DE4437275C2

DE4437275C2 - Verfahren zur Kompensation von Fehlern in Meßwertsignalen magnetisch-induktiver Durchflußmesser

Info

Publication number: DE4437275C2
Application number: DE19944437275
Authority: DE
Inventors: Kathrin Schmalstieg
Original assignee: Fischer and Porter GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: DE4437275A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Fehlern in Meßwertsignalen magnetisch-induktiver Durch flußmesser, wobei diese Fehler von einer elektrischen Leitfä higkeit von Anschlußrohren herrühren, die an die Enden der Meß rohre angesetzt sind.

Aus dem Aufsatz Energy Processing/Canada, Jan.-Febr. 1985, "Effects Of The Inner Wall Conductivity Of Adjacent Pipes On The Signal Of Magnetic Flowmeters" von Nagaoki Kayama und William G. Witlin ist es bekannt, daß solche Fehler vom Ver hältnis der Einbaulänge zum inneren Durchmesser von Meßrohren magnetisch-induktiver Durchflußmesser abhängen und überdies vom Verhältnis der axialen Länge der zur Magnetfelderzeugung ver wendeten Sattelspulen zum inneren Durchmesser der Meßrohre. Ist das erstgenannte Verhältnis größer als 1,3, so betragen die Fehler weniger als 0,2%. Ist das erstgenannte Verhältnis jedoch kleiner, so können Fehler bis zu 1% auftreten.

Die DE-40 19 237 A1 betrifft einen elektromagnetischen Durch flußmesser, bei dem das Verhältnis der Einbaulänge zum inneren Durchmesser des Meßrohres kleiner als 1,3 ist und bei dem ein Verfahren zur Kompensation von Fehlern Anwendung findet, die von einer elektrischen Leitfähigkeit eines Anschlußrohres herrühren, das an die Enden des Meßrohres angesetzt ist.

Der elektromagnetische Durchflußmesser nach der DE-40 19 237 A1 weist nach konventioneller Bauart lediglich ein Meßelektroden paar auf. Zur Korrektur der oben genannten Fehler ist ein Parametereinstellteil vorgesehen, an dem Parameter des An schlußrohres, wie dessen magnetische Permeabilität, Leitfä higkeit und Form, einstellbar sind. Abhängig von den einge stellten Parametern werden Meßbereichskorrekturdaten aus einem Meßbereichskorrekturdatenspeicher ausgelesen, die von einem Korrekturbetriebsteil zum Korrigieren des an dem Meßelektroden paar abgegriffenen Meßwertsignals herangezogen werden. Der in einer Meßwertsignal-Ausgangsleitung geschaltete Korrekturbe triebsteil umfaßt einen Multiplizierer zur Korrektur des Meß wertsignals.

Es sind auch bereits magnetisch-induktive Durchflußmesser bekannt, die zusätzlich zu dem eigentlichen, das Meßwertsignal liefernden Meßelektrodenpaar weitere Elektrodenpaare in dem Meßrohr aufweisen, um Hilfsspannungen bereitzustellen, mittels denen Kalibrierungs- oder Korrekturmaßnahmen hinsichtlich verschiedener Fehlerursachen getroffen werden.

Diesbezüglich kann beispielsweise auf die EP-0420 496 A1 ver wiesen werden, die einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser betrifft, welcher zusätzlich zu den eigentlichen Meßelektroden weitere Elektroden aufweist, um Axialkomponenten von elektri schen Wirbelstromfeldern in der Meßflüssigkeit zu detektieren und auf der Basis dieser detektierten Wirbelstromfelder äußere Störungen des in dem Meßrohr erzeugten magnetischen Feldes und Änderungen der Kontaktimpedanz zwischen Anschlußrohren und der Meßflüssigkeit automatisch zu kompensieren. Zur Erfassung der Axialkomponenten des elektrischen Wirbelstromfeldes sind die Elektroden eines jeweiligen Elektrodenpaares in axialer Rich tung des Meßrohres nebeneinander angeordnet.

Ein weiteres Beispiel eines magnetisch-induktiven Durchflußmes sers mit mehreren Elektrodenpaaren für den Spannungsabgriffist in der JP-5-332800 A angegeben, wobei die Elektrodenpaare dazu herangezogen werden, die elektrische Leitfähigkeit der Meß flüssigkeit zu detektieren, um Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit der Meßflüssigkeit bei der Meßwertsignalkorrektur zu berücksichtigen.

