Verfahren zur Ermittlung einer Beschädigung an einer Verbindungsleitung und entsprechende Vorrichtung sowie magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung einer Beschädigung an mindestens einer Verbindungsieitung und eine entsprechende Vorrichtung sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, wobei die Verbindungsleitung aus mindestens einem Innenleiter und mindestens einem Außenleiter besteht, wobei ein elektrisches Signal über den Innenleiter übertragen wird.

Verbindungsleitungen werden in einer Vielzahl von Bereichen verwendet, um verschiedene Geräte und Vorrichtungen zu bedienen, zu überwachen und/oder zu aktivieren. Defekte an Verbindungsleitungen sind nicht leicht zu finden und werden oftmals nur durch einen Systemausfall oder durch einen sonstigen verursachten, größeren Schaden entdeckt.

Zur Verbesserung der Sicherheit und einer Vielfalt anderer Gründe ist eine frühe und die Verbindungsleätungen schonende Ermittlung einer Beschädigung, die z.B. während einer Wartungsroutine durchgeführt werden kann, wünschenswert. Eine solche Ermittlung ist besonders dann wünschenswert, wenn keine visuelle Kontrolle der Leitungen möglich ist, oder die Art der Beschädigung nicht visuell zu erfassen ist.

Eine Beschädigung einer elektrischen Verbindungsleitung äußert sich beispielsweise in einer änderung des Widerstandes der Verbindungsleitung. Bei stromführenden Verbindungsleitungen iässt sich eine Beschädigung deshalb einfach mittels eines Widerstandsmessgerätes, welches den geflossenen Strom und die abgefallene Spannung über die Verbindungsleitung misst, feststellen.

Im Gegensatz zu stromführenden Verbindungsleitungen ist eine Beschädigung stromloser Verbindungsleitungen nicht ohne weiteres feststellbar. Bisher bekannte Verfahren zur Ermittlung von Beschädigungen an stromlosen Verbindungskabeln sind die Zeit- und die Frequenzbereichsreflektometrie, wie z.B. in der Patentschrift US 7,120,563 B2 offenbart. Diese sich ähnelnden Verfahren können z.B. zu einer genauen Störquellenortung genutzt werden. Dazu werden elektrische Signale auf eine Verbindungsleitung gegeben. Liegt eine Beschädigung der Verbindungsleitung vor, werden die Signale vollständig oder teilweise reflektiert. Ein Vergleich von gesendeten und reflektierten Signalen gibt dann Aufschluss z.B. über Art und Ort der Beschädigung der Verbindungsleitung. Nachteile dieser Verfahren sind eine teure Anschaffung bedingt durch die Kosten für die Bauteile zur Erfassung der eingesetzten Frequenzen (Megahertz-/Gigahertz-Bereich) der verwendeten Signale und eine zum Teil schwierige automatische Erkennung der Signale.

Nicht zuletzt ist eine beschädigte Verbindungsleitung der Gerätesicherheit abträglich und ein einfaches Verfahren und eine kostengünstige Vorrichtung zur Ermittlung von Beschädigungen an Verbindungsleitungen auch für die Sicherung von Genauigkeit, Präzision und somit Qualität unabdingbar.

Eine Beschädigung der Verbindungsleitung tritt beispielsweise durch eine Quetschung, einen Knick oder einen altersbedingten Schaden an der Isolation der Verbindungsleitung auf. Weiterhin sind Verbindungsleitungen anfällig für Beschädigungen aufgrund verschiedenster Einflüsse, als da wären: atmosphärische Korrosion, Vibration oder eine schlechte Qualität einer Lötung etc. Feuchtigkeitseinflüsse wie z.B. eine hohe Luftfeuchtigkeit können die elektrische Isolation verschlechtem und auch zu Korrosion führen. Atmosphärische Einflüsse treten beispielsweise in chemischen Werken, auf ölbohrinseln oder in Bergwerkschächten auf, in denen ätzende Flüssigkeiten oder Gase austreten und Kabel oder Kontakte beschädigen. Vibrationen und Schwingungen treten z.B. in der Nähe von Pumpen und Kompressoren auf; an

Standorten also, an denen Gerätschaften zur Messung verschiedenster physikalischer Größen zum Einsatz kommen. Diese Vibrationen können nicht nur zu einer Beschädigung der Verbindungsleitungen, sondern auch zu Lagerund Aufhängungsschäden der Messgeräte führen.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren im Medium eine Spannung. Die zwischen den Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und somit zum Volumenstrom. Die Messspannung wird üblicherweise über das Messelektrodenpaar abgegriffen, welches normalerweise galvanisch oder kapazitiv mit dem Medium gekoppelt ist.

