WO2023110312A1 - Verfahren zum betreiben eines magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes - Google Patents

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WO2023110312A1
WO2023110312A1 PCT/EP2022/082700 EP2022082700W WO2023110312A1 WO 2023110312 A1 WO2023110312 A1 WO 2023110312A1 EP 2022082700 W EP2022082700 W EP 2022082700W WO 2023110312 A1 WO2023110312 A1 WO 2023110312A1
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WO
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coil
reactance
excitation signal
signal
frequency
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Application number
PCT/EP2022/082700
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus RÜFENACHT
Frank Schmalzried
Michael Burger
Andrew Burg
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
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a magneto-inductive flow meter and a magneto-inductive flow meter.
  • Electromagnetic flowmeters are used to determine the flow rate and volume flow of a flowing medium in a pipeline.
  • a magneto-inductive flowmeter has a magnet system that 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 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 Q v or the flow rate u and, with the addition of a known pipe cross-section, the volume flow V can be determined from the induced measuring voltage U.
  • Electromagnetic flowmeters 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.
  • the object of the invention is to provide a method for operating a magneto-inductive flow measuring device with which the influences of external magnetic fields on the flow measurement can be detected.
  • the object is achieved by the method according to claim 1 and the magnetic-inductive flow meter according to claim 13.
  • the method according to the invention for operating a magnetic-inductive flowmeter comprising:
  • At least two measuring electrodes for detecting a flow rate-dependent, induced in the medium measuring voltage; and - a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube, wherein the magnetic field generating device has a coil system with at least one coil; characterized in that a deviation ⁇ of a reactance of the coil system or a deviation ⁇ of a variable dependent on the reactance of the coil system from a desired value is determined.
  • the magnetic-inductive flowmeter according to the invention includes:
  • At least two measuring electrodes for detecting a flow rate-dependent, induced in the medium measuring voltage
  • - comprises a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube, wherein the magnetic field generating device has a coil system with at least one coil;
  • an operating, measuring and/or evaluating circuit an operating, measuring and/or evaluating circuit; and is characterized in that the operating, measuring and/or evaluation circuit is set up to carry out the method according to the invention.
  • the reactance is a frequency-dependent variable that limits an alternating current by building up an alternating voltage and causes a temporal phase shift between voltage and current.
  • the reactance is the imaginary part of the complex impedance.
  • the real part of the impedance is called effective resistance.
  • the magnitude of the impedance is called the impedance.
  • External magnetic fields affect the coil system of the magneto-inductive flowmeter and cause measurement errors in the determined flow rate.
  • the deviation of the reactance of the coil or of the coil system from a specified desired value is determined.
  • the effective resistance shows a frequency range in which it is essentially insensitive to external magnetic fields. In the same frequency range, even the slightest influences from external magnetic fields lead to deviations of several percent in the reactance. Temperature-dependent measurements were able to show that thermal influences in the same frequency range essentially only affect the effective resistance.
  • an in particular multi-frequency excitation signal is provided at the coil system, the excitation signal comprising a pulse sequence with one frequency, at least two pulse sequences each with at least one frequency and/or at least one sinusoidal signal.
  • the excitation signal is used to operate the coil system and to generate a magnetic field that penetrates the measuring tube and has a magnetic field strength that is constant over time.
  • the excitation signal can be a coil current that is applied in a controlled manner and varies over time, or a coil voltage that varies over time.
  • the pulse sequences are preferably applied to the coil system in two consecutive measurement phases. It goes without saying that the measurement phases in which the pulse sequences are respectively applied do not have to follow one another directly, nor that the pulse sequences have to be synchronized with the switching of the magnetic field. Rather, the pulse sequences can be applied both synchronously and asynchronously to the tapping of the induced measurement voltage by means of the measurement electrodes.
  • the pulse sequence is, for example, a sequence of square-wave pulses. However, other types of pulse sequences, e.g. B. sinusoidal pulses or pseudo-noise can be used in connection with the present invention.
  • a measurement signal is determined at the coil system, with a transformation, in particular an integral transformation and/or a Fourier analysis and/or a Z transformation of a time section of the excitation signal and the measurement signal or a time section of one of the Excitation signal and / or measurement signal-dependent variable takes place.
  • a transformation in particular an integral transformation and/or a Fourier analysis and/or a Z transformation of a time section of the excitation signal and the measurement signal or a time section of one of the Excitation signal and / or measurement signal-dependent variable takes place.
  • the measurement signal corresponds to a coil current. If the excitation signal is a coil current, the measurement signal corresponds to a coil voltage.
  • the reactance can be included in the determination of the deviation ⁇ over the entire spectrum or only selected frequencies of the reactance, which are referred to below as the monitoring frequency f ü .
  • either the excitation signal and the measurement signal are first transformed into a frequency spectrum and then the reactance is determined from the quotient of the two signals, or a time signal of the reactance is first formed from the excitation signal and the measurement signal and then transformed into a frequency spectrum .
  • An integral transformation and a Fourier analysis are suitable methods for transformation, the Fourier analysis comprising the method of Fourier series, continuous Fourier transformation, discrete Fourier transformation and Fourier transformation for time-discrete signals.
  • the reactance or the variable dependent on the reactance is determined using an amplitude of the transform for a monitoring frequency ü or using the amplitudes of the transform of at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 .
