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DE102014105837A1 - Device for measuring the flow of a fluid through a measuring tube - Google Patents

Device for measuring the flow of a fluid through a measuring tube Download PDF

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DE102014105837A1
DE102014105837A1 DE102014105837.2A DE102014105837A DE102014105837A1 DE 102014105837 A1 DE102014105837 A1 DE 102014105837A1 DE 102014105837 A DE102014105837 A DE 102014105837A DE 102014105837 A1 DE102014105837 A1 DE 102014105837A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
differential amplifier
measuring
input
conductor
inner conductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102014105837.2A
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German (de)
Inventor
Florent Tschambser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät (1) mit einem Messrohr (2), das in Richtung der Längsachse (7) von einem Fluid (3) durchströmt wird, mit einer Magnetanordnung (4), mit mindestens einer ersten Messelektrode (8) und einer zweiten Messelektrode (9), die an dem Messrohr (2) angeordnet sind und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (11) die das Magnetfeld (B) periodisch umschaltet, wobei sich das Magnetfeld (B) während einer Umschaltphase auf- bzw. abbaut. Zwischen der ersten Messelektrode (8) bzw. der zweiten Messelektrode (9) und der Regel-/Auswerteeinheit (11) sind ein erstes Verbindungskabel (12) bzw. ein zweites Verbindungskabel (13) mit einem ersten Innenleiter (12a) und einem ersten Schirmleiter (12b) bzw. einem zweiten Innenleiter (13a) und einem zweiten Schirmleiter (13b) vorgesehen. Der Innenleiter (12a, 13a) von jedem Verbindungskabel (12, 13) ist jeweils mit der zugehörigen Messelektrode (8, 9) verbunden ist, und der zugehörige Schirmleiter (12b, 13b) liegt auf Masse (GND). Innenleiter (12a, 13a) und zugehörige Schirmleiter (12b, 13b) sind im Bereich der zugeordneten Messelektrode (8, 9) räumlich so angeordnet, dass sie während der Umschaltphase den gleichen Störsignalen ausgesetzt sind, und dass die Regel-/Auswerteeinheit (11) so ausgestaltet ist, dass sie die Störsignale aus der induzierten Messspannung (U) eliminiert und anhand der korrigierten induzierten Messspannung den Volumenstrom des Fluids (3) in dem Messrohr (2) bestimmt.The invention relates to a magnetic inductive flowmeter (1) having a measuring tube (2) through which a fluid (3) flows in the direction of the longitudinal axis (7), with a magnet arrangement (4), with at least one first measuring electrode (8) and a second measuring electrode (9), which are arranged on the measuring tube (2) and with a control / evaluation unit (11) which switches the magnetic field (B) periodically, wherein the magnetic field (B) during a switching phase on or breaks down , Between the first measuring electrode (8) and the second measuring electrode (9) and the control / evaluation unit (11) are a first connecting cable (12) and a second connecting cable (13) having a first inner conductor (12a) and a first shielding conductor (12b) and a second inner conductor (13a) and a second shield conductor (13b) are provided. The inner conductor (12a, 13a) of each connecting cable (12, 13) is in each case connected to the associated measuring electrode (8, 9), and the associated shielding conductor (12b, 13b) is grounded (GND). Inner conductor (12a, 13a) and associated shielding conductor (12b, 13b) are spatially arranged in the region of the associated measuring electrode (8, 9) so that they are exposed to the same interfering signals during the switching phase, and that the control / evaluation unit (11) is configured such that it eliminates the interference signals from the induced measurement voltage (U) and determines the volume flow of the fluid (3) in the measurement tube (2) on the basis of the corrected induced measurement voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines Fluids, das ein Messrohr in Richtung der Längsachse durchfließt, mit einer Magnetanordnung, die ein das Messrohr durchsetzendes und im Wesentlichen quer zur Längsachse des Messrohres verlaufendes Magnetfeld erzeugt, mit mindestens einer ersten Messelektrode und einer zweiten Messelektrode, die an dem Messrohr angeordnet sind und die galvanisch oder kapazitiv mit dem Fluid koppeln, mit einer Regel-/Auswerteeinheit die das Magnetfeld periodisch umschaltet, wobei sich das Magnetfeld während einer Umschaltphase auf- bzw. abbaut und wobei die Regel-/Auswerteeinheit während einer Messphase bei nahezu konstantem Magnetfeld über die in die beiden Messelektroden induzierte Messspannung den Volumenstrom des Fluids bestimmt, wobei zwischen der ersten Messelektrode und der Regel-/Auswerteeinheit ein erstes Verbindungskabel mit einem ersten Innenleiter und einem ersten Schirmleiter und zwischen der zweiten Messelektrode und der Regel-/Auswerteeinheit ein zweites Verbindungskabel mit einem zweiten Innenleiter und einem zweiten Schirmleiter vorgesehen ist.The invention relates to a device for measuring the flow rate of a fluid which flows through a measuring tube in the direction of the longitudinal axis, with a magnet arrangement which generates a magnetic field passing through the measuring tube and extending substantially transversely to the longitudinal axis of the measuring tube, with at least one first measuring electrode and a second Measuring electrode, which are arranged on the measuring tube and the galvanic or capacitive coupling with the fluid, with a control / evaluation unit which periodically switches the magnetic field, wherein the magnetic field during a switching phase up or degrades and wherein the control / evaluation during a measurement phase at a nearly constant magnetic field via the measuring voltage induced in the two measuring electrodes determines the volume flow of the fluid, between the first measuring electrode and the control / evaluation a first connection cable with a first inner conductor and a first shielding conductor and between the second measuring electrode and the control / evaluation unit, a second connection cable with a second inner conductor and a second shielding conductor is provided.

Eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten wird von Endress+Hauser unter der Bezeichnung PROMAG angeboten und vertrieben. Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des durch ein Messrohr strömenden Fluids induzieren in gleichfalls im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Fluids angeordnete Messelektroden eine Spannung. Diese Induktionsspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Rohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids; sie ist also proportional zum Volumenstrom.A variety of different types of electromagnetic flowmeters are offered and sold by Endress + Hauser under the name PROMAG. Magnetic-inductive flowmeters make use of the principle of electrodynamic induction for volumetric flow measurement: Charge carriers of the fluid flowing through a measuring tube, which are perpendicular to a magnetic field, induce a voltage in measuring electrodes which are also substantially perpendicular to the flow direction of the fluid. This induction voltage is proportional to the flow velocity of the fluid averaged over the cross-section of the tube; it is therefore proportional to the volume flow.

Die an den Messelektroden abgegriffenen Elektrodensignale werden über Koaxialkabel zur Elektronikeinheit und hier insbesondere zum Eingang eines Verstärkers geführt. Die Schirmleiter der Koaxialkabel werden durch einen Messverstärker, den sog. Schirmtreiber, getrieben. Die beiden Koaxialkabel werden in der Regel auf dem Messrohr geführt und passieren anschließend den Spulenkern. Alternativ sind sie auf dem Weg zur Elektronikeinheit zwischen dem Spulenkern und der Spule der Magnetanordnung vorgesehen. Der Messpfad ist analog ausgestaltet. Auf diesen analogen Messpfad werden Störsignale eingekoppelt, die insbesondere während der Umschaltung des Magnetfeldes auftreten. Während der Umschaltung des Magnetfeldes treten bekanntermaßen Spulenspannungsänderungen bzw. Spulenstromänderungen auf. Die Störsignale zeigen sich sowohl auf dem Innenleiter (Seele) des Koaxialkabels als auch auf dem Schirmleiter. Die auf dem Schirmleiter eingekoppelten Signale werden bei bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten nicht berücksichtigt. Die Schirmleiter liegen auf der Elektrodenseite in der Luft.The tapped off at the measuring electrodes electrode signals are routed via coaxial cable to the electronic unit and in particular to the input of an amplifier. The shield conductors of the coaxial cables are driven by a measuring amplifier, the so-called screen driver. The two coaxial cables are usually routed on the measuring tube and then pass through the spool core. Alternatively, they are provided on the way to the electronics unit between the spool core and the coil of the magnet assembly. The measuring path is designed analogously. In this analog measuring path interference signals are coupled, which occur in particular during the switching of the magnetic field. During the switching of the magnetic field, coil voltage changes or coil current changes are known to occur. The interference signals show up on both the inner conductor (core) of the coaxial cable and on the shielding conductor. The signals coupled in on the shielding conductor are not taken into account in known magnetic-inductive flowmeters. The shielding conductors are in the air on the electrode side.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zeitdauer der Übergangsphase beim Umschalten des Magnetfeldes eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zu verkürzen.The invention has for its object to shorten the duration of the transition phase when switching the magnetic field of a magnetic-inductive flowmeter.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Innenleiter von jedem Verbindungskabel jeweils mit der zugehörigen Messelektrode verbunden ist und dass der zugehörige Schirmleiter auf Masse liegt, dass der Innenleiter und der zugehörige Schirmleiter im Bereich der zugeordneten Messelektrode räumlich so angeordnet sind, dass sie während der Umschaltphase den gleichen Störsignalen ausgesetzt sind, und dass die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie die Störsignale aus der induzierten Messspannung eliminiert und anhand der korrigierten induzierten Messspannung den Volumenstrom des Fluids in dem Messrohr bestimmt.The object is achieved in that the inner conductor of each connection cable is in each case connected to the associated measuring electrode and that the associated shielding conductor is grounded, that the inner conductor and the associated shielding conductor in the region of the associated measuring electrode are spatially arranged so that they during the switching phase the same interfering signals are exposed, and that the control / evaluation unit is designed so that it eliminates the interference signals from the induced measurement voltage and determined on the basis of the corrected induced measurement voltage, the volume flow of the fluid in the measuring tube.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird davon ausgegangen, dass die Störsignale auf dem Innenleiter und dem Schirmleiter zumindest nahezu identisch sind. Durch die Eliminierung der Störsignale wird erreicht, dass die Zeitdauer, während der sich das Magnetfeld bei einem Umschaltvorgang ändert, verringert wird. Als Folge der Verkürzung der Umschaltphase kann bei konstanter Messdauer die Messgeschwindigkeit des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts erhöht werden. Alternativ kann die Messdauer erhöht werden, was in einer höheren Messgenauigkeit resultiert.In the solution according to the invention, it is assumed that the interference signals on the inner conductor and the shield conductor are at least almost identical. The elimination of the interference signals ensures that the time duration during which the magnetic field changes during a switching process is reduced. As a result of the shortening of the switching phase, the measuring speed of the electromagnetic flowmeter can be increased with a constant measurement duration. Alternatively, the measurement duration can be increased, resulting in a higher measurement accuracy.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der mit der Messelektrode verbundene Innenleiter einen ersten elektrischen Kontakt aufweist und in einem ersten Kontaktbereich einer isolierenden Komponente befestigt ist, dass der Schirmleiter einen zweiten elektrischen Kontakt aufweist und in einem zweiten Kontaktbereich der isolierenden Komponente befestigt ist, wobei der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich derart voneinander beabstandet sind, dass die elektrische Isolierung zwischen dem Innenleiter und dem Schirmleiter sichergestellt ist.An advantageous development of the device according to the invention provides that the inner conductor connected to the measuring electrode has a first electrical contact and is fastened in a first contact region of an insulating component, that the shielding conductor has a second electrical contact and is fastened in a second contact region of the insulating component wherein the first contact region and the second contact region are spaced apart such that the electrical insulation between the inner conductor and the shield conductor is ensured.