Da die Messsignalstärken üblicherweise im Mikro- oder Millivoltbereich Hegen, ist eine störungsarme übertragung der Messsignale zwischen den Messelektroden und einer Regel-/Auswerteeinheit erforderlich.

MesssignaSe von Messelektroden eines magnetisch-induktiven

Durchflussmessgerätes werden u.a. über Verbindungsieitungen zunächst zu einem Messverstärker, z.B. einem Differenzverstärker, geführt, von wo aus die Messsignaie einer weiteren Auswertung zugänglich gemacht werden. Die Messsignale können z.B. über Koaxialkabel zum Messverstärker geführt werden. Koaxialkabel bestehen aus einem Innenleiter und einem im

Wesentlichen in konstantem Abstand um den Innenleiter angebrachten Außenleiter. Das Messsignal wird über den Innenleiter geleitet. Zur Abschirmung des Messsignals kann beispielsweise der Außenleiter durch sog. Schirmtreiber, welche im Wesentlichen aus einem Verstärker bestehen, auf dem elektrischen Potential des Innenleiters gehalten werden.

Eine Beschädigung der stromlosen Verbindungsleitungen zwischen Messelektroden und einer Regel-/ Auswerteeinheit bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten kann bislang, wie bereits erwähnt, im Gegensatz zu einer Beschädigung der stromführenden Verbindungsieitungen, z.B. der Verbindungsleitungen der Spulen des Magnetsystems, nicht ohne weiteres ermittelt werden.

Infolge einer Beschädigung der Verbindungsleitungen zwischen Messelektroden und einer Rege!-/ Auswerteeinheit bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten werden Messspannungen verfälscht. So führt eine

Beschädigung bspw, des Innenleiters an bspw. einer setner Lötstellen zu einer falschen Durchflussanzeige und eine Beschädigung des abschirmenden Außenleiters zu einer größeren Störempfindlichkeit des Messsignals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Beschädigung an einer Verbindungsleitung, eine entsprechende Vorrichtung sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorzuschlagen.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Außenleiter der Verbindungsleitung mit mindestens einem Testsignal beaufschlagt wird, dass das über den Innenleiter übertragene Signal der mit einem Testsignal beaufschlagten Verbindungsleitung abgegriffen wird, und dass das abgegriffene Signal mit mindestens einem Referenzsignal verglichen wird.

Auf den im Stand der Technik zur Abschirmung genutzten Außenleiter einer Verbindungsleitung werden nun elektrische Testsignale gegeben. Diese Testsignale übertragen sich je nach Beschaffenheit und Zustand der Verbindungsleitung unterschiedlich (stark) mittels elektrisch-kapazitiver

Kopplung vom Außenleiter auf den Innenleiter, Dabei werden die kapazitiven Eigenschaften der Verbindungsleitung ausgenutzt, die sich aus der einem

Kondensator ähnlichen Bauweise ergeben. Das über den Innenleiter übertragene elektrische Signal kann abgegriffen und die Einwirkung des auf den Außenleiter geschickten Testsignals auf das abgegriffene Signal analysiert werden. Stärke und Form der Einkopplung auf das abgegriffene Signal hängen bei bekannter Beschaffenheit erheblich vom Zustand der Verbindungsieitung ab. Dadurch kann eine Beschädigung der Verbindungsleitung ermittelt und beispielsweise im Falle eines magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes das Risiko einer unentdeckt falschen Durchflussanzeige reduziert werden. Insbesondere können die Testsignale so gewählt werden, dass die von dem Innenleiter abgegriffenen Signale die Charakteristika von Durchflusssignalen aufweisen und somit mit der für ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät üblichen Hard- und Software ausgewertet werden können.

