WO2024099620A1 - Verfahren zum betreiben eines magnetisch-induktiven durchflussmessvorrichtung - Google Patents

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WO2024099620A1
WO2024099620A1 PCT/EP2023/075638 EP2023075638W WO2024099620A1 WO 2024099620 A1 WO2024099620 A1 WO 2024099620A1 EP 2023075638 W EP2023075638 W EP 2023075638W WO 2024099620 A1 WO2024099620 A1 WO 2024099620A1
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WO
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time period
time
measuring
magnetic field
period
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075638
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas KÜNG
Christian Knapp
André Schaubhut
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a magnetic-inductive flow measuring device, a magnetic-inductive flow measuring device and a magnetic-inductive flow measuring probe.
  • Magnetic-inductive flow measuring devices are used to determine the flow rate and volume flow of a flowing medium in a pipeline.
  • inline magnetic-inductive flow measuring devices are distinguished from magnetic-inductive flow measuring probes, which are inserted into a side opening of a pipeline.
  • a magnetic-inductive flow measuring device has a magnetic field generating device for generating a magnetic field.
  • a main axis of the magnetic field runs essentially perpendicular to the flow direction of the flowing medium. Saddle or cylinder coils are usually used for this.
  • a magnetic-inductive flow measuring device has a measuring tube for guiding the medium, on the outer surface of which the magnetic field generating device is arranged.
  • a pair of measuring electrodes attached to the surface of the measuring tube picks up an electrical measuring voltage or potential difference perpendicular to the flow direction and the magnetic field, which occurs when a conductive medium flows in the flow direction when a magnetic field is applied. Since the measured measuring voltage depends on the speed of the flowing medium according to Faraday's law of induction, the flow velocity and/or - with the addition of a known pipe cross-section - the volume flow can be determined from the measured induced measuring voltage.
  • magnetic-inductive flow measuring probes In contrast to a magnetic-inductive flow meter, which comprises 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 flow measuring probes with their usually circular-cylindrical housing are inserted into a side 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 are omitted and are replaced by a device for generating a magnetic field 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 is perpendicular to the front surface or the surface between the measuring electrodes. cuts.
  • the state of the art already includes a variety of different magnetic-inductive flow measuring probes.
  • Magnetic-inductive flow measuring devices are widely used in process and automation technology for fluids with an electrical conductivity of approximately 5 pS/cm or more.
  • the applicant sells corresponding flow measuring devices in a wide variety of designs for different areas of application, for example under the name PROMAG or MAGPHANT.
  • WO 2020/001876 A1 discloses a method for commissioning a magnetic inductive flowmeter in which, before the start of the measuring phase - in which the operating voltage alternates with a first frequency - there is a change between +U shot and a higher second frequency. This means that the magnetic field generating device warms up more quickly and thus reduces the settling time that must be waited for until the magnetic field is stable.
  • WO 2020/001876 A1 does not address how the zero point can be stabilized during the measuring phase.
  • a magnetic-inductive flowmeter is known from JP 2002-310751 A which is operated with a two-frequency operating signal. This means that during the measuring phase the excitation current changes the current direction with a first frequency and at the same time alternates between a maximum excitation current and no excitation current with a second frequency that is higher than the first frequency.
  • the advantage of such an operating signal is the stabilization of the zero point.
  • the disadvantage is that time periods are provided in which no magnetic field is generated or a remanence field is present, which typically only has a few percent of the nominal magnetic field. This means that no induced voltage can be measured at the measuring electrodes and therefore no flow velocity-dependent process variable can be measured in these time periods and the amplitude of the measuring signal is sometimes very low. This leads to increased measurement errors in applications with very high flow rate changes.
  • the invention is based on the object of remedying this problem.
  • the object is achieved by the method according to claim 1, the magnetic-inductive flow meter according to claim 14 and the magnetic-inductive flow measuring probe according to claim 15.
  • the method according to the invention for operating a magnetic-inductive flow measuring device for determining a flow velocity-dependent measured variable of a flowable medium which has a magnetic field generating device for generating a magnetic field and a device for detecting an induced measuring voltage in the medium, comprising the method steps:
  • the operating signal has a first time period, wherein the first time period comprises at least a first time sub-period and a second time sub-period, wherein in the first time sub-period a signal value S +J is respectively for a time period is impressed, whereby in the second time section a signal value S_ :I is impressed for a time period t 2;/ , whereby the time period is greater than the time period t 2J , whereby a magnetic field polarity during the time period of the
  • the operating signal has a second time period which, in particular directly, follows the first time period, wherein the second time period comprises at least a third time sub-section and a fourth time sub-section, wherein in the third time sub-section a signal value S +JI is impressed for a time period t in , wherein in the fourth time sub-section a signal value S_ n is impressed for a time period t 2 // , wherein the time period t 2 // is greater than the time period t in , wherein the magnetic field polarity during the time period t in differs from the
  • Magnetic field polarity differs during the time period t 2 ,
  • the operating signal can be a voltage signal that is applied to the magnetic field generating device.
  • the voltage signal comprises a time-varying voltage that is generated by means of an operating circuit and is applied to the magnetic field generating device.
  • the magnetic field generating device is designed in such a way that it generates a time-varying magnetic field based on the impressed operating signal.
  • the magnetic field generating device usually comprises at least one coil that is electrically connected to the operating circuit.
  • the operating signal can also be a current signal that is set or specified on the magnetic field generating device. In this case, the operating circuit is set up to generate the current signal and make it available to the magnetic field generating device.
  • the operating signal is such that after the second time period the first time period begins again and after the first time period the second time period follows again.
  • the device for detecting the induced measuring voltage measures the measuring voltage induced in the medium or the electrical potentials present at the individual measuring electrodes using a measuring circuit.
  • the operating signal is therefore applied in the measuring phase.
  • An evaluation circuit is set up to determine the flow velocity-dependent measured variable based on the measured measuring voltages or electrical potentials of different time intervals.
  • the flow velocity-dependent measured variable can be the flow velocity, the volume flow, the mass flow and/or variables derived from these.
  • the current zero point can be determined as follows.
  • a difference or an average value of two measurement voltages from preferably consecutive time intervals of opposite magnetic field polarity of the first time interval is determined.
  • the first measurement voltage value U is obtained from the difference. This is used to determine the flow velocity-dependent measured variable.
  • the difference or the average value of two measurement voltages from preferably consecutive time intervals of the second time interval with opposite magnetic field polarity is also determined.
  • the second measurement voltage value //, is obtained from the difference. This is also used to determine the flow velocity-dependent measured variable.
  • the first measurement voltage value U I and the second measurement voltage value Un are used to determine the zero point effect. For example, the difference between the respective absolute values of the two determined measurement voltage values is determined, which themselves do not have a flow velocity dependent component and essentially depends exclusively on the zero point effect. The currently determined measured value of the flow velocity dependent measured quantity is then corrected by the current zero point.
  • the advantage of the solution according to the invention is that time periods are avoided in which no current flows through the magnetic field generating device or no voltage is applied to the magnetic field generating device, and thus no magnetic field is generated.
  • the induced measuring voltage can be recorded continuously over the entire measuring period.
  • Another advantage is that by imposing the signal values S + / , S_ :I , S +JI and - all of which deviate from zero - a significantly higher signal amplitude can be achieved than in the method according to JP 2002-310751 A and one is therefore less sensitive to 1/f noise. Furthermore, the operating signal according to the invention results in a significant simplification of the control method, since no sections are provided in which no current flows.
