Die Erfindung betrifft eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums in einem Messrohr oder in einer Rohrleitung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Füllstandes eines Mediums in einem Messrohr oder in einer Rohrleitung.

Eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung umfasst Messgeräte, die basierend auf dem Faraday’schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße eines fließfähigen Mediums relativ zum Messgerät erfassen. Beispiele für magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte und magnetisch-induktive Durchflussmesssonden.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte umfassen ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums und werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses des Mediums in eine Prozessleitung eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, das ein das Messrohr durchsetzendes Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne Spulen verwendet, die zusammen eine Spulenanordnung bilden. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich zu den Spulenkerne Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Eine an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld induzierte elektrische Messspannung bzw. Potentialdifferenz ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Flussrichtung fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday’schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss ermittelt werden.

Die WO 2014/053324 A2 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Füllstandsüberwachungssystem, welches neben der Unterscheidung zwischen einer Teil- und Vollbefüllung die Ermittlung der Mediumstemperatur mit einer Füllstandselektrode integrierten Temperatursensor erlaubt und sich zugleich durch einen kompakten Aufbau auszeichnet. Für die Überwachung des Füllstandes wird eine Leitfähigkeit des Mediums zwischen der Füllstandsüberwachungselektrode und einer Referenzelektrode oder einer Messelektrode bestimmt. Dafür ist es erforderlich, dass die Füllstandsüberwachungs elektrode einen galvanischen Kontakt mit dem zu führenden Medium bildet. Nachteilig daran ist, dass dadurch eine zusätzliche Öffnung für die Füllstandsüberwachungs elektrode im Messrohr vorzusehen ist und die Füllstandsüberwachungselektrode somit einem eventuell abrasiven und korrosiven Medium schutzlos ausgesetzt ist.

Aus der DE 196 15 140 A1 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Füllstandes in einem Messrohr bekannt, welche dazu eingerichtet ist mit zwei an den Außenflächen des Messrohres angebrachten Kondensatorenplatten eine von der Dielektrizitätskonstante des Mediums und der Füllhöhe abhängige Kapazität zu bestimmen und aus der ermittelten Kapazität eine Füllhöhe zu ermittelt.

Die DE 102012 006 891 A1 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, welches zusätzlich zur strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße einen Grad der Befüllung ermittelt. Dafür weist es eine zusätzliche Magnetfelderzeugungseinrichtung auf, die ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien parallel zur Längsachse des Messrohres verlaufen. Die durch das zusätzliche Magnetfeld bedingte Messspannung an den streifenförmigen Messelektroden ist ein Maß für den Füllstand des Mediums.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative magnetisch-induktive Durch flussmessvorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist Auskunft über einen Füllstand des Mediums zu geben. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren für eine magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung bereitzustellen, mit dem ein Füllstand des Mediums ermittelt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren zum Ermitteln eines Füllstandes nach Anspruch 11 . Die erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums in einem Messrohr oder in einer Rohrleitung umfasst:

- ein Gehäuse;

- mindestens zwei Messelektroden zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer induzierten Spannung im Medium;

- eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, wobei die Vorrichtung im Gehäuse angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Feldführungsanordnung und eine Spulenanordnung umfasst, wobei die Feldführungsanordnung als eine Sensorelektrode zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße, insbesondere eines Füllstandes des Mediums in der Rohrleitung oder dem Messrohr dient.

Die Feldführungsanordnung dient dazu, das durch die Spulenanordnung erzeugte Magnetfeld zu verstärken und zu führen. Sie umfasst mindestens einen Feldführungskörper, wie zum Beispiel einen Spulenkern, welcher in einer Spule der Spulenanordnung angeordnet ist. Zudem werden häufig Polschuhe verwendet, die dazu dienen, dass die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes beim Austreten aus dem Spulenkern über eine möglichst große Querschnittsfläche des Messrohres oder der Rohrleitung parallel verlaufen. Zudem sind magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen bekannt, in denen Feldrückführungskörper eingesetzt werden, um das erzeugte Magnetfeld wieder kontrolliert zurück zum Spulenkern zu führen. Der Feldführungskörper kann monolithisch oder teilweise monolithisch ausgebildet sein. So ist beispielsweise bekannt, den Spulenkern und den Polschuh einteilig auszubilden, wobei der Teil, welcher sich durch eine Öffnung der Spule erstreckt als Spulenkern bezeichnet wird und der Teil, welcher sich zwischen Spule und Gehäusewandung bzw. Messrohrwandung in Richtung des Mediums erstreckt als Polschuh. Die einzelnen Komponenten des Feldführungs- körper umfassen in der Regel weichmagnetische Werkstoffe. Erfindungsgemäß ist ein elektrisch leitfähiges Material für den Feldführungskörper zu verwenden.