Größe und Form der Einkoppiung sind u.a. von Typ und Länge der

Verbindungsleitung abhängig, da diese Größen die Werte der Kapazitäten und Widerstände des Systems bestimmen, welche maßgeblich für den Effekt der eiektrisch-kapazitiven Kopplung sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Testsignai variiert. Durch eine Variation des Spannungsveriaufs und/oder der Frequenz des Testsignais lassen sich unterschiedliche Defekte aufgrund der Einkopplung des Testsignals auf das vom Innenleiter abgegriffene Signal diskriminieren. Dabei werden den Testsignalen eigene Charakteristika genutzt, die bei unterschiedlichen Beschädigungen unterschiedlich (stark) auf das Signal des Innenleiters einkoppein.

In einer Fortentwicklung ist das Testsigna! im Wesentlichen rampenförmig. Ein rampenförmiger Spannungsverlauf des Testsignais erzeugt auf dem Signal des Innenleiters einer unbeschädigten Verbindungsleitung einen näherungsweise konstanten, additiven Spannungsanteil. Eine Beschädigung ist durch eine Abweichung des abgegriffenen Signals von einem solchen

Verlauf z.B. durch Vergleich mit dem Referenzsignal leicht erkennbar. Das Rampenförmige Signal kann z.B. Teil eines Sägezahnsignals oder Teil eines Trapezsignals sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Verbindungsleitung mit dem Testsigna! in Abhängigkeit von einer das Signal beeinflussenden Größe beaufschlagt. Durch eine solche Koordination werden besonders zum Vergleich mit dem Referenzsignal geeignete Signale hergestellt. Im Falle des magnetisch-induktiven Messgerätes ist die das Signal beeinflussende Größe das Magnetfeld des Magnetsystems, dessen Polung periodisch geändert wird. Mit der Polung des Magnetsystems ändert sich auch die über Messelektroden und Verbindungsleitungen abgegriffene Spannung periodisch. Wird nun in einer festen Phasenbeziehung zur Periode der Außenseiter mit einem Testsigna! beaufschlagt, erleichtert dies die Auswertung der überlagerung und die Identifizierung von Signal und Testsigna!.

In einer Variante wird eine erste Verbindungsleitung mit einem ersten Testsignal beaufschlagt und eine zweite Verbindungsleitung mit einem zweiten Testsignal beaufschlagt. Auf diese Art wird ein Referenzsigna! für die jeweils andere Verbindungsäeitung ersteilt, welches dann zu

Vergleichszwecken herangezogen werden kann. Die Form der Einkopplung des ersten Testsignals auf die erste Verbindungsleitung und die Form der Einkopplung des zweiten Testsignals auf die zweite Verbindungsleitung kann bereits Aufschluss über eine Beschädigung geben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das erste Testsignal und das zweite Testsignal im Wesentlichen gleich. Ein im Wesentlichen gleiches Testsignal koppelt im Fall einer unbeschädigten Verbindungsleitung im Wesentlichen auch gleich stark auf die jeweiligen Innenleiter ein und stellt damit ein weiteres Merkmal zur Ermittlung einer Beschädigung dar.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung wird die zweite Verbindungsleitung zeitlich versetzt zu der ersten Verbindungsleitung mit einem Testsigna! beaufschlagt. Durch solch eine Vorgehensweise steht einer mit einem Testsignal beaufschlagten Verbindungsleitung immer das Signa! einer nicht mit einem Testsignal beaufschlagten Verbindungsleitung zu einem Vergleich zur Verfügung. Dies ist beispielsweise besonders bei symmetrischen oder von einander abhängigen Signalen von Vorteil.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist das Referenzsignal ein nach der Fertigung oder bei bzw. vor der Inbetriebnahme der Verbindungsleitung aufgezeichnetes Signa!. Durch ein solches aufgezeichnetes Signal der Verbindungsleitung lässt sich eine im späteren Betrieb entstandene Beschädigung feststellen.