Ein weiteres Beispiel für einen magnetisch-induktiven Durch flußmesser mit mehreren Elektrodenpaaren ist in der US- 4 290 312 angegeben, wobei drei übereinander angeordnete Paare jeweils einander gegenüberliegender Elektroden an dem Meßrohr vorgesehen sind, um Hilfsspannungen abzugreifen, mittels denen Einflüsse des Strömungsprofils der Meßflüssigkeit auf das eigentliche Meßwertsignal kompensiert werden.

Ein weiteres Beispiel für einen magnetisch-induktiven Durch flußmesser mit drei übereinander angeordneten Paaren jeweils einander gegenüberliegender Elektroden ist in der Zeitschrift ATP Nr. 2 (1993) S. 78 angegeben, wobei die an den Elektroden paaren abgegriffenen Spannungen dazu herangezogen werden, den Einfluß unterschiedlicher Füllungen des Meßrohrs auf das Meß wertsignal zu berücksichtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein unkompliziertes Verfahren anzugeben, mittels dem die eingangs genannten Fehler am Ein bauort eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers und somit bei den dort vorliegenden Anschlußrohren in zuverlässiger Weise kompensiert werden können, ohne daß detaillierte Informationen über die elektrische Leitfähigkeit der Anschlußrohre am Ein bauort erforderlich sind. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser anzugeben, bei dem die eingangs genannten Fehler auf der Basis des erfindungs gemäßen Verfahrens kompensiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Kompensation von Fehlern in Meßwertsignalen magnetisch-induktiver Durchflußmes ser, die Meßrohre mit jeweils drei übereinander angeordneten Paaren jeweils einander gegenüberliegender Elektroden aufwei sen, wobei diese Fehler von einer elektrischen Leitfähigkeit von Anschlußrohren herrühren, die an die Enden der Meßrohre angesetzt sind, wobei

a) ein erstes Meßwertsignal mittels eines ersten Meßrohrs, dessen Verhältnis von Einbaulänge zu innerem Durchmesser größer als eine vorgegebene Zahl ist, bei der die Fehler vernachlässigbar sind, ermittelt wird,
b) zweite Meßwertsignale mittels zweiter Meßrohre, deren Verhältnis von Einbaulänge zu innerem Durchmesser kleiner als die vorgegebene Zahl ist, in Abhängigkeit von hin sichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterschiedli chen Anschlußrohren unter sonst gleichen Bedingungen wie das erste Meßwertsignal ermittelt werden,
c) aus dem ersten Meßwertsignal und den zweiten Meßwertsigna len erste Quotienten gebildet werden,
d) an ein erstes Elektrodenpaar jedes zweiten Meßrohrs eine konstante Spannung gelegt wird,
e) von einem zweiten Elektrodenpaar und einem dritten Elek trodenpaar jedes zweiten Meßrohrs Meßspannungen abgegrif fen - und gegebenenfalls verstärkt - werden,
f) aus diesen - gegebenenfalls verstärkten - Meßspannungen zweite Quotienten gebildet werden,
g) diese zweiten Quotienten den ersten Quotienten in einem Speicher zugeordnet werden,
h) entsprechend den Schritten d) bis f) bei einem an einer Verwendungsstelle installierten dritten Meßrohr eine kon stante Spannung an ein erstes Elektrodenpaar des dritten Meßrohres angelegt wird und von einem zweiten Elektroden paar und von einem dritten Elektrodenpaar des dritten Meßrohres Meßspannungen abgegriffen - und gegebenenfalls verstärkt - werden, aus denen ein dem dritten Meßrohr zugeordneter zweiter Quotient bestimmt wird,
i) ein dem nach Schritt h) bestimmten zweiten Quotienten für das dritte Meßrohr entsprechender zweiter Quotient aus den nach Schritt g) gespeicherten zweiten Quotienten ermittelt - und der diesem ermittelten zweiten Quotienten zugehörige erste Quotient dem Speicher entnommen wird,
k) mit diesem ersten Quotienten als Korrekturfaktor die Meß wertsignale des dritten Meßrohrs multipliziert werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein magnetisch-induktiver Durchflußmesser mit einem Meßrohr mit jeweils drei überein ander angeordneten Paaren jeweils einander gegenüberliegender Elektroden, mit einer Einrichtung zur Lieferung einer kon stanten Spannung, mit an die Enden des Meßrohrs angesetzten Anschlußrohren, mit einer ein magnetisches Feld in dem Meßrohr erzeugenden Spulenanordnung und mit einer Meßwertsignal-Aus gangsleitung, über die Meßwertsignale abgegeben werden, wobei ein Dividierer und ein Speicher vorgesehen sind und wobei in der Meßwertsignal-Ausgangsleitung ein Multiplizierer liegt, in dem die Meßwerte mit einem gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 ermittelten Korrekturfaktor multipliziert werden, um Fehler, die von einer elektrischen Leitfähigkeit der Anschlußrohre herrühren, zu kompensieren.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß man bei der Lieferung eines Durchflußmessers dem Durchflußmesser einen Speicher (eine Tabelle oder eine grafisch dargestellte Kurve) mitgeben kann, in der die K_i-Werte den (U₁/U₂)-Werten zugeord net sind, man am Einbauort den (U₁/U₂)_x-Wert mißt, einen wenig stens etwa zugehörigen K_i-Wert aus dem Speicher herausliest und diesen K_i-Wert als Korrekturfaktor bei den späteren Mes sungen verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die bei gefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt die Ermittlung der den vorab festgestellten K_i-Werten zuzuordnenden (U₁/U₂)_i-Werte.