Es sind kapazitive Füllstandsmessgeräte bekannt, die ausgehend von einer ermittelten Kapazität oder Kapazitätsänderung den Füllstand eines Mediums in einem Behälter ermitteln. Dafür weist ein kapazitives Füllstandmessgerät eine Sensorelektrode auf, die in einem Gehäuse mit einer elektrische isolierenden Wandung angeordnet ist und zusammen mit einer leitenden Gegenelektrode - in der Regel die metallischen Wandung des Behälters - einen elektrischen Kondensator bildet. Es ist zwischen Anwendungen in denen ein elektrisch leitfähiges Medium und Anwendungen in denen ein elektrisch nicht leitfähiges Medium eingesetzt wird zu unterscheiden. Leitfähige Medien, welche im elektrischen Kontakt zur Gegenelektrode stehen nehmen das elektrische Potentials der Gegenelektrode an, so dass sich das elektrische Feld im Wesentlichen in der elektrisch isolierenden Wandung des Gehäuses ausbildet. Befindet sich zwischen der Sensorelektrode und der Gegenelektrode ein nicht-leitendes Medium, so bildet sich das elektrische Feld im Medium aus, wodurch die Dielektrizitätskonstante des Mediums einen wesentlichen Einfluss auf die ermittelte Kapazität nimmt.

Auf dem kapazitiven Messprinzip beruhende Messgeräte sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und werden von der Anmelderin in vielen unterschiedlichen Ausgestaltungen hergestellt und beispielsweise unter den Bezeichnungen Liquicap, Solicap oder Liquipoint vertrieben. Kapazitive Messgeräte weisen in der Regel ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit zumindest einer Sensorelektrode auf, welche zumindest teilweise in einen Behälter oder eine Rohrleitung einbringbar ist. Einerseits sind, insbesondere zur kontinuierlichen Füllstandsmessung, vertikal in den Behälter hineinreichende stabförmige Messgeräte weitverbreitet. Zur Erkennung eines Grenzstandes sind jedoch auch in die Seitenwandung eines jeweiligen Behälters einbringbare Messgeräte bekannt geworden.

Die vorliegende Feldführungsanordnung weist einen Feldführungskörper auf, der elektrisch leitfähig ist. Dies erlaubt es die Feldführungsanordnung zu zweckentfremden und als eine Sensorelektrode einzurichten, die eine Messkapazität ermittelt, anhand der Aussagen über den Füllstand des Mediums in der Rohrleitung oder im Messrohr gemacht werden können. Dabei übernimmt das Medium entweder die Rolle der Gegenelektrode oder des Dielektrikums. Die vorliegende Erfindung eignet sich zur kontinuierlichen Überwachung und/oder

Bestimmung des Füllstandes, welche eine Ermittlung der vorliegenden Füllhöhe umfasst, oder zur Bestimmung ob ein bzw. welcher binärer Zustand - Vollbefüllung oder Teilbefüllung - vorliegt.

Für die Bestimmung eines Volumendurchflusses wird die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit mit der Querschnittsfläche des Messrohres oder der

Rohrleitung multipliziert. Dies gilt jedoch nur, wenn das Messrohr vollgefüllt ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, eine Aussage zu treffen, ob eine Teilbefüllung bzw. Vollbefüllung vorliegt oder nicht. Feldgeräte in Form von Multisensoren sind bereits bekannt. So gibt es Messgeräte, welche sowohl in einem kapazitiven als auch einem konduktiven Betriebsmodus arbeiten können. Beispiele dafür werden in den Dokumenten DE 102011 004 807 A1 , DE 102013 102 055 A1 oder DE 10 2014 107 927 A1 offenbart. Neben der Prozessgröße Füllstand lassen sich mittels eines derartigen Multisensors verschiedene medienspezifische Eigenschaften, wie die elektrische Leitfähigkeit des Mediums, oder auch dielektrische Eigenschaften des Mediums, wie beispielsweise dessen Dielektrizitätskonstante, bestimmen, wie in der DE 10 2013 104 781 A1 beschrieben. Derartige Messgeräte unterscheiden sich vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung insbesondere darin, dass die Messelektroden zur Bestimmung einer Leitfähigkeit des Mediums eingesetzt werden und nicht wie erfindungsgemäß zum Ermitteln einer induzierten Messspannung. Zudem weisen derartige Messgeräte keine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, was für die Bestimmung einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße basierend auf dem Faraday’schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion unabdingbar ist.

