BÄHR GÜNTHER (CH)
VOIGT FRANK (DE)
WO2009158605A2 | 2009-12-30 |
EP1106974A1 | 2001-06-13 | |||
US20090173168A1 | 2009-07-09 | |||
DE102015107366B3 | 2016-01-21 | |||
DE102012110665A1 | 2014-05-08 | |||
JPS59180437A | 1984-10-13 | |||
DE10312058A1 | 2004-09-30 |
Patentansprüche 1. Verfahren zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (120), welches Durchflussmessgerät (120) ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten Spulensystem (S1 ), mindestens zwei Messelektroden (31 , 32) und ein Messrohr (10) aufweist, wobei das mindestens eine erste Spulensystem (S1 ) ein im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Längsachse des Messrohrs (10) verlaufendes Magnetfeld (20) zur Induktion einer durchflussabhängigen Spannung (33) im Medium erzeugt; wobei die mindestens zwei mit dem Medium gekoppelten Messelektroden (31 , 32) die im Medium durch das Magnetfeld (20) induzierte Spannung (33) erfassen; wobei das Medium über eine Rohrleitung (1 10) zum Messrohr (10) des magnetischinduktiven Messgeräts (120) geführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1 10) mindestens eine erste Verengung (1 1 1 ) und/oder das Messrohr (10) mindestens eine zweite Verengung (1 12) aufweist, welche auf der stromaufwärts gerichteten Seite des Durchflussmessgeräts (120) angeordnet sind/ist, und wobei die erste Verengung (11 1 ) bzw. die zweite Verengung (1 12) zumindest auf der stromabwärts gerichteten Seite eine Strömungsabrisskante (1 13, 114) aufweist, und wobei das Medium eine Flüssigkeit mit einer elektrischen Leitfähigkeit von höchstens 20 μ5/αη und insbesondere mit einer Leitfähigkeit höchstens 5 μ5/αη und bevorzugt mit einer Leitfähigkeit höchstens 2 μ5/αη ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erste Verengung (11 1 ) bzw. die zweite Verengung (1 12) eine innere Querschnittsfläche der Rohrleitung (1 10) beziehungsweise des Messrohrs (10) um mindestens 10% und insbesondere um mindestens 30% und bevorzugt um mindestens 50% verringert. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis Volumendurchfluss in ml/s zu innerer Querschnittsfläche der Rohrleitung in mmA2 größer als 0.05 ml/(s*mmA2) und insbesondere größer als 0.1 ml/(s*mmA2) und bevorzugt größer als 0.5 ml/(s*mmA2) und kleiner als 20 ml/(s*mmA2) und insbesondere kleiner als 10 ml/(s*mmA2) und bevorzugt kleiner als 5 ml/(s*mmA2) ist. 4. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Rohrleitung (110) einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist, und wobei der Radius der Rohrleitung (1 10) größer als 2 mm und insbesondere größer als 3 mm und bevorzugt größer als 4 mm und kleiner als 50 mm und insbesondere kleiner als 35 mm und bevorzugt kleiner als 27 mm ist. 5. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Weglänge entlang der Strömungsrichtung des Mediums vom Beginn der ersten Verengung (11 1 ) bis zu den Messelektroden (31 , 32) höchstens dem vierzigfachen und insbesondere höchstens dem zwanzigfachen und bevorzugt höchstens dem zehnfachen Innendurchmesser des Messrohrs (10) im Bereich der Messelektroden (31 , 32) entspricht. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld (20) erzeugt wird, wobei das Magnetfeld (20) periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen geschaltet wird, insbesondere die Polarität geändert wird, wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist. 7. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr insbesondere nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: ein Messrohr (10) mit einer ersten Längsachse; ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten Spulensystem (S1 ) mit mindestens einer ersten Spule (51 ) mit einem ersten Spulenkern (52), welches erste Spulensystem (S1 ) am Messrohr (10) angeordnet ist, wobei das erste Spulensystem dazu eingerichtet ist, ein im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Längsachse des Messrohrs (10) verlaufendes Magnetfeld (20) zu erzeugen; und mindestens zwei im Messrohr (10) angeordnete Messelektroden (31 , 32), welche mit dem Medium gekoppelt und dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld (20) induzierte, durchflussabhängige Spannung (33) zu erfassen; und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden (31 ,32) erfasste Spannung auszuwerten; wobei das Magnetsystem mindestens eine Feldrückführung (40) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen der dem ersten Spulensystem (S1 ) gegenüberliegenden Messrohrseite und dem ersten Spulensystem (S1 ) zumindest teilweise zu führen, wobei die Feldrückführung (40) zwei Rückführungsbleche (41 , 42) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Messrohrs angeordnet sind und wobei der erste Spulenkern (52) dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld zwischen dem Messrohr und der Feldrückführung (40) zumindest teilweise zu führen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsbleche (41 , 42) durch einen Luftspalt (43) voneinander getrennt sind. 8. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 7, wobei der Luftspalt (43) einen Abstand der Rückführungsbleche zueinander sicherstellt, und wobei das Verhältnis von Abstand zu Dicke der Rückführungsbleche größer als 0.5 und insbesondere größer als 1 und bevorzugt größer als 1 ,5 ist. 9. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Rückführungsbleche (41 , 42) symmetrisch bezüglich einer Ebene sind, in welcher Ebene die erste Längsachse verläuft. 10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die mindestens eine erste Spule (51 ) des ersten Spulensystems (S1 ) eine zweite Längsachse (L2) aufweist, und wobei der Luftspalt (43) die zweite Längsachse (L2) schneidet. 1 1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Durchflussmessgerät auf der dem ersten Spulensystem (S1 ) gegenüberliegenden Seite mindestens ein zweites, insbesondere dem ersten Spulensystem baugleiches Spulensystem (S2) mit mindestens einer zweiten Spule (61 ) mit einem zweiten Spulenkern (62) aufweist, wobei das erste Spulensystem (S1 ) und das zweite Spulensystem (S2) dazu eingerichtet sind, ein im Wesentlichen senkrecht zur ersten Längsachse des Messrohrs (10) und im Wesentlichen parallel zur zweiten Längsachse (L2) des ersten Spulensystems (S1 ) verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen, wobei der zweite Spulenkern (62) dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld zwischen dem Messrohr (10) und der Feldrückführung (40) zumindest teilweise zu führen und die magnetische Flussdichte zu erhöhen, und wobei die Feldrückführung dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen dem ersten Spulensystem (S1 ) und dem zweiten Spulensystem (S2) zumindest teilweise zu führen. 12. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Spulensystem zu speisen, um in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen zu schalten, und insbesondere die Polarität zu ändern, wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist. 13. Anordnung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr mittels eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, insbesondere nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 12, umfassend: mindestens eine Rohrleitung (1 10); und mindestens ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (120), umfassend: ein Messrohr (10); ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten Spulensystem (S1 ), welches erste Spulensystem (S1 ) dazu eingerichtet ist, ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs (10) verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen; und mindestens zwei im Messrohr (10) angeordnete Messelektroden (31 , 32), welche mit dem Medium gekoppelt sind, und wobei die Messelektroden dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte, durchflussabhängige Spannung zu erfassen; und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden (31 , 32) erfasste Spannung auszuwerten; wobei das Medium über die Rohrleitung (1 10) zum Messrohr (10) des magnetischinduktiven Messgeräts geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1 10) mindestens eine erste Verengung (1 1 1 ) und/oder das Messrohr (10) mindestens eine zweite Verengung (1 12) aufweist, welche auf der stromaufwärts gerichteten Seite des Durchflussmessgeräts (120) angeordnet sind/ist, und wobei die erste Verengung (11 1 ) bzw. die zweite Verengung (1 12) zumindest auf der stromabwärts gerichteten Seite eine Strömungsabrisskante (1 13, 114) aufweist. 14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei die erste Verengung (11 1 ) beziehungsweise die zweite Verengung (1 12) eine innere Querschnittsfläche der Rohrleitung (1 10) beziehungsweise des Messrohrs (10) um mindestens 10% und insbesondere um mindestens 30% und bevorzugt um mindestens 50% verringert. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Weglänge entlang der Strömungsrichtung des Mediums vom Beginn der ersten Verengung (11 1 ) bis zu den Messelektroden (31 , 32) höchstens dem zwanzigfachen und insbesondere höchstens dem zehnfachen und bevorzugt höchstens dem fünffachen Innendurchmesser des Messrohrs im Bereich der Messelektroden (31 , 32) entspricht. 16. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Spulensystem (S1 , S2) zu speisen, um in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen zu schalten, und insbesondere die Polarität zu ändern, wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist. 17. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Anordnung (100) eine Ableitung (130) aufweist, welche auf der stromabwärts gerichteten Seite des Durchflussmessgeräts angeordnet ist, wobei das Medium über die Ableitung (130) vom Durchflussmessgerät zu einem Behältnis (140) geführt wird. 18. Anordnung nach Anspruch 17, wobei die Ableitung (130) ein Ventil (131 ) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Durchflussgeschwindigkeit oder den Volumendurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung (1 10) zu steuern. 19. Abfüllanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 18. wobei ein Abfüllvolumen ein Volumen von mindestens 10 ml und insbesondere mindestens 50 ml und bevorzugt mindestens 200 ml aufweist. 20. Abfüllanlage mit einer Anordnung insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei ein Abfüllvolumen ein Volumen von höchstens 10 I und insbesondere höchstens 5 I und bevorzugt höchstens 2 I aufweist. 21. Abfüllanlage nach Anspruch 19 oder 20, wobei die relative Abweichung des Abfüllvolumens bezüglich eines Soll-Abfüllvolumens kleiner als 1 % und insbesondere kleiner als 0.3% und bevorzugt kleiner als 0.1 % ist. |
Volumendurchflusses eines Mediums mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 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 magnetischinduktiven 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 Spulensystem mit einer oder mehreren Spulen erzeugt. Die durchflussabhängige Spannung wird von mindestens zwei
Messelektroden abgegriffen und von einer Messvorrichtung ausgewertet. Somit lässt sich aus der gemessenen Spannung und dem bekannten Magnetfeld der Durchfluss des Mediums durch die Rohrleitung bestimmen. Die Schrift DE10312058A1 beschreibt ein solches Durchflussmessgerät. Magnetisch-induktive Messgeräte sind robuste und günstig herzustellende
Durchflussmessgeräte benötigen für den Messbetrieb eine elektrische
Mindestleitfähigkeit des zu messenden Mediums. Im Falle einer geringen Leitfähigkeit des Mediums nimmt die Impedanz des Mediums zu und die Signalqualität ab, so dass üblicherweise Durchflussmessgeräte, welche auf anderen Messprinzipien basieren, zum Einsatz kommen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Messen der
Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät vorzuschlagen, bei welchem auch Medien mit geringen
Leitfähigkeiten zuverlässig und mit hoher Genauigkeit vermessen werden können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 , sowie durch ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät nach Anspruch 8, sowie durch eine Anordnung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts gemäß dem unabhängigen Anspruch 14 und durch eine Abfüllanlage gemäß dem unabhängigen Anspruch 20.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels eines magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts umgesetzt, welches Durchflussmessgerät ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten
Spulensystem, mindestens zwei Messelektroden und ein Messrohr aufweist, wobei das mindestens eine erste Spulensystem ein im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Messrohrs verlaufendes Magnetfeld zur Induktion einer
durchflussabhängigen Spannung im Medium erzeugt; wobei die mindestens zwei mit dem Medium gekoppelten Messelektroden die im
Medium durch das Magnetfeld induzierte Spannung erfassen; wobei das Medium über eine Rohrleitung zum Messrohr des magnetisch-induktiven Messgeräts geführt wird; wobei die Rohrleitung eine erste Verengung und/oder das Messrohr eine zweite
Verengung aufweist, welche auf der stromaufwärts gerichteten Seite des
Durchflussmessgeräts angeordnet sind/ist, und wobei das Medium eine Flüssigkeit mit einer elektrischen Leitfähigkeit von höchstens 20 μ5/αη und insbesondere mit einer Leitfähigkeit höchstens 5 μ5/αη und bevorzugt mit einer Leitfähigkeit höchstens 2 μ5/αη ist, wobei das Medium erfindungsgemäß ein Medium aus der folgenden Liste sein kann: demineralisiertes Wasser,
Mischung aus demineralisiertem Wasser und mindestens einem Kohlenwasserstoff, Mischung aus demineralisiertem Wasser und mindestens einem Alkohol, Mischung aus demineralisiertem Wasser und mindestens einer organischen Verbindung, z.B. einem Vitamin oder einer Aminosäure.
Mischung aus demineralisiertem Wasser und mindestens einem Enzym.
