DE60123044T2

DE60123044T2 - Erkennen elektrischer leckverluste in einem magnetischen durchflussmesser

Info

Publication number: DE60123044T2
Application number: DE60123044T
Authority: DE
Inventors: P. Thomas St. Paul COURSOLLE; L. David Eden Prairie WEHRS
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: EP1285237A2; DE60123044D1; US6611775B1; JP2003534543A; WO2001090704A2; WO2001090704A3; JP4593867B2; EP1285237B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Durchflussmesser, welche Flüssigkeiten messen, die in industriellen Prozessanlagen fließen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Elektrodenschaltkreise in derartigen magnetischen Durchflussmessern.
Magnetische Durchflussmesser verwenden ein isoliertes Durchflussrohr, welches eine an einem Elektromagneten und Elektroden vorbeifließende Flüssigkeit führt. Die Elektroden sind in dem Durchflussrohr abgedichtet, um einen Kontakt mit der Strömungs- oder Durchflussflüssigkeit herzustellen. Die Elektroden messen eine elektromotorische Kraft (EMF), welche in der Flüssigkeit magnetisch induziert wird, und welche proportional zu der Durchflussrate gemäß dem Faradayschen elektromagnetischen Induktionsgesetz ist.
Ein elektrischer Leckverlust von den Elektroden oder der Elektodenverdrahtung kann Messfehler in dem Sender-Ausgangssignal erhöhen, die von einem Bediener oder Operator der Prozessanlage eine lange Zeitdauer nicht diagnostiziert werden können. Ein Verfahren, dem Problem des elektrischen Leckverlustes zu begegnen, ist der Versuch, Fehler aufgrund des elektrischen Leckver lustes zu begrenzen. Beispielsweise wird ein Senderschaltkreis mit einer extrem hohen Eingangsimpedanz zur Messung der elektromotorischen Kraft EMF verwendet. Die Verdrahtung zwischen den Elektroden und dem Wandler ist zudem sorgfältig isoliert, um einen Leckverlust oder Nebengeräusche zu vermeiden. Diese Verfahren zielen jedoch nicht darauf ab, den elektrischen Leckverlust zu dignostizieren oder zu quantifizieren.
Ein weiteres Problem, welches magnetische Durchflussmesser beeinflusst, ist der Anwuchs von Elektroden, d.h. die Anhäufung von Isoliermaterial auf den Elektroden. Ein derartiger Anwuchs bewirkt, dass der Widerstand zwischen den Elektroden und Masse (über die Flüssigkeit) dramatisch ansteigt und dieser Zustand kann zu der falschen Annahme führen, dass das Durchflussrohr leer sei. US 6,014,902 offenbart einen magnetischen Durchflussmesser, welcher ein variables Widerstandsnetzwerk zur Erzeugung oder Auslösung eines oszillierenden Ausgangssignals verwendet, welches verändert werden kann, um zwischen einen leeren Durchflussrohr und Elektroden mit Anwüchsen zu differenzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen magnetischen Durchflussmesser gemäß Anspruch 1 bereit. Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein computerlesbares Medium nach Anspruch 9 bereit. Die vorliegende Erfindung liefert zudem eine Verfahren für den Betrieb eines magnetischen Durchflussmessers nach Anspruch 11.
Es wird ein magnetischer Durchflussmesser offenbart, der einen Diagnoseschaltkreis aufweist, welcher ein Vorhandensein eines elektrischen Leckverlustes in einem Elektrodenschaltkreis in dem magnetischen Durchflussmesser anzeigt. Der Diagnoseschaltkreis koppelt an eine erste und an eine zweite Elektrode in dem Durchflussrohr und koppelt an die Masse des Durchflussrohrs. Der Diagnoseschaltkreis misst ein erstes Diagnosepotential zwischen der ersten Elektrode und Masse und misst ein zweites Diagnosepo tential zwischen der zweiten Elektrode und Masse.
Der Diagnoseschaltkreis erzeugt ein Diagnoseausgangssignal als Funktion einer Summe aus dem ersten und dem zweiten Diagnosepotenial. Die Summe der Potentiale zeigt an, ob ein elektrischer Leckverlust vorliegt oder nicht.
Das Durchflussrohr weist ein isoliertes Rohr auf, welches zur Führung einer Strömungs- oder Durchflussflüssigkeit ausgelegt ist, welche mit Masse verbunden ist. Das Durchflussrohr weist zudem einen Elektromagneten auf.
Ein Senderschaltkreis koppelt an den Elektromagneten, die erste und zweite Elektrode sowie an Masse. Der Senderschaltkreis erzeugt ein Sender-Ausgangssignal, welches eine Durchflussrate der Flüssigkeit als Funktion eines Differenzpotentials zwischen der ersten und zweiten Elektrode darstellt.
Das Diagnose-Ausgangssignal zeigt an, ob die Genauigkeit des Sender-Ausgangssignals durch den elektrischen Leckverlust beeinträchtigt wird, so dass ein Korrekturvorgang vorgenommen werden kann.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen magnetischen Durchflussmesser;
2 einen elektrischen Leckverlust zwischen einem Elektrodenschaltkreis und einem Elektromagneten in einem magnetischen Durchflussmesser;
3 einen elektrischen Leckverlust zwischen einer Elektrode und Masse in einem magnetischen Durchflussmesser;
4 eine erste Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers mit einem Diagnoseschaltkreis;
5 eine zweite Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers mit einem Diagnoseschaltkreis;
6 eine abgetastete Wellenform eines Differenz-Elektrodensignals unter Normal- und Leckverlustzuständen;
7 eine abgetastete Wellenform eines aufsummierten (Normalmodus-) Elektrodensignals unter Normal- und Leckverlust-Zuständen;
8 ein Sender-Ausgangssignal (Durchflusssignal) und ein aufsummiertes Elektrodensignal während eines Übergangs von Normal- zu Leckverlust-Zuständen;
9 eine Korrektur eines Sender-Ausgangssignals (Durchflusssignals) während eines Übergangs von Normal- zu Leckverlust-Zuständen in einem Durchflussrohr;
10 eine dritte Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers mit einem Diagnoseschaltkreis; und
11 ein Ablaufdiagramm eines Diagnoseprozesses.