Die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße umfasst eine Durchflussgeschwindigkeit, einen Volumendurchfluss und/oder einen Massedurchfluss. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine insbesondere im Gehäuse angeordnete Betriebsschaltung mit der Feldführungsanordnung insbesondere elektrisch verbunden ist, wobei die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Feldführungsanordnung mit einem insbesondere zeitlich alternierenden Erregersignal zu beaufschlagen, von der Feldführungsanordnung ein Antwortsignal zu empfangen und zumindest aus dem

Antwortsignal eine Aussage über den Füllstand des Mediums in der Rohrleitung oder dem Messrohr zu treffen.

Während des Messbetriebs wird die Sensorelektrode mit einem Erregersignal, in der Regel in Form eines Wechselstromsignals oder eines Wechselspannungssignals, beaufschlagt. Dieses wird durch die Betriebsschaltung bereitgestellt. Aus dem von der Sensorelektrode oder einerweiteren dazu ausgebildeten und eingerichteten Sensorelektrode empfangenen Antwortsignal kann anschließend die jeweilige Prozessgröße - d.h. der vorliegende Füllstand oder ob eine Vollbefüllung vorliegt - bestimmt werden. Gemäß dem kapazitiven Messprinzip wird die Abhängigkeit des Antwortsignals von der Kapazität des von der Sensorelektrode und der Wandung des Behälters, oder des von der Sensorelektrode und einer zweiten Elektrode gebildeten Kondensators ausgenutzt. Je nach Leitfähigkeit des Mediums bildet entweder das Medium selbst oder eine Isolierung der Sensorelektrode das Dielektrikum dieses Kondensators. Zur Auswertung des von der Sensorelektrode empfangenen Antwortsignals in Bezug auf den Füllstand kann dann beispielsweise entweder eine Scheinstrommessung oder auch eine Admittanzmessung durchgeführt werden. Bei einer Scheinstrommessung wird der Betrag des an der Sensorelektrode ermittelten Scheinstroms gemessen. Da der Scheinstrom jedoch an sich einen Wirk- und einem Blindanteil aufweist, wird im Falle einer Admittanzmessung neben dem Scheinstrom der Phasenwinkel zwischen dem Scheinstrom und der an der Sensoreinheit anliegenden Spannung gemessen. Eine weitere Möglichkeit für die Ermittlung eines Füllstandes besteht darin eine Frequenzverschiebung zwischen einem Referenzsignal und Antwortsignal zu ermitteln, wobei das Referenzsignal beispielsweise in einem - bspw. werkseitigen - Justierverfahren ermittelt wird. Die zusätzliche Bestimmung des Phasenwinkels erlaubt es darüber hinaus Aussagen über eine mögliche Ansatzbildung zu treffen, wie beispielsweise aus der DE 10 2004 008 125 A1 bekannt geworden ist.