  • One embodiment provides that a change in the reactance or in the variable dependent on the reactance is determined as a function of the amplitude of the transform for a monitoring frequency f ü .
  • one monitoring frequency f ü or the at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 are selected from a monitoring frequency range f for which 0.1 Hz ⁇ f ⁇ 10 kHz, in particular 1 ⁇ f ⁇ 1000 Hz and preferably f ⁇ 250 Hz.
  • a spectral line of a monitoring frequency with low frequency values contains sufficient power to determine deviations ⁇ caused by external magnetic fields. to be used.
  • the reactance or the magnitude dependent on the resistance is determined from an extrapolation, which comes from an extrapolation taking into account the at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 for a frequency f extra that is smaller as a lower limit of the monitoring frequency range f.
  • temperature effects can be reduced by the design.
  • a temperature-related deviation of 1% could be reduced to 0.3% by taking the extrapolated into account.
  • the excitation signal corresponds to a coil excitation signal, the coil excitation signal having at least one measurement phase in which a coil current is essentially constant and in which the induced measurement voltage is measured, the coil excitation signal having a transient phase between two, in particular consecutive, measurement phases has, in which changes a coil current and / or a coil current direction in the coil system.
  • the coil excitation signal corresponds to the signals that are applied to the coil system in conventional magneto-inductive flowmeters to generate a constant magnetic field during the measurement phase.
  • the measuring phase the measuring voltage induced in the medium is determined at the measuring electrodes.
  • the function of the coil excitation signal is to generate a temporally constant magnetic field during a measurement phase.
  • a coil excitation signal usually has an essentially pulsed coil voltage or a pulsed coil current with a clocked sign. There is always a range in which the coil current and/or the coil voltage is constant. There are also configurations in which the coil excitation signal comprises two or more pulsed coil voltages, one serving to reduce the decay time of the coil current and thus to accelerate the generation of the magnetic field that is constant over time.
  • the excitation signal corresponds to a coil excitation signal and an additionally impressed diagnosis signal
  • the coil excitation signal has at least one measurement phase in which the coil current is essentially constant and in which the induced measurement voltage is measured
  • the coil excitation signal and the diagnostic signal each having a pulse sequence with a frequency, at least two pulse sequences each with at least one frequency and/ or comprises at least one sinusoidal signal, wherein the at least one frequency of the diagnostic signal differs from the at least one frequency of the diagnostic signal and/or an amplitude of the diagnostic signal differs from an amplitude of the coil excitation signal.
  • the excitation signal does not consist exclusively of the coil excitation signal, but also has a diagnosis signal.
  • the diagnostic signal includes a pulse sequence with a frequency, at least two pulse sequences each with at least one frequency and/or at least one sinusoidal signal. This also includes a so-called pseudo-noise with a large number of frequencies, i.e. a frequency spectrum.
  • the excitation signal can have a phase between the coil excitation signals, in which the diagnostic signal is applied to the coil system.
  • the period between the pulsed coil voltages can be increased or the coil excitation signal can be briefly suspended.
  • One embodiment provides that if the reactance or the variable dependent on the reactance is within a first reactance range, in particular if the reactance or the variable dependent on the reactance is smaller than the target value, it is assumed that an external magnetic field is present and this is optionally output.
  • the first reactance range is preferably below the target value or a lower tolerance limit for the target value. If the existing magnetic field or the determined apparent self-inductance of the magneto-inductive flowmeter is lower than a reference value, this results in a lower reactance relative to the setpoint.
  • the apparent self-inductance of the magneto-inductive flowmeter includes the contribution of the apparent inductance of the magnetic field-generating device - in particular the at least one coil, the at least one coil core and the field feedback - the influence of eddy currents and the influence of external magnetic fields.
  • One embodiment provides that if the reactance or the variable dependent on the reactance is within a second reactance range draines, in particular that the reactance or the variable dependent on the reactance is greater than the target value, it is assumed that there are components that generate a magnetic field in the medium or that a coating has components that generate a magnetic field, and this is optionally output.
  • the second reactance range differs from the first reactance range.
  • the second reactance range is preferably above the target value or an upper tolerance limit for the target value. If the existing magnetic field or the determined apparent self-inductance of the magneto-inductive flowmeter is higher than a reference value, this results in a higher reactance relative to the setpoint.
  • One embodiment provides that a change in the deviation ⁇ over time is determined, with a degree of aging of the coil system being determined and optionally output as a function of the change over time.
  • the nominal value of the reactance or the variable dependent on the reactance describes the reactance or the variable dependent on the reactance in the adjusted state.
  • variable dependent on the reactance includes the impedance, in particular the apparent self-inductance of the coil system.
  • the deviation ⁇ exceeds a limit value when the magneto-inductive flowmeter is started up, mechanical damage or manipulation of the coil system is assumed and this is optionally output.
  • FIG. 1 a perspective view of a magnetic-inductive flowmeter according to the invention
  • the structure and the measuring principle of the magnetic-inductive flow measuring device 1 are known in principle (see FIG. 1).
  • a medium that has electrical conductivity is passed through a measuring tube 2 .
  • the measuring tube 2 usually comprises a metal tube with an electrically insulating liner or a plastic or ceramic tube.
  • a magnetic field-generating device 4 is attached in such a way that the magnetic field lines are oriented essentially perpendicularly to a longitudinal direction defined by the axis of the measuring tube.