  • One embodiment provides that during the first time period, the first time sub-interval, in particular the signal value S +J and the second time sub-interval, in particular the signal value S_ :I, are at least temporarily transmitted at a first frequency alternate.
  • One embodiment provides that during the second time period, the third time sub-interval, in particular the second signal value S +iII and the fourth time sub-interval, in particular the second signal value at least temporarily alternate with a second frequency f 2 II .
  • One embodiment provides that the third frequency f 3 is smaller than the first frequency u and the second frequency f 2 II .
  • a ratio of the third frequency f 3 and the first frequency f 1 and/or the second frequency f 2 n is between 2 and 1000, in particular 2 and 10 and preferably 3 and 5.
  • One arrangement provides that a ratio between the time period and the time period t 2 ,/ is between 1 and 10, in particular 1 ,5 and 5 and preferably 2 and 3.
  • a ratio between the time period t 2 ,n and the time period t ul is between 1 and 10, in particular 1.5 and 5 and preferably 2 and 3.
  • time period t w is equal to the time period t 2 n and/or the time period t 2;/ is equal to the time period t 1;// .
  • Measured values of the coil current and the coil voltage can also be used to control the operating signal.
  • the time profile and/or measured values of the coil current and the coil voltage during the longer time intervals can be determined and used to control the duration of the short time intervals and to determine the inductance of the magnetic field generating device.
  • the shorter time intervals can be selected to be shorter than in an operation with constant time intervals. This is particularly advantageous for suppressing 1/f interference signals.
  • the determined inductance can be used for diagnosis, compensation and/or flux density control to ensure that the flow velocity-dependent measured values are correct and reliable even when there are changes to the magnetic field generating device or under the influence of external interference.
  • One embodiment provides that the first time period lasts for a time period t 31 .
  • One embodiment provides that a ratio between the time period t 31 and the time period between 2 and 1000, in particular 3 and 10 and preferably 5 and 7.
  • One embodiment provides that a ratio between the time period t 3J and the time period t 2;/ is between 4 and 2000, in particular 6 and 20 and preferably 10 and 14.
  • One embodiment provides that during the first time subsection and/or the third time subsection, a shot signal value S + , shot is impressed for a time period t +iSftot , and/or wherein during the second time subsection and/or the fourth time subsection, a shot signal value S_, shot is impressed for a time period t_, shot .
  • the advantage of this design is that the additional imprinting of shot signal values in the individual time intervals results in a faster oscillation and thus stabilization of the generated magnetic field.
  • the magnetic-inductive flow meter according to the invention for determining a flow velocity-dependent measured variable of a flowable medium comprises:
  • a magnetic field generating device arranged on the measuring tube for generating a magnetic field penetrating the measuring tube
  • the magnetic-inductive flow measuring probe according to the invention for determining a flow velocity-dependent measured variable of a flowable medium comprising:
  • a magnetic field generating device arranged in the housing for generating a magnetic field penetrating the housing, in particular the front section;
  • Fig. 1 an embodiment of a magnetic-inductive flow meter
  • Fig. 2 a perspective view of a partially sectioned embodiment of a magnetic-inductive flow measuring probe
  • Fig. 3 a schematic representation of a first embodiment of the operating signal
  • Fig. 4 a schematic representation of the measuring signal which would result from the operating signal of Fig. 3 at a flow velocity of 0 m/s.
  • Fig. 5 a schematic representation of a second embodiment of the operating signal.
  • Fig. 6 an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a cross section through a magnetic-inductive flow meter 1.
  • the structure and measuring principle of a magnetic-inductive flow meter 1 are basically known.
  • a flowable medium that has electrical conductivity is passed through a measuring tube 2.
  • the measuring tube 2 comprises a carrier tube 3 that comes into contact with the medium and is usually made of steel, ceramic, plastic or glass or at least comprises these.
  • a magnetic field generating 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 magnetic field generating device 5 usually comprises a saddle coil or at least one (cylindrical) coil 6i.
  • a coil core 14i usually extends through a receptacle 15 of the coil 6i.
  • the receptacle 15 is to be understood as the volume that is delimited by the coil wire forming the coil 6i.
  • the receptacle 15 of the coil 6i can thus be formed by a coil holder or by the imaginary enclosed volume. The latter occurs when the coil wire of the coil 6i is wound directly around the coil core 14i.
  • the coil core 14i is made of a magnetically conductive, in particular soft magnetic material.
  • the device 5 for generating the magnetic field comprises a pole shoe 21i, which is arranged at one end of the coil core 14i.
  • the pole shoe 21i can be a separate component or can be monolithically connected to the coil core 14i. In the embodiment shown in Fig.
  • two diametrically arranged coils 6a, 6b each have a coil core 14a, 14b and a pole shoe 21a, 21b.
  • the two coil cores 14a, 14b are connected to one another via a field return 22.
  • the field return 22 connects the opposite sides of the coil cores 14a, 14b.
  • the coil 6 is connected to an operating circuit 7, which operates the coil 6 with an operating signal.
  • the operating signal can be a voltage with a time-varying profile and is characterized by operating signal parameters, with at least one of the operating signal parameters being controllable.
  • the magnetic field built up by the magnetic field generating device 5 is generated by a direct current of alternating polarity clocked by an operating circuit 7. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to influences from electrochemical interference.
  • the two coils 6a, 6b can be connected separately to the operating circuit 7 or connected in series or parallel to one another.
  • a device 8 for tapping the induced measuring voltage is arranged on the measuring tube 2.
  • the device 8 for tapping the induced measuring voltage is formed by two measuring electrodes 17, 18 arranged opposite one another to form a galvanic contact with the medium.
  • magnetic-inductive flow meters are known which have measuring electrodes arranged on the outer wall of the carrier tube 3 which do not come into contact with the medium.
  • the measuring electrodes 17, 18 are arranged diametrically and form an electrode axis or are cut by a transverse axis which runs perpendicular to the magnetic field lines and the longitudinal axis of the measuring tube 2.
  • devices 8 for tapping the induced measuring voltage which have more than two measuring electrodes are also known.
  • the flow velocity-dependent measurement variable can be determined using the measured measurement voltage.
  • the flow velocity-dependent measurement variable includes the flow velocity, the volume flow and/or the mass flow of the medium.
  • a measuring circuit 23 is set up to detect the induced measurement voltage applied to the measuring electrodes 17, 18 and an evaluation circuit 24 is designed to determine the flow velocity-dependent measurement variable.
  • the evaluation circuit 24 can be part of the measuring transducer.
  • the support tube 3 is often made of an electrically conductive material, such as steel.
  • the inner wall is lined with an insulating material, for example a (plastic) liner 4.
  • a level monitoring electrode 19 which is ideally installed at the highest point in the measuring tube 2, serves to detect partial filling of the measuring tube 1. detect, and is set up to forward this information to the user and/or to take the fill level into account when determining the volume flow.
  • a reference electrode 20, which is usually mounted diametrically opposite 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. The reference electrode 20 is generally used to connect the flowing medium to an earth 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.
  • the measuring, operating and/or evaluation circuit 7, 23, 24 is set up to carry out the method according to the invention.
  • it can have a microprocessor and/or electrical components (electrical lines, electromechanical components, passive and/or active components).
  • the operating circuit is set up to generate the operating signal and provide it to the magnetic field generating device.
  • the measuring circuit is set up to determine the measurement voltage values and forward them to the evaluation circuit.