Mischung aus demineralisiertem Wasser und mindestens einer weiteren Komponente, welche die Leitfähigkeit nicht über die oben genannten Höchstwerte hinaus erhöht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens verringert die erste Verengung eine innere Querschnittsfläche der Rohrleitung beziehungsweise die zweite Verengung eine innere Querschnittsfläche des Messrohrs um mindestens 10% und insbesondere um
mindestens 30% und bevorzugt um mindestens 50%. In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das Verhältnis Volumendurchfluss in ml/s zu innerer Querschnittsfläche der Rohrleitung in mm A 2 größer als 0.05 ml/(s * mm A 2) und insbesondere größer als 0.1 ml/(s * mm A 2) und bevorzugt größer als 0.5 ml/(s * mm A 2) und kleiner als 20 ml/(s * mm A 2) und insbesondere kleiner als 10 ml/(s * mm A 2) und bevorzugt kleiner als 5 ml/(s * mm A 2). In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist die Rohrleitung einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf, wobei der Radius der Rohrleitung größer als 1 mm und insbesondere größer als 2 mm und bevorzugt größer als 5 mm und kleiner als 50 mm und insbesondere kleiner als 35 mm und bevorzugt kleiner als 27 mm.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens entspricht die Weglänge entlang der Strömung des Mediums vom Beginn der ersten Verengung bis zu den Messelektroden höchstens dem vierzigfachen und insbesondere höchstens dem zwanzigfachen und bevorzugt höchstens dem zehnfachen Innendurchmesser des Messrohrs im Bereich der
Messelektroden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld erzeugt, wobei das Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen geschaltet wird, insbesondere die Polarität geändert wird, wobei die Frequenz der Zustandsanderung größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist, wobei eine höhere Frequenz der Zustandsanderung das Signal-Rausch-Verhältnis der durch die Messelektroden erfassten induzierten Spannung positiv beeinflusst. Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einer Rohrleitung umfasst dabei: ein Messrohr mit einer ersten Längsachse; ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten Spulensystem mit mindestens einer ersten Spule mit einem ersten Spulenkern, welches erste Spulensystem am Messrohr angeordnet ist, wobei das erste Spulensystem dazu eingerichtet ist, ein im
Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Längsachse des Messrohrs verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen; und mindestens zwei im Messrohr angeordnete Messelektroden, welche mit dem Medium gekoppelt und dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte, durchflussabhängige Spannung zu erfassen; und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden erfasste Spannung auszuwerten; wobei das Magnetsystem mindestens eine Feldrückführung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen der dem ersten Spulensystem gegenüberliegenden Messrohrseite und dem ersten Spulensystem zumindest teilweise zu führen, wobei die Feldrückführung zwei Rückführungsbleche aufweist, welche auf
gegenüberliegenden Seiten des Messrohrs angeordnet sind und wobei der erste Spulenkern dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld zwischen dem Messrohr und der Feldrückführung zumindest teilweise zu führen und die magnetische Flussdichte im Spulensystem zu erhöhen, wobei die Rückführungsbleche durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Die Trennung der Rückführungsbleche durch einen Luftspalt führt zu einer schnelleren Anpassung der durch das Magnetfeld im Medium induzierten elektrischen Spannung bei Wechsel von einem ersten Feldzustand zu einem zweiten Feldzustand. Dadurch lässt sich die Frequenz der Zustandsänderung des Magnetfelds erhöhen, was das Signal-Rausch-Verhältnis der durch die Messelektroden erfassten induzierten
Spannung positiv beeinflusst.
In einer Ausgestaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts stellt der Luftspalt einen Abstand der Rückführungsbleche zueinander sicher, wobei das
Verhältnis von Abstand zu Dicke der Rückführungsbleche größer als 0.5 und
insbesondere größer als 1 und bevorzugt größer als 1 ,5 ist.
In einer Ausgestaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts sind die Rückführungsbleche symmetrisch bezüglich einer Ebene, in welcher Ebene die erste Längsachse verläuft.