Ausführliche Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen
Es ist ein magnetischer Durchflussmesser offenbart, in welchem ein Diagnoseschaltkreis einen unerwünschten übermäßigen elektrischen Leckverlust in einem Elektrodenschaltkreis eines magnetischen Durchflussrohrs erfasst. Der elektrische Leckverlust ist oftmals das Ergebnis davon, dass Prozessflüssigkeit an einer beschädigten Dichtung um eine der Elektroden des magnetischen Durchflussmessers herum ausläuft oder leckt. Der elektrische Leckverlust kann die Genauigkeit des Sender-Ausgangssignals verringern. Der Diagnoseschaltkreis misst Diagnosepotentiale von Elektrode zu Masse an jeder der beiden Elektroden und bildet eine Summe aus den beiden Diagnosepotentialen. Die Summe der Diagnosepotentiale zeigt an, ob ein übermäßiger elektrischer Leckverlust in dem Elektrodenschaltkreis des Durchflussmessers vorhanden ist. Wenn ein Leckverlust bei dem Diagnoseschaltkreis erfasst wird, kann ein Korrekturvorgang durch den Operator der Prozessanlage oder mit Hilfe eines Korrekturschaltkreises in dem Sender durchgeführt werden.
Die Verwendung des Diagnoseschaltkreises vermeidet eine Situation, bei der das Ausgangssignal des magnetischen Durchflussmessers einen Durchfluss genau anzuzeigen scheint, welcher aufgrund des nicht erfassten elektrischen Leckverlustes in dem Elektrodenschaltkreis jedoch in der Tat ungenau ist.
In 1 ist eine Teilperspektivansicht einer Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers 20 dargestellt. Der magnetische Durchflussmesser 20 weist ein Durchflussrohr 22 auf, welches aus einem Werkstoff mit niedriger magnetischer Durchlässigkeit mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung 23, einem Elektromagneten 24 mit Spulen 26, einem ferromagnetischen Kern oder einer Abschirmung 28 und Elektroden 30, 32 ausgebildet ist. Der Elektromagnet 24 und die Elektroden 30, 32 sind mit einem Senderschaltkreis 34 verdrahtet. In Betrieb betreibt der Senderschaltkreis 34 den Elektromagneten 24 mit elektrischem Strom, und der Elektromagnet 24 erzeugt ein Magnetfeld 36, welches durch die Pfeile in dem Durchflussrohr 22 angezeigt wird. Die Prozessflüssigkeit 21 fließt durch das Magnetfeld in dem Durchflussrohr 22, und der Durchfluss oder die Strömung induziert eine elektromotorische Kraft (EMF, Spannung) in der Flüssigkeit 21. Die isolierende Auskleidung 23 verhindert einen elektrischen Leckverlust der EMF von der Flüssigkeit 21 zum metallischen Durchflussrohr 22. Die Elektroden 30, 32 gelangen mit der Flüs sigkeit 21 in Berührung und speichern oder messen die elektromotorische Kraft EMF, welche gemäß dem Faradayschen Gesetz proportional zur Durchflussrate der Flüssigkeit 21 in dem Durchflussrohr 22 ist.
Die elektromotorische Kraft EMF von den Elektroden 30, 32 wird über Leitungen 38, die zur Vermeidung eines elektrischen Leckverlustes isoliert sind, an den Senderschaltkreis 34 geführt oder geleitet. Der Senderschaltkreis 34 weist einen Elektroden-Eingangsschaltkreis mit einer hohen Eingangsimpedanz auf, um einen elektrischen Leckverlust ebenfalls zu begrenzen.
Die Elektroden 30, 32 sind gegen die isolierende Auskleidung 23 abgedichtet, wobei die Dichtung zwischen den Elektroden 30, 32 und der isolierenden Auskleidung 23 jedoch aufgrund Alter, Verschleiß oder Korrosionsbeschädigung brechen kann. Die Prozessflüssigkeit 21 kann an der gebrochenen Dichtung vorbei durchsickern und elektrische Leckverlustwege von dem Elektrodenschaltkreis zum Durchflussrohr 22, welches geeerdet ist, bilden. Ein Flüssigkeitsleckverlust kann zudem elektrische Leckverlustwege von den Elektrodenleitungen 28 zu dem Elektromagneten 24 erzeugen. In den meisten Fällen weist das Durchflussrohr 20 oder der Sender 34 Anschlussblöcke (in 1 nicht gezeigt) für die Verbindung mit Elektrodenleitungen 38 auf. Diese Anschlussblöcke können durch Flüssigkeit verschmutzt werden, wobei die Flüssigkeit darüber hinaus Leckverlustwege von der Elektrodenverdrahtung zur Masse oder zum Antriebsschaltkreis für den Elektromagneten 24 bildet.
