durchflussmessgerät
WO2023285186A1 (de) Magnetisch-induktive durchflussmessvorrichtung
EP3814724B1 (de) Verfahren zur inbetriebnahme eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes und ein magnetisch-induktives durchflussmessgerät
WO2024041812A1 (de) Verfahren zum bestimmen einer korrekturfunktion
DE102004044606A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Prozessgröße
DE102020114515A1 (de) Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung
WO2024041811A1 (de) VERFAHREN ZUM ERMITTELN EINER STRÖMUNGSGESCHWINDIGKEITSABHÄNGIGEN MESSGRÖßE

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22821429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1