DE102008034565A1 - Electromagnetic flow meter, has control- and evaluating unit determining flow based on determined parameter for compensating effects of variations of ohmic and/or capacitive coupling between coil arrangement and evaluating unit - Google Patents

Electromagnetic flow meter, has control- and evaluating unit determining flow based on determined parameter for compensating effects of variations of ohmic and/or capacitive coupling between coil arrangement and evaluating unit Download PDF

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Abstract

The meter has a coil arrangement with coils (3, 4) for producing a magnetic field perpendicular to a flow direction of a medium flowing through a measuring pipe (2). A control- and evaluating unit (20) controls the coil arrangement and determines a flow depending on a voltage detected at an electrode arrangement. The unit determines a parameter i.e. voltage difference at electrode arrangement, for an ohmic and/or capacitive coupling between the coil arrangement and the unit. The unit determines the flow based on the determined parameter for compensating effects of variations of the coupling. An independent claim is also included for a method for operating an electromagnetic flow meter.

Description

Elektromagnetischer Durchflussmesser sowie Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Durchflussmessers Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Durchflussmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Durchflussmessers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.electromagnetic Flow meter and method for operating an electromagnetic Flow meter The invention relates to an electromagnetic Flow meter according to the preamble of claim 1 and a Method for operating an electromagnetic flow meter according to the preamble of claim 7.

Ein elektromagnetischer Durchflussmesser dieser Art sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb sind bereits aus der DE 199 17 261 C2 bekannt. Zur Überprüfung des Durchflussmessers wird die Spulenanordnung mit Spannung beaufschlagt, ohne ein Magnetfeld zu erzeugen. Dabei wird eine ohmsche und/oder kapazitive Kopplung zwischen der Spulenanordnung und einem Zweig zur Erfassung der Spannung an der Elektrodenanordnung auf Änderungen überwacht. Bei der Überprüfung werden damit elektrische Verhältnisse geschaffen, die denen im Betrieb relativ nahe kommen. Die Spule wird nämlich mit Spannung beaufschlagt und an der Elektrodenanordnung werden Spannungssignale abgenommen. Im Unterschied zum normalen Betrieb sind diese Signale jedoch nicht durch das Magnetfeld und das durchströmende Fluid verursacht, da man dafür Sorge getragen hat, dass kein Magnetfeld beim Überprüfungsvorgang erzeugt wird. Falls Signale auftreten, können diese nur von einer Kopplung zwischen der Spulenanordnung und dem Zweig zur Erfassung der Spannung herrühren, welcher der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung zugeordnet werden kann. Die Kopplung kann auf unterschiedlichen physikalischen Effekten beruhen. Es wird eine Überwachung einer ohmschen und kapazitiven Kopplung oder nur einer Art dieser Kopplung vorgeschlagen. Die Überprüfung ist in vergleichsweise kurzer Zeit durchführbar. Sie kann daher quasi während des normalen Messbetriebs erfolgen, der zur Überprüfung nur für kurze Zeit unterbrochen werden muss. Solange die ermittelten Parameter für die Kopplung mit sehr geringer Streubreite praktisch identisch bleiben, ist davon auszugehen, dass eine ursprünglich vorgenommene Kalibrierung weiterhin gültig ist. Starke Schwankungen oder Veränderungen des Parameters sind dagegen ein Zeichen dafür, dass der Durchflussmesser möglicherweise ungenaue Messergebnisse liefert und überprüft oder ausgetauscht werden muss. Dabei wird bevorzugt ein Referenzwert für den Parameter am Durchflussmesser selbst zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt. Man bestimmt den Parameter für die Kopplung beispielsweise bei der Inbetriebnahme und legt diesen als Referenzwert in einem Speicher der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung ab, so dass er für künftige Überprüfungsvorgänge zur Verfügung steht. Damit bekommt jeder Durchflussmesser einen individuellen Referenzwert, so dass die Überprüfung sehr genau erfolgen kann. Fehler, die sich aufgrund eines fehlerhaft vorgegebenen Referenzwertes ergeben können, kommen praktisch nicht vor.An electromagnetic flow meter of this type and a method for its operation are already known from DE 199 17 261 C2 known. To check the flow meter, the coil assembly is energized without generating a magnetic field. In this case, an ohmic and / or capacitive coupling between the coil arrangement and a branch for detecting the voltage at the electrode arrangement is monitored for changes. When checking electrical conditions are created that are relatively close to those in operation. Namely, the coil is supplied with voltage and voltage signals are taken out of the electrode assembly. However, in contrast to normal operation, these signals are not caused by the magnetic field and the fluid flowing through, since care has been taken that no magnetic field is generated during the verification process. If signals occur, they can only result from a coupling between the coil arrangement and the branch for detecting the voltage, which can be assigned to the control and evaluation device. The coupling can be based on different physical effects. It is proposed to monitor an ohmic and capacitive coupling or only one type of this coupling. The review is feasible in a relatively short time. It can therefore be done during normal measuring operation, which must be interrupted for a short time to check. As long as the parameters determined for the coupling with very small spread remain virtually identical, it can be assumed that an originally performed calibration is still valid. However, large fluctuations or changes in the parameter are an indication that the flowmeter may be providing inaccurate readings and need to be reviewed or replaced. In this case, a reference value for the parameter at the flow meter itself is preferably determined at an earlier time. It determines the parameter for the coupling, for example, during startup and puts it as a reference value in a memory of the control and evaluation, so that it is available for future verification operations. This gives each flow meter an individual reference value, so that the check can be very accurate. Errors that can arise due to a faulty reference value, are practically not available.