In 2 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Ausführungsform eines Durchflussrohrs 50 veranschaulicht. Das Durchflussrohr 50 weist Elektromagnetspulen 52, 54 auf, die mit Hilfe von Leitungen 56, 58, 60 mit einem Anschlussblock 62 verdrahtet sind. Ein Durchflussrohr 64, welches mit einer isolierenden Auskleidung 66 ausgekleidet oder beschichtet ist, wird mit einer fließenden Prozessflüssigkeit 68 gefüllt. Elektroden 70, 72 gelangen mit der Prozessflüssigkeit 68 in Berührung und sind gegen die Aus kleidung 66 abgedichtet. Die Elektroden 70, 72 sind von dem Durchflussrohr 64 isoliert, um einen elektrischen Leckverlust zu verhindern.
Die Elektrodenleitungen 74, 76 sind isoliert und abgeschirmt und verbinden die Elektroden 70, 72 mit dem Anschlussblock 62. Ein Kabel (nicht gezeigt) verbindet die Leitungen am Anschlussblock 62 mit einer elektronischen Sender-Schaltkreisanordnung, welche nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird. Wenn die Dichtung zwischen der Elektrode 72 und der Auskleidung 66 beschädigt oder gebrochen ist, kann Prozessflüssigkeit 68 an der Dichtung vorbei auslaufen, wie es durch die Punkte 80 angezeigt ist, und zu verschiedenen Stellen auf der Elektrode 72, den Elektrodenleitungen 74, 76 oder den Elektromagnetspulen 52, 54 laufen oder dort kondensieren. Die ausgelaufene Prozessflüssigkeit bildet unerwünschte elektrische Leckverlustwege von der Elektrode 72, der Elektrodenleitung 76 (d.h. dem Elektrodenschaltkreis) zu dem geerdeten Durchflussrohr 64 oder zu den Elektromagnetspulen 52, 54.
In 3 veranschaulicht eine vergrößerte Teilquerschnittsperspektive einer Elektrode 90 den Flüssigkeitsleckverlust ausführlicher. Eine Elektrode 90 ist in einem Durchflussrohr 92 befestigt, welches eine isolierende Auskleidung 94 aufweist. Die Elektrode 90 besitzt einen Schaft oder Stiel mit einem Gewindeabschnitt 96, welcher mit einer Mutter 98 in Eingriff ist. Die Mutter 98 wird auf dem Gewindeabschnitt vorwärts bewegt, um einen Federring oder eine Spannscheibe 100 ("Belleville Feder"; Taschenfeder) gegen eine metallische Druckscheibe 102 zu drücken. Die Druckscheibe 102 wiederum drückt gegen eine Isoliermuffe 104, welche gegen das Durchflussrohr 92 drückt. Die Kraft aufgrund des Drucks der Spannscheibe 100 bewirkt, dass sich der scharfe Außenrand 106 der Elektrode 90 in die isolierende Auskleidung 94 senkt und eine Flüssigkeitsdichtung bildet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkeitsdichtung ist im Allgemeinen zuverlässig, wobei sie jedoch mit zunehmendem Alter, durch falsche Handhabung, Korrosion usw. letztlich versagen kann, wodurch Prozessflüssigkeit 108, welche durch Punkte dargestellt ist, an der fehlerhaften oder ausgefallenen Dichtung vorbei durchsickern kann und einen elektrischen Leckverlustweg 110 von der Elektrode 90 zu dem geerdeten Durchflussrohr 92 vervollständigen kann.
Dieser Leckverlustweg 110 ladet die durchfluss- oder strömungsinduzierte elektromotische Kraft EMF und verursacht einen Fehler bei der Durchflussmessung, wobei dieser Fehler jedoch für einen Operator einer Prozessanlage lange Zeit nicht erkennbar oder bemerkbar ist.
In 4 ist eine Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers 120 veranschaulicht. Der magnetische Durchflussmesser 120 weist einen Diagnoseschaltkreis 122 auf, welcher elektrischen Leckverlust messen und eine Anzeige 164 für den Operator bereitstellen kann, wenn ein elektrischer Leckverlust auftritt. Der elektrische Leckverlust wird für gewöhnlich durch einen Flüssigkeitsleckverlust gemäß Darstellung in den 2 und 3 verursacht. Der magnetische Durchflussmesser 120 weist ein Durchflussrohr 124 auf, welches ein isoliertes Rohr oder eine Auskleidung 126 aufweist, welche derart ausgelegt sind, dass sie eine Strömungs- oder Durchflussflüssigkeit 128 führen, welche mit Masse 130 verbunden ist. Die Kopplung der Flüssigkeit 128 an Masse wird für gewöhnlich mit Hilfe eines Kontaktes zwischen der Flüssigkeit 128 und einer Rohrleitung aus Metall, welche zu dem Durchflussmesser passt, bereitgestellt. Das Durchflussrohr 124 weist einen darauf befestigten Elektromagneten 132 auf. Der Elektromagnet 132 schließt Spulen 134 sowie einen magnetischen Rückpfad oder Kern ein, welche schematisch bei 136 dargestellt sind. Eine erste und zweite Elektrode 138 bzw. 140 bilden zusammen mit Elektrodenleitungen 142, 144 einen Elektrodenschaltkreis 146.
