DE3810034A1 - Magnetinduktiver durchflussmengenmesser - Google Patents
Magnetinduktiver durchflussmengenmesserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen magnetinduktiven Durchflußmengen
messer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein derartiger magnetinduktiver Durchflußmengenmesser ist
bekannt.
Es ist Zweck der Erfindung, die bekannten Einrichtungen zur
magnetinduktiven Durchflußmengenmessung so zu verbessern, daß
diese vielseitiger einsetzbar sind.
Bei den magnetinduktiven Durchflußmengenmessern nach der
Erfindung, entsteht an den Elektroden unter dem Einfluß
des transversalen Magnetfeldes nach dem dynamoelektrischen
Prinzip eine Spannung, welche der Induktion des Magnetfeldes
und der Geschwindigkeit des durchfließenden Fluidums
proportional ist.
An die Elektroden des Meßrohres ist ein Differenzverstärker
angeschaltet, welcher die gemessene induzierte Spannung
entsprechend aufpegelt und einem nachgeordneten Integrator
zuleitet. An diesem werden die Spannungswerte durch einen
Abzählvorgang ermittelt und in ein digitales Signal umge
wandelt, das einem nachgeordneten elektronischen Steuerwerk,
insbesondere einem Mikrocomputer zugeführt wird. Die
erhaltenen digitalen Daten werden durch den Mikrocomputer
abgearbeitet und als Durchflußmengenwerte der Anzeigevorrich
tung übermittelt.
Bei diesem Meßvorgang wird das Magnetfeld, das der Erzeugung
der dynamoelektrischen Spannungssignale an den Elektroden
dient, in seiner Richtung fortlaufend gewechselt, um
Drift- oder Störspannungen sowie Polarisationseinflüsse
zu kompensieren bzw. zu eliminieren.
Der Meßvorgang als solcher wird am magnetinduktiven Durch
flußmengenmesser in Form von mehreren Einzelphasen eines
Gesamtzyklus abgewickelt. So können z.B. mehrere Durchfluß
meßzyklen vorgesehen sein, deren Ergebnis durch das Steuerwerk
für die Anzeige gemittelt wird. Den Durchflußmeßphasen des
Meßzyklus schließen sich weitere Phasen an, welche z.B.
der Korrektur, der Berechnung etc. dienen können. Die Abarbei
tung der einzelnen Meßphasen eines Meßzyklus erfolgt stets
durch das vorzugsweise als Mikrocomputer ausgebildete
Steuerwerk, welches dem magnetinduktiven Durchflußmengenmesser
zugeordnet ist.
Durch die bekannten Geräte wird unter normalen Bedingungen ein
zufriedenstellender Betrieb erreicht. Bei Grenzbedingungen
hingegen werden oft unzuverlässige, ja widersprüchliche
Angaben erzielt.
Eine solche Grenzbedingung bei magnetinduktiven Durchfluß
mengenmessern besteht z.B. in dem Zustand "Meßrohr-leer" oder
"Leer-Rohr".
Dieser Zustand, bei welchem das Meßrohr und damit auch die
Elektrodenstrecke ohne die zu erfassende Flüssigkeit sind,
kann z.B. ungewollt im erfaßten Rohrsystem durch einen falsch
geschlossenen Schieber, durch einen Rohrbruch im vorgeordneten
Rohrsystem oder durch einen Rohrbruch im nachgeordneten Rohr
netz bei kleinen Zulaufmengen entstehen. Es besteht die Not
wendigkeit, daß derartige nachteilige Grenzbedingungen bzw.
Anormalitäten im Rohrsystem zur Meldung bzw. Signalisierung
gebracht werden, so daß durch das Überwachungs- und Sicherheits
personal möglichst umgehend eingegriffen werden kann.
Im Zustand "Leer-Rohr", bei welchem also kein Durchfluß durch
das Meßrohr erfolgt, dieses also offen und ohne Fluidum ist,
liegt ein restlicher Flüssigkeitsfilm an der Innenwand des
Meßrohres und an den Elektroden an und simuliert unter
Umständen durch Stör- und Driftspannungen o.dgl. einen
Durchfluß, der dann von dem Meßgerät fälschlicherweise ange
zeigt wird. Dies kann insbesondere bei hochauflösenden
Anzeigesystemen des Durchflußmengenmessers zu beträchtlichen
Fehlindikationen des Durchlaufes führen.
Eine andere Grenzbedingung besteht in einem sogenannten
"Überlauf", d.h. in einem zu starken Durchfluß durch das
Meßrohr des Durchflußmengenmessers. Eine solche Grenzsituation
kann auch hier durch einen im nachgeordneten Rohrnetz aufge
tretenen Rohrbruch oder durch einen unzulässigerweise
geöffneten Schieber etc. zustande kommen.