In einer Ausgestaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts weist die mindestens eine Spule des ersten Spulensystems eine zweite Längsachse auf, wobei der Luftspalt die zweite Längsachse, insbesondere senkrecht, schneidet. Die zweite Längsachse fällt dabei mit einer Symmetrieachse der Spule zusammen. wobei das Durchflussmessgerät auf der dem ersten Spulensystem gegenüberliegenden Seite mindestens ein zweites, insbesondere dem ersten Spulensystem baugleiches, Spulensystem mit mindestens einer zweiten Spule mit einem zweiten Spulenkern aufweist, wobei das erste Spulensystem und das zweite Spulensystem dazu eingerichtet sind, ein im Wesentlichen senkrecht zur ersten Längsachse des Messrohrs und im Wesentlichen parallel zur zweiten Längsachse des ersten Spulensystems verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen, wobei der zweite Spulenkern dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld zwischen dem Messrohr und der Feldrückführung zu führen und die magnetische Flussdichte im Spulensystem zu erhöhen, und wobei die Feldrückführung dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen dem ersten Spulensystem und dem zweiten Spulensystem zumindest teilweise zu führen.
In einer Ausgestaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, das Spulensystem zu speisen, um in einer Messphase zum Aufnehmen von mindestens einem
Spannungswert zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit oder dem
Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen zu schalten, und insbesondere die Polarität zu ändern, wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist.
Durch eine Erhöhung der Frequenz der Zustandsänderung verbessert sich das Signal- Rausch-Verhältnis. Mit der Einrichtung eines Luftspalts zwischen den
Rückführungsblechen lässt sich durch die schnellere Anpassung der durch das Magnetfeld im Medium induzierten elektrischen Spannung an ein geändertes
Magnetfeld die Zustandsänderungsfrequenz weiter erhöhen und somit das Signal- Rausch-Verhältnis weiter verbessern.
Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst dabei: mindestens eine Rohrleitung; und mindestens ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, umfassend: ein Messrohr; ein Magnetsystem mit mindestens einem ersten Spulensystem, welches erste
Spulensystem 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 sind, und wobei die Messelektroden dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte, durchflussabhängige Spannung zu erfassen; und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, die von den Messelektroden erfasste Spannung auszuwerten; wobei das Medium über die Rohrleitung zum Messrohr des magnetisch-induktiven Messgeräts geführt wird, und wobei die Rohrleitung eine Verengung aufweist, welche auf der stromaufwärts gerichteten Seite des Durchflussmessgeräts angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Verengung weist in der Rohrleitung beziehungsweise im Messrohr eine Strömungsabrisskante auf, welche für eine Abflachung des
Strömungsprofils des Mediums im Bereich der Messelektroden sorgt. Ein flaches Strömungsprofil im Bereich der Messelektroden ist vorteilhaft für das Signal-Rausch- Verhältnis.
In einer Ausgestaltung der Anordnung verringert die erste Verengung eine innere Querschnittsfläche der Rohrleitung beziehungsweise die zweite Verengung eine innere Querschnittsfläche des Messrohrs um mindestens 10% und insbesondere um mindestens 30% und bevorzugt um mindestens 50%.
In einer Ausgestaltung der Anordnung entspricht die Weglänge entlang der
Strömungsrichtung des Mediums vom Beginn der Verengung bis zu den
Messelektroden höchstens dem vierzigfachen und insbesondere höchstens dem zwanzigfachen und bevorzugt höchstens dem zehnfachen Innendurchmesser der Verengung.
In einer Ausgestaltung der Anordnung ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, das Spulensystem zu speisen, um in einer Messphase zum
Aufnehmen von mindestens einem Spannungswert zur Bestimmung der
Durchflussgeschwindigkeit oder dem Volumendurchfluss ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen zu schalten, und insbesondere die Polarität zu ändern, wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 80 Hz und insbesondere größer als 120 Hz und bevorzugt größer als 200 Hz ist.
In einer Ausgestaltung weist die Anordnung eine Ableitung auf, welche auf der stromabwärts gerichteten Seite des Durchflussmessgeräts angeordnet ist, wobei das Medium über die Ableitung vom Durchflussmessgerät zu einem Behältnis geführt wird.
In einer Ausgestaltung der Anordnung weist die Ableitung ein Ventil auf, welches dazu eingerichtet ist, die Durchflussgeschwindigkeit oder den Volumendurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung zu steuern.
Bei einer erfindungsgemäßen Abfüllanlage weist dabei ein Abfüllvolumen ein Volumen von mindestens 10 ml und insbesondere mindestens 50 ml und bevorzugt mindestens 200 ml auf. In einer Ausgestaltung der Abfüllanlage weist dabei ein Abfüllvolumen ein Volumen von höchstens 10 I und insbesondere höchstens 5 I und bevorzugt höchstens 2 I auf.