Der Elektrodenschaltkreis 146 kann zudem Verstärker 148, 150 aufweisen. Bei den Verstärkern 148, 150 handelt es sich für gewöhnlich um Unity-Gain-Puffer (Puffer mit dem Verstärkungsfaktor Eins; werden auch als Impedanzwandler bezeichnet), die Eingangssignale mit einer extrem hohen Impedanz und niedrigem Leck verlust, jedoch niedrige Impedanz-Ausgangssignale aufweisen. Die Verstärker 148, 150 wiederholen einfach jede Elektrodenspannung an dem jeweiligen Verstärkerausgang, wobei sie jedoch die Elektroden von den Verbrauchern isolieren, welche mit den Ausgängen der Verstärker 148, 150 verbunden sind. Die Verstärker 148, 150 können abhängig von den Anwendungsanforderungen auf dem Durchflussrohr 124 oder in dem Sendergehäuse befestigt sein. Die Verstärker stellen ein Messeingangssignal mit niedrigem Leckverlust für den Elektrodenschaltkreis 146 bereit, und können als Teil des Elektrodenschaltkreises angesehen werden. Der Elektrodenschaltkreis 146 kann auch mit betriebenen oder angesteuerten Abschirmungen (nicht dargestellt) abgeschirmt werden, die von den Ausgangssignalen der Verstärker 148, 150 betrieben oder angesteuert werden.
Ein Wandlerschaltkreis 152, welcher herkömmliches Design aufweisen kann, koppelt an den Elektromagneten 132, den Elektrodenschaltkreis 146 (mit Hilfe von Puffern oder Verstärkern 148, 150) und an Masse 130. Der Senderschaltkreis 152 erzeugt ein Sender-Ausgangssignal 154, welches eine Durchflussrate der Flüssigkeit 128 als Funktion eines Differenzpotentials auf dem Elektrodenschaltkreis 146 darstellt. In dem Senderschaltkreis 152 werden die Ausgangssignale der Verstärker 148, 150 subtrahiert, um eine Anzeige des Durchflusses oder der Strömung bereitzustellen. Diese Subtraktion kann in dem Senderschaltkreis 152 unter Verwendung eines analogen Differenzverstärkers oder unterschiedlicher bekannter Arten von digitalen Signalverarbeitungsschaltkreisen erfolgen, welche eine Differenz oder eine Subtraktion berechnen.
Der Diagnoseschaltkreis 122 ist zudem mit dem Elektrodenschaltkreis 146 (über Pufferverstärker 148, 150) und mit Masse 130 gekoppelt. Der Diagnoseschaltkreis 122 misst ein erstes Diagnosepotential 160 zwischen der ersten Elektrode 138 und Masse 130. Der Diagnoseschaltkreis 122 misst zudem ein zweites Diagnosepotential 162 zwischen der zweiten Elektrode 140 und Masse 130. Der Diagnoseschaltkreis 122 erzeugt ein Diagnose-Ausgangs signal 164, welches einen elektrischen Leckverlust vom Elektrodenschaltkreis 146 als Funktion einer Summe aus dem ersten und zweiten Diagnosepotential 160, 162 anzeigt. Die Diagnosepotentiale 160, 162 erfordern zur Messung eines jeden Diagnosepotentials einen Flüssigkeits-Masse-Bezug, wohingegen der Durchfluss oder das Differenzpotential ohne Bezug zur Masse 130 gemessen werden können. Ein Vergleich der Diagnosepotentiale 160, 162 stellt eine Anzeige bereit, ob die Masse 130 relativ zu den Elektrodenpotentialen zentriert oder ausgeglichen ist. Falls die Masse nicht zentriert oder ausgeglichen ist, kann der Elektrodenleckverlust gefolgert werden.
Wenn der Elektrodenschaltkreis 146 keinen Leckverlust aufweist, stellte sich heraus, dass die durchfluss- oder strömungsinduzierte elektromotorische Kraft EMF auf jeder Elektrode relativ zu Masse (Diagnosepotentiale) dazu neigt, ausgeglichen oder gleich zu sein, wobei sie jedoch gegensätzliche Polarität aufweist. wenn die beiden Diagnosepotentiale 160, 162 aufsummiert oder addiert werden, hat das Ergebnis die Tendenz, bei normalen Betriebsbedingungen ohne einen elektrischen Leckverlust nahe Null zu liegen.
Wenn jedoch ein elektrischer Leckverlust vorliegt, stellte sich heraus, dass die Diagnosepotentiale 160, 162 zu Unausgeglichenheit und Ungleichheit neigen. Wenn die beiden Diagnosepotentiale aufsummiert oder addiert werden neigt das Ergebnis dazu, einen substantiellen Wert von nicht Null zu haben, der anzeigt, dass ein elektrischer Leckverlust vorhanden ist.
Wenn die Summe der Diagnosepotentiale unausgeglichen ist, jedoch im Bereich der normalen differentiellen, durchflussinduzierten elektromotorischen Kraft EMF liegt, dann kann der Leckverlust einen Rückschluss darauf zulassen, dass es sich um einen Leckverlust von einem Bauteil des Elektrodenschaltkreises zur Masse handelt.
Wenn die Summe der Diagnosepotentiale unausgeglichen und viel größer als der normale Bereich einer differentiellen, durchflussinduzierten elektromotorischen Kraft EMF ist, dann kann der Rückschluss gezogen werden, dass es sich bei dem Leckverlust um einen Leckverlust von einem Bauteil des Elektrodenschaltkreises zu einem Bauteil des Elektromagneten mit einer viel höheren Spannung und dessen zugehöriger Verdrahtung handelt.
Das Diagnose-Ausgangssignal 164 kann so ausgelegt sein, dass es den elektrischen Leckverlust von der Elektrode zur Masse anzeigt, wenn die Summe der Diagnosepotentiale in einem ersten, niedrigeren Bereich liegt, und es zeigt einen Leckverlust von der Elektrode zum Elektromagneten an, wenn die Summe der Diagnosepotentiale in einem zweiten, höheren Bereich liegt, der größer als der erste Bereich ist. Dies wird nachfolgend ausführlicher in Verbindung mit 11 erklärt.