  • a saddle coil or a pole shoe with an attached coil 5 is preferably suitable as the magnetic field-generating device 4.
  • measuring electrodes 3 When a magnetic field is applied, a potential distribution occurs in the flowing medium in the measuring tube 2, which is tapped off with measuring electrodes 3 mounted opposite one another on the inner wall of the measuring tube 2.
  • two measuring electrodes 3 are used, which are arranged diametrically and form an electrode axis which runs perpendicular to an axis of symmetry of the magnetic field lines and the longitudinal axis of the measuring tube 2 .
  • the volume flow of the medium can be determined. If the density of the medium is known, the mass flow can be determined.
  • the magnetic field built up by means of the coil and pole shoe arrangement is generated by a clocked direct current of alternating flow direction.
  • An operating circuit 6 is connected to the two coils 5 and set up to apply an excitation signal with a characteristic course to the coil system, with which the coil current or the coil voltage is regulated.
  • FIGS. 1 and 2 Advantageous configurations of the characteristic profile of the excitation signals B are shown in FIGS. 1 and 2. Reversing the polarity of the coil voltage ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to the influence of multi-phase substances, inhomogeneities in the liquid or low conductivity.
  • a measurement and/or evaluation circuit 7 reads the voltage present at the measurement electrodes 3 and outputs the flow rate and/or the calculated volume flow and/or the mass flow of the medium.
  • the measuring electrodes 3 are in direct contact with the medium.
  • the coupling can also be capacitive.
  • the measurement and/or evaluation circuit 7 is additionally set up to determine a measurement signal A at the coil system.
  • the measurement signal A includes the coil voltage actually present at the coil system and/or the coil current through the coil system.
  • the measurement and/or evaluation circuit is also set up to transform the excitation signal B and the measurement signal A or a variable dependent on the excitation signal B and measurement signal A into a frequency spectrum, and from this to determine a deviation ⁇ of the reactance from a setpoint value and to calculate the to correct the determined flow measurement value depending on the determined deviation ⁇ .
  • a display unit that is not shown outputs the determined deviation ⁇ or a variable that is dependent on the determined deviation ⁇ .
  • a message or a warning can be issued if these deviate from the stored default value or default interval.
  • the default value is determined using a mathematical model, calibration method and/or simulation program. However, this is not sufficient, especially for applications in the drinking water sector.
  • the measurement and/or evaluation circuit 7 is therefore set up to correct the measured measurement voltage or a measured flow variable dependent on the measurement voltage by the determined deviation ⁇ .
  • the deviation ⁇ is not necessarily determined over the entire frequency spectrum or for all individual frequencies, but for a selected monitoring frequency f ü .
  • excitation signal B includes a coil voltage
  • measurement signal A includes a coil current.
  • the coil voltage includes two clocked pulses with different pulse amplitudes and pulse widths.
  • excitation signal B corresponds to a typical coil excitation signal D.
  • the measurement and/or evaluation unit is set up to monitor the change in reactance for a set monitoring frequency f ü .
  • the monitoring frequency is around 100 Hz.
  • FIG. 3 Two configurations of the excitation signal B and the measurement signal A are shown in FIG. 3 .
  • the excitation signal B includes a coil voltage and the measurement signal A includes a coil current.
  • Both configurations differ from the configuration of FIG. 1 in that, in addition to the coil excitation signal D, a diagnosis signal C is applied to the coil system.
  • the two configurations shown differ in how the diagnostic signal C behaves in relation to the coil excitation signal D.
  • the first of the two configurations shows a characteristic excitation signal B, in which the diagnosis signal C is applied in addition to the coil excitation signal D.
  • the excitation signal B is a superposition of the coil excitation signal D and the diagnosis signal CDh coil excitation signal D and diagnosis signal C are superimposed.
  • the measurement signal A depends on the excitation signal B and therefore shows a reaction of the coil system to the diagnostic signal C.
  • the diagnostic signal C is to be synchronized with the coil excitation signal D so that the diagnostic signal C does not extend into the measurement phase.
  • the reaction of the measurement signal A to the excitation signal B is sensitive to external magnetic fields. Therefore, the frequency and/or the amplitude of the diagnostic signal C is set independently of the coil excitation signal D in such a way that external influences can be resolved with the measuring and/or evaluation circuit.
  • the second of the two configurations also shows a characteristic excitation signal B, in which the diagnosis signal C is applied in addition to the coil excitation signal D. However, the coil excitation signal D is suspended for a period in which the diagnostic signal C is asserted. Diagnostic signal C and coil excitation signal D thus alternate.
  • the coil excitation signal (D) comprises a coil voltage comprising at least two pulse sequences, each with one frequency. Details of the coil excitation signal (D) are shown in Figures 2 and 3.
  • the measurement signal (A) is a coil current which flows through the magnetic field-generating device, in particular through the at least one coil, due to the applied coil voltage and is measured by means of a measuring circuit.
  • the one monitoring frequency f ü is or the at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 are selected from a monitoring frequency range f for which f ⁇ 250 Hz applies.
  • the reactance of the at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 can be determined by means of the amplitudes of the transform.
  • the reactance is determined from an extrapolation, which comes from an extrapolation taking into account the at least two monitoring frequencies f ü,1 , f ü,2 for a frequency f extra .