Fig. 2 zeigt die Schaltung eines Meßrohrs, dessen Ausgangs signale in der erfindungsgemäßen Weise korrigiert werden.

An einem Herstellungsort oder einem Vertriebsort befindet sich eine Mehrzahl von beidseitig mit Spulen 2a, 2b versehenen Meßrohren 1, deren Verhältnis V von Einbaulänge L zu innerem Durchmesser D unterschiedlich ist. Bei wenigstens einem dieser Meßrohre 1 ist das Verhältnis V so groß, daß die elektrische Leitfähigkeit von Anschlußrohren, zwischen die das Meßrohr eingefügt ist, keine Rolle spielt, also keine Meßfehler ein gangs genannter Art in beachtenswertem Maße auftreten. Bei anderen dieser Meßrohre 1 ist das Verhältnis V jedoch kleiner.

Bei diesen Meßrohren 1 werden unter sonst gleichen Bedingungen wie beim ersten Meßrohr 1 Meßwertsignale in Abhängigkeit von hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterschiedlichen Anschlußrohren ermittelt. Diese Meßwertsignale sind also mit Fehlern behaftet. Somit kann man aus dem ersten Meßwertsignal, das fehlerfrei ist, und den zweiten Meßwertsignalen Quotienten K_i bilden und mit diesen Quotienten K_i die zweiten Meßwertsi gnale durch Multiplikation korrigieren.

Am Einbauort kennt man aber im allgemeinen die elektrische Leitfähigkeit der Anschlußrohre nicht. Infolgedessen würde man nicht wissen, was für einen Quotienten K_i man zur Korrektur verwenden sollte.

Aus diesem Grunde wird an dem Herstellungsort oder Vertriebsort an ein erstes Elektrodenpaar 3a, 3b jedes zweiten Meßrohrs 1 eine konstante Spannung von einem Generator G gelegt und es werden von einem zweiten Elektrodenpaar 4a, 4b und einem drit ten Elektrodenpaar 5a, 5b jedes zweiten Meßrohrs 1 Meßspannun gen U_1i, U_2i abgegriffen, mittels Verstärkern 6 verstärkt und aus diesen zweiten verstärkten Meßspannungen U_1i, U_2i zweite Quotien ten (U₁/U₂)_i in einem Dividierer 7 gebildet. Diese zweiten Quo tienten (U₁/U₂)_i sind, wie die Erfahrung erwiesen hat, den ersten Quotienten K_i umkehrbar eindeutig zuzuordnen. Daher wird der funktionelle Zusammenhang zwischen den Quotienten K_i und den Quotienten (U₁/U₂)_i gespeichert. Dies geschieht in einem "Spei cher" 8, der eine Tabelle oder eine Kurve sein kann.

In einem an einer Verwendungsstelle installierten dritten Meßrohr 10 (das konstruktiv mit einem der Meßrohre 1 überein stimmen kann,) wird der zweite Quotient (U₁/U₂)_x ermittelt, der dort vorliegt. Dem "Speicher" 8 wird nun über einen dem er mittelten zweiten Quotienten (U₁/U₂)_x entsprechenden zweiten Quotienten (U₁/U₂)_i - gegebenenfalls mit Hilfe einer Interpola tion - der zugehörige erste Quotient K_i entnommen, und mit diesem so gefundenen ersten Quotienten K_i werden die Meßwertsi gnale des dritten Meßrohrs 10 als Korrekturfaktor K_i multipli ziert.

Dementsprechend befindet sich in der Meßwert-Signalausgangs leitung 12 des Meßrohrs 10 ein Multiplizierer 11, in dem die von dem ersten Elektrodenpaar 3a, 3b abgegriffenen Meßwertsi gnale nach Verstärkung in einem Verstärker 13 mit dem Korrek turfaktor K_i multipliziert werden.