Insbesondere wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die isolierende Komponente jeweils auf die von dem Fluid abgewandte Verlängerung der Messelektrode aufgesetzt ist.In particular, it is also proposed that the insulating component is placed in each case on the extension of the measuring electrode facing away from the fluid.

Um sicherzustellen, dass auf den Innenleiter und den Schirmleiter im Wesentlichen die identischen Störsignale eingekoppelt werden, verlaufen der Innenleiter und der zugehörige Schirmleiter – ausgehend von den an der isolierenden Komponente befestigten Kontaktbereichen – in räumlich kurzem Abstand von der isolierenden Komponente im Wesentlichen parallel.To ensure that essentially the identical interference signals are coupled into the inner conductor and the shield conductor, the inner conductor and the associated shield conductor run - starting from the contact areas attached to the insulating component - in a spatially short distance from the insulating component substantially parallel.

Ist sichergestellt, dass die auf den Innenleiter und den Schirmleiter eingekoppelten Störsignale im Wesentlichen identisch sind, erfolgt erfindungsgemäß die Eliminierung der Störsignale aus den eigentlichen Messsignalen. Hierzu sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der Regel-/Auswerteeinheit eine Kompensationsschaltung zugeordnet ist, die aus mindestens drei Differenzverstärkern besteht.If it is ensured that the interference signals coupled to the inner conductor and the shielding conductor are substantially identical, the elimination of the interference signals from the actual measurement signals takes place according to the invention. For this purpose, an advantageous development of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit is assigned a compensation circuit, which consists of at least three differential amplifiers.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung liegt am ersten Eingang des ersten Differenzverstärkers der erste Innenleiter an und am zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers der erste Schirmleiter des ersten Verbindungskabels. Weiterhin liegt am ersten Eingang des zweiten Differenzverstärkers der zweite Innenleiter an, während am zweiten Eingang des zweiten Differenzverstärkers der zweite Schirmleiter anliegt. Am ersten Eingang des dritten Differenzverstärkers liegt dann das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers an, und am zweiten Eingang des dritten Differenzverstärkers findet sich das Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers.According to a first advantageous refinement, the first inner conductor is applied to the first input of the first differential amplifier and the first shield conductor of the first connecting cable is connected to the second input of the first differential amplifier. Furthermore, the second inner conductor is applied to the first input of the second differential amplifier, while the second input conductor of the second differential amplifier is applied to the second input. At the first input of the third differential amplifier is then the output of the first differential amplifier, and at the second input of the third differential amplifier, there is the output signal of the second differential amplifier.

Eine alternative zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass am ersten Eingang des ersten Differenzverstärkers der erste Innenleiter des ersten Verbindungskabels anliegt und dass am zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers der zweite Innenleiter des zweiten Verbindungskabels anliegt, dass am ersten Eingang des zweiten Differenzverstärkers der erste Schirmleiter des ersten Verbindungskabels anliegt und dass am zweiten Eingang des zweiten Differenzverstärkers der zweite Schirmleiter des zweiten Verbindungskabels anliegt, und dass am ersten Eingang des dritten Differenzverstärkers das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers anliegt und dass am zweiten Eingang des dritten Differenzverstärkers das Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers anliegt.An alternative second embodiment of the device according to the invention provides that at the first input of the first differential amplifier, the first inner conductor of the first connection cable is present and that abuts the second input of the first differential amplifier of the second inner conductor of the second connection cable, that at the first input of the second differential amplifier of the first shielding conductor of the first connection cable is applied and that the second input of the second differential amplifier of the second shielding cable is applied, and that at the first input of the third differential amplifier, the output signal of the first differential amplifier is applied and that abuts the second input of the third differential amplifier, the output signal of the second differential amplifier.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, 1 : a schematic representation of the magnetic inductive flowmeter according to the invention,

2: eine schematische Darstellung der Ankopplung eines Verbindungskabels an eine Messelektrode, 2 : a schematic representation of the coupling of a connection cable to a measuring electrode,

3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts in Teilansicht, 3 : a schematic representation of a first embodiment of the magnetic inductive flowmeter according to the invention in partial view,

4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts in Teilansicht und 4 : A schematic representation of a second embodiment of the magnetic inductive flowmeter according to the invention in partial view and

5: eine schematische Darstellung der Umschalt-Kennlinien eines herkömmlichen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts und eines erfindungsgemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts. 5 : A schematic representation of the switching characteristics of a conventional magnetic inductive flowmeter and a magnetic inductive flowmeter according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1. Bei jeder der beiden Ausgestaltungen wird das Messrohr 2 in Richtung seiner Längsachse 7 von einem Fluid 3 durchströmt. Das Fluid 3 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Messrohr 2 selbst ist im gezeigten Fall aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt und an der Innenfläche mit einem nicht-elektrisch-leitfähigen Liner 18 ausgekleidet. Selbstverständlich kann das Messrohr 2 selbst auch aus einem nicht-elektrisch-leitfähigen Material gefertigt sein, so dass der Liner 18 entfallen kann. 1 shows a schematic representation of the magnetic inductive flowmeter according to the invention 1 , In each of the two embodiments, the measuring tube 2 in the direction of its longitudinal axis 7 from a fluid 3 flows through. The fluid 3 is at least slightly electrically conductive. The measuring tube 2 itself is in the case shown made of an electrically conductive material and on the inner surface with a non-electrically conductive liner 18 lined. Of course, the measuring tube 2 itself also be made of a non-electrically-conductive material, so that the liner 18 can be omitted.