  • the evaluation circuit is set up to determine the current zero point and to take this into account for determining the flow velocity-dependent measured variable.
  • a flow measuring probe 101 comprises a generally circular-cylindrical housing 102 with a predetermined outer diameter. This is adapted to the diameter of a bore that is located in a wall of a pipeline (not shown in Fig. 1) 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 is immersed practically perpendicular to the flow direction of the medium, which is indicated by the wavy arrows 118.
  • a front end 116 of the housing 102 that projects into the medium is sealed in a fluid-tight manner with a front body 115 made of insulating material.
  • a coil arrangement 106 arranged in the housing 102 can be used to generate a magnetic field 109 that extends through the end section into the medium.
  • a coil core 111 which is arranged in the housing 102 and consists at least partially of a soft magnetic material, ends at or near the end section 116.
  • a field return body 114 which encloses the coil arrangement 106 and the coil core 111, is designed to return the magnetic field 109 extending from the end section into the housing 102.
  • 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 field guide body 110 form a galvanic contact with the medium to be guided.
  • measuring electrode 104i form the device 103 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 voltage induced on the basis of Faraday's law of induction can be tapped at the measuring electrodes 104i by means of a measuring and/or evaluation circuit. This is maximum when the flow measuring probe 101 is installed in the pipeline in such a way that a plane spanned by a straight line intersecting the two measuring electrodes 104i and a longitudinal axis of the flow measuring probe runs perpendicular to the flow direction 118 or longitudinal axis of the pipeline.
  • 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.
  • the measuring, operating and/or evaluation circuit 107, 120, 121 is suitable and set up to carry out the method according to the invention.
  • it can have a microprocessor and/or electrical components (electrical lines, electromechanical components, passive and/or active components).
  • the operating circuit is set up to generate the operating signal and to provide it to the magnetic field generating device.
  • the measuring circuit is set up to determine the measuring voltage values and to forward them to the evaluation circuit.
  • the evaluation circuit is set up to determine the current zero point and to take this into account for determining the flow velocity-dependent measured variable.
  • Fig. 3 shows a simplified schematic representation of a first embodiment of the operating signal (solid line) and an operating signal according to the prior art (dashed line).
  • the operating signal can be a voltage signal or a current signal. If the operating signal is a voltage signal, this includes time-varying voltage values that are applied to the magnetic field generating device. If the operating signal is a current signal, this includes time-varying current values that are set on the magnetic field generating device.
  • the graph shown shows the current or voltage as a function of time. According to the prior art, the operating signal changes periodically between two time intervals. In the first time interval, the operating signal alternates between the signal value S +iI and a signal value of zero.
  • the first time sub-interval has four time sub-intervals in which the operating signal assumes the signal value S+ and three time sub-intervals in which the operating signal is zero.
  • the generated magnetic field changes the magnetic field polarity.
  • the operating signal alternates between the signal value “ and a signal value of zero.
  • the second time sub-interval has four time sub-intervals in which in which the operating signal assumes the signal value S_ n and three time intervals in which the operating signal is zero.
  • the respective time period in which the signal value S +J or S_ n is impressed is identical to the time period in which the operating signal assumes a signal value of zero.
  • the operating signal shown is referred to as a dual-frequency operating signal.
  • the operating signal according to the invention differs from the prior art essentially in that there are no time intervals in which the operating signal assumes a signal value of zero. Furthermore, the time periods and t 2 ,/ or t in and t 2 // of the time subintervals i, ii, iii, iv in which the signal values S +J and S_ :I or S +iII and S_ :II are impressed. In the embodiment shown, the time periods t w and t 2;/ assume a ratio of 1:2 and the time periods t in and t 2 // assume a ratio of 2:1. The ratio changes when changing from the first time interval to the second time interval or from the second time interval to the first time interval.
  • the first time interval lasts a time period t 3J .
  • the duration of the first time interval is identical to the duration of the second time interval.
  • the signal values S +J and S +iII and the signal values S_ and S_ :II or the absolute amounts of the four signal values S +J , S +JI , S_ :I and S_ w are also identical.
  • the time period t w is identical to the time period t 2 // and the time period t 2;/ is identical to the time period t il .
  • a ratio between the time period and the time period t 2J between 1 and 10, in particular 1.5 and 5 and preferably 2 and 3.
  • a ratio between the time period t 2 // and the time period can be between 1 and 10, in particular 1.5 and 5 and preferably 2 and 3.
  • a ratio between the time period t 3 1 and the time period between 2 and 1000, in particular 3 and 10 and preferably 5 and 7 and a ratio between the time period t 3 1 and the time period t 2J between 4 and 2000, in particular 6 and 20 and preferably 10 and 14.
  • Fig. 4 shows schematic representations of the measurement signal which would result from the operating signal according to the invention in Fig. 3 and the operating signal according to the prior art at a flow rate of 0 m/s.
  • the measurement signal comprises the measuring voltage induced by the flowing medium (in this case the measuring voltage is zero) with a simplified interference signal which provides an exponentially decaying contribution.
  • the interference signal is caused by the crosstalk from the magnetic field generating device to the device for detecting the induced measuring voltage.
  • the measuring voltage is measured in the later part of a time interval of constant magnetic field polarity, since the influence of the interference is minimal there.
  • the measurement signal resulting from the operating signal according to the invention has a significantly higher amplitude of the measurement signal for all time intervals. Especially at the beginning of the switching process, the amplitude in the conventional solution is very low and close to 0 V. Only after several time intervals does the amplitude increase for the time intervals in which no coil current flows through the magnetic field generating device until it assumes essentially half the maximum amplitude.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a second embodiment of the operating signal 11.
  • the second embodiment of the operating signal 11 differs from the first embodiment essentially in that during the first time segment i and the third time segment iii an additional shot signal value S + , shot (e.g. a shot voltage) is impressed for a time period t + , shot and that during the second time segment ii and the fourth time segment iv an additional shot signal value S_, shot (e.g. a shot voltage) is impressed for a time period t_, shot t.
  • the absolute value of the individual shot signal values and the time periods are identical in the case of the embodiment shown.
  • the absolute values of the individual shot signal values and also the time periods in which the corresponding shot signal value is applied can differ from one another.
  • Fig. 6 shows an embodiment of the method according to the invention.
  • An operating signal is impressed on the magnetic field generating device for generating the magnetic field (method step I).
  • the operating signal has a first time period with at least a first time sub-period and a second time sub-period.
  • a signal value S +iI is impressed for a time period t w
  • a signal value S_ :I is impressed for a time period t 2;/ .
  • a magnetic field polarity of the generated magnetic field differs during the time period of the magnetic field polarity during the time period t 2 .
  • the time period is greater than the time period t 2J .
  • the time portion in which the signal value S +iI is impressed is greater than the time portion in which the signal value S_ :I is impressed.
  • the operating signal also has a second time period which directly follows the first time period. However, a further time period can be provided between the first time period and the second time period in which the signal value is zero.
  • the second time period has at least a third time sub-period in which a signal value S +iII is impressed for a time period t 1;// and a fourth time sub-period in which a signal value S_ :II is impressed for a time period t 2Ji .
  • the magnetic field polarity during the time period t in differs from the magnetic field polarity during the time period t 2iII .
  • the time period t 2JI is longer than the time period t ul .
  • the time portion in which the signal value S_ n is impressed is longer than the time portion in which the signal value S +ill is impressed.
  • the operating signal according to the invention is also a two-frequency operating signal.
