DE10118001C2 - Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät und magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit einem Meßrohr, einer der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden und zeitlich alternierenden Magnetfelds dienenden Magnetspule und einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe der auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule berechneten Temperatur der Magnetspule. Die Erfindung betrifft ferner ein magnetisch-induktives Durchflußmeß­ verfahren zur Messung des Durchflusses eines strömenden Mediums durch ein Meß­ rohr, wobei mit Hilfe wenigstens einer Magnetspule ein zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufendes und zeitlich alternierendes Magnetfeld er­ zeugt wird, die Impedanz der Magnetspule gemessen wird und die Temperatur der Magnetspule auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule berechnet und ausgegeben wird.

Magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte bzw. magnetisch-induktive Durchfluß­ meßverfahren der eingangs genannten Art sind schon seit längerer Zeit gut bekannt und werden vielfältig in unterschiedlichen Einsatzgebieten verwendet. Das grundle­ gende Prinzip eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts für strömende Medi­ en geht dabei bereits auf Faraday zurück, der im Jahre 1832 vorgeschlagen hat, das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung anzuwenden. Nach dem Faradayschen Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, welches Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld hindurch­ fließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das Faradaysche Induktionsgesetz wird bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät dadurch ausgenutzt, daß ein Magnet, im allgemeinen bestehend aus zwei Magnetpolen mit je einer Magnetspule, ein Magnetfeld senkrecht zur Strö­ mungsrichtung in dem Meßrohr erzeugt. Innerhalb dieses Magnetfelds liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumen­ element entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu einer über Meßelektroden abgreif­ baren Meßspannung. Die Meßelektroden werden bei den bekannten magnetisch- induktiven Durchflußmeßgeräten derart ausgeführt, daß sie entweder galvanisch oder kapazitiv mit dem strömenden Medium gekoppelt sind. Ein besonderes Merkmal der magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte ist die Proportionalität zwischen der Meßspannung und der über den Querschnitt des Meßrohres gemittelten Strömungs­ geschwindigkeit des Mediums, d. h. zwischen Meßspannung und Volumenstrom.

Bei dem eingangs genannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät sowie bei dem eingangs genannten herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßver­ fahrens ist im allgemeinen vorgesehen, daß dem Verwender des magnetisch- induktiven Durchflußmeßgeräts bzw. des magnetisch-induktiven Durchflußmeßver­ fahrens lediglich ein Wert für den Durchfluß des durch das Meßrohr strömenden Me­ diums zu Verfügung gestellt wird. Teilweise sind magnetisch-induktive Durchfluß­ meßgeräte verfügbar, die zusätzlich über eine sogenannte "Leerlaufdetektion" verfü­ gen, also dem Verwender eine Information über den Füllzustand des Meßrohrs geben. Ferner sind solche magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte bekannt, die dem Verwender eine Information über die Zusammensetzung des durch das Meßrohr strö­ menden Mediums bezüglich der Kriterien flüssig/gasförmig geben. Dies ist insbeson­ dere zur korrekten Durchflußmessung bei stark schäumendem Medium erforderlich.

Weiterhin ist es aus dem Abstract zur JP 08014971 A bekannt, daß bei einem magne­ tisch-induktiven Durchflußmeßgerät die Spulentemperatur über die Spulenimpedanz ermittelt wird. Auf diese Weise sollen Änderungen des Durchflusses berücksichtigt werden, die von Temperaturänderungen des durch das Meßrohr fließenden Mediums herrühren. Weiterhin ist aus der US 4,651,286 ein magnetisch-induktives Durchfluß­ meßgerät bekannt, das eine Warneinrichtung aufweist. Mit dieser Warneinrichtung werden ein Alarmsignal und gleichzeitig eine Alarmlampe aktiviert, wenn erfaßt wird, daß die Magnetspule des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts offen oder kurz­ geschlossen ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein solches magnetisch-induktives Durchflußmeßge­ rät sowie ein solches magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren anzugeben, bei denen die Betriebssicherheit verbessert ist.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät ist das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeß­ gerät, mit dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalteinrichtung vorgesehen ist, mit der die Stromver­ sorgung der Magnetspule abschaltbar ist, wenn die Temperatur der Magnetspule eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

