Método y dispositivo para detectar fallos en mediciones de conductividad inductiva de un medio fluido.

Un método para detectar un fallo de un dispositivo de medición para medir inductivamente la conductividad eléctrica deun medio fluido con un sensor,

que comprende al menos una bobina (L1, L2), en particular una bobina de excitación (L1)o una bobina de inducción (L2), para aplicar al medio fluido o recibir desde el medio fluido una corriente alterna,comprendiendo dicho métodos las siguientes operaciones:

• aplicar al menos a una bobina (L1, L2), una señal de excitación adicional, que es una corriente continua, cuyaseñal adicional es entregada desde una fuente de alimentación a dicha bobina (L1, L2) a través de una resistencia devalor elevado, para generar en dicha bobina (L1, L2) una señal derivada correspondiente, que caracteriza una condiciónde fallo/no fallo del dispositivo de medición;

• medir la señal entregada para obtener un valor de medición;

• comparar el valor de medición al menos a un valor de umbral;

• dependiendo del resultado de la operación de comparación, disparar o provocar una acción del dispositivo demedición.

Método y dispositivo para detectar fallos en mediciones de conductividad inductiva de un medio fluido El presente invento implica un método y un circuito para detectar fallos en un dispositivo de medición para mediciones electromagnética o inductiva de la conductividad eléctrica de medio fluido, en particular un líquido o una solución y un dispositivo de medición correspondiente.

Las mediciones de conductividad de un medio fluido implican un dispositivo de medición, que comprende típicamente un sensor de medición, que se sumerge en el medio fluido, un circuito de medición y un cableado, que conecta el sensor de medición al circuito de medición. El invento se refiere a un método y un dispositivo para detectar una condición de fallo/no fallo de este dispositivo de medición, en particular un fallo de circuito abierto y/o de cortocircuito en el sensor de medición, en un cableado o en el circuito de entrada.

La conductividad de un líquido es un parámetro de análisis importante de electroquímica. Su medición tiene una amplia aplicación en campos como la industria química, la metalurgia, la biología, la medicina, la prueba de grano, la conservación de agua, los recursos energéticos, etc. Los métodos de medición de conductividad pueden estar divididos en 2 grupos: de tipo de contacto y de tipo de no contacto.

Una medición de tipo de no contacto aplica el principio de inducción electromagnética y por lo tanto es denominado también como un método de medición de conductividad electromagnética o como un método de medición de conductividad inductiva. Como no existe contacto entre la parte conductora del componente de medición y el líquido medido, los sensores de este tipo poseen las ventajas de una buena solidez, resistencia a la corrosión, no polarización y una larga vida útil. Ha habido una larga historia de desarrollos desde que el principio básico de medición electromagnética de la conductividad de un líquido fue inventado y aplicado en la práctica.

Por ejemplo, la Patente Norteamericana 2.542.057 de M.J.Relis abrió la teoría básica al público en 1951. El sensor relacionado de acuerdo con esta referencia emplea un par de núcleos toroidales coaxiales que están cubiertos por un material de protección contra la corrosión y eléctricamente aislante. El agujero interior de los 2 núcleos toroidales permite el trayecto de corriente a través del líquido. De acuerdo con el principio de inducción electromagnética, cuando una corriente alterna es enviada a través de la bobina de excitación, un flujo magnético alterno es generado en el núcleo toroidal de excitación, que a su vez genera una corriente de inducción a través del bucle en el líquido medido. La corriente de inducción generada en el bucle se presenta como un bucle de corriente que atraviesa tanto el núcleo toroidal de excitación como el núcleo toroidal de captación. Este bucle de corriente genera un flujo magnético alterno en el núcleo toroidal, que genera una corriente inducida en la bobina de inducción, que a su vez produce una tensión eléctrica inducida en la bobina de inducción.

Debido a que la corriente de inducción del líquido está relacionada con su conductividad, la corriente inducida de la bobina de inducción y la tensión inducida (tensión a circuito abierto) es proporcional a la corriente a través del líquido. Por lo tanto, la conductividad del líquido puede ser derivada a partir de la medición de la corriente inducida o de la tensión inducida. La conductividad G del líquido es calculada a partir de la fórmula G = C/R, en la que C es la constante de celda de sensor y R es la resistencia equivalente del bucle a través del líquido. Como una alternativa, la conductividad del líquido se puede calcular a partir de la corriente de la bobina de inducción cuando la tensión inducida en el terminal de la bobina de inducción es cero como en el método introducido en la Patente Norteamericana 5.455.513 A1.

En la medición de conductividad, también ha resultado cada vez más importante mejorar la fiabilidad del proceso de medición. Si no se ha investigado cuidadosamente, un fallo a circuito abierto de las bobinas o del cableado puede ser fácilmente confundido para una conductividad de cero (o una conductividad muy baja) , y así un valor incorrecto puede ser medido inadvertidamente para la conductividad del líquido.