Aus der bereits eingangs genannten DE 199 17 261 C2 ist zudem bekannt, die an die Spulenanordnung angelegte Spannung durch eine zusätzliche Spannungsquelle zu bilden. Eine derartige Boost-Spannung ist eine verstärkte Spannung, die in vielen Durchflussmessern ohnehin vorhanden ist, um den Aufbau des Magnetfeldes zu beschleunigen. Diese höhere Spannung macht eine möglicherweise vorhandene Kopplung noch leichter erkennbar.From the already mentioned above DE 199 17 261 C2 It is also known to form the voltage applied to the coil arrangement by an additional voltage source. Such a boost voltage is an amplified voltage that is already present in many flow meters in order to accelerate the structure of the magnetic field. This higher voltage makes a possibly existing coupling even more easily recognizable.

Bezüglich weiterer Einzelheiten des bekannten Verfahrens zum Überprüfen eines elektromagnetischen Durchflussmessers sowie bezüglich des bekannten Durchflussmessers wird auf die oben genannte DE 199 17 261 C2 verwiesen.For further details of the known method for checking an electromagnetic flow meter as well as with respect to the known flow meter is referred to the above DE 199 17 261 C2 directed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Durchflussmesser sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, die selbst bei Veränderungen der Kopplung zwischen der Spulenanordnung und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung in der Lage sind, ausreichend genaue Messergebnisse des Durchflusses zu liefern.Of the Invention is based on the object, an electromagnetic To provide a flow meter and a method of its operation even with changes in the coupling between the Coil arrangement and the control and evaluation in the Are capable of sufficiently accurate measurement results of the flow too deliver.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue elektromagnetische Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Durchflussmessers und ein neues Verfahren zu dessen Betrieb angegeben.to Solution of this task, the new electromagnetic Flow meter of the type mentioned in the characterizing ends Part of claim 1 specified features. In the other claims are advantageous embodiments of the flow meter and a new method for its operation specified.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwischen dem Parameter für die Kopplung zwischen Spulenanordnung und Ansteuer- und Auswerteeinrichtung und der an der Elektrodenanordnung des Durchflussmessers erfassten Spannung, die in elektromagnetischen Durchflussmessern zur Bestimmung des Durchflusses ausgewertet wird, ein regelmäßiger Zusammenhang besteht. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise empirisch durch Versuche mit einem Durchflussmesser, dessen Kopplung gezielt verändert wird, ermittelt und als Kennlinie in einem Speicher der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung des Durchflussmessers hinterlegt werden. Veränderungen der Kopplung können beispielsweise durch künstlich hervorgerufenen Verschleiß einer elektrisch isolierenden Innenauskleidung des Messrohrs hervorgerufen werden, so dass diese porös wird, bricht oder auf sonstige Weise künstlich altert und Feuchtigkeit in diese eindringt. Eine derartige Innenauskleidung wird häufig als Liner bezeichnet. Die so ermittelte Kennlinie kann im späteren Messbetrieb zur Kompensation des Einflusses von Veränderungen der Kopplung anhand des mit der Kennlinie beschriebenen Zusammenhangs zwischen dem ermittelten Parameter der Kopplung und dem Messwert des Durchflusses herangezogen werden. Veränderungen der Kopplung werden somit nicht nur erkannt, sondern die mit dem Durchflussmesser gewonnenen Messwerte werden auch bezüglich des Einflusses derartiger Veränderungen korrigiert. Dadurch werden die Robustheit der Durchflussmessung gegenüber Alterung des Liners und Feuchtigkeitseintritt sowie die Langzeiteigenschaften des Durchflussmessers bezüglich seiner Messgenauigkeit erheblich verbessert.The invention is based on the recognition that there is a regular relationship between the parameter for the coupling between the coil arrangement and the control and evaluation device and the voltage detected at the electrode arrangement of the flow meter, which is evaluated in electromagnetic flowmeters for determining the flow. This relationship can be determined, for example empirically by experiments with a flow meter whose coupling is selectively changed, and stored as a characteristic in a memory of the control and evaluation of the flow meter. Changes in the coupling can be caused, for example, by artificially induced wear of an electrically insulating inner lining of the measuring tube, so that it becomes porous, breaks or otherwise artificially ages and moisture penetrates into it. Such inner lining is often referred to as a liner. The characteristic determined in this way can be used in the later measuring operation to compensate for the influence of changes in the coupling on the basis of the relationship between the determined parameter of the coupling and the measured value of the flow, described with the characteristic curve. Variegated Thus, not only are the connections of the coupling detected, but the measured values obtained with the flow meter are also corrected with regard to the influence of such changes. As a result, the robustness of the flow measurement against aging of the liner and the ingress of moisture as well as the long-term properties of the flow meter are significantly improved with regard to its measuring accuracy.