  • the frequency f extra is smaller than a lower limit of the monitoring frequency range f.
  • An example for the frequency f extra can be 0 Hz.
  • a variable dependent on the reactance can be determined. For example, a current apparent self-induction can be determined and monitored for the detection of external magnetic fields or aging of the magnetic field-generating device.
  • a change in the deviation ⁇ over time can be determined and a degree of aging of the coil system can be determined as a function of the change over time.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (1), wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät (1) umfasst: - ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums; - mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (2) durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung σ eines Blindwiderstandes des Spulensystems oder eine Abweichung σ einer vom Blindwiderstand des Spulensystems abhängigen Größe von einem Sollwert bestimmt wird, und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1).

Description

Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist ein Magnetsystem 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. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Mess- elektrodenpaar 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 U der Durchfluss Qv, bzw. die Durchflussgeschwindigkeit u und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss V ermittelt werden.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 pS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes bereitzustellen, mit dem Einflüsse externer Magnetfelder auf die Durchflussmessung erkannt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das magnetisch- induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst:
- ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeits- abhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung ein Spulensystem mit mindestens einer Spule aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung σ eines Blindwiderstandes des Spulensystems oder eine Abweichung σ einer vom Blindwiderstand des Spulensystems abhängigen Größe von einem Sollwert bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät umfasst:
- ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes umfasst, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung ein Spulensystem mit mindestens einer Spule aufweist; und
- eine Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung; und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Der Blindwiderstand ist eine frequenzabhängige Größe, die einen Wechselstrom durch Aufbau einer Wechselspannung begrenzt und eine zeitliche Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verursacht. Der Blindwiderstand ist in der komplexen Wechselstromrechnung der Imaginärteil der komplexen Impedanz. Der Realteil der Impedanz wird als Wirkwiderstand bezeichnet. Der Betrag der Impedanz wird als Scheinwiderstand bezeichnet.
Externe Magnetfelder beeinflussen das Spulensystem des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes und verursachen Messfehler bei der ermittelten Durchflussmessgröße. Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung des Einflusses durch externe Magnetfelder die Abweichung des Blindwiderstandes der Spule bzw. des Spulensystems von einem vorgegebenen Sollwert bestimmt. Der Wirkwiderstand weist einen Frequenzbereich auf, in dem er im Wesentlichen unempfindlich gegenüber externer Magnetfelder ist. Im gleichen Frequenzbereich führen bei dem Blindwiderstand bereits geringste Einflüsse durch externe Magnetfelder zu Abweichungen von mehreren Prozent. Temperaturabhängige Messungen konnten zeigen, dass thermische Einflüsse im selben Frequenzbereich im Wesentlichen ausschließlich auf den Wirkwiderstand Auswirkungen haben.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein insbesondere multifrequenzielles Anregungssignal am Spulensystem bereitgestellt wird, wobei das Anregungssignal eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst.
Das Anregungssignal dient zum Betreiben des Spulensystems und zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes mit zeitlich konstanter magnetischen Feldstärke. Das Anregungssignal kann ein kontrolliert aufgebrachter, zeitlich veränderlicher Spulenstrom oder eine zeitlich veränderliche Spulenspannung sein.
Die Pulsfolgen werden bevorzugt in zwei aufeinanderfolgenden Messphasen an das Spulensystem angelegt. Es versteht sich von selbst, dass die Messphasen, in denen die Pulsfolgen jeweils angelegt werden, weder direkt aufeinander folgen müssen, noch dass die Pulsfolgen mit der Umschaltung des Magnetfeldes synchronisiert sein müssen. Vielmehr können die Pulsfolgen sowohl synchron als auch asynchron zum Abgreifen der induzierten Messspannung mittels der Messelektroden angelegt werden. Bei der Pulsfolge handelt es sich beispielsweise um eine Folge aus rechteckförmigen Pulsen. Es können jedoch auch andere Arten von Pulsfolgen, z. B. sinusförmige Pulse oder Pseudo- Rauschen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Messsignal an dem Spulensystem ermittelt wird, wobei eine Transformation, insbesondere eine Integraltransformation und/oder einer Fourier-Analyse und/oder eine Z-Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Anregungssignales und des Messignales oder eines zeitlichen Ausschnittes einer von dem Anregungssignal und/oder Messsignal abhängigen Größe erfolgt.
Gemäß dem Fall, dass es sich bei dem Anregungssignal um eine Spulenspannung handelt, entspricht das Messsignal einem Spulenstrom. Gemäß dem Fall, dass es sich bei dem Anregungssignal um einen Spulenstrom handelt, entspricht das Messsignal einer Spulenspannung. Es ist vorteilhaft für die Ermittlung des Blindwiderstandes einen zeitlichen Ausschnitt des Anregungssignales und des Messsignales oder einer von dem Anregungssignal und/oder Messignal abhängigen Größe vom Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, um somit das zum Messsignal und/oder Anregungssignal bzw. zur vom Anregungssignal und/oder Messignal abhängigen Größe gehörige Frequenzspektrum zu erhalten. Weiterhin werden für die Ermittlung der Abweichung σ Änderungen des Blindwiderstandes im Frequenzspektrum bestimmt. Dabei kann der Blindwiderstand über das gesamte Spektrum in die Bestimmung der Abweichung σ eingehen oder nur ausgewählte Frequenzen des Blindwiderstandes, welche im Folgenden als Überwachungsfrequenz fü bezeichnet werden.