Im vorliegenden Fall ist nur behandelt, daß die Einbaulängen L der Meßrohre zu ihrem inneren Durchmesser D unterschiedlich sind. Sind auch die verwendeten Spulen 2a, 2b unterschiedlich, muß das Verfahren auch für unterschiedliche Spulenabmessungen durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von Fehlern in Meßwertsignalen magnetisch-induktiver Durchflußmesser, die Meßrohre (1, 10) mit jeweils drei übereinander angeordneten Paaren jeweils einander gegenüberliegender Elektroden (3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b) aufweisen, wobei diese Fehler von einer elektrischen Leitfähigkeit von Anschlußrohren herrühren, die an die Enden der Meßrohre (1, 10) angesetzt sind, wobei

a) ein erstes Meßwertsignal mittels eines ersten Meß rohrs (1), dessen Verhältnis (V) von Einbaulänge (L) zu innerem Durchmesser (D) größer als eine vorgege bene Zahl (z. B. 1,3) ist, bei der die Fehler vernach lässigbar sind, ermittelt wird,
b) zweite Meßwertsignale mittels zweiter Meßrohre (1), deren Verhältnis (V) von Einbaulänge (L) zu innerem Durchmesser (D) kleiner als die vorgegebene Zahl (z. B. 1,3) ist, in Abhängigkeit von hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterschiedlichen Anschlußrohren unter sonst gleichen Bedingungen wie das erste Meßwertsignal ermittelt werden,
c) aus dem ersten Meßwertsignal und den zweiten Meßwert signalen erste Quotienten (K_i) gebildet werden,
d) an ein erstes Elektrodenpaar (3a, 3b) jedes zweiten Meßrohrs (1) eine konstante Spannung (Generator G) gelegt wird,
e) von einem zweiten Elektrodenpaar (4a, 4b) und einem dritten Elektrodenpaar (5a, 5b) jedes zweiten Meß rohrs (1) Meßspannungen (U₁, U₂) abgegriffen - und gegebenenfalls verstärkt (Verstärker 6) - werden,
f) aus diesen - gegebenenfalls verstärkten - Meßspannun gen (U₁, U₂) zweite Quotienten ((U₁/U₂)_i) gebildet wer den,
g) diese zweiten Quotienten ((U₁/U₂)_i) den ersten Quotienten (K_i) in einem Speicher (8) zugeordnet werden,
h) entsprechend den Schritten d) bis f) bei einem an einer Verwendungsstelle installierten dritten Meßrohr (10) eine konstante Spannung an ein erstes Elektro denpaar (3a, 3b) des dritten Meßrohres (10) angelegt wird und von einem zweiten Elektrodenpaar (4a, 4b) und von einem dritten Elektrodenpaar (5a, 5b) des dritten Meßrohres (10) Meßspannungen (U₁, U₂) abge griffen - und gegebenenfalls verstärkt - werden, aus denen ein dem dritten Meßrohr (16) zugeordneter zwei ter Quotient ((U₁/U₂)_x) bestimmt wird,
i) ein dem nach Schritt h) bestimmten zweiten Quotienten ((U₁/U₂)_x) für das dritte Meßrohr (10) entsprechender zweiter Quotient ((U₁/U₂)_i) aus den nach Schritt g) gespeicherten zweiten Quotienten ermittelt - und der diesem ermittelten zweiten Quotienten ((U₁/U₂)_i) zu gehörige erste Quotient (K_i) dem Speicher (8) entnom men wird,
k) mit diesem ersten Quotienten (K_i) als Korrekturfaktor (K_i) die Meßwertsignale des dritten Meßrohrs (10) multipliziert werden.

2. Magnetisch-induktiver Durchflußmesser mit einem Meßrohr (10), mit jeweils drei übereinander angeordneten Paaren jeweils einander gegenüberliegender Elektroden (3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b), mit einer Einrichtung (Generator G) zur Lieferung einer konstanten Spannung, mit an die Enden des Meßrohrs (10) angesetzten Anschlußrohren, mit einer ein magnetisches Feld in dem Meßrohr (10) erzeugenden Spulenanordnung (2a, 2b) und mit einer Meßwertsignal-Ausgangsleitung (12), über die Meßwertsignale abgegeben werden, wobei ein Dividierer (7) und ein Speicher (8) vorgesehen sind und wobei in der Meßwertsignal-Ausgangs leitung (12) ein Multiplizierer (11) liegt, in dem die Meßwertsignale mit einem gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 ermittelten Korrekturfaktor (K_i) multipliziert werden, um Fehler, die von einer elektrischen Leitfähigkeit der Anschlußrohre herrühren, zu kompensieren.