Erfindungsgemäß ist eine Temperaturüberwachung der Magnetspule ohne zusätzliche Temperatursensoren möglich, wodurch eventuell auftretende temperaturbedingte Be­ schädigungen des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts, insbesondere dessen Magnetspule, auf einfache Weise verhindert werden können. Dazu ist eine Abschalt­ vorrichtung vorgesehen, mit der die Stromversorgung der Magnetspule automatisch abschaltbar ist, wenn die mittels der Impedanz der Magnetspule bestimmte Tempera­ tur der Magnetspule eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt. Somit wird auf einfache und verläßliche Weise sichergestellt, daß eine Beschädigung der Magnet­ spule jedenfalls nicht aufgrund der der Magnetspule in Form des Versorgungsstromes zugeführten Energie erfolgt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des erfin­ dungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts mit sehr heißen Medien, wie siedenden Flüssigkeiten, von Vorteil.

Die Ausgabeeinrichtung, mit der der auf der gemessenen Impedanz der Magnetspule basierende Wert ausgegeben wird, kann eine Anzeigeeinrichtung mit einer digitalen Anzeige des gemessenen Wertes sein. Gemäß anderer bevorzugter Weiterbildungen der Erfindungen kommen als Ausgabeeinrichtungen jedoch auch ein Bus-System (Feldbus), ein Stromausgang und/oder ein Frequenzausgang in Frage. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausgabeeinrichtung einen Statusausgang mit einer Schwellwertfunktion aufweist. Daß die Ausgabeein­ richtung einen Statusausgang mit einer Schwellwertfunktion aufweist, bedeutet, daß über diesen Statusausgang genau zwei mögliche Zustände ausgebbar sind, nämlich "Ein" oder "Aus". Ob der Statusausgang aktiviert ist oder nicht, also den Status "Ein" oder den Status "Aus" ausgibt, wird durch eine vorbestimmte Schwelle bestimmt, die diese beiden möglichen Zustände des Statusausganges voneinander trennt. Es ist auch das Vorsehen von zwei Schwellwerten möglich, so daß ein Fenster definiert wird, in­ nerhalb dessen der eine Zustand ausgegeben wird und außerhalb dessen dementspre­ chend der andere Zustand.

Schließlich ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule sowie von vorbe­ stimmten Kalibrierwerten die Temperatur des Mediums berechenbar und von der Ausgabeeinrichtung ausgebbar ist. Dies ist auf verschiedene Weisen möglich, so z. B. durch eine Kalibrierung, mit der der Zusammenhang zwischen der Temperatur der Magnetspule und der Impedanz der Magnetspule bei einer bekannten und konstanten Umgebungstemperatur ermittelt worden ist.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren ist das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchfluß­ meßverfahren, mit dem die weiter oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Magnetspule abgeschaltet wird, wenn die berechnete Temperatur der Magnetspule eine vorbestimmte Warntem­ peratur übersteigt.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durch­ flußmeßverfahrens ergeben sich in Analogie zu den zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, daß erfindungsgemäße ma­ gnetisch-induktive Durchflußmeßverfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem aus der Figur ersichtlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Meßrohr 1 vorgesehen, das zwischen den Magnetspulen 2 einer Helmholtz-Spule angeordnet ist. Die Ma­ gnetspulen 2 dienen der Erzeugung eines senkrecht zur Meßrohrachse verlaufenden, zeitlich alternierenden Magnetfelds. Aufgrund dieses mit den Magnetspulen 2 er­ zeugten Magnetfelds wird in dem strömenden Medium eine Spannung induziert. Die induzierte Spannung wird an Meßelektroden 3 abgegriffen, die längs einer senkrecht zur Meßrohrachse und senkrecht zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungsli­ nie angeordnet sind. Die von den Meßelektroden 3 abgegriffene Spannung wird auf eine Durchflußmeßeinrichtung 4 geführt, von der der Durchfluß des durch das Meß­ rohr 1 strömenden Mediums zum einen mittels einer Digitalanzeige angezeigt und zum anderen über ein nicht weiter dargestelltes Bus-System ausgegeben wird.