Für die Ermittlung des Frequenzspektrums des Blindwiderstandes wird entweder das Anregungssignal und das Messsignal erst in ein Frequenzspektrum transformiert und dann der Blindwiderstand aus dem Quotienten beider Signale ermittelt, oder ein Zeitsignal des Blindwiderstandes wird zuerst aus dem Anregungssignal und dem Messsignal gebildet und dann in ein Frequenzspektrum transformiert.
Als Methode zum Transformieren eignen sich beispielsweise eine Integraltransformation und eine Fourier-Analyse, wobei die Fourier-Analyse die Methode der Fourier-Reihen, der kontinuierlichen Fourier-Transformation, der diskreten Fourier-Transformation und der Fouriertransformation für zeitdiskrete Signale umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz ü oder mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 ermittelt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Änderung des Blindwiderstandes oder der vom Blindwiderstand abhängigen Größe in Abhängigkeit der Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz fü bestimmt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die eine Überwachungsfrequenz fü oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 aus einem Überwachungsfrequenz- bereich f ausgewählt sind für den gilt, dass 0,1 Hz < f < 10 kHz, insbesondere 1 ≤ f ≤ 1.000 Hz und bevorzugt f ≤ 250 Hz ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine Spektrallinie einer Überwachungsfrequenz mit niedrigen Frequenzwerten ( fü ≤ 10 kHz, insbesondere ≤ 1 kHz und bevorzugt ≤ 250 Hz) ausreichend Leistung enthält, um für die Bestimmung von Abweichungen σ, welche durch externe Magnetfelder bedingt sind, benutzt zu werden. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Blindwiderstand oder die vom Bhnd- widerstand abhängige Größe aus einer Extrapolierten bestimmt wird, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 für eine Frequenz fExtra entstammt, die kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f ist.
Dies ist gerade für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit große Nennweiten (≥ DN 150) vorteilhaft, da somit die externen Magnetfelder oder Alterung der magnetfelderzeugenden Vorrichtung trotz hohen Wirbelströmen noch sehr genaue detektierbar sind.
Weiterhin lässt sich durch die Ausgestaltung Temperatureffekte reduziert werden. Eine temperaturbedingte Abweichung von 1% konnte durch die Berücksichtigung der Extrapolierten auf 0,3% reduziert werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Anregungssignal einem Spulenerregersignal entspricht, wobei das Spulenerregersignal zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal zwischen zwei, insbesondere aufeinanderfolgende, Messphasen eine Einschwingphase aufweist, in welcher sich ein Spulenstrom und/oder eine Spulenstromrichtung im Spulensystem ändert.
Das Spulenerregersignal entspricht den Signalen, welche bei herkömmlichen magnetisch- induktiven Durchflussmessgeräten an das Spulensystem angelegt werden zur Erzeugung eines konstanten Magnetfeldes während der Messphase. In der Messphase wird an den Messelektroden die im Medium induzierte Messspannung ermittelt. Die Funktion des Spulenerregersignales ist es, ein zeitlich konstantes Magnetfeld während einer Messphase zu erzeugen.
Ein Spulenerregersignal weist üblicherweise eine im Wesentlichen pulsförmige Spulenspannung oder einen pulsförmigen Spulenstrom mit getaktetem Vorzeichen auf. Dabei existiert immer ein Bereich, in welchem der Spulenstrom und/oder die Spulenspannung konstant ist. Es gibt auch Ausgestaltungen, in denen das Spulenerregersignal zwei oder mehr pulsförmige Spulenspannungen umfasst, wobei eine dazu dient, eine Abklingdauer des Spulenstromes zu reduzieren und somit die Erzeugung des zeitlich konstanten Magnetfeldes zu beschleunigen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Anregungssignal einem Spulen- erregersignal und einem zusätzlich aufgegeprägtes Diagnosesignal entspricht, wobei das Spulenerregersignal zumindest eine Messphase aufweist, in der e in Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal und das Diagnosesignal jeweils eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst, wobei die mindestens eine Frequenz des Diagnosesignales von der mindestens einen Frequenz des Diagnosesignales und/oder eine Amplitude des Diagnosesignales von einer Amplitude des Spulenerregersignales abweicht.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Anregungssignal nicht ausschließlich aus dem Spulenerregersignal besteht, sondern zusätzlich noch ein Diagnosesignal aufweist. Das Diagnosesignal umfasst eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal. Darunter fällt auch ein sogenanntes Pseudo-Rauschen mit einer Vielzahl von Frequenzen, also ein Frequenzspektrum.