In einer weiteren Umsetzung löst das über den Innenleiter einer

Verbindungsieitung übertragene elektrische Signal das erfindungsgemäße Verfahren aus. So kann das Verfahren beispielsweise ausgelöst werden, wenn das elektrische Signal einen Schweliwert über- oder unterschreitet. Beim Empfang von z.B. Messwerten außerhalb der Toleranz von Soll-Messwerten wird das erfindungsgemäße Verfahren dann ausgelöst und eine Beschädigung an der Verbindungsleitung festgestellt oder ausgeschlossen.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Testsignalgeber vorhanden ist, welcher ein elektrisches Testsignai erzeugt, und dass mindestens einer der Außenleiter mindestens einer Verbindungsleitung mit dem Testsägnalgeber elektrisch verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Ermittlung einer Beschädigung an einer Verbindungsleitung. Wird die Verbindungsieitung vom Testsignalgeber mit einem Testsignal beaufschlagt, kann eine Beschädigung durch das bereits vorgestellte, erfindungsgemäße Verfahren bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ließe sich z.B. an eine bestehende Verkabelung anschließen und das vom Testsägnalgeber erzeugte elektrische

Testsignal über den Außenleiter einer Verbindungsleitung senden, von wo es elektrisch-kapazitiv auf das Signal des Innenieiters einkoppelt. Anschließend kann das über den Innenleiter übertragene Signal abgegriffen und einer Analyse unterzogen werden,

In einer bevorzugten Ausführung haben die Außenieiter einer Verbindungsleitung einen im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem Innenleiter der Verbindungsleitung. Dies begünstigt die elektrisch-kapazitive Kopplung zwischen Innen- und Außenfeiter der Verbindungsleitung. Eine änderung des Abstandes zwischen Innen- und Außenleiter der

Verbindungsleitung führt zu einer änderung von Widerstand und Kapazität der Verbindungsleitung und zum Auftreten von unerwünschten Streu kapazitäten, die eine Auswertung erschweren, die aber auch Anzeichen einer Beschädigung sein können.

Bezüglich des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Testsignalgeber vorhanden ist, welcher ein elektrisches Testsignal erzeugt, und dass mindestens einer der Außenleiter mindestens einer Verbindungsleitung mit dem Testsignalgeber elektrisch verbunden ist. Die Außenleiter der Verbindungsleitungen zwischen Messelektroden und einer Regel- /Auswerteeinheit sind mit einem ein elektrisches Testsignal gebenden Testsignalgeber verbunden. Standardmäßig sind zwei Messelektroden in ein Messrohr eingesetzt, es können aber auch drei, vier, oder mehr sein. Die Testsignale koppeln auf den Innenieiter und das dort übertragene Signal ein und hinterlassen eine charakteristische Signatur. Ein Vergleich der über die Verbindungsleitungen übertragenen Signale lässt Rückschlüsse auf eine Beschädigung zu.

In einer günstigen Entwicklung handelt es sich bei dem Testsignalgeber um ein Steuergerät des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Durch eine solche immanente Steuerung der Testsignale lassen sich diese mit dem

Takt der Polung des Magnetfeldes des Magnetsystems koordinieren. Der Takt legt den Zeitpunkt des Wechsels der Polung des Magnetfeldes fest, das die über die Verbindungsleitungen übertragenen Messsignale beeinflusst. Auch bei ausgeschaltetem Magnetfeld können die Testsignale weiterhin bspw. im Takt der Polung von der Steuereinheit erzeugt werden.

In einer vorteilhaften Realisierung ist mindestens ein Verstärker vorgesehen, um die vom Testsignalgeber gesendeten Testsignale zu verstärken.

Dauer und Zeitpunkt des Verfahrens sowie die Anzahl der Testsignale können prinzipiell frei gewählt werden. Während der Dauer des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise der Messbetrieb pausieren und der zuletzt gemessene Messwert des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ausgegeben werden. Während des Pausierens des Messbetriebs kann auch das Magnetfeld selbst ausgeschaltet werden, so dass kein durchflussbedingtes Messsignal entsteht und somit auch keine Trennung zwischen Messsignal und Testsignal notwendig ist.

Um den Messbetrieb nicht zu unterbrechen, kann das erfindungsgemäße Verfahren alternativ durchgeführt werden, wenn sich der Durchfluss unterhalb der Schleichmenge befindet oder während der Druckstoß-Unterdrückungs-Zeit bei Schubprozessen. Möglich ist es auch, die Testsignale in den Messbetrieb einzufiechten und diese dann abzurufen, wenn die Verbindungsleitungen nicht zur übertragung einer Messung verwendet werden, beispielsweise während eines Wechsels der Polung des Magnetsystems.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1 : einen Querschnitt durch eine Verbindungsleitung,

