DE4010728A1

DE4010728A1 - Inductive flowmeter using two electromagnet arrangements - having overlapping stimulation phases with electrodes for charge displacement detection

Info

Publication number: DE4010728A1
Application number: DE19904010728
Authority: DE
Inventors: Albert Seebode
Original assignee: Fischer and Porter GmbH
Current assignee: Fischer and Porter GmbH
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1990-04-03
Publication date: 1991-10-10
Anticipated expiration: 2010-04-04
Also published as: DE4010728C2

Abstract

A magnetic inductive flowmeter has a first electromagnet arrangement (4) for generating a magnetic field passing through a flowing medium and at least two electrodes (6, 8) which detect the charge displacement in the medium caused by the field. A second electromagnet arrangement (14) downstream of the first generates a magnetic field at an angle, pref. perpendicular, to the first. The electromagnet arrangements have overlapping stimulation phases. ADVANTAGE - Self-monitoring and detects and warns of errors when defined system-related bounadry conditions are exceeded.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch induktiven Durch flußmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a magnetically inductive through Flow meter according to the preamble of claim 1.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen magnetisch induktiven Durchflußmesser dieser Art anzugeben, der eine Selbst überwachung und somit eine Erkennung und Meldung von Fehlern beim Überschreiten von vorgegebenen und systembe dingten Grenzwerten erkennt. Dies gilt insbesondere für Durchflußänderungen, die in Umpolphasen von Durchflußmes sern mit relativ niederfrequenter pulsierender Gleichfeld erregung erfolgen. Die Umpolphasen können bei einer solchen Art der Erregung je nach verwendeter Meßfrequenz bis zu 50% einer Erregungsperiode betragen und eine Auswertung des Meßsignals nicht sinnvoll machen, da es von nicht kon stanten transformatorischen Störspannungen überlagert ist. Durchflußänderungen, die in dieser Zeit erfolgen, werden somit nicht erfaßt. Um dies dennoch zu ermöglichen und die Aufgabe zu lösen, ist der magnetisch induktive Durchfluß messer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so ausgebil det, wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.The object of the invention is a magnetically inductive Flow meters of this type indicate a self monitoring and thus a detection and reporting of Errors when exceeding predetermined and systembe recognized limit values. This applies in particular to Flow changes in polarity reversal phases of flow mes with a relatively low-frequency pulsating DC field excitement occur. The polarity reversal can be in such a Type of excitation depending on the measuring frequency used up to 50% an excitation period and an evaluation of the Measurement signal do not make sense, since it from not con constant transformer interference voltages is superimposed. Flow changes that occur during this time will therefore not covered. To make this possible and the Solving the task is the magnetic inductive flow knife according to the preamble of claim 1 so educated det, as indicated in the characterizing part of claim 1.

Mit einer solchen Ausbildung wird die Aufgabe gelöst, wer den die genannten Nachteile behoben und wird überdies die Erkennung von primären und sekundären Systemfehlern ermög licht. Mit primären Systemfehlern sind Störungen gemeint, die eine - zum Beispiel durch einen Windungsschluß in den Elektromagnetanordnungen hervorgerufene - Reduzierung der von den Elektroden abgegebenen Spannungen zur Folge haben. Es handelt sich also hierbei um eine Beeinflussung durch Fremdfehler. Mit sekundären Systemfehlern sind Ein flüsse gemeint, die die Verarbeitung der von den Elektroden abgegebenen Spannungen betreffen. Dies können sein: Ver bindung einer Elektrode oder Leitung mit Masse, Eindringen von Feuchtigkeit, Kabelunterbrechung oder Funktionsminderung eines Eingangsverstärkers einer Auswerteeinheit.With such training, the task of who is solved the above-mentioned disadvantages and is also the Allows detection of primary and secondary system errors light. Primary system errors mean malfunctions, the one - for example by a short circuit in the Electromagnetic arrangements caused - reduction of the voltages given off by the electrodes to have. So this is an influencing due to external errors. With secondary system errors are on Rivers meant the processing of the electrodes delivered voltages concern. These can be: Ver binding an electrode or lead to ground, penetration of moisture, cable break or reduced functionality an input amplifier of an evaluation unit.