Das senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids 3 ausgerichtete Magnetfeld B wird von einer Magnetanordnung 4 erzeugt, die im gezeigten Fall aus zwei diametral angeordneten Elektromagneten mit jeweils einem Kern 6 und einer Spule 5 besteht. Es versteht sich, dass der Spulenkern optional ist. Weiterhin ist ein Rückführblech 19 vorgesehen. Das Rückführblech 19 ist optional. Die Rückführung kann auch über ein magnetisch leitfähiges Stahlgehäuse erfolgen.The perpendicular to the flow direction of the fluid 3 aligned magnetic field B is from a magnet assembly 4 produced, in the case shown, of two diametrically arranged electromagnet, each with a core 6 and a coil 5 consists. It is understood that the spool core is optional. Furthermore, a return plate 19 intended. The return plate 19 is optional. The return can also be done via a magnetically conductive steel housing.

In Folge des Magnetfeldes B wandern in dem Fluid 3 befindliche Ladungsträger zu der im Wesentlichen entgegengesetzt gepolten Messelektrode 8, 9 ab. Die sich an den Messelektroden 8, 9 aufbauende induzierte Spannung U ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 3, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Fluids 3 im Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Fluid 3 hindurchströmt, verbunden.As a result of the magnetic field B migrate in the fluid 3 located charge carriers to the substantially opposite polarized measuring electrode 8th . 9 from. The attached to the measuring electrodes 8th . 9 The induced induced voltage U is proportional to that across the cross section of the measuring tube 2 average flow rate of the fluid 3 ie it is a measure of the volume flow of the fluid 3 in the measuring tube 2 , The measuring tube 2 is the way about fasteners, z. As flanges, which are not shown separately in the drawing, with a pipe system through which the fluid 3 flows through, connected.

Von der Regel-/Auswerteeinheit 11 wird das Magnetfeld B periodisch umgeschaltet. Die Umschaltperiode ist so bemessen, dass die Zeitdauer, in der das Magnetfeld B nach einem Umschaltvorgang einen konstanten Wert annimmt, für eine Berechnung der aktuellen Strömungsgeschwindigkeit ausreichend genau ist. Die Auswertung wird gleichfalls von der Auswerte-/Regeleinheit 11 vorgenommen.From the control / evaluation unit 11 the magnetic field B is switched periodically. The switching period is such that the period of time in which the magnetic field B assumes a constant value after a switching operation, for calculating the current flow velocity is sufficiently accurate. The evaluation is also from the evaluation / control unit 11 performed.

Im gezeigten Fall befinden sich die Messelektroden 8, 9 in direktem Kontakt mit dem Fluid 3. Die Ankopplung kann jedoch, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiver Natur sein.In the case shown, the measuring electrodes are located 8th . 9 in direct contact with the fluid 3 , However, the coupling can, as already mentioned above, also be capacitive in nature.

Über Verbindungskabel 12, 13 sind die Messelektroden 8, 9 – und im gezeigten Fall auch die Bezugselektrode 10 – mit der Auswerte-/Regeleinheit 11 verbunden. Das erste Verbindungskabel 12 weist einen ersten Innenleiter 12a und einen ersten Schirmleiter 12b auf und ist zwischen der ersten Messelektrode 8 und der Regel-/Auswerteeinheit angeordnet. Zwischen der zweiten Messelektrode 9 und der Regel-/Auswerteeinheit 11 befindet sich das zweite Verbindungskabel 13, das einen zweiten Innenleiter 13a und einem zweiten Schirmleiter 13b aufweist. Erfindungsgemäß sind die Innenleiter 12a, 13a von jedem Verbindungskabel 12, 13 jeweils mit der zugehörigen Messelektrode 8, 9 verbunden, während die zugehörigen Schirmleiter 12b, 13b auf Masse GND liegen.Via connection cable 12 . 13 are the measuring electrodes 8th . 9 - And in the case shown, the reference electrode 10 - with the evaluation / control unit 11 connected. The first connection cable 12 has a first inner conductor 12a and a first screen conductor 12b on and is between the first measuring electrode 8th and the control / evaluation unit arranged. Between the second measuring electrode 9 and the control / evaluation unit 11 there is the second connection cable 13 , which has a second inner conductor 13a and a second screen conductor 13b having. According to the invention, the inner conductors 12a . 13a from each connection cable 12 . 13 each with the associated measuring electrode 8th . 9 connected while the associated shield conductor 12b . 13b lying on ground GND.