In einer Ausgestaltung der Abfüllanlage ist die relative Abweichung des Abfüllvolumens bezüglich eines Soll-Abfüllvolumens kleiner als 1 % und insbesondere kleiner als 0.3% und bevorzugt kleiner als 0.1 %. Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Messen der
Durchflussgeschwindigkeit oder des Volumendurchflusses eines Mediums mit geringer Leitfähigkeit mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Umsetzung des Verfahrens sowie eine Anordnung mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät zur Umsetzung des Verfahrens und eine Abfüllanlage mit einem magnetisch-induktiven
Durchflussmessgerät vorgeschlagen. Die Kombination der vorteilhaften Merkmale umfassend die Frequenz der Zustandsänderung des Magnetfelds von mindestens 80 Hz, die Verengung der Rohrleitung beziehungsweise des Messrohrs zur Optimierung des Strömungsprofils im Bereich der Messelektroden sowie die durch einen Luftspalt getrennten Rückführungsbleche zur Erhöhung der möglichen Frequenz der
Zustandsänderung des Magnetfelds zur Verbesserung des Signal-Rausch- Verhältnisses der durch die Messelektroden abgegriffenen Spannung im Medium ermöglicht die Messung der Durchflussgeschwindigkeit beziehungsweise des
Volumendurchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung mit einer Leitfähigkeit von höchstens 10 μ5/αη und insbesondere mit einer Leitfähigkeit von höchstens 5 μ5/οηη und bevorzugt mit einer Leitfähigkeit von höchstens 3 μ5/αη.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Rohrleitung und einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Leitungsverlauf einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Rohrleitung und mit einem Messrohr eines an die Rohrleitung angeschlossenen erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 100 umfassend ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät 120, eine Rohrleitung 1 10 mit einer ersten Verengung 1 11 , und eine Ableitung 130 mit einem Ventil 131 sowie ein Behältnis 140. Ein Medium, welches durch die Rohrleitung 110 zum Durchflussmessgerät 120 geführt wird, erfährt durch die erste Verengung 1 1 1 eine Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit. Beispielsweise weist die Rohrleitung eine erste Verengung 1 11 auf, in welchem sich der
Rohrquerschnitt stromabwärts zur ersten Verengung 1 11 hin kontinuierlich verringert, so dass der Strömungswiderstand im Vergleich zu einer abrupten Verengung weniger ansteigt. Bei laminaren Strömungen, deren Reynoldszahl R in der Nähe eines kritischen Werts Ri<rit liegt, bei welchem ein Übergang in turbulentes Strömungsverhalten beobachtet werden kann, wirkt das stromabwärts gerichtete Ende der Verengung 1 1 1 als eine Strömungsabrisskante, welche eine Bildung und Ablösung von Strömungswirbeln bewirkt. Bei laminaren Strömungen weist das Strömungsprofil in guter Näherung eine Parabelform auf, so dass die Strömungsgeschwindigkeit an der Wandung der Rohrleitung 1 10 praktisch 0 und in der Mitte entlang einer Längsachse der Rohrleitung 1 10 maximal ist. Die Strömungswirbel beeinflussen eine
Mediengrenzschicht, welche sich bei Messelektroden an der Grenzfläche
Elektrodenmaterial - Medium ausbildet.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät 120 welches ein Messrohr 10; und ein Magnetsystem mit einem ersten Spulensystem S1 mit einer ersten Spule 51 mit einem ersten Spulenkern 52 und ein zweites Spulensystem S2 mit einer zweiten Spule 61 mit einem zweiten Spulenkern 62 zur Erzeugung eines Magnetfelds 20, welches innerhalb des Messrohrs im
Wesentlichen senkrecht zu einer Messrohrachse steht; und zwei Messelektroden 31 , 32; und eine Feldrückführung 40 mit Rückführungsblechen 41 und 42 umfasst. Das Magnetfeld 20 erzeugt im durch das Messrohr 10 strömenden Medium eine