Die Betriebsschaltung ist für die Signaleinspeisung, -erfassung und -auswertung verantwortlich und dementsprechend ausgebildet. Sie kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmte Operationen ausführt, die eine Kontrollstruktur umfassen, um ein Erregersignal bereitzustellen und ein Antwortsignal zu ermitteln. In bestimmten Ausführungsformen bildet die Betriebsschaltung einen Teil eines Verarbeitungs- Subsystems, das eine oder mehrere Rechenvorrichtungen mit Speicher-, Verarbeitungs- und/oder Kommunikationshardware umfasst. Die Betriebsschaltung kann eine einzelne Einheit oder ein mehrteilige Einheit sein, welche Teile miteinander kommunizieren. Die Funktionen der Betriebsschaltung können durch Hardware und/oder Software ausgeführt werden. Die Betriebsschaltung kann eine oder mehrere arithmetisch-logische Einheiten (ALUs), zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), Speicher, Begrenzer, Konditionierer, Filter, Oszillatoren, Formatkonverter oder ähnliches enthalten, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt werden. In einer Form ist die Betriebsschaltung so programmierbar, dass er Algorithmen ausführt und Daten gemäß der Betriebslogik verarbeitet, die durch Programmieranweisungen, wie Software oder Firmware, definiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebslogik für die Betriebsschaltung zumindest teilweise durch festverdrahtete Logik oder andere Hardware definiert werden, z.B. durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) eines beliebigen geeigneten Typs. Es ist zu berücksichtigen, dass die Betriebsschaltung ausschließlich für das Erzeugen des Erregersignales und das Bestimmen des Antwortsignales bestimmt sein kann oder weiter bei der Regelung, Steuerung und Aktivierung eines oder mehrerer anderer Subsysteme oder Aspekte der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung verwendet werden kann.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtung ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Messrohr umfasst, wobei das Messrohr einen elektrisch isolierenden Messrohrkörper umfasst, wobei die mindestens zwei Messelektroden insbesondere diametral am Messrohrkörper angeordnet sind, wobei der Messrohrkörper eine Außenfläche umfasst, wobei die Feldführungsanordnung an der Außenfläche angeordnet ist. Gemäß der Ausgestaltung wird ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät eingesetzt zum Ermitteln der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße. Im Einsatz wird das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät in eine Rohrleitung integriert. Anders als bei einer magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde ist das Gehäuse des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nicht dazu eingerichtet, um mit dem zu führenden Medium beaufschlagt zu werden und dient zudem nicht als Trennung zwischen dem Medium und der Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes.

Herkömmliche Messrohre weisen Messrohrkörper auf, welche aus einem leitfähigen Material gebildet sind, und eignen sich somit nicht für die vorliegende Erfindung. Es ist unabdingbar, dass der Messrohrkörper aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Das elektrisch isolierende Material umfasst Kunststoff, Keramik und/oder Glas.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldführungsanordnung einen, insbesondere genau einen Feldführungskörper umfasst, wobei der Feldführungskörper einen Spulenkern und/oder einen Polschuh umfasst.

Gemäß der Ausgestaltung dient der Spulenkern und/oder der Polschuh als Sensorelektrode und entspricht in der Funktionsweise einem kapazitiven Näherungsschalter, der berührungsfrei auf Annäherung eines leitenden oder nicht leitenden Gegenstandes, aber auch von Flüssigkeiten, mit einem elektrischen Schaltsignal reagiert. Dem Schaltsignal kann man eine Vollbefüllung bzw. eine Teilbefüllung des Messrohres oder der Rohrleitung zuordnen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldführungsanordnung zwei, insbesondere diametral an der Außenfläche angeordnete Feldführungskörper umfasst, wobei die Feldführungskörper jeweils einen Spulenkern und/oder einen Polschuh umfassen, wobei die Spulenanordnung zwei Spulen umfasst, wobei die zwei Feldführungskörper jeweils mit einer der zwei Spulen in Wirkung stehen. Gemäß der Ausgestaltung dient einer der zwei Feldführungskörper als Sensorelektrode oder dienen beide Feldführungskörper jeweils als Sensorelektrode.

Dient ausschließlich einer der zwei Feldführungskörper als Sensorelektrode, so ist die Betriebsschaltung auch ausschließlich mit dem einen Feldführungskörper verbunden und dazu eingerichtet das Erregersignal an ebendiesen Feldführungskörper aufzuprägen und das Antwortsignal ebenfalls an dem genannten Feldführungskörper zu ermitteln.

Dienen beide Feldführungskörper jeweils als Sensorelektrode, so sind beide mit der Betriebsschaltung elektrisch verbunden. In dem Fall treten zwei mögliche Szenarien ein. Zum einen kann die Betriebsschaltung dazu eingerichtet sein, an einem der zwei Feldführungskörper ein Erregersignal einzuspeisen und das Antwortsignal an dem anderen Feldführungskörper zu ermitteln und zum anderen kann die Betriebsschaltung dazu eingerichtet sein, an den beiden Feldführungskörpern jeweils ein Erregersignal aufzuprägen und an den beiden Feldführungskörpern jeweils ein Antwortsignal zu ermitteln. Im ersten Fall kann durch Änderungen der dielektrischen Eigenschaften des Mediums die Messkapazität nicht eindeutig auf eine Abnahme des Füllstandes geschlossen werden. Insbesondere bei Ablagerungen oder Sedimentation kann es zu einer Abnahme der ermittelten Messkapazität kommen. Im zweiten Fall kann vorteilhafterweise zwischen einer Teilbefüllung und einer Sedimentation oder einer Ablagerung unterschieden werden. Dies erfolgt durch Vergleichen der zwei ermittelten Messkapazitäten. Ist ein ermittelter Messwert der Messkapazität niedriger als der Referenzwert, so befindet sich entweder ein nicht-leitendes Medium in unmittelbarer Nähe der Sensorelektrode oder ein Medium mit geringerer Dielektrizitätskonstante - z.B. Luft oder Sand - als das zu führende Medium. In Wirkung stehen bedeutet in dem Kontext der Patentanmeldung, dass die