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchfiussmessgeräts,

Fig. 3: eine Darstellung der Ersatzschaltung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchfiussmessgeräts ,

Fig. 4a), b), c): jeweils ein Diagramm des Feldtakts F ₁ des Spannungsveriaufs der Außenleiter S1 , S2 und Innenleiter E1 , E2 der Verbindungsleitungen sowie der Spannungsdifferenz D eines Operationsverstärkers des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchfiussmessgeräts aus Figur 3 während des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4c) zeigt zusätzlich das Magnetfeld MF.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Verbindungsleitung 5; in diesem Fall eines Koaxialkabels mit einem Innenleiter 1 und einem Außenieiter 2. Zu sehen ist der Innenleiter 1 und der konzentrisch um den Innenleiter 1 angebrachte Außenieiter 2. Der Raum zwischen Innenieiter 1 und Außenleiter 2 ist mit einem Dielektrikum 3 gefüllt. Der Außenleiter 2 ist von einer Isoiation 4 umgeben. Denkbar ist die Verwendung von VerbindungsSeitungen 5 mit mehreren Innenleitern 1 bzw. Außenleitern 2. Widerstand, Kapazität und weitere für eine Signaiübertragung relevante Eigenschaften des Koaxialkabels werden u.a. von den verschiedenen zur Herstellung verwendeten Materialien und der Kabelgeometrie bestimmt.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der

Außenleiter 2 mit einem Testsigna! beaufschlagt und das über den Innenleiter 1 übertragene Signa! abgegriffen. Denkbar ist auch den Innenleiter 1 mit einem Testsignal zu beaufschlagen und das über den Außenleiter 2 übertragene Signal abzugreifen. Bei mehrfach vorhandenen Außenleätern 2 kann ein erster Außenleiter mit einem Testsigna! beaufschlagt und das über einen zweiten Außenleiter 2 übertragene Signal abgegriffen werden.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die elektrisch-kapazitive übertragung des Testsignals.

Figur 2 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 6. Das Messrohr 11 wird von dem Medium 12 in Richtung der Messrohrachse 14 durchfiossen, wobei das Medium 12 zumindest geringfügig elektrisch ieitfähig ist. Das Messrohr 11 ist zumindest in dem mit dem Medium 12 in Kontakt kommenden Bereich mit einem elektrisch nicht leitfähigen Material ausgekleidet. Infoige des senkrecht zur Flussrichtung ausgerichteten Magnetfelds der diametral angeordneten

Elektromagneten 13 wandern in dem Medium 12 befindliche Ladungsträger zu den Messelektroden 10. Die sich zwischen den Messelektroden 10 aufbauende Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 12 und damit ein Maß für den Volumendurchfluss Q.

Im vorliegenden Fall sind die Messelektroden 10 galvanisch an das Medium 12 gekoppelt. Denkbar ist aber auch eine berührungslos kapazitive Kopplung der Messelektroden 10 an das Medium 12.

Die Messelektroden 10 sind über Verbindungsleitungen 8, 9 mit einer Regel- /Auswerteeinheit 7 und einem Testsignalgeber 15 verbunden. Für gewöhnlich bestehen diese Verbindungsleitungen aus Koaxialkabeln.

Das Messsignal wird über die innenleiter 1 übertragen und üblicherweise an einen Operationsverstärker angeschlossen. Die Außenleiter 2 werden zur Abschirmung der Innenleiter 1 von einer Regel-/Auswerteeinheit 7 auf konstantem Potential gehalten. Erfindungsgemäß werden die Außenleiter zur übertragung des Testsignals an den Testsignalgeber 15 des magnetisch- induktiven Durchflussmessgeräts 6 angeschlossen. Durch eine solche Verbindung Sässt sich der Außenleiter 2 nun mit einem Testsignal beaufschlagen.

Durch den einem Zylinderkondensator ähnlichen Aufbau der Verbindungsleitung 5 lassen sich typische physikalische Effekte wie z.B. eiektrisch-kapazitive Kopplung nutzen. Wird z.B. der Außenleiter 2 vom Testsignaigeber 15 mit einer geradlinig ansteigenden, rampenförmigen

Spannung beaufschlagt und verhält sich die am Innenleiter anliegende Last im Wesentlichen wie ein ohmscher Widerstand, so wird auf dem Innenleiter 1 ein konstanter Verschiebestrom verursacht, der den „Kondensator" auflädt. Mit dem konstanten Verschiebestrom geht auch eine konstante Spannungsänderung auf dem Innenleiter 1 einher. Dieser Vorgang entspricht der Einkopplung einer Spannung von einem mit einem elektrischen Testsignal beaufschlagten Außenleiter 2 auf den innenleiter 1.