Wie aus der 1 und noch deutlicher aus der 2 hervorgeht, sind die Innenleiter 12a, 13a und die zugehörigen Schirmleiter 12b, 13b räumlich möglichst nahe nach ihrem Abgriff an der zugehörigen Messelektrode 8, 9 zusammen- und parallel geführt. Durch diese Anordnung werden den Innenleitern 12a, 13a und den Schirmleitern 12b, 13b die nahezu identischen Störsignale aufgeprägt, die ihre Ursache vornehmlich in den periodischen Umschaltungen des Magnetfeldes B haben. Die Regel-/Auswerteeinheit 11 ist so ausgestaltet, dass sie die Störsignale aus der induzierten Messspannung U eliminiert und anhand der korrigierten induzierten Messspannung den Volumenstrom des Fluids 3 in dem Messrohr 2 bestimmt.Like from the 1 and even more clearly from the 2 shows, are the inner conductor 12a . 13a and the associated shielding conductor 12b . 13b spatially close to their tap on the associated measuring electrode 8th . 9 led together and in parallel. By this arrangement, the inner conductors 12a . 13a and the screen conductors 12b . 13b imprinted the almost identical interference signals, which have their cause mainly in the periodic switching of the magnetic field B. The control / evaluation unit 11 is configured such that it eliminates the interference signals from the induced measurement voltage U and, based on the corrected induced measurement voltage, the volume flow of the fluid 3 in the measuring tube 2 certainly.

In 2 ist eine Ausführungsform zu sehen, die zeigt, wie der Innenleiter 12a, 13a und der Schirmleiter 12b, 13b an der entsprechenden Elektrode 8, 9 beispielsweise befestigt sein können. Betrachten wir im Folgenden die elektrische Kontaktierung der Messelektrode 8; die Kontaktierung der Messelektrode 9 erfolgt analog. Der Innenleiter 12a weist einen elektrischen Kontakt 14a auf, und der Schirmleiter 12b hat einen Kontakt 14b. Bei beiden elektrischen Kontakten 14a, 14b handelt es sich um Kontaktringe, die auf eine Verlängerung 16 der Messelektrode 8 aufgesteckt sind. Getrennt sind die beiden elektrischen Kontakte 14a, 14b durch eine isolierende Komponente 15, die gleichfalls auf die Verlängerung 16 der Messelektrode 8 aufgesteckt ist.In 2 shows an embodiment showing how the inner conductor 12a . 13a and the screen conductor 12b . 13b at the corresponding electrode 8th . 9 for example, can be attached. Consider in the following the electrical contacting of the measuring electrode 8th ; the contacting of the measuring electrode 9 takes place analogously. The inner conductor 12a has an electrical contact 14a on, and the screen conductor 12b has a contact 14b , For both electrical contacts 14a . 14b These are contact rings that are based on an extension 16 the measuring electrode 8th are plugged. Separated are the two electrical contacts 14a . 14b through an insulating component 15 which also applies to the extension 16 the measuring electrode 8th is plugged.

Die elektrischen Kontakte 14a, 14b sind in den Kontaktbereichen 15a, 15b der isolierenden Komponente 15 angeordnet. Der elektrische Kontakt 14b liegt auf Masse GND. Bei der isolierenden Komponente 15 handelt es sich um einen zylinderförmigen Abstandhalter. Es versteht sich von selbst, dass der Abstandhalter auch eine andere geeignete Form aufweisen kann. So kann ein Abstandhalter mit einer rechteckförmigen, quadratischen oder elliptischen Querschnittfläche eingesetzt werden. Der erste Kontaktbereich 15a und der zweite Kontaktbereich 15b der isolierenden Komponente 15 sind derart voneinander beabstandet, dass die elektrische Isolierung zwischen dem Innenleiter 12a und dem Schirmleiter 12b sichergestellt ist.The electrical contacts 14a . 14b are in the contact areas 15a . 15b the insulating component 15 arranged. The electrical contact 14b is at ground GND. At the insulating component 15 it is a cylindrical spacer. It goes without saying that the spacer may also have another suitable shape. Thus, a spacer with a rectangular, square or elliptical cross-sectional area can be used. The first contact area 15a and the second contact area 15b the insulating component 15 are spaced apart such that the electrical insulation between the inner conductor 12a and the screen conductor 12b is ensured.

In den Figuren 3 und 4 sind in Teilansicht magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte dargestellt, bei denen zwei bevorzugte Ausgestaltungen von Kompensationsschaltungen 17 eingesetzt sind. Bei beiden Ausgestaltungen weist die Kompensationsschaltung 17 drei Differenzverstärkern 17a, 17b, 17c auf.In the figures 3 and 4 are shown in partial view magnetic-inductive flow meters, in which two preferred embodiments of compensation circuits 17 are used. In both embodiments, the compensation circuit 17 three differential amplifiers 17a . 17b . 17c on.

Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung liegt am ersten Eingang E1 des ersten Differenzverstärkers 17a der erste Innenleiter 12a an, und am zweiten Eingang E2 des ersten Differenzverstärkers 17a liegt der erste Schirmleiter 12b des ersten Verbindungskabels 12 an. Am ersten Eingang E1 des zweiten Differenzverstärkers 17b liegt der zweite Innenleiter 13a an, und am zweiten Eingang E2 des zweiten Differenzverstärkers 17b liegt der zweite Schirmleiter 13b an. Am ersten Eingang E1 des dritten Differenzverstärkers 17c befindet sich das Ausgangssignal A1 des ersten Differenzverstärkers 17a und am zweiten Eingang E2 des dritten Differenzverstärkers 17c liegt das Ausgangssignal A2 des zweiten Differenzverstärkers 17b an.At the in 3 shown embodiment is located at the first input E1 of the first differential amplifier 17a the first inner conductor 12a at, and at the second input E2 of the first differential amplifier 17a is the first screen conductor 12b of the first connection cable 12 at. At the first input E1 of the second differential amplifier 17b lies the second inner conductor 13a at, and at the second input E2 of the second differential amplifier 17b is the second shielding conductor 13b at. At the first input E1 of the third differential amplifier 17c is the output signal A1 of the first differential amplifier 17a and at the second input E2 of the third differential amplifier 17c is the output signal A2 of the second differential amplifier 17b at.

Bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung findet sich am ersten Eingang E1 des ersten Differenzverstärkers 17a der erste Innenleiter 12a des ersten Verbindungskabels 12, und am zweiten Eingang E2 des ersten Differenzverstärkers 17a liegt der zweite Innenleiter 13a des zweiten Verbindungskabels 13 an. Am ersten Eingang E1 des zweiten Differenzverstärkers 17b findet sich der erste Schirmleiter 12a des ersten Verbindungskabels 12, und am zweiten Eingang E2 des zweiten Differenzverstärkers 17b liegt der zweite Schirmleiter 13b des zweiten Verbindungskabels 13 an. Am ersten Eingang E1 des dritten Differenzverstärkers 17c liegt dann das Ausgangssignal A1 des ersten Differenzverstärkers 17a an, während am zweiten Eingang E2 des dritten Differenzverstärkers 17c das Ausgangssignal A2 des zweiten Differenzverstärkers 17b ansteht. Während über die beiden ersten Differenzverstärker 17a, 17b die von den Messelektroden 8, 9 gelieferten Spannungssignale von den Störsignalen befreit werden, liefert das Spannungssignal am Ausgang des Differenzverstärkers 17c die gewünschte Information über die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Durchfluss des Fluids durch das Messrohr 2 des Durchflussmessgeräts 1.At the in 4 embodiment shown can be found at the first input E1 of the first differential amplifier 17a the first inner conductor 12a of the first connection cable 12 , and at the second input E2 of the first differential amplifier 17a lies the second inner conductor 13a of the second connection cable 13 at. At the first input E1 of the second differential amplifier 17b you will find the first screen guide 12a of the first connection cable 12 , and at the second input E2 of the second differential amplifier 17b is the second shielding conductor 13b of the second connection cable 13 at. At the first input E1 of the third differential amplifier 17c then lies the output signal A1 of the first differential amplifier 17a on, while at the second input E2 of the third differential amplifier 17c the output signal A2 of the second differential amplifier 17b pending. While about the first two differential amplifiers 17a . 17b that of the measuring electrodes 8th . 9 supplied voltage signals are freed from the interference signals, provides the voltage signal at the output of the differential amplifier 17c the desired information about the flow velocity or the flow of the fluid through the measuring tube 2 of the flowmeter 1 ,

5 zeigt schematische Darstellungen der Umschalt eines herkömmlichen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts ohne die beiden erfindungsgemäße Anordnung der Differenzverstärker 17a, 17b (gestrichelte Linie) und eines erfindungsgemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts 1 am Ausgang des dritten Differenzverstärkers 17c (durchgezogene Linie). Es ist jeweils Spannungsdifferenz ∆U der an den Messelektroden 8, 9 abgegriffenen Spannungen gegen die Zeit aufgetragen. Bei der bekannten Lösung ist die Messwerterfassung erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt möglich als bei der erfindungsgemäßen Lösung. Durch Eliminieren der Störsignale auf Innenleiter und Schirmleiter der Verbindungskabel, wird erreicht, dass die Zeitdauer, während der sich das Magnetfeld bei einem Umschaltvorgang ändert, verringert wird. Als Folge der Verkürzung der Umschaltphase kann bei konstanter Messdauer die Messgeschwindigkeit des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts erhöht werden. Alternativ kann die Messdauer erhöht werden, was sich in einer höheren Messgenauigkeit des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts widerspiegelt. 5 shows schematic representations of the switching of a conventional magnetic inductive flowmeter without the two inventive arrangement of the differential amplifier 17a . 17b (dashed line) and a magnetic inductive flowmeter according to the invention 1 at the output of the third differential amplifier 17c (solid line). In each case there is a voltage difference ΔU at the measuring electrodes 8th . 9 tapped voltages applied against time. In the known solution, the measured value detection is only possible at a much later date than in the solution according to the invention. By eliminating the interference signals on inner conductors and shield conductors of the connection cables, it is achieved that the time duration during which the magnetic field changes during a switching operation is reduced. As a result of the shortening of the switching phase, the measuring speed of the electromagnetic flowmeter can be increased with a constant measurement duration. Alternatively, the measurement time can be increased, which is reflected in a higher measurement accuracy of the electromagnetic flowmeter.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Durchflussmessgerät Flowmeter
22
Messrohr measuring tube
33
Fluid fluid
44
Magnetanordnung magnet assembly
55
Spule Kitchen sink
66
Spulenkern (optional) Coil core (optional)
77
Längsachse longitudinal axis
88th
erste Messelektrode first measuring electrode
99
zweite Messelektrode second measuring electrode
1010
Elektrode für das Bezugspotential Electrode for the reference potential
1111
Regel-/Auswerteeinheit Control / evaluation unit
1212
erstes Verbindungskabel first connection cable
12a12a
erster Innenleiter first inner conductor
12b12b
erster Schirmleiter first screen conductor
1313
zweites Verbindungskabel second connection cable
13a13a
zweiter Innenleiter second inner conductor
13b13b
zweiter Schirmleiter second screen conductor
14a14a
erster elektrische Kontakt first electrical contact
14b14b
zweiter elektrischer Kontakt second electrical contact
1515
isolierende Komponente insulating component
15a15a
erster Kontaktbereich first contact area
15b15b
zweiter Kontaktbereich second contact area
1616
Verlängerung der Messelektrode 8, 9 Extension of the measuring electrode 8th . 9
1717
Kompensationsschaltung compensation circuit
17a17a
erster Differenzverstärker first differential amplifier
17b17b
zweiter Differenzverstärker second differential amplifier
17c17c
dritter Differenzverstärker third differential amplifier
1818
Liner liner
1919
Rückführblech Feedback sheet
BB
Magnetfeld magnetic field
UU
induzierte Spannung induced voltage