Auch bei Eintreten dieses Grenzfalles besteht ein Interesse
an dessen Signalisierung, so daß ein Eingriff von außen in
das Rohrnetz zur Behebung der Betriebsanormalie möglich wird.
Bei Eintreten der ein oder anderen der beschriebenen Grenz
bedingungen ist es unter Umständen auch wünschenswert, die
Anzeige der erfaßten Durchflußmenge nicht weiter fortzuführen,
sondern zu blockieren, um insbesondere in dem Zustand "Leer-
Rohr" eine täuschende und fehlerhafte Anzeige zu unterbinden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den bekannten
magnetinduktiven Durchflußmengenmesser derart weiterzubilden,
daß eine Berücksichtigung der beschriebenen Grenzbedingungen
möglich wird.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird in den Maßnahmen gemäß der
Merkmalfolge des Kennzeichens von Anspruch 1 gesehen.
Eine Anzahl von Ausgestaltungs- und Verwirklichungsformen der
Erfindung sind in den Merkmalen der dem Anspruch 1 nachge
ordneten Unteransprüchen erfaßt bzw. enthalten.
Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen aufzuweisen.
So kann das vorhandene Elektrodensystem des magnetinduktiven
Durchflußmengenmessers bzw. die zugeordnete Elektronikschal
tung auch zur Detektion auf "Leer-Rohr" und "Überlauf" durch
das Meßsystem Verwendung finden.
Hierdurch verringert sich der Aufwand ganz erheblich und es
wird eine preisgünstige Ausführungsform des Durchflußmengen
messers nach der Erfindung möglich.
Weitere Vorteile bestehen darin, daß ebenso wie die Durch
flußmengenmessung auch die Detektion auf "Leer-Rohr" und
"Überlauf" stromsparend durchgeführt werden können und daß
dadurch ein Betrieb durch galvanische Stromquellen, so
Trockenbatterien und Klein-Akkumulatoren, möglich ist.
Die Erfindung ist an Hand der beigegebenen Zeichnungen in
Form eines Ausführungsbeispieles dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert:
Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtschaltung
des magnetinduktiven Durchflußmengenmessers nach
der Erfindung;
Fig. 2 ein Detail der Schaltungsanordnung des Durchfluß
mengenmessers nach der Erfindung;
Fig. 3 die schematische graphische Darstellung eines Meß
zyklus des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung;
Fig. 4 die schematische graphische Darstellung eines Details
des Meßzyklus des Durchflußmengenmessers nach der
Erfindung;
Fig. 5 ein Entscheidungsdiagramm der Schaltungsanordnung
des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist das Meßrohr 1 im Querschnitt dargestellt, das
von dem seinem Durchfluß nach zu erfassenden Fluidum 2
durchströmt ist. Beidseitig an der Innenwand des Meßrohres
sind - einander gegenüberliegend - die beiden Elektroden E 1, E 2
angeordnet, so daß diese mit dem Fluidum 2 in direkter galvani
scher Berührung stehen. Die Anschlüsse 3 und 4 der Elektroden E 1,
E 2 sind in geeigneter Weise durch die Wandung 1 a des Meßrohres 1
hindurchgeführt und außen dem elektrischen Anschluß zugänglich.
Die Anschlüsse 3 und 4 sind über Zuleitungen 5 und 6 mit den
Eingängen 8 a, 8 b eines Differenzverstärkers 8 verbunden.
Andererseits sind mit den Elektroden E 1, E 2 Kondensatoren C R1,
C R2 in Reihe geschaltet, die mit ihren anderen Anschlüssen mit
Zuleitungen 10, 11 verbunden sind. Diese Zuleitungen 10, 11
führen an die Eingänge 12 a, 12 b eines Polumschalters 12, der
dazu dient, aus einer anliegenden Gleichspannung geringen
Potentiales eine geringe Wechselspannung zu erzeugen, welche
in bestimmten Betriebsphasen des Durchflußmengenmessers über
die Kondensatoren C R1, C R2 an den Elektroden E 1, E 2 anliegt.
Transversal zu der Verbindungslinie der Elektroden E 1, E 2
sind nun außen am Meßrohr 1 - einander gegenüberliegend -
Magnetspulen MS 1 und MS 2 vorgesehen, welche durch eine
Zuleitung 13 miteinander verbunden und durch Zuleitungen 14, 16
an die Eingänge 15a, 15 b eines weiteren Polumschalters 15
geführt sind.
Dem Differenzverstärker 8 ist über die Zuleitung 17 ein
Integrator 18 nachgeordnet. Durch den Differenzverstärker 8
wird die an den Elektroden E 1, E 2 auf Grund des transversalen
Magnetfeldes nach dem dynamoelektrischen Prinzip erzeugte
schwache Gleichspannung aufgepegelt und über die Zuleitung 8 a
an den Eingang 18 a des Integrators 18 übertragen. In diesem
erfolgt eine Auswertung und Umwandlung der verstärkten
Spannung, so wie dies zu Fig. 4 im einzelnen noch beschrieben
wird.