Für die Stromversorgung der Magnetspule 2 ist eine Magnetspulensteuereinrichtung 5 vorgesehen. Die Magnetspulensteuereinrichtung 5 dient jedoch nicht nur der Strom­ versorgung der Magnetspulen 2, sondern auch der Ermittlung der Impedanz der Ma­ gnetspulen 2. Die Ermittlung der Impedanz der Magnetspulen 2 erfolgt dabei in be­ kannter Weise durch eine einfache Strom- und Spannungsmessung. Der für die Impe­ danz der Magnetspulen 2 ermittelte Wert wird dann an eine Ausgabeeinrichtung 6 weitergegeben und von dieser ausgegeben, und zwar mittels einer Digitalanzeige. Von der Ausgabeeinrichtung 6 wird jedoch nicht direkt die ermittelte Impedanz ausgege­ ben, sondern die mit Hilfe der Impedanz ermittelte Temperatur der Magnetspulen 2.

Mit der Ausgabeeinrichtung 6 verbunden ist eine Warneinrichtung 7, nämlich eine Warnlampe, die ein Überschreiten einer vorbestimmten Warntemperatur anzeigt. Dar­ über hinaus ist zwischen der Magnetspulensteuereinrichtung 5 und der Ausga­ beeinrichtung 6 eine Abschalteinrichtung 8 vorgesehen, die dafür sorgt, daß beim Überschreiten einer vorbestimmten Warntemperatur nicht nur die Warneinrichtung 7 aktiviert wird, sondern automatisch die Magnetspulensteuereinrichtung 5 derart ange­ steuert wird, daß die Magnetspulen 2 nicht mehr mit Strom versorgt werden.

Zur Ansteuerung der Warneinrichtung 7 dient ein Statusausgang 9, über den genau zwei mögliche Zustände ausgebbar sind, nämlich "Ein" oder "Aus". Ob der Statusaus­ gang aktiviert ist oder nicht, also den Status "Ein" oder den Status "Aus" ausgibt, wird durch eine vorbestimmte Schwelle festgelegt, die diese beiden möglichen Zustände des Statusausgangs voneinander trennt. Diese Schwelle ist bei dem vorliegend be­ schriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ab Werk auf einen ma­ ximalen Impedanzwert voreingestellt, der einer maximalen für das magnetisch- induktive Durchflußmeßgerät noch zu vertretenden Temperatur der Magnetspule ent­ spricht.

Claims (6)

1. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien, mit ei­ nem Meßrohr (1), einer der Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senk­ recht zur Meßrohrachse verlaufenden und zeitlich alternierenden Magnetfelds dienenden Magnetspule (2) und einer Ausgabeeinrichtung (6) zur Ausgabe der auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Magnetspule (2) berechneten Temperatur der Magnetspule (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Ab­ schalteinrichtung (8) vorgesehen ist, mit der die Stromversorgung der Ma­ gnetspule (2) abschaltbar ist, wenn die Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

2. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich eine Warneinrichtung (7) vorgesehen ist, die ei­ ne Warnung ausgibt, wenn die berechnete Temperatur der Magnetspule (2) ei­ ne vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

3. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (6) eine Anzeigeeinrich­ tung, ein Bus-System, einen Stromausgang oder/und einen Frequenzausgang aufweist.

4. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren zur Messung des Durch­ flusses eines strömenden Mediums durch ein Meßrohr (1), wobei mit Hilfe wenigstens einer Magnetspule (2) ein zumindest im wesentlichen senkrecht zur Meßrohrachse verlaufendes und zeitlich alternierendes Magnetfeld erzeugt wird, die Impedanz der Magnetspule (2) gemessen wird und die Temperatur der Magnetspule (2) auf der Grundlage der gemessenen Impedanz der Ma­ gnetspule (2) berechnet und ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Magnetspule (2) abgeschaltet wird, wenn die be­ rechnete Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntemperatur übersteigt.

5. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Warnung ausgegeben wird, wenn die berechnete Temperatur der Magnetspule (2) eine vorbestimmte Warntem­ peratur übersteigt.

6. Magnetisch-induktives Durchflußmeßverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe über eine Anzeigeeinrichtung, ein Bus-System, einen Stromausgang oder/und einen Frequenzausgang erfolgt.