Claims (7)

Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines Fluids (3), das ein Messrohr (2) in Richtung der Längsachse (7) durchfließt, mit einer Magnetanordnung (4), die ein das Messrohr (3) durchsetzendes und im Wesentlichen quer zur Längsachse (7) des Messrohres (3) verlaufendes Magnetfeld (B) erzeugt, mit mindestens einer ersten Messelektrode (8) und einer zweiten Messelektrode (9), die an dem Messrohr (2) angeordnet sind und die galvanisch oder kapazitiv mit dem Fluid (3) koppeln, mit einer Regel-/Auswerteeinheit (11) die das Magnetfeld (B) periodisch umschaltet, wobei sich das Magnetfeld (B) während einer Umschaltphase auf- bzw. abbaut und wobei die Regel-/Auswerteeinheit (11) während einer Messphase bei nahezu konstantem Magnetfeld (|B|)über die in die beiden Messelektroden (8, 9) induzierte Messspannung (U) den Volumenstrom des Fluids (3) bestimmt, wobei zwischen der ersten Messelektrode (8) und der Regel-/Auswerteeinheit (11) ein erstes Verbindungskabel (12) mit einem ersten Innenleiter (12a) und einem ersten Schirmleiter (12b) und zwischen der zweiten Messelektrode (9) und der Regel-/Auswerteeinheit (11) ein zweites Verbindungskabel (13) mit einem zweiten Innenleiter (13a) und einem zweiten Schirmleiter (13b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (12a, 13a) von jedem Verbindungskabel (12, 13) jeweils mit der zugehörigen Messelektrode (8, 9) verbunden ist und dass der zugehörige Schirmleiter (12b, 13b) auf Masse (GND) liegt, dass der Innenleiter (12a, 13a) und der zugehörige Schirmleiter (12b, 13b) im Bereich der zugeordneten Messelektrode (8, 9) räumlich so angeordnet sind, dass sie während der Umschaltphase den gleichen Störsignalen ausgesetzt sind, und dass die Regel-/Auswerteeinheit (11) so ausgestaltet ist, dass sie die Störsignale aus der induzierten Messspannung (U) eliminiert und anhand der korrigierten induzierten Messspannung den Volumenstrom des Fluids (3) in dem Messrohr (2) bestimmt.Device for measuring the flow of a fluid ( 3 ), which is a measuring tube ( 2 ) in the direction of the longitudinal axis ( 7 ) flows through, with a magnet arrangement ( 4 ), which is a measuring tube ( 3 ) penetrating and substantially transversely to the longitudinal axis ( 7 ) of the measuring tube ( 3 ) running magnetic field (B), with at least one first measuring electrode ( 8th ) and a second measuring electrode ( 9 ) attached to the measuring tube ( 2 ) and which are galvanically or capacitively connected to the fluid ( 3 ), with a control / evaluation unit ( 11 ) which periodically switches over the magnetic field (B), wherein the magnetic field (B) builds up or breaks down during a switching phase and wherein the control / evaluation unit ( 11 ) during a measuring phase at a nearly constant magnetic field (| B |) via the in the two measuring electrodes ( 8th . 9 ) induced measuring voltage (U) the volume flow of the fluid ( 3 ), wherein between the first measuring electrode ( 8th ) and the control / evaluation unit ( 11 ) a first connection cable ( 12 ) with a first inner conductor ( 12a ) and a first screen ( 12b ) and between the second measuring electrode ( 9 ) and the control / evaluation unit ( 11 ) a second connection cable ( 13 ) with a second inner conductor ( 13a ) and a second shielding conductor ( 13b ), characterized in that the inner conductor ( 12a . 13a ) of each connection cable ( 12 . 13 ) each with the associated measuring electrode ( 8th . 9 ) and that the associated shielding conductor ( 12b . 13b ) to ground (GND) is that the inner conductor ( 12a . 13a ) and the associated shielding conductor ( 12b . 13b ) in the region of the associated measuring electrode ( 8th . 9 ) are arranged spatially so that they are exposed to the same interfering signals during the switching phase, and that the control / evaluation unit ( 11 ) is designed such that it eliminates the interference signals from the induced measurement voltage (U) and based on the corrected induced measurement voltage, the volume flow of the fluid ( 3 ) in the measuring tube ( 2 ) certainly. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Messelektrode (8, 9) verbundene Innenleiter (12a, 13a) einen ersten elektrischen Kontakt (14a) aufweist und in einem ersten Kontaktbereich (15a) einer isolierenden Komponente (15) befestigt ist, dass der Schirmleiter (12b, 13b) einen zweiten elektrischen Kontakt (14b) aufweist und in einem zweiten Kontaktbereich (15b) der isolierenden Komponente (15) befestigt ist, wobei der erste Kontaktbereich (15a) und der zweite Kontaktbereich (15b) derart voneinander beabstandet sind, dass die elektrische Isolierung zwischen dem Innenleiter (12a, 13a) und dem Schirmleiter (12b, 13b) sichergestellt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the with the measuring electrode ( 8th . 9 ) connected inner conductors ( 12a . 13a ) a first electrical contact ( 14a ) and in a first contact area ( 15a ) of an insulating one Component ( 15 ), that the shield conductor ( 12b . 