Bevorzugte Erregungsarten sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Eine bevorzugte Art der Auswertung der von den Elektroden abgegebenen Spannungen ist in Anspruch 6 ange geben.Preferred types of excitation are in claims 2 to 5 specified. A preferred type of evaluation of the Electrodes emitted voltages is in claim 6 give.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbei spiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.The invention is illustrated below in one embodiment game explained with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 zeigt schematisch einen gemäß der Erfindung ausge bildeten Durchflußmesser. Fig. 1 shows schematically a flow meter formed according to the invention.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Magnetfelder und der Meßwerterfassung in dem Durchflußmesser nach Fig. 1. FIG. 2 shows the time course of the magnetic fields and the measurement value acquisition in the flow meter according to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt ein Meßrohr 2, das von dem Medium, dessen Durchfluß zu messen ist, durchströmt wird. Es ist eine erste Elektromagnetanordnung 4 zur Erzeugung eines das Medium durchsetzenden Magnetfelds vorgesehen. Zwei dieser ersten Elektromagnetanordnung 4 zugeordnete Elektroden 6 und 8 sind diametral am Meßrohr 2 vorgesehen und dienen der Erfassung von Ladungsverschiebungen im Medium, die von dem fließenden Medium und dem von der Elektromagnetanordnung 4 erzeugten Magnetfeld bewirkt werden. Stromabwärts der ersten Elektromagnetanordnung 4 ist eine zweite Elektro magnetanordnung 14 mit ihr entsprechend zugeordneten Elektroden 16, 18 vorgesehen. Das Magnetfeld der zweiten Elektromagnetanordnung 14 verläuft winklig - vorzugsweise rechtwinklig - zu dem Magnetfeld der ersten Elektromagnet anordnung 4. Fig. 1 shows a measuring tube 2 , which is flowed through by the medium, the flow of which is to be measured. A first electromagnet arrangement 4 is provided for generating a magnetic field passing through the medium. Two electrodes 6 and 8 assigned to this first electromagnet arrangement 4 are provided diametrically on the measuring tube 2 and serve to detect charge shifts in the medium which are caused by the flowing medium and the magnetic field generated by the electromagnet arrangement 4 . Downstream of the first electromagnet arrangement 4 , a second electromagnet arrangement 14 with its correspondingly assigned electrodes 16 , 18 is provided. The magnetic field of the second electromagnet arrangement 14 runs at an angle — preferably at right angles — to the magnetic field of the first electromagnet arrangement 4 .

In Fig. 2 ist in der ersten Zeile dargestellt, wie die erste Elektromagnetanordnung 4 mit bipolaren Gleichstrom impulsen zu erregen ist, und in der zweiten Zeile, wie die zweite Elektromagnetanordnung 14 mit dazu phasenversetzten bipolaren Gleichstromimpulsen zu erregen ist. Der entspre chende Verlauf der sich daraus ergebenden Spannungen zwischen den Elektroden 6 und 8 bzw. 16 und 18 ist in der dritten bzw. vierten Zeile dargestellt. Eine Meßwerterfassung der von den Elektroden 6, 8 abgegebenen Spannung E1 erfolgt in nerhalb der in der fünften und sechsten Zeile der Fig. 2 angegebenen Zeitabschnitten t1, t2, t4, t5. Entsprechend erfolgt eine Meßwerterfassung der von den Elektroden 16, 18 abgegebenen Spannung E2 innerhalb der in der siebten und achten Zeile der in Fig. 2 angegebenen Zeitabschnitte t1, t2, t5, t6.In Fig. 2 is shown in the first row, as the first solenoid assembly 4 is pulses with bipolar DC excite, and to be excited in the second line as the second electromagnet assembly 14 to phase-shifted bipolar direct current pulses. The corresponding course of the resulting voltages between the electrodes 6 and 8 or 16 and 18 is shown in the third and fourth lines. A measured value acquisition of the voltage E 1 emitted by the electrodes 6 , 8 takes place within the time periods t 1 , t 2 , t 4 , t 5 indicated in the fifth and sixth lines of FIG. 2. Correspondingly, the measured value of the voltage E 2 emitted by the electrodes 16 , 18 is detected within the time segments t 1 , t 2 , t 5 , t 6 shown in the seventh and eighth lines in FIG. 2.