  • a first measuring voltage value t/, of the induced measuring voltage is measured during a measuring section of the first time period (I) (process step II).
  • a second measuring voltage value U n of the induced measuring voltage is measured (process step III).
  • a current zero point is determined from the measured first measuring voltage value t/, and second measuring voltage value U Titan to compensate for the flow velocity-dependent measured variable (process step IV). This can be achieved by forming a difference between the two measuring voltage values U I and Un.
  • the flow velocity-dependent measured variable is determined using the measuring voltage values of different time sub-intervals of a time interval and compensated for the current zero point. Process steps I to IV are not to be considered as consecutive
  • the induced measuring voltage is measured while the operating signal is being impressed in process step I.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (1), umfassend die Verfahrensschritte: - Aufprägen eines Betriebssignales (11), wobei das Betriebssignal (11) einen ersten Zeitabschnitt (I) aufweist mit einen ersten Zeitteilabschnitt (i) und einen zweiten Zeitteilabschnitt (ii), wobei im ersten Zeitteilabschnitt (i) ein Signalwert S +,I jeweils für eine Zeitdauer t 1 , l und im zweiten Zeitteilabschnitt (ii) ein Signalwert S −,I für eine Zeitdauer t 2,l aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer t 1 , l größer ist als die Zeitdauer t 2 , l , wobei sich eine Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t 1,l von der Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t 2 , l unterscheidet, wobei das Betriebssignal einen zweiten Zeitabschnitt (II) aufweist mit einem dritten Zeitteilabschnitt (iii) und einen vierten Zeitteilabschnitt (iv), wobei im dritten Zeitteilabschnitt (iii) ein Signalwert S +,ll für eine Zeitdauer t 1,ll und im vierten Zeitteilabschnitt (iv) ein Signalwert S -,ll für eine Zeitdauer t 2, ll aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer t 2, ll größer ist als die Zeitdauer t 1 , ll ; - Messen eines ersten Messspannungswertes U l der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des ersten Zeitabschnittes (I) und eines zweiten Messspannungswertes U ll der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des zweiten Zeitabschnittes (II); und - Bestimmen der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße anhand des ersten Messspannungswertes U l und des zweiten Messspannungswertes U ll .

Description

Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und eine magnetisch-induktive 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 magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf. Eine Hauptachse des Magnetfeldes verläuft dabei im Wesentlichen senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums. Dafür werden üblicherweise Sattel- oder Zylinderspulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und relativ zur Strömungsrichtung 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 zum Führen des Mediums auf, auf dessen äußeren Mantelfläche die magnetfelderzeugende Vorrichtung angeordnet ist. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw. Potenzialdifferenz 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 gemessenen induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und/oder - 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 Durchflussmessvorrichtungen 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.
Die WO 2020/001876 A1 offenbart ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes, bei dem vor dem Beginn der Messphase - in der die Betriebsspannung mit einer erste Frequenz alterniert - mit einer höheren zweiten Frequenz zwischen +Ushot gewechselt wird. Das führt dazu, dass die magnetfelderzeugende Vorrichtung schneller warm wird und somit die Einschwingzeit reduziert wird, die abgewartet werden muss, bis das Magnetfeld stabil ist. Die WO 2020/001876 A1 adressiert jedoch nicht, wie der Nullpunkt während der Messphase stabilisiert werden kann.
Es ist aus der JP 2002-310751 A ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bekannt, welches mit einem Zwei-Frequenz Betriebssignal betrieben wird. Das heißt in dem Fall, dass während der Messphase der Erregerstrom mit einer ersten Frequenz die Stromrichtung ändert und gleichzeitig mit einer zweiten Frequenz, die höher ist als die erste Frequenz, zwischen einem maximalen Erregerstrom und keinem Erregerstrom alterniert. Vorteilhaft an einem derartigen Betriebssignal ist die Stabilisierung des Nullpunktes. Nachteilig daran ist, dass Zeitabschnitte vorgesehen sind, in denen kein Magnetfeld erzeugt wird bzw. ein Remanenzfeld vorliegt, welches typischerweise nur wenige Prozent vom nominalen Magnetfeld aufweist. Das führt zum einen dazu, dass keine induzierte Spannung an den Messelektroden und somit auch keine Strömungsgeschwindigkeitsabhänge Prozessgröße in diesen Zeitabschnitten messbar ist und zum anderen die Amplitude des Messsignales zeitweise sehr gering ist. Dies führt bei Anwendungen mit sehr hohen Durchflussänderungen zu erhöhten Messfehlern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 , das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 14 und die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde nach Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, welches eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte:
- Aufprägen eines Betriebssignales an die magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes, wobei das Betriebssignal einen ersten Zeitabschnitt aufweist, wobei der erste Zeitabschnitt mindestens einen ersten Zeitteilabschnitt und einen zweiten Zeitteilabschnitt umfasst, wobei im ersten Zeitteilabschnitt ein Signalwert S+J jeweils für eine Zeitdauer
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aufgeprägt wird, wobei im zweiten Zeitteilabschnitt ein Signalwert S_:I für eine Zeitdauer t2;/ aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer
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größer ist als die Zeitdauer t2J, wobei sich eine Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer
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von der
Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2,/ unterscheidet, wobei das Betriebssignal einen zweiten Zeitabschnitt aufweist, welcher, insbesondere direkt, auf den ersten Zeitabschnitt folgt, wobei der zweite Zeitabschnitt zumindest einen dritten Zeitteilabschnitt und einen vierten Zeitteilabschnitt umfasst, wobei im dritten Zeitteilabschnitt ein Signalwert S+JI für eine Zeitdauer ti n aufgeprägt wird, wobei im vierten Zeitteilabschnitt ein Signalwert S_ n für eine Zeitdauer t2 // aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer t2 // größer ist als die Zeitdauer ti n, wobei sich die Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer ti n von der
Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2 ,, unterscheidet;
- Messen eines ersten Messspannungswertes t/, der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des ersten Zeitabschnittes;
- Messen eines zweiten Messspannungswertes Un der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des zweiten Zeitabschnittes; und - Bestimmen eines aktuellen Nullpunktes anhand des ersten Messspannungswertes //, und des zweiten Messspannungswertes Un zum Kompensieren der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße.
Bei dem Betriebssignal kann es sich um ein Spannungssignal handeln, welches an die magnetfelderzeugende Vorrichtung angelegt wird. Das Spannungssignal umfasst in dem Fall eine zeitlich veränderliche Spannung, die mittels einer Betriebsschaltung erzeugt wird und an die magnetfelderzeugende Vorrichtung angelegt wird. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie ausgehend von dem aufgeprägten Betriebssignal ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt. Üblicherweise umfasst die magnetfelderzeugende Vorrichtung mindestens eine Spule die in elektrischer Verbindung mit der Betriebsschaltung steht. Alternativ kann es sich bei dem Betriebssignal auch um ein Stromsignal handeln, welches an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung eingestellt bzw. vorgegeben wird. Die Betriebsschaltung ist in dem Fall dazu eingerichtet, das Stromsignal zu erzeugen und an der magnetfelderzeugende Vorrichtung bereitzustellen.