Da der Durchflussmesser selbst bei gewissen Alterungserscheinungen noch in der Lage ist, aufgrund der Kompensation genaue Messergebnisse zu liefern, kann ein Toleranzbereich des Parameters, bei dessen Verlassen ein Fehler durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung wie in der DE 199 17 261 C2 beschrieben festgestellt und gemeldet wird, wesentlich größer als bisher festgelegt werden. In vorteilhafter Weise wird dadurch die Verfügbarkeit des Durchflussmessers verbessert und die erreichbare Betriebsdauer erhöht. Durch eine Betrachtung der Veränderungen ermittelter Parameter über einen längeren Zeitraum kann zudem eine prädiktive Wartung implementiert werden, indem anhand der Vergangenheitswerte ermittelt wird, wann eine Überschreitung eines Grenzwerts zu erwarten ist. Durchflussmesser neigen nämlich dazu, in einer Weise zu altern, in welcher Feuchtigkeit nach und nach den Liner durchdringt und allmählich einen elektrisch leitfähigen Weg zwischen der Spulenanordnung und der Elektrodenanordnung bildet. Bei diesen langsam voranschreitenden Alterungserscheinungen ist eine Vorhersage eines möglichen Geräteausfalls mit hoher Zuverlässigkeit möglich.Since the flowmeter is even with certain aging phenomena still able to provide due to the compensation accurate measurement results, a tolerance range of the parameter, when leaving a fault by the control and evaluation as in DE 199 17 261 C2 described and reported is much larger than previously established. Advantageously, this improves the availability of the flow meter and increases the achievable operating time. In addition, predictive maintenance can be implemented by considering the changes in determined parameters over a longer period of time, by using the historical values to determine when an exceedance of a limit value is to be expected. Namely, flowmeters tend to age in a manner in which moisture gradually penetrates the liner and gradually forms an electrically conductive path between the coil assembly and the electrode assembly. With these slowly progressive aging phenomena, a prediction of a possible device failure with high reliability is possible.

Vorzugsweise wird an die Spulenanordnung zur Ermittelung des Parameters für die Kopplung eine gesteuerte Wechselspannung angelegt. Die Spulenanordnung wird also mit unterschiedlichen Spannungspotentialen beaufschlagt und die Kopplung kann für unterschiedliche Spannungspotentiale bestimmt werden. Zudem sind bei Anlegen einer gesteuerten Wechselspannung verschiedene Arten der Kopplung, insbesondere Kopplungen kapazitiver Art, feststellbar.Preferably is applied to the coil arrangement for determining the parameter for the coupling applied a controlled AC voltage. The coil arrangement is thus subjected to different voltage potentials and the coupling can be determined for different voltage potentials become. In addition, when applying a controlled AC voltage different types of coupling, in particular couplings capacitive Kind, detectable.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die zur Ermittelung der Kopplung an die Spulenanordnung angelegte Spannung die gleichen Parameter wie die zur Durchflussmessung verwendete Spannung auf. Dabei ist insbesondere eine Boost-Spannung verwendbar, die bei der Durchflussmessung und bei der Ermittlung des Kopplungsparameters die gleiche Amplitude und die gleiche Frequenz besitzt.In a particularly advantageous embodiment, the for determining The voltage applied to the coupling to the coil arrangement has the same parameters as the voltage used for flow measurement. It is In particular, a boost voltage usable in the flow measurement and in determining the coupling parameter, the same amplitude and has the same frequency.

Vorzugsweise wird die Spannung über eine H-Brücke an die Spulenanordnung angelegt, die in jedem Zweig einen gesteuerten Schalter aufweist, wobei die H-Brücke bei der Durchflussmessung kreuzweise und bei der Ermittlung des Kopplungsparame ters einseitig aktiv ist. Bei der Durchflussmessung werden in an sich bekannter Weise die über Kreuz liegenden Zweige der H-Brücke, in deren Mitte die Spulenanordnung angeschlossen ist, betätigt, so dass ein Strom in die eine oder die andere Richtung durch die Spulenanordnung fließen kann. Auf diese Weise wird mit Hilfe der Spulenanordnung ein magnetisches Wechselfeld im Messrohr erzeugt. Bei der Ermittlung des Kopplungsparameters wird in vorteilhafter Weise die gleiche H-Brücke verwendet, wobei der Unterschied lediglich darin besteht, dass die Brücke nicht mehr kreuzweise betrieben wird, sondern jeweils eine Hälfte der Brückenzweige, und zwar diejenige, in welcher die Zweige mit dem gleichen Spannungspotential verbunden sind, geschlossen wird. Damit ist es auf einfache Art und Weise möglich, an die Spulenanordnung eine Spannung anzulegen, ohne ein Magnetfeld zu erzeugen. Ein Stromfluss durch die Spulen wird dabei verhindert und die Spulen der Spulenanordnung sind bei der Ermittlung des Kopplungsparameters kurzgeschlossen. Die auf diese Weise kurzgeschlossenen Spulen werden zur Ermittlung des Kopplungsparameters abwechselnd mit einer Spannungsquelle und mit Masse verbunden. Das hat den Vorteil, dass sich Kriechströme von der Spulenanordnung zur Ansteuer- und Auswerteeinrichtung und auch umgekehrt ermitteln lassen.Preferably the voltage is applied to the coil arrangement via an H-bridge created, which has a controlled switch in each branch, wherein the H-bridge in the flow measurement crosswise and at the determination of the coupling parameter is unilaterally active. at the flow measurement are in a conventional manner the cross over lying branches of the H-bridge, in the middle of the coil assembly is connected, actuated, so that a current in the one or the other direction to flow through the coil assembly can. In this way, using the coil assembly is a magnetic Alternating field generated in the measuring tube. When determining the coupling parameter the same H-bridge is advantageously used, the difference being that the bridge is no longer operated crosswise, but one half each the bridge branches, the one in which the branches are connected to the same voltage potential, closed becomes. This makes it possible in a simple way to apply a voltage to the coil assembly without a magnetic field to create. A current flow through the coils is prevented and the coils of the coil arrangement are in the determination of the coupling parameter shorted. The thus shorted coils are for determining the coupling parameter alternately with a voltage source and connected to ground. This has the advantage of creeping currents from the coil arrangement to the control and evaluation and can also be determined vice versa.