Feldführungskörper derart angeordnet sind, dass das durch die Spulenanordnung erzeugte Magnetfeld verstärkt wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Feldführungskörper, insbesondere der Spulenkern des Feldführungskörpers in eine Öffnung einer Spule der Spulenanordnung angeordnet wird. Es sind Feldführungsanordnungen bekannt, bei denen zwei diametral angeordnete Spulenkerne über Feldrückführungskörper miteinander verbunden sind. Die Feldrückführungskörper dienen dazu, das an der dem Medium abgewandten Seite des einen Spulenkerns erzeugte Magnetfeld zum jeweils anderen Spulenkern zu führen. Ist einer der beiden Feldführungskörper oder sind beide Feldführungskörper mit der Betriebsschaltung elektrisch verbunden so ist es wesentlich, dass die beiden Spulenkerne nicht über die Feldrückführungskörper elektrisch miteinander verbunden sind. Eine elektrische Entkopplung wird durch die Anordnung eines elektrischen Isolators zwischen der Spulenkerne und dem Feldrückführungskörper realisiert. Somit wird ein Kurzschluss zwischen den beiden Spulenkernen verhindert und gleichzeitig die Funktion des Feldrückführungskörpers aufrechterhalten.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass genau einer der zwei Feldführungskörper mit der Betriebsschaltung verbunden ist. Gemäß der Ausgestaltung ist die Betriebsschaltung dazu eingerichtet, das Erregersignal ausschließlich an dem einen Feldführungskörper aufzuprägen und das Antwortsignal an ebendiesen zu ermitteln. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich einfach in herkömmliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte implementieren. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zwei Feldführungskörper jeweils mit der

Betriebsschaltung verbunden sind, und wobei die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist einen ersten Feldführungskörper der zwei Feldführungskörper mit einem insbesondere zeitlich alternierenden Erregersignal zu beaufschlagen, von einem zweiten Feldführungskörper der zwei Feldführungskörper ein Antwortsignal zu empfangen und zumindest aus dem Antwortsignal eine Aussage über den Füllstand des Mediums in dem Messrohr, eine Ablagerung und/oder eine Sedimentation in dem Messrohr zu treffen, oder wobei die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist einen ersten Feldführungskörper der zwei Feldführungskörper und einen zweiten der zwei Feldführungskörpern jeweils mit einem insbesondere zeitlich alternierenden Erregersignal zu beaufschlagen, von dem ersten Feldführungskörper und dem zweiten Feldführungskörper jeweils ein Antwortsignal zu empfangen und zumindest aus den zwei Antwortsignalen eine Aussage über den Füllstand des Mediums in dem Messrohr, eine Ablagerung und/oder eine Sedimentation in dem Messrohr zu treffen. Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist, wie oben ausgeführt die Möglichkeit zwischen einer Teilbefüllung und einer Sedimentierung oder Ablagerung zu unterscheiden.

Vorteilhaft an der ersten genannten Ausgestaltung ist die Anwendung bei Medien mit geringer Leitfähigkeit.

Die zwei Sensorelektroden dienen gemäß der zweiten Form der Ausgestaltung jeweils als kapazitiver Näherungsschalter. Ändert sich die ermittelte Messkapazität so kann unter Berücksichtigung der Positionierung der Feldführungskörper auf eine Teilbefüllung oder eine Ablagerung/ Sedimentation zurückgeschlossen werden.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Bezugselektrode, welche mit einem Bezugspotential verbunden ist, derart am Messrohrkörper angeordnet ist, um mit dem fließfähigen Medium einen galvanischen Kontakt zu bilden, wobei die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Erregersignal in Bezug auf die Bezugselektrode an dem Feldführungskörper aufzuprägen. Die Bezugselektrode kann beispielsweise als eine Stiftelektrode, Pilzelektrode oder als Erdungsring, weicher zwischen dem Messrohr und der Rohrleitung angeordnet ist, ausgebildet sein.