La Patente Norteamericana 6.414.493 B1 describe un método en el que un bucle de cable adicional es introducido en el sensor de medición para formar un bucle conductor a través de la bobina de excitación y de la bobina de inducción. La bobina de excitación induce una corriente alterna en este bucle de hilo, que a su vez induce una corriente alterna adicional en la bobina de inducción para proporcionar una señal de salida de base. Si ocurre un circuito abierto en las bobinas, ocurre un cambio correspondiente en la señal de salida base, que puede ser detectado. Sin embargo, añadir un bucle adicional a los núcleos toroidales hace el dispositivo más complicado.

La Patente Norteamericana 5.341.102 describe un sensor para medir la conductividad eléctrica en un medio fluido con una bobina de excitación, una bobina de inducción y una resistencia entre las bobinas. Permite detectar circuitos abiertos y cortocircuitos.

El presente invento tiene por lo tanto como objetivo superar los inconvenientes de la técnica anterior, en particular proporcionar un método más simple, un circuito de detección más simple y un dispositivo de medición correspondiente para detectar fallos en las mediciones de conductividad inductiva con el fin de evitar el riesgo de medir inadvertidamente un valor incorrecto para la conductividad.

La solución técnica es proporcionada por un método de detección y un circuito de inducción, que comprenden las características descritas en las reivindicaciones independientes. Se han descrito otras realizaciones del invento en las reivindicaciones dependientes adicionales.

El presente invento describe un método para detectar un fallo de un dispositivo de medición para medir inductivamente la conductividad eléctrica de un medio fluido con un sensor, que comprende al menos una bobina, en particular una bobina de excitación o una bobina de inducción, para aplicar al medio fluido o recibir desde el medio fluido una corriente alterna, comprendiendo dicho método las siguientes operaciones:

aplicar al menos a una bobina, una señal de excitación adicional, para generar en dicha bobina una señal

derivada correspondiente, que caracteriza una condición de fallo/no fallo del dispositivo de medición;

medir la señal entregada para obtener un valor de medición;

comparar el valor de medición al menos a un valor de umbral;

dependiendo del resultado de la operación de comparación, disparar o provocar una acción del dispositivo de medición.

Esto da como resultado un simple método y un simple circuito de detección correspondiente de bajo coste, debido a que no hay necesidad de instalar otros componentes en el sensor de medición. En particular se evita una instalación complicada y cara de un bucle adicional en las bobinas. Por ello el presente invento describe un método y dispositivo con un simple concepto estructural para detectar fallos en mediciones electromagnéticas (inductivas) de la conductividad de líquidos.

De acuerdo con el invento la señal aplicada adicional es una corriente continua CC, corrientemente denominada como una señal de corriente continua.

En una realización preferida del invento la intensidad de la señal aplicada adicional es muy pequeña y/o tan pequeña que nunca lleva la bobina a saturación y/o que es menor que varios microamperios y/o que es sustancialmente menor que la intensidad de la corriente de excitación alterna. De este modo la exactitud de la medición de conductividad no resulta afectada.

En otra realización la señal derivada es una tensión, en particular con intensidad de casi cero voltios bajo condiciones de funcionamiento regulares. Las tensiones pueden ser medidas de una manera directa y la tensión cero no afecta o afecta solo de modo no significativo a las mediciones de conductividad reales.

En otra realización preferida las características de fallo son un fallo de circuito abierto o un fallo de cortocircuito del sensor

o al menos de su bobina o de un cable de conexión conectado a la bobina o de un circuito de medición conectado a la bobina.

La señal directa es entregada desde una fuente de alimentación a la bobina de excitación mediante una resistencia de elevada impedancia.

En otra realización preferida el método comprende las operaciones adicionales: utilizar la bobina como... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar un fallo de un dispositivo de medición para medir inductivamente la conductividad eléctrica de un medio fluido con un sensor, que comprende al menos una bobina (L1, L2) , en particular una bobina de excitación (L1)

o una bobina de inducción (L2) , para aplicar al medio fluido o recibir desde el medio fluido una corriente alterna, comprendiendo dicho métodos las siguientes operaciones:

aplicar al menos a una bobina (L1, L2) , una señal de excitación adicional, que es una corriente continua, cuya señal adicional es entregada desde una fuente de alimentación a dicha bobina (L1, L2) a través de una resistencia de valor elevado, para generar en dicha bobina (L1, L2) una señal derivada correspondiente, que caracteriza una condición de fallo/no fallo del dispositivo de medición;

medir la señal entregada para obtener un valor de medición;

comparar el valor de medición al menos a un valor de umbral;

dependiendo del resultado de la operación de comparación, disparar o provocar una acción del dispositivo de medición.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la intensidad de la señal aplicada adicional es muy pequeña y/o tan pequeña que nunca lleva la bobina a la saturación y/o que es menor que varios microamperios y/o que es sustancialmente menor que la intensidad de la corriente de excitación alterna.

3. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la señal derivada es una tensión, en particular con intensidad de casi cero voltios bajo condiciones de funcionamiento regulares.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las características de fallo son un fallo de circuito abierto o un fallo de cortocircuito del sensor o al menos de su bobina (L1, L2) o de un cable de conexión conectado a la bobina (L1, L2) o de un circuito de medición conectado a la bobina (L1, L2) .