Zur zentralen Steuerung und zur Abarbeitung der einzelnen
Funktionsphasen eines Meßzyklus bei der Durchflußmengenmessung,
ist nun ein Mikrocomputer 20 vorgesehen, welcher über Zulei
tungen 21, 22 mit Eingängen 12 c und 15 c der Polumschal
ter 12 und 15 verbunden ist. Ebenso ist der Mikrocomputer 20
mit dem Integrator 18 über eine Zuleitung 23 verbunden, welche
auch als eine Bus ausgebildet sein kann. Schließlich ist dem
Mikrocomputer 20 über eine Zuleitung 24 eine Anzeige 25 nachge
ordnet, an welcher der momentane und/oder der zeitlich
integrierte Durchfluß des Fluidums 2 im Meßrohr 1 auf einem
Anzeigefeld 26 dargestellt werden kann.
Die einzelnen Zuleitungen zwischen den Baugruppen 8, 12, 15,
18, 20 und 25 können jeweils eine oder mehrere Adern umfassen.
Während der Durchflußmengenmessung werden die Magnetspulen MS 1,
MS 2 über den Polumschalter 15 intermittierend mit wechselnder
Polarität an eine Gleichspannungsquelle, z.B. eine Trocken
batterie oder an einem kleinen Akkumulator angeschaltet, um
das transversale Magnetfeld aufzubauen, das zur Erzeugung einer
Meßspannung bei der magnetinduktiven Messung an den Elektroden
E 1, E 2 notwendig ist. Hierzu wird zweckmäßig eine Brückenschal
tung von vier Transistoren oder 4 Thyristoren verwendet, deren
Eingänge durch den Mikrocomputer 20 paarweise steuerbar sind.
In die Diagonale der Brückenschaltung sind die zweckmäßig in
Reihe liegenden Magnetspulen MS 1, MS 2 geschaltet.
Durch wechselweise Ansteuerung von jeweils zwei der vier
Transistoren oder Thyristoren, wird so in den Magnetspulen MS 1,
MS 2 eine in ihrer Richtung wechselnde Durchflutung erzeugt,
welche im zugeordneten, nicht dargestellten Magnetjoch, welches
das Meßrohr 1 umgibt, den Aufbau eines Magnetflusses entsprechende
Richtung zur Folge hat, der transversal zu der gedachten Ver
bindungslinie der beiden Elektroden E 1, E 2 verläuft.
Der Wechsel in der Richtung des Magnetfeldes der Spulen MS 1,
MS 2 verhindert die Entstehung von Polarisationseffekten und von
mit diesen verbundenen Drifterscheinungen der an den Elektroden
E 1, E 2 abnehmbaren Meßspannung. Nur so ist eine zuverlässige
magnetinduktive Durchflußmessung im Meßrohr 1 durchführbar.
Die schaltungstechnische Ausbildung des Polumschalters 15
für die wechselnde Bestromung der Magnetspulen MS 1, MS 2 ist
als solche bekannt. Aus diesem Grunde wurde auf eine figürliche
Darstellung verzichtet.
Über den Polumschalter 15 ist auch eine Abschaltung der
Magnetspulen MS 1, MS 2 dann möglich, wenn eine Durchflutung
in diesen und ein Magnetfeld transversal zu den Elektroden
E 1, E 2, z.B. in bestimmten Funktionsphasen, welche noch näher
erläutert werden sollen, nicht erwünscht ist. Dies geschieht
dadurch, daß keiner der vier Transistoren oder Thyristoren
durch den Mikrocomputer 20 angesteuert wird. Eine Bestromung
der Magnetspulen MS 1, MS 2 unterbleibt dann.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind ferner noch
zwei elektrische Indikatoren 30, 32 vorgesehen, die z.B.
Leuchtdioden oder LCD-Elemente sein können und dazu dienen,
gewisse und nachstehend im einzelnen noch zu beschreibende
extreme Betriebsbedingungen, nämlich "Leer-Rohr" und "Überlauf"
anzuzeigen bzw. zu signalisieren. Diese Indikatoren 30, 32
werden über den Mikrocomputer 20 nach Erkennen des Vorliegens
der betreffenden extremen Betriebsbedingung durch diesen
eingeschaltet. Sie sind über Zuleitungen 27, 28 mit dem
Mikrocomputer 20 verbunden.
Die Indikatoren 30, 32 können mit in das Anzeigefeld 26 der
Anzeige 25 einbezogen sein.
