Title:
Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, wobei mindestens ein Magnetsystem (M) mit mindestens einer Spule (21) ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs (10) verlaufendes und periodisch die Polarität änderndes Magnetfeld (22) zur Induktion einer durchflussabhängigen Spannung (31) im Medium erzeugt, wobei in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld (31) erzeugt wird, welches in einer Umpolphase umgepolt wird, wobei die Energieversorgung während der Umpolphase vollständig durch einen Kondensator erfolgt.





Inventors:
Spahlinger, Andre (79415, Bad Bellingen, DE)
Binzer, Martin (Zwingen, CH)
Kretzler, Timo (79589, Binzen, DE)
Application Number:
DE102016110024A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
05/31/2016
Assignee:
Endress + Hauser Flowtec AG (Reinach, CH)
International Classes:
G01F1/58; G01P5/00; H01F7/18
Domestic Patent References:
DE10312058A1N/A
DE3037305A1N/A
Foreign References:
20050021248
EP2827110
JPH2122221A
Attorney, Agent or Firm:
Hahn, Christian, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., 79576, Weil am Rhein, DE
Claims:
1. Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr (10),
wobei mindestens ein Magnetsystem (M) mit mindestens einer Spule (21) ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs (10) verlaufendes und periodisch die Polarität änderndes Magnetfeld (22) zur Induktion einer durchflussabhängigen Spannung (31) im Medium erzeugt,
wobei in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld (31) erzeugt wird, welches in einer Umpolphase (UP) umgepolt wird;
und wobei eine elektronische Betriebsschaltung mit einer Umpolschaltung (UPS) die Anbindung des Magnetsystems (M) über die Umpolschaltung an eine Spannungsversorgung (SV) steuert,
wobei die Spannungsversorgung (SV) eine erste Spannungsquelle (Q1) und eine zweite Spannungsquelle (Q2) aufweist, wobei die zweite Spannungsquelle (Q2) eine Kondensatoreinheit (KE) aufweist, welche als Energiespeicher dient;
wobei die erste Spannungsquelle (Q1) dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem (M) während der Messphase zu betreiben und wobei die zweite Spannungsquelle (Q2) dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem (M) während der Umpolphase (UP) zu betreiben, wobei die Umpolschaltung die Polarität der Anbindung alternierend steuert;
wobei mindestens zwei mit dem Medium gekoppelte Messelektroden (30) die im Medium durch das Magnetfeld induzierte Spannung (31) erfassen, wobei die elektronische Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden (30) erfasste Spannung auszuwerten;
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Beaufschlagen des Magnetsystems (M) über die Umpolschaltung (UPS) mit einer im Wesentlichen konstanten Spannung (UK1) durch die erste Spannungsquelle (Q1) und Laden der Kondensatoreinheit (KE) während einer der Umpolphase (UP) vorausgehenden ersten Messphase (MP1);
Ändern der Polarität der Anbindung mittels der Umpolschaltung (UPS) und Beaufschlagen des Magnetsystems (M) über die Umpolschaltung (UPS) mit einer veränderlichen Überspannung (UU) durch die zweite Spannungsquelle (Q2) während der Umpolphase (UP),
Beaufschlagen des Magnetsystems (M) über die Umpolschaltung (UPS) mit einer konstanten Spannung (UK2) durch die erste Spannungsquelle (Q1) während einer auf die Umpolphase (UP) folgenden zweiten Messphase (MP2),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überspannung (UU) einen Anfangswert (UUA) zu Beginn der Umpolphase und einen Endwert (UUE) zu Ende der Umpolphase (UP) aufweist, und wobei der Betrag des Anfangswerts (UUA) größer ist als der Betrag des Endwerts (UUE),
und wobei die Kondensatoreinheit (KE) zumindest am Anfang der Umpolphase (UP) aufgrund einer Einschwingeigenschaft des Magnetsystems (M) vom Magnetsystem geladen wird, und wobei zumindest am Ende der Umpolphase (UP) die Energieversorgung des Magnetsystems zumindest teilweise durch die Kondensatoreinheit (KE) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest am Ende der Umpolphase (UP) die Energieversorgung des Magnetsystems vollständig von der Kondensatoreinheit (KE) übernommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während der gesamten Umpolphase (UP) die Energieversorgung vollständig vom Kondensator übernommen wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Betrag des Endwerts (UUE) größer eingestellt wird als der Betrag der Spannung (UK1, UK2).