Als Parameter für die Kopplung zwischen Spulenanordnung und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung kann in vorteilhafter Weise die Spannungsdifferenz an der Elektrodenanordnung verwendet werden, die bei Anlegen einer Spannung an die Spulenanordnung ermittelt wird, die bezüglich ihres Zeitverlaufs der bei einer Durchflussmessung angelegten Spannung entspricht. Ein derartiger Parameter stellt nämlich ein signifikantes Merkmal für den Einfluss von Veränderungen der Kopplung auf den Nullpunktfehler des Durchflussmessers dar. Als Nullpunktfehler wird der Messwert bezeichnet, welchen ein Durchflussmesser fälschlicherweise abweichend von Null ausgibt, obwohl die tatsächliche Fließgeschwindigkeit des Mediums im Messrohr gleich Null ist. Durch die Kompensation wird somit eine Korrektur des Nullpunktfehlers ermöglicht und eine erhebliche Verbesserung der Nullpunktstabilität des Durchflussmessers erreicht. Einflüsse von Veränderungen des Parameters der Kopplung auf den Nullpunktfehler, die beispielsweise von einer Alterung des Messrohrs oder Feuchtigkeitseintritt in den Liner herrühren, können nun kompensiert werden. Zur Kompensation kann von dem unkorrigierten Messwert des Durchflusses eine Korrekturgröße subtrahiert werden, die der gewichteten Differenz zwischen der Spannungsdifferenz an der Elektrodenanordnung und dem abgespeicherten Referenzwert entspricht. Der dabei verwendete Gewichtungsfaktor ist eine vorbestimmte gerätespezifische Größe. Diese Kompensation erfolgt in vorteilhafter Weise online, ohne den Durchflussmesser aus einer Rohrleitung ausbauen und die Messungen für einen längeren Zeitraum unterbrechen zu müssen. Auf eine Montage des Durchflussmessers auf einen Prüfstand zur Kalibrierung kann in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Aufgrund der verbesserten Nullpunktstabilität wird ein elektromagnetischer Durchflussmesser erhalten, der sich selbst bei großem Messbereich durch eine überlegene Messgenauigkeit bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten auszeichnet. Bisher waren bei derartigen Anwendungen mechanische Durchflussmesser erforderlich, diese waren jedoch vergleichsweise teuer und bestanden üblicherweise aus zwei oder mehr Durchflussmessern, die miteinander verschaltet wurden. Die neue Art der Kompensation erweitert den Einsatzbereich von elektromagnetischen Durchflussmessern nun auf Anwendungsfälle, die bisher aufwendigeren Durchflussmessern vorbehalten waren. Mit Kompensation des durch Veränderungen der Kopplung entstehenden Nullpunktfehlers kann die Nullpunktgenauigkeit von elektromagnetischen Durchflussmessern praktisch um eine Größenordnung verbessert werden.As a parameter for the coupling between the coil arrangement and the control and evaluation device, the voltage difference at the electrode arrangement can advantageously be used, which is determined when a voltage is applied to the coil arrangement which corresponds in terms of its time to the voltage applied during a flow measurement. Indeed, such a parameter is a significant feature of the influence of changes in coupling on the zero point error of the flowmeter. Zero point error is the reading that a flowmeter erroneously outputs as zero, even though the actual flow rate of the medium in the measuring tube is zero. The compensation thus makes it possible to correct the zero-point error and to achieve a considerable improvement in the zero-point stability of the flowmeter. Influences of changes in the parameter of the coupling to the zero point error, resulting for example from aging of the measuring tube or moisture ingress into the liner, can now be compensated. For compensation, a correction variable can be subtracted from the uncorrected measured value of the flow, which corresponds to the weighted difference between the voltage difference at the electrode arrangement and the stored reference value. The weighting factor used here is a predetermined device-specific variable. This compensation is advantageously online without Remove the flowmeter from a pipeline and interrupt the measurements for a longer period of time. On an assembly of the flow meter on a test bench for calibration can be dispensed with in an advantageous manner. Due to the improved zero point stability, an electromagnetic flowmeter is obtained which is characterized by a superior measurement accuracy at low flow velocities even with a large measuring range. Previously mechanical flowmeters were required in such applications, but these were relatively expensive and usually consisted of two or more flowmeters interconnected. The new type of compensation now extends the field of application of electromagnetic flowmeters to applications that were previously reserved for more complex flowmeters. By compensating for the zero error due to coupling changes, the zero accuracy of electromagnetic flowmeters can be improved by an order of magnitude.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des elektromagnetischen Durchflussmessers wird von einem unkorrigierten Messwert der Spannungsdifferenz bei einer Durchflussmessung zur Bestimmung eines zur Kompensation korrigierten Werts ein Korrekturwert subtrahiert, welcher der Differenz zwischen dem aktuell ermittelten Parameter und einem zu einem früheren Zeitpunkt am Durchflussmesser ermittelten Parameter entspricht. Ein Gewichtungsfaktor ist dabei nicht mehr erforderlich. Mit dem so korrigierten Messwert der Spannungsdifferenz wird nun in bekannter Weise ein korrigierter Messwert des Durchflusses berechnet, in welchem Einflüsse von Veränderungen der Kopplung zwischen Spulenanordnung und Ansteuer- und Auswerteeinrichtung kompensiert sind. Diese Art der Kompensation beruht auf der Erkenntnis, dass zwischen Veränderungen der Spannungsdifferenz als Parameter für die Kopplung und Veränderungen des unkorrigierten Messwerts der Spannungsdifferenz in vielen Fällen näherungsweise ein Zusammenhang besteht, der als additive Überlagerung beschrieben werden kann. Dieser Messfehler kann daher in einfacher Weise durch Subtraktion kompensiert werden. Diese Art der Kompensation hat weiterhin den Vorteil, dass sie mit vergleichweise einfachen Rechenoperationen auskommt und somit geringe Anforderungen an die Rechenleistung eines Mikroprozessors der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung stellt. Dies wirkt sich sowohl günstig auf die Herstellungskosten als auch auf den Energieverbrauch des Durchflussmessers aus.In a particularly advantageous embodiment of the electromagnetic Flow meter is from an uncorrected measured value of the voltage difference in a flow measurement to determine a compensation corrected value subtracts the difference between the currently determined parameter and one at an earlier time corresponds to the parameter determined on the flowmeter. A weighting factor is no longer necessary. With the measured value corrected in this way The voltage difference will now be corrected in a known manner Measured value of the flow rate, in what influences of changes in the coupling between coil assembly and control and evaluation are compensated. This kind The compensation is based on the realization that between changes the voltage difference as a parameter for the coupling and Changes in the uncorrected measured value of the voltage difference in many cases approximate exists, which are described as additive overlay can. This measurement error can therefore be easily subtracted be compensated. This type of compensation continues to have the Advantage that they are comparatively simple arithmetic operations and thus low demands on the computing power of a Microprocessor of the control and evaluation device provides. This Affects both favorable to the manufacturing costs as also on the energy consumption of the flow meter.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Based the drawing, in which an embodiment of the invention is shown below, the invention and embodiments and advantages explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt ein Prinzipschaltbild eines elektromagnetischen Durchflussmessers.The single figure shows a schematic diagram of an electromagnetic Flowmeter.