Eine dieser Grenzbedingungen des Meßbetriebes kann z.B. darin
bestehen, daß durch einen dem Durchflußmengenmesser im Rohr
netz an einer vorgelagerten Stelle aufgetretenen Rohrbruch
oder durch eine versehentliche Betätigung eines im Rohrnetz
vorgelagerten Schiebers das Meßrohr 1 zusammen mit dem
übrigen benachbarten Rohrsystem leerläuft. In diesem Falle
verbleibt an der Innenwand des Meßrohres ein dünner Flüssig
keitsfilm, der auch die Elektroden E 1, E 2 mit umfaßt,
aufrechterhalten, der wechselnde Abmessungen aufweist.
Hierbei wird durch Polarisationseffekte und andere elektro
lytische Einflüsse an den Elektroden E 1, E 2 eine Meßspannung
erzeugt bzw. aufrechterhalten, die trotz praktisch leerem
Meßrohr 1 einen weiteren Durchfluß simuliert, der von der
Schaltungsanordnung erfaßt, verarbeitet und dann auf die
Anzeige 25 übertragen wird.
Außerdem kann es vorkommen, daß der vorgelagerte Rohrbruch
oder die falsche Bedienung von Steuermittel, so eines
Schiebers, - vor allem nachts - erst nach längerer Zeit
erkannt wird, so daß nur sehr verzögert Abhilfe geschaffen
werden kann und zwischenzeitlich erhebliche Schäden durch
ausgelaufene Flüssigkeitsmengen bzw. durch nicht versorgte
Anlagenkomplexe - z.B. in der chemischen Industrie -
entstehen können!
Gemäß der Erfindung ist nun eine derartige Ausgestaltung eines
magnetinduktiven Durchflußmengenmessers vorgesehen, daß die
Grenzbedingung "Leer-Rohr" erkannt, gemeldet bzw. signalisiert
und ggf. die Fortstellung der Anzeige 25 für die Zeitdauer
dieser Betriebsbedingung unterbrochen wird. Dadurch könnten
Umgebungsschäden - durch die extreme Betriebsbedingung
verursacht - begrenzt und Fehlanzeigen des Durchflusses auf
der Anzeige 25 vermieden werden.
Hierzu ist - wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht - eine
Reihenschaltung aus den als Kondensatoren C R1, C R2 ausgebildeten
Impedanzen und der Elektroden E 1, E 2 vorgesehen. Es konnte
festgestellt werden, daß eine erhebliche Änderung der zwischen
den Elektroden E 1, E 2 meßbaren Kapazität Cw zwischen den
Zuständen "Flüssigkeit vorhanden" und "Flüssigkeit nicht
vorhanden" zu verzeichnen ist. So konnte im Versuch eine
Kapazitätsänderung der Kapazität Cw um den Faktor 50!
ermittelt werden (leer 40 pF, voll 2000 pF). Dieser hohe
Unterschied der Elektrodenkapazität Cw zwischen den Elektro
den E 1, E 2 ist durch die hohe Dielektrizitätskonstante von
Wasser, welche den Wert 81 aufweist, bedingt.
Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, an die Reihenschal
tung C R1, E 1, E 2, C R2 einen Wechselspannungsimpulsgeber 12,
S 1- S 4 anzuschalten, der diese Kette mit Wechselspannungs
impulsen beschickt, um dann die an der Kapazität Cw der
Elektroden E 1, E 2 abfallende Wechselspannung messen zu
können. Die Reihenschaltung der Elemente C R1, E 1, E 2, C R2
dient also sozusagen als Spannungsteiler zur Ermittlung der
jeweiligen kapazitiven Spannung an den Elektroden E 1, E 2.
Auf Grund des hohen Kapazitätsunterschiedes ist ein
deutlicher Sprung der Elektrodenspannung zwischen den
Zuständen "leer" und "voll" festzustellen, welcher dann
problemlos durch die nachfolgende Schaltungsanordnung
erfaßt und verarbeitet werden kann.
Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfin
dung ist vorgesehen, die Reihenschaltung der Elemente C R1,
E 1, E 2, C R2 als Brückendiagonale einer aus vier Schaltern S 1,
S 2, S 3, S 4 gebildeten Brücke gemäß der Prinzipskizze nach
Fig. 2 zu schalten. Die Schalter S 1-S 4 können Transistoren
sein, deren Eingänge wechselweise nach Paaren beschaltet
sind, so daß ein Polwechsel an der Reihenschaltung bei einem
jeden Betätigungstakt eintritt, d.h. an den Elektroden E 1, E 2
eine der Kapazität Cw proportionale Wechselspannung mit der
Frequenz der Taktung der Schalter S 1-S 4 abfällt. Diese
Taktung erfolgt zweckmäßig durch den die zeitliche Steuerung
der Funktionsabläufe vornehmenden Mikrocomputer 20. Die
Brückenschaltung der Schalter S 1-S 4 entspricht der Polwechsel
schaltung 12 der Fig. 1.