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Betrag des Endwerts (UUE) im Wesentlichen gleich dem Betrag der Spannung (UK1, UK2) eingestellt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Betrag der Überspannung (UU) auf 120V und insbesondere auf 100V und bevorzugt auf 70V begrenzt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Kondensator während der Messphase (MP1, MP2) durch die zweite Spannungsquelle (Q2) aufgeladen wird.

8. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr (10) zur Anwendung des Verfahrens, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Durchflussmessgerät umfasst:
Ein Messrohr (10);
mindestens ein Magnetsystem (M) mit jeweils mindestens einer Spule (21), welches Magnetsystem dazu eingerichtet ist, ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs verlaufendes Magnetfeld zu (22) erzeugen;
und mindestens zwei im Messrohr (10) angeordnete Messelektroden (30), welche mit dem Medium gekoppelt sind, und wobei die Messelektroden (30) dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte, durchflussabhängige Spannung (31) zu erfassen;
und mindestens eine Spannungsversorgung (SV), welche eine erste Spannungsquelle (Q1) und eine zweite Spannungsquelle (Q2) aufweist, wobei die zweite Spannungsquelle eine Kondensatoreinheit (KE) aufweist, welche als Energiespeicher dient;
und eine elektronische Betriebsschaltung mit einer Umpolschaltung (UPS), welche Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem (M) und die Messelektroden (30) zu betreiben und mit der Umpolschaltung (UPS) die Anbindung des Magnetsystems (M) über die Umpolschaltung (UPS) an die Spannungsversorgung (SV) zu steuern;

9. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 8, wobei die zweite Spannungsquelle (Q2) dazu eingerichtet ist, die Kondensatoreinheit (KE) während einer Messphase (MP1, MP2) zu laden.

10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kondensatoreinheit (KE) dazu eingerichtet ist, zumindest zu Beginn einer Umpolphase vom Magnetsystem (M) geladen zu werden.

11. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Betriebsschaltung des Weiteren mindestens ein Wechselelement (W) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem (M) entweder an die erste Spannungsquelle (Q1) oder an die zweite Spannungsquelle (Q2) anzubinden, wobei die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Wechselelement (W) zu steuern.

12. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 11, wobei das Wechselelement (W) mindestens einen Transistor (T) und mindestens eine Diode (D) aufweist.

13. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Betriebsschaltung eine zentrale Steuereinheit (ZS) zum Steuern der Umpolschaltung (UPS) und/oder der Wechselschaltung (W) aufweist.

14. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Umpolschaltung vier Schaltelemente aufweist, wobei ein erstes Schaltelement (S1) und zweites Schaltelement (S2) eine erste Serienschaltung bilden, und wobei ein drittes Schaltelement (S3) und ein viertes Schaltelement (S4) eine zweite Serienschaltung bilden und wobei die erste Serienschaltungen und die zweite Serienschaltung parallel geschaltet sind.

15. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 14, wobei das Beaufschlagen des Magnetsystems (M) mit einer Spannung durch Abgreifen eines ersten elektrischen Potentials zwischen dem ersten Schaltelement (S1) und dem zweiten Schaltelement (S2) und einem zweiten elektrischen Potential zwischen dem dritten Schaltelement (S3) und dem vierten Schaltelement (S4) erfolgt.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden bereits seit langer Zeit zur Durchflussmessung eingesetzt und haben sich bewährt. Das Prinzip der magnetisch-induktiven Durchflussmessung basiert auf der Induktion einer durchflussabhängigen elektrischen Spannung in einem leitfähigen, durch eine Rohrleitung fließendes Medium durch ein Magnetfeld, welches Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung ausgerichtet ist. Das Magnetfeld wird üblicherweise durch ein Magnetsystem mit einer oder mehreren Spulen erzeugt. Die durchflussabhängige Spannung wird von zwei Messelektroden abgegriffen und von einer Messvorrichtung ausgewertet. Bei Kenntnis der Leitfähigkeit des Mediums lässt sich aus der gemessenen Spannung und dem bekannten Magnetfeld der Durchfluss des Mediums durch die Rohrleitung bestimmen.

Um die Signalqualität zu erhöhen, wird das Magnetfeld üblicherweise periodisch in seiner Polarität geändert. Durch Vergleich von Spannungsmesswerten, welche bei unterschiedlichen Magnetfeldpolaritäten gemessen werden, können Störgrößen wie beispielsweise ein Signalrauschen oder ein Spannungsoffset unterdrückt werden.

Das Umschalten zwischen zwei Magnetfeldpolaritäten geschieht durch Wechseln der Polarität einer elektrischen Spannung, welche an die magnetfelderzeugende Spule angelegt wird. Der Umpolvorgang dauert jedoch eine gewisse Zeit, da Spulen einer Änderung des Magnetfelds gemäß der Lenzschen Regel entgegenwirken und somit eine gewisse Trägheit aufweisen. Während der Umpolzeit kann keine Durchflussmessung durchgeführt werden, somit stellt der Umpolvorgang verlorene Zeit dar.

Der Stand der Technik, welcher beispielsweise durch die Offenlegungsschrift DE10312058A1 offenbart wird, begegnet diesem Problem durch Anlegen einer Überspannung an magnetfelderzeugende Spulen zur Beschleunigung des Umpolvorgangs, wobei die Überspannung deutlich größer ist, als die Spannung während der Messphase. Dadurch kann die Dauer des Umpolvorgangs beträchtlich verringert werden.

Jedoch stellt die Verkürzung der Umpolphase durch Anlegen einer Überspannung einen hohen Leistungsanspruch an die Spannungsversorgung, da in der Endphase eines Umpolvorgangs gleichzeitig eine hohe Spannung an der Spule anliegt und ein großer Strom durch die Spule fließt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorzuschlagen, bei welchem der Leistungsanspruch an die Spannungsversorgung reduziert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umgesetzt, wobei mindestens ein Magnetsystem ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs verlaufendes und periodisch die Polarität änderndes Magnetfeld zur Induktion einer durchflussabhängigen Spannung im Medium erzeugt,
wobei in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld erzeugt wird, welches in einer Umpolphase umgepolt wird;
und wobei eine elektronische Betriebsschaltung mit einer Umpolschaltung die Anbindung des Magnetsystems über die Umpolschaltung an eine Spannungsversorgung steuert,
wobei die Spannungsversorgung eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle aufweist, wobei die zweite Spannungsquelle eine Kondensatoreinheit aufweist, welche als Energiespeicher dient;
wobei die erste Spannungsquelle dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem während der Messphase zu betreiben und wobei die zweite Spannungsquelle dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem während der Umpolphase zu betreiben, wobei die Umpolschaltung die Polarität der Anbindung alternierend steuert;
wobei mindestens zwei mit dem Medium gekoppelte Messelektroden die im Medium durch das Magnetfeld induzierte Spannung erfassen, wobei die elektronische Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden erfasste Spannung auszuwerten;
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Beaufschlagen des Magnetsystems über die Umpolschaltung mit einer im Wesentlichen konstanten Spannung durch die erste Spannungsquelle und Laden der Kondensatoreinheit während einer Messphase;
Ändern der Polarität der Anbindung mittels der Umpolschaltung und Beaufschlagen des Magnetsystems über die Umpolschaltung mit einer veränderlichen Überspannung durch die zweite Spannungsquelle während der Umpolphase,
Beaufschlagen des Magnetsystems über die Umpolschaltung mit einer konstanten Spannung durch die erste Spannungsquelle während der auf die Umpolphase folgenden Messphase,
wobei die Überspannung einen Anfangswert zu Beginn der Umpolphase und einen Endwert zu Ende der Umpolphase aufweist, und wobei der Betrag des Anfangswerts größer ist als der Betrag des Endwerts,
und wobei die Kondensatoreinheit zumindest am Anfang der Umpolphase aufgrund einer Einschwingeigenschaft des Magnetsystems vom Magnetsystem geladen wird, und wobei zumindest am Ende der Umpolphase die Energieversorgung des Magnetsystems zumindest teilweise durch die Kondensatoreinheit erfolgt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest am Ende der Umpolphase die Energieversorgung des Magnetsystems vollständig von der Kondensatoreinheit übernommen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird während der gesamten Umpolphase die Energieversorgung vollständig vom Kondensator übernommen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Betrag des Endwerts größer eingestellt als der Betrag der konstanten Spannung.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Betrag des Endwerts im Wesentlichen gleich dem Betrag der konstanten Spannung eingestellt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Betrag der Umpolspannung auf 120V und insbesondere auf 100V und bevorzugt auf 90V begrenzt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Kondensator während der Messphase durch die zweite Spannungsquelle aufgeladen.

Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr zur Anwendung des Verfahrens umfasst dabei:
Ein Messrohr;
mindestens ein Magnetsystem mit jeweils mindestens einer Spule, welches Magnetsystem dazu eingerichtet ist, ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen;
und mindestens zwei im Messrohr angeordnete Messelektroden, welche mit dem Medium gekoppelt ist, und wobei die Messelektroden dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte, durchflussabhängige Spannung zu erfassen;
und mindestens eine Spannungsversorgung, welche eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle aufweist, wobei die zweite Spannungsquelle eine Kondensatoreinheit aufweist, welche als Energiespeicher dient;
und eine elektronische Betriebsschaltung mit einer Umpolschaltung, welche dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem und die Messelektrode zu betreiben und mit der Umpolschaltung die Anbindung des Magnetsystems über die Umpolschaltung an die Spannungsversorgung zu steuern;
In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts ist die zweite Spannungsquelle dazu eingerichtet, die Kondensatoreinheit während einer Messphase zu laden.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts ist die Kondensatoreinheit dazu eingerichtet, zumindest zu Beginn einer Umpolphase vom Magnetsystem geladen zu werden.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts weist die Umpolschaltung mindestens ein erstes Wechselelement auf, welches dazu eingerichtet ist, das Magnetsystem entweder an die erste Spannungsquelle oder an die zweite Spannungsquelle anzubinden.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts weist das erste Wechselelement mindestens einen Transistor und mindestens eine Diode auf.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts weist die Betriebsschaltung eine zentrale Steuereinheit zum Steuern der Umpolschaltung und/oder der Wechselschaltung auf.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts weist die Umpolschaltung vier Schaltelemente auf, wobei ein erstes Schaltelement und zweites Schaltelemente eine erste Serienschaltung bilden, und wobei ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement eine zweite Serienschaltung bilden und wobei die erste Serienschaltungen und die zweite Serienschaltung parallel geschaltet sind.

In einer Ausgestaltung des Durchflussmessgeräts erfolgt das Beaufschlagen des Magnetsystems mit einer Spannung durch Abgreifen eines ersten elektrischen Potentials zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement und einem zweiten elektrischen Potentials zwischen dem dritten Schaltelement und dem vierten Schaltelement.

Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts mit geringer Leistungsanforderung an eine Spannungsversorgung sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorgeschlagen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

1 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf.