Für gewöhnlich handelt es sich bei dem Sender-Ausgangssignal 154 um ein 4–20 mA analoges Signal, und bei dem Diagnose-Ausgangssignal 164 handelt es sich um ein HART-Protokollsignal, welches das 4–20 mA analoge Schleifensignal überlagert.
In einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Senderschaltkreis 152 einen ungefähr Rechteckwellen-Antriebs- oder Erregungsstrom an einen Elektromagneten 132, und die entsprechenden Elektrodenpotentiale sind ebenfalls ungefähr rechteckwellenförmig, welche "flache" Zeitintervalle aufweisen, wenn die durchflussinduzierte elektromotorische Kraft EMF flach oder stabil ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden die Diagnosepotentiale während der Zeitintervalle abgetastet, wenn die durchflussinduzierte elektromotorische Kraft EMF flach oder stabil ist. Der Diagnoseschaltkreis 122 berechnet eine abgetastete Summe, welche in Synchronisation mit dem Antrieb für den Elektromagneten 132 abgetastet wird, wodurch gewährleistet wird, dass eine Abtastung während eines stabilen Zeitintervalls erfolgt. Die abgetastete Summe wechselt sich mit dem Antrieb ab, und der Diagnoseschaltkreis berechnet zudem vorzugsweise einen Absolutwert der abgetasteten Summe, um dieses Wechselspiel zu beseitigen.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform eines magnetischen Durchflussmessers 180 mit einem Diagnoseschaltkreis 182 veranschaulicht. Der in 5 gezeigte magnetische Durchflussmesser 180 ist dem in 4 gezeigten magnetischen Durchflussmesser 120 ähnlich und dieselben oder ähnliche Bauteile in den 4 und 5 sind unter Verwendung. derselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Diagnoseschaltkreis 182 weist einen Addierer 186, einen Abtastschaltkreis 188 und einen Absolutwert-Berechnungsschaltkreis 190 auf. Der Abtastschaltkreis 188 wird mit Hilfe einer Synchronisierungsleitung 192 derart synchronisiert, dass Diagnosepotentiale während eines flachen oder stabilen Abschnitts des Elektromagneten, welcher gepulst ist oder einen Rechteckwellenantrieb aufweist, erhalten werden.
Der magnetische Durchflussmesser 180 weist darüber hinaus einen Korrekturschaltkreis 184 auf. Der Korrekturschaltkreis 184 erzeugt ein korrigiertes Sender-Ausgangssignal 194 als Funktion eines Sender-Ausgangssignals 196 (welches hinsichtlich einem elektrischen Leckverlust nicht korrigiert ist) und eines Diagnose-Ausgangssignals 198.
Der Korrekturschaltkreis 184 skaliert das korrigierte Sender-Ausgangssignal 194 als Funktion eines Verhältnisses des Diagnose-Ausgangssignals 198 zu dem nicht korrigierten Sender-Ausgangssignal 196, wenn das Diagnose-Ausgangssignal in einem ersten oder niedrigeren Bereich liegt. In diesem ersten oder niedrigen Bereich ist die Summe der Diagnosepotentiale niedrig genug, um anzuzeigen, dass der erfasste elektrische Leckverlust ein Leckverlust zur Masse ist, welcher geschätzt und korrigiert werden kann. Vorzugsweise wird das Sender-Ausgangssignal gemäß der folgenden Gleichung korrigiert: Korrigiertes Ausgangssignal = (1 + 2 (CM/DM) × Sender-Ausgangssignal Gleichung 1 wobei CM eine Hälfte der Summe der Diagnosepotentiale ist, und DM das Differenzpotential ist.
Das Diagnose-Ausgangssignal 198 kann auch außerhalb des Senders 180 zur Verwendung durch einen Techniker oder Operator gekoppelt werden.
6 ist ein Anzeigebild digital abgetasteter Wellenformen eines differentiellen Elektrodensignals unter normalen und unter Leckbedingungen zur Masse. Die Wellenformen unter Normalzustand und unter dem Zustand eines elektrischen Leckverlustes werden auf derselben Anzeige überlagert, um einen praktischen Vergleich der beiden Wellenformen bereitzustellen. Die vertikale Achse 200 stellt eine Amplitude eines differentiellen Durchflusssignals dar, welche in normalisierten Zählwerten eines A/D-Wandlers in einem digitalen Abtastoszilloskop ausgedrückt werden. Die horizontale Achse 202 stellt die verstrichene Zeit dar, welche als Abtast- oder Musterzahlen ausgedrückt ist. Eine erste Wellenform 204 veranschaulicht eine Wellenform eines differentiellen Elektrodensignals unter Testbedingungen von ungefähr 10 Fuß pro Sekunde (3,05 Meter pro Sekunde) für eine Flüssigkeits-Durchflussrate und einen ungefähren Rechteckwellen-Elektromagnetantrieb bei einer Frequenz von ungefähr 6 Hertz. Die Doppelamplitude oder Spitze-Spitze-Amplitude zwischen ausgeglichenen oder stabilen Abschnitten dieser normalen Wellenform 204 beträgt ungefähr 40,000 Zählungen von Spitze zu Spitze. Als Nächstes wird eine der Elektroden mit Wasser besprüht, um einen elektrischen Leckverlustzustand zur Masse zu erzeugen, und eine zweite Wellenform 206 wird unter diesem Leckzustand zur Masse abgetastet. Die zweite Wellenform weist eine Doppelamplitude zwischen ausgeglichenen Abschnitten von ungefähr 24,000 Zählungen auf. Mit anderen Worten, wenn ein Elektrode einen elektrischen Leckverlust zur Masse aufweist, dann weist die Amplitude der differentiellen Elektrode einen Fehler von ungefähr 15% auf. Die differentielle Wellenform 206 erscheint jedoch in anderer Hinsicht normal und gibt dem Operator keinen Hinweis, dass der Durchflussmesser auf grund von elektrischem Leckverlust funktionsgestört ist.