Die Größe der Einkopplung des Testsignals auf den Innenleiter 1 liegt für gewöhnlich im Mikro- oder Millivoltbereich und ist von der Messtechnik im magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 6 ohne weiteres zu erfassen und auszuwerten.

Figur 3 zeigt eine Darstellung der Ersatzschattung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 6 aus Figur 2, Bei magnetischinduktiven Durchflussmessgeräten 6 ist ein elektrischer Kontakt zwischen der metallischen Rohrleitung und dem durchfließenden Medium 12 vorhanden. Ein Bezugspunkt für das Messsignal kann so entweder über eine sog. Bezugseiektrode P ₁ die ebenso wie die Messelektroden 10 in die Wandung des Messrohres 11 eingesetzt ist und mit dem Medium 11 koppelt, oder über eine elektrische Verbändung zu den Rohrleitungen geschehen. Der Bezugspunkt für das Messsignal kann auch aus den Potentialen der Messeiektroden 10 durch bspw. die Messeiektronik bestimmt werden, ohne das eine zusätzliche elektrische Verbindung zu den Rohrleitungen und/oder eine Bezugselektrode vorgesehen ist.

Die Innenfeiter E1 , E2 der Verbindungsleitungen 8, 9 werden zum Differenzverstärker OP geführt. Die Widerstände R1 , R2 beinhalten die Widerstände der jeweiligen Messelektroden 10 sowie den Widerstand des Mediums 12. Die Kapazitäten C1 , C2 sind die Kapazitäten der Verbindungsleitungen 8, 9 inklusive der dort eventuell auftretenden

Streukapazitäten. Die Messsignale der Messelektroden 10 werden über die Innenleiter E1 , E2 zum Differenzverstärker OP übertragen.

Das Potential der Außenleiter S1 , S2 wird beispielsweise von der Regel- /Auswerteeinheit 7 des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 6 kontrolliert. Das vom Testsignalgeber 15 gesendete elektrische Testsigna! wird von einem Verstärker V unterstützt und die angeschlossenen Außenleiter S1 , S2 damit beaufschlagt

Von den Außenleitern S1 , S2 kann das Testsignal elektrisch kapazitiv über C1 , C2 auf die Innenleiter E1 , E2 einkoppeln. Zur weiteren Auswertung werden die über die Innenleiter E1 , E2 übertragenen Signale dann auf den Differenzverstärker OP gegeben. Die Differenzspannung D kann dann zur Ermittlung einer Beschädigung der Verbindungsleitungen 8, 9 genutzt werden.

Figuren 4a, 4b und 4c zeigen den idealisierten Spannungsverlauf eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 6 mit zwei Messelektroden 10 und zwei Verbindungsleitungen 8, 9 während verschiedener Situationen:

- während des normalen Messbetriebs M - während eines Tests mit intakten Verbindungsleitungen A

- während eines Tests mit beschädigten Verbindungsieitungen 8

Figur 4a) und 4b) zeigen den Feldtakt F des Magnetsystems 13, den Spannungsverlauf einer Verbindungsleitung mit Außenleiter S1 und Innenleiter E1 , einer Verbindungsleitung mit Außenleiter S2 und Innenleiter E2 und die von dem Differenzverstärker OP ausgegebenen Spannungsdifferenz D der Innenieiter E1 , E2. In Figur 4a) hat das Testsignal einen rampenförmigen

Verlauf, in Figur 4b einen trapezförmigen, in Figur 4c) hat das Testsignal ebenso wie in Figur 4b) einen trapezförmigen Verlauf, jedoch ist während eines Tests das Magnetfeld MF ausgeschaltet.