2 zeigt einen schematischen zeitlichen Verlauf der an das Magnetsystem angelegten Spannung gemäß der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen elektronischen Betriebsschaltung.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.

1 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 100, Zunächst wird ein Magnetsystem M während einer einer Umpolphase UP vorausgehenden Messphase MP1 über eine Umpolschaltung UPS mit einer im Wesentlichen konstanten Spannung UK1 durch eine erste Spannungsquelle Q1 einer Spannungsversorgung SV beaufschlagt. Des Weiteren wird eine Kondensatoreinheit KE einer zweiten Spannungsquelle Q2 der Spannungsversorgung SV während der Messphase MP1 geladen, so dass die Kondensatoreinheit KE am Ende der Messphase MP1 mit einer Ladespannung geladen ist, so dass mit Beginn einer folgenden Umpolphase UP das Magnetsystem M zu Beginn der Umpolphase mit einem Anfangswert UUA einer veränderlichen Überspannung UU beaufschlagt werden kann.

Mit Beenden der Messphase MP1 findet eine Umpolphase UP statt. Die Betriebsschaltung wechselt zur Spannungsversorgung durch die zweite Spannungsquelle Q2 und schaltet Schaltelemente S1 bis S4, um die Polarität des Magnetfelds zu wechseln. Während der Umpolphase UP wird das Magnetsystem M mit der veränderlichen Überspannung UU beaufschlagt, wobei die Überspannung UU den Anfangswert UUA zu Beginn der Umpolphase und einen Endwert UUE zu Ende der Umpolphase aufweist, und wobei der Betrag des Anfangswerts UUA größer ist als der Betrag des Endwerts UUE ist. Des Weiteren wird zu Beginn der Umpolphase UP der Kondensator der ersten Spannungsquelle Q1 aufgrund einer Einschwingeigenschaft des Magnetsystems vom Magnetsystem geladen.

Nach Abschluss des Umpolvorgangs findet eine Messphase MP2 statt. Während der Messphase MP2 wird das Magnetsystem M über die Umpolschaltung UPS mit einer im Wesentlichen konstanten Spannung UK2 durch die erste Spannungsquelle Q1 der Spannungsversorgung SV beaufschlagt. Der Betrag des Spannungswerts UUE der vorausgehenden Umpolphase ist dabei größer oder gleich der Spannung UK2. Des Weiteren wird die Kondensatoreinheit KE der zweiten Spannungsquelle Q2 der Spannungsversorgung SV während der Messphase MP2 geladen, so dass die Kondensatoreinheit KE am Ende der Messphase MP2 mit einer Ladespannung geladen ist, so dass mit Beginn einer folgenden Umpolphase (UP) das Magnetsystem M zu Beginn der Umpolphase mit einem Anfangswert UUA der veränderlichen Überspannung UU beaufschlagt werden kann.

Nach der Messphase MP2 findet eine neue Umpolphase UP statt. Die Betriebsschaltung wechselt zur Spannungsversorgung durch die zweite Spannungsquelle Q2 und schaltet Schaltelemente S1 bis S4, um die Polarität des Magnetfelds zu wechseln. Während der Umpolphase UP wird das Magnetsystem M mit einer veränderlichen Überspannung UU beaufschlagt, wobei die Überspannung UU einen Anfangswert UUA zu Beginn der Umpolphase und einen Endwert UUE zu Ende der Umpolphase aufweist, und wobei der Betrag des Anfangswerts UUA größer ist als der Betrag des Endwerts UUE ist. Des Weiteren wird zu Beginn der Umpolphase UP der Kondensator der ersten Spannungsquelle Q1 aufgrund einer Einschwingeigenschaft des Magnetsystems vom Magnetsystem geladen.

Mit Beenden der Umpolphase nach der Messphase MP2 ist ein Messphasen-Umpolphasen-Zyklus durchlaufen und ein neuer Zyklus startet mit einer Messphase MP1. Der Betrag des Spannungswerts UUE der vorausgehenden Umpolphase ist dabei größer oder gleich der Spannung UK1 der Messphase MP1.