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado en las operaciones adicionales: utilizar la bobina (L1) como una bobina de excitación para aplicar una corriente alterna al fluido, medir la oscilación de la corriente de excitación para obtener un valor de medición, comparar el valor de medición con al menos otro valor de umbral y dependiendo de la operación de comparación, disparar una acción del dispositivo de medición.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las mediciones son realizadas mediante la inmersión de un sensor en el líquido, en el que dicho sensor comprende al menos 2 núcleos toroidales, uno de los cuales lleva una bobina de excitación y el otro lleva una bobina de inducción, en el que el sensor está conectado a un dispositivo de medición que incluye un circuito de activación de excitación para alimentar a la bobina de excitación dentro del sensor con una tensión de excitación de corriente alterna, de manera que una corriente o tensión que está relacionada con la conductividad del líquido medido es inducida en la bobina de inducción, comprendiendo dicho método de detección las operaciones siguientes:

-suministrar una corriente continua CC muy pequeña a los terminales de la bobina de excitación o de la bobina de inducción y vigilar la tensión de corriente continua CC generada en las bobinas con el fin de detectar un fallo de circuito abierto del dispositivo,

-vigilar la oscilación de salida del circuito de activación de excitación con el fin de detectar un fallo de cortocircuito del dispositivo.

7. Un dispositivo de medición con un circuito de detección (17) para detectar un fallo de un dispositivo de medición para medir inductivamente la conductividad eléctrica de un medio fluido con un sensor, que comprende al menos una bobina (L1, L2) , en particular una bobina de excitación (L1) o una bobina de inducción (L2) , para aplicar al medio fluido o recibir desde el medio fluido una corriente alterna, dicho circuito de detección (17) comprende:

-un medio para aplicar una señal de excitación adicional a la bobina (L1, L2) para generar una señal derivada correspondiente, que caracteriza una condición de fallo/no fallo del dispositivo de medición, y

-una unidad de medición (8) conectada a la bobina (L1, L2) y configurada para medir la señal derivada para obtener un valor de medición;

-un detector de nivel (U3, R7, C5) , que

a) está conectado a la unidad de medición (8) para obtener el valor de medición,

b) está configurado para comparar el valor de medición con al menos un valor de umbral para obtener un resultado de comparación, y

c) comprende una salida para disparar, dependiendo del resultado de la comparación, una acción del dispositivo de medición,

caracterizado por que los medios para aplicar una señal de excitación son una fuente de alimentación (Vc) , que está conectada, en particular a través de una resistencia de elevado valor (R6) , al menos a una bobina (L1, L2) y que es operable para aplicar la señal de excitación adicional que es una corriente continua al menos a una bobina (L1, L2) .

8. El dispositivo de medición con un circuito de detección (17) según la reivindicación 7, caracterizado porque la salida del detector de nivel (U3, R7, C5) es conectable a una unidad de presentación o a un dispositivo de tratamiento para transmitir el resultado de detección para disparar la acción del dispositivo de medición.

9. El dispositivo de medición con un circuito de detección (17) según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8 y con un circuito (2) de activación de excitación, que comprende:

-un amplificador operacional (U1) , cuya entrada positiva está conectada a una señal de excitación,

-una resistencia (R1) de realimentación negativa, que conecta la entrada negativa del amplificador operacional (U1) y la salida del circuito de activación de excitación que también está conectada a la bobina de excitación (L1) , y

-una resistencia (R2) limitadora de corriente, que conecta el circuito de activación de excitación y la bobina de excitación (L1) .

10. El dispositivo de medición según la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo de medición comprende otro circuito de detección (16) para detectar un fallo de cortocircuito del circuito de activación de excitación (2) , el otro circuito de detección (16) incluye:

-un circuito de captación (R3, C3) que está conectado a la salida del amplificador operacional (U1) ,

-un circuito de medición de pico a pico (R4, R5, C4, D1, D2) , que está conectado a la salida del circuito de captación (R3, C3) y genera una tensión que representa la oscilación de tensión del amplificador operacional (U1) y está disponible para detección, y

-un detector (U2) de nivel de tensión, que está conectado a dicha tensión que está disponible para detección, y que es operable para diagnosticar un fallo de cortocircuito en la bobina de excitación (L1) si el nivel de tensión sobrepasa una tensión de umbral.

11. El dispositivo de medición según la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de medición de pico a pico (R4, R5, C4, D1, D2) incluye:

-un primer diodo (D1) , que está conectado en orientación inversa entre la salida del circuito de captación (R3, C3) y una tensión de referencia (3) ;

- un segundo diodo (D2) , que está conectado en orientación directa entre la salida del circuito de captación (R3, C3) y un nodo de salida (4) que emite la tensión que está disponible para detección y, en particular

-un circuito divisor de tensión (R4, R5) que está conectado entre el nodo de salida (4) y el detector (U2) del nivel de tensión.

12. El dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende un sensor de conductividad inductiva, que está conectado operativamente a la unidad de medición (8) , en el que el sensor está sumergido en el medio fluido, en particular en un líquido o una solución, y/o en el que la bobina (L1, L2) del sensor es llevada por un núcleo toroidal, en particular un anillo de ferrita o un anillo magnético.