Während des normalen Messbetriebs M wird mittels eines getakteten

Gleichfelds (Feidtakt F) eine Spannung in dem Medium 12 induziert und der Volumendurchfiuss Q durch das Messrohr 11 bestimmt. Denkbar ist auch eine Messung mittels eines netzfrequenten und/oder sinusförmigen Wechselfelds. Zu sehen ist der Feldtakt F, in dem das Magnetfeld MF periodisch getaktet wird. Bei angelegtem Magnetfeld entstehen an den Messelektroden 10 durch elektrodynamische Induktion dem Volumendurchfiuss Q proportionale Messspannungen. Die über die Verbindungsleitungen E1 , E2 übertragenen abgegriffenen Messspannungen haben unterschiedliche Vorzeichen. Die Messspannungen der Innenleiter E1 , E2 werden vom Differenzverstärker OP voneinander subtrahiert. Die Differenz der Messspannungen der Innenleiter E1 , E2 entspricht der im Medium induzierten Spannung und ist ein Maß für den Volumendurchfiuss Q. Die induzierten Messspannungen werden über die Innenleiter E1 , E2 der Verbindungsleitungen 8, 9, an einen Differenzverstärker OP weitergegeben. über die Außenleiter S1 , S2 wird keine Information übertragen, sie dienen zu diesem Zeitpunkt nur der Abschirmung sowie der Vermeidung von Leckströmen.

In Figur 4a) wird während eines Tests mit intakten Verbindungsieitungen A die Verbindungsleitung 8 mit einem rampenförmigen Testsignal synchron zum Feldtakt F beaufschlagt. Das Testsignal koppelt elektrisch kapazitiv vom Außenleiter S1 auf den Innenleiter E1 und hinterlässt dort eine rechteckförmige Signatur im Spannungsverlauf. Analog zu Figur 4a) lassen sich Figur 4b) und 4c) betrachten. Die Verbindungsleitung 9 überträgt währenddessen ein ungestörtes Messsignal. In Figur 4c) beträgt dieses Messsignal aufgrund eines Ausgeschalteten Magnetfeldes MF Null (Q=O). Die Spannungsdifferenz D des Differenzverstärkers zeigt sich durch die

Eiπkopplung verändert. Der Differenzverstärker OP zeigt einen maximalen Durchfluss der Größe Q+Ai an.

im anschließenden zweiten Teil des Verfahrens überträgt die erste Verbindungsleitυng 8, auf die bisher das Testsignai gegeben wurde, nun ein ungestörtes Messsignal. In Figur 4c) beträgt dieses Messsignal aufgrund eines Ausgeschalteten Magnetfeldes MF wiederum Null (Q=O). Das rampenförmige Testsignal wird synchron zum Feldtakt F auf den Außenleiter S2 der zweiten Verbindungsleitung 9 gegeben und erzeugt dort auf dem Innenleiter E2 eine rechteckförmige Signatur. Die Spannungsdifferenz D des Differenzverstärkers zeigt auch in diesem Fall einen vermehrten maximalen DurchfSuss Q+A ₂ an. Ein Vergleich der beiden Durchflusssignale Q+A ₁ und 0.+A ₂ zeigt, dass das Testsignai auf beiden Verbindungsieitungen 8, 9 eine gleich große Abweichung des Volumendurchflusses Q erzeugt hat. Dies impliziert unbeschädigte Verbindungsleitungen.

Kann nicht von einem konstanten Volumendurchfluss Q ausgegangen werden, so kann in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Erzeugung des Magnetfeldes MF während der Testphase pausiert werden (s. Figur 4c)). Dadurch ist der Durchfluss Q annähernd Null. Somit findet ein direkter Vergleich von Ai und A ₂ ohne eine überlagerung des Messsignals des Durchflusses Q statt.

Der Vergleich der abgegriffenen Signale kann u.a. durch eine Mittelwertbildung über eine oder mehrere Perioden des Feldtakts F erfolgen. Das Ergebnis des Vergleichs ist unabhängig von der von den Messelektroden 10 abgegriffenen und über die Innenleiter E1 , E2 übertragenen Messspannung. Das Feststellen einer Asymmetrie zwischen den Einkopplungen der Testsignale von den Außenleitern S1 , S2 auf die Innenleiter E1 und E2 kann als Hinweis auf eine Beschädigung einer

Verbindungsleitung 5 oder auf eine unsymmetrische Belagsbildung oder Verschmutzung im Messrohr 11 bzw. der Messelektroden 10 interpretiert

werden. Das Feststeilen eines Amplitudenwerts der Einkopplung des Testsignals, der von demjenigen eines Referenzsignals (z.B. bei oder nach Produktion bzw. Inbetriebnahme aufgenommen) abweicht, kann als Hinweis auf eine Verschmutzung oder eine geänderte Leitfähigkeit bzw. elektrische Eigenschaft des Mediums 12 interpretiert werden.