Ein Messrohr 2 wird in der Figur senkrecht zur Zeichenebene von einem Medium durchströmt, dessen Fließgeschwindigkeit gemessen werden soll. Senkrecht zur Strömungsrichtung ist eine Spulenanordnung aus zwei Spulen 3, 4 angeordnet, die ein Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung erzeugen, wenn die Spulen 3, 4 von einem Strom I durchflossen werden. Im Messrohr 2 sind Messelektroden 5, 6 und Erdungselektroden 7, 8 vorgesehen. Die Messelektroden 5, 6 sind so angeordnet, dass sie eine Potentialdifferenz oder Spannung senkrecht zur Durchströmungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld erfassen.A measuring tube 2 is traversed in the figure perpendicular to the plane of a medium whose flow velocity is to be measured. Perpendicular to the flow direction is a coil assembly of two coils 3 . 4 arranged, which generate a magnetic field perpendicular to the flow direction when the coils 3 . 4 a current I flows through it. In the measuring tube 2 are measuring electrodes 5 . 6 and ground electrodes 7 . 8th intended. The measuring electrodes 5 . 6 are arranged so that they detect a potential difference or voltage perpendicular to the flow direction and perpendicular to the magnetic field.

In bekannter Weise steigt die Spannung zwischen den Elektroden 5, 6 mit zunehmender Geschwindigkeit des strömenden Mediums im Messrohr 2 und mit zunehmender Stärke des Magnetfelds an. In einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 befindet sich ein Mikroprozessor mit einem Programm, der in Abhängigkeit der an den Elektroden 5, 6 erfassten Spannung einen Messwert für den Durchfluss durch das Messrohr 2 ermittelt und diesen über einen Feldbus 21 an eine übergeordnete Leitstation in einer automatisierungstechnischen Anlage zur weiteren Verarbeitung ausgibt. Die Messelektroden 5, 6 sind mit einem Differenzverstärker verbunden, dem ein Analog/Digital-Wandler nachgeschaltet ist. Differenzverstärker und Wandler sowie die oben genannte Leitstation sind in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die durch den Analog/Digital-Wandler gewonnenen digitalen Werte dienen, wie bereits oben angedeutet, in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eines Messwerts für den Durchfluss und zudem, wie später noch näher erläutert wird, zur Ermittelung eines Parameters für eine ohmsche und/oder kapazitive Kopplung zwischen der Spulenanordnung 3, 4 und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 mit der Elektrodenanordnung 5, 6 und den in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Zuleitungen zur Verbindung der Elektroden 5, 6 mit der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20.In known manner, the voltage between the electrodes increases 5 . 6 with increasing velocity of the flowing medium in the measuring tube 2 and with increasing strength of the magnetic field. In a control and evaluation 20 There is a microprocessor with a program that depends on the electrodes 5 . 6 detected voltage a reading for the flow through the measuring tube 2 determined and this over a field bus 21 to a higher-level control station in an automation system for further processing outputs. The measuring electrodes 5 . 6 are connected to a differential amplifier, which is followed by an analog / digital converter. Differential amplifier and converter as well as the above-mentioned control station are not shown in the figure for clarity. The digital values obtained by the analog / digital converter serve, as already indicated above, in the control and evaluation device for determining a measured value for the flow and also, as will be explained in more detail later, for determining a parameter for an ohmic and / or or capacitive coupling between the coil assembly 3 . 4 and the control and evaluation device 20 with the electrode assembly 5 . 6 and in the figure for clarity not shown leads for connecting the electrodes 5 . 6 with the control and evaluation device 20 ,