Die Erregung der zweiten Elektromagnetanordnung 14 und die Auswertung der von ihren Elektroden 16, 18 abgegebenen Spannungen E2 erfolgt zeitlich um vorzugsweise 90° phasen versetzt zur Erregung der ersten Elektromagnetanordnung 4 und der von ihren Elektroden 6, 8 abgegebenen Spannung E1. Die Phasenversetzung kann jedoch auch von 90° verschieden sein. Auch ist es möglich, die Erregung und Auswertung der zweiten Elektromagnetanordnung 14 und der von ihren Elektro den 16, 18 abgegebenen Spannung E2 mit einer Frequenz vor zunehmen, die von einer Frequenz der Erregung der ersten Elektromagnetanordnung 4 und der Auswertung der von ihren Elektroden 6, 8 abgegriffenen Spannung E1 verschieden ist.The excitation of the second electromagnet arrangement 14 and the evaluation of the voltages E 2 emitted by its electrodes 16 , 18 are carried out with a temporally preferably 90 ° phase shift to excite the first electromagnet arrangement 4 and the voltage E 1 emitted by its electrodes 6 , 8 . However, the phase shift can also differ from 90 °. It is also possible to excite and evaluate the second electromagnet arrangement 14 and the voltage E 2 emitted by their electric 16 , 18 at a frequency which is based on a frequency of the excitation of the first electromagnet arrangement 4 and the evaluation of their electrodes 6 , 8 tapped voltage E 1 is different.

Wichtig ist, daß stets ein - sei es von der ersten Elektro magnetanordnung 4, sei es von der zweiten Elektromagnet anordnung 14 erzeugtes - Magnetfeld eingeschwungen ist, damit eine lückenlose Erfassung des Durchflusses erfolgt.It is important that always - be it from the first electromagnet arrangement 4 , be it generated by the second electromagnet arrangement 14 - the magnetic field has settled so that a complete detection of the flow takes place.

Aufgrund der im Meßrohr 2 vorhandenen Strömung wird an dem Elektrodenpaar 6, 8 in den Zeitabschnitten t1 und t2 eine durchflußproportionale Spannung E1.1 und E1.2 abgegriffen. An dem Elektrodenpaar 16, 18 wird bei linearem Durchfluß die gleiche durchflußproportionale Spannung E2.2 und E2.3 in den Zeitabschnitten t2 und t3 abgegriffen. Das gleiche gilt sinngemäß auch für die Zeitabschnitte t4, t5, t6 und die zugehörigen Spannungen E1.4, E1.5, E2.5, E2.6. On account of the flow present in the measuring tube 2 , a voltage E 1.1 and E 1.2 proportional to the flow is tapped off at the electrode pair 6 , 8 in the time periods t 1 and t 2 . The same flow-proportional voltage E 2.2 and E 2.3 is tapped at the electrode pair 16 , 18 in the time segments t 2 and t 3 with a linear flow. The same applies mutatis mutandis to the time periods t 4 , t 5 , t 6 and the associated voltages E 1.4 , E 1.5 , E 2.5 , E 2.6 .