7 ist ein Anzeigebild überlagerter, digital abgetasteter Wellenformen von aufsummierten (herkömmlicher Modus) Diagnosepotentialen unter Normalzustand und bei Leckverlustzuständen zur Masse. In 7 verhalten sich die vertikalen und horizontalen Achsen gemäß obiger Erklärung in Verbindung mit 6. Unter normalen Betriebsbedingungen reicht das summierte Diagnosepotential 210 zwischen plus und minus 5000 Zählungen aufgrund von Rauschen auf der Stromleitung, wobei es einen Zählwert von ungefähr Null aufweist, wenn das Stromleitungs-Rauschen (60 Hz) gemittelt oder ausgefiltert wird. Bei Leckzuständen verlagert sich das durchschnittssummierte Diagnosepotential 212 zurück und vor zwischen –3000 und +3000 Zählungen jedesmal dann, wenn sich die Polarität des Elektromagnetantriebs verändert. Das aufsummierte Diagnosepotential liefert eine erfassbare Anzeige des Elektrodenleckverlustes.
8 veranschaulicht ein Differerenzsignal (Durchflusssignal) sowie ein aufsummiertes (Normalmodus) Elektrodensignal während eines Übergangs von einem Normalzustand in einen Leckzustand. Die vertikale Achse 200 stellt Amplituden eines Elektrodensignals dar, welche in normalisierten Zählungen eines A/D-Wandlers in einem digitalen Abstastoszilloskop ausgedrückt sind. Die horizontale Achse 202 stellt die verstrichene Zeit dar, welche als Musterzahlen ausgedrückt ist. Ein elektrischer Leckverlustzustand zur Masse wird simuliert, indem Wasser über einen Abschnitt einer der Elektroden gegossen wird, welche wie beim Zeitpunkt 218 dargestellt außerhalb des Durchflussrohrs liegt.
In 8 ist eine digital abgetastete Wellenform eines differentiellen Elektrodensignals bei 220 bei Normalbedingungen und bei 222 bei einem Leckzustand zur Masse gezeigt. Die Veränderung des differentiellen Elektrodensignals, welches den Durchfluss darstellt, beträgt nach dem elektrischen Leckverlust ungefähr –21,62%. Dieser Veränderungsbe trag liegt in dem normalen Bereich der erwarteten Durchflusssignale und kann daher nicht von einer tatsächlichen Veränderung der Durchflussrate unterschieden werden, und kann lange Zeit unentdeckt oder nicht erfasst bleiben.
Eine Wellenform eines aufsummierten Elektrodensignals, welches auch als Normalmodus-Elektrodensignal bezeichnet wird, ist bei 224 unter Normalzustand und bei 226 unter Leckverlustzustand zur Masse angezeigt. Die Veränderung des Normalmodus-Elektrodensignals bei Einführung des elektrischen Leckverlustes beträgt in etwa 1000%, wodurch die Veränderung von normalen Betriebszuständen leicht zu unterscheiden ist und eine gute Anzeige eines Leckverlustes liefert. Diese Wellenformen werden unter Testbedingungen einer Flüssigkeits-Durchflussrate von ungefähr 10 Fuß pro Sekunde (3,05 Meter pro Sekunde) und einem ungefähren Rechteckwellen-Elektromagnetantrieb bei einer Frequenz von in etwa 6 Hertz erhalten.
9 ist ein Anzeigebild digital abgetasteter Wellenformen eines nicht korrigierten Sender-Durchflussausgangssignals unter Normalbedingungen bei 230 und bei einem Leckverlustzustand zur Masse bei 232. Die nicht korrigierte Veränderung oder der Fehler im Durchfluss-Ausgangssignal beträgt nach Auftreten des elektrischen Leckverlustes ungefähr –21,62. Das bei 230, 232 gezeigte Sender-Ausgangssignal wurde nicht automatisch basierend auf dem Normalmodussignal korrigiert.
Eine Wellenform eines aufsummierten Elektrodensignals, welches auch als Normalmodus-Elektrodensignal bezeichnet wird, ist bei 234 unter Normalzustand und bei 236 unter einem Leckverlustzustand zur Masse angezeigt. Die Veränderung des Normalmodus-Elektrodensignals, wenn der elektrische Leckverlust auftritt, beträgt in etwa 1000%, wodurch die Veränderung leicht von normalen Betriebsbedingungen unterscheidbar ist und eine gute Anzeige eines elektrischen Leckverlustes bereitstellt.
Diese Wellenformen werden unter Testbedingungen von einer Flüssigkeits-Durchflussrate von ungefähr 10 Fuß pro Sekunde (3,05 Meter pro Sekunde) und einem ungefähren Rechteckwellen-Elektro magnetantrieb bei einer Frequenz von ungefähr 6 Hertz erhalten.