13b ) a second electrical contact ( 14b ) and in a second contact area ( 15b ) of the insulating component ( 15 ), the first contact area ( 15a ) and the second contact area ( 15b ) are spaced apart such that the electrical insulation between the inner conductor ( 12a . 13a ) and the shield conductor ( 12b . 13b ) is ensured. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Komponente (15) jeweils auf die vom Fluid (3) abgewandte Verlängerung (16) der Messelektrode (8, 9) aufgesetzt ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating component ( 15 ) each on the fluid ( 3 ) facing away from the extension ( 16 ) of the measuring electrode ( 8th . 9 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (12a, 13a) und der zugehörige Schirmleiter (12a, 12b) – ausgehend von den an der isolierenden Komponente (15) vorgesehenen Kontaktbereichen (15a, 15b) – in räumlich kurzem Abstand von der isolierenden Komponente 15 im Wesentlichen parallel verlaufen.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inner conductor ( 12a . 13a ) and the associated shielding conductor ( 12a . 12b ) - starting from the on the insulating component ( 15 ) provided contact areas ( 15a . 15b ) - in spatially short distance from the insulating component 15 run essentially parallel. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regel-/Auswerteeinheit (11) eine Kompensationsschaltung (17) zugeordnet ist, die aus mindestens drei Differenzverstärkern (17a, 17b, 17c) besteht. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control / evaluation unit ( 11 ) a compensation circuit ( 17 ), which consists of at least three differential amplifiers ( 17a . 17b . 17c ) consists. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Eingang (E1) des ersten Differenzverstärkers (17a) der erste Innenleiter (12a) anliegt und dass am zweiten Eingang (E2) des ersten Differenzverstärkers (17a) der erste Schirmleiter (12b) des ersten Verbindungskabels (12) anliegt, dass am ersten Eingang (E1) des zweiten Differenzverstärkers (17b) der zweite Innenleiter (13a) anliegt und dass am zweiten Eingang (E2) des zweiten Differenzverstärkers (17b) der zweite Schirmleiter anliegt (13b), und dass am ersten Eingang (E1) des dritten Differenzverstärkers (17c) das Ausgangssignal (A1) des ersten Differenzverstärkers (17a) und am zweiten Eingang (E2) des dritten Differenzverstärkers (17c) das Ausgangssignal (A2) des zweiten Differenzverstärkers (17b) anliegt.Device according to one or more of claims 1-5, characterized in that at the first input (E1) of the first differential amplifier ( 17a ) the first inner conductor ( 12a ) and that at the second input (E2) of the first differential amplifier ( 17a ) the first screen ( 12b ) of the first connection cable ( 12 ) is applied, that at the first input (E1) of the second differential amplifier ( 17b ) the second inner conductor ( 13a ) and that at the second input (E2) of the second differential amplifier ( 17b ) the second shielding conductor abuts ( 13b ), and that at the first input (E1) of the third differential amplifier ( 17c ) the output signal (A1) of the first differential amplifier ( 17a ) and at the second input (E2) of the third differential amplifier ( 17c ) the output signal (A2) of the second differential amplifier ( 17b ) is present. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Eingang (E1) des ersten Differenzverstärkers (17a) der erste Innenleiter (12a) des ersten Verbindungskabels (12) anliegt und dass am zweiten Eingang (E2) des ersten Differenzverstärkers (17a) der zweite Innenleiter (13a) des zweiten Verbindungskabels (13) anliegt, dass am ersten Eingang (E1) des zweiten Differenzverstärkers (17b) der erste Schirmleiter (12a) des ersten Verbindungskabels (12) anliegt und dass am zweiten Eingang (E2) des zweiten Differenzverstärkers (17b) der zweite Schirmleiter (13b) des zweiten Verbindungskabels (13) anliegt, und dass am ersten Eingang (E1) des dritten Differenzverstärkers (17c) das Ausgangssignal (A1) des ersten Differenzverstärkers (17a) anliegt und dass am zweiten Eingang (E2) des dritten Differenzverstärkers (17c) das Ausgangssignal (A2) des zweiten Differenzverstärkers (17b) anliegt.Device according to one or more of claims 1-5, characterized in that at the first input (E1) of the first differential amplifier ( 17a ) the first inner conductor ( 12a ) of the first connection cable ( 12 ) and that at the second input (E2) of the first differential amplifier ( 17a ) the second inner conductor ( 13a ) of the second connection cable ( 13 ) is applied, that at the first input (E1) of the second differential amplifier ( 17b ) the first screen ( 12a ) of the first connection cable ( 12 ) and that at the second input (E2) of the second differential amplifier ( 17b ) the second shielding conductor ( 13b ) of the second connection cable ( 13 ) and that at the first input (E1) of the third differential amplifier ( 17c ) the output signal (A1) of the first differential amplifier ( 17a ) and that at the second input (E2) of the third differential amplifier ( 17c ) the output signal (A2) of the second differential amplifier ( 17b ) is present.
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