Für einen jeden Meßvorgang der Leer-Rohrerkennung LRE wird
von dem Polumschalter 12 (Schalter S 1-S 4) zweckmäßig ein
einziger Wechselspannungsimpuls, d.h. zwei aufeinanderfolgende
Spannungsimpulse wechselnder Richtung, an die Reihenschaltung
C R1, E 1, E 2, C R2 verabfolgt.
In der Fig. 2 sind die Kapazitäten Cw und ein Widerstand Rw
strichliert angedeutet. Der Widerstand Rw entspricht dem
ohmschen Widerstand des Flüssigkeitsfilmes zwischen den
Elektroden E 1, E 2 während des Zustandes "Leer-Rohr".
Der Elektrodenwiderstand Rw ist jedoch für den Wert des an
den Elektroden E 1, E 2 während des Wechselspannungsimpulses
abfallenden Spannung von nur geringer Bedeutung, maßgeblich
für den Wert der Spannung an E 1, E 2 ist im wesentlichen die
Kapazität Cw.
Die Taktung der Polwechselschaltung 12 erfolgt in Pausen der
Durchflußmengenmessung, um eine Überlagerung der einzelnen
Meßvorgänge zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind während des
Meßvorganges zur Leer-Rohrerkennung auch die Magnetspulen MS 1,
MS 2 abgeschaltet. Diese Abschaltung erfolgt durch Nichtbetäti
gung der Polwechselschaltung 15 durch den Mikrocomputer 20,
wodurch sämtliche vier Brückenglieder unbeeinflußt, d.h.
getrennt bleiben.
In ähnlicher Weise wird die Polwechselschaltung 12 durch
Nichtbetätigung aller Schalter S 1-S 4 durch den Mikrocomputer 20
unwirksam gemacht. In diesem Falle bleibt die Bestromung der
Spannungsteilerschaltung C R1, E 1, E 2, C R2 durch polwechselnden
Gleichstrom unterbunden.
Das Meßverfahren an dem Durchflußmengenmesser nach der
Erfindung erfolgt durch nacheinander durchgeführte und sich
wiederholende Meßzyklen. Ein jeder der Meßzyklen besteht z.B.
aus drei Einzelphasen zur Durchflußmengenmessung D 0, D 1, D 2
deren Ergebnisse bei der Auswertung eine Mittelung erfahren,
sowie aus einer Leer-Rohrerkennungsphase LRE. Diesen Phasen
schließt sich am Schluß des Meßzyklus noch eine Berechnungs
phase B an. Diese Einzelheiten sind aus der Fig. 3 entnehmbar.
Findet der Durchflußmengenmesser nach der Erfindung Anwendung
als Wärmemengenmesser, so ist der Berechnungsphase B des
Meßzyklus noch eine Temperaturerfassungsphase T vorgeordnet,
welche aber in der Darstellung nach Fig. 3 nicht wiedergegeben
ist.
Die Messung und Auswertung der an den Elektroden E 1, E 2 bzw.
der Kapazität Cw abfallenden Wechselspannung erfolgt in
analoger Weise wie bei der Erfassung der durchflußproportionalen
Spannung. Auch hier wird die Spannung durch den Differenzver
stärker 8 aufgepegelt und dem Integrator 18 zugeleitet, der den
Spannungswert durch Abzählen digitalisiert und zur Auswertung
an den Mikrocomputer 20 weiterführt. Dort wird der an den
Elektroden E 1, E 2 gemessene Spannungswert mit einem Speicher
wert verglichen und bei starker Unterschreitung ein Signal
wenigstens an dem Indikator 30 gesetzt. Zweckmäßig erfolgt
jedoch auch eine Signalisierung nach außen, z.B. an eine
Wächterzentrale.
Gleichzeitig wird die weitere Fortstellung der Anzeige
unterbunden.
Aus der bereits vorstehend behandelten Fig. 3 ist die Struktur
eines Meßzyklus entnehmbar. Es ist ersichtlich, daß drei
Durchflußmengenmeßphasen D 0, D 1, D 2 vorgesehen sind, welche
nacheinander - eine jede mit einer Dauer von ca. 0,5 sec. -
abgewickelt werden.
An die drei Meßphasen D 0, D 1, D 2 schließt sich nun eine weitere
Meßphase LRE an, welche für die Leer-Rohrerkennung vorgesehen
ist und während welcher die Leer-Rohr-Detektion durchgeführt
wird und welche ebenfalls etwa 0,5 sec. andauert.
In der dann folgenden Berechnungsphase B werden die notwendigen
Berechnungen, so Mittelungen, Multiplikationen etc. durch den
Mikrocomputer 20 durchgeführt. Ein Meßzyklus dauert ca. 2,5 sec.
und wird fortlaufend wiederholt.