Wenn eine automatische Korrektur basierend auf dem Normalmodussignal verwendet wird, weist das korrigierte Durchfluss-Ausgangssignal einen Fehler von 0,12% auf, bevor der Leckverlust gemäß Darstellung bei 238 eingeführt wird, und das korrigierte Durchfluss-Ausgangssignal weist einen Fehler von –1,77% auf, nachdem der elektrische Leckverlust aufgetreten ist. Die automatische Korrektur reduziert den Fehler bei dem Durchfluss-Ausgangssignal von –21,62% auf nur –1,77% in diesem speziellen Test. Die Ergebnisse variieren abhängig von den Testbedingungen, wobei jedoch im Allgemeinen eine genauere Durchfluss- anzeige unter Leckbedingungen erhalten wird, wenn die Korrektur durchgeführt wird.
10 veranschaulicht einen magnetischen Durchflussmesser 250, welcher ein Prozessorsystem 252 einsetzt, welches die Funktionen des Senderschaltkreises und des Diagnoseschaltkreises kombiniert. Der Durchflussmesser 250 ähnelt den in 10 gezeigten Durchflussmessern 120, 180 und identische oder ähnliche Merkmale wie die des Durchflussrohrs in den 4, 5 weisen dieselben Bezugszeichen auf.
Das Prozessorsystem 252 weist einen Prozessor 254 sowie einen Speicher 256 auf. Ein Diagnosealgorithmus 258 ist im Speicher 256 gespeichert. Das Prozessorsystem 252 ist mit einem Spultentreiber 152 und mit einer ersten und zweiten Elektrode über Verstärker 148, 150 und einen Analog-/Digitalwandler 260 gekoppelt. Das Prozessorsystem erzeugt ein Sender-Ausgangssignal 154, welches eine Durchflussrate einer Flüssigkeit als Funktion eines Differenzpotentials zwischen der ersten und zweiten Elektrode darstellt. Das Prozessorsystem misst ein erstes Diagnosepotential zwischen der ersten Elektrode und Masse, und misst zudem ein zweites Diagnosepotential zwischen der zweiten Elektrode und Masse. Das Prozessorsystem erzeugt ein Diagnose-Ausgangssignal 164, welches das Vorhandensein eines Elektrodenleckverlustes als Funktion einer Summe aus dem ersten und dem zweiten Diagnosepo tential anzeigt. Das Prozessorsystem kann, wenn dies gewünscht ist, das Sender-Ausgangssignal als Funktion des Korrektur-Ausgangssignals korrigieren, indem es den Diagnosealgorithmus 258 verwendet.
11 veranschaulicht den Diagnoseprozess 270, welcher in dem in 10 gezeigten Prozessorsystem 252 durchgeführt wird. Die Prozessschritte können als Diagnosealgorithmus 258 im Prozessorspeicher 256 gespeichert werden. Der Diagnosealgorithmus kann in einem ROM oder Festwertspeicher gespeichert werden, oder wenn dies gewünscht ist, kann der Diagnosealgorithmus auch in einem veränderbaren Speicher wie beispielsweise einem EEPROM gespeichert werden. Der Algorithmus kann von einem computerlesbaren Medium, auf welchem eine Vielzahl von Befehlsfolgen gespeichert sind, in den Speicher geladen werden, wobei die Vielzahl von Befehlssequenzen Sequenzen einschließt, welche bei Ausführung durch einen Prozessor in einem magnetischen Durchflussmesser bewirken, dass der Prozessor die Diagnosesequenz durchführt.
In 11 beginnt der Diagnosealgorithmus 270 bei 272. Die Summe der Elektrodenspannungen wird bei 274 berechnet. Die resultierende Summe wird dann bei 276 abgetastet, vorzugsweise während eines Zeitintervalls, bei dem das Magnetfeld und die Elektrodenspannung flach oder stabil sind. Anschließend wird ein Absolutwert der abgetasteten Summe bei 278 berechnet, um ein Wechselspiel der Polarität zu beseitigen. Der Absolutwert wird dann bei 280 mit einer Referenz 282 verglichen, um die Leckverlustzustände zu klassifizieren. Falls der Absolutwert niedrig ist, dann wird kein Leckverlust oder keine Fehlfunktion angezeigt, wie bei 284 gezeigt ist. Falls der Absolutwert in etwa im Bereich des normalen Durchflusssignals liegt, dann wird der Leckverlust zur Masse bei 286 angezeigt. Falls der Absolutwert viel größer als normale Durchflusssignale ist, dann wird ein Leckverlust zu einer Elektromagnetspule bei 288 angezeigt.
Die Leckverlustzustände einschließlich eines Leckverlustes oder einer Fehlfunktion werden gemäß Darstellung bei 290 ausgegeben, und das Sender-Ausgangssignal kann, falls dies gewünscht ist, gemäß Darstellung bei 292 automatisch korrigiert werden. Nach Beendigung einer Diagnose kehrt der Algorithmus bei 294 zum Anfang oder Start zurück, um den Algorithmus zu wiederholen.