Die Spulen 3, 4 sind in Reihe geschaltet und werden durch eine Betriebsspannung 9 gespeist. Die Richtung des Spulenstromes I wird durch eine H-Brückenschaltung mit vier elektronischen Schaltern 10 bis 13 bestimmt, wobei jeder Schalter von einer Freilaufdiode 14 bis 17 geschützt ist. Wenn der Strom I in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung durch die Spulenanordnung 3, 4 fließen soll, dann werden die Schalter 10 und 13 geschlossen. Die Schalter 11 und 12 sind dabei geöffnet. Wenn die Stromrichtung umgekehrt werden soll, werden die Schalter 11 und 12 geschlossen, während die Schalter 10 und 13 geöffnet sind. Der zeitliche Ablauf der Öffnungs- und Schließvorgänge stellt dabei sicher, dass zu keinem Zeitpunkt mehr als zwei elektronische Schalter geschlossen sind, so dass ein Kurzschluss der Betriebsspannung vermieden wird. Der Spulenstrom I wird in den Messphasen durch einen Regler in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 mit Hilfe einer einstellbaren Stromquelle 18 und eines Messwiderstands 19 auf einen konstanten Wert eingestellt.The spools 3 . 4 are connected in series and are powered by an operating voltage 9 fed. The direction of the coil current I is through an H-bridge circuit with four electronic switches 10 to 13 determined, each switch of a freewheeling diode 14 to 17 is protected. When the current I in the direction indicated by an arrow through the coil assembly 3 . 4 flow, then the switches 10 and 13 closed. The switches 11 and 12 are open. If the current direction is to be reversed, the switches 11 and 12 closed while the switches 10 and 13 are open. The timing of the opening and Closing ensures that no more than two electronic switches are closed at any time, so that a short circuit of the operating voltage is avoided. The coil current I is in the measuring phases by a controller in the control and evaluation 20 with the help of an adjustable power source 18 and a measuring resistor 19 set to a constant value.

Die Steuerung der Schalter 10 bis 13 erfolgt in geeigneter Weise durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20, so dass die Spulenanordnung 3, 4 mit einem Strom von wechselnder Fließrichtung betrieben wird.The control of the switches 10 to 13 takes place in a suitable manner by the control and evaluation 20 so that the coil arrangement 3 . 4 is operated with a flow of alternating flow direction.