Bei einem schwankenden oder mit einer Frequenz überlagerten Durchfluß muß im Zeitabschnitt t2 die Spannung E1.2 gleich der Spannung E2.2 und im Zeitabschnitt t5 die Spannung E1.5 gleich der Spannung E2.5 sein, da bei der Spannungs erfassung keine Zeitverschiebung erfolgt. In den Zeit abschnitten t1, t3, t4 und t6 können durchaus unterschied liche Spannungen E1.1, E1.2, E1.4, E1.5, E2.2, E2.3, E2.5, E2.6 ermittelt werden. Die Übereinstimmung der Spannungen beider Elektrodenpaare 6, 8 und 16, 18 in den Zeitabschnit ten t2 bzw. t5 gibt darüber Aufschluß, daß keines der beiden Systeme durch einen Fehler im Erregerstromkreis oder im Signalspannungskreis gestört ist. Es liegt also in diesem Sinne eine Selbstüberwachung vor.In the event of a fluctuating or frequency-superimposed flow, the voltage E 1.2 must be equal to the voltage E 2.2 in the time period t 2 and the voltage E 1.5 must be equal to the voltage E 2.5 in the time period t 5 , since there is no time shift in the voltage detection. Different voltages E 1.1 , E 1.2 , E 1.4 , E 1.5 , E 2.2 , E 2.3 , E 2.5 , E 2.6 can be determined in the periods t 1 , t 3 , t 4 and t 6 . The agreement of the voltages of the two pairs of electrodes 6 , 8 and 16 , 18 in the Zeitabschnit t 2 and t 5 gives information that neither of the two systems is disturbed by a fault in the excitation circuit or in the signal voltage circuit. In this sense, there is self-monitoring.

Treten in den Zeitabschnitten t2 und t5 nur sporadische Abweichungen zwischen den beiden Spannungen E1.2, E2.2 bzw. E1.5, E2.5 auf, wie sie durch Feststoffanteile im Medium hervorgerufen werden können, kann man diese durch eine entsprechende rechnergesteuerte Auswertung ausblenden oder als Bezugswert für frühere oder nachfolgende Messungen einbeziehen. In den Zeitabschnitten t1 bis t6 können mehrere Einzelmessungen der zugeordneten Spannungen erfolgen, die dann nach einer programmgesteuerten Fehlerbetrachtung ver arbeitet werden.If there are only sporadic deviations between the two voltages E 1.2 , E 2.2 and E 1.5 , E 2.5 in the time periods t 2 and t 5 , as can be caused by solids in the medium, these can be hidden by a corresponding computer-controlled evaluation or as a reference value for previous or subsequent measurements. In the time periods t 1 to t 6 , several individual measurements of the assigned voltages can be carried out, which are then processed after a program-controlled error analysis.

Claims

1. Magnetic inductive flow meter with a first electromagnet arrangement ( 4 ) for generating a magnetic medium penetrating a flowing medium and with at least two electrodes ( 6 , 8 ) for detecting charge displacements caused by this magnetic field in the flowing medium, characterized in that the downstream the first electromagnet arrangement ( 4 ) a second electromagnet arrangement ( 14 ) with its corresponding electrodes ( 16 , 18 ) is provided, the magnetic field of which is angled - preferably at right angles - to the magnetic field of the first electromagnet arrangement ( 4 ) and that the two electromagnet arrangements ( 4 , 14 ) are to be excited in overlapping periods of excitation.

2. Magnetically inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the electromagnet arrangements ( 4, 14 ) are excited with direct current pulses.

3. Magnetically inductive flow meter according to claim 2, characterized in that the DC pulses are bipolar.

4. Magnetically inductive flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnet arrangements ( 4 , 14 ) are excited phase-shifted against each other.

5. Magnetically inductive flow meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electromagnet arrangements ( 4 , 14 ) are excited with different frequencies.

6. Magnetically inductive flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that in periods (t 2 , t 5 ), which lie within excitation phases of both electromagnet arrangements ( 4 , 14 ), of the associated electrodes ( 6 , 8 or 16 , 18 ) emitted voltages (E 1.2 , E 2.2 or E 1.5 , E 2.5 ) can be compared with one another in an evaluation circuit.