Die Verwendung des Diagnosealgorithmus 270 vermeidet eine Situation, in der das Ausgangssignal eines magnetischen Durchflussmessers einen Durchfluss zuverlässig anzuzeigen scheint, wobei dieses aufgrund eines nicht erfassten Leckverlustes in dem Elektrodenschaltkreis in der Tat jedoch ungenau ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute in der Technik erkennen, dass Veränderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß Defintion in den Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Magnetischer Durchflussmesser (20; 120; 180; 250), welcher Folgendes aufweist: ein Durchflussrohr (22; 50; 92; 124), welches eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (23; 66; 94) aufweist, welche zum Führen einer mit Masse (130) verbundenen Strömungsflüssigkeit (21; 68; 108; 128) ausgelegt ist, wobei die isolierende Zwischenschicht (23; 66; 94) einen elektrischen Leckverlust der Flüssigkeit an das Durchflussrohr verhindert, das Durchflussrohr einen Elektromagneten (24; 132) aufweist, und ein Elektrodenschaltkreis (146) erste und zweite Elektroden (30, 32; 70, 72; 90; 138; 140) einschließt; einen Senderschaltkreis (34; 152), welcher an den Elektromagneten, den Elektrodenschaltkreis und an Masse angeschlossen ist, wobei der Senderschaltkreis derart angeordnet ist, dass er ein Sender-Ausgangssignal (154; 196) erzeugt, welches eine Durchflussrate der Flüssigkeit als Funktion eines Differenzpotentials auf dem Elektrodenschaltkreis wiedergibt; und gekennzeichnet ist durch einen Diagnoseschaltkreis (122; 182), welcher an den Elektrodenschaltkreis und an Masse angeschlossen ist, wobei der Diagnoseschaltkreis derart angeordnet ist, dass er ein erstes Diagnosepotential zwischen der ersten Elektrode und Masse misst, sowie ein zweites Diagnosepotential zwischen der zweiten Elektrode und Masse misst, und weiter derart angeordnet ist, dass er ein Diagnose-Ausgangssignal (164; 198) erzeugt, welches ein Leck oder einen Leckverlust des Elektrodenschaltkreises als Funktion der Summe aus den ersten und zweiten Diagnosepotentialen anzeigt.
Magnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckverlust von der Elektrode an Masse und/oder von dem Elektrodenschaltkreis an den Elektromagneten erfolgt.
Magnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnose-Ausgangssignal einen elektrischen Leckverlust der Elektrode an Masse anzeigt, wenn die Summe der Diagnosepotentiale in einem ersten Bereich (286) liegt, und einen elektrischen Leckverlust der Elektrode an den Elektromagneten anzeigt, wenn die Summe der Diagnosepotentiale in einem zweiten Bereich (288) liegt, welcher größer als der erste Bereich ist.
Magnetischer Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Senderschaltkreis derart angeordnet ist, dass er einen Ansteuerungs- oder Treiberausgang an den Elektromagneten koppelt, und der Diagnoseschaltkreis derart angeordnet ist, dass er eine Abtastsumme berechnet, die in Synchronisation mit dem Ansteuerungs- oder Treiberausgang abgetastet wird.
Magnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseschaltkreis zur Berechnung eines Absolutwerts der Abtastsumme angeordnet ist.
Magnetischer Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Senderschaltkreis einen Korrekturschaltkreis (184) zur Erzeugung eines korrigierten Sender-Ausgangssignals als Funktion des Sender-Ausgangssignals und des Diagnose-Ausgangssignals aufweist.
Magnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 6, wenn abhängig von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturschaltkreis zur Skalierung des korrigierten Sender-Ausgangssignals als Funktion eines Verhältnisses des Diagnose-Ausgangssig nals zu dem Sender-Ausgangssignal angeordnet ist, wenn das Diagnose-Ausgangssignal in dem ersten Bereich liegt.
Magnetischer Durchflussmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sender-Ausgangssignal entsprechend folgender Gleichung korrigiert wird: Korrigiertes Ausgangssignal = (1 + 2 (CM/DM) × Sender-Ausgangssignalwobei: CM eine Hälfte der Summe ist; und DM das Differenzpotential ist.
Computerlesbares Medium, welches eine Vielzahl an Sequenzen von Befehlen speichert, wobei die Vielzahl an Befehlssequenzen Sequenzen einschließt, die bei Ausführung in einem magnetischen Durchflussmesser (20; 120; 180; 250) durch einen Prozessor bewirken, dass der Prozessor die folgende Sequenz oder Reihenfolge von Schritten ausführt: Empfangen eines ersten Diagnosepotentials zwischen einer ersten Elektrode (30; 70; 90; 138) eines magnetischen Durchflussmessers und Masse (130); Empfangen eines zweiten Diagnosepotentials zwischen einer zweiten Elektrode (32; 72; 140) eines magnetischen Durchflussmessers und Masse; und Erzeugen eines Diagnose-Ausgangssignals (164; 198), welches ein Vorhandensein eines Elektrodenleckverlustes als Funktion der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale anzeigt.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 9, welches weiter Befehlssequenzen aufweist, welche die folgende Sequenz oder Reihenfolge ausführen: Aufsummieren (274) der ersten und zweiten Diagnosepotentiale; Abtasten (276) der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale; Berechnen (278) eines Absolutwerts der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale; Vergleichen (280) des Absolutwerts mit einem gespeicherten Referenzwert; Anzeigen (290) des Elektrodenleckverlustes als Funktion des Vergleichs zwischen dem Absolutwert und dem gespeicherten Referenzwert; und Korrigieren (292) des Sender-Ausgangssignals um den angezeigten Leckverlust.
Prozess zum Betreiben eines magnetischen Durchflussmessers (20; 120; 180; 250), dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess folgende Schritte aufweist: Aufsummieren (274) der ersten und zweiten Diagnosepotentiale, die von jeweiligen ersten und zweiten Elektroden (30, 32; 70, 72; 90; 138, 140) eines Durchflussrohrs (22; 50; 92; 124) empfangen werden; Abtasten (276) der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale; Berechnen (278) eines Absolutwerts der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale; Vergleichen (280) des Absolutwerts der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale mit einem gespeicherten Referenzwert; Anzeigen (290) eines Elektrodenleckverlustes als Funktion des Vergleichs zwischen dem Absolutwert der Summe der ersten und zweiten Diagnosepotentiale und des gespeicherten Referenzwerts; und Korrigieren (292) des Sender-Ausgangssignals um den angezeigten Leckverlust.