2 zeigt einen schematischen zeitlichen Verlauf der am Magnetsystem M anliegenden Spannung U. Während einer Messphase MP1 liegt eine im Wesentlichen konstante Spannung UK1 zum Treiben eines im Wesentlichen konstanten Stroms am Magnetsystem an. Somit wird im Messrohr 10 ein konstantes Magnetfeld zur Induktion einer elektrischen Spannung im strömenden Medium erzeugt. Gleichzeitig wird die Kondensatoreinheit KE der zweiten Spannungsquelle Q2 geladen.

Mit Beenden der Messphase MP1 wird eine Umpolphase eingeleitet, wobei die Spannungsversorgung des Magnetsystems M durch die Kondensatoreinheit KE gegeben ist, so dass zu Beginn der Umpolphase UP eine Spannung UUA am Magnetsystem anliegt. Durch eine Einschwingeigenschaft des Magnetsystems wird die Kondensatoreinheit KE zumindest am Anfang der Umpolphase vom Magnetsystem geladen. Dadurch steigt der Betrag der am Kondensator und der am Magnetsystem M anliegenden Spannung zunächst weiter an. Mit Abklingen des Einschwingens beginnt der Kondensator sich zu entladen, so dass der Betrag der Spannung über dem Magnetsystem M absinkt, bis der Umpolvorgang des Magnetsystems abgeschlossen ist. Mit Beenden des Umpolvorgangs liegt am Magnetsystem eine Spannung UUE an, wobei der Betrag der Spannung UUA größer ist als der Betrag der Spannung UUE. Das hat zur Folge, dass im Kondensator eine Energiemenge gespeichert ist, welche ausreicht, die Energieversorgung des Magnetsystems M während der Umpolphase vollständig durch den Kondensator erfolgen zu lassen. Idealerweise entspricht die Spannung UUE ungefähr der Spannung UK2 der darauffolgenden Messphase MP2. Dadurch lässt sich ein Einschwingverhalten der Spannungsversorgung zu Beginn der Messphase MP2 verringern oder unterdrücken.

Während der nachfolgenden Messphase MP2 wird eine im Wesentlichen konstante Spannung UK2 an das Magnetsystem angelegt.

Der der Messphase MP2 folgende Spannungsverlauf ist skizziert.

3 zeigt einen schematischen Aufbau der erfindungsrelevanten elektronischen Komponenten eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts welche ein Magnetsystem M, eine Umpolschaltung UPS, eine zentrale Steuereinheit ZS, eine Wechselschaltung W und eine Spannungsversorgung SV mit einer ersten Spannungsquelle Q1 und einer zweiten Spannungsquelle Q2 umfassen, wobei die zweite Spannungsquelle Q2 eine Kondensatoreinheit KE aufweist.

Die Umpolschaltung weist vier Schaltelemente auf, welche die Zustände „leitend“ und „nicht leitend“ annehmen können, wobei ein erstes Schaltelement S1 und zweites Schaltelement S2 eine erste Serienschaltung bilden, und wobei ein drittes Schaltelement S3 und ein viertes Schaltelement S4 eine zweite Serienschaltung bilden und wobei die erste Serienschaltungen und die zweite Serienschaltung parallel geschaltet sind. Das Beaufschlagen des Magnetsystems mit einer Spannung erfolgt durch Abgreifen eines ersten elektrischen Potentials zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement und einem zweiten elektrischen Potentials zwischen dem dritten Schaltelement und dem vierten Schaltelement. Abwechselnd sind entweder die Schaltelemente S1 und S4 leitend geschaltet und die Schaltelemente S2 und S3 nicht leitend geschaltet, oder umgekehrt. Je nach Schaltung der Schaltelemente S1 bis S4 wird also die Richtung des Potentialgefälles über dem Magnetsystem M vorgegeben. Die Schaltelemente sind dabei beispielsweise Transistoren oder Relais.