Der Zustand Meßrohr 1 "leer" ist galvanisch betrachtet völlig
instabil, d.h. es kann dadurch in diesem Zustand auch zu einer
Übersteuerung des Differenzverstärkers 8 kommen, z.B. durch
eine im Leerzustand auftretende Drift- oder Polarisations
spannung bzw. ähnliches. Der Zustand der Übersteuerung des
Differenzverstärkers 8 auf "Anschlag" ist nun ebenfalls in
Verbindung mit einem anderen phasenspezifischen Merkmal als
Kriterium für den Zustand "Meßrohr 1 leer" zu werten.
Dieses phasenspezifische Merkmal kann nun in der Meßphase
LRE des Meßzyklus an sich bestehen und durch den Mikro
computer 20 gekennzeichnet sein oder aber in einem damit
einhergehenden Merkmal bestehen, so z.B. der Abschaltung der
Magnetspulen MS 1, MS 2 während der Meßphase LRE.
Die aufgetretene Übersteuerung des Differenzverstärkers 8
wird vom Integrator 18 erkannt, dadurch nämlich, daß die Zeit
dauer einer Abintegration einen bestimmten zeitlichen Wert -
z.B. 50 msec. - überschreitet. Auf Grund von gleichzeitig beim
Mikrocomputer 20 vorliegenden phasenspezifischen Merkmalen,
kann letzterer auch dahingehend eine klare Entscheidung darüber
treffen, ob die Übersteuerung durch "Meßrohr 1 leer" oder
"Meßrohr 1 Überlauf" bedingt ist.
Phasenspezifisch für die Meßphase LRE, d.h. Leer-Rohrerkennung
ist nun auch, daß auf Grund der während dieser Meßphase abge
schalteten Magnetspulen MS 1, MS 2 an den Elektroden E 1, E 2 nur
eine monopolare Spannung auftreten kann. Dieses Merkmal kann
der Mikrocomputer 20 ebenfalls erkennen und als Kennzeichen für
die gerade laufende Meßphase "Leer-Rohrdetektion" deuten, wenn
eine Übersteuerung, d.h. "Verstärker am Anschlag" vorliegt.
In Fig. 4 ist der Verlauf der Spannung am Integrator 18
während einer Meßphase der Durchflußmessung dargestellt. Es
ist erkennbar, daß der Meßvorgang jeweils zwei Auf- und zwei
Abintegrationen umfaßt, welche jedoch jeweils von entgegen
gesetzter polarer Richtung sind.
Die Höhe der Impulse ergibt sich aus dem Wert der gemessenen
und aufintegrierten Spannung an den Elektroden E 1, E 2 nach
entsprechender Verstärkung durch den Differenzverstärker 8.
Die Höhe dieser Impulse bestimmt auch die Zeitdauer der
jeweiligen Abintegration zur Digitalisierung des Meßwertes
und zur Überprüfung auf Grenzwertbedingungen durch den
Mikrocomputer 20.
Der Integrator 18, der zweckmäßig nach dem Dual-Slow-Verfahren
arbeitet, dient als Analog/Digitalwandler und setzt das vom
Differenzverstärker 8 ermittelte analoge Meßsignal in einen
entsprechenden digitalen Wert um, der vom Mikrocomputer 20
weiterverarbeitet wird.
Eine weitere Grenzbedingung liegt beim sogenannten "Überlauf"
vor. Dieser Betriebszustand kann ja dadurch entstehen, daß
ein Rohrbruch entsteht oder ein Freischieber versehentlich
geöffnet wird, so daß bei verringertem Druckgefälle große
Mengen Flüssigkeit an einer unzulässigen Stelle ausfließen
können.
Durch den gesteigerten Durchfluß steigt nun die an den
Elektroden E 1, E 2 auftretende Meßspannung der Durchflußmessung,
so daß der Differenzverstärker 8 in die Übersteuerung bzw.
"auf Anschlag" geführt wird. Zunächst durch dieses Merkmal
wird das Vorliegen einer Grenzbedingung durch den Mikrocomputer
20 erkannt.
Als ergänzendes Merkmal für den Zustand "Überlauf" dient das
Auftreten der alternierenden induktiven Spannung an den
Elektroden E 1, E 2 auf Grund der Polumschaltung der Magnet
spulen MS 1, MS 2 während einer jeden der Durchflußmeßphasen
D 0, D 1, D 2 eines Meßzyklus. Dieses Merkmal wird vom Integrator
18 und dem Mikrocomputer 20 erkannt und entsprechend erfaßt.
Die festgestellte Grenzbedingung "Überlauf" wird dann an dem
Integrator 32 angezeigt, welcher ebenfalls als Leuchtdiode oder
LCD-Element ausgebildet sein kann. Eine Signalgabe nach außen
ist darüber hinaus notwendig.
Gemäß einer zweckmäßigen und besonders wirtschaftlichen Aus
führungsform des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung
ist vorgesehen, daß die für die Durchflußmessung erforderlichen
Schaltungselemente der Meßschaltung, nämlich der Verstärker 8,
der Integrator 18 und der Mikrocomputer 20, sowie die nicht
näher dargestellten oder beschriebenen Schaltungselemente der
Peripherie dieser Meßschaltung auch zur Erkennung der Grenzbe
dingungen "Leer-Rohr" und "Überlauf" Verwendung finden.