Das Betriebssignal ist dergestalt, dass nach dem zweiten Zeitabschnitt wieder der erste Zeitabschnitt beginnt und nach dem ersten Zeitabschnitt wieder der zweite Zeitabschnitt folgt. Während das Betriebssignal angelegt wird, wird an der Vorrichtung zum Erfassen der induzierten Messspannung die im Medium induzierte Messspannung bzw. die einzelnen Messelektroden vorliegenden elektrischen Potentiale mittels einer Messschaltung gemessen. Das Betriebssignal wird demnach in der Messphase angelegt. Ein Auswerteschaltung ist dazu eingerichtet, ausgehend von den gemessenen Messspannungen bzw. elektrischen Potentialen unterschiedlicher Zeitteilintervalle die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße zu bestimmen. Bei der strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße kann es sich um die Durchflussgeschwindigkeit, den Volumendurchfluss, den Massenstrom und/oder davon abgeleitete Größen handeln.
Der aktuelle Nullpunkt lässt sich wie folgt bestimmen. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Differenz oder ein Mittelwert zweier Messspannungen aus bevorzugt aufeinanderfolgenden Zeitteilintervallen gegensätzlicher Magnetfeld-Polarität des ersten Zeitintervalls bestimmt. Aus der Differenz ergibt sich der erste Messspannungswert U,. Dieser wird für die Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eingesetzt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird ebenfalls die Differenz oder der Mittelwert zweier Messspannungen aus bevorzugt aufeinanderfolgenden Zeitteilintervallen des zweiten Zeitintervalls mt gegensätzlicher Magnetfeld-Polarität bestimmt. Aus der Differenz ergibt sich der zweite Messspannungswert //,,. Dieser wird ebenfalls für die Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eingesetzt. In die Bestimmung des Nullpunkteffektes gehen der erste Messspannungswert UI und der zweite Messspannungswert Un ein. So wird beispielsweise die Differenz der jeweiligen Absolutbeträge der beiden bestimmten Messspannungswerte ermittelt, die selbst keinen strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Anteil aufweist und im Wesentlichen ausschließlich vom Nullpunkteffekt abhängt. Der aktuell ermittelte Messwert der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße wird dann um den aktuellen Nullpunkt korrigiert.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass Zeitteilabschnitte vermieden werden, in denen kein Strom durch die magnetfelderzeugende Vorrichtung fließt bzw. keine Spannung an der magnetfelderzeugende Vorrichtung anliegt, und somit kein Magnetfeld erzeugt wird. Dies führt dazu, dass immer eine zur Strömungsgeschwindigkeit des Mediums proportionale induzierte Spannung an der Vorrichtung zum Erfassen der induzierten Messspannung detektierbar ist. Gerade bei Anwendungen in denen die Strömungsgeschwindigkeit schnell variieren - wie beispielsweise bei Abfüllprozessen - ist es vorteilhaft, wenn über den gesamten Messzeitraum kontinuierlich die induzierte Messspannung erfasst werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch das Aufprägen der Signalwerte S+ /, S_:I, S+JI und
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- die allesamt von Null abweichen - eine deutlich höhere Signalamplitude erreicht werden kann, als in dem Verfahren nach JP 2002-310751 A und man somit unempfindlicher gegenüber 1/f Rauschen wird. Weiterhin ergibt sich aus dem erfindungsgemäßen Betriebssignal eine deutliche Vereinfachung des Regelverfahrens, da keine Abschnitt vorgesehen sind, in denen kein Strom fließt.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass während des ersten Zeitabschnittes das erste Zeitteilintervall, insbesondere der Signalwert S+J und das zweite Zeitteilintervall, insbesondere der Signalwert S_:I zumindest zeitweise mit einer ersten Frequenz
Figure imgf000007_0002
alternieren.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass während des zweiten Zeitabschnittes das dritte Zeitteilintervall, insbesondere der zweite Signalwert S+iII und das vierte Zeitteilintervall, insbesondere der zweite Signalwert
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zumindest zeitweise mit einer zweiten Frequenz f2 II alternieren.
Das heißt nicht nur, dass das Betriebssignal mehr als einmal den Signalwert S+J und den Signalwert S_ , annimmt, sondern auch periodisch. Entsprechendes gilt auch für die Wiederholungen der Signalwert S+iII und der Signalwerte S_ w. Vorteilhaft daran ist, dass sich aus den, während den wiederholenden Zeitteilintervallen gemessenen Messspannungen ein stabilere strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße bestimmen lässt. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Zeitabschnitt und der zweite Zeitabschnitt mit einer dritten Frequenz f3 alternieren.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die dritte Frequenz f3 kleiner ist als die erste Frequenz u und die zweite Frequenz f2 II.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis aus der dritten Frequenz f3 und der ersten Frequenz f1 und/oder der zweiten Frequenz f2 n zwischen 2 und 1000, insbesondere 2 und 10 und bevorzugt 3 und 5 liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer
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und der Zeitdauer t2,/ zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t2,n und der Zeitdauer tul zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zeitdauer tw gleich der Zeitdauer t2 n und/oder die Zeitdauer t2;/ gleich der Zeitdauer t1;// ist.
Es können auch Messwerte des Spulenstromes und der Spulenspannung für die Regelung des Betriebssignales eingesetzt werden. So können der zeitliche Verlauf und/oder Messwerte des Spulenstromes und der Spulenspannung während der jeweils längeren Zeitteilintervallen bestimmt werden und für die Regelung der Dauer der kurzen Zeitintervalle und zur Bestimmung der Induktivität der magnetfelderzeugenden Vorrichtung genutzt werden. Damit können die kürzeren Zeitteilintervalle kürzer gewählt werden als bei einem Betrieb mit gleichbleibenden Zeitteilintervallen. Dies ist gerade vorteilhaft zur Unterdrückung von 1/f-Störsignalen. Die ermittelte Induktivität kann zur Diagnose, Kompensation und/oder Flussdichteregelung genutzt werden, um sicherzustellen, dass die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messwerte auch bei Veränderungen an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung oder unter Einfluss von externen Störungen korrekt und verlässlich sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Zeitabschnitt eine Zeitdauer t31 andauert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t31 und der Zeitdauer
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zwischen 2 und 1000, insbesondere 3 und 10 und bevorzugt 5 und 7 liegt. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t3J und der Zeitdauer t2;/ zwischen 4 und 2000, insbesondere 6 und 20 und bevorzugt 10 und 14 liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass während des ersten Zeitteilabschnittes und/oder des dritten Zeitteilabschnittes jeweils ein Shot-Signalwert S+,shot für eine Zeitdauer t+iSftot aufgeprägt wird, und/oder wobei während des zweiten Zeitteilabschnittes und/oder des vierte Zeitteilabschnittes jeweils ein Shot-Signalwert S_,shot für eine Zeitdauer t_,shot aufgeprägt wird.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist, dass durch das zusätzliche Aufprägen von Shot- Signalwerten in den einzelnen Zeitteilintervallen ein schnelleres Einschwingen und somit Stabilisieren des erzeugten Magnetfeldes erfolgt.
Das erfindungsgemäße Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfasst:
- ein Messrohr zum Führen des Mediums;
- eine Vorrichtung zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium
- eine an dem Messrohr angeordnete magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes; und
- eine Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung, welche dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die erfindungsgemäße Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Gehäuse mit einem mit dem Medium zu beaufschlagenden Frontabschnitt,
- eine Vorrichtung zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium;
- eine im Gehäuse angeordnete magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Gehäuse, insbesondere den Frontabschnitt durchdringenden Magnetfeldes; und
- eine Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung, welche dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Ausgestaltung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht auf eine teilweise geschnittene Ausgestaltung einer magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des Betriebssignales;
Fig. 4: eine schematische Darstellung des Messsignales, welches sich aus dem Betriebssignal von Fig. 3 ergeben würde bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 0 m/s.
