Beschreibung Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines

Mediums, das ein Messrohr in Richtung der Messrohrachse durchströmt, mit einer Magnetanordnung, die ein das Messrohr durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufendes alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei Messelektroden, die im Messrohr auf einer Verbindungslinie positioniert sind, welche im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, optional mit zumindest einer Referenzelektrode und mit einer Auswerte-/Regeleinheit, die anhand der in die Messelektroden induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder den Massestrom des Mediums in dem Messrohr liefert und die anhand der zwischen zwei Elektroden gemessenen Impedanz die elektrische Leitfähigkeit des Mediums bestimmt.

[0002] Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, deren wesentliche Komponenten zuvor genannt worden sind, nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Spannung. Diese in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Bei bekannter Dichte des Mediums lässt sich darüber hinaus eine Aussage über den Massestrom des durch das Messrohr strömenden Mediums machen. Die Messelektroden sind mit dem Medium entweder galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.

[0003] üblicherweise erfolgt die Steuerung des alternierenden Magnetfeldes über den

Spulenstrom: Im Idealfall entspricht der Verlauf des in der Spule bzw. den Spulen der Magnetanordnung fließenden Spulenstroms dem Verlauf des Magnetfelds, da die Mess- bzw. Feldfrequenz des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, also die Frequenz, mit der die Umschaltung des alternierenden Magnetfeldes erfolgt, in hohem Maße von der Induktivität der Spulenanordnung abhängig ist.

[0004] Aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen ist es bekannt geworden, bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät neben der Information über den Durchfluss auch Information über weitere Zustandsgrößen des Mediums oder des Messsystems bereitzustellen. So ist es aus der US2003/0051557 Al bekannt, ein Diagnosesignal zwischen den Mess- und/oder Referenz-elektroden anzulegen und anhand der Widerstandswerte der Diagnosesignale Information über die elektrische Leitfähigkeit des Mediums zu gewinnen.

[0005] Aus der JP -A-174718 und aus der EP 0 336 615 Bl ist es gleichfalls bekannt geworden, die elektrische Leitfähigkeit des durch das Messrohr fließenden Mediums über die zwischen zwei Elektroden gemessenen Widerstandswerte zu bestimmen. Im Falle der JP-A- 174718 wird die gewonnene Information über die Leitfähigkeit des Mediums zur Korrektur des Durchflussmesswerts verwendet. Die EP 0 336 615 Bl gibt eine Lösung an, die es ermöglicht, Messwerte hinsichtlich des Durchflusses und der Leitfähigkeit simultan bereitzustellen.

[0006] Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorzuschlagen, das es ermöglicht, eine von dem Widerstand zwischen zwei Elektroden abgeleitete Zu- standsgröße hochgenau zu bestimmen.

[0007] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Temperaturmesseinheit vorgesehen ist, die Information über die Temperatur des Mediums bereitstellt, und dass die Regel- /Auswerteeinheit anhand der gemessenen Temperatur einen Korrekturwert für die elektrische Leitfähigkeit ermittelt und einen entsprechend korrigierten Wert für die elektrische Leitfähigkeit bereitstellt.

[0008] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Temperaturmesseinheit im Bereich der Magnetanordnung vorgesehen, wobei die Temperaturmesseinheit die Temperatur des Mediums indirekt über die Messung des durch die Magnetanordnung fließenden Spulenstroms ermittelt.

[0009] Alternativ wird vorgeschlagen, dass es sich bei der Temperaturmesseinheit um einen Temperatursensor handelt, der mit dem Medium direkt oder indirekt in Kontakt steht. Insbesondere handelt es sich bei dem Temperatursensor um ein PT-100 oder ein PT-1000. Bevorzugt ist der Temperatursensor am Messrohr befestigt ist. Die gemessenen Temperaturwerte können somit als extern erfasste Messwerte analog als Spannungs- oder Stromsignal oder digital, z.B. über einen Feldbus, über den HART- Standard oder über Internet zu der Regel- Auswerteeinheit übertragen werden. Die Regel-/Auswerteeinheit ist bevorzugt im Messumformer des magnetisch-induktiven Durchflussmess-geräts untergebracht.

[0010] Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung mehrere Temperaturmesseinheiten vor, wobei die Regel-/Auswerteeinheit anhand der Temperaturmesswerte der Temperaturmess-einheiten die mittlere Temperatur des Mediums bestimmt.