Gegebenenfalls erforderlich werdende Adaptionen bzw. Umschaltun
gen innerhalb der gemeinsamen Meßschaltung 8, 18, 20 können
durch den eine zentrale Steuerung vornehmenden Mikrocomputer 20
erfolgen.
In den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 sind nur
die zum Funktionsverständnis der Schaltungsanordnung nach der
Erfindung notwendigen Details angegeben.
Weitere Einzelheiten der Schaltungsanordnungen wurden der
Einfachheit halber weggelassen. Diese Einzelheiten sind
entweder für den Fachmann selbstverständlich oder sind allgemein
bekannt.
Die Fig. 5 der zeichnerischen Darstellungen zeigt ein
Entscheidungsdiagramm für die Durchführung der Detektionen auf
"Leer-Rohr" und "Überlauf". Aus diesem Diagramm sind die einzelnen
von der Meßschaltung nach der Erfindung abzuwickelnden Ent
scheidungsschritte zur Vornahme dieser Detektionen ersichtlich.
Claims (28)
1. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser mit innerhalb
eines das zu erfassende Fluidum führenden Meßrohres
angeordneten, insbesondere gegenüberliegenden
Elektroden und einem Magnetspulensystem, welches ein
transversal zur Elektrodenstrecke gerichtetes Magnet
feld erzeugt, mit einer zugeordneten Meß- und
Steuerelektronik zur Abwicklung und Auswertung der
Meßvorgänge und mit einer Anzeigevorrichtung zur
Anzeige des Durchflusses bzw. der Durchflußmenge,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Durchflußmengenmesser eine den Status "Meßrohr
(1)-leer" oder "Überlauf" erkennende und den Status
optisch und/oder akustisch anzeigende Meßeinrichtung
(C R1, E 1, E 2, C R2; 8, 18, 20) zugeordnet ist.
2. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung zur Leer-Rohrerkennung als
eine die zwischen den Elektroden (E 1, E 2) auftretende
Kapazität (Cw) erfassende Meßschaltung (C R1, E 1, E 2,
C R2; 8, 18, 20) ausgebildet ist und daß bei Unterschrei
tung eines bestimmten Mindestwertes der Elektrodenkapa
zität (Cw) die Leer-Rohrerkennung (LRE) erfolgt.
3. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßschaltung zur Leer-Rohrerkennung eine die
an der Kapazität (Cw) der Elektroden (E 1, E 2) abfallende
Wechselspannung erfassende Spannungsmeßeinrichtung (8, 18,
20) ist.
4. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (E 1, E 2) Teil einer Spannungsteiler
schaltung sind, welche aus der Elektrodenkapazität (Cw)
und wenigstens einer weiteren Impedanz (C R1, C R2)
gebildet ist und welche an eine Wechselspannungsquelle
(12; S 1-S 4) anschaltbar ist,
und daß der Wert der an den beiden Elektroden (E 1, E 2)
abfallenden Wechselspannung durch die zugeordnete
Meßschaltung (8, 18, 20) erfaßbar ist.
5. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Elektroden (E 1, E 2) ein Verstärker (8)
angeschaltet ist, dem ein Integrator (18) nachgeordnet
ist, der über seinen Ausgang mit einem Mikrocomputer
(20) verbunden ist, der den Vergleich zwischen dem
Soll- und Istwert, der an den Elektroden (E 1, E 2)
abfallenden Wechselspannung durchführt.
6. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung als eine die im Zustand
"Meßrohr (1)-leer" an den Elektroden (E 1, E 2)
auftretende galvanische Spannung erfassende
Meßschaltung ausgebildet ist.
7. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßschaltung einen den Elektroden (E 1, E 2)
nachgeschalteten Verstärker (8) umfaßt, der durch
die an den Elektroden (E 1, E 2) auftretende galvanische
Spannung in die Übersteuerung geführt ist, wodurch die
Leer-Rohrerkennung erfolgt.
8. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßvorgang der Durchflußmessung in mehrere
Phasen unterteilt ist und daß in wenigstens einer
dieser Phasen (D 0, D 1, D 2) die Durchflußmengenmessung
und in einer anderen dieser Phasen (LRE) die
Leer-Rohrerkennung erfolgt.
9. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Phase der Leer-Rohrerkennung (LRE) die
das transversal zu der Elektrodenstrecke (E 1-E 2)
verlaufende Magnetfeld erzeugenden Magnetspulen
(MS 1, MS 2) abgeschaltet sind.
10. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Durchflußmengenmesser eine Meßeinrichtung
(MS 1, MS 2; E 1, E 2; 8, 18, 20) zugeordnet ist,
welche einen einen regulären Durchflußwert wesentlich
überschreitenden Durchfluß erkennt und optisch
und/oder akustisch anzeigt.
11. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung zur Erfassung eines Überwertes
des Durchflusses einen den Elektroden (E 1, E 2) nachge
schalteten Verstärker (8) aufweist, der durch den
Überwert des Durchflusses in die Übersteuerung geführt
ist, wodurch die Erkennung des Überlaufes erfolgt.
12. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassung eines Überwertes des Durchflusses
durch die Meßeinrichtung (MS 1, MS 2; E 1, E 2; 8, 18, 20)
während einer Meßphase der Durchflußmessung erfolgt.
13. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 7 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Verstärker (8) ein Integrator (18)
nachgeordnet ist, der die Übersteuerung des Verstärkers
(8) an Hand der Dauer eines abzuwickelnden Integra
tionsvorganges erfaßt.
14. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Integrator (18) ein Mikrocomputer (20)
nachgeordnet ist, der die Zeitdauer des Integrations
vorganges auswertet.
15. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 5, 7 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker als Differenzverstärker (8)
ausgebildet ist.
16. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterteilung des Meßvorganges der Durchfluß
messung in mehrere einzelne Meßphasen (D 0-D 2)
durch einen Mikrocomputer (20) erfolgt.
17. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 5, 7, 11, 13-15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Elektroden (E 1, E 2) nachgeordnete Meß
schaltung zur Erkennung von "Meßrohr (1)-leer" und
"Überlauf" durch Schaltungselemente der der Durch
flußmessung dienenden Schaltungsanordnung (8, 18, 20)
gebildet sind.
18. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem derAnsprüche 1-17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung (E 1, E 2; 8, 18, 20) zur
Erkennung von "Meßrohr (1)-leer" und "Überlauf"
mit der Anzeigevorrichtung (25) des Durchflußmengen
messers verknüpft ist, derart, daß bei Erkennung
einer dieser Grenzbedingungen die Fortschaltung der
Anzeigevorrichtung (25) unterbunden ist.
19. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (E 1, E 2) über jeweils eine Impedanz
(C R1, C R2) an eine Wechselspannungsimpulsquelle (12;
S 1, S 2, S 3, S 4) anschaltbar sind.
20. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 4 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit den Elektroden in Reihe liegenden
Impedanzen als Kondensatoren (C R1, C R2) ausgebildet
sind.
21. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Kondensatoren (C R1, C R2) in ihrem
Kapazitätswert identisch sind.
22. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 4 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Elektroden (E 1, E 2) zusammen mit der
mit ihnen jeweils in Reihe liegenden Impedanz (C R1, C R2)
in die Diagonale einer durch vier Schalter (S 1-S 4)
gebildeten Brücke (15) geschaltet sind,
wobei je zwei zur Diagonale kreuzweise angeordnete
Schalter (S 1, S 4; S 2, S 3) gemeinsam nacheinander
betätigbar sind.
23. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brücke (15) darstellenden Schalter (S 1-S 4)
durch Schalttransistoren gebildet sind, die paarweise
(S 1, S 4; S 2, S 3) nacheinander durch einen Taktgeber (20)
gesteuert sind.
24. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktgeber durch einen internen Impulsgeber
eines das Steuerwerk für die Meßvorgänge darstellenden
Mikrocomputers (20) gebildet ist.
25. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die vier Schalttransistoren (S 1-S 4)
gebildete Brückenschaltung (15) an eine Gleichspannungs
quelle niedriger Spannung angeschaltet ist.
26. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein jedes Paar (S 1, S 4; S 2, S 3) der Schalter
(S 1-S 4) in jeder Meßphase einer Leer-Rohrerkennung
(LRE) vom Taktgeber (20) nur einmal betätigbar ist.
27. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 24 oder 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktgeber (20) in seiner Wirkung auf die
Schalter (S 1, S 4; S 2, S 3) durch den Mikroprozessor (20)
ein- und ausschaltbar ist.
28. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach einem der Ansprüche 5, 13, 14 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Integrator als ein Dual-Slope-Integrator (18)
ausgebildet ist.
29. Magnetinduktiver Durchflußmengenmesser
nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert der an den Elektroden (E 1, E 2)
abfallenden Wechselspannung im Mikrocomputer (20)
gespeichert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883810034 DE3810034A1 (de) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Magnetinduktiver durchflussmengenmesser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883810034 DE3810034A1 (de) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Magnetinduktiver durchflussmengenmesser |
Publications (1)
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DE3810034A1 true DE3810034A1 (de) | 1989-10-05 |
Family
ID=6350626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19883810034 Withdrawn DE3810034A1 (de) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Magnetinduktiver durchflussmengenmesser |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KUNDO SYSTEMTECHNIK GMBH, 7742 ST GEORGEN, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
8141 | Disposal/no request for examination |