Das Anregungssignal kann eine Phase zwischen den Spulenerregersignalen aufweisen, in der das Diagnosesignal auf das Spulensystem aufgebracht wird. Dafür kann die Periodendauer zwischen den pulsförmigen Spulenspannungen erhöht oder das Spulenerregersignal kurzzeitig ausgesetzt werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines ersten Blindwiderstandbereiches liegt, insbesondere dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe kleiner als der Sollwert ist, von dem Vorliegen eines externen Magnetfeldes ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Der erste Blindwiderstandsbereich liegt vorzugsweise unterhalb des Sollwertes, bzw. einer unteren Toleranzgrenze für den Sollwert. Ist das vorliegende Magnetfeld bzw. die ermittelte scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes niedriger als ein Referenzwert, so wirkt sich das in einem niedrigeren Blindwiderstand relativ zum Sollwert aus. Die scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes umfasst den Beitrag der Scheininduktivität der magnetfelderzeugenden Vorrichtung - insbesondere der mindestens einen Spule, des mindestens einen Spulenkernes und der Feldrückführung - des Einflusses durch Wirbelströme und des Einflusses durch externe Magnetfelder.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines zweiten Blindwiderstandbereiches hegt, insbesondere dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe größer als der Sollwert ist, von dem Vorliegen von magnetfelderzeugenden Bestandteilen im Medium oder ein magnetfelderzeugende Bestandteile aufweisender Belag ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Der zweite Blindwiderstandsbereich unterscheidet sich vom ersten Blindwiderstandsbereich. Der zweite Blindwiderstandsbereich liegt vorzugsweise oberhalb des Sollwertes, bzw. einer oberen Toleranzgrenze für den Sollwert. Ist das vorliegende Magnetfeld bzw. die ermittelte scheinbare Selbstinduktivität des magnetisch- induktiven Durchflussmessgerätes höher als ein Referenzwert, so wirkt sich das in einem höheren Blindwiderstand relativ zum Sollwert aus.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems ermittelt und optional ausgegeben wird. a Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sollwert des Blindwiderstandes oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe, den Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe im justierten Zustand beschreibt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die vom Blindwiderstand abhängige Größe den Scheinwiderstand, insbesondere die scheinbare Selbstinduktivität des Spulen- systems umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Falle, dass bei einer Inbetriebnahme des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes die Abweichung σ einen Grenzwert überschreitet, von einer mechanischen Beschädigung oder Manipulation des Spulensystems ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Perspektivansicht auf ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät;
Fig. 2: eine Ausgestaltung eines Anregungssignales B und eines Messsignales A im Zeitbereich und im dazugehörigen Frequenzbereich;
Fig. 3: zwei weitere Ausgestaltungen des Anregungssignales B und Messsignales A im Zeitbereich; und
Fig. 4: einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. Der Aufbau und das Messprinzip des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1 ist grundsätzlich bekannt (siehe Fig. 1). Durch ein Messrohr 2 wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das Messrohr 2 umfasst üblicherweise ein metallisches Rohr mit einem elektrisch isolierenden Liner oder ein Kunststoff- bzw. Keramikrohr. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung 4 ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung 4 eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule 5. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine Potentialverteilung im fließenden Medium, die mit an der Innenwand des Messrohres 2 gegenüberliegend angebrachten Messelektroden 3 abgegriffen wird. In der Regel werden zwei Messelektroden 3 verwendet, welche diametral angeordnet sind und eine Elektrodenachse bilden, die senkrecht zu einer Symmetrieachse der Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 2 verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Ist die Dichte des Mediums bekannt, so kann der Massedurchfluss bestimmt werden.
Das mittels der Spulen- und Polschuhanordnung aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Strömungsrichtung erzeugt. Eine Betriebsschaltung 6 ist mit den beiden Spulen 5 verbunden und dazu eingerichtet, ein Anregungssignal mit einem charakteristischen Verlauf an das Spulensystem anzulegen, mit welchem der Spulenstrom oder die Spulenspannung reguliert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des charakteristischer Verlaufes der Anregungssignale B werden in den Fig. 1 und Fig. 2 abgebildet. Das Umpolen der Spulenspannung gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Eine Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 liest die an den Messelektroden 3 anliegende Spannung aus und gibt die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den errechneten Volumendurchfluss und/oder den Massedurchfluss des Mediums aus. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1 befinden sich die Messelektroden 3 in direktem Kontakt mit dem Medium. Die Kopplung kann jedoch auch kapazitiv erfolgen. Erfindungsgemäß ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 zusätzlich dazu eingerichtet, ein Messsignal A an dem Spulensystem zu bestimmen. Das Messsignal A umfasst die an dem Spulensystem tatsächlich anliegende Spulenspannung un/oder den Spulenstrom durch das Spulensystem. Erfindungsgemäß ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung weiterhin dazu eingerichtet das Anregungssignal B und das Messsignal A oder eine von dem Anregungssignal B und Messsignal A abhängige Größe in ein Frequenzspektrum zu transformieren, und daraus eine Abweichung σ des Blindwiderstandes von einem Sollwert zu bestimmen und den ermittelten Durchflussmesswert in Abhängigkeit der bestimmten Abweichung σ zu korrigieren.