[0011] Bevorzugt steuert die Regel-/Auswerteeinheit die Messelektroden und/oder die Referenzelektrode/Referenzelektroden so an, dass näherungsweise simultan ein Messwert für den Durchfluss und für die elektrische Leitfähigkeit bereitsteht. Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass die Regel- /Auswerteeinheit die Messelektroden und/oder die Referenzelektrode/Referenz-

elektroden so ansteuert, dass alternierend ein Messwert für den Durchfluss und für die elektrische Leitfähig-keit bereitsteht. [0012] Insbesondere ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit den Korrektur-wert für die elektrische Leitfähigkeit σ über die Arrhenius-Gleichung bestimmt. [0013] Die Arrhenius-Gleichung lautet: [0014] σ„ f AG..

T \ kT [0015] Hierbei kennzeichnet: [0016] k: Boltzmann Konstante [0017] T: Temperatur (K) [0018] δ

G _a

: Aktivierungsenthalpie

[0019] Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die Referenzelektrode bzw. die Referenzelektroden im Bereich oberhalb der Verbindungslinie der Messelektroden und/oder im Bereich unterhalb der Verbindungslinie der Messelektroden angeordnet ist bzw. angeordnet sind. Eine entsprechende Ausgestaltung ist bei den magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, die von der Anmelderin unter der Bezeichnung PROMAG angeboten und vertrieben werden, zur sog. Leerrohr- detektion bekannt geworden.

[0020] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

[0021] Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

[0022] Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0023] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflössen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Messrohr 2 selbst ist aus einem nicht-leitfähigen Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet.

[0024] Das senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichteten Magnetfeld B wird über die diametral angeordnete Magnetanordnung 6, 7 bzw. über zwei Elek- tromagnete erzeugt. Unter dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Spannung ist

proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Medium 11 hindurchströmt, verbunden.

[0025] Die Messelektroden 4, 5 befinden sich in direktem Kontakt mit dem Medium 11 ; die Kopplung kann jedoch, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiv ausgestaltet sein.

[0026] über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Regel- /Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen der Magnetanordnung 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15.

[0027] Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung erfolgt die Impedanzmessung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit 6 des Mediums 11 zwischen den beiden Messelektroden 4, 5. Wie eine derartige Messung beispielhaft durchzuführen ist, ist den beiden zuvor genannten Schriften des Standes der Technik zu entnehmen.

[0028] Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erfolgt die die Temperaturmessung auf die direkte Art und Weise: Im oberen Bereich des Messrohres 2 ist eine Temperaturmesseinheit 17 vorgesehen. Bei der Temperaturmesseinheit handelt es sich bevorzugt um ein PT-100 oder ein PT-1000. Die Temperaturmesseinheit 17 liefert Information über die Temperatur T des Mediums 11 an die Regel-/Auswerteeinheit 8. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 stellt neben der Durchfluss-Information Information über die elektrische Leitfähigkeit 6 des Mediums 11 zur Verfügung. In Kenntnis der Temperatur T des in dem Messrohr 2 fließenden Mediums 11 stellt die Regel- /Auswerteeinheit 8 einen korrigierten Wert für die elektrische Leitfähigkeit 6 des Mediums 11 bereit. Die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit 6 des Mediums 11 wird beispielsweise unter Zuhilfenahme der Arrhenius-Gleichung ermittelt.

[0029] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Von der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung unterscheidet sich diese Ausführungsform in zwei Merkmalen:

Die Impedanzmessung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit 6 des Mediums 11 erfolgt zwischen einer Messelektrode 4; 5 und der Referenzelektrode 9, die im unteren Bereich des Messrohres 2 angeordnet ist. Die Referenzelektrode 9 ist über die Verbindungsleitung 16 mit der Regel- /Auswerteeinheit 8 verbunden.

- Die Temperaturmessung erfolgt indirekt über die Bestimmung des durch die

Spule bzw. die Spulen der Magnetanordnung 6, 7 fließenden Spulenstroms. Da die Magnetanordnung 6, 7 nahe bei dem Messrohr 2 positioniert ist, darf

zumindest in Näherung davon ausgegangen werden, dass der Spulenstrom

die Temperatur T des Mediums 11 widerspiegelt.

[0030] Bezugszeichenliste

[0031] 1 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

[0032] 2 Messrohr

[0033] 3 Messrohrachse

[0034] 4 Messelektrode

[0035] 5 Messelektrode

[0036] 6 Magnetanordnung

[0037] 7 Magnetanordnung

[0038] 8 Regel-/Auswerteeinheit

[0039] 9 Referenzelektrode

[0040] 10 Speichereinheit

[0041] 11 Medium

[0042] 12 Verbindungsleitung

[0043] 13 Verbindungsleitung

[0044] 14 Verbindungsleitung

[0045] 15 Verbindungsleitung

[0046] 16 Verbindungsleitung

[0047] 17 Temperaturmesseinheit