Nach jedem Messzyklus oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen, die länger als die Messzyklen sind, werden zwischen die Messzyklen Kompensationsmessungen eingefügt, in welchen der Parameter für die Kopplung zwischen der Spulenanordnung und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung neu ermittelt wird. Dabei wird die H-Brückenschaltung wie bei Messzyklen mit der Betriebsspannung 9 gespeist. Alternativ kann dazu eine andere Betriebsspannung, insbesondere die verstärkte Spannung (Boost-Spannung), verwendet werden. Auch der Stromregler in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 arbeitet wie bei den Messzyklen. Bei Kompensationsmessungen wird jedoch die H-Brücke nicht mehr so betrieben, dass die Schalter 10...13 kreuzweise gleich betätigt werden, sondern es werden die Schalter in einer Brückenhälfte, die mit den gleichen Potential verbunden ist, in gleicher Form betätigt, also entweder die Schalter 10 und 11 geschlossen, während die Schalter 12 und 13 geöffnet sind, oder umgekehrt. Wenn nun beispielsweise die Schalter 10 und 11 geschlossen sind, dann sind die Spulen 3, 4 kurzgeschlossen und werden mit der Betriebsspannung 9 versorgt. Damit liegt die Betriebsspannung 9 an den Spulen 3 und 4 an, ohne dass ein Magnetfeld im Messrohr 2 erzeugt wird. Wenn die Schalter 10 und 11 geöffnet und die Schalter 12 und 13 geschlossen werden, dann liegen die Spulen 3, 4 dagegen an Masse an. In beiden Fällen ist ein Spannungssignal, das an den Messelektroden 5 und 6 abgenommen wird, auf eine Kopplung zurückzuführen, die zwischen der Spulenanordnung mit den Spulen 3 und 4 mit ihrer Versorgungsschaltung und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 mit den Messelektroden 5 und 6 sowie ihren Verbindungsleitungen vorliegt. Die Kopplung kann ohmscher und/oder kapazitiver Art sein. Zur Ermittelung eines Parameters der Kopplung wird die gleiche Schaltung in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 verwendet, die auch zur Bestimmung der Messwerte für den Durchfluss dient. Nach einer Tiefpassfilterung zur Eliminierung von Rauschen wird der so ermittelte Parameter für die Kopplung zwischen der Spulenanordnung 3, 4 und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 weiter verarbeitet. Zum einen wird der Parameter verglichen mit einem früher, beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Durchflussmessers ermittelten Referenzwert, der in einem Speicher 22 hinterlegt ist. Im ungestörten Betrieb sollte der aktuell ermittelte Parameter innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um den früher ermittelten Referenzwert liegen. Falls dies nicht der Fall ist, deutet dies auf einen fehlerhaften oder unzulässigen Betrieb des Durchflussmessers hin und es wird über den Feldbus 21 eine entsprechende Fehler- oder Alarmmeldung ausgegeben. Zum anderen wird der aktuell ermittelte Parameter zur Kompensation des Einflusses von Veränderungen der Kopplung zwischen Spulenanordnung 3, 4 und Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 auf das Messergebnis der Durchflussmessung herangezogen. Dazu ist das Programm des Mikroprozessors in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 derart ausgebildet, dass die Spannungsdifferenz an der Elektrodenanordnung 5, 6, die sich bei Anlegen einer Spannung an die Spulenanordnung einstellt, welche der bei einer Durchflussmessung angelegten Spannung entspricht, als Parameter für die Kopplung verwendet wird. Zudem wird durch geeignete Programmierung des Mikroprozessors von einem unkorrigierten Messwert der Spannungsdifferenz bei einer Durchflussmessung ein Korrekturwert subtrahiert, um zur Kompensation des Einflusses einen korrigierten Wert zu berechnen. Der Korrekturwert entspricht dabei der Differenz zwischen dem aktuell ermittelten Parameter und einem zu einem früheren Zeitpunkt am Durchflussmesser ermittelten Parameter, der in dem Speicher 22 hinterlegt ist. Alternativ dazu ist es möglich, den Kor rekturwert anhand einer zuvor empirisch ermittelten Kennlinie zu bestimmen. Über den Feldbus 21 wird der auf diese Weise korrigierte Messwert des Durchflusses ausgegeben, der bei Veränderungen der Kopplung zwischen Spulenanordnung 3, 4 und Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 20 wesentlich genauer als der unkorrigierte Messwert ist.After each measuring cycle or at predetermined time intervals, which are longer than the measuring cycles, compensation measurements are inserted between the measuring cycles in which the parameter for the coupling between the coil arrangement and the control and evaluation device is newly determined. In this case, the H-bridge circuit becomes like the measuring cycles with the operating voltage 9 fed. Alternatively, another operating voltage, in particular the boosted voltage (boost voltage), can be used for this purpose. Also the current controller in the control and evaluation 20 works like the measuring cycles. In compensation measurements, however, the H-bridge is no longer operated so that the switches 10 ... 13 are operated crosswise the same, but there are the switches in a bridge half, which is connected to the same potential, operated in the same form, so either the switch 10 and 11 closed while the switches 12 and 13 are open, or vice versa. If, for example, the switches 10 and 11 are closed, then the coils 3 . 4 shorted and are connected to the operating voltage 9 provided. This is the operating voltage 9 on the coils 3 and 4 without a magnetic field in the measuring tube 2 is produced. When the switches 10 and 11 opened and the switches 12 and 13 closed, then lie the coils 3 . 4 against it to mass. In both cases, a voltage signal is present at the measuring electrodes 5 and 6 is due to a coupling between the coil assembly with the coils 3 and 4 with its supply circuit and the control and evaluation device 20 with the measuring electrodes 5 and 6 and their connecting lines. The coupling can be ohmic and / or capacitive type. To determine a parameter of the coupling, the same circuit in the control and evaluation 20 which is also used to determine the flow readings. After low-pass filtering to eliminate noise, the parameter thus determined becomes the coupling between the coil arrangement 3 . 4 and the control and evaluation device 20 in the control and evaluation 20 further processed. On the one hand, the parameter is compared with an earlier, for example, when commissioning the flow meter determined reference value stored in a memory 22 is deposited. In undisturbed operation, the currently determined parameter should lie within a predetermined tolerance range around the previously determined reference value. If this is not the case, this indicates a faulty or inadmissible operation of the flow meter and it is transmitted via the fieldbus 21 a corresponding error or alarm message is issued. On the other hand, the currently determined parameter is used to compensate for the influence of changes in the coupling between the coil arrangement 3 . 4 and control and evaluation 20 on the measurement result of the flow measurement used. This is the program of the microprocessor in the control and evaluation 20 formed such that the voltage difference across the electrode assembly 5 . 6 which is set when a voltage is applied to the coil assembly, which corresponds to the voltage applied during a flow measurement, is used as a parameter for the coupling. In addition, by suitable programming of the microprocessor, a correction value is subtracted from an uncorrected measured value of the voltage difference in a flow measurement in order to calculate a corrected value for compensating the influence. The correction value corresponds to the difference between the currently determined parameter and a previously determined at the flowmeter parameters in the memory 22 is deposited. Alternatively, it is possible to determine the correction value based on a previously empirically determined characteristic curve. About the fieldbus 21 is output the thus corrected measured value of the flow, the changes in the coupling between the coil assembly 3 . 4 and control and evaluation 20 much more accurate than the uncorrected reading.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19917261 C2 [0002, 0003, 0004, 0008] - DE 19917261 C2 [0002, 0003, 0004, 0008]

Claims (7)