Eine nicht abgebildete Anzeigeeinheit gibt die ermittelte Abweichung σ oder eine von der ermittelten Abweichung σ abhängigen Größe aus. Alternativ kann eine Meldung oder ein Warnhinweis ausgegeben werden, wenn diese vom hinterlegten Vorgabewert oder Vorgabeintervall abweichen. Der Vorgabewert wird mittels eines mathematischen Modells, Kalibrationsverfahrens und/oder Simulationsprogrammes ermittelt. Dies ist jedoch insbesondere bei Anwendungen im Trinkwasserbereich nicht ausreichend. Daher ist die Mess- und/oder Auswerteschaltung 7 dazu eingerichtet die gemessenen Mess- spannung oder eine von der Messspannung abhängige Durchflussmessgröße um die ermittelten Abweichung σ zu korrigieren. Dabei wird die Abweichung σ nicht zwingend über das gesamte Frequenzspektrum bzw. für alle einzelnen Frequenzen bestimmt, sondern für eine ausgewählte Überwachungsfrequenz fü.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Anregungssignales B und eines Messsignales A im Zeitbereich, und die sich daraus ergebenden Frequenzspektren E und F im Frequenzbereich. Gemäß der Ausgestaltung umfasst das Anregungssignal B eine Spulenspannung und das Messsignal A einen Spulenstrom. Die Spulenspannung umfasst zwei getaktete Pulse mit unterschiedlichen Pulsamplituden und Pulsbreiten. Ein derartiges Anregungssignal B entspricht einem typischen Spulenerregersignal D.
Nach der Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Messsignales und des Anregungssignales erhält man jeweils ein Frequenzspektrum mit diskreten Frequenzen. Aus dem frequenzabhängigen Blindwiderstand lassen sich dann bei Abweichungen von einem Sollwert auf Einflüsse durch externe Magnetfelder zurückschließen. Die Mess- und/oder Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die Änderung des Blindwiderstandes für eine eingestellte Überwachungsfrequenz fü zu überwachen. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung liegt die Überwachungsfrequenz bei ca. 100 Hz.
In der Fig. 3 sind zwei Ausgestaltungen des Anregungssignales B und des Messsignales A abgebildet. In beiden Ausgestaltungen umfasst das Anregungssignal B eine Spulenspannung und das Messsignal A einen Spulenstrom. Beide Ausgestaltungen unterscheiden sich von der Ausgestaltung der Fig. 1 darin, dass zusätzlich zum Spulenerregersignal D ein Diagnosesignal C auf das Spulensystem aufgebracht wird. Die beiden abgebildeten Ausgestaltungen unterscheiden sich darin, wie sich das Diagnosesignal C zum Spulenerregersignal D verhält. Die erste der beiden Ausgestaltungen zeigt em charakteristisches Anregungssignal B, bei dem das Diagnosesignal C zusätzlich zum Spulenerregersignal D angelegt wird. Das Anregungssignal B ist eine Superposition des Spulenerregersignales D und des Diagnosesignales C. D.h. Spulenerregersignal D und Diagnosesignal C überlagern sich. Das Messsignal A hängt von dem Anregungssignal B ab und weist daher eine Reaktion des Spulensystems auf das Diagnosesignal C auf. Das Diagnosesignal C ist so zeitlich mit dem Spulenerregersignal D abzugleichen, dass sich das Diagnosesignal C nicht in die Messphase hineinerstreckt. Die Reaktion des Messsignales A auf das Anregungssignal B ist empfindlich gegenüber externer Magnetfelder. Daher wird die Frequenz und/oder die Amplitude des Diagnosesignales C unabhängig vom Spulenerregersignal D so festgelegt, dass externe Einflüsse mit der Mess- und/oder Auswerteschaltung aufgelöst werden können.
Die zweite der beiden Ausgestaltungen zeigt auch ein charakteristisches Anregungssignal B, bei dem das Diagnosesignal C zusätzlich zum Spulenerregersignal D angelegt wird. Jedoch wird das Spulenerregersignal D für einen Zeitraum ausgesetzt, in dem das Diagnosesignal C aufgebracht wird. Diagnosesignal C und Spulenerregersignal D wechseln sich somit ab.
Die Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines multifrequenziellen Spulenerregersignales (D) am Spulensystem.
Dabei umfasst das Spulenerregersignal (D) aus eine Spulenspannung umfassend mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils eine Frequenz. Details zum Spulenerregersignal (D) sind in den Fig. 2 und 3 abgebildet.
- Ermitteln eines Messsignales (A) an dem Spulensystem.
Bei dem Messsignal (A) handelt es sich um einen Spulenstrom, der auf Grund der angelegten Spulenspannung durch die magnetfelderzeugenden Vorrichtung, insbesondere durch die mindestens eine Spule, fließt und mittels einer Messschaltung gemessen wird.
- Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Spulenerregersignales (D) und des Messignales (A) mittels Fourier-Analyse.
- Ermitteln eines Blindwiderstand des Spulensystems mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz fü.
Die eine Überwachungsfrequenz fü ist oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 sind aus einem Überwachungsfrequenzbereich f ausgewählt für den gilt, dass f < 250 Hz ist. Alternativ kann der Blindwiderstand des mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 ermittelt werden. In dem Fall wird der Blindwiderstand aus einer Extrapolierten bestimmt, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 für eine Frequenz fExtra entstammt Die Frequenz fExtra ist dabei kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f. Ein Beispiel für die Frequenz fExtra kann 0 Hz sein. Diese Vorgehensweise ist besonders bei Messrohren mit großen Nennweiten - und somit zwingendermaßen auch großen Wirbelströmen - und bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten mit temperaturempfindlichen magnetfelderzeugenden Vorrichtungen vorteilhaft.
Alternativ kann an Stelle des Blindwiderstandes eine vom Blindwiderstand abhängige Größe ermittelt werden. So kann beispielsweise eine aktuelle scheinbare Selbstinduktion für die Detektion von externen Magnetfeldern oder einer Alterung der magnetfelderzeugenden Vorrichtung bestimmt und überwacht werden.