durchflussabhängige Spannung 33, welche von den Messelektroden abgegriffen wird. Das Magnetfeld 20 wird außerhalb des Messrohrs über die metallische Feldrückführung 40 zwischen dem ersten Spulenkern 52 der ersten Spule 51 des ersten Spulensystems S1 und dem zweiten Spulensystem S2 geleitet. Die erfindungsgemäße Feldrückführung weist zwei Rückführungsbleche 41 und 42 auf, welche durch einen Luftspalt 43 voneinander getrennt sind. Die Rückführungsbleche 41 , 42 liegen dabei auf einer dem Messrohr abgewandten Seite des ersten Spulenkerns 52 und auf einer dem Messrohr abgewandten Seite des zweiten Spulenkerns 62 auf. Der erste Spulenkern 52 und der zweite Spulenkern 62 können auf der dem Messrohr zugewandten Seite als Polschuh ausgeformt sein. Zwischen den Spulenkernen und dem Messrohr kann aber auch jeweils ein separater Polschuh angeordnet sein. Der Luftspalt zwischen den
Rückführungsblechen 41 , 42 hat zur Folge, dass sich nach einer Änderung der Feldstärke und/oder der Orientierung des Magnetfelds die im Medium induzierte elektrische Spannung 33 schneller an das geänderte Magnetfeld anpasst und einen neuen, im Wesentlichen konstanten Wert erreicht. Somit kann die Frequenz der
Zustandsänderung des Magnetfelds weiter erhöht werden, was positive Auswirkungen auf das Signal-Rausch-Verhältnis der durch die Messelektroden 31 , 32 abgegriffenen Spannung hat. Die Steuerung des ersten Spulensystems S1 und des zweiten
Spulensystem S2 und die Auswertung der von den Messelektroden 31 , 32
abgegriffenen Spannung wird von einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung sichergestellt, welche zur Vermeidung von Unübersichtlichkeit nicht in Fig. 2 aufgeführt ist. Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät kann beispielsweise auch nur ein erstes Spulensystem umfassen, wobei die
Rückführungsbleche auf der dem ersten Spulensystem S1 gegenüberliegenden Messrohrseite über ein Feldleitelement mit dem Messrohr verbunden sind. Fig. 3 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 200. In einem ersten Verfahrensschritt 201 wird das durch das Messrohr 10 strömende Medium durch eine Verengung geführt, wobei sich an einer Strömungsabrisskante Turbulenzen im Medium ausbilden und ablösen, so dass das Strömungsprofil abgeflacht wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 202 wird das Medium mit abgeflachtem Strömungsprofil an den Messelektroden 31 , 32 im Messrohr 10 vorbeigeführt. In einem dritten Verfahrensschritt 203 wird das Medium nach Durchlaufen des Messrohrs 10 über eine Ableitung 130 mit einem Ventil 131 einem Behältnis 140 zugeführt.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Einlaufbereich einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 mit einer Rohrleitung 1 10 und mit einem Messrohr 10 eines an die Rohrleitung 1 10 angeschlossenen erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgeräts 120. Der Leitungsverlauf weist eine erste Verengung 1 1 1 in der Rohrleitung 110 und eine zweite Verengung 1 12 im Messrohr 10 auf, wobei die Querschnittsfläche der Rohrleitung 1 10 bzw. des Messrohrs 10 im Bereich der ersten Verengung 1 1 1 bzw. im Bereich der zweiten Verengung stromabwärts verringert wird. Ein Medium, welches durch die Rohrleitung 1 10 zum Durchflussmessgerät 120 geführt wird, erfährt durch die erste Verengung 1 11 eine Erhöhung der
Durchflussgeschwindigkeit und durch die zweite Verengung 1 12 eine weitere Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit. Im Medium werden bei ausreichend hoher
Strömungsgeschwindigkeit an Strömungsabrisskanten 1 13, 114 Strömungswirbel erzeugt. Die erste Verengung 1 1 1 und die zweite Verengung 1 12 haben durch die Erzeugung von Strömungswirbeln einen positiven Effekt auf das Signal-Rausch- Verhältnisses, insbesondere die Kombination der ersten Verengung 1 1 1 mit der zweiten Verengung 112 wirkt sich positiv auf das Signal-Rausch-Verhältnis aus. Die
Verengungen sind dabei auf der stromaufwärts gerichteten Seite des
Durchflussmessgeräts angeordnet.
Bezugszeichenliste
Messrohr
Magnetfeld
Messelektrode
Messelektrode
elektrische Spannung
Feldrückführung
Rückführungsblech
Luftspalt
erstes Spulensystem
erste Spule
erster Spulenkern
zweite Längsachse
zweites Spulensystem
zweite Spule
zweiter Spulenkern
Anordnung
Rohrleitung
Verengung
Strömungsabrisskante
magnetisch-induktives Durchflussmessgerat Ableitung Ventil
Behältnis
Verfahren
erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt dritter Verfahrensschritt