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des Betriebssignales; und
Fig. 6: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 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 mediumsberührendes Trägerrohr 3, welches üblicherweise aus Stahl, Keramik, Kunststoff oder Glas gebildet ist oder diese zumindest umfassen. Eine magnetfelderzeugende 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 magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 umfasst üblicherweise eine Sattelspule oder mindestens eine (Zylinder-)Spule 6i. Durch eine Aufnahme 15 der Spule 6i erstreckt sich üblicherweise ein Spulenkern 14i. Als Aufnahme 15 ist das Volumen zu verstehen, welches durch den die Spule 6i bildenden Spulendraht begrenzt wird. Die Aufnahme 15 der Spule 6i kann somit durch eine Spulenhalterung oder durch das gedachte eingeschlossene Volumen gebildet sein. Letzteres tritt ein, wenn der Spulendraht der Spule 6i direkt um den Spulenkern 14i gewickelt ist. Der Spulenkern 14i ist aus einem magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff gebildet. Die Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst einen Polschuh 21 i, der an einem Ende des Spulenkerns 14i angeordnet ist. Der Polschuh 21 i kann separates Bauteil sein oder monolithisch mit dem Spulenkern 14i verbunden sein. In der abgebildeten Ausgestaltung der Fig. 1 weisen zwei diametral angeordnete Spulen 6a, 6b jeweils einen Spulenkern 14a, 14b und einen Polschuh 21a, 21 b auf. Die zwei Spulenkerne 14a, 14b sind über eine Feldrückführung 22 miteinander verbunden. Die Feldrückführung 22 verbindet die jeweils voneinander abgewandten Seiten der Spulenkerne 14a, 14b miteinander. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive
Durchflussmessgeräte mit genau einer Spule 6 mit genau einem Spulenkern 14 und ohne Feldrückführung bekannt. Die Spule 6 ist mit einer Betriebsschaltung 7 verbunden, welche die Spule 6 mit einem Betriebssignal betreibt. Das Betriebssignal kann eine Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Verlauf sein und ist durch Betriebssignalparameter charakterisiert, wobei mindestens einer der Betriebssignalparameter regelbar ist. Das durch die magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung 7 getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Die zwei Spulen 6a, 6b können separat mit der Betriebsschaltung 7 verbunden oder in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sein.
Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine durchflussabhängige Potenzialverteilung, 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 aufweisen, 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 Messelektroden 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 23 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. Die Auswerteschaltung 24 kann Teil des Messumformers sein.
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 Potenzial im Medium einzustellen. In der Regel wird die Referenzelektrode 20 zum Verbinden des fließenden Mediums mit einem Erdpotenzial eingesetzt.
Die Betriebsschaltung 7, Reglerschaltung 10, Messschaltung 23 und Auswerteschaltung 24 können Teil einer einzelnen Elektronikschaltung sein, oder einzelne Schaltungen bilden. Die Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung 7, 23, 24 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dafür kann es einen Mikroprozessor und/oder elektrische Bauelemente (elektrische Leitungen, elektromechanische Bauelemente, passive und/oder aktive Bauelemente)aufweisen. Dafür ist die Betriebsschaltung dazu eingerichtet das Betriebssignal zu erzeugen und an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung bereitzustellen. Weiterhin ist die Messschaltung dazu eingerichtet die Messspannungswerte zu ermitteln und an die Auswerteschaltung weiterzuleiten. Die Auswerteschaltung ist dazu eingerichtet, den aktuellen Nullpunkt zu ermitteln und für die Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße zu berücksichtigen.
Anhand der perspektivischen und teilweise geschnittenen Darstellung der Fig. 2 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. 1 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 104i bilden die Vorrichtung 103 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 104i lässt sich eine aufgrund des Faraday'schen Induktionsgesetzes induzierte elektrische Spannung mittels einer Mess- und/oder Auswerteschaltung abgreifen. Diese ist maximal, wenn die Durchflussmesssonde 101 so in die Rohrleitung eingebaut ist, dass eine durch eine die beiden Messelektroden 104i 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 Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung 107, 120, 121 ist dazu geeignet und eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dafür kann es einen Mikroprozessor und/oder elektrische Bauelemente (elektrische Leitungen, elektromechanische Bauelemente, passive und/oder aktive Bauelemente) aufweisen. Dafür ist die Betriebsschaltung dazu eingerichtet das Betriebssignal zu erzeugen und an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung bereitzustellen. Weiterhin ist die Messschaltung dazu eingerichtet die Messspannungswerte zu ermitteln und an die Auswerteschaltung weiterzuleiten. Die Auswerteschaltung ist dazu eingerichtet, den aktuellen Nullpunkt zu ermitteln und für die Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße zu berücksichtigen.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des Betriebssignales (durchgehende Linie) und ein Betriebssignal nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linie). Bei dem Betriebssignal kann es sich um ein Spannungssignal oder um ein Stromsignal handeln. Im Falle, dass das Betriebssignal ein Spannungssignal ist, umfasst dieses zeitlich veränderliche Spannungswerte, die an die magnetfelderzeugende Vorrichtung angelegt werden. Im Falle, dass das Betriebssignal ein Stromsignal ist, umfasst dieses zeitlich veränderliche Stromwerte, die an der magnetfelderzeugende Vorrichtung eingestellt werden. Der abgebildete Graph bildet den Strom bzw. die Spannung in Abhängigkeit der zeit ab. Gemäß dem Stand der Technik wechselt das Betriebssignal periodisch zwischen zwei Zeitintervallen. Im ersten Zeitintervall alterniert das Betriebssignal zwischen dem Signalwert S+iI und einem Signalwert von Null. Das erste Zeitteilintervall weist vier Zeitteilintervalle auf, in denen das Betriebssignal den Signalwert S+ annimmt und drei Zeitteilintervalle, in denen das Betriebssignal Null ist. Im zweiten Zeitintervall wechselt das erzeugte Magnetfeld die Magnetfeld-Polarität. Im zweiten Zeitintervall alterniert das Betriebssignal zwischen dem Signalwert „ und einem Signalwert von Null. Das zweite Zeitteilintervall weist vier Zeitteilintervalle auf, in denen das Betriebssignal den Signalwert S_n annimmt und drei Zeitteilintervalle, in denen das Betriebssignal Null ist. Dabei ist die jeweilige Zeitdauer in welcher der Signalwert S+J oder S_ n aufgeprägt wird identisch mit der Zeitdauer in welcher das Betriebssignal einen Signalwert von Null annimmt. Das abgebildete Betriebssignal wird als Zwei-Frequenz (Dual-Frequency) Betriebssignal bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Betriebssignal unterscheidet sich vom Stand der Technik im Wesentlichen dadurch, dass es keine Zeitteilintervalle gibt in denen das Betriebssignale einen Signalwert von Null annimmt. Weiterhin unterscheiden sich die Zeitdauern
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und t2,/ bzw. ti n und t2 // der Zeitteilintervalle i, ii, iii, iv in denen die Signalwerte S+J und S_:I bzw. S+iII und S_:II aufgeprägt werden. In der abgebildete Ausgestaltung nehmen die Zeitdauern tw und t2;/ ein Verhältnis von 1 :2 und die Zeitdauern ti n und t2 // ein Verhältnis von 2:1 an. Dabei ändert sich das Verhältnis beim Wechsel von dem ersten Zeitintervall in das zweite Zeitintervall bzw. von dem zweiten Zeitintervall in das erste Zeitintervall. Das erste Zeitintervall dauert eine Zeitdauer t3J an. In der abgebildeten Ausgestaltung ist die Dauer des erste Zeitintervalles identisch zu der Dauer des zweiten Zeitintervalles. Ebenfalls identisch sind die Signalwerte S+J und S+iII und die Signalwerte S_ und S_:II bzw. die Absolutbeträge der vier Signalwerte S+J, S+JI, S_:I und S_ w. Die Zeitdauer tw ist identisch mit der Zeitdauer t2 // und die Zeitdauer t2;/ ist identisch mit der Zeitdauer t il. Alternativ kann ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer
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und der Zeitdauer t2J zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegen. Weiterhin alternativ kann ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t2 // und der Zeitdauer zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegen. Für die optimale Auslegung des Betriebssignales kann ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t3 1 und der Zeitdauer
Figure imgf000014_0003
zwischen 2 und 1000, insbesondere 3 und 10 und bevorzugt 5 und 7 festgelegt sein und ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t3 1 und der Zeitdauer t2J zwischen 4 und 2000, insbesondere 6 und 20 und bevorzugt 10 und 14 festgelegt sein.