- Bestimmen einer Abweichung σ des Blindwiderstandes von einem Sollwert.
- Ausgehen davon, dass ein externes Magnetfeld vorliegt im Falle, dass der Blindwiderstand bzw. die Abweichung σ innerhalb eines ersten Blindwiderstands- bereiches bzw. eines ersten Blindwiderstandsabweichungsbereiches liegt und Ausgeben einer Warnmeldung.
- Ausgehen davon, dass magnetfelderzeugenden Bestandteilen im Medium vorliegen im Falle, dass der Blindwiderstand bzw. die Abweichung σ innerhalb eines zweiten Blindwiderstandsbereiches bzw. eines zweiten Blindwiderstandsabweichungsbereiches liegt und Ausgeben einer Warnmeldung.
Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt und in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
1 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2 Messrohr
3 Messelektrode
4 magnetfelderzeugende Vorrichtung
5 Spule
6 Betriebsschaltung
7 Mess- und/oder Auswerteschaltung
A Messsignal
B Anregungssignal
C Diagnosesignal
D Spulenerregersignal
E Frequenzspektrum des Messsignales
F Frequenzspektrum des Anregungssignales fü Überwachungsfrequenz fü,1 erste Überwachungsfrequenz fü,2 zweite Überwachungsfrequenz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (1), wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät (1) umfasst:
- ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeits- abhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (2) durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung σ eines Blindwiderstandes des Spulensystems oder eine Abweichung σ einer vom Blindwiderstand des Spulensystems abhängigen Größe von einem Sollwert bestimmt wird.
2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, wobei ein insbesondere multifrequenzielles Anregungssignal (B) am Spulensystem bereitgestellt wird, wobei das Anregungssignal (B) eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Messsignal (A) an dem Spulensystem ermittelt wird, wobei eine Transformation, insbesondere eine Integraltransformation und/oder einer Fourier-Analyse und/oder eine Z-Transformation eines zeitlichen Ausschnittes des Anregungssignales (B) und des Messignales (A) oder eines zeitlichen Ausschnittes einer von dem Anregungssignal (B) und/oder Messsignal (A) abhängigen Größe erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe mittels einer Amplitude der Transformierten für eine Überwachungsfrequenz fü oder mittels der Amplituden der Transformierten mindestens zweier Überwachungsfrequenfz fü,1 , fü,2 ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Änderung des Blindwiderstandes oder der vom Blindwiderstand abhängigen Größe in Abhängigkeit der Amplitude der T ransformierten für eine Überwachungsfrequenz fü bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die eine Überwachungsfrequenz fü oder die mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 aus einem Überwachungsfrequenzbereich f ausgewählt sind für den gilt, dass 0,1 Hz < f < 10 kHz, insbesondere 1 < f < 1.000 Hz und bevorzugt f < 250 Hz ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe aus einer Extrapolierten bestimmt wird, die aus einer Extrapolation unter Berücksichtigung der mindestens zwei Überwachungsfrequenzen fü,1 , fü,2 für eine Frequenz fExtra entstammt, die kleiner als eine Untergrenze des Überwachungsfrequenzbereiches f ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Anregungssignal (B) einem Spulenerregersignal (D) entspricht, wobei das Spulenerregersignal (D) zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal (D) zwischen zwei insbesondere aufeinanderfolgende Messphasen eine Einschwingphase aufweist, in welcher sich ein Spulenstrom und/oder eine Spulenstromrichtung im Spulensystem ändert.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Anregungssignal (B) einem Spulenerregersignal (D) und einem zusätzlich aufgegeprägtes Diagnosesignal (C) entspricht, wobei das Spulenerregersignal (D) zumindest eine Messphase aufweist, in der ein Spulenstrom im Wesentlichen konstant ist und in der eine Messung der induzierten Messspannung erfolgt, wobei das Spulenerregersignal (D) und das Diagnosesignal (C) jeweils eine Pulsfolge mit einer Frequenz, mindestens zwei Pulsfolgen mit jeweils mindestens einer Frequenz und/oder mindestens ein sinusförmiges Signal umfasst, wobei die mindestens eine Frequenz des Diagnosesignales (C) von der mindestens einen Frequenz des Diagnosesignales (C) und/oder eine Amplitude des Diagnosesignales (C) von einer Amplitude des Spulenerregersignales (D) abweicht.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines ersten Blindwiderstandsbereiches liegt, insbesondere kleiner als der Sollwert ist, von dem Vorliegen eines externen Magnetfeldes ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
11 . Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass der Blindwiderstand oder die vom Blindwiderstand abhängige Größe innerhalb eines zweiten Blindwiderstansbereiches liegt, insbesondere größer als der Sollwert ist, von dem Vorliegen von magnetfelderzeugenden Bestandteilen oder ein magnetfelderzeugende Bestandteile aufweisender Belag im Medium ausgegangen wird und dies optional ausgegeben wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zeitliche Änderung der Abweichung σ ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung ein Grad für die Alterung des Spulensystems ermittelt und optional ausgegeben wird.
13. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1), umfassend:
- ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- mindestens zwei Messelektroden (3) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung; und
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (1) durchsetzenden Magnetfeldes umfasst, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (4) ein Spulensystem mit mindestens einer Spule (5) aufweist; und
- eine Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung (6, 7); dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung (6, 7) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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