Die Wechselschaltung W wechselt zwischen der Spannungsversorgung des Magnetsystems durch die erste Spannungsquelle Q1 und durch die zweite Spannungsquelle Q2.

Die Wechselschaltung W und die Umpolschaltung UPS werden durch die zentrale Steuereinheit ZS gesteuert, welche zentrale Steuereinheit beispielsweise ein Mikroprozessor mit einer Software zum Betreiben des Mikroprozessors ist. Der Übersicht geschuldet wurde in 3 verzichtet, eine Anbindung der zentralen Steuereinheit ZS an die Wechselschaltung W sowie an die Schaltelemente der Umpolschaltung UPS zu skizzieren.

4 zeigt einen Querschnitt durch ein beispielhaftes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät welches ein Messrohr 10, ein Magnetsystem M mit zwei Spulen 21 zur Erzeugung eines Magnetfelds 22, welches im Wesentlichen senkrecht zu einer Messrohrachse steht und zwei Messelektroden 30 umfasst. Das Magnetfeld 22 erzeugt im durch das Messrohr 10 strömenden Medium eine durchflussabhängige Spannung 31, welche von den Messelektroden abgegriffen wird. Idealerweise wird das Magnetfeld 22 über eine metallische Feldrückrührung (nicht gezeigt) zwischen den Spulen 21 außerhalb des Messrohrs geleitet. Die Steuerung des Magnetsystems M und das Abgreifen sowie die Auswertung der von den Messelektroden 20 abgegriffenen Spannung wird von der elektronischen Betriebsschaltung sichergestellt. Die Anbindung des Magnetsystems sowie der Messelektroden an die elektronische Betriebsschaltung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht skizziert.

5 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselelements W, welches einen Transistor T und eine Diode D aufweist, wobei der Kollektor des Transistors mit der zweiten Spannungsquelle Q2 und die Basis des Transistors mit der zentralen Steuereinheit verbunden ist. Der Emitter des Transistors ist mit der Umpolschaltung UPS verbunden, wobei die erste Spannungsquelle Q1 über eine Diode D mit dem Emitter und der Umpolschaltung verbunden ist, wobei die Diode von der ersten Spannungsquelle Q1 zum Emitter in Durchlassrichtung orientiert ist. Während einer Messphase ist der Transistor sperrend, so dass die erste Spannungsquelle Q1 zur Energieversorgung des Magnetsystems herangezogen wird. Während einer Umpolphase ist der Transistor leitend. Da die Überspannung UU, welche von der zweiten Spannungsquelle Q2 erzeugt wird, vom Betrag größer ist als die Spannung UK1 bzw. UK2, welche von der ersten Spannungsquelle Q1 erzeugt werden, trägt nur die zweite Spannungsquelle Q2 zur Energieversorgung des Magnetsystems M während der Umpolphase bei.

Bezugszeichenliste

10
Messrohr
21
Spule
22
Magnetfeld
30
Elektrode
31
im Medium induzierte Spannung
100
Verfahren
MP1
Messphase vor Umpolphase
MP2
Messphase nach Umpolphase
UP
Umpolphase
UK1
Spannung über Magnetsystem während MP1
UK2
Spannung über Magnetsystem während MP2
UU
Überspannung während der Umpolphase
UUA
Überspannung zu Beginn der Umpolphase
UUE
Überspannung zu Ende der Umpolphase
SV
Spannungsversorgung
Q1
erste Spannungsquelle
Q2
zweite Spannungsquelle
W
Wechselschaltung
T
Transistor
D
Diode
ZS
zentrale Steuereinheit
UPS
Umpolschaltung
S1
erstes Schaltelement
S2
zweites Schaltelement
S3
drittes Schaltelement
S4
viertes Schaltelement
M
Magnetsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 10312058 A1 [0005]