Zudem ist die Betriebsschaltung vorteilhafterweise dazu eingerichtet das Antwortsignal in Bezug auf die Bezugselektrode an dem Feldführungskörper zu ermitteln.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Betriebsschaltung mit der Spulenanordnung insbesondere elektrisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist ein getaktetes Magnetfeld zu erzeugen bei dem sich zwischen zwei Anregungsphasen eine Ruhephase befindet, in der im Wesentlichen kein Spulenstrom fließt, wobei in der Ruhephase das Erregersignal erzeugt und das Antwortsignal empfangen wird.

Um ein Verschieben des Nullpunktes zu vermeiden wird in den meisten Fällen ein getaktetes Magnetfeld mit alternierender Magnetfeldrichtung über die Spulenanordnung erzeugt. In den Phasen der Anregungsphase, in denen der Spulenstrom an der Spulenanordnung im Wesentlichen konstant ist wird die induzierte Messspannung ermittelt und für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, induzierten Messspannung verwendet. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung sind zwischen einzelnen Anregungsphasen Ruhephasen vorgesehen, in denen der Spulenstrom und somit auch das erzeugte Magnetfeld Null sind. In diesen Ruhephasen wird das Erregersignal an die Sensorelektrode aufgeprägt und ein Antwortsignal ermittelt. Somit wird sichergestellt, dass weder die induzierte Messspannung Einfluss auf das Antwortsignal nimmt noch, dass das erzeugte Erregersignal Einfluss auf die gemessene induzierte Spannung nimmt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, einen Messwert einer elektrischen Kapazität der Feldführungsanordnung zum Medium zumindest anhand des Antwortsignales zu bestimmen und anhand einer Abweichung der ermittelten Messwerte von einem Referenzwert, insbesondere einer Referenzkapazität eine Information bezüglich des Füllstandes zu ermitteln.

Die Ermittlung der Information bezüglich des Füllstandes umfasst im einfachsten Fall, das Vorliegen einer Vollbefüllung oder einer Teilbefüllung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Füllstandes eines Mediums in einem Messrohr oder in einer Rohrleitung mit einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, insbesondere mit der magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und bevorzugt WO 2021/223987 PCT/EP2021/060039 mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, umfassend die Verfahrensschritte:

- Beaufschlagen eines Feldführungskörpers mit einem elektrischen, insbesondere zeitlich alternierenden Erregersignal, - Empfangen eines elektrischen Antwortsignals von dem Feldführungskörper,

- Ermitteln einer Messkapazität oder eine von der Messkapazität abhängige Größe zumindest anhand des Antwortsignals, und

- Bestimmen eines Füllstandes des Mediums in einer Rohrleitung oder in einem Messrohr anhand der Messkapazität oder anhand der von der Messkapazität abhängigen Größe.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldführungsanordnung insbesondere genau einen Feldführungskörper umfasst, wobei das Beaufschlagen des Erregersignals insbesondere ausschließlich an dem Feldführungskörper erfolgt, wobei das Empfangen des Antwortsignals insbesondere ausschließlich an dem Feldführungskörper erfolgt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldführungsanordnung zwei insbesondere diametral angeordnete Feldführungskörper umfasst, wobei das Beaufschlagen des Erregersignals insbesondere ausschließlich an einem ersten Feldführungskörper der zwei Feldführungskörper erfolgt, wobei das Empfangen des Antwortsignals insbesondere ausschließlich an einem zweiten Feldführungskörper der zwei Feldführungskörper erfolgt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : einen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach dem Stand der Technik;

Fig. 2: einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;