Fig. 4 zeigt schematische Darstellungen des Messsignales, welche sich aus dem erfindungsgemäßen Betriebssignal von Fig. 3 und dem Betriebssignal nach dem Stand der Technik ergeben würden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 0 m/s. Das Messsignal umfasst die durch das fließende Medium induzierte Messspannung (in dem Fall ist die Messspannung Null) mit einem vereinfachten Störsignal, welches einen exponentiell abklingenden Beitrag liefert. Das Störsignal entsteht durch das Übersprechen von der magnetfelderzeugenden Vorrichtung auf die Vorrichtung zum Erfassen der induzierten Messspannung. Typischerweise wird die Messspannung im zeitlich gesehen hinteren Teil eines Zeitintervalls gleichbleibender Magnetfeld-Polarität gemessen, da dort der Einfluss der Störung minimal ist. Das Betreiben der magnetfelderzeugenden Vorrichtung mit einer höheren Frequenz führt zu einem größeren Nullpunkt (siehe //, und Un), weil eine bei der Umschaltung der Spulenstromrichtung induzierte Störung weniger weit abklingen kann, bevor die nächste Umschaltung erfolgt. Diese Störung kann nicht zuverlässig von einem tatsächlichen Durchfluss unterschieden werden. So ist z.B. der Mittelwert zweier Messspannungen mit zweier aufeinanderfolgender Zeitteilintervalle mit gegensätzlicher Magnetfeld-Polarität (rote Doppelpfeile) und ohne jeweiligen durchflussabhängigen Signalanteil, auch nicht vom Nullpunkteffekt abhängig.
Im Lichte des sich aus dem Betriebssignal 11 nach dem Stand der Technik ergebende Messsignal (gestrichelte Linie) ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Betriebssignal klar ersichtlich. Das sich aus dem erfindungsgemäßen Betriebssignal ergebende Messsignal weist eine deutlich höhere Amplitude des Messignales für alle Zeitteilintervalle auf. Gerade zu Beginn des Umschaltvorgangs ist die Amplitude bei der herkömmlichen Lösung sehr gering und nahe bei 0 V. Erst nach mehreren Zeitteilintervallen steigt die Amplitude für die Zeitteilintervalle an, in denen kein Spulenstrom durch die magnetfelderzeugenden Vorrichtung fließt, bis sie im Wesentlichen die Hälfte der maximalen Amplitude annimmt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des Betriebssignales 11. Die zweite Ausgestaltung des Betriebssignales 11 unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung im Wesentlichen dadurch, dass während des ersten Zeitteilabschnittes i und des dritten Zeitteilabschnittes iii zusätzlich jeweils ein Shot- Signalwert S+,shot (z.B. eine Shot-Spannung) für eine Zeitdauer t+,shot aufgeprägt wird und dass während des zweiten Zeitteilabschnittes ii und des vierte Zeitteilabschnittes iv zusätzlich jeweils ein Shot-Signalwert S_,shot (z.B. eine Shot-Spannung) für eine Zeitdauer t_,shot aufgeprägt wird. Der Absolutbetrag der einzelnen Shot-Signalwerte und die Zeitdauern sind im Falle der abgebildeten Ausgestaltung jeweils identisch. Die Absolutbeträge der einzelnen Shot-Signalwerte und auch die Zeitdauern in denen der entsprechende Shot-Signalwert angelegt wird, können sich jeweils voneinander unterscheiden.
Fig. 6 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf die magnetfelderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes wird ein Betriebssignal aufgeprägt (Verfahrensschritt I). Das Betriebssignal weist einen ersten Zeitabschnitt auf mit mindestens einen ersten Zeitteilabschnitt und einen zweiten Zeitteilabschnitt. Im ersten Zeitteilabschnitt wird ein Signalwert S+iI jeweils für eine Zeitdauer tw aufgeprägt und im zweiten Zeitteilabschnitt wird ein Signalwert S_:I für eine Zeitdauer t2;/ aufgeprägt. Dabei unterscheidet sich eine Magnetfeld-Polarität des erzeugten Magnetfeldes während der Zeitdauer
Figure imgf000015_0001
von der Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2 . Erfindungsgemäß ist die die Zeitdauer
Figure imgf000015_0002
größer ist als die Zeitdauer t2J. Somit ist im ersten Zeitabschnitt der zeitliche Anteil in dem der Signalwert S+iI aufgeprägt wird größer als der zeitliche Anteil in dem der Signalwert S_:I aufgeprägt wird.
Das Betriebssignal weist weiterhin einen zweiten Zeitabschnitt auf, welcher direkt auf den ersten Zeitabschnitt folgt. Es kann jedoch ein weiterer Zeitabschnitt zwischen dem ersten Zeitabschnitt und dem zweiten Zeitabschnitt vorgesehen sein, in dem der Signalwert Null ist. Der zweite Zeitabschnitt weist zumindest einen dritten Zeitteilabschnitt in dem ein Signalwert S+iII für eine Zeitdauer t1;// aufgeprägt wird und einen vierten Zeitteilabschnitt auf in dem ein Signalwert S_:II für eine Zeitdauer t2Ji aufgeprägt wird. Dabei unterscheidet sich die Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer ti n von der Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2iII. Erfindungsgemäß ist die Zeitdauer t2JI größer als die Zeitdauer tul. Somit ist im zweiten Zeitabschnitt der zeitliche Anteil in dem der Signalwert S_ n aufgeprägt wird größer als der zeitliche Anteil in dem der Signalwert S+ill aufgeprägt wird.
Erfindungswesentlich ist, dass während des ersten Zeitabschnittes der Signalwert S+J und der Signalwert S_ , zumindest zeitweise mit einer ersten Frequenz
Figure imgf000016_0001
alternieren und dass während des zweiten Zeitabschnittes der zweite Signalwert S+iII und der zweite Signalwert S_:II zumindest zeitweise mit einer zweiten Frequenz f2 II alternieren. Gleichzeitig alternieren der erste Zeitabschnitt und der zweite Zeitabschnitt mit einer dritten Frequenz f3, die kleiner ist als die erste Frequenz
Figure imgf000016_0002
und die zweite Frequenz f211. Somit handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Betriebssignal ebenfalls um ein Zwei- Frequenz Betriebssignal.