Die Einkopplung des Testsignals auf den Innenleiter E1 der Verbindungsleitung 8 muss bei intakten, baugSeichen Verbindungsleitungen 8, 9 die gleiche Abweichung im Volumendurchfluss Q verursachen wie die Einkopplung auf den Innenleiter E2 der Verbindungsleitung 9.

Weitere Einflüsse auf die absolute Größe der Einkopplung A ₁ , A ₂ sind u.a. der Kabeltyp, die Kabellänge, die Elektrodengröße, das Medium 12 sowie dessen Leitfähigkeit.

Während eines Tests mit beschädigten Verbindungsleitungen B wird in Figur 4a) erneut im ersten Teil des Verfahrens ein rampenförmiges Testsignal synchron zum Feldtakt F über den Außenleiter S1 der ersten Verbindungsieitung 8 gegeben. Figur 4b) und 4c) sind wiederum anaiog zu betrachten. Das Testsignal koppelt elektrisch kapazitiv auf den Innenieiter E1 und hinterlässt dort eine Signatur im Spannungsverlauf. Diese Signatur ist aber nicht, wie bei einer unbeschädigten Verbindungsleitung 8 zu erwarten, rechteckförmig sondern bspw. ebenfalls rampenförmig. Die zweite Verbindungsleitung 9 überträgt ein ungestörtes Messsignal. Das Signal des Differenzverstärkers D zeigt sich dementsprechend verändert. Es wird ein Volumendurchfluss der Größe Q+Bi angezeigt. Im zweiten Teil des Verfahrens überträgt die erste Verbindungsleitung 8, auf die bisher das Testsignal eingekoppeit wurde, ein ungestörtes Messsignal und das rampenförmige Testsignal wird auf den Außenleiter S2 der bisher ungestörten zweiten Verbindungsieitung 9 gegeben und erzeugt dort auf dem Innenfeiter E2 eine näherungsweise rechteckförmige Signatur. Das Signal des Differenzverstärkers D zeigt auch in diesem FaN einen vermehrten

Volumendurchfluss Q+B ₂ an. Ein Vergleich der durch den Differenzverstärker OP subtrahierten Signale zeigt einen jeweils vermehrten Volumendurchffuss Q an, wobei allerdings die Größe der Vermehrung und deren Verlauf unterschiedlich ist (B1≠B2). Dies impliziert eine beschädigte Verbindungsleitung 8, 9, In diesem Fall kann beispielsweise eine entsprechende Meldung ausgegeben oder eine sonstige zur Sicherung erforderliche Maßnahme durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

A Test mit unbeschädigten Verbindungsleitungen

Ai Einkoppiung auf die erste Verbindungsleitung

A ₂ Einkoppiung auf die zweite Verbindungsleitung

B Test mit beschädigten Verbindungsleitungen

Bi Einkoppiung auf die erste Verbindungsleitung

B ₂ Einkoppiung auf die zweite Verbindungsleitung

C1 Kapazität der ersten Verbindungsleitung

C2 Kapazität der zweiten Verbindungsleitung

D Signal des Differenzverstärkers

E1 Innenleiter der ersten Verbindungsleitung

E2 innenleiter der zweiten Verbindungsleitung

F Feldtakt

MF Magnetfeld

M Messbetrieb

OP Differenzverstärker

P Erde, Bezugselektrode

Q Volumendurchfluss

R1 Widerstand der ersten Elektrode und des Mediums

R2 Widerstand der zweiten Elektrode und des Mediums

51 Außenieiter der ersten Verbindungsieitung

52 Außenleiter der zweiten Verbindungsleitung V Verstärker

1 Innenleiter

2 Außenleiter

3 Dielektrikum

4 Isolation

5 Verbindungsleitung

6 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

7 Regel-/Auswerteeinheit

8 Verbindungsleitung

Verbindungsleitung

Messeiektrode

Messrohr

Medium

Magnetsystem

Messrohrachse

Testsignalgeber