Fig. 3: einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; und Fig. 4: einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zum Ermitteln eines Füllstandes eines Mediums in einem Messrohr oder in einer Rohrleitung mit einer magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung, nämlich einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr 8 wird ein fließfähiges Medium geleitet, welches eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes 10 ist so am Messrohr 8 angeordnet, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes 10 umfasst eine Feldführungsanordnung 5 und eine Spulenanordnung 6. Die abgebildete Feldführungsanordnung 5 umfasst zwei Feldführungskörper 10, welche jeweils einen Spulenkern 11 , der sich durch eine Öffnung in einer Spule erstreckt, und einen Polschuh 12 umfassen. Gemäß der Fig. 1 ist die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes 5 vom Messrohr 8 beabstandet angeordnet. Üblicherweise liegt die Vorrichtung 5 jedoch auf der äußeren Mantelfläche des Messrohres 8 auf. Aus Übersichtsgründen wurde auf die Darstellung der Feldrückführungskörper verzichtet. Die Feldrückführungskörper verbinden üblicherweise die dem Medium bzw. dem Polschuh abgewandten Seiten der beiden Spulenkerne. Die Feldführungskörper weisen einen magnetisch und elektrisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff auf. Die Spulenanordnung 6 umfasst zwei diametral angeordnete Spulen 13, die jeweils durch einen Spulenhalter und einen auf den Spulenhalter aufgewickelten Spulendraht gebildet sind. Ein Gehäuse 2 schützt die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes 5 gegen äußere Einflüsse. Bei einem angelegtem Magnetfeld bildet sich im Messrohr 8 eine durchflussabhängige Potentialverteilung aus, die mit zwei an der Innenwand des Messrohrkörpers 9 gegenüberliegend, angebrachten Messelektroden 3, 4 abgreifbar ist. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse bzw. werden durch eine Querachse geschnitten, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 8 verläuft. Anhand der gemessenen induzierten Messspannung ist die Durchflussgeschwindigkeit und, unter zusätzliche Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmbar. Um das Ableiten der an der ersten und zweiten Messelektrode 3, 4 anliegenden Messspannung über das Messrohr 8 zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff- oder Keramik-Liner 18 ausgekleidet. Alternativ ist der Messrohrkörper aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Keramik, gefertigt. Das durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes 4 aufgebaute Magnetfeld wird beispielsweise durch einen mittels einer Betriebsschaltung 7 getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Eine Messschaltung ist dazu eingerichtet die an den zwei Messelektroden 3, 4 anliegende, induzierte Messspannung zu ermitteln und eine Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den Volumendurchfluss des Mediums in Abhängigkeit von der gemessenen Messspannung zu ermitteln.

Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden 3, 4 zwei weitere Elektroden 15, 16 auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Messrohr 8 angebrachte Füllstandsüberwachungselektrode 16 dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres 1 zu detektieren, und ist dazu eingerichtet diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses zu berücksichtigen. Des Weiteren dient eine Bezugselektrode 17, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode 16 bzw. am untersten Punkt des Messrohrquerschnittes angebracht ist, dazu, eine ausreichende Erdung des Mediums zu gewährleisten.

Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung. Die erste Ausgestaltung unterscheidet sich von dem oben dargelegten Stand der Technik im Wesentlichen darin, dass auf eine Füllstands überwachungselektrode verzichtet und stattdessen ein Feldführungskörper 10 als Sensorelektrode für eine kapazitive Bestimmung des Füllstandes eingesetzt wird. Auf eine Abbildung des Gehäuses wurde aus Übersichtsgründen verzichtet. Zudem umfasst die Feldführungsanordnung 5 genau einen Feldführungskörper 10, bestehend aus einem Spulenkern 11 und einem Polschuh 12. Der Polschuh 12 und der Spulenkern 11 sind zweiteilig dargestellt. Die Verbindung des Feldführungskörpers 10 mit der Betriebsschaltung 7 erfolgt über den Spulenkern 11 . Die Betriebsschaltung 7 ist dazu eingerichtet ein Erregersignal an den Feldführungskörper 10 aufzuprägen und ein Antwortsignal an den Feldführungskörper 10 zu ermitteln. Alternativ kann die Betriebsschaltung 7 dazu eingerichtet sein das Erregersignal an dem Polschuh aufzuprägen und das Antwortsignal an ebendiesem zu ermitteln. Beides erfolgt in Bezug auf eine im Messrohr 8 angeordnete Bezugselektrode 17. In der dargestellten Ausgestaltung ist die Bezugselektrode 17 eine pilzkopfförmige Elektrode, die entgegengesetzt zum Feldführungskörper 10 - im unteren Bereich des Messrohres - angeordnet ist. Es sind jedoch auch andere Formen von Bezugselektroden möglich.

