Den Anregungsstrom in Durchflussmessern überwachen

Elektromagnetische Durchflussmesser ermöglichen nicht-invasive Messungen. Wir stellen eine Schaltung vor, mit der sich der Anregungsstrom überwachen lässt.

Industrie-Anwendungen, angefangen bei Ölraffinerien bis hin zu Verkaufsautomaten, benötigen eine genaue Messung von Temperatur, Druck und Durchfluss. Eine genaue Steuerung des Durchflusses beim Befüllen von Flaschen in der Lebensmittelindustrie oder beim Umfüllen von Heizöl zwischen Tanks und Tankschiffen kann sich direkt auf den finanziellen Gewinn auswirken. Elektromagnetische Durchflussmesser zählen zu den genauesten Geräten zum Messen von Flüssigkeitsmengen. Wegen der Fokussierung auf Abfallentsorgungssysteme sind diese Geräte speziell in Europa verbreitet. Die wichtigsten Trends gehen hin zu kleineren Baugrößen und höherer Leistungsfähigkeit. Dies wird durch den analogen Eingangsblock vorgegeben.

Bild 1: Isolierte Überwachung des Anregungsstromes in elektromagnetischen Durchflussmessern (Bild: Analog Devices)
Bild 1: Isolierte Überwachung des Anregungsstromes in elektromagnetischen Durchflussmessern (Bild: Analog Devices)

Das Basis-Prozesssteuerungssystem besteht aus einem Durchflussmesser und einem Ventil zur Steuerung der Durchflussmenge. Auf der untersten Ebene werden Prozessvariablen wie Temperatur, Durchflussmenge und Gaskonzentration über ein Eingangsmodul überwacht. Dieses Modul ist i.d.R. Bestandteil einer SPS. Die Informationen werden lokal durch eine PID-Schleife verarbeitet. Mit diesen Informationen stellt die SPS den Ausgang ein, um den Prozess kontinuierlich zu steuern. Prozessdaten, Diagnosen und andere Informationen können hinauf zur operativen Ebene geleitet werden. Befehle, Parameter und Kalibrierungsdaten können hinunter auf die Ebene der Sensoren und Aktuatoren geleitet werden.

Elektromagnetische Durchflussmesser ermöglichen nicht-invasive Messungen. Sie können für Säuren, Laugen und ionisierte Flüssigkeiten mit elektrischen Leitfähigkeiten von 10 bis 10–6 S/m sowie für saubere, verschmutzte, korrosive, erosive oder viskose Medien und Schlämme verwendet werden.

Für Kohlenwasserstoffe oder Gase eignen sich elektromagnetische Durchflussmesser jedoch nicht. Elektromagnetische Durchflussmesser können relativ hohe Systemgenauigkeiten (0,2%) bei kleinen und großen Durchflussmengen mit einem minimalen Durchmesser von etwa 3,175 mm und einem maximalen Volumen von ca. 283 l erreichen. Die Messergebnisse bleiben selbst bei geringeren Durchflussgeschwindigkeiten reproduzierbar. Elektromagnetische Durchflussmesser können bidirektionale Flussrichtungen, Up- oder Downstream messen.

Leistungsstärkere Systeme nutzen eine auf Strommessungen beruhende Diagnosefunktion, um Stromänderungen über Last, Stromversorgung, Zeit und Temperatur zu überwachen. Auch können sie offene Sensorspulen erkennen. Der Strom-Shunt-Verstärker AD8219 kann verwendet werden, um den Anregungsstrom mit einer Verstärkung von 60 V/V und einer Genauigkeit von 0,3% über einen Gleichtaktbereich von 80 V zu überwachen. Bild 1 zeigt einen isolierten Stromverstärker in Verbindung mit dem isolierten Sigma/Delta-Modulator AD7400A und dem Rail-to-Rail Operationsverstärker AD8646. Das Ausgangssignal des AD7400 wird durch einen Tiefpassfilter vierter Ordnung verarbeitet, um das gemessene Ausgangssignal zu rekonstruieren.

Autoren: Li Ke und Colm Slattery, Analog Devices

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