Elektromagnetischer Durchflussmesser mit einem Messrohr (2), mit einer Spulenanordnung (3, 4) zur Erzeugung eines Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung eines Mediums durch das Messrohr, mit einer Elektrodenanordnung (5, 6) im Wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld und zur Durchflussrichtung und mit einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (20) zur Ansteuerung der Spulenanordnung und zur Ermittelung des Durchflusses in Abhängigkeit der an der Elektrodenanordnung erfassten Spannung, wobei die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, bei Anlegen einer Spannung an die Spulenanordnung, ohne ein Magnetfeld zu erzeugen, einen Parameter für eine ohmsche und/oder kapazitive Kopplung zwischen der Spulenanordnung und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, zur Kompensation des Einflusses von Veränderungen der Kopplung den Durchfluss in Abhängigkeit des ermittelten Parameters zu bestimmen.Electromagnetic flowmeter with a measuring tube ( 2 ), with a coil arrangement ( 3 . 4 ) for generating a magnetic field substantially perpendicular to the flow direction of a medium through the measuring tube, with an electrode arrangement ( 5 . 6 ) substantially perpendicular to the magnetic field and to the flow direction and with a control and evaluation device ( 20 ) for controlling the coil arrangement and for determining the flow as a function of the voltage detected at the electrode arrangement, the control and evaluation device being designed to generate a parameter for an ohmic and / or a magnetic field when a voltage is applied to the coil arrangement without generating a magnetic field. or to determine capacitive coupling between the coil arrangement and the control and evaluation device, characterized in that the control and evaluation device is further adapted to determine the flow as a function of the determined parameter to compensate for the influence of changes in the coupling. Elektromagnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung, die zur Parameterermittelung an die Spulenanordnung angelegt wird, als gesteuerte Wechselspannung ausgebildet ist.Electromagnetic flowmeter according to claim 1, characterized in that the voltage used for the parameter determination is applied to the coil assembly, as a controlled AC voltage is trained. Elektromagnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung, die zur Parameterermittelung an die Spulenanordnung angelegt wird, derjenigen bei der Durchflussmessung entspricht.Electromagnetic flowmeter according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage used for the parameter determination is applied to the coil assembly, that in the flow measurement equivalent. Elektromagnetischer Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung durch eine H-Brückenschaltung (10...13) erzeugt wird, die in jedem Zweig einen gesteuerten Schalter (10...13) aufweist, wobei die H-Brückenschaltung beim Messen des Durchflusses kreuzweise (10, 13; 11, 12) und bei der Parameterbestimmung einseitig (10, 11; 12, 13) aktiv ist, dass die Spu len (3, 4) der Spulenanordnung bei der Parameterbestimmung kurzgeschlossen sind und dass die kurzgeschlossenen Spulen (3, 4) bei der Parameterbestimmung abwechselnd mit einer Betriebsspannung (9) und mit Masse verbunden sind.Electromagnetic flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage through an H-bridge circuit ( 10 ... 13 ), which in each branch has a controlled switch ( 10 ... 13 ), wherein the H-bridge circuit when measuring the flow crosswise ( 10 . 13 ; 11 . 12 ) and in the parameter determination one-sided ( 10 . 11 ; 12 . 13 ) is active, that the coils ( 3 . 4 ) of the coil arrangement are short-circuited in the parameter determination and that the short-circuited coils ( 3 . 4 ) in the parameter determination alternately with an operating voltage ( 9 ) and connected to ground. Elektromagnetischer Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter die Spannungsdifferenz an der Elektrodenanordnung ist, die bei Anlegen einer Spannung an die Spulenanordnung ermittelt wird, die der bei einer Durchflussmessung angelegten Spannung entspricht.Electromagnetic flow meter according to one of preceding claims, characterized in that the parameter is the voltage difference across the electrode assembly is, which determines upon application of a voltage to the coil assembly which corresponds to the voltage applied during a flow measurement. Elektromagnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von einem unkorrigierten Messwert der Spannungsdifferenz, die bei einer Durchflussmessung entsteht, zur Bestimmung eines zur Kompensation korrigierten Werts ein Korrekturwert subtrahiert wird, welcher der Differenz zwischen dem aktuell ermittelten Parameter und einem zu einem früheren Zeitpunkt am Durchflussmesser ermittelten Parameter entspricht.Electromagnetic flowmeter according to claim 5, characterized in that from an uncorrected measured value the voltage difference that arises in a flow measurement, to determine a value corrected for compensation, a correction value is subtracted, which is the difference between the currently determined Parameters and one at an earlier date on the flow meter determined parameter corresponds. Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Durchflussmessers mit einem Messrohr (2), mit einer Spulenanordnung (3, 4) zur Erzeugung eines Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung eines Mediums durch das Messrohr, mit einer Elektrodenanordnung (5, 6) im Wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld und zur Durchflussrichtung und mit einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (20) zur Ansteuerung der Spulenanordnung und zur Ermittlung des Durchflusses in Abhängigkeit der an der Elektrodenanordnung (5, 6) erfassten Spannung, wobei die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (20) beim Anlegen einer Spannung an die Spulenanordnung, ohne ein Magnetfeld zu erzeugen, einen Parameter für eine ohmsche und/oder kapazitive Kopplung zwischen der Spulenanordnung (3, 4) und der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (20) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung zur Kompensation des Einflusses von Veränderungen der Kopplung den Durchfluss in Abhängigkeit des ermittelten Parameters für die Kopplung bestimmt.Method for operating an electromagnetic flowmeter with a measuring tube ( 2 ), with a coil arrangement ( 3 . 4 ) for generating a magnetic field substantially perpendicular to the flow direction of a medium through the measuring tube, with an electrode arrangement ( 5 . 6 ) substantially perpendicular to the magnetic field and to the flow direction and with a control and evaluation device ( 20 ) for controlling the coil arrangement and for determining the flow in dependence on the electrode arrangement ( 5 . 6 ) detected voltage, wherein the control and evaluation device ( 20 ) upon application of a voltage to the coil arrangement without generating a magnetic field, a parameter for an ohmic and / or capacitive coupling between the coil arrangement ( 3 . 4 ) and the control and evaluation device ( 20 ), characterized in that the control and evaluation device to compensate for the influence of changes in the coupling determines the flow as a function of the determined parameter for the coupling.
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