Das Messrohr 8 umfasst einen Messrohrkörper 9, jedoch ist der - anders als im obigen Stand der Technik - aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Somit kann auf einen elektrisch isolierenden Liner verzichtet werden. Weist das zu führende Medium eine ausreichend hohe Leitfähigkeit auf, so nimmt es im Blick auf die Sensorelektrode die Funktion der Gegenelektrode an. Das Dielektrikum des sich durch die beiden Elektroden ausbildenden Kondensators ist im Wesentlichen die elektrisch isolierende Wandung des Messrohrkörpers 9.

Alternativ kann ein weiterer Feldführungskörper vorgesehen werden, welcher jedoch nicht als Sensorelektrode eingerichtet und nicht mit der Betriebsschaltung elektrisch verbunden ist.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessvorrichtung. Die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung im Wesentlichen darin, dass genau zwei Feldführungskörper 10, 15 diametral am Messrohr 8 angeordnet sind und beide jeweils mit der Betriebsschaltung 7 elektrisch verbunden sind. Die Feldführungskörper 10, 15 umfassen jeweils einen Spulenkern 11.1 , 11.2 und einen Polschuh 12.1 , 12.2. Auf die Darstellung der Bezugselektrode wurde verzichtet. Diese kann beispielsweise ähnlich wie die herkömmlichen Messelektroden - z.B. als Spitzelektrode - oder aber als Erdungsring ausgebildet sein.

Die Betriebsschaltung 7 ist mit den beiden Feldführungskörpern 10, 15 elektrisch verbunden und dazu eingerichtet, an beiden Feldführungskörpern 10, 15 jeweils ein Erregersignal einzuspeisen und jeweils ein Antwortsignal, welches üblicherweise die Form eines zeitlich alternierenden Stromes ausweist zu ermitteln. Aus den beiden Antwortsignalen lässt sich jeweils eine Messkapazität bestimmen, anhand der Aussagen über eine etwaige Teilfüllung, Ablagerung oder Sedimentation gemacht werden können. Alternativ kann die Betriebsschaltung 7 dazu eingerichtet sein ein Erregersignal an einem ersten Feldführungskörper 10 von den zwei Feldführungskörpern 10, 15 anzulegen und das Antwortsignal an einem zweiten Feldführungskörper 15 der zwei Feldführungskörper 10, 15 zu empfangen. Aus dem Antwortsignal lässt sich unter Berücksichtigung des Erregersignales eine Messkapazität bestimmen, die abhängig vom Füllstand des Mediums im Messrohr 8 ist. Die Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zum Ermitteln eines Füllstandes eines Mediums in einem Messrohr mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät. In einem ersten Verfahrensschritt A wird an einer Feldführungsanordnung ein zeitlich alternierendes Erregersignal aufgebracht. Die Feldführungsanordnung umfasst mindestens einen Feldführungskörper, welcher durch mindestens einen Spulenkern und/oder mindestens einen Polschuh gebildet ist. Das Beaufschlagen mit dem Erregersignal erfolgt über eine Betriebsschaltung, die mit der Feldführungsanordnung bzw. mit mindestens einem der Feldführungskörpern elektrisch verbunden ist. In einem weiteren Verfahrensschritt B wird mittels der Betriebsschaltung ein elektrisches Antwortsignal von der Feldfühungsanordnung bzw. dem Feldführungskörper empfangen. Dabei erfolgt das Beaufschlagen und Empfangen an einem einzigen Feldführungskörper. Alternativ kann an einem ersten Feldführungskörper das Erregersignal aufgebracht und an einem zweiten Feldführungskörper das

Antwortsignal empfangen werden. Anhand des Antwortsignales, unter Berücksichtigung des Erregersignals, wird in einem weiteren Verfahrensschritt C eine Messkapazität ermitteln, welche vom Füllstand des Mediums im Messrohr abhängt. In einem letzten Verfahrensschritt D wird dann ein Füllstand in Abhängigkeit der ermittelten Messkapazität bestimmt. Alternativ kann eine Abweichung der ermittelten Messkapazität von einem Referenzwert oder einem Referenzbereich ermittelt werden und gegebenenfalls ein Warnhinweis ausgegeben werden.

Bezugszeichenliste

1 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

2 Gehäuse 3 Messelektrode

4 Messelektrode

5 Feldführungsanordnung

6 Spulenanordnung

7 Betriebsschaltung 8 Messrohr

9 Messrohrkörper

10 Feldführungskörper

11 Spulenkern

12 Polschuh 13 Spule

14 Spule

15 Feldführungskörper

16 Füllstandsüberwachungselektrode

17 Bezugselektrode

18 Liner