Während das Betriebssignal aufgeprägt wird, wird ein erster Messspannungswert t/, der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des ersten Zeitabschnittes (I) gemessen (Verfahrensschritt II).
Zeitlich versetzt zum ersten Zeitabschnitt (I) während eines Messabschnittes des zweiten Zeitabschnittes (II) wird ein zweiter Messspannungswert Un der induzierten Messspannung gemessen (Verfahrensschritt III).
Aus den gemessenen ersten Messspannungswert t/, und zweiten Messspannungswert U„ wird ein aktueller Nullpunkt zum Kompensieren der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße bestimmt (Verfahrensschritt IV). Dies kann durch die Bildung einer Differenz aus den beiden Messspannungswerten UI und Un realsiert sein. Die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße wird anhand der Messspannungswerte unterschiedlicher Zeitteilintervalle eines Zeitintervalles ermittelt und um den aktuellen Nullpunkt kompensiert. Verfahrensschritte I bis IV sind nicht als zeitlich hintereinander ablaufende
Verfahrensschritte zu interpretieren. So erfolgt beispielsweise die Messung der induzierten Messspannung während des Aufprägens des Betriebssignales in Verfahrensschritt I.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 1
Messrohr 2
Trägerrohr 3
Liner 4 magnetfelderzeugenden Vorrichtung 5
Betriebsschaltung 7
Vorrichtung 8 zum Erfassen der induzierten Messspannung
Reglerschaltung 10
Betriebssignal 11
Spule 13i
Spulenkern 14i
Messelektrode 17i
Feldrückführungskörper 19
Polschuh 21 i
Messschaltung 23
Auswerteschaltung 24 magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 101
Gehäuse 102
Vorrichtung 103 zum Erfassen einer induzierten Messspannung
Messelektrode 104i magnetfelderzeugende Vorrichtung 105
Spulenanordnung 106
Betriebsschaltung 107
Magnetfeld 109
Feldführungskörper 110
Spulenkern 111
Polschuh 112
Spule 113
Feldrückführungskörper 114
Frontkörper 115
Endabschnitt 116
Strömungsrichtung des Mediums 118
Messschaltung 120
Auswerteschaltung 121

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Verfahren zum Betreiben einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, welches eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5, 105) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung (8, 103) zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium umfasst, umfassend die Verfahrensschritte:
- Aufprägen eines Betriebssignales (11) an die magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) zur Erzeugung des Magnetfeldes, wobei das Betriebssignal (11) einen ersten Zeitabschnitt (I) aufweist, wobei der erste Zeitabschnitt (I) mindestens einen ersten Zeitteilabschnitt (i) und einen zweiten Zeitteilabschnitt (ii) umfasst, wobei im ersten Zeitteilabschnitt (i) ein Signalwert S+J jeweils für eine Zeitdauer tw aufgeprägt wird, wobei im zweiten Zeitteilabschnitt (ii) ein Signalwert S_j für eine Zeitdauer t2;/ aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer
Figure imgf000019_0001
größer ist als die Zeitdauer t2J, wobei sich eine Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer
Figure imgf000019_0002
von der Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2,/ unterscheidet, wobei das Betriebssignal einen zweiten Zeitabschnitt (II) aufweist, welcher, insbesondere direkt, auf den ersten Zeitabschnitt (I) folgt, wobei der zweite Zeitabschnitt (II) zumindest einen dritten Zeitteilabschnitt (iii) und einen vierten Zeitteilabschnitt (iv) umfasst, wobei im dritten Zeitteilabschnitt (iii) ein Signalwert S+JI für eine Zeitdauer ti n aufgeprägt wird, wobei im vierten Zeitteilabschnitt (iv) ein Signalwert S_ n für eine Zeitdauer t2 n aufgeprägt wird, wobei die Zeitdauer t2 // größer ist als die Zeitdauer ti n, wobei sich die Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer ti n von der Magnetfeld-Polarität während der Zeitdauer t2 ,, unterscheidet; - Messen eines ersten Messspannungswertes //, der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des ersten Zeitabschnittes (I);
- Messen eines zweiten Messspannungswertes Un der induzierten Messspannung während eines Messabschnittes des zweiten Zeitabschnittes (II); und
- Bestimmen eines aktuellen Nullpunktes anhand des ersten Messspannungswertes UI und des zweiten Messspannungswertes Un zum Kompensieren der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während des ersten Zeitabschnittes (I) der Signalwert S+iI und der Signalwert S_ , zumindest zeitweise mit einer ersten Frequenz
Figure imgf000020_0001
alternieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des zweiten Zeitabschnittes (II) der zweite Signalwert S+JI und der zweite Signalwert
Figure imgf000020_0002
zumindest zeitweise mit einer zweiten Frequenz en alternieren.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zeitabschnitt (I) und der zweite Zeitabschnitt (II) mit einer dritten Frequenz f3 alternieren.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die dritte Frequenz f3 kleiner ist als die erste Frequenz
Figure imgf000020_0003
und die zweite Frequenz 2 //.
6. Verfahren nach einem der Anspruch 2 bis 5, wobei ein Verhältnis aus der dritten Frequenz f3 und der ersten Frequenz
Figure imgf000020_0004
und/oder der zweiten Frequenz f211 zwischen 2 und 1000, insbesondere 2 und 10 und bevorzugt 3 und 5 liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer
Figure imgf000021_0001
und der Zeitdauer t2iI zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t2JI und der Zeitdauer tl w zwischen 1 und 10, insbesondere 1 ,5 und 5 und bevorzugt 2 und 3 liegt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitdauer
Figure imgf000021_0002
gleich der Zeitdauer t2,w und/oder die Zeitdauer t2;/ gleich der Zeitdauer tul ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zeitabschnitt (I) eine Zeitdauer t3;/ andauert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t3J und der Zeitdauer
Figure imgf000021_0003
zwischen 2 und 1000, insbesondere 3 und 10 und bevorzugt 5 und 7 liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei ein Verhältnis zwischen der Zeitdauer t3 I und der Zeitdauer t2J zwischen 4 und 2000, insbesondere 6 und 20 und bevorzugt 10 und 14 liegt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des ersten Zeitteilabschnittes (i) und/oder des dritten Zeitteilabschnittes (iii) jeweils ein Shot-Signalwert S+iShot für eine Zeitdauer t+iShot aufgeprägt wird, und/oder wobei während des zweiten Zeitteilabschnittes (ii) und/oder des vierte Zeitteilabschnittes (iv) jeweils ein Shot-Signalwert S_,shot für eine Zeitdauer t_shot aufgeprägt wird.
14. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Messrohr (2) zum Führen des Mediums;
- eine Vorrichtung (8) zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium
- eine an dem Messrohr (2) angeordnete magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines das Messrohr (2) durchdringenden Magnetfeldes; und
- eine Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung (7, 23, 24), welche dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
15. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (101) zum Bestimmen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Gehäuse (102) mit einem mit dem Medium zu beaufschlagenden Frontabschnitt (116),
- eine Vorrichtung (103) zum Erfassen einer induzierten Messspannung im Medium;
- eine im Gehäuse (102) angeordnete magnetfelderzeugende Vorrichtung (105) zum Erzeugen eines das Gehäuse (102), insbesondere den Frontabschnitt (116) durchdringenden Magnetfeldes; und
- eine Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung (107, 120, 121), welche dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
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